古美索不達米亞人早已掌握隧道開挖技術(shù),到19世紀水下隧道也成功開挖。1818年, 英國工程師布倫諾爾設計出挖掘機,在泰晤士河底下挖掘隧道。隨后布倫諾爾發(fā)明了盾構(gòu)施工法,鑿通了韋平到羅瑟海斯的世界第一條水下隧道。那么隧道開挖還有哪些方法呢?你是否想更加了解關(guān)于隧道開挖呢?那么今天就跟著小凱一起來漲知識吧。
1、全斷面開挖法
全斷面開挖法又稱全斷面掘進法,是指按照設計輪廓一次爆破成形然后修建襯砌的施工方法。
適用于以下條件:
(1)I~IV級圍巖,在用于Ⅳ級圍巖時,圍巖應具備從全斷面開挖到初期支護前這段時間內(nèi),保持其自身穩(wěn)定的條件。
(2)有鉆孔臺車或自制作業(yè)臺架及高效率裝運機械設備。
(3)隧道長度或施工區(qū)段長度不宜太短,根據(jù)經(jīng)驗一般不應小于lkm,否則采用大型機械化施工,其經(jīng)濟性較差。
全斷面法施工特點:
(1)開挖斷面與作業(yè)空間大、干擾小;
(2)有條件充分使用機械,減少人力;
(3)工序少,便于施工組織與管理,改善勞動條件;
(4)開挖一次成形,對圍巖擾動少,有利于圍巖穩(wěn)定。
2、臺階法施工
臺階法是先開挖上半斷面,待開挖至一定長度后同時開挖下半斷面,上、下半斷面同時并進的施工方法;按臺階長短有長臺階、短臺階和超短臺階三種。近年由于大斷面隧道的設計,又有三臺階臨時仰拱法,甚至多臺階法。
至于施工中究竟應采用何種臺階法,要根據(jù)以下兩個條件來決定:
⑴初期支護形成閉合斷面的時間要求,圍巖越差,閉合時間要求越短;
⑵上斷面施工所用的開挖、支護、出碴等機械設備施工場地大小的要求。
在軟弱圍巖中應以前一條為主,兼顧后者,確保施工安全。在圍巖條件較好時,主要是考慮如何更好的發(fā)揮機械效率,保證施工的經(jīng)濟性,故只要考慮后一條件。
臺階開挖法的優(yōu)缺點:
臺階開挖法可以有足夠的工作空間和相當?shù)氖┕に俣取5?、下部作業(yè)有干擾;臺階開挖雖增加對圍巖的擾動次數(shù),但臺階有利于開挖面的穩(wěn)定。尤其是上部開挖支護后,下部作業(yè)就較為安全,但應注意下部作業(yè)時對上部穩(wěn)定性的影響。
臺階開挖時應注意以下幾點:
(1)解決好上、下半斷面作業(yè)的相互干擾問題。微臺階基本上是合為—個工作面進行同步掘進;長臺階基本上拉開,干擾較?。欢膛_階干擾就較大,要注意作業(yè)組織。對于長度較短的隧道,可將上半斷面貫通后,再進行下半斷面施工。
(2)下部開挖時,應注意上部的穩(wěn)定。若圍巖穩(wěn)定性較好,則可以分段順序開挖;若圍巖穩(wěn)定性較差,則應縮短下部掘進循環(huán)進尺;若穩(wěn)定性更差,則可以左右錯開,或先拉中槽后挖邊幫。
(3)下部邊墻開挖后必須立即噴射混凝土,并按規(guī)定做初期支護。
(4)量測工作必須及時,以觀察拱頂,拱腳和邊墻中部位移值,當發(fā)現(xiàn)速率增大立即進行仰拱封閉。
3、環(huán)形開挖留核心土法
(1)環(huán)形開挖進尺宜為0.5-1.0m,核心土面積應不小于整個斷面面積的50%
(2)開挖后應及時施工噴錨支護、安裝鋼架支撐,相鄰鋼架必須用鋼筋連接,并應按施工要求設計施工鎖角錨桿。
(3)圍巖地質(zhì)條件差,自穩(wěn)時間短時,開挖前應按設計要求進行超前支護。
(4)核心土與下臺階開挖應再上臺階支護完成后、噴射混凝土達到設計強度的70%
4、中隔壁法(CD法)
CD法是在軟弱圍巖大跨度隧道中,先開挖隧道的一側(cè),并施作中隔壁,然后再開挖另一側(cè)的施工方法,主要應用于雙線隧道Ⅳ級圍巖深埋硬質(zhì)巖地段以及老黃土隧道(Ⅳ級圍巖)地段。
5、交叉中隔壁法(CRD法)
是在軟弱圍巖大跨隧道中,先開挖隧道一側(cè)的一或二部分,施作部分中隔壁和橫隔板,再開挖隧道另一側(cè)的一或二部分,完成橫隔板施工;然后再開挖最先施工一側(cè)的最后部分,并延長中隔壁,最后開挖剩余部分的施工方法。采用短臺階法難確保掌子面的穩(wěn)定時,宜采用分部尺寸小的CRD法,該工法對控制變形是比較有利的。
CD法是“Center Diaphragm”的簡稱,而CRD法則是“Cross Diaphragm”的簡稱。兩者既有聯(lián)系又有區(qū)別。它們都用于比較軟弱地層中而且是大斷面隧道的場合。而前者是在用鋼支撐和噴混凝土的隔壁分割開進行開挖的方法;后者則是用隔壁和仰拱把斷面上下、左右分割閉合進行開挖的方法,是在地質(zhì)條件要求分部斷面及時封閉的條件下采用的方法。因此,CRD法與CD法唯一的區(qū)別是在施工過程中每一步,都要求用臨時仰拱封閉斷面。
在CRD法或CD法中,一個關(guān)鍵問題是拆除中壁。一般說,中壁拆除時期應在全斷面閉合后,各斷面的位移充分穩(wěn)定后,才能拆除。
6、雙側(cè)壁導坑法
(1)側(cè)壁導坑開挖后方可進行下一步開挖。地質(zhì)條件差時,每個臺階底部均應按設計要求設臨時鋼架或臨時仰拱。
(2)各部開挖時,周邊輪廓應盡量圓順。
(3)應在先開挖側(cè)噴射混凝土強度達到設計要求后在進行另一側(cè)開挖。
(4)左右兩側(cè)導坑開挖工作面的縱向間距不宜小于15米。
(5)當開挖形成全斷面時應及時完成全斷面初期支護閉合。
(6)中隔壁及臨時支撐應在澆筑二次襯砌時逐段拆除。
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