隧道工程：分部开挖法

1.分部开挖法概述

分部开挖法是开挖软弱岩层或土层隧道的一种施工方法，它将隧道断面分部开挖逐步成形，且一般将某部超前开挖。先行开挖形成的坑道称为“导坑”，导坑一般要比其余部分的开挖超前一定的深度，故分部开挖法也称为“导坑超前开挖法”。导坑的作用主要是超前探察前方岩体的工程地质条件。分部开挖法可分为多种变化方案，目前隧道施工比较常用的有中隔壁开挖法（CD法）、交叉中隔壁开挖法（CRD法）、双侧壁导坑开挖法，双连拱隧道还采用中洞开挖法。

（1）分部开挖法的特点。

① 分部开挖法将隧道断面分为几个小断面逐次开挖，每个小断面的开挖跨度较小，小断面坑道围岩的相对稳定性显著增强，也更便于进行围岩局部支护。因此，分部开挖法主要适用于设计断面较大或围岩软弱破碎严重、稳定性较差的隧道。

② 分部开挖法由于作业面较多，各工序相互干扰较大，且增加了对围岩的扰动次数，若采用钻爆掘进，则更不利于围岩的稳定，施工组织和管理的难度亦较大。

③ 导坑超前开挖，有利于提前探明地质情况，并予以及时处理。但若采用的导坑断面过小，则施工速度较慢。

（2）分部开挖法的技术要点。

① 因工作面较多，相互干扰大，应注意组织协调，实行统一指挥。

② 由于多次开挖对围岩的扰动次数多，不利于围岩的稳定，应特别注意加强对爆破开挖的控制，并避免后续开挖对已施作支护的破坏。

③ 各部分的开挖和支护顺序不同，对围岩干扰和对支护的影响就不同。因此，采用分部开挖法时应充分考虑各部分的开挖与支护之间、相邻作业面之间的相互影响关系，安排好开挖和支护的顺序。

④ 按照新奥法“应尽可能采用大断面开挖”的基本原则，应尽量创造条件，减少分部开挖次数，尽可能争取用大断面开挖，使洞内具备较大的作业空间，便于采用大中型机械施工和提高施工速度。

2．中隔壁法（CD法）

中隔壁法如图7-3-13所示，是将隧道分为左右两大部分进行开挖，先在隧道一侧采用台阶法自上而下分层开挖，待该侧初期支护和中隔墙临时支护完成，且喷射混凝土达到设计强度70% 时再分层开挖隧道的另一侧，其分部次数及支护形式与先开挖的一侧相同。

（1）适用条件。

中隔壁法一般适用于Ⅳ、Ⅴ级围岩浅埋双线隧道，软弱围岩或三线隧道采用中隔壁法时宜增设临时仰拱。

（2）施工作业。

中隔壁法施工工序如图7-3-13所示，施工工艺流程如图7-3-14所示。

（3）施工要求。

① 各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺，减小应力集中。

② 各部的底部高程应与钢架接头处一致。

图7-3-13　中隔壁法施工工序示意图

Ⅰ—超前小导管；1—左侧上部开挖；Ⅱ—左侧上部初期支护；2—左侧中部开挖；Ⅲ—左侧中部初期支护；
3—左侧下部开挖；Ⅳ—左侧下部初期支护；4—右侧上部开挖；Ⅴ—右侧上部初期支护；
5—右侧中部开挖；Ⅵ—右侧中部初期支护；6—右侧下部开挖；
Ⅶ—右侧下部初期支护；Ⅷ—仰拱及填充混凝土；
Ⅸ—拆除中隔壁后作拱墙二次衬砌。

图7-3-14　中隔壁法施工工艺流程

③ 左右部的开挖高度应根据地质情况、隧道断面大小和施工设备确定每侧按两部或三部台阶开挖，开挖后应及时施作初期支护、中隔壁。

④ 后一侧开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。

⑤ 开挖时，同层左、右两侧纵向错开10～15 m，单侧上下台阶长度一般为3～5 m。

⑥ 先行侧的中隔壁应设置成向外鼓的弧形，并应向后行侧偏斜1/2个钢拱架宽度。

⑦ 各部开挖时，相邻部位的喷射混凝土强度应达到设计强度的70%。

⑧ 在灌注二次衬砌前，应逐段拆除中隔壁临时支护，拆除时应加强量测，一次拆除长度应根据量测结果确定，一般不宜超过15 m。临时支护拆除后应及时施作仰拱和二次衬砌。

⑨ 特殊情况下可将中隔壁浇筑在仰拱中，待铺设防水板时再割断。

3．交叉中隔壁开挖法（CRD法）

交叉中隔壁开挖法仍是将隧道分侧分层进行开挖，分部封闭成环。每开挖一部均及时施作锚喷支护，安设钢架，施作中隔壁，安装底部临时仰拱。先挖一侧超前的上、中部，待初期支护完成且喷射混凝土达到设计强度70% 时，再开挖隧道另一侧的上、中部，然后开挖一侧的下部，最后开挖另一侧的下部，左右交替开挖。

（1）适用条件。

交叉中隔壁开挖法适用于Ⅴ、Ⅵ级围岩及围岩较差的浅埋地段。

（2）特点。

交叉中隔壁法是大跨度、软弱围岩隧道分部开挖，钢架支撑，仰拱先行施工方法中的一种。各部开挖及支护自上而下，步步成环，封闭及时，且中隔壁能有效地阻止支护结构收敛变形和下沉，在控制地面沉降和土体水平位移等方面优于其他工法；但拆除中隔壁时风险较大，工序繁杂，施工速度较慢。

（3）施工作业。

交叉中隔壁法施工工序如图7-3-15所示，施工工艺流程如图7-3-16所示。

图7-3-15　交叉中隔壁法施工工序示意图(www.xing528.com)

Ⅰ—超前小导管；1—左侧上部开挖；Ⅱ—左侧上部初期支护成环；2—左侧中部开挖；Ⅲ—左侧中部初期支护成环；
3—右侧上部开挖；Ⅳ—右侧上部初期支护成环；4—右侧中部开挖；Ⅴ—右侧中部初期支护成环；
5—左侧下部开挖；Ⅵ—左侧下部初期支护成环；6—右侧下部开挖；Ⅶ—右侧下部初期支护成环；
7—拆除中隔壁及临时仰拱；Ⅷ—仰拱及填充混凝土；
Ⅸ—拱墙二次衬砌。

图7-3-16　交叉中隔壁法施工工艺流程

（4）施工要求。

① 根据地质条件，隧道断面的分部，应以初期支护受力均匀，便于发挥人力、机械效率为原则，一般水平方向分两部、上下分二或三层开挖。

② 先行施工部位的临时支撑（中隔壁、临时仰拱），均应有向外（下）鼓的弧度。

③ 同一层左、右侧两部纵向间距不宜大于15 m，上下层开挖工作面相距一般保持在3～4 m，且待喷射混凝土强度达到设计强度的70% 后再开挖相邻部位。

④ 各部的开挖及支护应自上而下，开挖后及时施作初期支护、中隔壁、临时仰拱，步步成环，尽量缩短成环时间。

⑤ 中隔壁宜设置为弧形，并应向后行侧偏斜1/2个钢拱架宽度。

⑥ 隧道左右开挖小断面水平临时支护保持对接一致。

⑦ 根据监控量测结果，中隔壁及临时仰拱应在仰拱浇筑前逐段拆除，每段拆除长度一般不宜超过15 m。

4．单、双侧壁导坑法

单、双侧壁导坑法是采用先开挖隧道一侧、两侧导坑，及时施作导坑四周初期支护及临时支护，必要时施作边墙衬砌，然后再根据地质条件、断面大小，对剩余部分采用二台阶或三台阶开挖的方法。单、双侧壁导坑法开挖面分部形式，如图7-3-17所示：

图7-3-17　侧壁导坑法开挖断面

（1）使用范围。

侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩。双侧壁导坑法可适用于浅埋双线或三线隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩。

（2）特点。

双侧壁导坑法具有开挖断面小、扰动范围小、支护快、封闭早和安全性高等特点。采用双侧壁导坑法施工时，两侧导坑可根据围岩情况采用全断面开挖，也可以分部开挖。对变形较大、初期支护结构开裂破坏的，可在两侧壁导坑内中部增设临时型钢横撑，以达到维护稳定的目的。

（3）施工作业。

单侧壁导坑法施工作业顺序为：

① 开挖侧壁导坑，并进行初次支护（锚杆加钢筋网，或锚杆加钢支撑，或钢支撑，喷射混凝土），应尽快使导坑的初次支护闭合。

② 开挖上台阶，进行拱部初次支护，使其一侧支承在导坑的初次支护上，另一侧支撑在下台阶上。

③ 开挖下台阶，进行另一侧边墙的初次支护，并尽快建造底部初次支护，使全断面闭合。

④ 拆除导坑临空部分的初次支护。

⑤ 建造内层衬砌。

双侧壁导坑法施工工序如图7-3-18所示，施工工艺流程如图7-3-19所示。

图7-3-18　双侧壁导坑法施工工序示意图

Ⅰ—两侧超前小导管；1—两侧上部开挖；Ⅱ—两侧上部初期支护；2—两侧下部开挖；Ⅲ—两侧下部初期支护；
3—中壁上部开挖；Ⅳ—拱部超前小导管；Ⅴ—中壁上部初期支护；4、5—中壁中部开挖；
6—中壁下部开挖；Ⅵ—中壁下部初期支护；Ⅶ—仰拱及填充混凝土；
Ⅷ—拱墙二次衬砌。

图7-3-19　双侧壁导坑法施工工艺流程

（4）施工要求。

① 采用双侧壁导坑法开挖时，应先开挖隧道两侧导坑，再开挖中部剩余部分。

② 侧壁导坑形状应近似椭圆形，双侧壁导坑断面宽度宜为整个隧道断面宽度的1/3，单侧壁导坑断面宽度不宜超过整个隧道断面宽度的1/2。

③ 双侧壁导坑、中央部上部、中央部下部错开一定距离平行作业。

④ 导坑开挖后应及时进行初期支护及临时支护，并尽早封闭成环。

⑤ 双侧壁导坑采用短台阶法开挖，台阶长度为3～5 m，必要时留核心土;左右侧壁导坑可同步施工，但应超前中部10～15 m。

⑥ 拱部与两侧壁间的钢架应定位准确，连接牢固，确保架设钢架连接后在同一个垂直面内。

⑦ 当全断面初期支护封闭成环后，量测显示支护体系稳定，变形很小时，方可拆除中部两片临时隔壁，一次拆除长度不得大于15 m，并加强监控量测。

⑧ 临时隔壁拆除完成后，应及时施作仰拱及二次衬砌。