隧道开挖方法选择与转换

1．隧道开挖方法的选择原则

从隧道的横断面来看，可以将隧道全断面一次开挖成形或分成若干块逐次开挖；从隧道的纵断面来看，不论横断面的分部情形如何，都是将坑道或导坑分成若干段顺序开挖的。即每次挖除的是有一定断面积（一次开挖断面积S）和一定纵向深度（掘进进尺L）的岩体。亦即每次开挖后就形成具有一定大小（V=SL）的地下空间，并最终形成地下通道空间。

隧道开挖方法的选择就是要确定横断面分部开挖面的大小和纵向分段掘进的深度，及其动态调整措施。不同的开挖方法对围岩的扰动程度是不同的，不同的开挖方法其作业面之间的相互干扰也是不同的。因此，隧道开挖方法的选择，应主要考虑围岩的稳定性、开挖与其他工序之间的相互干扰、施工过程中岩体应力重分布和结构体系转换，还应考虑隧道设计断面大小和形状，以及掘进方式、作业空间大小、机械配备能力、支护条件、工期要求、工区长度、经济性等因素的影响，进行综合分析，选用既有利于围岩稳定，又满足作业空间等要求的开挖方法。

一般而言，围岩稳定性较好时，每次挖除岩体的体积（SL）可以大一些，即断面积和纵向深度都可以大一些；围岩稳定性较差时，每次挖除岩体的体积应当小一些，即断面积和纵向深度都应当小一些。现代隧道工程围岩承载理论主张尽可能采用大断面，同时主要通过调整掘进进尺来适应不同稳定能力的围岩条件。

根据地质条件、隧道开挖断面和围岩稳定情况选择开挖方法，公路隧道不同围岩条件和开挖断面适宜的开挖方法见表7-3-3。铁路隧道矿山法施工开挖方法规定如下：① Ⅰ、Ⅱ级围岩一般采用全断面法开挖，其他围岩采用全断面法时，应与辅助工法相结合。② Ⅲ～Ⅴ级围岩一般采用台阶法开挖，中等—特大跨度Ⅳ、Ⅴ级围岩，可采用三台阶七步开挖法开挖。③ 中等—特大跨度Ⅴ级围岩，可采用中隔壁法、交叉中隔壁法、双侧壁导坑法等分部开挖法。④ Ⅵ级围岩在采取辅助施工措施后，可采用分部开挖法或台阶法开挖。(www.xing528.com)

表7-3-3　公路隧道不同围岩条件和开挖断面适宜的开挖方法

当前的施工实践中，采用最多的方法是台阶法，其次是全断面法。在大断面隧道中，中隔壁法（单侧壁导坑法）和双侧壁导坑采用较多。由于施工机械的开发和辅助工法的采用，施工方法有向更多地采用全断面法，特别是全断面法与超短台阶法结合的发展趋势。因此，目前选择施工方法，并不完全决定于地质条件。地质条件仅仅是选择施工方法的一个因素，而更应强调的是：施工方法必须符合快速、安全、质量及环境的要求，其中环境因素有时成为选择施工方法的决定性因素。

2．隧道开挖方法的转换

当隧道围岩等级发生变化，或原计划开挖方法根据监控量测信息需要进行调整时，需要改变开挖方法。开挖方法转换应注意以下问题：① 转换前应进行围岩级别核对，确认开挖方法和支护参数适用于前方围岩。② 分部断面变大、支护变弱应在较好的围岩段中进行。③ 转换前应进行技术交底。④ 转换应逐渐过渡。⑤ 转换过程中各开挖分部应及时支护，及时闭合。