新奥法施工技术，隧道工程安全

3.2.2.1　全断面开挖法

这种方法是先将洞室一次开挖成形，然后再衬砌。在围岩很稳定、无塌方掉块危险或断面只寸较小时，适于全断面开挖。这种方法的优点是施工场地开阔、出渣方便、掘进速度快。全断面开挖又可分为全断面一次掘进法和导洞全断面开挖法两种。

全断面开挖法又称全断面掘进法。按巷（隧）道设计开挖断面，一次开挖到位的施工方法。其开挖方式主要有三种：即新奥地利全断面开挖法、护板全断面开挖法和掘进机护板全断面开挖法。

（1）施工顺序

全断面开挖法施工操作比较简单，主要工序：使用移动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点，再起爆，一次爆破成型，出渣后钻孔台车再推移至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环。同时，施作初期支护，铺设防水隔离层（或不铺设），进行二次筑模衬砌。该流程突出两点：增加机械手进行复喷作业，先初喷后复喷，以利于稳定地层和加快施工进度；铺底混凝土必须提前施作，且不滞后200m。当地层较差时铺底应紧跟，这是确保施工安全和质量的重要做法。

（2）适用范围

全断面法主要适用于Ⅰ～Ⅲ级围岩.当断面在50m2以下，隧道又处于Ⅲ类围岩地层时，为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面法施工。但在第四纪地层中采用此施工方法时，断面一般均在20m2以下，且施工中仍须特别注意，山岭隧道及小断面城市地下电力、热力、电信等管道工程施工多用此法。

（3）优点

①工序少，相互干扰相对减少，便于施工组织的管理。

②全断面开挖有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度。

③全断面一次成型，对围岩的扰动次数减少，对隧道的围岩稳定有利。

（4）缺点

由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大。

3.2.2.2　台阶开挖法

台阶法是指先开挖隧道上部断面（上台阶），上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面（下台阶），上下台阶同时并进的施工方法。根据台阶长度，可分为短台阶、长台阶、超短台阶（微台阶）法等。

台阶法是两车道隧道Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和部分V级围岩深埋段常用的施工方法，一般划分为上、下两个台阶。该方法将设计断面分成上半部断面和下半部断面，错开一定距离L（台阶长度）先开挖上半断面，待开挖至一定长度后再开挖下半断面，上、下半断面在不同的工作面同时掘进施工。三车道隧道一般采用三台阶。

（1）台阶法的优缺点

①增加了工作面，前后干扰较小，有利于机械化作业，进度较快。

②一次开挖面积较小，有利于掌子面稳定，特别是下台阶开挖时较为安全。

③短台阶法相互干扰，增加对围岩的扰动次数。

（2）分类

根据台阶长度不同，划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。

施工中采用哪一种台阶法，要根据两个条件来决定：第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短；第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。对软弱围岩，主要考虑前者，以确保施工安全；对较好围岩，主要考虑如何更好地发挥机械设备的效率，保证施工中的经济效益，因此只考虑后者。(www.xing528.com)

①长台阶法：长台阶法开挖断面小，有利于维持开挖面的稳定，适用范围较全断面法广，一般适用Ⅰ～Ⅲ级围岩。在上、下两个台阶上，分别进行开挖、支护、运输、通风、排水等作业线，因此台阶长度长。但台阶长度过长，如大于100m时，则增加了支护封闭时间，同时也增加了通风排烟、排水的难度，降低了施工的综合效率。因此，长台阶一般在围岩条件相对较好、工期不受控制、无大型机械化作业时选用。

②短台阶法：短台阶法适用于Ⅲ～Ⅴ级围岩，台阶长度定为10～15m，即1～2倍开挖宽度，主要是考虑既要实现分台阶开挖，又要实现支护及早封闭。上台阶一般采用小药量的松动爆破，出渣采用人工或小型机械转运至下台阶。因此，台阶长度又不宜过长，如果超过15m，则出渣所需的时间显得过长。

短台阶法可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。

③微台阶法：微台阶法是全断面开挖的一种变异形式，适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩，一般台阶长度为3～5m。台阶长度小于3m时，无法正常进行钻眼和拱部的喷锚支护作业；台阶长度大于5m时，利用爆破将石渣翻至下台阶有较大的难度，必须采用人工翻渣。微台阶法上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。

（3）适用范围

台阶法一般适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩，Ⅴ级围岩应在必要的超前支护措施稳定开挖面后采用台阶法开挖，单线隧道及围岩地质条件较好的双线隧道可采用二台阶法；隧道断面较高、单层台阶断面尺寸较大时可采用三台阶法；当地质条件较差时，为增加掌子面自稳能力，可采用三台阶预留核心土法开挖。

台阶长度必须根据隧道断面跨度、围岩地质条件、初期支护形成闭合断面的时间要求、上台阶施工所需空间大小等因素来确定。地质条件较好时往往采用长台阶法开挖，通过普通凿岩机上下台阶同时钻孔和起爆，达到隧道同时开挖掘进的目的，效率比全断面开挖略低，但设备投入相对较低。地质条件较差时，为利于支护及时封闭成环，台阶长度应缩短，宜为5m左右，如采用三级台阶法，第一个台阶高度宜控制在2.5m以下。三级台阶法所采取的辅助施工措施使得上下台阶相互干扰较大，施工效率降低，需要解决好上下台阶施工干扰问题。

（4）施工注意

采用台阶法施工时应注意以下事项：

①台阶长度不宜超过隧道开挖宽度的1.5倍。台阶不宜多分层。一般以一个垂直台阶开挖到底，保持平台长2.5～3m为好，易于掌握炮眼深度，装渣机应紧跟开挖面，减少扒渣距离以提高装渣运输效率。应根据两个条件来确定台阶长度：一是初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩稳定性越差，闭合时间要求越短；二是上半部断面施工时开挖、支护、出渣等机械设备所需的空间大小的要求。

②上部开挖时，因临空面较大，易使爆破面渣块过大，不利于装渣，应适当密布中小炮眼。但采用先拱后墙法施工时，对于下部开挖时，应注意上部的稳定，必须控制下部开挖厚度和用药量，并采取防护措施，避免损伤拱圈及确保施工安全。若围岩稳定性较好，则可以采取分段顺序开挖。若围岩稳定性较差，则应缩短下部掘进循环进尺；若稳定性更差，则可以左右错开，或先拉中槽后挖边帮。

③上台阶钢架施工时，应采取有效措施控制其下沉和变形，下台阶应在台阶喷射混凝土强度达到设计强度的70%后开挖。

3.2.2.3　分部开挖法

分部开挖法是把设计的巷（隧）道断面划分成若干部分，进行二次及其以上开挖，最后达到巷（隧）道设计开挖断面的一种施工方法。

分部开挖法通常分为上下导坑法、台阶分部开挖法、单（双）侧壁导坑法、上导坑超前开挖法五种施工方案。分部开挖法利用对开挖断面进行局部开挖整体成型，因为分部开挖法是把某一部分作为前导提前开挖，所以又称导坑超前开挖法。与超台阶法相比，台阶分部法可以加长台阶，通常情况下单车道隧道为2倍洞跨，双车道隧道为1倍洞跨，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段；与单（双）侧臂导坑法相比台阶分部法机械化程度高，施工进度更快。对于上下导坑超前开挖法比较适用于ⅱ、ⅲ类围岩，在地层比较松软的地段开挖隧道，通常采用上下导坑超前开挖先拱后墙法。

（1）优点

利用导坑超前开挖，提前探明地质，便于调整后续施工方法。劳动力与小型机械协同施工，工作面多，有利于分工，便于拉开工序。

（2）缺点

上、下导坑断面小，施工作业工序较多，施工进度慢，施工组织和管理难度比较大。

双侧臂导坑法：该法适用于围岩特别差和浅埋大跨度隧道，对地表下沉量要求严格。特点是：施工安全系数高，施工进度慢，成本造价高。

单侧臂导坑法：隧道跨度较大、围岩不稳定、难以控制地面沉陷的地带多用此方法。特点是：兼具正台阶法和双臂导坑法的优点。