【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 道斷面一側(cè)先開挖一導(dǎo)坑，并始終超前一定距離，再開挖隧道斷面剩余部分的隧道開挖方法。單側(cè)壁導(dǎo)坑超前導(dǎo)坑法開挖示意圖見下圖28。圖28 單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺(tái)階法采用該法開挖時(shí)，單側(cè)壁導(dǎo)坑超前的距離一般在2倍洞徑以上。為了穩(wěn)定工作面，須采取超前錨桿、超前小管管、超前預(yù)注漿等輔助施工措施進(jìn)行超前加固。一般采用人工開挖、人工和機(jī)械配合開挖、人工和機(jī)械配合出碴。斷面剩余部分開挖時(shí)，可適當(dāng)采用控制爆破以免破壞已完成導(dǎo)坑的臨時(shí)支護(hù)。側(cè)壁導(dǎo)坑尺寸通常根據(jù)機(jī)械設(shè)備和施工條件來確定，而側(cè)壁導(dǎo)坑的正臺(tái)階高度，一般規(guī)定為臺(tái)階底部至拱線的位置，這主要是為施工方便而規(guī)定的，～。下臺(tái)階落底、封閉要及時(shí)，以減少地面沉降。單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺(tái)階法主要適用于地層較差、斷面較大，采用臺(tái)階法開挖有困難的地層。采用該法可變大跨斷面為小跨斷面。大跨斷面多不小于10 m，可采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法，將導(dǎo)坑跨度定為3～4m，這樣就可將大跨度變?yōu)?～4m跨和6～10m跨，這種施工方法簡(jiǎn)單可靠。 二、中隔墻法(CD工法)CD工法（Center Diaphragm）是指是在軟弱圍巖大跨度隧道中，將隧道斷面左右一分為二，先開挖一側(cè)，并在隧道斷面中部架設(shè)一臨時(shí)支撐隔，待先開挖的一側(cè)超前一定距離后，再開挖另一側(cè)隧道的施工方法。通過隧道斷面中部的臨時(shí)支撐隔墻，將斷面跨度一分為二，減小了開挖斷面跨度，使斷面受力更合理，從而使隧道開挖更安全、可靠。CD工法是在20世紀(jì)80年代以來，隨著修建城市地下工程實(shí)例日益增多，尤其是非掘進(jìn)機(jī)方法運(yùn)用于軟弱、松散地層中淺埋暗挖隧道工程后，在原正臺(tái)階法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工法。它更有效地解決了將大跨、中跨的洞室開挖轉(zhuǎn)變?yōu)橹?、小跨洞室開挖問題。CD工法首次在德國慕尼黑地鐵工程的實(shí)踐中獲得了成功，并在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上去的突破。CD工法主要適用于地層較差的、可采用人工或人工配合機(jī)械開挖的Ⅳ、V級(jí)圍巖地層、不穩(wěn)定巖體和淺埋段、偏壓段、洞口段，且地面沉降要求嚴(yán)格的地下工程施工。采用CD工法施工時(shí)，每步的臺(tái)階長(zhǎng)度都應(yīng)控制，一般為5～7m。為了穩(wěn)定工作面，往往與預(yù)注漿等輔助施工措施配合使用，采用人工開挖、人工出渣方式。CD工法的開挖方式與施工順序分別見下圖29和圖210。圖29 CD工法開挖方式圖210 CD工法施工順序三、交叉中隔墻法(CRD工法) 當(dāng)CD工法仍不能保證圍巖穩(wěn)定和隧道施工安全要求時(shí)，可在CD工法的基礎(chǔ)上對(duì)各分部加設(shè)臨時(shí)仰拱，即CRD工法(Center Cross Diaphragm)。CRD工法是在軟弱圍巖大跨度隧道中，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，完成橫隔板施工的施工方法。CRD工法是日本在真米隧道建設(shè)中吸取歐洲CD工法的經(jīng)驗(yàn)，在冬葉高速線習(xí)志野臺(tái)隧道施工中，將原CD工法先開挖中壁一側(cè)改為兩側(cè)交叉開挖、步步封閉成環(huán)、改進(jìn)發(fā)展的一種工法。其最大特點(diǎn)是將大斷面施工化成小段面施工，各個(gè)局部封閉成環(huán)的時(shí)間短，控制早期沉降好，每個(gè)步序受力體系完整。因此結(jié)構(gòu)受力均勻，形變小。另外，由于支護(hù)剛度大，施工時(shí)隨到整體下沉微弱，地層沉降量不大，而且容易控制。CRD工法適用于特別破碎的巖石、碎石土、卵石土、圓礫土、角礫土及黃上組成的V級(jí)圍巖和軟朗狀粘性土、潮濕的粉細(xì)砂組成的Ⅵ級(jí)圍巖及較差圍巖中的洞口段、偏壓段、淺埋段等。CRD工法以臺(tái)階法為基礎(chǔ)，將隧道斷面從中間分成4～6部分，使上下臺(tái)階左右各分成2～3部分，每一部分開挖并支護(hù)后形成獨(dú)立閉合單元。各部分開挖時(shí)，縱向間隔的距離可根據(jù)具體情況按臺(tái)階法確定。CRD工法的開挖方式與施工流程分別見下圖211和圖212。圖211 CRD工法開挖方式 （a）橫向施工示意圖　　　　　　　　　（b）縱向施工示意圖圖212　CRD工法施工流程四、雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺(tái)階法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法也稱眼鏡工法，也是變大跨度為小跨度的施工方法，其實(shí)質(zhì)是將大跨度(＞20m)分成三個(gè)小跨度進(jìn)行作業(yè)。該法工序較復(fù)雜，導(dǎo)坑的支護(hù)拆除困難，有可能由于測(cè)量誤差而引起鋼架連接困難，從而加大了下沉值，而且成本較高，進(jìn)度較慢。20世紀(jì)70年代至80年代初國內(nèi)外多用此法，目前使用較少。但是，當(dāng)斷面很大時(shí)也經(jīng)常采用，有時(shí)還采用連續(xù)眼鏡工法，即三眼鏡法、四眼鏡法。采用該法開挖時(shí)，雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前的距離相等或不等。為了穩(wěn)定工作面，經(jīng)常和超前預(yù)注漿等輔助施工措施配合使用。一般采用人工和機(jī)械混合開挖，人工和機(jī)械混合出渣，開挖方式見下圖213。圖213 雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺(tái)階法開挖方式雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺(tái)階法以臺(tái)階法為基礎(chǔ)，將隧道斷面分成三部分，即雙側(cè)壁導(dǎo)洞和中部，其雙側(cè)壁導(dǎo)洞尺寸以滿足機(jī)械設(shè)備和施工條件為標(biāo)準(zhǔn)加以確定。施工時(shí)，應(yīng)先開挖兩側(cè)的側(cè)壁導(dǎo)洞，在導(dǎo)洞內(nèi)按正臺(tái)階法施工，當(dāng)隧道跨度較大且地質(zhì)情況較差時(shí)，上臺(tái)階也可采用中隔墻法或環(huán)形留核心土法開挖，并及時(shí)施作初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，在初期支護(hù)的保護(hù)下，逐層開挖下臺(tái)階至基底，并進(jìn)行仰拱或底板的施工。施工過程中，左右側(cè)壁導(dǎo)洞錯(cuò)開應(yīng)不小于15m，確定這個(gè)數(shù)值的前提是，在開挖中引起的導(dǎo)洞周邊圍巖的應(yīng)力重新分布不影響已完成的導(dǎo)洞。關(guān)于上、下臺(tái)階之間的距離，可視具體情況，按臺(tái)階法確定。①采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺(tái)階法施作大跨度隧道，其機(jī)理是將大跨度洞室首先分割成幾個(gè)小洞室分步施工，合理轉(zhuǎn)化工序。②以巖體力學(xué)理論為基礎(chǔ)，以監(jiān)控量測(cè)為依據(jù)，采用新奧法原理和控制爆破技術(shù)，及時(shí)噴錨進(jìn)行初期支護(hù)。針對(duì)圍巖軟弱的特點(diǎn)，經(jīng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)反饋，合理確定工序間的關(guān)系。③利用監(jiān)控位移反分析法和初期支護(hù)的鋼筋軸力、圍巖應(yīng)力、二襯鋼筋軸力、二襯接觸壓應(yīng)力的量測(cè)結(jié)果指導(dǎo)施工。圖214是雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺(tái)階法施工順序示意圖。（a）橫向施工示意圖 （b）縱向施工示意圖圖214 雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺(tái)階法施工順序該工法主要適用于地層較差的、可采用人工或人工配合機(jī)械開挖的Ⅳ、V級(jí)圍巖地層、不穩(wěn)定巖體和淺埋段、偏壓段、洞口段,以及斷面很大、單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺(tái)階法無法滿足要求的三線或多線大斷面鐵路隧道及地鐵工程,。工藝流程框圖如下圖215所示。圖215 雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺(tái)階法施工工藝流程五、雙隔墻中間預(yù)留核心土法雙隔墻中間預(yù)留核心土法也稱留土柱法，主要適用于地層較差、斷面較大（跨度大于10m），而且采用CD工法、CRD工法和眼鏡工法開挖有困難的地層，該法也是將大跨變?yōu)樾】绲氖┕し椒?。該方法是以臺(tái)階法為基礎(chǔ)，用預(yù)留核心土將隧道斷面從中間分成四個(gè)部分，使上、下臺(tái)階左右各分成兩部分，每一部分開挖并支護(hù)后形成獨(dú)立的閉合單元。同時(shí)，中間預(yù)留土柱能支撐拱頂，有效減少拱頂下沉，充分發(fā)揮土體的支護(hù)作用。而且，該施工方法比CRD工法和眼鏡工法工藝簡(jiǎn)單，進(jìn)度更快，由于減少了支護(hù)，可降低成本。采用該工法開挖時(shí)，雙隔墻超前的距離相等或不等。預(yù)留土柱的各部分開挖時(shí)，縱向間隔距離可根據(jù)具體情況按臺(tái)階法確定。采用雙隔墻中間預(yù)留核心土法施工時(shí)，每步的臺(tái)階長(zhǎng)度都應(yīng)控制，一般為5～7m。為穩(wěn)定工作面，往往與長(zhǎng)期預(yù)注漿等輔助施工措施配合使用，采用人工開挖、人工出渣方式。開挖方式與開挖順序分別見下圖216和圖217。 圖216雙隔墻中間預(yù)留核心土法開挖方式 圖 217雙隔墻中間預(yù)留核心土法開挖順序①適用范圍廣。適用于地層地質(zhì)條件很差、跨度大、地面沉降要求嚴(yán)格的隧道開挖。②減小地面沉降。預(yù)留土柱起到支撐作用，當(dāng)兩側(cè)封閉后，開挖中部可以實(shí)現(xiàn)快速封閉，使得支護(hù)結(jié)構(gòu)更合理，從而有效減小拱頂下沉，減少沉降曲線疊加。③工藝簡(jiǎn)單。拆除臨時(shí)支護(hù)工作量小，從而簡(jiǎn)化了工藝。④成本低。支護(hù)體系與CD工法、眼鏡工法比較，需要的支護(hù)材料少，工作量小，因而施工成本降低。六、方法比較1. CD工法與CRD工法比較大量的施工實(shí)例資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，CRD工法優(yōu)于CD工法(CRD工法比CD工法減少地面沉降近50％)，而CD工法又優(yōu)于眼鏡工法。但是CRD工法施工工序復(fù)雜，隔墻拆除困難，成本較高，進(jìn)度較慢，一般在第四紀(jì)地層中修建大段面地下結(jié)構(gòu)物(如停車場(chǎng))，且地面沉降要求嚴(yán)格時(shí)才使用。日本的工程研究人員在習(xí)志野臺(tái)隧道施工過程中，對(duì)這兩種工法在同樣的地層條件和支護(hù)剛度下進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)：①采用CD工法時(shí)地面沉降為77～84mm，采用CRD工法時(shí)地面沉降為26～30mm，且CD工法的地面沉降量難以控制在為70mm之內(nèi)。②采用CD工法時(shí)地面最大下沉坡度為6%，%。③采用CD工法時(shí)側(cè)向水平位移為20mm，而采用CRD工法時(shí)側(cè)向水平位移為9mm，前者為后者的2倍以上。①據(jù)分析，當(dāng)僅為單洞施工時(shí)，兩種方法都可以將地面沉降控制在30mm以內(nèi)，但采用CRD工法土體水平位移僅為采用眼鏡工法時(shí)的66%左右。而且兩洞交互施工時(shí)，就克服相互干擾而言，CRD工法優(yōu)于眼鏡工法。②采用眼鏡工法時(shí)頂部弧形導(dǎo)坑開挖具有一定風(fēng)險(xiǎn)性，而采用CRD工法步步封閉成環(huán)，各施工階段風(fēng)險(xiǎn)較小。相對(duì)而言，采用CRD工法時(shí)各工作面可同時(shí)作業(yè)，有利于安排工序和勞力，相互干擾小。③采用眼鏡工法時(shí)兩側(cè)弧形導(dǎo)洞內(nèi)的鋼支撐往往難以控制在同一斷面內(nèi)，頂部弧形導(dǎo)坑開挖后，鋼支撐若無法連接成整體，則支護(hù)承載能力大為降低，而采用CRD工法不存在此類問題。④兩者所需費(fèi)用基本相當(dāng)。CD工法交叉中壁受力不太合理，拱頂不易穩(wěn)定，大量施工實(shí)例資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，CD工法地面沉降比較大。雙隔墻中間預(yù)留核心土法利用了中部預(yù)留核心土柱對(duì)拱頂?shù)闹巫饔茫黠@減少了拱頂沉降。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果。眼鏡工法兩側(cè)弧形導(dǎo)洞內(nèi)的鋼支撐往往難以控制在同一斷面內(nèi)，頂部弧形導(dǎo)坑開挖后，鋼支撐若無法連接成整體，則支護(hù)承載能力大為降低，且有可能由于測(cè)量誤差而引起鋼架連接困難，從而加大下沉值。雙隔墻中間預(yù)留核心土法開挖不存在此類問題，而且工序較簡(jiǎn)單，支護(hù)拆除容易，進(jìn)度較快。 特大斷面施工方法 在修筑地下發(fā)電廠、地下倉庫、地下商業(yè)街及地鐵車站時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)地下大空間的施工問題。這些建筑物若在埋深較淺、軟弱不穩(wěn)定的Ⅲ～Ⅴ級(jí)圍巖中，一般用淺埋暗挖法施工。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件差、斷面特大時(shí)，一般設(shè)計(jì)成多跨結(jié)構(gòu)跨與跨之間有梁、柱連接。比如常見的三跨兩柱的大型地鐵站、地下商業(yè)街、地下停車場(chǎng)等，一般采用中洞法側(cè)洞法、柱洞法及洞樁墻法(地下蓋挖法)等方法施工，其核心思想是變大斷面為中小斷面，提高施工安全度。一、中洞法中洞法先開挖中間部分(中洞) ,在中洞內(nèi)施作梁柱結(jié)構(gòu),然后再開挖兩側(cè)部分(側(cè)洞) ,并逐漸將側(cè)洞頂部荷載通過中洞初期支護(hù)轉(zhuǎn)移到梁、柱結(jié)構(gòu)上。中洞法施工示意圖和具體施工順序分別見下圖218和圖219。 圖218 中洞法施工示意圖 圖219 中洞法施工順序由于中洞的跨度較大，施工中一般采用CD法、CRD法或眼睛法等進(jìn)行施作。中洞法施工工序復(fù)雜，但兩側(cè)洞對(duì)稱施工，比較容易解決側(cè)壓力從中洞初期支護(hù)轉(zhuǎn)移到梁柱上時(shí)產(chǎn)生的不平衡側(cè)壓力問題，施工引起的地面沉降較易控制。該工法多在無水、地層相對(duì)較好的時(shí)應(yīng)用。該工法空間大，施工方便，混凝土質(zhì)量也能得到保證。當(dāng)施工隊(duì)伍水平較高時(shí)，多采用該工法施工。采用該工法施工，地面沉降均勻，兩側(cè)洞的沉降曲線不會(huì)在中洞施工的沉降曲線最大點(diǎn)疊加，應(yīng)為優(yōu)選方案。該施工方法的特點(diǎn)是初期支護(hù)自上而下，每一步封閉成環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，二次襯砌自下而上施作，混凝土質(zhì)量較容易得到保證，多在無水、地層相對(duì)較好時(shí)應(yīng)用。該施工方法空間大，施工方便，但該方法施工引起的地面沉降和影響范圍較大。二、柱洞法柱洞法是按照“小分塊、短臺(tái)階、早成環(huán)”的原則,將整個(gè)斷面開挖橫向分為側(cè)洞、有柱的柱洞和中洞,共5個(gè)洞,每洞分上、中、下三層,臺(tái)階法施工。先自上而下對(duì)稱施工柱洞初支,再由下而上施作柱洞二襯,建立起梁、柱支撐體系。柱洞完成后,施工兩個(gè)柱洞中間的中洞初支和二襯,形成整個(gè)大中洞穩(wěn)定體系。再對(duì)稱自上而下施工兩側(cè)洞初支,最后縱向分段自下而上對(duì)稱施作二襯,完成結(jié)構(gòu)閉合。柱洞法施工示意圖和具體施工順序分別見下圖220和圖221。圖220 柱洞法施工示意圖 圖221 柱洞法施工順序施工中，先在立柱位置施作一個(gè)小導(dǎo)洞，可用臺(tái)階法開挖。當(dāng)小導(dǎo)洞做好后，在洞內(nèi)再做底梁、立柱和頂梁，形成一個(gè)細(xì)而高的縱向結(jié)構(gòu)。該工法的關(guān)鍵是如何確保兩側(cè)開挖后初期支護(hù)同步作用在頂縱梁上，而且柱子左右水平力要同時(shí)加上且保持相等，這是很困難的力的平衡和力的轉(zhuǎn)換交織在一起的問題。在第④步增設(shè)強(qiáng)有力的臨時(shí)水平支撐是解決問題的一個(gè)辦法，但工程量大，不易控制。另一個(gè)辦法是在第②步的空間用片石(間層用素混凝土或三合土)回填密實(shí)，使立柱在承受不平衡水平力時(shí)，依靠回填物給予支持，這樣左邊和右邊施工就可以不同步地將水平荷載轉(zhuǎn)移到立柱縱梁上。這樣做雖能確保立柱的質(zhì)量，但造價(jià)較高。柱洞法施工引起的地面沉降量較小，安全度大，但中洞開挖時(shí)受力轉(zhuǎn)換復(fù)雜。三、側(cè)洞法側(cè)洞法施工就是先開挖兩側(cè)部分(側(cè)洞)，在側(cè)洞內(nèi)做梁、柱結(jié)構(gòu)，然后再開挖中間部分(中洞)，并逐漸將中洞頂部荷載通過側(cè)洞初期支護(hù)轉(zhuǎn)移到梁、柱上。這種施工方法，在處理中洞頂部荷載轉(zhuǎn)移時(shí)，相對(duì)于中洞法要困難一些 。側(cè)洞法對(duì)于單層多跨的大斷面車站較為適用。側(cè)洞法施工示意圖和具體施工順序分別見下圖222和223。圖222 側(cè)洞法施工示意圖 圖223 側(cè)洞法施工順序兩側(cè)洞施工時(shí)，中洞上方土體經(jīng)受多次擾動(dòng)，形成危及中洞的上小下大的梯形、三角形。該土體直接壓在中洞上，中洞施工若不夠謹(jǐn)慎就可能發(fā)生坍塌。采用該工法施工引起的地面沉降較大，而中洞法則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。四、樁柱法樁柱法也稱PBA工法，就是先開挖，在洞內(nèi)制作挖孔樁。梁柱完后，再施作頂部結(jié)構(gòu)，然后在其保護(hù)下施工，實(shí)際上是將蓋挖法施工的挖孔樁梁柱等轉(zhuǎn)入地下進(jìn)行，因此也稱做地下式蓋挖法。施工工序見下圖224。PBA工法是對(duì)傳統(tǒng)的地面框架結(jié)構(gòu)施工方法和暗挖法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合