【文章內(nèi)容簡介】 根據(jù)地層條件可選擇兩部或多部開挖法。（1）上下兩部分步開挖采用此方法，若地層較好（Ⅲ、Ⅳ類），可將斷面分成上下兩個(gè)臺(tái)階開挖，上臺(tái)階長度（L）一般控制在1～（D）以內(nèi)，但必須在地層失去自穩(wěn)能力之前盡快開挖下臺(tái)階，支護(hù)后形成封閉結(jié)構(gòu)。若地層較差，為了穩(wěn)定工作面，也可以輔以小導(dǎo)管超前支護(hù)等措施。上下兩部分步正臺(tái)階法開挖示意圖見下圖23。一般采用人工和機(jī)械混合開挖法，即上半斷面采用人工開挖、機(jī)械出渣，下半斷面采用機(jī)械開挖、機(jī)械出渣。有時(shí)為避免上半斷面出渣對(duì)下半斷面的影響，可用皮帶運(yùn)輸機(jī)將上半斷面渣土送到下半斷面的運(yùn)輸車中。圖23 上下兩部分步正臺(tái)階法開挖（2）多部分開挖留核心土該方法適用于較差的地層，圍巖級(jí)別是Ⅰ、Ⅱ類，上臺(tái)階取1倍洞徑（D）左右環(huán)形開挖，留核心土。用系統(tǒng)小導(dǎo)管超前支護(hù)、預(yù)注漿穩(wěn)定工作面；用網(wǎng)構(gòu)拱架做初期支護(hù)；拱腳、墻腳設(shè)置鎖腳錨桿。從斷面開挖到初期支護(hù)、仰拱封閉不能超過10d，以確保地面沉陷控制在50mm以內(nèi)。當(dāng)隧道斷面較高時(shí)，可以分多層臺(tái)階開挖法。多部分開挖留核心土示意圖見圖23。 圖23 多部分開挖留核心土示意圖臺(tái)階長度之所以定為1倍洞徑(D)，主要因?yàn)榈孛娉两挡蝗菰S超過30mm，另外，隧道在施工中縱向產(chǎn)生承載拱，承載拱的跨度約為1倍洞徑（圖24）。這樣，在1倍洞徑區(qū)段周圍地層產(chǎn)生橫向和縱向兩個(gè)承載拱的作用，這對(duì)開挖是有利的。臺(tái)階長度超過1倍洞徑將失去縱向承載拱受力結(jié)構(gòu)，僅有橫向平面承載拱受力結(jié)構(gòu)。另外，上臺(tái)階若選用大于1．5倍洞徑的長臺(tái)階，在開挖時(shí)縱向變位大，上臺(tái)階斷面形狀不利于受力，而且容易引起周圍地層松動(dòng)，塑性區(qū)增大，造成拱腳附近受力大而使其失去穩(wěn)定性（圖25）；在下臺(tái)階開挖時(shí)，也容易產(chǎn)生變位疊加而使其失去穩(wěn)定性（圖26）。 圖24 縱向承載拱的作用 圖25 上臺(tái)階過長引起松動(dòng)荷載 圖26 開挖過程縱向變位影響長度圖 圖27 上臺(tái)階過短引起工作面不穩(wěn)定上臺(tái)階若過短，小于1倍洞徑，因洞內(nèi)縱向破裂面超過工作面，易造成洞頂土體下滑，引起工作面不穩(wěn)定所以軟弱地層不能采用短臺(tái)階法施工（圖27），但是若用硬巖爆破法施工時(shí)，為了便于風(fēng)鉆打眼，可設(shè)置超短臺(tái)階。從安全角度考慮，臺(tái)階長度定為1倍洞徑是合理的，施工機(jī)械的配置也應(yīng)遵守這個(gè)原則。因此，在采用正臺(tái)階法施工時(shí)，應(yīng)樹立一個(gè)概念，不要分長臺(tái)階、短臺(tái)階、微臺(tái)階，這是長期施工經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的總結(jié)，有關(guān)施工規(guī)范中也取消了這種說法，也不再提半斷面法開挖。需要說明的是，在Ⅱ類砂卵石地層中進(jìn)行大斷面正臺(tái)階開挖，必須同時(shí)實(shí)施深孔注漿和小導(dǎo)管超前支護(hù)、預(yù)注漿輔助工法。①靈活多變，適用性強(qiáng)。凡是軟弱圍巖、第四紀(jì)沉積地層，必須采用正臺(tái)階法，尤其是各種不同方法中的基本方法。而且，當(dāng)遇到地層變化(變好或變壞)，都能及時(shí)更改、變換成其他方法，所以被稱為淺埋暗挖施工方法之母。②具有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度，臺(tái)階有利于開挖面的穩(wěn)定，尤其是上部開挖支護(hù)后，下部作業(yè)則較為安全。當(dāng)?shù)貙訜o水、洞跨小于10m時(shí)，均可采用該方法。③臺(tái)階法開挖的缺點(diǎn)是上下部作業(yè)相互干擾，應(yīng)注意下部作業(yè)時(shí)對(duì)上部穩(wěn)定性的影響，還應(yīng)注意臺(tái)階開挖會(huì)增加圍巖被擾動(dòng)的次數(shù)等。 分部開挖法 分部開挖法主要適用于地層較差的大斷面地下工程，尤其是限制地面沉降的城市地下工程，包括單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺(tái)階法、中隔墻法（CD工法）、交叉中隔墻法(CRD工法）、雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺(tái)階法（眼鏡工法）和雙隔墻中間預(yù)留核心土法等多種形式。一、 單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺(tái)階法1. 基本概念單側(cè)壁導(dǎo)坑法是指在隧道斷面一側(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⑿】缍词议_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　　　　　　　　?。╞）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)階長度都應(yīng)控制，一般為5～7m。為穩(wěn)定工作面，往往與長期預(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工藝簡單。拆除臨時(shí)支護(hù)工作量小，從而簡化了工藝。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)，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?，明顯減少了拱頂沉降。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，而且工序較簡單，支護(hù)拆除容易，進(jìn)度較快。 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