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地下工程分部开挖方法大解析
2014-10-20 點擊右側關注 施工技术
隧道分部开挖法尽管有许多缺点，如施工工序多、进度慢、不利于采用大型施工机械和无轨运输、工程造价高等，但是随着围岩分级的降低、隧道跨度的增加，为确保隧道施工的安全与质量，分部开挖的方法仍在铁路隧道、公路隧道、城市地铁区间、车站等施工中被广泛采用。隧道分部开挖方法是地下工程设计、施工中在特定条件下为确保安全、质量不可缺少的有效的措施和手段。
四种分部开挖方法的特点
台阶法
其特点是上下分块，突出的优点是尽量减少第1部开挖量、缩短第1部开挖、支护封闭时间，如图1所示。特别在Ⅴ、Ⅵ级围岩中应做到：尽量减少开挖、支护的时间；稳定掌子面；便于临时支护。对防止塌方保证施工安全极为重要。

CD法
其主要特点是：①横向左、右分块，缩短了第1，2，3部的开挖宽度，相应的竖向均布荷载值及侧向水平荷载值、支护上的总荷载值、第1，2，3部开挖、支护封闭成环的时间均减小；②纵向前后分段，一般每循环进尺为0.5m，由此第1部的开挖量、竖向荷载值、水平侧向荷载值及第1部开挖作用于支护上的总荷载值、第1，2，3部开挖、支护封闭成环的时间均又减少一半，如图2所示。

CRD法
CRD法的特点是除了CD法的优点外又增加了1道横向支撑。开挖支护由2部增加到4部，由此开挖、支护、封闭成环的时间更短；抵抗水平侧压力、保证拱脚稳定性，如图3所示。

双侧壁导坑法
双侧壁导坑法充分体现了以上各种分部开挖法的特点（见图4）：
1)上下分块，横向左右分片，纵向前后分段。
2)进一步减少了施工过程各部开挖支护的竖向荷载值、侧向水平荷载值及各分部开挖的总荷载值。
3)增加了横向支撑，保证拱脚的稳定。
4)大大缩短每部开挖、支护封闭成环的时间，确保施工安全、对围岩级别低、隧道跨度大的工程尤为重要。

软弱破碎围岩地铁隧道主要施工工法的适用性
软弱破碎围岩地铁隧道主要施工工法如表1所示。
表1 软弱破碎围岩地铁隧道主要施工工法比较
施工方法
台阶法
CD法
双侧壁
导坑法
CRD法

施工风险
较大
小
小
小
施工工序
较简单
较多
多
多
施工机械
中型
中小型
中小型
小型
掌子面稳定性
差
较好
好
好
施工难度
小
较大
大
大
技术难度
低
较高
高
高
沉降量
较大
较小
小
小
施工进尺
快
一般
慢
慢
适用范围
单洞双车道上软下硬地层；围岩承载力>200kPa；围岩力学性能受水影响小
大跨度断面上软下硬地层；围岩力学性能受水影响后承载力<200kPa
大跨度断面上硬下软或上下均软地层；围岩承载力<200kPa
大跨度断面上硬下软或上下均软地层；围岩力学性能受水影响后承载力<200kPa
注：在软弱破碎围岩条件下，比较小的洞室可以采用台阶法施工，对比较大的洞室，就不能再用台阶法施工。
地表沉降要求对软弱破碎围岩隧道施工工法选择的影响
1）软弱破碎围岩隧道采用不同主要施工工法开挖，其地表沉降曲线均呈“槽型”，其最大沉降位置均位于中线附近。距中线相同距离位置的沉降值，双侧壁导坑法中先开挖侧略大于后开挖侧，而CD法和CRD法相反，台阶法基本相等。可见，地表沉降量值大小与隧道施工工序，开挖路径有关。
2）不同施工工法相同位置产生的沉降大小满足如下关系：台阶法> CD法>双侧壁导坑法、CRD法。可见，采用双侧壁导坑法和CRD法施工产生的地表沉降最小，因此，对于地表建筑密集，沉降要求严格的地段的隧道开挖采用双侧壁导坑法和CRD法施工较为有效。
3）进一步比较各施工工法的地表沉降大小，可以发现，除台阶法外，其余施工方法相对而言，均采用了缩小隧道单次开挖跨度的措施，或加设临时中隔墙，或设置侧壁临时支护，总之是从横向上缩小了单次开挖跨度；而台阶法，主要从深度方向上缩小开挖断面。图5为不同施工工法对应的地表沉降曲线。

对分部开挖法的建议
隧道分部开挖法缺点显著、优点突出，应根据地质、水文条件、隧道宽度等认真进行不同施工方法的比选，才能确保施工的安全与质量。
1)横向分片应本着先大后小的原则。
2)隧道开挖在软弱围岩中纵向分段的优势应充分利用。每循环开挖进尺为减至0.5m，竖向、水平荷载值小，开挖量少，开挖支护封闭成环的时间少，支护受力小，防坍效果好。
3)在采用双侧壁导坑法施工时，要特别注意各工序的施工质量才能确保分部开挖法优点的发挥，才能确保施工的安全与质量。①分部开挖的初期支护和临时支护布置平面应该垂直于隧道轴线，且对应的各部的支护应该布置在同一平面内；②初支、临支各节点对接应准确无误、且连接牢靠，才能确保整个支护体系牢固可靠。
4)分部开挖施工过程受力分析及受力、变形突变点研讨。以双侧壁导坑法为例：当开挖1，2部时，开挖宽度小，竖向、侧向荷载值小，竖向总荷载值也小。当开挖3，4部时，同开挖1，2部。当开挖第5部时，隧道的开挖宽度突然增至隧道宽度，竖向均布荷载、侧向水平荷载以及竖向总荷载、水平侧向总荷载突然猛增几倍。支护的应力、应变、拱顶的下沉、拱脚的收敛会突变，此时监控量测应给以高度关注。

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