隧道开挖方法与施工要求

隧道开挖是公路工程建设中的关键环节，其方法选择和施工要求直接影响工程质量与安全。本文将围绕隧道主要开挖方法、适用范围及具体施工要求进行科普介绍，为工程实践提供参考。

一、隧道主要开挖方法及适用范围

1.1主要开挖方法及定义

公路隧道的开挖方法主要包括全断面法、台阶法、环形开挖预留核心土法、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）及双侧壁导坑法。各方法定义如下：

• 全断面法：按设计断面一次基本开挖成形的施工方法。
• 台阶法：先开挖上半断面，待开挖至一定距离后再同时开挖下半断面，上下半断面同时并进的施工方法，分为二台阶法、三台阶法，台阶长度一般为3～5m。
• 环形开挖预留核心土法：先开挖上台阶成环形并支护，再分部开挖中部核心土、两侧边墙的施工方法。
• 中隔壁法（CD法）：在软弱围岩大跨隧道中，先开挖隧道一侧，施作中隔壁墙，再分部开挖另一侧的施工方法。
• 交叉中隔壁法（CRD法）：在中隔壁法基础上增加临时仰拱，更快封闭初支的施工方法。
• 双侧壁导坑法：先开挖隧道两侧导坑并初期支护，再分部开挖剩余部分的施工方法。

图：隧道主要开挖方法树状图

1.2开挖方法适用范围

应根据地质条件、隧道开挖断面和围岩稳定情况选择开挖方法，不同围岩条件和开挖断面适宜的开挖方法如下：

**1.全断面法：**适用于Ⅰ～Ⅲ级围岩。

2.台阶法：

• 长台阶法：适用于Ⅲ～Ⅳ级围岩；
• 短台阶法：适用于Ⅳ～Ⅴ级围岩；
• 超短台阶法：适用于Ⅴ级围岩。

3.分部开挖法:

• 环形开挖留核心土法：适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩；
• 中隔壁法（CD法）：适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩；
• 交叉中隔壁法（CRD法）：适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩；
• 双侧壁导坑法：适用于Ⅵ级及软弱破碎围岩。

图：隧道开挖方法适用范围树状图

二、隧道开挖的施工要求

2.1全断面法施工要求

（1）宜采用机械化作业，各种机械设备应合理配套。
（2）应控制一次同时起爆的单段最大爆破药量。
（3）根据掌子面围岩稳定情况等确定循环进尺：Ⅲ级围岩宜控制在3m左右，Ⅰ、Ⅱ级围岩使用气腿式凿岩机时可控制在4m左右，使用凿岩台车时可根据围岩稳定情况适当调整。

图：全断面法施工要求示意图

2.2台阶法施工要求

（1）台阶数量和高度综合考虑隧道断面高度、机械设备及围岩稳定性等因素确定，开挖高度宜为2.5～3.5m，数量可采用二台阶或三台阶，不宜大于三个台阶。
（2）上台阶开挖每循环进尺：Ⅲ级围岩宜不大于3m；IV级围岩宜不大于2榀钢架间距；V级围岩宜不大于1榀钢架间距。IV、V级围岩下台阶每循环进尺宜不大于2榀钢架间距，下台阶单侧拉槽长度宜不超过15m。
（3）下台阶左、右侧开挖宜前后错开3～5m，同一榀钢架两侧不得同时悬空。
（4）下部施工应减少对上部围岩、支护的干扰和破坏。
（5）下台阶应在上台阶喷射混凝土强度**达到设计强度的70%**以后开挖。

图：台阶法施工要求示意图

2.3环形开挖留核心土法施工要求

（1）台阶开挖高度宜为2.5～3.5m。
（2）环形开挖每循环进尺：V级围岩宜不大于1榀钢架间距，IV级围岩宜不大于2榀钢架间距；中下台阶每循环进尺不得大于2榀钢架间距；核心土面积不小于断面面积的50%。
（3）上台阶钢架施工时，应采取有效措施控制其下沉和变形。
（4）拱部超前支护完成后，方可开挖上台阶环形导坑；留核心土长度宜为3～5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。
（5）各台阶留核心土开挖每循环进尺宜与其他分部循环进尺相一致。
（6）核心土与下台阶开挖应在上台阶支护完成且喷射混凝土强度达到设计强度的70%后进行；下台阶左、右侧开挖应错开3～5m，同一榀钢架两侧不得同时悬空。
（7）仰拱施作应紧跟下台阶，及时闭合成稳固的支护体系。

图：环形开挖留核心土法施工要求示意图

2.4中隔壁法（CD法）施工要求

（1）各分部开挖时，周边轮廓应圆顺，开挖进尺不得大于1榀钢架间距。
（2）初期支护完成、强度达到设计规定后方可进行下一分部的开挖。
（3）当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。
（4）临时支护拆除宜在仰拱施工前进行，一次拆除长度应与仰拱浇筑长度相适用；临时支护拆除后，及时浇筑仰拱和仰拱填充、施作拱墙二次衬砌。

图：中隔壁法施工要求示意图

2.5交叉中隔壁法（CRD法）施工要求

（1）各分部开挖时，周边轮廓应圆顺，开挖进尺不得大于1榀钢架间距。
（2）初期支护完成、强度达到设计规定后方可进行下一分部的开挖；每个台阶底部均应按设计规定及时施作临时钢架或临时仰拱。
（3）当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。
（4）临时支护拆除宜在仰拱施工前进行，一次拆除长度宜与仰拱浇筑长度相适用；临时支护拆除后，应及时浇筑仰拱、填充仰拱、施作拱墙二次衬砌。
（5）临时支护拆除前后，应进行变形量测。

图：交叉中隔壁法施工要求示意图

2.6双侧壁导坑法施工要求

（1）侧壁导坑开挖时，周边轮廓应圆顺，导坑跨度宜为整个隧道开挖宽度的1/3。
（2）导坑与中间土体同时施工时，导坑应超前30～50m。
（3）侧壁导坑开挖后，应及时施工初期支护并尽早形成封闭环。
（4）临时支护拆除宜在仰拱施工前进行，一次拆除长度宜与仰拱浇筑长度相适用；临时支护拆除后，应及时浇筑仰拱、填充仰拱、施作拱墙二次衬砌。
（5）临时支护拆除前后，应进行变形量测。

图：双侧壁导坑法施工要求示意图

2.7仰拱部位开挖要求

（1）应控制仰拱到掌子面的距离，必要时，仰拱应紧跟掌子面。
（2）仰拱开挖时，应采取交通安全措施。
（3）仰拱开挖长度：土和软岩应不大于3m，硬岩应不大于5m；开挖后应及时施作仰拱初期支护、二次衬砌及填充。
（4）应做好排水措施，清除底面积水和松渣，严禁松渣回填。

图：仰拱部位开挖要求示意图

2.8开挖方法转换要求

（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。

图：开挖方法转换要求示意图