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第三节 隧道开挖
四、洞身开挖
根据地质条件、隧道开挖断面和围岩稳定情况选择。
不同围岩条件和开挖断面适宜的开挖方法 表5-20
序 围岩级别
开挖方法
号 双车道隧道 三车道隧道
1 全断面法 Ⅰ~Ⅲ Ⅰ~ Ⅱ
长台阶法（台阶长度为50m以上） Ⅲ~Ⅳ Ⅱ~Ⅲ
2 台阶法 短台阶法（台阶长度为5~50m） Ⅳ~Ⅴ Ⅲ～Ⅳ
超短台阶法（微台阶法）（台阶长度为3~5m） Ⅴ Ⅳ
环形开挖留核心土法（两台阶或三台阶） Ⅴ~Ⅵ Ⅲ~Ⅳ
单侧壁导坑法 Ⅴ~Ⅵ Ⅲ~Ⅳ
分部开挖
3 双侧壁导坑法 - Ⅴ~Ⅵ
法
中隔壁法（CD法） Ⅳ~Ⅴ Ⅳ~Ⅴ
交叉中隔壁法（CRD法） Ⅴ~Ⅵ Ⅳ~Ⅴ
（一）全断面法开挖施工
1、优点：工序少、相互干扰小、工作空间大、速度快。缺点：开挖跨度和高度大；围岩变形和塑性区变大；拱脚应力集中严重；拱顶不稳定；围岩自稳所要求的围岩
自身强度高。
适用范围：I～Ⅲ级硬岩地层、Ⅱ级软岩地层，
Ⅳ级硬岩地层：采取超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助措施加固后也可使用，但浅埋段、偏压段和洞
口段不宜采用全断面法开挖。
【2023真题】隧道工程施工的全断面开挖法，主要适用于（ ）。
A. Ⅰ级硬岩地层
B. Ⅱ级硬岩地层
C. Ⅱ级软岩地层
D. Ⅲ级硬岩地层
E. Ⅲ级软岩地层
答案：ABCD
解析：全断面法主要适用于Ⅰ~Ⅲ级硬岩地层、Ⅱ级软岩地层，对于IV级硬岩地层在采取超前锚杆、超前小管
棚、超前预注浆等辅助措施加固后也可使用。浅埋段、偏压段和洞口段，不宜采用全断面法开挖。
（二）台阶法开挖施工
（1）分类：根据台阶数量，分为二台阶法、三台阶法和三台阶预留核心土法。
根据台阶长度，又分为长台阶、短台阶和超短台阶法三种。
（2）适用范围：
长台阶法——开挖断面长且小，开挖面稳定，适用范围较全断面法广，适用于Ⅱ-Ⅳ级围岩。上、下断面相距较
远，上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。
短台阶法——开挖断面短且小，适用于 III-V 级围岩。台阶长度小于5倍、大于1倍的洞跨，上下断面可采用平
行作业。
超短台阶法——全断面开挖的一种变异形式，适用于 V-VI 级围岩。上台阶仅超前3~5m， 只能采用交替作业。
2. 台阶法开挖施工应符合下列规定
（1）台阶开挖高度宜为2.5~3.5m。可采用两台阶法或三台阶法，台阶数量不宜多于3个。
（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。采用台阶法开挖时，应注意防范拱脚下沉。可以采取扩大拱脚、加强锁脚锚杆、加设临时仰拱等措施以控制拱
脚下沉。
（四）超欠挖控制
（1）隧道开挖轮廓应根据设计开挖轮廓和围岩变形量确定。
（5）超挖的回填应密实。
③局部超挖：超挖量不超过200mm时，宜采用喷射混凝土回填。
④边墙部位超挖：可采用混凝土或片石混凝土回填。
（6）质量检验实测项目及其规定值或允许偏差
洞身开挖的实测项目 表5-23
项次 检查项目 规定值或允许偏差 检查方法和频率
Ⅰ级围岩（硬岩） 平均100，最大200
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩
拱部超挖 平均150，最大250 全站仪或JTG F80/1—
1△ （中硬岩、软岩）
（mm） 2017附录Q检查：每20m
Ⅴ、Ⅵ级围岩
平均100，最大150 检查1个断面，每个断面
（破碎岩、土）
自拱顶起每2m测1点
边墙超挖 每侧 +100，0
2
（mm） 全宽 +200，0
3 仰拱、隧底超挖（mm） 平均100，最大250 水准仪：每20m检查3处
（五）钻爆设计与爆破施工
（3）爆破施工。
爆破周边眼的控制爆破施工应采用光面爆破法。
光面爆破：由开挖面中部向设计轮廓面顺序依次起爆；设计轮廓面周边布置密集炮孔，采用不耦合装药（不耦
合系数大于2）或装填低威力炸药，最后同时起爆，振动小并形成平整轮廓面的一种爆破方法。
（6）装药作业应符合下列规定：
①严禁装药与钻孔平行作业。
②严禁作业人员穿戴化纤衣物。
③装药时应使用木质或竹质炮棍进行装药。已经装药的炮孔应及时堵塞密封。
④严禁用块状材料、煤粉或其他可燃材料作炮泥。除膨胀岩土地段隧道和寒区隧道外，炮泥材料宜采用水炮
泥、黏土炮泥。
（8）爆破效果应达到围岩稳定、无大的剥落或坍塌、块度适于出渣等要求。
①对于硬岩，周边炮孔痕迹保存率ε≥80% ；
②对于中硬岩，周边炮孔痕迹保存率ε≥70% ；③对于软岩，周边炮孔痕迹保存率ε≥50%
（9）爆破作业的时间限制，应在上一循环喷射混凝土终凝 3h后进行。
（六）仰拱开挖、衬砌、回填和垫层
（1）仰拱开挖应符合下列规定：
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仰拱的开挖长度：土和软岩应不大于3m，硬岩应不大于5m。
（7）仰拱、仰拱填充混凝土和垫层混凝土的浇筑，宜采用插入式振捣器振捣密实。
（8）仰拱填充、垫层混凝土的强度达到设计强度的100%后，方可允许运渣车辆通行。
（9）质量检验实测项目及其规定值或允许偏差
仰拱混凝土浇筑的实测项目表 表5-24
项次 检查项目 规定值或允许偏差 检查方法和频率
1△ 混凝土强度（MPa） 在合格标准内 按JTG F80/1—2017附录D检查
2△ 厚度（mm） 不小于设计值 尺量：每20m检查1个断面，每个断面测5点
3 钢筋保护层厚度（mm） +10，-5 尺量：每20m测5点
4 底面高程（mm） ±15 水准仪：每20m测5点
仰拱回填的实测项目表 表5-25
项次 检查项目 规定值或允许偏差 检查方法和频率
1△ 混凝土强度（MPa） 在合格标准内 按JTG F80/1—2017附录D检查
2 顶面高程（mm） ±10 水准仪：每20m测5点
【例-多选题】下列钻爆中装药作业的规定，正确的是（ ）。
A.严禁装药与钻孔平行作业
B.装药时应使用木质或竹质炮棍进行装药
C.严禁作业人员穿戴化纤衣物
D.用块状材料、煤粉或其他可燃材料作炮泥
E.膨胀岩土地段隧道和寒区隧道，炮泥材料宜采用水炮泥、黏土炮泥
答案：ABC
解析：装药作业应符合下列规定：
①严禁装药与钻孔平行作业。
②严禁作业人员穿戴化纤衣物。
③装药时应使用木质或竹质炮棍进行装药。已经装药的炮孔应及时堵塞密封。④严禁用块状材料、煤粉或其他可燃材料作炮泥。除膨胀岩土地段隧道和寒区隧道外，炮泥材料宜采用水炮
泥、黏土炮泥。
五、监控量测
2.监控量测的内容
地质和支护状态现场观察：开挖面附近的围岩稳定性，围岩构造情况，支护变形与稳定情况，准确掌握围岩情
况。
岩体力学参数测试：抗压强度、变形模量、黏聚力、内摩擦角、泊松比。
应力应变测试：岩体原岩应力，围岩应力、应变，支护结构的应力、应变。
压力测试：支护上的围岩压力、渗水压力。
位移测试：围岩位移（含地表沉降）、支护结构位移。
温度测试：岩体（围岩）温度、洞内温度、洞外温度。
物理探测：弹性波（声波）测试，即纵波速度、横波速度、动弹性模量、动泊松比。
3.监控量测项目
（1）分为必测和选测项目
分必测和选测项目。
必测项目：判断围岩的变化情况和支护结构工作状态的经常性量测；
洞内外观察、周边位移、拱顶下沉、地表下沉和拱脚下沉。
选测项目：判断围岩松动状态、喷锚支护效果。
（3）量测的间隔时间
洞内的必测项目：各测点宜在靠近掌子面、不受爆破影响范围内尽快安设，初读数应在每次开挖后12h内、下一
循环开挖前取得，最迟不得超过24h。
周边位移、拱顶下沉量测的量测频率除应符合规范要求外还应根据位移速率的加快而增加。
8.量测数据的处理与应用
（4）预警分级管理
位移管理等级 表5-28
管理等级 管理位移（mm） 处理建议
Ⅲ U<（U/3） 正常施工
0
综合评价设计，施工措施，加强监控量测，
Ⅱ （U/3）≤U≤（2U/3）
0 0
必要时采取对策
Ⅰ U>（2U/3） 暂停施工，采取对策
0注：U-实测位移值；U-设计极限位移值。
0
Ⅰ级：支护结构出现开裂；地表出现开裂、坍塌。
Ⅱ级：渗水压力或水流量突然增大；水体颜色或悬着物发生变化。
（7）二次衬砌的施作条件：
隧道水平净空变化速度及拱顶、底板垂直位移速度明显下降；隧道位移相对值已经达到相对位移量的90%以上
时。
【2023真题】隧道的必测项目有（ ）。
A. 地表下沉
B. 地表水平位移
C. 周边位移
D. 拱顶下沉
E. 围岩压力
答案：ACD
解析：隧道的必测项目有：
（1）洞内、外观察；（2）周边位移；（3）拱顶下沉；
（4）地表下沉；（5）拱脚下沉。
选项B、E属于选测项目。
六、通风防尘与职业健康
1.通风方式
有自然通风和强制机械通风两种方式。
自然通风：仅限于短隧道开挖，即隧道长度小于400m或独头掘进长度小于200m的情况下可以采用。
2.隧道内通风防尘应符合下列规定
（1）独头掘进长度超过150m时，应采用机械通风。
（2）独头掘进长度超过1.5km时，宜进行通风设计。
（3）主风流不顺畅、主风流改向、风速不符合规定等情况下，宜设置局部或诱导通风系统。
4. 防尘、防有害气体应符合下列规定
（3）防尘措施：湿式凿岩、机械通风、喷雾洒水、个人防护等相结合。
