不同開挖方式對圍巖的影響

[摘 要]隧道圍巖的穩定性對隧道的正常運營是至關重要的。從許多隧道發生的交通事故中可以知道，隧道圍巖的穩定性不僅與巖石的性質、巖體地天然應力狀態、地質構造等自然因素有關，而且還與隧道的開挖方式及支護的形式和時間等因素有關。但其中起主導作用的還是巖石性質及巖體的結構、巖體的天然應力狀態、地質構造、地下水等自然因素。因此了解這些因素對圍巖穩定性的影響和機理，才能夠客觀實際的采取相應的維護隧道圍巖穩定的措施。只有充分了解隧道開挖對圍巖的影響，才能更好地開挖隧道。

[關鍵詞]圍巖;開挖方式;影響

一、全斷面法開挖對圍巖的影響

全斷面開挖法又稱全斷面掘進法如下圖1-1和圖1-2。按巷（隧）道設計開挖斷面，一次開挖到位的施工方法。其開挖方式主要有三種：即新奧地利全斷面開挖法、護板全斷面開挖法和掘進機護板全斷面開挖法。

全斷面開挖的評述：1）進尺快：全斷面開挖有較大的工作空間，適合大配型配套機械化施工，因而施工進度快。2）有利于圍巖穩定：全斷面法開挖由于對軟巖采用預裂爆破一次成巷，因此，爆破對圍巖的擾動次數，擾動強度，擾動范圍及持續擾動時間大為減少，因而有利于隧道圍巖穩定，有利于控制超挖。3）有利于提高施工質量。4）有利于施工安全。5）用全斷面法開挖經濟效益好。筆者認為，密切注視并掌握隧道掌子面圍巖動態，隨時調整施工工藝及支護參數是用好全斷面法開挖的靈魂。

說明：

1.全斷面開挖：Ⅱ.初期支護; 3.隧道底部開挖（檢底）;Ⅳ.底板（仰拱）澆筑;Ⅴ.拱墻二次襯砌

圖1-1 "全斷面開挖法

1.施工順序。全斷面開挖法施工操作比較簡單，主要工序：使用移動式鉆孔臺車，首先全斷面一次鉆孔，并進行裝藥連線，然后將鉆孔臺車后退到50m以外的安全地點，再起爆，一次爆破成型，出渣后鉆孔臺車再推移至開挖面就位，開始下一個鉆爆作業循環。同時，施作初期支護，鋪設防水隔離層（或不鋪設），進行二次筑模襯砌。該流程突出兩點：增加機械手進行復噴作業，先初噴后復噴，以利于穩定地層和加快施工進度;鋪底混凝土必須提前施作，且不滯后200m。當地層較差時鋪底應緊跟，這是確保施工安全和質量的重要做法。

2.適用范圍。全斷面法主要適用于Ⅰ～Ⅲ級圍巖.當斷面在50m2以下，隧道又處于Ⅲ類圍巖地層時，為了減少對地層的擾動次數，在采取局部注漿等輔助施工措施加固地層后，也可采用全斷面法施工。但在第四紀地層中采用此施工方法時，斷面一般均在20m2以下，且施工中仍須特別注意，山嶺隧道及小斷面城市地下電力﹑熱力﹑電信等管道工程施工多用此法。

二、臺階法開挖對圍巖的影響

臺階法是隧道及地下工程的施工方法之一。又有正臺階法和反臺階法之分，反臺階法又稱中隔壁臺階法，如圖2-3所示。按臺階長短有長臺階、短臺階和超短臺階三種。近年由于大斷面隧道的設計，又有三臺階臨時仰拱法，預留核心土臺階法，甚至多臺階法。

a 正臺階法 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " b 反臺階法

圖2-3 "臺階法隧道開挖

①正臺階法。在穩定性較差的巖層中施工時，將整個坑道斷面分為幾層，由上向下分部進行開挖，每層開挖面的前后距離較小而形成幾個正臺階。

上部臺階的鉆眼作業和下部臺階的出碴，可以平行進行而使工效提高。全斷面完全開挖后，再由邊墻到頂拱筑襯砌。在坑道頂部最先開挖的第一層為一弧形導坑，需要鉆較多的炮眼，以防坍塌。導坑超前距離很短，可使爆破時石碴直接拋落到導坑之外，以減輕扒碴工作量，從而提高掘進速度。如坑道頂部巖層松動，應即在導坑內用錨桿或鋼拱架作臨時支護，導坑超前距離很短，以防坍塌。

②反臺階法。用于穩定性較好的巖層中施工，也將整個坑道斷面分為幾層，在坑道底層先開挖寬大的下導坑，再由下向上分部擴大開挖。進行上層的鉆眼時，須設立工作平臺或采用漏斗棚架，后者可供裝碴之用。

1.適用范圍。臺階法是最基本、運用最廣泛的施工方法，而且是實現其它施工方法的重要手段。Ⅲ～Ⅳ圍巖可采用兩臺階法，Ⅴ～Ⅵ圍巖需采用多步開挖或者環形開挖留核心土法。斷面較高時可進行多臺階施工，每層臺階的高度常用3.5～4.5m，或以人站立方便操作選擇臺階高度。當拱部圍巖條件發生較大變化時，可適當延長或縮短臺階長度，確保開挖、支護質量及施工安全。

三、結語

全斷面法開挖與臺階法開挖各有長短：1）從時間和效益上講，全斷面法的施工進度快，時間短，經濟效益好。2）從安全角度上考慮，臺階法較全斷面法講更安全些。3）適用地質條件，臺階法也全斷面法更適合些，全斷面法僅適合地質條件好的地層。4）從對圍巖的影響來講，全斷面法對圍巖的影響比較直接，臺階法對圍巖會有二次影響。

參考文獻：

[1]張哲.隧（巷）道開挖擾動區（EDZ）形成過程及機理的研究[學位論文]博士.2007.

[2] Bieniawski，Z.T.，Rock Mechanicis Design in Mining and Tunneling. Balkkema，Rotterdam 984.

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[4] 于學馥，鄭穎人，劉懷恒，方正昌。地下工程圍巖穩定分析[M]，煤炭工業出版社，1983.