隧道開挖的幾種方式

開挖方法分為明挖法和暗挖法。明挖法多用于淺埋隧道或城市鐵路隧道，而山嶺鐵路隧道多用暗挖法。按開挖斷面大小、位置分，有分部開挖法和全斷面開挖法。在石質(zhì)巖層中采用鉆爆法最為廣泛，采用掘進機直接開挖也逐漸推廣。在松軟地質(zhì)中采用盾構法開挖較多。

在隧道巖面上鉆眼，并裝填炸藥爆破，用全斷面開挖或分部開挖等將隧道開挖成型的施工方法。

鉆爆法開挖作業(yè)程序包括測量、鉆孔、裝藥、爆破、通風、出碴、錨桿、立架、掛網(wǎng)、噴錨等工序。

①鉆孔：要先設計炮孔方案，然后按設計的炮孔位置、方向和深度嚴格鉆孔。單線隧道全斷面開挖，采用鉆孔臺車配備中型鑿巖機，鉆孔深度約為2.5～4.0米。雙線隧道全斷面開挖采用大型鑿巖臺車配備重型鑿巖機，鉆孔深度可達5.0米。炮孔直徑約為 4～5厘米。炮孔分為掏槽孔（開辟臨空面）、掘進孔（保證進度）和周邊孔（控制輪廓）。

②裝藥：在掘進孔、掏槽孔和周邊孔內(nèi)裝填炸藥。一般裝填硝胺炸藥，有時也用膠質(zhì)炸藥。裝填炸藥率約為炮眼長度的60%～80%，周邊孔的裝藥量要少些。為縮短裝藥時間,可把硝胺炸藥制成長的管狀藥卷,以便填入炮眼；也可利用特制的裝藥機械把細粒狀藥粉射入炮孔中。

③爆破：19世紀上半期以前用明火起爆。1867年美國胡薩克鐵路隧道開始采用電力起爆。此后，電力起爆逐漸推廣。在全斷面掘進中，為了減低爆破對圍巖的震動和破壞，并保證爆破的效果，多采用分時間階段爆破的電雷管或毫秒雷管起爆。一般拱部采用光面爆破，邊墻采用預裂爆破。近期發(fā)展的非電引爆的導爆索應用日益廣泛。

④施工通風：排出或稀釋爆破后產(chǎn)生的有害氣體和由內(nèi)燃機產(chǎn)生的氮氧化物及一氧化碳,同時排除煙塵,供給新鮮空氣，借以保證隧道施工人員的安全和改善工作環(huán)境。通風可分主要系統(tǒng)和局部系統(tǒng)。主要系統(tǒng)可利用管道（直徑一般為1～1.5米，也有更大的）或巷道（平行導坑等），配以大型或中型通風機；局部系統(tǒng)多用小型管道及小型通風機。巷道通風多采用吸出式，將污濁空氣吸出洞外，新鮮空氣由正洞流入。新鮮空氣不易達到的工作面，須采用局部通風機補充壓入。

⑤施工支護：隧道開挖必須及時支護，以減少圍巖松動，防止塌方。施工支護分為構件支撐和噴錨支護。構件支撐一般有木料、金屬、鋼木混合構件等，現(xiàn)在使用鋼支撐者逐漸加多。噴錨支護是20世紀50年代發(fā)展起來的一種支護方法，其特點是支護及時、穩(wěn)固可靠，具有一定柔性，與圍巖密貼，能給施工場地提供較大活動空間。中國在一些老黃土隧道中應用噴錨支護也獲得成功。噴射混凝土工藝分為干噴和濕噴。現(xiàn)多采用干噴法，即將干拌混凝土內(nèi)摻入一定數(shù)量的速凝劑，用壓縮空氣將混凝土由管內(nèi)噴出。在噴口加水射到巖石面上，一次可噴3～5厘米厚度。在噴射混凝土中摻入一些鋼纖維，或在巖面掛鋼絲網(wǎng)可提高噴錨支護的強度。鋼錨桿安設在巖層面上的鉆孔內(nèi),其長度和間距視圍巖性質(zhì)而定,一般長度為2～5米，通常用樹膠和水泥漿沿桿體全長錨固。在巖層較好地段僅噴混凝土即可得到足夠的支護強度。在圍巖堅硬穩(wěn)定的地段也可不加支撐。在軟弱圍巖地段噴錨可以聯(lián)合使用，錨桿應加長，以加強支護力。

⑥裝碴與運輸：在開挖作業(yè)中，裝碴機可采用多種類型，如后翻式、裝載式、扒斗式、蟹爪式和大鏟斗內(nèi)燃裝載機等。運輸機車有內(nèi)燃牽引車、電瓶車等，運輸車輛有大斗車、槽式列車、梭式礦車及大型自卸汽車等。運輸線分有軌和無軌兩種。

由鉆孔直到出碴完畢稱為一個開挖循環(huán)。根據(jù)中國的經(jīng)驗，在單線全斷面開挖中24小時能作兩個循環(huán)，每個循環(huán)能進3.5米深度，每日單口進度可達7米。然而在開挖中難免遇到斷層或松軟石質(zhì)以及涌水等，不易保持每日的預計循環(huán)，所以每月單口實際進度多低于200米。中國成昆線蜜蜂箐單線隧道單口最高月進度曾達到 200米。日本大清水雙線隧道單口最高月進度曾達到 160米。開挖循環(huán)作業(yè)的特點是一個工序接一個工序必須逐項按時完成，否則前一工序推遲就會影響下一工序，因而拖長全部時間。其中最主要的工序為鉆孔及出碴，所用時間占全部作業(yè)時間比例較大。

鉆爆法開挖采用的方法有全斷面開挖法和分部開挖法。

①全斷面開挖法：一次開挖成型的方法。一般采用帶有鑿巖機的臺車鉆孔，用毫秒爆破，噴錨支護。還要有大型裝碴運輸機械和通風設備。全斷面開挖法又演變?yōu)榘霐嗝娣ā０霐嗝娣ㄊ腔⌒紊习氩款I先，下半部隔一段距離施工。

②分部開挖法：先用小斷面超前開挖導坑,然后,將導坑擴大到半斷面或全斷面的開挖方法。這種方法主要優(yōu)點是可采用輕型機械施工，多開工作面，各工序間拉開一定的安全距離。缺點是工序多,有干擾,用人多。根據(jù)導坑在隧道斷面的位置分為：上導坑法、中央導坑法、下導坑法以及由上下導坑互相配合的各種方法，另有把全斷面縱向分為臺階進行開挖，而各層臺階距離較短的臺階法。

上導坑法適用于軟弱巖層、襯砌順序是先拱后墻，曾于1872～1881年為圣哥達隧道采用。中國短隧道一般用這種方法。中央導坑法是導坑開挖后向四周打輻射炮眼爆破出全斷面或先擴大上半部。20世紀初美洲曾用這種方法，20年代美國新喀斯喀特隧道也用這種方法。下導坑法即下導坑領先的方法。其中包括：a.上下導坑法，利用領先的下導坑向上預打漏斗孔，便于開展上導坑等多工序平行作業(yè)。襯砌順序多用先拱后墻，遇圍巖較好時亦可改為先墻后拱。b.漏斗棚架法，適用于堅硬地層，以下導坑掘進領先，由下而上分層開挖，設棚架，先襯砌邊墻后砌拱。1961～1966年在中國成昆線關村壩鐵路隧道應用,1964年復工后取得平均單口月成洞152米的進度。c.蘑菇形法，同漏斗棚架法類似，也設棚架，但先襯砌拱部后砌邊墻。1971～1973年在枝柳線彭莫山單線隧道應用,取得平均單口月成洞132米的進度。d.側壁導坑法，兩個下導坑領先，環(huán)形開挖，最后挖掉中心土體，襯砌順序為先墻后拱，多用于圍巖很差的雙線隧道。也有采用上導坑領先及兩個下導坑成品字形的。更多相關題目：

全斷面開挖法和分部開挖法是鉆爆法開挖常用的方法，但隧道施工很復雜，時常遇到各種困難情況，如大斷層、流沙、膨脹地層、溶洞、大量涌水等，尚需采取相應措施。

采用盾構作為施工機具的隧道施工方法 [2]  。1825年在倫敦泰晤士河水下隧道首先試用盾構，并獲得成功。此后，松軟地質(zhì)多采用盾構法開挖。盾構是一種圓形鋼結構開挖機械，其前端為切口環(huán)，中間為支撐環(huán)，后端為盾尾。開挖時，切口環(huán)首先切入地層并能掩護工人安全地工作;支撐環(huán)是承受荷載的主要部分,其中安設多臺推進盾構的千斤頂及其他機械；盾尾隨著上述兩部分前進，保護工人安裝鑄鐵管片或鋼筋混凝土管片。盾構法適用于松軟地層，施工安全，對地層擾動少，控制圍巖周邊準確，極少超挖。日本丹那鐵路隧道曾采用盾構法施工。

在整個隧道斷面上，用連續(xù)掘進的聯(lián)動機施工的方法。早在19世紀50年代初，美國胡薩克隧道就試用過掘進機，但未成功。直到20世紀50年代以后才逐漸發(fā)展起來。掘進機是一種用強力切割地層的圓形鋼結構機械，有多種類型。普通型的掘進機的前端是一個金屬圓盤，以強大的旋轉和推進力驅動旋轉，圓盤上裝有數(shù)十把特制刀具，切割地層，圓盤周邊裝有若干鏟斗將切割的碎石傾入皮帶運輸機，自后部運出。機身中部有數(shù)對可伸縮的支撐機構，當?shù)毒咔懈畹貙訒r，它先外伸撐緊在周圍巖壁上，以平衡強大的扭矩和推力。掘進機法的優(yōu)點是對圍巖擾動少,控制斷面準確，無超挖,速度快，操作人員少。

隧道開挖后，為使圍巖穩(wěn)定，確保運營安全，需按一定輪廓尺寸建造一層具有足夠強度的支護結構，這種隧道支護結構稱為隧道襯砌。常用的襯砌種類有就地灌注混凝土類、預制塊拼裝、噴錨或單噴混凝土、復合式襯砌。復合式襯砌是在噴錨或單噴支護之后，再就地灌注一層混凝土，形成噴錨支護同混凝土襯砌結合的復合式襯砌結構。如遇有水地段可在兩層支護間加掛一層塑料板或做其他防水層。