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1三、隧道开挖工法、超欠挖、防坍塌的控制要点施工方法的选择，主要是开挖与运输方法的选择，从大的方面分类可分为钻爆法、掘进机（TBM）、掘进机辅以钻爆法、沉埋管段（水底隧道）。今天主要交流钻爆法施工。1选择施工方法的指导思想（1）确保施工安全，改善施工环境。（2）应根据设计文件、施工调研情况、地质围岩级别、结合隧道长度、断面大小、纵坡情况、衬砌方法、工期要求、装备水平、队伍素质等综合因素决定。（3）地质变换频繁隧道应考虑其适应性，便于调整转换。（4）应考虑地表沉降对建筑物及管线影响。（5）居民密集区还应考虑扰民因素。（6）应尽量采用新技术、新工艺、新设备、新材料。（7）认真按照新奥法原理、掌握应用好光爆、喷锚、量测施工三要素。新奥法（NATM）是应用岩体学理论，以维护和利用围岩自承能力为基点，及时采用各种有效支护手段来控制围岩变形和松驰，使围岩成为支护体系的重要组成部分，并通过监控量测围岩和支护形变来指导地下工程设计与施工的方法和原则。2隧道开挖方法（1）全断面法该法适用于1）单线隧道I、II、III级围岩；2）双线隧道I、II、III级围岩；3）地下水状态：干燥无水或潮湿。每循环进尺宜控制在3-4m。该方法为提高施工效率，应配备钻孔台车或多功能台架及大型装运设备。（2）台阶法该法适用于1）单线隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩；2）双线隧道Ⅲ级围岩；地下水状态：有股水或渗水。23）双线Ⅳ级围岩亦可采用台阶法，三台阶临时仰拱法。台阶长度应有利于施工操作和机械设备效率的发挥，同时应利于支护及早封闭成环，一般控制在一倍洞径以内。为加快施工速度亦可采用3-5m。（3）分部开挖法1）环形开挖预留核心土法该方法适用于单线隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩；双线隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩；地下水状态：有股水或渗水。该法有利于保持掌子面稳定，对于架设型钢或钢格栅较方便。2）双侧壁导坑法（眼镜工法）该项方法可适用Ⅳ、Ⅴ级双线或多线隧道。采用先开挖隧道两侧导坑，并及时施作四周初期支护。当侧压力很大时亦可施作边墙衬砌。然后根据地质条件、断面大小、对剩余核心部分进行二次或三次开挖3）中隔壁法（CD工法）该方法适用于单线隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩；双线Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩浅埋隧道地下水状态：有股水或渗水。4）交叉中隔壁法（CRD法）该法适用于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩双线浅埋隧道；多线隧道；沉降要求较高隧道。采用自上而下分二部开挖中隔墙的一侧，并及时支护，每步均利用临时仰拱封闭成环。左右两侧开挖及支护相互交叉。根据量测统计资料显示，控制沉降CRD法比CD法能减少沉降50%；但CD工法又优于侧壁导坑法；而侧壁导坑法又优于台阶法（当采用超前支护时二者近似）。3为确保安全和经济效果，选择施工方法顺序为：洞跨小于12m时应优先采用台阶法；当洞跨大于12m或洞跨虽小于12m但沉降难以控制时，应选用CD法或CRD法。5）下导洞超前大断面法（人机套打法）适用情况基本与全断面法同，即下导超前，利用凿岩台车开挖，导洞尺寸应满足装碴运输要求，超前长度以不超过10m为宜，除找顶外不须用任何支护，后部紧跟多功能风钻台架，减少台车外插角，减少超挖，速度快，并节省成本。朔黄线寺铺尖隧道获得成功，并取得较好效益。从科技进步角度看，隧道工程技术发展、施工方法改进是与社会进步和相关各学科领域的技术进步密切相关，特别是与隧道机械设备的更新密不可分。由于施工机械的不断革新，促进了隧道工程技术的不断发展，许多现代化应用技术注入隧道工程技术以后，使隧道工程技术发生了质的飞跃。21世纪，是人类向地下空间发展的世纪，世界和我国地下工程必将有很大的发展，作为专业施工企业和在座的年轻技术领导同志，群策群力，发挥聪明才智，理论与实践中，为新奥法的发展与施工方法的改进作出更大的贡献。附：隧道主要施工方法（开挖）示意图4隧道主要施工（开挖）方法示意图开挖方法横断面示意纵断面示意全断面法台阶法21环形开挖预留核心土法4132双侧壁导坑法411234312中隔壁法（CD法）123654123564交叉中隔壁法（CRD法）346521521643下导洞超前法＜10m12212213③④2154防坍的控制要点4.1坍方原因分析隧道开挖时，因土压等作用和地层出现临空面后的应力调整，在软弱围岩内产生裂缝或破坏，或者是由于围岩内已有的层理和节理等松弛、剥离，使岩石和泥砂等发生大量坍落的现象，称之为坍方。它是和剥落相类似的现象，但坍落的规模比剥落大。坍方过程大致为：开挖→围岩塑性变形→支护过大变形→支护局部破坏→支护与围岩破坏失稳→坍方。隧道开挖时、开挖后、施工支护后，甚至在衬砌之后，都可能发生隧道坍方。引起隧道坍方的原因有多种，概括起来可归纳为：自然因素——即地质和水文地质条件及其变化；工程因素——即在平衡稳定或未平衡稳定的岩土体中修建隧道施工中，引起地质和水文地质的变化；人为因素——即不合理、不适当的设计，不合理、不适当的施工方法等。（1）不利的地形、地貌因素1）隧道穿越地层覆盖过薄地段，如在沿河傍山等偏压地段、沟谷凹地浅埋和丘陵浅埋地段，都极易发生坍方。2）隧道穿越地表水源，如水塘、水库、沟槽、冲沟等地段。3）隧道穿过地面建筑物，而且埋深浅，如城市地铁隧道，城市过街隧道等。4）影响隧道洞口安全与隧道洞身稳定的不良地质和特殊地层：崩坍、错落、岩堆、滑坡、人为坑洞、泥石流、断层、流砂、膨胀岩、岩溶、岩爆等。这些都是常常引发坍方的地质条件。（2）不良地质条件1）岩层构造隧道穿过断层及其破碎带，或在薄层岩体的小曲褶、错动发育地段，一经开挖，潜在应力释放快、围岩失稳，小则引起围岩掉块、坍落，大则引起坍方。当通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后多引起坍塌。因岩层构造原因6Ⅲ级围岩拱部无支护时，可产生小坍方，爆破振动过大时易坍方；Ⅳ级围岩拱部无支护时，可产生较大的坍方，侧壁有时失稳；Ⅴ级围岩围岩易坍方，处理不当会出现大坍方，侧壁经常小坍方；浅埋时易出现地表下沉和坍方至地表；Ⅵ级围岩极易坍方，极易变形，有水时会发生流泥流砂，浅埋时易坍方至地表。地质多变地段容易发生坍方，尤其在软硬岩交界和地质突变处更容易发生坍方。2）地下水因素水是造成坍方的重要原因之一。地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍落。岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大为降低，因而发生滑坍。地表水源对围岩的长期作用，如降雨降雪，雨水和冰雪融化后渗入土体引起坍方。3）高地应力由于地层构造产生的高地应力。4）岩石化学因素含高岭土。含有蒙脱石、伊利岩矿物。以上化学成份，可使岩层具膨胀性，易发生隧道施工坍方。（3）设计不当1）设计条件与施工条件的差异。2）地质调查不细，未能作详细的分析，或未能查明可能坍方的因素。一旦隧道施工开始，也未能补钻补勘。3）由于设计所提供的地质及水文地质资料不详，或与实际出入较大，引起施工指导或施工方案的失误。4）设计支护方法不适合围岩，支护设计强度、刚度不够。5）设计未能跟着围岩变化走而滞后。对于NATM设计与施工的隧道，设计与施工仍然脱节。6）由于坍方是发生在施工阶段，而设计往往忽视了对坍方的预防。（4）施工不当71）施工方法、施工顺序和施工技术、工艺方面的因素不适合围岩的施工方法与施工顺序：开挖方式、开挖方法不适合实际围岩类别。施工顺序不适合实际围岩类别。支护方式与方法不适合实际围岩类别、支护闭合时间过长。断面选择不当，如应选择小断面分部开挖，而不恰当地选择大断面开挖。二次衬砌施作时间选择不当，施作二次衬砌时间过迟，初期支护变形过大或部分失效，而发生坍方。施工作业安排不当，围岩暴露时间过长，而未能及时支护。不恰当的施工技术与不良的操作：钻爆法开挖不采用光面爆破方法，炸药用量过大。洞口未能严格执行“早进晚出”原则，洞口仰坡边坡未处理好就盲目进洞，引起严重坍方，甚至发生“关门”灾害。洞口刷方过高以及地表水处理不当引起坍方。地质条件发生变化，没有及时改变施工方法；工序间距安排不当；施工支护不及时，支撑架立不合要求，或“先拆后支”等不正确抽换；地层暴露过久，引起围岩松动、风化、导致坍方。喷锚支护不及时，喷射混凝土的质量、厚度不符合要求。钢支撑接头及纵向联结质量差，钢支撑与岩壁存在空穴不密贴，喷混凝土、锚杆、钢支撑不能起到共同作用。对危石检查不重视、不及时，处理危石措施不当，引起岩层坍塌。不能按照实际地质条件控制开挖进尺，进尺过大引起坍方。发现坍方预兆未能及时处理。开挖方法转换时不注意支护变化。工序脱节、突击开挖、衬砌落后太多。小坍方之后采取措施不力。由于贯通面压力较大，而贯通面支护较弱、进尺较大而引起坍方。2）施工管理方面的因素8施工组织中没有地质超前预测预报和防止坍方的计划方案、技术措施和防坍物资器材、机械、机具和支护材料的准备。施工管理上不顾地质条件好坏只追求进度，在该采取短进尺循环的地段不采用而引起坍方。采用“施工规范”或“施工组织设计”中明文规定不准使用的施工方法和不适当的施工顺序而引发坍方。由于没有严格的施工管理，针对工点的施工技术方法与措施不能及时保质保量地兑现，结果造成坍方。由于没有严格的施工管理，随意变更施工组织设计和施工技术措施而造成坍方，如规定“先护后挖”地段随意改为“随挖随支”或“先挖后护”造成坍方。采取NATM法施工，但对新奥法的认识不完整，甚至误解。在实施过程中缺乏管理，致使即使采用了NATM法也未能制止坍方。变形监测与控制就是NATM法重要的一环，但往往缺乏系统监测，或者有监测无控制，结果虽然发现了变形明显增大，或变形量大大超过管理值时，未能及时进行补强，未能变更设计，最后控制不住变形，使初期支护和围岩失稳而坍方。施工操作质量差或操作违章不能达到施工工艺要求，往往“因小失大”而造成坍方。如钻爆法过量装药则破坏了光面爆破技术；对于网锚支撑，喷混凝土作业不能达到工艺质量要求，存在露筋或喷混凝土不饱满，致使网格支撑不能达到应有的作用，一旦受力，网格支撑发生失稳，造成坍方。在施工管理方面，未能贯彻以总工程师为首的技术责任制，技术责任不清，技术管理脱节，不能从技术上发现坍方预兆去主动制止坍方发生。3）判断失误与个人行为方面的因素施工人员不懂工程地质，不懂支护作用，不能判定围岩的稳定，对自稳能力估计过高，不能判断支护的稳定。施工技术管理人员技术水平较低，缺少防坍经验，缺乏判断和应变能力，尤其是对地质复杂的长大隧道缺乏地质专业技术人员，往往对地质判断分析发生差错或判断分析不准确，使施工9方案发生错误而引起坍方。施工管理人员个人主观意识太强，存在侥幸心理，迷信自己的经验，不顾客观状况，作出不切合实际的决定，自认为不会发生坍方。虽然为数不多，但造成危害极大的是存在“内行”和“外行”的管理负责人的瞎指挥或野蛮操作，往往为“眼前利益”所驱动，严重违反“施工规范”和防坍施工组织与技术方案，冒险组织施工，最后造成不可收拾的大坍方。在较好的岩层中，施工人员忽视了岩层节理面与软弱面的存在，尤其是不掌握工程地质的施工人员只认岩石软硬，不认其岩层结构。而岩层节理面与软弱面的存在，隧道开挖临空面形成后，在节理面的大块切割下，岩层沿软弱面滑出形成坍方。此类坍方的特点是具有突然性，它比软弱围岩还来得突然。名为NATM法施工，实际未能形成完善的监测与反馈体系，不能及时提供围岩的变形及其发展趋势；量测虽已反映出了变形趋势，但却未加重视，没有及时判断处理，造成施工与量测脱节，有量测、无行动，达不到防坍的目标。只注意了评价围岩总体属于几级围岩，忽视了对岩性(岩质)的分析判断，从而产生了判断上的错误，造成突然坍方。按NATM施工，没有按规定进行量测，或信息反馈不及时，决策失误，措施不力。不是根据数据决策，而是凭个人经验或想象主观决策。4.2坍方机理从坍方现象与原因分析，坍方本质即机理如下：（1）隧道是典型的地质工程，地质条件存在不确定性。在施工过程中，而洞室周围部分岩石与支护组成共同承载体。岩石开挖后，原有的岩石结构和受力平衡被破坏，岩体在自重的作