浅谈隧道工程施工方法

唐渔

重庆交通大学 土木工程学院  重庆  400074

摘要：本篇综述介绍了隧道工法的多种类型，包括盾构法、钻爆法、新奥法等。其中，盾构法主要有泥水盾构法和土压平衡盾构法；新奥法主要包括全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法。本文介绍了各种隧道施工方法优缺点和适用范围等。

关键词：隧道；盾构法；钻爆法；新奥法

引言

隧道工法是一种用于建造隧道的技术和方法。隧道工法的发展历史可以追溯到古代，但是现代隧道工法的发展则始于19世纪末。随着科技的不断进步和人们对交通运输的需求不断增加，隧道工法也在不断发展和改进。其包括了盾构法、钻爆法、新奥法等多种类型。随着建筑技术的不断发展和进步，隧道工法也在不断地发生着变化和创新，为隧道工程的建设提供了更多的选择和可能。本篇综述将主要介绍不同的隧道工法及其特点、优缺点以及适用范围等。

1. 盾构法

暗挖法施工技术的研发应用，衍生出盾构施工法，这是一种新型的机械施工技术，在地层结构内部通过盾构机械掘进施工，通过管片、盾构外壳支撑整个结构，避免隧道内部出现坍塌[1]。

1.1 泥水盾构工法

泥水盾构工法就是采用泥水盾构进行隧道施工的方法。其工法原理为：送泥泵从设置在地面上得调浆池去泥水（水与膨润土的混合物），经送泥管送入到泥水盾构的泥水仓，在泥水仓内，充满压力的泥水贯入地层若干厘米深，使膨润土嵌入到土颗粒间的缝隙里，形成一层“蛋糕”，从而使开挖面的土层变得较稳定和不透水。通过泥水盾构的刀盘旋转，将开挖面已形成“蛋糕”状的土体切削下来，与泥水仓内的膨润土浆液混合后，然后通过排泥泵和隧道内的中继泵经由排泥管道后将泵送到地面上的泥水分离站，泥水分离站将开挖的渣土从膨润土浆液中分离出来，分离出来的泥水进行质量调整后可循环使用，再通过送泥泵送入盾构的泥水仓。

1.2 土压平衡盾构工法

土压平衡盾构工法就是采用土压平衡盾构进行隧道施工的工法。其工法原理为：由刀车盘切削下来的土体进入土仓后由螺旋输送机输出，在螺旋输送机内形成土压梯降，保持土仓压力稳定，使开挖面土层处于稳定。盾构向前推进的同时，螺旋输送机排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面的地层始终保持稳定。排土量通过调节螺旋输送机的转速和出土闸门的开度予以控制。从螺旋输送机出来的渣土通过皮带输送机转运，通过皮带输送机将渣土卸到停在皮带机下方的渣车上。渣车通过电瓶车牵引运至盾构隧道的竖井，通过地面上的门吊将渣车吊到地面，并卸在渣坑内，使用挖掘机将渣土装至自卸汽车上外运盾构机的掘进机构是其最为核心的部件，它主要由刀盘、推进缸、螺旋输送器、回转机构、自动导向系统等组成。刀盘是盾构机掘进的主要工具，它通过旋转切削土层，然后通过螺旋输送器将土层输送至车厢内，最后通过回转机构将车厢倒出。推进缸则是盾构机的推进机构，它通过向前推进，使刀盘向前掘进。为了保证隧道的稳定性和安全性，盾构机还需要配备支撑系统和后续衬砌系统。

盾构法的主要特点是掘进速度快、噪声小、振动小、环境影响小等。其适用于地质条件好、隧道长度较长、隧道断面规则的地下隧道建设。但是，盾构法的成本较高，需要大量的前置工程和设备投资，且对于地质条件差、地下水流量大、隧道断面复杂等情况，盾构法的适用性较差。

2. 钻爆法

钻爆法在我国铁路隧道建造中有悠久的历史，因其具有灵活多变、适应性强等优势，是我国铁路隧道建造最广泛采用的方法[2]。其主要特点是采用钻孔和爆破的方式进行隧道开挖。在钻爆法中，先通过钻孔将爆炸物布置在岩石中，然后引爆爆炸物，使岩石破裂并被挖出。

钻爆法的主要优点是适用范围广、成本低、工程周期短等。但是，钻爆法也存在一些缺点，如噪声大、振动大、环境污染严重、安全风险高等问题。此外，钻爆法在处理岩石较硬、地质条件较差的情况下，也存在一定的局限性。

3. 新奥法

新奥法施工技术是在当前已有技术基础之上，结合实际工作经验所进行汇总得到的结果，一般需要利用岩体力学开展隧道施工活动，通过合理组合锚杆以及喷射混凝土来支撑隧道整体[3]。按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法。

3.1全断面开挖法

全断面开挖法是按设计开挖断面一次开挖成型。全断面法适用于岩层覆盖条件简单、岩质较均匀的硬岩中。必须具备大型施工机械。隧道长度或施工区段长度不宜太短。根据经验，这个长度不应小于1km。

3.2台阶开挖法

台阶开挖法一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型。台阶法包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法等三种，其划分是根据台阶长度来决定。（1）长台阶法：上、下断面相距较远，一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。施工时上下部可配属同类机械进行平行作业，当机械不足时也可用一套机械设备交替作业，即在上半断面开挖一个进尺，然后再在下断面开挖一个进尺。当隧道长度较短时，亦可先将上半断面全部挖通后，再进行下半断面施，即为半断面法；（2）短台阶法：台阶长度小于5倍但大于1～1.5倍洞跨。上下断面采用平行作业。短台阶法的作业顺序和长台阶相同；（3）超短台阶法：台阶仅超前3～5m，只能采用交替作业。

3.3 分部开挖法

分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖，故也可称为导坑超前开挖法。分部开挖法可分为三种变化方案：台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法。（1）台阶分部开挖法：又称环形开挖留核心土法，能迅速及时地建造拱部初次支护，开挖工作面稳定性好。核心土和下部开挖都是在拱部初次支护保护下进行的，施工安全性好。这种方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩中；（2）单侧壁导坑法：单侧壁导坑法是将断面横向分成3块或4块，每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初次支护承载能力大，所以，单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中[4]。（3）双侧壁导坑法：一般将断面分成四块：左、右侧壁导坑1、上部核心土2、下台阶3。导坑尺寸拟定的原则同前，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。

4. 结论

隧道工法是地下隧道建设中不可或缺的一环，不同的工法具有不同的优缺点和适用范围。在实际应用中，应根据具体情况选择合适的工法，以保证工程的顺利进行和质量的安全可靠。同时，也需要不断地推进隧道工法的创新和发展，以适应不断变化的建筑需求和技术进步。

参考文献：

[1]成敏.公路隧道施工中盾构法的应用探讨[J].四川建材,2022,48(4):119-120.

[2]马伟斌.铁路山岭隧道钻爆法关键技术发展及展望[J].铁道学报,2022,44(3):64-85.

[3]张红松. 新奥法施工技术在公路隧道工程中的应用[J]. 交通世界，2021，567(09):24-26.

[4]刘康辉.下穿既有建筑物暗挖地铁隧道围岩及地表变形规律研究 [D].西安科技大学,2017.