關寶樹

(西南交通大學， 四川 成都 610031)

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漫談礦山法隧道技術第九講
——隧道開挖和支護的方法

關寶樹

(西南交通大學， 四川 成都 610031)

強調(diào)對隧道開挖和支護關系的基本認識：開挖和支護是隧道施工的2大基本工序，開挖的基本原則就是把對周邊圍巖的松弛降低到最小限度，彈性變形和少許塑性變形是容許的，超過圍巖極限應變變形(過度變形或松弛)的場合需要依靠各種支護對策。開挖和支護有先挖后支和先支后挖2種模式，一般采用前者，當開挖后隧道圍巖不穩(wěn)定時，采用后者。隨著施工技術的進步、采用大型施工機械的要求和大斷面隧道的出現(xiàn)，對隧道開挖方法選擇的觀點有了極大變化：1)在選定開挖方法時，要以大斷面開挖為指向，圍巖條件不是唯一的決定因素； 2)盡可能不采用施工中含有需要廢棄的和臨時性作業(yè)的分部開挖法； 3)把機械開挖法與分部開挖法相結合，如TBM導坑超前擴挖法，在歐洲和日本等國已經(jīng)成為大斷面隧道施工的基本方法； 4)在同一座隧道，開挖方法頻繁變化，既不經(jīng)濟也不安全，主張在全隧道中(除洞口段外)采用同一種開挖方法——全地質(zhì)型開挖方法，如全斷面法或臺階法，當圍巖條件劇烈變化時，采用注漿、超前支護等應對措施。介紹日本、美國和歐洲等國規(guī)范、指南推薦的隧道開挖方法概況：1)日本從隧道圍巖級別、洞口段和洞身段等方面分類，給出隧道相應的開挖方法，基本以全斷面法和臺階法為主；在斷面比較大、比較長的隧道，采用TBM導坑超前擴挖法。2)美國把圍巖分為巖質(zhì)圍巖和土質(zhì)圍巖2大類，其推薦的開挖方法基本相同，即全斷面法、臺階法和中隔壁法，僅采用的支護方法不同。3)歐洲各國由于圍巖條件總體比較好，多采用全斷面法和臺階法。歸納選擇開挖方法的基本條件：施工條件、圍巖條件、隧道斷面面積、埋深、工期和環(huán)境條件。

隧道； 支護； 開挖方法； 礦山法； 全斷面法； 分部開挖法； 臺階法； 機械開挖法

0 引言

本講從對隧道開挖和支護2大作業(yè)間關系的認識出發(fā)，結合礦山法隧道開挖和支護方法的演變，說明隧道施工的基本原則(目標)和實現(xiàn)其原則(目標)的方法。

1 對隧道開挖和支護關系的基本認識

隧道施工的2大基本作業(yè)是開挖和支護。因此，必須對隧道開挖和支護間的相互關系有一個明確的認識。

一般來說，隧道開挖的基本原則就是把隧道周邊圍巖的松弛降低到最小限度，周邊圍巖不松弛是理想的狀態(tài)，但實際上是不可能的；因此，只能要求把松弛控制在最小限度。從目前的隧道開挖方法看，盾構法是使周邊圍巖松弛最小的方法，開挖和支護基本上是同時進行的。全斷面隧道掘進機(TBM)及其他機械開挖方法次之，其圍巖松弛主要是由機械振動造成的。相對來說，礦山法造成的周邊圍巖的松弛可能是最大的。

隧道開挖后，圍巖變形是必然發(fā)生的現(xiàn)象。變形是容許的，但不能過度變形，過度變形就是上面所說的“松弛”。

一般來說，圍巖作為一種特殊材料，與其他材料一樣，也具有相應的變形特性。從變形的角度出發(fā)，彈性變形的發(fā)生是必然的，也是容許的；發(fā)生少許塑性變形也是容許的，但不容許發(fā)生超過圍巖極限應變的變形。發(fā)生超過圍巖極限應變變形的場合，就是所謂的“過度變形”或“松弛”。而控制過度變形(松弛)的方法就要依靠各種“支護”對策。

在工程實踐中，隧道開挖和支護的關系有“先挖后支”和“先支后挖”2種模式：“先挖后支”實質(zhì)上就是在開挖對圍巖造成的松弛在可以接受的范圍內(nèi)，用支護控制圍巖變形在容許范圍之內(nèi)的方法；“先支后挖”則是用預支護先行補強圍巖，控制可能發(fā)生的過大變形，而用支護把開挖后的變形控制在容許范圍之內(nèi)的方法。一般條件下，大都采用前者，只在開挖后圍巖不穩(wěn)定的場合采用后者。

因此，降低礦山法開挖對周邊圍巖造成的松弛，就成為礦山法開挖和支護最重要的原則(目標)。

2 礦山法隧道開挖方法的演變

2.1 礦山法隧道開挖方法的基本類型

決定隧道開挖方法的最重要的因素是開挖面的穩(wěn)定性，即周邊圍巖開挖后的動態(tài)。如果開挖后圍巖不穩(wěn)定，隧道是難以施工的，開挖面周邊圍巖的穩(wěn)定性是選定開挖方法的前提。因此，開挖后，圍巖能夠自穩(wěn)的場合，多采用全斷面法；而不穩(wěn)定的場合則多采用分部開挖法。分部開挖法分部斷面的大小及數(shù)目取決于圍巖的動態(tài)。因此，出現(xiàn)了許多分部開挖的方法，如臺階法、中隔壁法和雙側壁導坑法等。也就是說，對應的方法基本上有2類：一類是把開挖斷面分割為小斷面，確保開挖面自穩(wěn)的方法；另一類是補強圍巖確保大斷面開挖自穩(wěn)的方法。在沒有有效補強圍巖方法的時代多采用分割為小斷面的方法。

2.2 隧道開挖方法選擇觀點的變化

目前由于隧道施工技術的進步、圍巖補強方法的開發(fā)以及采用大型施工機械快速施工的要求，特別是高速鐵路以及3車道公路隧道的大量修建，出現(xiàn)了開挖斷面面積170～220 m2的大斷面隧道，對開挖方法選擇的觀點也有了極大變化。

1)盡可能地選擇大斷面或全斷面開挖的方法，這是當前隧道施工技術發(fā)展的主流。過去一直認為全斷面法是在硬巖圍巖中采用的方法，而不適用于軟弱圍巖以及土砂圍巖；但現(xiàn)在由于圍巖補強方法的開發(fā)、大型施工機械的應用以及開挖斷面及早閉合的要求，在軟弱圍巖中采用全斷面法的情況越來越多。為了提高隧道的施工效率，特別是確保隧道結構的質(zhì)量，最好盡可能采用大型機械施工，以提高施工效率和施工質(zhì)量，確保施工安全，也需要能夠提供較大的施工空間。因此，在選定開挖方法時，也要以大斷面開挖為指向。這說明在選擇隧道開挖方法時，圍巖條件不是唯一的決定因素，如新意法就是在軟弱圍巖中采用全斷面法開挖的一個明顯例證。

2)盡可能不采用那些施工中含有需要廢棄的、臨時性作業(yè)的分部開挖法，如雙側壁導坑法和中隔壁法等。眾所周知，在隧道施工中，分割掌子面開挖，會增加圍巖松弛的機會，這是不希望看到的。此外，在小斷面的隧道施工中，大型施工機械的使用受到極大限制，施工效率大幅降低；而且每次擴大斷面都需要拆除部分已經(jīng)承載的支護結構，如臨時仰拱、輔助的錨桿、噴混凝土和鋼架等，在拆除過程中支護荷載是交替變化的，極易引發(fā)安全事故?，F(xiàn)代隧道施工技術已經(jīng)可以不采取這樣的對策進行施工。因此，除在超大斷面隧道中有所應用外，已基本上被淘汰。 這些觀點的變化，都是立足于盡可能地減少隧道開挖對圍巖松弛的影響的基礎上的。因此，為了減少圍巖的松弛，最好選擇開挖分部少、一次開挖斷面大且開挖斷面閉合距離短的開挖方法。

3)把機械開挖與分部開挖相結合的方法。采用TBM或盾構掘進超前導坑，如遇不良地質(zhì)，可在超前導坑中進行預處理，而后用礦山法進行擴挖,這在歐洲、日本等國家已經(jīng)成為大斷面隧道施工的基本方法。

4)作為線狀結構物的隧道，圍巖狀況是隨開挖推進而變化的。根據(jù)圍巖變化頻繁改變開挖方法，既延誤工期，也不安全、不經(jīng)濟。因此，考慮整座隧道圍巖條件的變化，選定能夠適應圍巖變化的開挖方法是必要的。也就是說，采用全地質(zhì)型的開挖方法，在全隧道中(除洞口段外)從頭到尾采用一種開挖方法，在圍巖發(fā)生急劇變化時，采取相應的措施(如注漿、超前支護等)，使之能夠適應圍巖條件的變化，而不改變開挖方法，是比較理想的策略。例如臺階法，就屬于此種類型的開挖方法：當圍巖條件比較好時，可采用長臺階法；隨著圍巖條件變差，可以縮短臺階的長度。全斷面法也是如此：圍巖條件良好時，可以全斷面一次掘進；圍巖條件變差時，可以采用超短臺階的全斷面法(日本稱之為帶輔助臺階的全斷面法，屬于全斷面法的一種)，使開挖斷面盡早閉合。

因此，從當前隧道施工技術的發(fā)展趨勢來看，全地質(zhì)型的開挖方法，如全斷面法、超短臺階全斷面法以及臺階法等已成為主流的開挖方法。采用大斷面或全斷面開挖的場合，圍巖條件變差時，可不改變開挖方法，而采取事先補強圍巖的措施，確保掌子面的穩(wěn)定。

2.3 隧道開挖方法的選擇

1)在選擇隧道開挖方法時，全斷面法應是首選的方法。因為全斷面法不僅適用于堅硬的圍巖，也適用于軟弱圍巖，是一種全地質(zhì)型的開挖方法。但在軟弱圍巖中，采用全斷面法的前提條件是要確保掌子面的穩(wěn)定，須能夠滿足快支、快挖和早閉合的基本條件。例如，意大利提出的以掌子面長錨桿補強掌子面前方圍巖，然后進行全斷面開挖的方法。圖1所示的3個方案的軟弱圍巖隧道標準斷面，就是根據(jù)圍巖條件和對掌子面前方圍巖補強的方法進行設計的。

當然，掌子面前方圍巖補強的方法，可以視圍巖狀況，采用水平旋噴注漿、預切槽或玻璃纖維長錨桿加固等方法。這在我國也有實例驗證。

另外，日本采用的帶有輔助臺階的全斷面法，實質(zhì)上是我們所謂的超短臺階法。

(a) 旋噴注漿(粉細砂和砂質(zhì)土)

(b) 掌子面錨桿(黏性土和粉質(zhì)黏土)

(c) 預切槽+掌子面錨桿(黏土)

Fig. 1 Advance reinforcement of surrounding rock ahead of excavation face (ADECO-RS approach)

2)從我們當前的施工實際情況來看，采用最多的方法是臺階法。臺階法實質(zhì)上也是一種全地質(zhì)型的開挖方法，隨著圍巖條件的變化，臺階長度和分割斷面的數(shù)目、大小都可變化。因此，其開挖方法是多種多樣的。

3)在大斷面和超大斷面的淺埋隧道中，也不排除采用單側壁導坑法(中隔壁法)和雙側壁導坑法(眼鏡法)。

3 國外一些規(guī)范、指南推薦的隧道開挖方法

目前一些國家在各自的規(guī)范、指南和手冊中推薦的開挖方法概述如下。

3.1 日本隧道開挖方法

3.1.1 日本隧道規(guī)范、指南推薦的開挖方法

隨著施工技術的進步以及各種通用施工機械和專用施工機械的開發(fā)，日本在隧道施工中，開挖方法也有了重要發(fā)展。規(guī)范、指南在給出支護結構參數(shù)的同時給定了建議的開挖方法。例如在1996年發(fā)布的《新奧法設計施工指南》[1]中列出了圍巖級別與開挖方法的標準，見表1，此表適用于雙車道公路隧道及新干線鐵路隧道。配合標準設計，施工方法也應逐步標準化，這也是當前設計技術發(fā)展的一個趨勢。

在2014年發(fā)布的《公路隧道設計要領》[2]中，考慮到洞身段和洞口段的不同，進一步把支護結構參數(shù)表分為洞身段和洞口段2部分，并根據(jù)凈空跨度的不同，給定了相應的開挖方法。洞身段的開挖方法見表2和表3。

表1 圍巖級別與開挖方法的標準

Table 1 Specification for surrounding rock classification and tunnel excavation methods

圍巖劃分圍巖種類圍巖級別隧道開挖方法一般圍巖ⅤN全斷面法ⅣN全斷面法ⅢN全斷面法ⅡN全斷面法或臺階法ⅠN全斷面法或臺階法特殊圍巖ⅠS短臺階法ⅠL短臺階法(弧形開挖)特S、特L另行研究

注：圍巖級別中的腳標N、L、S分別表示一般圍巖、未固結圍巖和塑性化圍巖。

表2 凈空跨度8.5～12.5 m的雙車道隧道的開挖方法

Table 2 Excavation methods for 8.5-12.5 m clear span two-lane tunnel

圍巖級別支護模式一次掘進長度/m變形富余量/cm開挖方法BB2.00C1C11.50C2C2a1.20C2b1.20D1D1a1.00D1b1.00D2D21.0以下10 微臺階法或上半斷面臺階法

而洞口段的施工方法，基本上不考慮圍巖級別，一律按DⅢ級處理，多采用臺階法。埋深小的場合，可考慮采用側壁導坑超前方法。其支護結構參數(shù)見表4。

表3 凈空跨度12.5～14.0 m的雙車道隧道的開挖方法

Table 3 Excavation methods for 12.5-14.0 m clear span two-lane tunnel

圍巖級別支護模式一次掘進長度/m變形富余量/cm開挖方法BB2.00C1C11.50C2C21.20D1D11.00D2D21.0以下10 微臺階法、上半斷面臺階法和中隔壁法等

從表1—4建議的施工方法來看，基本上是以全斷面法和臺階法為主，只是在凈空跨度為12.5～14.0 m(相當于3車道隧道)的情況，才建議考慮采用其他方法。也就是說，在相當于我國的2車道公路隧道和雙線鐵路隧道的場合，在各級圍巖中，基本上都建議采用全斷面法和臺階法。這也說明隧道采用礦山法施工時，由于施工技術的發(fā)展，特別是施工機械的進步以及快速施工的要求等，逐步向大斷面開挖的方法發(fā)展。我國的經(jīng)驗也證實了這一點。

3.1.2 日本隧道開挖方法選擇實例

日本新建的東名高速公路(御殿場—三日間，長162 km)是一條典型的山區(qū)高速公路，共有隧道36座，上下行總長約為83 km，約占線路全長的26%，其開挖斷面面積接近200 m2。其中，以采用長臺階法最多，在大部分圍巖條件下都采用此法。在地基承載力不足的洞口段則采用側壁導坑超前方法，掌子面不穩(wěn)定的圍巖條件，則采用中隔壁法。

表4 洞口段的支護構造標準

注：①噴混凝土強度為36 MPa； ②必要時錨桿可安設在上半斷面的側壁附近，以長度4 m、承載力170 kN為標準； ③必要時設置小導管。其材質(zhì)和方法由現(xiàn)場條件決定，設置范圍從拱頂向左右各60°，打設角度為10～30°。采用小導管的場合，考慮計算評價有困難，根據(jù)其應用情況，考慮不確定因素，承載力以170 kN為標準； ④襯砌，一般在洞口段考慮混凝土的干燥收縮等采用單筋(SD345)補強構造。主筋直徑取19 mm以上(鋼筋中線之間的距離約20 cm)。同時，原則上考慮設置仰拱； ⑤*原則上采用拱部厚度，可根據(jù)具體情況決定； ⑥仰拱噴混凝土時，噴混凝土厚度也包括在內(nèi)。

在比較短的隧道，能夠確保掌子面自穩(wěn)的比較良好的圍巖條件，采用長臺階法；掌子面穩(wěn)定性有問題的圍巖條件，基本上采用中導坑超前擴挖法。在比較長的隧道采用TBM導坑超前擴挖法。此方法是在大斷面隧道的斷面內(nèi)先用TBM貫通導坑，以達到掌握地質(zhì)情況、穩(wěn)定掌子面(排水、用錨索錨桿事前補強)、提高施工效率(增加一次掘進長度及掏槽效果)和利用導坑通風等多種目的，進而有效率地、安全地進行隧道擴挖。圖2是TBM導坑超前擴挖法示意圖。

基于上述研究結果，在新建東名高速公路的36座隧道采用的開挖方法中，TBM導坑超前擴挖法約占總長度的50%，臺階法約占33%，中隔壁法和中導坑超前擴挖法各占6%左右。

這種方法在土耳其最近建成的Bosporus海峽隧道中也得到了應用。我國在鐵路、公路隧道中也開始研究和采用類似的方法。

3.2 美國隧道開挖方法

3.2.1 美國隧道手冊推薦的開挖方法

美國在2010年版的《公路隧道設計施工手冊》[3]中基本上把圍巖分為巖質(zhì)圍巖和土質(zhì)圍巖2大類。其推薦的開挖方法可歸納為3類，即全斷面法、臺階法及中隔壁法。巖質(zhì)圍巖和土質(zhì)圍巖隧道的開挖方法見表5和表6。

從表5和表6可以看出，不管是巖質(zhì)圍巖還是土質(zhì)圍巖，視圍巖具體情況，開挖方法基本相同，僅是采用的支護方法(預支護、掌子面后方支護)不同。

表5 巖質(zhì)圍巖隧道的開挖方法

3.2.2 美國手冊對新奧法的評價

美國陸軍1997年發(fā)布的巖石中的隧道和豎井手冊對新奧法的評價及美國目前采用的礦山法技術做了描述[4]。在中歐普遍應用的新奧法，一直沒有在美國流行的原因如下：

1)圍巖條件。在大多數(shù)情況下，美國的圍巖條件比歐洲普遍采用新奧法的圍巖條件要好些。近年來，在美國已經(jīng)很少有機會采用新奧法。

2)典型承包的做法在美國難以管理。

3)美國一直強調(diào)隧道應快速、高度機械化掘進，采用保守的圍巖支護設計相對于圍巖條件的變化不敏感。新奧法不是一種快速修建隧道的方法。

4)美國的大多數(shù)承包商和業(yè)主沒有經(jīng)歷過采用新奧法的實踐。

但這并不意味著新奧法不能考慮在美國使用。當短隧道或洞室(例如地鐵站)位于惡劣圍巖條件下，需要快速及時支護時，很可能適合采用這種方法。然而，更多的時候，新奧法的監(jiān)控可以省略或退居第2位，只適用于少數(shù)已知難度的地區(qū)。這種類型的施工稱為順序開挖和支護法更準確。

表6 土質(zhì)圍巖隧道的開挖方法

3.2.3 順序開挖和支護法要點

1)順序開挖和支護法可以將部分或大部分新奧法的內(nèi)容包括在內(nèi)，但儀器和監(jiān)控被省略或成為不重要的角色。相反，一個統(tǒng)一、安全、快速的開挖和支護程序被用于整個隧道。

2)根據(jù)地質(zhì)和巖土的數(shù)據(jù)，隧道縱面可分為3～4個不同圍巖級別地段，劃分不同的圍巖支護地段。

3)開挖和初期支護方案按每一地段進行設計。開挖可以選擇全斷面法、臺階法或中隔壁法。初期支護說明應包括支護施作前容許圍巖暴露的最大時間和長度。

4)制定圍巖分級方法，按照選定的開挖和支護模式進行作業(yè)，有時可采用Q系統(tǒng)分級方法的簡化版進行設計。

5)每個圍巖支護方案都是單獨定價的，根據(jù)隧道采用各方案的長度，按計劃中確定的定價支付。

6)在施工中，如圍巖被劃分為特殊圍巖，承包商根據(jù)計劃中的單價支付?？赡軙l(fā)生價格調(diào)整，調(diào)整額度取決于觀察到的不同圍巖級別的實際長度。

3.3 歐洲隧道開挖方法

3.3.1 新奧法隧道開挖方法

歐洲各國在隧道施工中，采用比較多的方法有挪威法、新奧法和新意法等，由于圍巖條件總體上比較好，多采用全斷面法和臺階法。表5是Einstein歸納的新奧法隧道開挖方法概況[5]。

表7 新奧法不同圍巖級別的隧道開挖方法(Einstein 1980)

表7(續(xù))

表7(續(xù))

表7(續(xù))

3.3.2 新奧法隧道開挖標準程序

奧地利標準中規(guī)定了新奧法的標準程序，見圖3。

4 選擇開挖方法的基本條件

現(xiàn)今選擇開挖方法的思路，與傳統(tǒng)的觀念有所不同。選擇開挖方法的條件基本上可以歸納為以下幾種。

1)施工條件。實踐證實,施工條件是決定施工方法的最基本因素，它包括一個施工隊伍所具備的施工能力(機械化施工水平)、素質(zhì)(施工作業(yè)的專業(yè)化)以及管理水平(管理體制和精細化管理的程度等)。目前，我國隧道施工隊伍的素質(zhì)和施工裝備水平有高有低，參差不齊。因此，在選擇施工方法時，不能不考慮施工條件因素的影響。也就是說，開挖方法的選擇要適應國情的現(xiàn)狀。

(a) 鉆孔、裝藥、爆破 (b) 出碴 (c) 鋼架、金屬網(wǎng)、噴混凝土 (d) 系統(tǒng)錨桿

(e) 臺階開挖 (f) 仰拱開挖 (g) 施作仰拱 (h) 最終襯砌

2)圍巖條件。圍巖條件也就是地質(zhì)條件，實質(zhì)上是指開挖后圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，包括圍巖級別、地下水及不良地質(zhì)現(xiàn)象等。過去圍巖級別是對圍巖工程性質(zhì)的綜合判定，對施工方法的選擇起著重要的甚至決定性的作用。從施工技術的發(fā)展趨勢看，地質(zhì)條件雖然是重要的，但基本施工方法的變化卻不顯著，全地質(zhì)型的施工方法和施工機械不斷地被開發(fā)出來，例如全斷面法和超短臺階法的結合以及全地質(zhì)型掘進機和自由斷面掘進機等的開發(fā)都說明了這一點。雖然地質(zhì)條件千變?nèi)f化，但施工方法的變化不大?？傮w上看，施工方法不外2大類：一類是全斷面開挖法，另一類是分部開挖法。全斷面法只有一種，就是一次全斷面開挖。從隧道及早閉合的要求看，超短臺階法(日本稱之為輔助臺階全斷面法)已經(jīng)列入全斷面法之中，因為上下斷面是同時爆破施工的。分部開挖法變化比較大，但從發(fā)展趨勢看，也逐步向減少分部數(shù)目的方向演變，實質(zhì)上是向大斷面開挖的方向演變，演變的結果是分為2部開挖的臺階法(不包括仰拱部分的開挖，實際上也有把仰拱部分包括在內(nèi)的情況)成為主流的開挖方法。因此，可以說圍巖條件已經(jīng)不是左右施工方法選擇的必要條件了。

3)隧道斷面面積。隧道的尺寸和形狀對施工方法的選擇也有一定的影響。目前隧道有向大斷面方向發(fā)展的趨勢，如公路隧道已開始修建3車道甚至4車道的大斷面，水電工程中的大斷面洞室更是屢見不鮮。日本新建成的東名高速公路的隧道斷面積已達200 m2，我國高速鐵路隧道的開挖斷面面積也達到了170 m2。在這種情況下，施工方法必須適應其發(fā)展。例如在單線、雙線的鐵路隧道和2車道公路隧道中，越來越多地采用了全斷面法及臺階法；而在更大斷面的隧道工程中，采用各種方法先修小斷面的導坑，再擴大形成全斷面的施工方法極為盛行,但采用大斷面施工方法的趨勢已經(jīng)明顯。

4)埋深。隧道埋深與圍巖的初始應力場及多種因素有關，通常將埋深分為淺埋和深埋2類，有時又將淺埋分為超淺埋和淺埋2類。在同樣的地質(zhì)條件下，由于埋深不同，開挖方法也將有很大差異。為了控制地表下沉，在軟弱圍巖大斷面淺埋隧道中，國外更多的是采用機械開挖小斷面超前導坑，而后擴挖成全斷面的方法。

5)工期。作為設計條件之一的工期，會在一定程度上影響開挖方法的選擇。因為工期決定了在均衡生產(chǎn)的條件下，對開挖、運輸?shù)染C合生產(chǎn)能力的基本要求，即施工均衡速度、機械化水平和管理模式的要求。

6)環(huán)境條件。當隧道施工對周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響時，環(huán)境條件也應成為選擇隧道施工方法的重要因素之一，在城市條件下，甚至會成為選擇施工方法的決定性因素，這些影響包括爆破振動、地表下沉、噪聲和地下水條件的變化等。

在長期的工程實踐中，不管是哪種方法，都必須正確地堅持隧道施工的基本原則。這些原則是在長期的施工實踐中積累起來的經(jīng)驗和教訓的結晶，并且是得到理論研究所證實的。

5 結語

為了把隧道開挖對周邊圍巖的松弛降低到最小限度，從目前隧道開挖和支護方法的發(fā)展趨勢來看，采取的基本方法可歸納如下。

1)盡可能地采用全斷面一次開挖或少分部的大斷面開挖和支護方法；

2)在比較良好的圍巖條件下，采用能夠控制爆破對周邊圍巖的振動損傷的開挖和支護方法；

3)在不良圍巖條件下，采用先補強圍巖，開挖斷面及早閉合的開挖和支護方法；

4)采用機械法先行、礦山法擴挖的綜合開挖和支護方法。

[1] 日本鉄道建設公団. NATM設計施工指針[S]. 東京：鉄公サービス, 1996. (Japan Railway Construction Public Corporation. Guide for NATM design and construction[S]. Tokyo: Railway Public Service Press,1996.(in Japanese))

[2] 東、中、西日本高速道路株式會社. 公路隧道設計要領(第三集)：隧道[M].[S.l.]: 東、中、西日本高速道路株式會社，2014.(East/Central/West Nippon Expressing Company Linnited.Design key points of highway tunnel(The 3rd Symppsium): Tunnel[M].[S.l.]: East/Central/West Nippon Expressing Company Limited,2014.(in Japanese))

[3] AASHTO. Technical manual for design and construction of road tunnels: Civil element[S]. Florida: U.S.Department of Transportation,2010.

[4] Department of The Army, U.S. Army Corps of Engineers. Tunnels and shafts in rock[M]. California: University Press of the Pacific,2005.

[5] 谷本親伯. NATM-1[M].東京：森北出版株式會社，1983.(Tanimoto C. NATM-1[M]. Tokyo: Morikita Shuppan Co., 1984.(in Japanese))

Tunneling by Mining Method: Lecture Ⅸ:Methods for Tunnel Excavation and Support

GUAN Baoshu

(SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,Sichuan,China)

The basic understanding of relationship between tunnel excavation and tunnel support is emphasized in terms of follow aspects: 1) Tunnel excavation and support are 2 basic processes of tunnel construction. 2) Minimizing the loosening of surrounding rock is the basic principle for tunnel excavation. 3) Small elastic deformation and plastic deformation are acceptable. 4) Supporting should be carried out when surrounding rock strain deformation is larger than limitation. 5) Supporting first and then excavation scheme should be adopted in unstable surrounding rocks; and excavation first and then support scheme can be adopted in stable surrounding rocks. With the development of tunnel construction technologies, the selection of tunnel excavation method has been changed a lot. The changes include: 1) Large cross-section excavation method is a guide for excavation method selection; and do not just considering the conditions of surrounding rocks. 2) Partial excavation method should not be used as much as possible. 3) Combined excavation method of machinery excavation method and partial excavation method, such as TBM pilot enlarging method, is a normal method in European countries and Japan. 4) The frequent change of excavation method is not feasible economically and safely. The suggested tunnel excavation methods in related criterions in Japan, America and European countries are introduced as follows: 1) In Japan, the tunnel excavation method is determined by surrounding rock classification, tunnel portal and tunnel trunk; full face excavation method and bench method are used mostly; TBM pilot advance enlarging method is used in large cross-section and long tunnel. 2) In America, surrounding rock is divided into rocky surrounding rock and soil surrounding rock； the suggested tunnel excavation methods are full face excavation method, bench method and CD method. 3) Full face excavation method and bench method are the main tunnel excavation methods in European countries due to their good surrounding rock conditions. The fundamental conditions of tunnel excavation method selection, i.e. construction condition, surrounding rock properties, tunnel sectional area, depth of tunnel, construction schedule and surrounding environment, are summarized.

tunnel; support; excavation method; mining method; full face excavation method; partial excavation method; bench method; machinery excavation method

2015-08-10

關寶樹(1932—)，男，遼寧人，西南交通大學教授，博士生導師，從事隧道及地下工程教學和科研50余年，隧道與地下工程資深專家。E-mail: guanbaoshu@126.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.07.001

U 45

A

1672-741X(2016)07-0771-11