隧道鑽炸工法及斷面切割小斷面挖掘再支撐組合的掘進種類

隧道輪進開挖斷面及工法選擇基於隧道工址的岩體’圍岩的岩體分類級別;大多涵蓋岩體級別評分項目是:

1 圍岩的無圍壓縮強度

2 岩體的節理程度的

3 岩體的節理特徵( 粗糙’塗層及填充物)

4 節理的互鎖機制

5 地下水樣態

6 薄弱岩體帶(斷層、剪切或剪切帶、推力帶-thrust zones、弱礦物層等)

隧道工址的岩體’圍岩的岩體分類級別簡化以RMR岩體分類表 表現;

隧道工法所有階段的主要重點是安全地保持開挖面及開挖輪進所需的穩定支撐,隧道經過地質自有其自持力,也就是地盤平衡條件改變後,地盤地質產生自持應力,不超過或超過前給予支撐,期不再加大地盤自持應力。施工任何形式的支撐所需時間,稱岩盤的”能自立時間”(stand-up time)。隧道輪進及開挖面的支撐種類’強度’支撐即時性是工法已經設計的,工程人員遵照執行。除非隧道經過未預期地質,應變作開挖及支撐的應對措施,期有適當結果。非常柔軟的地面的極端情況，多導坑的推進方法及多個連鎖管幕小隧道(Stacked drifts)的預支撐形成，是應用單個導坑斷面減少到;可挖掘迅速,支撐拱材快速架設在容易安全的較小斷面進行。隨後導坑擴大，導坑支撐逐漸連接。中央核心在側面和頂拱得到安全支撐之前保留為支撐每個導坑中的中央支撐。明顯緩慢的多導坑方法是惡劣地質採用的傳統工法，現代隧道規劃模擬工法中仍會在比較盾構法後採行。

坑隧傳統掘進方法的靈活應用優勢;

增加或減少支撐保護間隔。

拱形成閉環時間變化（開挖和支撐保護作業間隔時間的推估延遲;開挖輪進次數累加後再執行一次支撐保護作業。）。

初期支撐保護拱閉環的觀念引入。

鑽炸工法隨岩體UCS的變化,行裝填炸藥量的變化。

開挖輪進長度的增加或減少。

根據地質條件拆分為導坑開挖面。

根據地質條件進行坑隧路徑地盤改良’地層處理。

連鎖管幕堆疊法(Stacked drifts)施工的案例

貝克山嶺公路隧道-the Mt. Baker Ridge Tunnel

美國華盛頓州西雅圖的貝克山嶺公路隧道。四條車道以及通過隧道和穿過華盛頓湖公路橋到默瑟島的未來輕軌連接’行人和自行車道, 設計以單管連鎖管幕小隧道的預支撐解決方案。

工程址鄰里對幾個小隧道，一個明挖覆蓋隧道或一個大型明挖路塹道路可能造成的潛在破壞性影響的擔憂。因此; 1，500英尺長的隧道的被設計和施工，該隧道穿過華盛頓州西雅圖的貝克山脊。有效外徑超過80英尺，完成開挖部分的凈內部直徑63.5英尺，尺寸為兩層車輛交通。土壤主要是堅硬的粘土。該專案評為全球最大直徑的軟地隧道。當單隧道概念成為唯一可接受的替代方案時，設計人員意識到，如果可行的話，為足夠大的隧道空間進行全斷面隧道掘進，以適應63.5英尺的內部空間要求，並避免產生坡體滑動和地表沉陷過度的嚴重風險。專案選擇了連鎖管幕堆疊施工方法。通過連鎖管幕堆疊法(Stacked drifts)施工，使隧道圍岩及支撐堆疊管幕變形最小，上方地表的沉陷不顯著。工程於1983年1月開始，1986年5月完成。1988年完成內部道路系統。

設計完成後，在新隧道附近建造了三條測試隧道，每條隧道長30英尺，因此獲得了在施工期間評估地面行為的額外價值資訊。這些測試隧道以直徑12英尺的馬蹄形結構手工挖掘，從160英尺深的豎井中與新隧道東西平行執行探查坑，其海拔高度大致與新隧道仰拱，起拱線和頂部相對應。

顯然，在任何時候都僅允許將挖掘面暴露在最低變形限度的施工方法。即是通過將直徑為63.5英尺的土壤內部核心留在原位,直到連鎖支撐襯砌(primary lining)完成後擴挖。由此產生的管幕堆疊連鎖支撐是在繼續進行相鄰挖掘之前，用混凝土填充單個管幕建造的。然後，每個混凝土填充的管幕將成為最終支撐中的一個組成部分。

最終設計要求在已完成的隧道內襯的仰拱到冠部按順序建造一系列連續連鎖管幕。通過這種順序，可以最大限度地減少在單個管幕施工期間由於沉陷而導致接縫受剪位移的風險，執行點在將混凝土放置在上面的相鄰管幕之前，在必要時檢查和修復管幕介面處連鎖區域混凝土的品質。

管幕之間的連鎖未特意加固。它們被土壓固定在一起(拱作用)。結構完整性是通過與周圍土壤的互制作用來實現的。

貝克山嶺（Mt. Baker Ridge）是一座長長的山丘，沿著華盛頓湖西岸呈南北走向。該區域是一個住宅區，通常為一層或兩層的鋼筋混凝土構架磚砌加強建築。路線穿過山脊最窄的部分。新隧道兩端有明挖覆蓋部分。路線是筆直，向華盛頓湖傾斜1.12%。專案確切總長度為1，476英尺，孔內徑為63.5英尺,隧道為1，332英尺長，兩端的明挖覆蓋部分各為72英尺。

隧道的中心線與兩條現有高速公路隧道中最近的一條的中心線平行，位在現有高速公路隧道北方約129英尺。從山脊到隧道起拱線的最大深度約為150英尺，即最大土壤覆蓋面積約為110英尺。隧道部分儘可能長。覆蓋層的深度在末端約為10英尺。

含有棲息水的地表沙層覆蓋著貝克山脊的頂部和斜坡。在隧道的仰拱處，會遇到一層非常高密度的沙子。當地的土壤主要由過度固結的淤泥粘土組成。粘土從非常堅硬到堅硬不等，有裂縫。通常，粘土是斷裂和受剪面光滑的，在有水的情況下容易迅速軟化。冰河時代高達4，000英尺覆蓋的冰川負荷造成強壓固結的黏土層，這些冰川負荷在未擾動粘土和擾動粘土產生了互鎖橫向應力。對現場實驗室樣本和西雅圖粘土施工實例的評估表明，靜止時的橫向(剪力)土壓力通常高於覆蓋層壓力，可能高出兩到三倍。

設計之前，進行了廣泛地下勘探計劃，包括隧道兩端的眾多常規測試鑽孔和測試坑。此外，兩條舊隧道施工的照片和記錄證實，預計偶爾會出現卵礫石和沙透鏡(sand lenses-沙底其上沉泥)，邊坡穩定性將是一個問題（施工期間兩側洞門都發生了邊坡滑動）。

堆疊連鎖管幕系統(Stacked drifts)，其中許多相鄰排列的小型混凝土填充隧道的柔性襯砌在隧道核心排空之前被施工放置為支撐，以提供結構安全的支撐系統，並最大限度地減少了對環境的干擾。在去除土壤內部核心期間和之後定期測量襯砌的直徑變形達到約1 / 10英寸。包括襯砌施工期間估計的初始移動量約為1英寸，總直徑變形僅為約0.13%。這種小變形證實了系統的有效性。

連鎖管幕小隧道的預支撐專案設計-Stacked drifts as presupport

在現有的地表鐵路站下創建車站;以圍繞洞穴輪廓的七個連鎖管幕小隧道的預支撐形成,將為核心隧道的挖掘提供預先支撐保護和安全保障;如Stacked drifts as presupport圖所示。

Río Piedras站開挖支撐使用的連鎖矩形幕-A rectangular stacked drift design as applied to the Río Piedras Station for the Tren Urano project in Puerto Rico

240平方米的Río Piedras站地下設施，寬17米x高17米，長150米，淺層覆蓋。設計包括15個約3m x 3m的連鎖矩形幕，150m長度的矩形幕涵蓋車站的整個範圍，並用混凝土回填，為核心挖掘創建一個巨大的預安裝支撐（A rectangular stacked drift design as applied to the Río Piedras Station圖）。矩形幕掘進前先進行減低沉陷灌漿。