1、第6章 隧道施工方法本節內容： 1.傳統礦山法 2.新奧法 3.洞口段施工方法 4.明洞施工方法 5.輔助施工措施 6.特殊地質地段施工（1）1本節主要內容6.1 傳統礦山法6.2 新奧法的基本概念6.3 新奧法施工方法6.4 洞口段及明洞施工方法6.5 輔助施工方法6.6 特殊地質地段施工方法6606111438492（1） 隧道工程的施工特點 1. 施工全過程受制于地質條件 2. 大型的隱避工程 3. 施工環境較差 4. 多地處偏遠山區，交通不便。 5. 狹長建筑物，工作面很少。 6. 施工不受氣候影響概 述31. 隧道施工主要方法 礦山法 傳統礦山法 新奧法 明挖法 掘進機法 盾構法 沉

2、管法 頂進法（2） 隧道施工方法及其選擇 工程的重要性 工程地質與水文地質條件 施工技術水平、機械設備 施工中動力和原材料供應 工程投資與運營后的社會效益和經濟效益 對環境的保護要求 施工單位的習慣做法2.影響施工方法的主要因素4傳統礦山法有：全斷面法臺階法漏斗棚架法蘑菇形法上下導坑先拱后墻法，等。6.1 傳統礦山法 僅選擇傳統礦山法中具有代表性的上下導坑法予以介紹，以與新奧法施工對照。5上下導坑先拱后墻法6優點： 有拱圈保護，安全； 有兩個導坑，有利于通風、排水與運輸。缺點： 兩個導坑增加了造價； 邊墻須開挖馬口，進度慢。適應于：、級圍巖。7 挖馬口在“先拱后墻法”施工中，開挖邊墻的工序。8

3、定義：先行開挖，能為后續開挖提供施工便利的坑道。作用： 為后續工作面創造臨空面，提高爆破效果； 查明前方地質情況； 排除地下水； 鋪設“三管兩線”水管、壓縮風管、通風管；電線、運輸線； 改善施工通風條件。導坑：9（1） 新奧法的由來與產生的歷史背景 新奧法的全稱是新奧地利隧道工程方法，即New Austrian Tunneling Method，縮寫為NATM。6.2 新奧法的基本概念產生的背景 1. 錨桿支護在20世紀初出現 2. 噴射混凝土機在1940年代末研制成功 3. 巖石力學的理論發展為其提供了科學依據10（2） 新奧法的基本概念1. 新奧法 用薄層支護手段來保持圍巖強度，控制圍巖變

4、形，以發揮圍巖的自承載能力，并通過施工監控量測來指導隧道工程的設計與施工。2. 新奧法的三大要素 控制爆破 噴錨支護 監控量測3. 三項作業 開挖 初次支護 二次支護11（3） 新奧法原理的要點 1. 承載體系：支護結構+圍巖 2. 少擾動圍巖 3. 即允許又限制圍巖的變形 4. 復合式襯砌（初期支護和二次襯砌 ） 5. 初期支護應盡量做成柔性的 6. 要盡可能使結構做得園順 7. 進行有效的監控量測 8. 通過“排堵措施”解決襯砌滲水 12 新奧法與傳統礦山法的關鍵異同點： 相同： 均采用鉆爆法施工。 不同： 對圍巖的處理不同。6.3 新奧法施工方法13 新奧法施工的基本原則： “少擾動、早

5、噴錨、勤量測、緊封閉”。 12字口訣，務必理解滲透！ 全斷面法 臺階法 分部開挖法14全斷面一次開挖法 1. 適應條件 、級圍巖 大型施工機具(鉆孔臺車、模板臺車等) 經濟性考慮：中長隧道。（1）全斷面法15表示方法： 橫斷面工序圖、縱斷面工序展開圖習慣標注方法： 阿拉伯字1、2、3.表示挖掘; 羅馬字、.表示支護；2. 施工順序16 量測 臺車就位 鉆眼裝藥、放炮 找頂 出碴錨噴通風鉆爆作業循環17 工序少，管理方便； 進度快大型機械、爆破效果好； 對圍巖擾動少爆破1次； 要求地質條件較好。3.施工特點問題： 地質條件變差時，大型機械怎么辦？18 三條主要作業線：(1) 開挖作業線 鉆孔臺車

6、、裝藥臺車、大型裝碴機與運載車(2) 錨噴作業線 混凝土噴射機、噴射機械手、運輸進料設施(3) 模注混凝土襯砌作業線 混凝土拌合、混凝土輸送、防水層作業、襯砌模板4.機械化施工的關鍵191. 特點將斷面從上至下分成2個或3個臺階開挖；隨著臺階長度的調整，它幾乎可以用于所有的地層，因而是在現場使用的主導方法。2.種類 長臺階法 短臺階法 超短臺階法（2）臺階法20(1) 初期支護閉合環的時間要求 圍巖越差，閉合時間要求越短，臺階必須縮短。(2) 施工機械的效率 效率高，則可以縮短支護閉合時間，臺階可適當加長。3. 選擇臺階長度的條件 原則： 希望初期支護盡快閉合。 圍巖不好時，應以條件為主； 圍

7、巖較好時，應以條件為主。21 長臺階法臺階長度L5B，B為洞室的寬度。 甚至可以上臺階先貫通，即為“半斷面法”。特點：進度快，僅次于全斷面法。適用于：級圍巖。4. 施工工序22臺階縮短： （11.5）B L5B, 特點： 支護閉合時間加快，圍巖穩定性增加； 臺階縮短加大了對下臺階施工的干擾。適用于：、級圍巖(2) 短臺階法23上臺階存碴面積減小，往下臺階推碴次數增多。問題：臺階縮短對施工進度有何不利？解決辦法：增加平行作業的時間，有利于加快進度。 皮帶運輸機 過渡坡道 、鋼結構跳板(仰拱先做) 、石碴坡道(仰拱后做)見下面的相片2425上臺階長度僅為35m。特點：更有利于控制圍巖變形，但上下臺

8、階相隔太近，施工干擾大。適用于：軟弱破碎圍巖(、級圍巖) 超短臺階法26將3種臺階法放在一起比較：區別主要在臺階長度。27 下半斷面開挖應在上半斷面初期支護基本穩定后才能進行； 開挖后要及時噴砼，暴露時間愈長愈不安全； 量測要及時，當位移速度加快時，應立即采取措施。短臺階施工注意：答：反臺階法 速度快 不安全 淘汰問題：能否下臺階先進？281. 環形開挖留核心土法特點： 留核心土支頂工作面，穩定性優于超短臺階法： 進度慢。適用于：土質或易坍塌的軟弱圍巖；小型施工機具。 （3）分部開挖法29核心土工字鋼臨時工作平臺30特點： 洞室開挖跨度減小，有利于圍巖穩定； 導坑要閉合，增加了材料用量； 進度

9、慢。 適用于：斷面跨度大，對地表沉陷有控制要求的軟弱。2.單側壁導坑法31特點：雙導坑，使洞室最大開挖跨度更小，穩定性增加；耗材增加；進度慢。 適用于：對地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。3.雙側壁導坑法(眼鏡工法)32331.雙側導坑的開挖是對開還是錯開？為什么？問題：2.導坑尺寸如何確定？答：應錯開挖，間距710m。 避免在同一斷面上同時開挖的總跨度過大。答：應滿足施工要求，但寬度不宜超過斷面最大跨度的1/3。34交叉中隔壁法（CRD法） center cross diagram method35指洞口淺埋段，即開挖可能給洞口地表造成不良影響的范圍。（1）洞口段施工方法1 洞口段的概念6

10、.4 洞口段及明洞施工方法361.覆蓋淺、地質差， 地表水匯集。2.進洞順利與否，對工程的展開影響甚大。洞口段特點：洞口段施工注意事項:先清理洞口邊仰坡有可能滑塌的表土及危石。刷坡應自上而下逐段開挖。不采用深眼大爆破開挖邊仰坡。 洞門厚度內的襯砌應與洞身襯砌同時施工，連成整體。端墻砌筑與回填應兩側對稱同時進行，以防襯砌產生偏壓。洞口應設置加強襯砌段，其長度一般不小于10m。37影響施工方法的因素：施工機具配備情況洞外相鄰建筑的影響地形條件地質條件-最為重要！2 進洞方法按地質條件，有以下幾種施工方法：1. 全斷面法進洞適應于：、級圍巖。注意事項：初始1020m區段的開挖，應將爆破進尺控制在23

11、m。38視地質條件，嚴格控制爆破進尺： 、級圍巖短臺階 爆破進尺1.5m2.5m；網、錨、噴支護。 、級圍巖短臺階 爆破進尺在1.5m以內；超前錨桿(或小導管)，鋼拱架。 、級圍巖超短臺階 進尺0.51.0m；不爆破，人工或機械挖掘。2. 臺階法進洞問題：、級圍巖能否用臺階法進洞？答：可以，前提是在不具備全斷面進洞的條件下(無大型機具) 用長臺階法，但初始段爆破進尺仍應控制在23m內。39當圍巖很差，超短臺階法往往還不夠安全，可用: 環形開挖留核心土法(前已述) 側壁導坑法(前已述) 下導坑法3. 其它進洞方法40超前錨桿超前小導管管棚等管棚進洞法：適用于：軟弱地層等。(4)預支護法進洞41管

12、棚及套拱42管棚及套拱43適用于：覆蓋層薄、邊仰坡不穩、偏壓等。方法： 在洞口處先作一段明洞，抵緊仰坡坡腳，在明洞上及時回填以加固仰坡，然后暗挖進洞。（5） 明洞法進洞44（2）明洞施工方法全稱為“全部明挖先墻后拱法”。 適用于：臨時邊坡能暫時穩定的對稱式明洞。優點：襯砌整體性好，施工空間大，有利于施工。缺點：土方開挖量大，刷坡較高。1 先墻后拱法45適用于：不宜大范圍開挖邊仰坡的情況。優點：土石方開挖量較小，刷坡較低。缺點：襯砌整體性較差，邊墻防水層施作不方便。 2 先拱后墻法46輔助施工措施：對地層進行預支護或預加固。預支護： 預留核心土 超前錨桿 管棚，等。預加固： 地層注漿 地表錨噴加

13、固。預支護兼預加固：超前小導管注漿6.5 輔助施工方法47特點：形成超前于工作面的圍巖加固棚。適用于：軟弱破碎地層。（1）超前錨桿48超前錨桿49（2）管棚 50特點：管徑粗(外徑為70180mm) 。施作要點：(1) 單根長46m，總長可至數十米。(2) 一環管棚長度一般不小于10m。(3) 可向管內注入水泥砂漿，以增加其剛度。(4) 鋼管的尾部需架設在鋼拱架上，并焊死；(5) 相鄰兩榀鋼拱架間以拉筋相連 。(6)與巖壁之間，環向每隔2m應用楔子楔緊。優點：在所有預支護措施中，管棚支護能力最強。缺點：施工技術較復雜，造價較高。51單根鋼管構造：52特點：預支護+預加固，支護效果強于超前錨桿。

14、適用于：軟弱破碎地層。步驟：噴砼封閉開挖面；鉆孔；插入小導管；導管注漿。（3）超前小導管注漿53小導管構造：3842mm無縫鋼管，單根長35m，管壁注漿孔，孔徑68mm,孔距1520cm。54小導管鋼拱架 5556（4）預注漿加固地層 1. 注漿方法 滲入性注漿 劈裂性注漿 壓密性注漿 高壓噴灌注漿2. 鉆孔機械和灌注管 鉆機 注漿管：57隧道注漿方法:超前小導管注漿(見前)；超前長導管注漿，圖a；58地表注漿,圖b；由平導內向正洞周圍注漿，圖c，等。 采用得最多的仍是超前小導管注漿。59目的：穩定邊仰坡。適用于：覆蓋層薄或高大邊仰坡。1. 地表錨噴預加固類型與加固方法 洞邊仰坡網、錨、噴地表

15、網錨噴（5）地表錨噴加固60 洞門上方陡坎加固61錨桿加固范圍： 經驗方法 加固寬度B(12)b，b為隧道開挖寬度； 加固長度為淺埋段長度。 破裂面估算法：用規范法計算破裂角。62 噴層厚510cm； 錨桿直徑1622cm，長度36m， 間距12m； 鋼筋網：筋徑68mm，40cm40cm的網格；(4)在洞門一定范圍內，宜盡量將地表錨桿插入拱部襯砌中。2. 地表錨噴加固經驗參數63特殊地質地段： 膨脹土、軟弱黃土、溶洞、斷層、流沙、巖爆，瓦斯地層等。 施工注意:制訂針對性強的施工方案。施工總原則： “先治水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤檢查、穩步前進”。充分考慮采用預支護、預加固措施。6

16、.6 特殊地質地段施工方法641.膨脹土圍巖的特性膨脹土：土中粘土成分主要由蒙脫石等親水性礦物組成。特點： 明顯的塑性流變特性，開挖后塑性變形大。 初期圍巖變形大，且變形發展速度快。 膨脹壓力將使得圍巖壓力顯著增加。（1）膨脹土圍巖2. 膨脹土圍巖對隧道施工的危害 圍巖裂縫 隧道下沉 圍巖鼓出(包括底鼓)、坍塌 襯砌變形和破壞653. 隧道在膨脹土圍巖中的施工要點 加強觀查與量測 合理選擇施工方法：短臺階或超短臺階法單側壁導坑法環形開挖留核心土法眼鏡工法等664. 隧道在膨脹土圍巖中的基本施工原則施工基本原則：應盡量減少對圍巖的擾動和防止水的浸濕。注意兩點：盡量不用爆破，而是采用風鎬、液壓鎬等

17、開挖機械。盡可能縮短圍巖暴露時間，及時支護。675. 膨脹土隧道的支護結構初期支護： 網、錨、噴聯合支護 噴射鋼纖維混凝土(取消鋼筋網)輔助施工措施： 超前錨桿 超前小導管注漿 管棚、鋼支撐等。襯砌：必須設仰拱。68（2）黃土1.黃土分類及其對隧道施工的影響 黃土節理在隧道開挖時，土體順著節理張松或剪斷。隧道頂部極易產生“塌頂”；側壁普遍出現掉土。69 黃土溶洞與陷穴 這是黃土地區經常見到的現象。隧道若在其上方，則有基礎下沉的危害；隧道若在其下方，常有發生冒頂的危險；隧道若在其鄰側，則有可能承受偏壓。 水對黃土隧道施工的影響黃土在干燥時很堅固，承壓力也較高，施工可順利進行。當土受水浸濕后則呈不

18、同程度的濕陷性，會突然發生下沉現象，極容易造成隧道坍塌。702.黃土隧道的施工方法施工原則： “短開挖、少擾動、強支護、實回填、嚴治水、勤量測”。開挖方法：短、超短臺階法、環形開挖留核心法。71（3）溶洞巖溶：可溶性巖層，如石灰巖、白云巖等，在水的作用下產生溝槽、空洞以及地表陷穴等現象。溶洞：溶洞是巖溶現象的一種。72對隧道施工影響：溶洞巖質破碎，容易發生坍塌；溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于處理；溶洞涌泥危及施工。1. 溶洞的類型及其對隧道施工的影響溶洞類型： 死、干、小型溶洞：較容易處理 活、濕、大型溶洞：較難處理。 73 引注意：遇到暗河或溶洞有水流時，宜排不宜堵。方法：

19、暗管、涵管或小橋等。2. 隧道遇到溶洞時的工程對策處理溶洞的方法：“引、堵、越、繞”四種。74 堵對象：已停止發育、跨徑較小，無水的溶洞。方法：混凝土、漿砌或干砌片石回填封閉；隧頂溶洞，錨噴加固，必要時注漿加固與堵水，并加設隧道護拱及拱頂回填。75 越現象1： 隧道一側遇到狹長而較深的溶洞。 方法：加深該側的邊墻基礎。現象2：隧道底部遇有較大溶洞并有流水。 方法：在隧底以下砌筑圬工承重墻，跨越而過，承重墻內套設涵管引排溶洞水。現象3：隧道過墻部位遇到較大、較深的溶洞，加深邊墻基礎困難。 方法：在邊墻下或隧底以下筑拱跨過。 7677 繞若溶洞處理耗時，可采用迂回導坑繞過溶洞，繼續隧道前方的施工,

20、同時處理溶洞。3. 溶洞地段施工的注意事項 多作物探超前預報，如地質雷達。 穿過溶洞時，細查溶洞頂部，及時處理危石。 嚴格控制爆破藥量，減少對圍巖的擾動。78（4）巖爆巖爆：巖體中聚集的高彈性應變能因隧道開挖而發生的一種應力突發現象。巖爆形成的兩個條件：(1)地層的巖性條件。結構基本完整的脆硬巖地層。多見于石英巖、花崗巖、正長巖、閃長巖、花崗閃長巖、大理巖、片麻巖等。(2)地應力條件。埋深大的隧道，因只有埋深大才足以形成高地應力，埋深超過700m的隧道發生巖爆的情況居多。791.隧道內巖爆的特點巖爆在發生前并無明顯預兆，總是突然發生。巖爆時，巖塊自洞壁迸射而出，塊度從幾厘米到幾十厘米不等，甚至

21、上噸重巖石從拱部彈落。巖爆多發生在新開挖工作面及其附近。危險性： 傷害人員、損壞機械！802. 巖爆的防治措施 強化圍巖出發點：給圍巖一定的徑向約束，使圍巖的應力狀態從平面轉向三維。方法：錨噴加固、網錨噴聯合、鋼支撐網噴聯合、注漿等。 弱化圍巖方法：往巖層中注水：可改變巖石的物理力學性質，降低巖石的脆性和儲存能量的能力。解除圍巖中的高地應力：預裂爆破、排孔法、切縫法等。可消減圍巖中的能量。 813. 施工注意事項 超前地質預報：平導超前、地質雷達等。 爆破方法：盡量采用能預先釋放地應力的方法，如預裂爆破、切縫法等。 縮短爆破進尺：要盡快閉合支護。82（5）高地溫1.高地溫的熱源火山熱的熱源放射性元素裂變熱的熱源2. 隧道施工注意事項及措施事項1：洞內溫度應滿足相關規定，不要超過30。 措施：主要措施為通風和灑水。83事項2：防止高溫地段的二襯開裂。措施： (1) 宜采用高爐礦碴水泥(分離粉碎型水泥)。 (2) 用防水板和無紡布，將二襯與噴層隔離，可使二襯的收縮不受約束。 (3) 在防水板和二襯之間設置隔熱材料，有助于隔斷圍巖熱量。 (4) 適當縮短襯砌混凝土的澆筑長度。事項3：注意工人的勞動強度。措施：根據隧道內的高溫程度，合理確定勞動工時。84（6）瓦斯地層1. 瓦斯的基本性質無色、無臭、無味的氣體，極易使人窒息死亡。比重僅為空氣的一半，