（建筑工程管理）隧道施工

方法及其基本作業

2020年4月

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第10章隧道施工方法及其基本作業

10.1概述

10.1.1隧道工程特點

隧道施工過程通常包括：在地層中挖出土石，形成符合設計輪廓尺寸的坑道；進行必要

的初期支護和砌筑最后的永久襯砌，以控制坑道圍巖變形，保證隧道長期地安全使用。

在進行隧道施工時，必須充分考慮隧道工程的特點，才能在保證隧道安全的條件下，快

速、

優質、低價地建成隧道建筑物。隧道工程的特點，可歸納如下：

(1)整個工程埋設于地下，因此工程地質和水文地質條件對隧道施工的成敗起著重要的、

甚至是決定性的作用。例如：當年修建穿越阿爾卑斯山的圣哥達隧道時，由于遇到事先未料

到的高溫(41℃)和涌水(6601/min)，給施工帶來很多困難，最后延期二年才完成。因

此，不僅要在勘測階段做好詳細的地質調查和勘探,盡可能準確地掌握隧道工程范圍內的巖

層性質、巖體強度、完整程度、地應力場、自穩能力、地下水狀態、有害氣體和地溫狀況等

資料，并根據這些原始材料，初步選定合適的施工方法，確定相應的施工措施和配套的施工

機具。而且，由于地質條件的復雜性和勘探手段的局限性，在施工中出現前所未料的情況仍

不可避免。因此，在長大隧道的施工中，還應采取試驗導坑(如日本青函隧道)、水平超前

鉆孔、聲波探測、導坑領先等技術措施，進一步查清掘進前方的地質條件，及時掌握變化的

情況。以便盡快地修改施工方法和技術措施。

(2)公路隧道是一個形狀扁平的建筑物，正常情況下只有進、出口兩個工作面，相對

于橋梁、線路工程來說.隧道的施工速度比較慢，工期也比較長，往往使一些長大隧道成為

控制新建公路通車的關鍵工程。為此，需要附加地開挖豎井、斜井、橫洞等輔助工程來增加

工作面，加快隧道施工速度。此外，隧道斷面較小，工作場地狹長，一些施工工序只能順序

作業，而另一些工序又可以沿隧道縱向展開，平行作業。因此，要求施工中加強管理、合理

組織、避免相互干擾。洞內設備、管線路布置應周密考慮，妥善安排。隧道施工機械應當結

構緊湊，堅固耐用。

(3)地下施工環境較差，甚至在施工中還可能使之惡化，例如爆破產生有害氣體等。

必須采取有效措施加以改善，如人工通風、照明、防塵、消音、隔音、排水等，使施工場地

合符衛生條件，并有足夠的照度，以保證施工人員的身體健康，提高勞動生產率。

(4)公路隧道大多穿越崇山峻嶺，因此施工工地一般都位于偏遠的深山狹谷之中，往

往遠離既有交通線，運輸不便，供應困難，這些也是規劃隧道工程時應當考慮的問題之一。

(5)公路隧道埋設于地下，一旦建成就難以更改，所以，除了事先必須審慎規劃和設

計外，施工中還要做到不留后患。

當然，隧道工程也有很多有利的方面，例如施工可以不受或少受晝夜更替、季節變換、

氣候變化等自然條件改變的影響，可以竟日終年、穩定地安排施工。

10.1.2隧道施工應遵循的基本精神和原則

以往，人們都認為在地層中開挖坑道必然要引起圍巖坍塌掉落，開挖的斷面越大，坍塌

的范圍也越大。因此，傳統的隧道結構設計方法是將圍巖看成是必然要松弛塌落，而成為作

用于支護結構上的荷載。傳統的隧道施工方法則是將隧道斷面分成為若干小塊進行開挖，隨

挖隨用鋼材或木材支撐，然后，從上到下，或從下到上砌筑剛性襯砌。這也是和當時的機械

設備、建筑材料、技術水平相一致的。

近十幾年來，巖石錨桿、噴射混凝土的機械和巖石力學方面的進展，人們對開挖隧道過

程中所出現的圍巖變形、松弛、崩塌等現象有了深入的認識，為提出新的、經濟的隧道施工

方法創造了條件。1963年，由奧地利學者L?臘布茲維奇教授命名為"新奧地利隧道施工法

(NewAstriaTunnellingMethod)",簡稱"新奧法(NATM)"正式出臺。它是以控制

爆破或機械開挖為主要掘進手段，以錨桿、噴射混凝土為主要支護方法，理論、量測和經驗

相結合的一種施工方法。同時又是一系列指導隧道設計和施工的原則，其中包括：

(1)因為巖體是隧道結構體系中的主要承載單元，所以在施工中必須充分保護巖體，

盡量減少對它的擾動，避免過度破壞巖體的強度。為此，施工中斷面分塊不宜過多，開挖應

當采用光面爆破、預裂爆破或機械掘進。

(2)為了充分發揮巖體的承載能力，應允許并控制巖體的變形。一方面允許變形，使

圍巖中能形成承載環；另一方面又必須限制它，使巖體不致過度松弛而喪失或大大降低承載

能力。為此，在施工中應采用能與圍巖密貼、及時砌筑又能隨時加強的柔性支護結構，例如，

錨噴支護等。這樣，就能通過調整支護結構的強度、剛度和參與工作的時間(包括底拱閉合

時間)來控制巖體的變形。

(3)為了改善支護結構的受力性能，施工中應盡快使之閉合，而成為封閉的筒形結構。

另外，隧道斷面形狀要盡可能地圓順，以避免拐角處的應力集中。

(4)在施工的各個階段，應進行現場量測監視，及時提出可靠的、數量足夠的量測信

息，如坑道周邊的位移或收斂、接觸應力等。并及時反饋用來指導施工和修改設計。

(5)為了敷設防水層，或為了承受由于錨桿銹蝕，圍巖性質惡化、流變、膨脹所引

起的后續荷載，采用復合式襯砌。

上述新奧法的基本原則可扼要的概括為："少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉"。

10.1.3隧道施工方法及其選擇

一個多世紀以來，世界各國的隧道工作者在實踐中已經創造出能夠適應各種圍巖的多種

隧道施工方法。習慣上將它們分成為：礦山法、掘進機法、沉管法、頂進法、明挖法等。

礦山法因最早應用于礦石開采而得名，它包括上面已經提到的傳統方法和新奧法。由于

在這種方法中，多數情況下都需要采用鉆眼爆破進行開挖，故又稱為鉆爆法。有時候為了強

調新奧法與傳統礦山法的區別，而將新奧法從礦山法中分出另立系統。

掘進機法包括隧道掘進機(TunnelBoringMachine,簡寫為T.B.M.)法和盾構掘

進機法。前者應用于巖石地層，后者則主要應用于土質圍巖，尤其適用于軟土、流砂、淤泥

等特殊地層。

沉管法，…等則是用來修建水底隧道、地下鐵道、城市市政隧道等，以及埋深很淺的

山嶺隧道。

選擇施工方案時，要考慮的因素有如下幾方面：

A.工程的重要性。一般由工程的規模、使用上的特殊要求，以及工期的緩急體現出

來；

B.隧道所處的工程地質和水文地質條件；

c.施工技術條件和機械裝備狀況；

D.施工中動力和原材料供應情況；

E.工程投資與運營后的社會效益和經濟效益；

F.施工安全狀況，

G.有關污染、地面沉降等環境方面的要求和限制。

應該看到隧道施工方法的選擇，是一項"模糊”的決策過程，它依賴于有關人員的學識、

經驗、毅力和創新精神。對于重要工程則需匯集專家們的意見，廣泛論證。必要時應當開挖

試驗洞對理論方案進行實踐驗證。

從目前我國公路隧道發展趨勢來看，在今后很長一段時間內，仍以采用新奧法為主，這

也符合世界潮流。所以，本書將著重論述新奧法施工中的有關問題，而概略地介紹傳統的礦

山法。其它方法一般不用于山嶺隧道，因此此處不作介紹，需要時可參考有關書籍。

10.2新奧地利隧道施工法

新奧法施工，按其開挖斷面的大小及位置，基本上又可分為：全斷面法、臺階法、分部

開挖法三大類及若干變化方案。

10.2.1全斷面法

按照隧道設計輪廓線一次爆破成型的施工方法叫全斷面法。它的施工順序是：

A.用鉆孔臺車，鉆眼，然后裝藥、聯接導火線；

B.退出鉆孔臺車，引爆炸藥，開挖出整個隧道斷面；

C.排除危石，安設拱部錨桿和噴第一層混凝土；

D.用裝硝機將石硝裝入出硝車，運出洞外；

E.安設邊墻錨桿和噴混凝土；

F.必要時可噴拱部第二層混凝土和隧道底部混凝土；

G.開始下一輪循環；

H.在初期支護變形穩定后，或按施工組織中規定日期灌注內層襯砌。

全斷面法適用于W~VI類巖質較完整的硬巖中。必須具備大型施工機械。隧道長度或施

工區段長度不宜太短，否則采用大型機械化施工的經濟性差。根據經驗，這個長度不應小于

lkmo

根據圍巖穩定程度亦可以不設錨桿或設短錨桿。也可先出硝,然后再施作初期支護，但

一般仍先施作拱部初期支護，以防止應力集中而造成的圍巖松動剝落。

全斷面法的優點是：工序少，相互干擾少，便于組織施工和管理；工作空間大，便于組

織大型機械化施工，因此施工進度高，目前我國公路隧道一般都能保持月進成洞平均150m

左右，高者已接近300m/月。

采用全斷面法應注意下列問題：摸清開挖面前方的地質情況，隨時準備好應急措施（包

括改變施工方法等），以確保施工安全；各種施工機械設備務求配套，以充分發揮機械設備

的效率；加強各項輔助作業，尤其加強施工通風，保證工作面有足夠新鮮空氣；加強對施工

人員的技術培訓，實踐證明，施工人員對新奧法基本原理的了解程度和技術熟練狀況，直接

關系到施工的效果。

10.2.2臺階法

臺階法中包括長臺階法、短臺階法和超短臺階法等三種，其劃分一般是根據臺階長度來

決定的，如圖1021所示。至于施工中究竟應采用何種臺階法，要根據以下兩個條件來決定：

A.初期支護形成閉合斷面的時間要求，圍巖越差，閉合時間要求越短；

B.上斷面施工所用的開挖、支護、出硝等機械設備對施工場地大小的要求。

(a)長臺階法

(b)短臺階法

(C)超短臺階法

圖1021

在軟弱圍巖中應以前一條件為主，兼顧后者，確保施工安全。在圍巖條件較好時，主

要考慮是如何更好的發揮機械效率，保證施工的經濟性，故只要考慮后一條件?，F將各種

臺階法敘述如下：

(1)長臺階法。這種方法是將斷面分成上半斷面和下半斷面兩部分進行開挖，上、下

斷面相距較遠，一段上臺階超前50m以上或大于5倍洞跨。施工時上下都可配屬同類機械進

行平行作業，當機械不足時也可用一套機械設備交替作業，即在上半斷面開挖一個進尺，然

后再在下斷面開挖一個進尺。當隧道長度較短時，亦可先將上半斷面全部挖通后，再進行下

半斷面施工，即為半斷面法。

長臺階法的作業順序為：

1)對于上半斷面。用兩臂鉆孔臺車鉆眼、裝藥爆破，地層較軟時亦可用挖掘機開挖。

安設錨桿和鋼筋網，必要時加設鋼支撐、噴射混凝土。用鏟斗為1.6m3的推鏟機將石硝推

運到臺階下，再由裝載機裝入車內運至洞外。根據支護結構形成閉合斷面的時間要求，必要

時在開挖上半斷面后，可建筑臨時底拱，形成上半斷面的臨時閉合結構，然后在開挖下半斷

時再將臨時底拱挖掉。但從經濟觀點來看，最好不這樣做，而改用短臺階法。

2)對于下半斷面。用兩臂鉆孔臺車鉆眼、裝藥爆破。裝硝直接運至洞外。安設邊墻錨

桿(必要時)和噴混凝土。用反鏟挖掘機開挖水溝。噴底部混凝土。開挖下半斷面時，其炮

眼布置方式有兩種：平行隧道軸線的水平眼；由上臺階向下鉆進的豎直眼，又稱插眼，如圖

10—2-2所示。前一種方式的炮眼主要布置在設計斷面輪廓線上，能有效地控制開挖斷面。

后一種方式的爆破效果較好，但爆破時石硝飛出較遠，容易打壞機械設備。

圖1022

3)待初期支護的變形穩定后，或根據施工組織所規定的日期敷設防水層(必要時)和

建造內層襯砌。

長臺階法的縱向工序布置和機械配置如圖1023所示。

相對于全斷面法來說，長臺階法一次開挖的斷面和高度都比較小，只需配備中型鉆孔臺

車即可施工，而且，對維持開挖面的穩定也十分有利。所以，它的適用范圍較全斷面法廣泛，

凡是在全斷面法中開挖面不能自穩，但圍巖堅硬不用底拱封閉斷面的情況，都可采用長臺階

法。

(2)短臺階法。這種方法也是分成上下兩個斷面進行開挖，只是兩個斷面相距較近，

一般上臺階長度小于5倍但大于1~1.5倍洞跨。上下斷面采用平行作業。

短臺階法的作業順序和長臺階相同。

由于短臺階法可縮短支護結構閉合的時間，改善初期支護的受力條件，有利于控制隧道

收斂速度和量值，所以適用范圍很廣，n~vi類圍巖都能采用，尤其適用于n、in類圍巖,

是新奧法施工中主要采用的方法之一。

短臺階法的缺點是上臺階出硝時對下半斷面施工的干擾較大，不能全部平行作業。為解

決這種干擾可采用長皮帶機運輸上臺階的石砧;或設置由上半斷面過渡到下半斷面的坡道，

將上臺階的石硝直接裝車運出。過渡坡道的位置可設在中間，亦可交替他設在兩側。過渡坡

道法在斷面較大的三車道隧道中尤為適用。

采用短臺階法時應注意下列問題：初期支護全斷面閉合要在距開挖面30m以內，或距開

挖上半斷面開始的30天內完成。初期支護變形、下沉顯著時，要提前閉合，要研究在保證施

工機械正常工作的前提下臺階的最小長度。

（3）超短臺階法。這種方法也是分成上下兩部分，但上臺階僅超前3~5m,只能采用

交替作業。

超短臺階法施工作業順序為（圖1024）:

用一臺停在臺階下的長臂挖掘機或單臂掘進機開挖上半斷面至一個進尺。安設拱部描

桿、鋼筋網或鋼支撐。噴拱部混凝土。用同一臺機械開挖下半斷面至一個進尺。安設邊墻

錨桿、鋼筋網或接長鋼支撐，噴邊墻混凝土（必要時加噴拱部混凝土）。開挖水溝、安設

底部鋼支撐，噴底拱混凝土。灌注內層襯砌。

如無大型機械也可采用小型機具交替地在上下部進行開挖，由于上半斷面施工作業場地

狹小，常常需要配置移動式施工臺架，以解決上半斷面施工機具的布置問題。

由于超短臺階法初期支護全斷面閉合時間更短，更有利于控制圍巖變形。在城市隧道施

工中，能更有效地控制地表沉陷。所以，超短臺階法適用于膨脹性圍巖和土質圍巖，要求及

早閉合斷面

的場合。當然，也適用于機械化程度不高的各類圍巖地段。

超短臺階法的缺點是上下斷面相距較近，機械設備集中，作業時相互干擾較大，生產效

率較低，施工速度較慢。

采用超短臺階法施工時應注意以下問題：在軟弱圍巖中施工時，應特別注意開挖工作面

的穩定性，必要時可采用輔助施工措施，如向圍巖中注漿或打入超前水平小鋼管，對開挖面

進行預加固或預支護。

最后還應指出，在所有臺階法施工中，開挖下半斷面時要求做到以下幾點：

1）下半斷面的開挖（又稱落底）應在上半斷面初期支護基本穩定后進行，或采用其它

有效措施確保初期支護體系的穩定性；采用單側落底或雙側交錯落底，避免上部初期支護兩

側同時懸空；又如，視圍巖狀況嚴格控制落底長度，一般采用3m,并不得大于6m。

2）下部邊墻開挖后必須立即噴射混凝土，并按規定做初期支護。

3）量測工作必須及時，以觀察拱頂、拱腳和邊墻中部位移值，當發現速率增大，應立

即進行底（仰）拱封閉，或縮短進尺，加強支護，分割掌子面等。

10.2.3分部開挖法

分部開挖法可分為三種變化方案：臺階分部開挖法、單側壁導坑法、雙側壁導坑法，

見圖1025。

（1）臺階分部開挖法。又稱環形開挖留核心土法，一般將斷面分成為環形拱部（圖中

的1、2、3）、上部核心土（4）、下部臺階（5）等三部分。根據斷面的大小，環形拱部又

可分成幾塊交替開挖。環形開挖進尺為0.5~1.0m,不宜過長。上部核心土和下臺階的距離,

一般為1倍洞跨。

（a）臺階分步開挖法

（b）單側壁導坑法

（c）雙側壁導坑法

圖10.2.5

臺階分部開挖法的施工作業順序為：

用人工或單臂掘進機開挖環形拱部。架立鋼支撐、噴混凝土。在拱部初期支護保護下，

用挖掘機或單臂掘進機開挖核心土和下臺階，隨時接長鋼支撐和噴混凝土、封底。根據初期

支護變形情況或施工安排建造內層襯砌。

單側壁導坑法的施工作業順序為；

1）開挖側壁導坑，并進行初期支護（錨桿加鋼筋網、或錨桿加鋼支撐、或鋼支撐，噴

射混凝土），應盡快使導坑的初期支護閉合；

2）開挖上臺階，進行拱部初期支護，使其一側支承在導坑的初期支護上，另一側支承

在下臺階上；

3）開挖下臺階，進行另一側邊墻的初期支護，并盡快建造底部初期支護，使全斷面

閉合；

4）拆除導坑臨空部分的初期支護；

5）建造內層襯砌。

單側壁導坑法是將斷面橫向分成3塊或4塊，每步開挖的寬度較小，而且封閉型的導坑初

期支護承載能力大，所以，單側壁導坑法適用于斷面跨度大，地表沉陷難于控制的軟弱松散

圍巖中。

（3）雙側壁導坑法，又稱眼鏡工法。當隧道跨度很大，地表沉陷要求嚴格，圍巖條件

特別差，單側壁導坑法難以控制圍巖變形時，可采用雙側壁導坑法。現場實測表明，雙側壁

導坑法所引起的地表沉陷僅為短臺階法的1/2左右。

這種方法一般是將斷面分成四塊：左、右側壁導坑（1）、上部核心土（2）、下臺階（3）。

導坑尺寸擬定的原則同前，但寬度不宜超過斷面最大跨度的1/3。左、右側導坑錯開的距離,

應根據開挖一側導坑所引起的圍巖應力重分布的影響不致波及另一側已成導坑的原則確定。

雙側壁導坑法施工作業順序為：

10.2.4施工中可能發生的問題及其對策

新奧法施工的基本原則，是根據圍巖性質允許產生適量的變形，但又不使圍巖松動塌落。

在設計、施工過程中，若對圍巖性質判斷不準或情況不明，或噴射混凝土、打錨桿、立鋼支

撐時間和方法有誤，圍巖松動就會超過預計。此時，應根據觀察和量測結果找出原因，進行

改正。但是，很多場合不能明確原因，因此只能針對所發生的現象采取措施。根據實踐經驗,

將新奧法中經常出現的一些異?，F象及應采取的措施列于表10.2.1中，其中A指進行比較簡

單的改變就可解決問題的措施，B指包括需要改變支護方法等比較大的變動才能解決問題的

措施。當然，表中只列出大致的對策標準，優先用哪種措施，要視各個隧道的圍巖條件、施

工方法、變形狀態綜合判斷。

施工中的現象及其處理措施表1021

施工中的現象措施A措施B

正面變得不穩定L縮短一次掘進長度。2.開挖時保留核心土。L縮小開挖斷面。2.在正面打錨桿。3.

開3.向正面噴射混凝土04.用插板或并排鋼管采取輔助施工措施對地層進行預加固

挖打入地層進行預支護

面開挖面頂部掉塊增L縮短開挖時間及提前噴射混凝土。2.采用1.加鋼支撐。2.預加固地層

及大插板或并排鋼管。3.縮短一次開挖長度。4.

其開挖面暫時分部施工。

附開挖面出現涌水或1.加速混凝土硬化（增加速凝劑等）。2.噴1.采取排水方法（如排水鉆孔、井點降

近者涌水量增大射混凝土前作好排水。3.加掛網格密的鋼筋水……等）。2.預加固地層

網。4.設排水片。

地基承載力不足，下1.注意開挖，2.不3.要損壞地基圍巖。4.加厚1.增加錨桿。2.縮短臺階長度，3.及早

沉增大底腳處噴混凝土,5.增加支撐面積。閉合支護環。4.用噴混凝土作臨時底

拱。5.預加固地層。

產生底鼓及早噴射底拱混凝土1.在底拱處打錨桿。2.縮短臺階長度，

3.及早閉合支護環。

噴噴混凝土層脫離甚1.開挖后盡快噴射混凝土。2.加鋼筋網。3.打錨桿或增加錨桿

混至塌落解除涌水壓力。4.加厚噴層。

凝噴混凝土層中應力1.加鋼筋網。2.在噴混凝土層中增設縱向伸1.增加錨桿（用比原來長的錨桿）。2.

±增大，產生裂槽和剪縮縫。加入鋼支撐。

切破壞。

錨錨桿軸力增大，墊板L增強錨桿（加長）。2.采用承載力大

桿松弛或錨桿斷裂。的錨桿。3.為增大錨桿的變形能力,4.

在墊錨板間加入彈簧等。

鋼支撐中應力增大，松開接頭處螺栓，鑿開噴混凝土層，使之可1.增強錨桿。2.采用可伸縮的鋼支撐，

鋼產生屈服自由伸縮。3.在噴混凝土層中設縱向伸縮縫。

支凈空位移增大，位移L縮短從開挖到支護的時間。2提前打錨桿。L增強錨桿。2.縮短臺階長度，3提前

撐速度變快。3.縮短臺階、底拱一次開挖的長度。4.當噴閉合支護環。4.在錨桿墊板間夾入彈簧

混凝土開裂時，5.設縱向伸縮縫。墊圈等。5.采用超短臺階法，6.或在上

半端面建造臨時底拱。

10.3傳統的礦山法

在傳統的礦山法中，歷史上形成的變化方案很多，其中也包括：全斷面法、臺階法、側

壁導坑法、…等。它與新奧法的根本區別，除了施工原理不同外，在具體作業上還有：傳統

的礦山法中不強調采用錨噴支護，而大量采用鋼、木支撐；不強調要及早閉合支護環；很少

采用復合式襯砌，而是大量采用剛度較大的單層襯砌；不進行施工量測等。近年來，由于施

工機械的發展，以及傳統礦山法明顯的不符合巖石力學的基本原理和不經濟，已逐漸由新奧

法所取代。只有在一些缺少大型機械的中、短隧道中，或不熟悉新奧法的施工單位還采用傳

統的礦山法。本書只簡單地敘述一、二種典型的，并具有中國特色的，現在仍可能采用的傳

統礦山法。

10.3.1漏斗棚架法

全名叫下導坑漏斗棚架法，亦稱下導坑先墻后拱法。它是硬巖層中修筑隧道的一種基本

的傳統方法，也是我國八十年代前修筑公路、鐵路隧道采用得最廣泛的方法之一。

此法的基本施工程序（圖1031）是：首先開挖下導坑①，在下導坑開挖面后約30~50m

處，開始架設"漏斗棚架"，然后在漏斗棚架上方開挖②、③部（"挑頂"）和④部（"擴

大"）。它們的間距以互不干擾為原則，一般可采用15~20m。挑頂和擴大爆下的石硝直接

堆放在棚架上，并通過漏斗口向下裝入礦車內運出洞外。石硝裝完后即可拆除棚架，開挖⑤

（"刷幫"）和⑥邊墻、水溝。此時整個隧道開挖完畢。在一定的安全距離（10~20m）外

灌注邊墻VII和拱圈VDI混凝土。最后鋪底砌水溝。

圖10.3.1

下導坑的形狀一般為梯形，堅硬圍巖中也可用矩形。其寬度2.8~3Q（鋪單運輸線），

或3.8~4.4m（鋪雙運輸線），高度視裝硝機裝載高度而定，一般約2.8~3.0m,見圖10.3.2。

在中長隧道中為運輸暢通多采用雙線導坑。

圖10.3.2

漏斗棚架的結構構造如圖10.3.3所示。

采用漏斗棚架法施工時應注意如下問題：下導坑開挖是領先工序，它的開挖速度直接影

響整個隧道的施工進度，因此，要千方百計予以保證；漏斗棚架是卸、裝硝的關鍵結構，必

須具有足夠的強度和剛度以承受爆破時石硝的沖擊作用；挑頂時如發現拱頂有坍塌的預兆，

應立即用圓木支頂住。

漏斗棚架法施工的優點：便于人力、小型機具開挖；挑頂、擴大的石硝通過漏斗棚架裝

車，效率高，節省人力和機械；工作面多，可以安排較多的人力和機具，進行平行作業，加

快施工進度。

漏斗棚架法的缺點：設置棚架需消耗大量木材和鋼材；斷面分塊多，對圍巖擾動大，而

且拱頂圍巖暴露過長，所以，只適用于W~VI類圍巖；工作面多雖可平行作業，但相互干擾

大，尤其刷幫開挖容易損壞風、水管、電力線和堵塞運輸。

圖10.3.3

10.3.2上下導坑先拱后墻法

上下導坑先拱后墻法，又稱拱圈支承法，是軟地層中修筑隧道的一種基本的傳統方法，

也是我國以往修筑隧道采用得最廣泛的方法之一。

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圖10.3.4

此法的基本施工程序（圖10.3.4）是：首先開挖下導坑①，并盡快架設木支撐。在下導

坑開挖面后約30~50rn處開挖上導坑②和架設木支撐。上、下導坑間開挖漏斗（如圖中虛線

所示），以便于上斷面出硝。距上導坑15~2。米，進行上導坑落底開挖③。然后由上導坑向

兩側開挖④（"擴大"），邊開挖邊架設扇形支撐。在扇形支撐之間立拱架模板，灌注拱圈

混凝土V,邊灌注邊頂替、拆除扇形支撐。開挖中層⑥（"落底"）。左右錯開，縱向跳躍

開挖馬口⑦、⑨，每個馬口的縱向長度一般取拱圈灌注節長的一半。緊跟馬口開挖后，立即

架設邊墻模板，由下而上灌注邊墻混凝土VIII、X。挖水溝、鋪底。

采用上下導坑先拱后墻法施工時應注意下列問題：開挖馬口時要絕對避免拱圈兩側拱腳

同時懸空；邊墻灌注到頂部時要仔細地做到與拱腳的聯接，保證襯砌的整體性。

和漏斗棚架法比起來，它有如下優點，拱部圍巖暴露時間短，開挖馬口、灌注邊墻都是

在拱圈保護下進行的，因此，施工安全，能適用于較軟弱的口、in類圍巖。其缺點是襯砌整

體性差，開挖兩個導坑成本高、速度慢。

10.4不良地質條件下隧道施工

10.4.1概述

在修建隧道中，常遇到一些不利于施工的特殊地質地段。如膨脹土圍巖、黃土、溶洞、

斷層、松散地層、流沙、巖爆等。在開挖、支護和襯砌過程中，由于各種因素的影響都可能

發生土石坍塌，坑道支撐變形，襯砌結構斷裂，嚴重影響施工進度、安全和質量。隧道穿越

含有瓦斯的地層，更嚴重地威脅著施工安全。

隧道通過特殊地質地段施工時應注意以下幾點：

A.施工前應對設計所提供的工程地質和水文地質資料進行詳細分析了解，深入細致地

作施工調查，制訂相應的施工方案和措施，備足有關機具及材料，認真編制和實施施工組織

設計，使工程達到安全、優質、高效的目的。反之，即便地質并非不良，也會因準備不足，

施工方法不當或措施不力導致施工事故，延誤施工進度。

B.特殊地質地段隧道施工，以"先治水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤檢查、

穩步前進"為指導原則。在選擇和確定施工方案時，應以安全為前提，綜合考慮隧道工程地

質及水文地質條件、斷面型式、尺寸、埋置深度、施工機械裝備、工期和經濟的可行性等因

素而定。同時應考慮圍巖變化時施工方法的適應性及其變更的可能性，以免造成工程失誤和

增加投資。

C.隧道開挖方式，無論是采用鉆爆開挖法、機械開挖法，還是采用人工和機械混合開

挖法，應視地質、環境、安全等條件來確定。如用鉆爆法施工時，光面爆破和預裂爆破技術，

既能使開挖輪廓線符合設計要求，又能減少對圍巖的擾動破壞。爆破應嚴格按照鉆爆設計進

行施工，如遇地質變化應及時修改完善設計。

D.隧道通過自穩時間短的軟弱破碎巖體、淺埋軟巖和嚴重偏壓、巖溶流泥地段、砂層、

砂卵（礫）石層、斷層破碎帶以及大面積淋水或涌水地段時，為保證洞體穩定可采用超前錨

桿、超前小鋼管、管棚、地表預加固地層和圍巖預注漿等輔助施工措施，對地層進行預加固、

超前支護或止水。

E.為了掌握施工中圍巖和支護的力學動態及穩定程度，以及確定施工工序，保證施工

安全，應實施現場監控量測，充分利用監控量測指導施工。對軟巖淺埋隧道須進行地表下沉

觀測，這對及時預報洞體穩定狀態，修正施工方案都十分重要。

F.穿過未膠結松散地層和嚴寒地區的凍脹地層等，施工時應采取相應的措施外，均可

采用錨噴支護施工。爆破后如開挖工作面有坍塌可能時，應在清除危石后及時噴射混凝土護

面。如圍巖自穩性很差，開挖難以成形，可沿設計開挖輪廓線預打設超前錨桿。錨噴支護后

仍不能提供足夠的支護能力時，應及早裝設鋼架支撐加強支護。

G.當采用構件支撐作臨時支護時，支撐要有足夠的強度和剛度，能承受開挖后的圍巖

壓力。圍巖出現底部壓力，產生底膨現象或可能產生沉陷時應加設底梁。當圍巖極為松軟破

碎時，應采用先護后挖，暴露面應用支撐封閉嚴密。根據現場條件，可結合管棚或超前錨桿

等支護，形成聯合支撐。支撐作業應迅速、及時，以充分發揮構件支撐的作用。

H.圍巖壓力過大，支撐受力下沉侵入襯砌設計斷面，必須挑頂（即將隧道頂部提高）

時，其處理方法是：拱部擴挖前發現頂部下沉，應先挑頂后擴挖。當擴挖后發現頂部下沉，

應立好拱架和模板先灌筑滿足設計斷面部分的拱圈，俟混凝土達到所需強度并加強拱架支撐

后，再行挑頂灌筑其余部分。挑頂作業宜先護后挖。

I.對于極松散的未固結圍巖和自穩性極差的圍巖，當采用先護后挖法仍不能開挖成形

時，宜采用壓注水泥砂漿或化學漿液的方法，以固結圍巖，提高其自穩性。

J,特殊地質地段隧道襯砌，為防止圍巖松弛，地壓力作用在襯砌結構上，致使襯砌出

現開裂、下沉等不良現象。因此，采用模筑襯砌施工時，除遵守隧道施工技術規范的有關規

定施工外，還應注意：當拱腳、墻基松軟時，灌筑混凝土前應采取措施加固基底。襯砌混凝

土應采用高標號或早強水泥，提高混凝土等級，或采用摻速凝劑、早強劑等措施，提高襯砌

的早期承載能力。仰拱施工，應在邊墻完成后抓緊進行，或根據需要在初期支護完成后立即

施作仰拱，使襯砌結構盡早封閉，構成環形改善受力狀態，以確保襯砌結構的長期穩定堅固。

10.4.2膨脹土圍巖

膨脹土系指土中粘土礦物成分主要由親水性礦物組成，同時具有吸水顯著膨脹軟化和失

水收縮硬裂兩種特性，且具有濕脹干縮往復變形的高塑性粘性土。決定膨脹性的親水礦物主

要是蒙脫石粘土礦物。

（1）膨脹土圍巖的特性

穿過膨脹土地層的隧道，常?？梢砸姷介_挖后不久圍巖因開挖而產生變形，或者因浸水

而膨脹，或因風化而開裂等現象。使坑道的頂部及兩側向內擠入，底部膨起，隨著時間的增

長導致圍巖失穩，支撐、襯砌變形和破壞。這些現象說明膨脹土圍巖性質是極其復雜的。它

與一般土質的圍巖性質有著根本的區別。

膨脹土圍巖的基本特性，主要有以下三方面：

1）膨脹土圍巖大多具有原始地層的超固結特性，使土體中儲存有較高的初始應力。當

隧道開挖后，引起圍巖應力釋放，強度降低，產生卸荷膨脹。因此，膨脹土圍巖常常具有明

顯的塑性流變特性，開挖后將產生較大的塑性變形。

2）膨脹土中有各種形態發育的裂隙，形成土體的多裂隙性。膨脹土圍巖實際上是土塊

與各種裂隙和結構面相互組合形成的膨脹土體。由于膨脹土體在天然原始狀態下具有高強度

特性，隧道開挖后洞壁土體失去邊界支撐而產生脹縮，同時因風干脫水使原生隱裂隙張弛，

使圍巖強度急劇衰減。因此，隧道施工開挖過程中，常有初期圍巖變形大，發展速度快等現

象。

3）膨脹土圍巖因吸水而膨脹，失水而收縮，土體中干濕循環產生脹縮效應。一是使主

體結構破壞，強度衰減或喪失，圍巖壓力增大。二是造成圍巖應力變化，無論膨脹壓力或收

縮壓力，都將破壞圍巖的穩定性，特別是膨脹壓力將對增大圍巖壓力起疊加作用。

（2）膨脹土圍巖對隧道施工的危害

由于膨脹土圍巖具有上述基本特征，施工中常見下列幾種情況，簡述如下：

1）圍巖裂縫：隧道開挖后，由于開挖面上主體原始應力釋放產生脹裂；另外，因為表

層土體風干而脫水，產生收縮裂縫。同時，兩種因素都可以使土中原生隱裂隙張開擴大。沿

圍巖周邊產生裂縫，尤其在拱部圍巖容易產生張拉裂縫與上述裂縫貫通，形成局部變形區。

2）坑道下沉：由于坑道下部膨脹土體的承載力較低，加之上部圍巖壓力過大，而產生

坑道下沉變形?？拥赖南鲁?，往往造成支撐變形、失效，進而引起主體坍塌等現象。

3）圍巖膨脹突出和坍塌：膨脹土開挖過程中或開挖后。圍巖產生膨脹土變形，周邊土

體向洞內膨脹突出，開挖斷面縮小。在土體喪失支撐或支撐力不夠的狀態下，由于圍巖壓力

和膨脹壓力的綜合作用，使土體產生局部破壞，由裂縫發展到出現溜塌，然后逐漸牽引周圍

土體連續破壞，形成坍塌。

4）底膨：隧道底部開挖后，洞底圍巖的上部壓力解除，又無支護體約束的條件下，由

于應力釋放，洞底圍巖產生卸荷膨脹；加之坑道積水，使洞底圍巖產生浸水膨脹。因而造成

洞底圍巖膨出變形。

5）襯砌變形和破壞：在先拱后墻法施工中，拱部襯砌完成后至開挖馬口的這段時間，

由于圍巖和膨脹壓力，常常產生拱腳內移，同時發生不均勻下沉，拱腳支撐受力大，發生扭

曲、變形或折斷。拱頂受擠壓下沉，也有向上凸起。拱頂外緣經常出現縱向貫通拉裂縫，而

拱頂內緣出現擠裂、脫皮、掉塊現象。在拱腰部位出現縱向裂縫，這些裂縫有時可發展到張

開、錯臺。當采用直墻時，邊墻常受膨脹側壓而開裂，甚至張開、錯臺，少數曲墻也有出現

水平裂縫的情況。當底部未做仰拱或僅做一般鋪底時，有時會出現底部膨起，鋪底被破壞。

（3）膨脹土圍巖的隧道施工要點

1）加強調查、量測圍巖的壓力和流變

在膨脹土地層中開挖隧道，除了認真實施設計文件所提出的技術要求外，在施工過程中

應對圍巖壓力及其流變情況進行充分的調查和量測，分析其變化規律。對地下水亦應探明分

布范圍及規律，了解水對施工的影響程度，以便根據圍巖動態采取相應的施工措施。如原設

計難以適應圍巖動態情況，也可據此作適當修正。

2）合理選擇施工方法

膨脹土隧道圍巖壓力的施工效應，是導致隧道變形病害的主要原因。采用合理的施工方

法，對隧道的穩定性有著十分重要的作用。因此，在施工中應以盡量減少對圍巖產生擾動和

防止水的浸濕為原則，所以宜采用無爆破掘進法。如采用掘進機、風鎬、液壓鎬等開挖。在

開挖過程中盡可能縮短圍巖暴露時間，并及時襯砌，以盡快恢復洞壁因土體開挖而解除的部

分圍巖應力，減少圍巖膨脹變形。開挖方法宜不分部或少分部，多采用正臺階法、側壁導坑

法和"眼鏡法"。正臺階法適用于跨度小的隧道，它分部少相互干擾小，且能較早地使支護

（襯砌）閉合。側壁導坑法和"眼鏡法”較適用于跨度較大的隧道，它具有防止上半斷面支

護（襯砌）下沉的優點，但全斷面閉合時間較遲，必須注意防止邊墻混凝土受壓向隧道內擠。

3）防止圍巖濕度變化

隧道開挖后，膨脹土圍巖風干脫水或浸水，都將引起圍巖體積變化，產生脹縮效應。因

此，隧道開挖后及時噴射混凝土，封閉和支護圍巖。在有地下水滲流的隧道，應采取切斷水

源并加強洞壁與坑道防、排水措施，防止施工積水對圍巖的浸濕等。如局部滲流，可采用注

漿堵水阻止地下水進入坑道或浸濕圍巖。

4）合理進行圍巖支護

膨脹土圍巖支護必須適應圍巖的膨脹特性。在施工時應注意以下幾點：

A.噴錨支護，穩定圍巖。噴錨支護作為開挖膨脹土圍巖的施工支護，可以加強圍巖的

自承能力，允許有一定的變形而又不失穩。采用噴錨支護，應緊跟開挖，必要時在噴射混凝

土的同時采用鋼筋網。也可采用鋼纖維混凝土提高噴層的抗拉和抗剪能力。當膨脹壓力很大

時，可用錨噴及鋼架或格柵聯合支護，在隧道底部打設錨桿，也可以在隧道頂部打入超前錨

桿或小導管支護。膨脹土圍巖隧道的支護，盡可能使其在開挖面周壁上迅速閉合。如果是臺

階開挖，可在上半部開挖后盡快作出半部閉合，使圍巖盡早受到約束?？傊?，不論采用哪一

種類型的支護，都必須根據工程實際情況及圍巖變形狀態而定。

B.襯砌結構及早閉合。膨脹土圍巖隧道開挖后，圍巖向內擠壓變形一般是在四周同時

發生，所以施工時要求隧道襯砌及早封閉。從理論上講，拱部、邊墻及仰拱宜整體完成，襯

砌受力條件最好。但受施工條件的限制往往難以實現。因此，在灌筑拱圈部分時，應在上臺

階的底部先設置臨時混凝土仰拱或噴射混凝土作I缶時仰拱，以使拱圈在邊墻、仰拱未完成前，

自身形成臨時封閉結構。然后當進行下部臺階施工時，再拆除臨時仰拱，并盡快灌筑永久性

仰拱。

10.4.3黃土

黃土是在干燥氣候條件下形成的一種具有褐黃、灰黃或黃褐等顏色，并有針狀大孔、垂

直節理發育的特殊性土。黃土在我國分布較廣。黃河中游的河南西部、山西南部、陜西和甘

肅的大部分地區為我國黃土和濕陷性黃土的主要分布區。這些地區的黃土分布厚度大、地層

全而連續，發育亦較典型。

（1）黃土對隧道施工的影響

1）黃土節理：在紅棕色或深褐色的古土壤黃土層，常具有各方向的構造節理，有的原

生節理呈X型，成對出現，并有一定延續性。在隧道開挖時，土體容易順著節理張松或剪斷。

如果這種地層位于坑道頂部，則極易產生"塌頂"。如果位于側壁，則普遍出現側壁掉土，

若施工時處理不當，常會引起較大的坍塌。

2）黃土沖溝地段：隧道在黃土沖溝或塘邊地段施工時，當隧道在較長的范圍內沿著沖

溝或嫄邊平行走向，而覆蓋較薄或偏壓很大的情況下，容易發生較大的坍塌或滑坡現象。

3）黃土溶洞與陷穴：黃土溶洞與陷穴，是黃土地區經常見到的不良地質現象，隧道若

修建在其上方，則有基礎下沉的危害。隧道若修建在其下方，常有發生冒頂的危險。隧道若

修建在其鄰側，則有可能承受偏壓。

4）水對黃土隧道施工的影響；在含有地下水的黃土層中修建隧道，由于黃土在干燥時

很堅固，承壓力也較高，施工可順利進行。當其受水浸濕后，呈不同程度的濕陷后，會突然

發生下沉現象，使開挖后的圍巖迅速喪失自穩能力，如果支護措施滿足不了變化后的情況，

極容易造成坍塌。

施工中洞內排水不良，洞內道路會形成泥濘難行，不論是無軌還是有軌運輸都會給道路

的維護、機械的使用與保養、隧道的鋪底或仰拱施工作業等方面帶來很大的困難。

（2）黃土隧道的施工方法

1）黃土隧道施工，應做好黃土中構造節理的產狀與分布狀況的調查。對因構造節理切

割而形成的不穩定部位，在施工時加強支護措施，防止坍塌，以策安全施工。

2）施工中應遵循"短開挖、少擾動、強支護、實回填、嚴治水、勤量測"的施工原則，

緊湊施工工序，精心組織施工。

3）開挖方法直采用短臺階法或分部開挖法（留核心法），初期支護應緊跟開挖面施作。

4）黃土圍巖開挖后暴露時間過長，圍巖周壁風化至內部，圍巖體松弛加快，進而發生

坍方。因此，宜采用復合式襯砌，開挖后以噴射混凝土、錨桿、鋼筋網和鋼支撐作初期支護，

以形成嚴密的支護體系。必要時可采用超前錨桿、管棚支撐加固圍巖。在初期支護基本穩定

后，進行永久支護襯砌。襯砌背后回填要密實，尤其是拱頂回填。

5）做好洞頂、洞門及洞口的防排水系統工程，并妥善處理好陷穴、裂縫，以免地面積

水浸蝕洞體周圍，造成土體坍塌。在含有地下水的黃土層中施工時，洞內應施作良好的排水

設施。水量較大時，應采用井點降水等法將地下水位降至隧道襯砌底部以下，以改善施工條

件加快施工速度。在干燥無水的黃土層中施工，應管理好施工用水，不使廢水漫流。

（3）黃土隧道施工的注意事項

1）施工中如發現工作面有失穩現象，應及時用噴射混凝土封閉、加設錨桿、架立鋼支

撐等加強支護。

試驗表明，在黃土隧道中噴射混凝土和砂漿錨桿作為施工臨時支護效果良好。

2）施工時特別注意拱腳與墻腳處斷面，如超挖過大，應用漿砌片石回填。如發現該處

主體承載力不夠，應立即采取相應措施進行加固。

3）黃土隧道施工，宜先作仰拱，如果不能先作仰拱時，可在開挖與灌筑仰拱前，為防

止邊墻向內位移，應加設橫撐。

4）施工中如發現不安全因素時，應暫停開挖，加強臨時支護，以便采取適應性的工序

安排。

10.4.4溶洞

溶洞是以巖溶水的溶蝕作用為主，間有潛蝕和機械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸

的通道。溶洞是巖溶現象的一種。

巖溶是指可溶性巖層，如石灰巖、白云巖、白云質灰巖、石膏、巖鹽等，受水的化學和

機械作用產生溝槽、裂縫和空洞以及由于空洞的頂部塌落使地表產生陷穴、洼地等類現象和

作用。我國石灰巖分布極廣，常會遇到溶洞。因此，在這些地區修建隧道，必須予以注意。

（1）溶洞的類型及對隧道施工的影響

溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種。死、干、小的溶洞比較容易處理，而活、濕、

大的溶洞，處理方法則較為復雜。

當隧道穿過可溶性巖層時，有的溶洞巖質破碎，容易發生坍塌。有的溶洞位于隧道底部,

充填物松軟且深，使隧道基底難于處理。有時遇到填滿飽含水份的充填物溶槽，當坑道掘進

至其邊緣時，含水充填物不斷涌入坑道，難以遏止，甚至使地表開裂下沉，山體壓力劇增。

有時遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥砂夾水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交錯、分

支錯綜復雜、范圍寬廣，處理十分困難。

（2）隧道遇到溶洞的處理措施

1）隧道通過巖溶區，應查明溶洞分布范圍和類型，巖層的完整穩定程度、填充物和地

下水情況，據以確定施工方法。對尚在發育或穿越暗河水囊等地質條件復雜的巖溶區，應查

明情況審慎選定施工方案。對有可能發生突然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等，必須事先

制定措施，確保施工安全。

2）隧道穿過巖溶區，如巖層比較完整、穩定，溶洞已停止發育，有比較堅實的填充，

且地下水量小，可采用探孔或物探等方法，探明地質情況，如有變化便于采取相應的措施。

如溶洞尚在發育或穿越暗河水囊等巖溶區時，則必須探明地下水量大小、水流方向等，先要

解決施工中的排水問題，一般可采用平行導坑的施工方案，以超前鉆探方法，向前掘進。當

出現大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情況時，平導可作為泄水通道，正洞堵塞時也可利用

平導在前方開辟掘進工作面，不致正洞停工。

3）巖溶地段隧道常用處理溶洞的方法，有"弓|、堵、越、繞"四種。

A.引

遇到暗河或溶洞有水流時，直排不宜堵。應在查明水源流向

及其與隧道位置的關系后，用暗管、涵洞、小橋等設施渲泄水流

或開鑿泄水洞將水排除洞外（圖10.4.1）。當巖溶水流的位置

在隧道頂部或高于隧道頂部時，應在適當距離處，開鑿引水斜洞

（或引水槽）將水位降低到隧底標高以下，再行引排。當隧道設

有平行導坑時，可將水引入平行導坑排出。

B.堵

對已停止發育、跨徑較小，無水的溶洞，可根據其與隧道相圖1041橋涵渲泄水流示意圖

交的位置及其充填情況，采用混凝土、漿砌片石或干砌片石予以回填封閉；或加深邊墻基礎,

加

固隧道底部（圖10.4.2）。當隧道拱頂部有空溶洞時，可視溶洞的巖石破碎程度在溶洞頂部

采用錨桿或錨噴網加固，必要時可考慮注漿加固并加設隧道護拱及拱頂回填進行處理（圖

10.4.3）。

圖1042溶洞堵填示意圖圖1043噴鋪加固與護拱示意圖

C.越

當隧道一側遇到狹長而較深的溶洞，可加深該側的邊墻基礎通過（圖1044）。隧道底

部遇有較大溶洞并有流水時，可在隧道底部以下砌筑壇工支墻，支承隧道結構，并在支墻內

套設涵管引排溶洞水（圖10.4.5）。隧道邊墻部位遇到較大、較深的溶洞，不宜加深邊墻基

礎時，可在邊墻部位或隧底以下筑拱跨過（圖10.4.6）。當隧道中部及底部遇有深狹的溶洞

時，可加強兩邊墻基礎，并根據情況設置橋臺架梁通過（圖10.4.7）。隧道穿過大溶洞，情

況較為復雜時，可根據情況，采用邊墻梁、行車梁等，由設計單位負責特殊設計后施工。

圖10.4.4加深邊墻基礎示意圖圖1045支墻內套設涵管示意圖

D.繞

在巖溶區施工，個別溶洞處理耗時且困難時，可采取迂回導坑繞過溶洞，繼續進行隧道

前方施工，并同時處理溶洞，以節省時間，加快施工進度。繞行開挖時，應防止洞壁失穩。

（3）溶洞地段隧道施工的注意事項

1）當施工達到溶洞邊緣，各工序應緊密銜接，支護和襯砌趕前。同時應利用探孔或物

探作超前預報，設法探明溶洞的形狀、范圍、大小、充填物及地下水等情況，據以制定施工

處理方案及安全措施。

2）施工中注意檢查溶洞頂部，及時處理危石。當溶洞較大較高且頂部破碎時，應先噴

射混凝土加固，再在靠近溶洞頂部附近打入錨桿，并應設置施工防護架或鋼筋防護網。

圖1046筑拱跨過示意圖圖1047架梁跨過示意圖

3）在溶蝕地段的爆破作業應盡量做到多打眼、打淺眼，并控制爆破藥量減少對圍巖的

擾動。防止在一次爆破后溶洞內的填充物突然大量涌入隧道，或溶洞水突然襲擊隧道，造成

嚴重損失。

4）在溶洞充填體中掘進，如充填物松軟，可用超前支護施工。如充填物為極松散的礫

石、塊石堆積或流塑狀粘土及砂粘土等可于開挖前采用地表注漿、洞內注漿或地表和洞內注

漿相結合加固。如遇顆粒細、含水量大的流塑狀土壤，可采用劈裂注漿技術，注入水泥漿或

水泥水玻璃雙液漿進行加固。

5）溶洞未做出處理方案前，不要將棄渣隨意傾填于溶洞中。因棄渣覆蓋了溶洞，不但

不能了解其真實情況，反而會造成更多困難。

10.4.5坍方

隧道開挖時，導致坍方的原因有多種，概括起來可歸結為：一是自然因素，即地質狀態、

受力狀態、地下水變化等；二是人為因素，即不適當的設計，或不適當的施工作業方法等。

由于坍方往往會給施工帶來很大困難和很大經濟損失。因此，需要盡量注意排除會導致坍方

的各種因素，盡可能避免坍方的發生。

（1）發生坍方的主要原因

1）不良地質及水文地質條件

A.隧道穿過斷層及其破碎帶，或在薄層巖體的小曲褶、錯動發育地段，一經開挖，潛

在應力釋放快、圍巖失穩，小則引起圍巖掉塊、坍落，大則引起坍方。當通過各種堆積體時，

由于結構松散，顆粒間無膠結或膠結差，開挖后引起坍塌。在軟弱結構面發育或泥質充填物

過多，均易產生較大的坍塌。

B.隧道穿越地層覆蓋過薄地段，如在沿河傍山、偏壓地段、溝谷凹地淺埋和丘陵淺埋

地段極易發生坍方。

C.水是造成坍方的重要原因之一。地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇巖體

的失穩和坍落。巖層軟硬相間或有軟弱夾層的巖體，在地下水的作用下，軟弱面的強度大為

降低，因而發生滑坍。

2）隧道設計考慮不周

A.隧道選定位置時，地質調查不細，未能作詳細的分析，或未能查明可能坍方的因素。

沒有繞開可以繞避的不良地質地段。

B.缺乏較詳細的隧道所處位置的地質及水文地質資料，引起施工指導或施工方案的失

誤。

3）施工方法和措施不當

A.施工方法與地質條件不相適應；地質條件發生變化，沒有及時改變施工方法；工序

間距安排不當；施工支護不及時，支撐架立不合要求，或抽換不當"先拆后支"；地層暴露

過久，引起圍巖松動、風化、導致坍方。

B.噴錨支護不及時，噴射混凝土的質量、厚度不符合要求。

C.按新奧法施工的隧道，沒有按規定進行量測，或信息反饋不及時，決策失誤、措施

不力。

D.圍巖爆破用藥量過多，因震動引起坍塌。

E.對危石檢查不重視、不及時，處理危石措施不當，引起巖層坍塌。

(2)預防坍方的施工措施

1)隧道施工預防坍方，選擇安全合理的施工方法和措施至關重要。在掘進到地質不良

圍巖破碎地段，應采取"先排水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤量測"的施工方法。

必須制訂出切實可行的施工方案及安全措施。

2)加強坍方的預測。為了保證施工作業安全，及時發現坍方的可能性及征兆，并根據

不同情況采用不同的施工方法及控制坍方的措施，需要在施工階段進行坍方預測。預測坍方

常用的幾種方法：

A.觀察法

(a).在掘進工作面采用探孔對地質情況或水文情況進行探察，同時對掘進工作面應進行

地質素描，分析判斷掘進前方有無可能發生坍方的超前預測。

(b).定期和不定期地觀察洞內圍巖的受力及變形狀態；檢查支護結構是否發生了較大的

變形；觀察是否巖層的層理、節理裂隙變大，坑頂或坑壁松動掉塊；噴射混凝土是否發生脫

落；以及地表是否下沉等。

B.一般量測法

按時量測觀測點的位移、應力，測得數據進行分析研究，及時發現不正常的受力、位移

狀態及有可能導致坍方的情況。

C.微地震學測量法和聲學測量法

前者采用地震測量原理制成的靈敏的專用儀器；后者通過測量巖石的聲波分析確定巖石

的受力狀態，并預測坍方。

3)加強初期支護，控制坍方：當開挖出工作面后，應及時有效地完成噴錨支護或噴錨

網聯合支護，并應考慮采用早強噴射混凝土、早強錨桿和鋼支撐支護措施等。這對防止局部

坍塌，提高隧道整體穩定性具有重要的作用。

(3)隧道坍方的處理措施

1)隧道發生坍方，應及時迅速處理。處理時必須詳細觀測坍方范圍、形狀、坍穴的地

質構造，查明坍方發生的原因和地下水活動情況，經認真分析，制定處理方案。

2)處理坍方應先加固未坍塌地段，防止繼續發展。并可按下列方法進行處理：

A.小坍方，縱向延伸不長、坍穴不高，首先加固坍體兩端洞身，并抓緊噴射混凝土或

采用錨噴聯合支護封閉坍穴頂部和側部，再進行清渣。在確保安全的前提下，也可在坍渣上

架設臨時支架，穩定頂部，然后清渣。臨時支架待灌筑襯砌混凝土達到要求強度后方可拆除。

B.大坍方，坍穴高、坍渣數量大，坍渣體完全堵住洞身時，宜采取先護后挖的方法。

在查清坍穴規模大小和穴頂位置后，可采用管棚法和注漿固結法穩固圍巖體和渣體，待其基

本穩定后，按先上部后下部的順序清除渣體，采取短進尺、弱爆破、早封閉的原則挖坍體，

并盡快完成襯砌（圖1048）。

C.坍方冒頂，在清渣前應支護陷穴口，地層極差時，在陷穴口附近地面打設地表錨

木干，洞內可采用管棚支