1、隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 第六章 隧道施工方法 6.2 传统矿山法 6.3 新奥法 6.4 新奥法的施工技术 6.5 洞口段及明洞施工方法 6.6辅助施工方法 6.7 特殊地质地段的施工方法 6.8钻爆开挖和装渣运输 6.9 隧道支护施工 6.11隧道施工现场监控量测 6.10 隧道掘进机施工 6.1 隧道施工特点与施工方法 6.1 隧道施工特点与施工方法1)矿山法 因最早应用于矿山开采而得名，由于大多数情况下需采用钻眼爆破，故又称钻爆法。习惯上将凡是采用钻爆法施工的方法都称为矿山法。自20世纪60年代，新奥法NATM(新奥地利隧道施工方法New Austria T
2、unneling Method的简称)正式问世，由于新奥法从理论到施工上都与旧的矿山法有很大不同，为明确概念，将矿山法又分为传统矿山法和新奥法。2)明挖法-浅埋隧道3)盾构法-盾构机泥水/EPB土压开挖，用于土层4)TBM法-适合山岭硬岩施工5)沉管法-主要用于修建水底隧道6)顶进法-用于地下人行通道和市政隧道等 工程地质和水文地质条件 这是决定施工方法的最关键因素 施工技术条件和机械装备状况 工期要求 投资状况 其它因素如环保等对施工单位很重要 6.2 传统矿山法 6.2.16.2.1 上下导坑先拱后墙法开挖两个导坑增加工程造价增加工程造价；开挖马口时施工干扰大施工干扰大；衬砌整体性差衬砌整
3、体性差；工序多，不便于施工管理工序多，不便于施工管理。优点优点在拱圈保护下进行拱下作业，施工安全施工安全；工作面多，便于拉开工序和安排较多的劳力，加快施工进度加快施工进度；当地质发生变化时，改变施工方法容易改变施工方法容易。缺点缺点上上下下导导坑坑法法 下导坑先拱后墙法有出渣方便出渣方便，施工安全施工安全的优点。缺点是：消耗的木材钢轨较多，棚架易因爆破受损，消耗的木材钢轨较多，棚架易因爆破受损，挖马口还影响施工进度，衬砌的整体性也差挖马口还影响施工进度，衬砌的整体性也差。6.2.26.2.2 下导坑先拱后墙法 6.3 新奥法 6.3.16.3.1 新奥法名称由来与产生的历史背景 (1)(1)锚
4、杆支护在锚杆支护在2020世纪初出现世纪初出现 (2)(2)喷射混凝土机在喷射混凝土机在2020世纪世纪4040年代末研制成功年代末研制成功 (3)(3)岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据 6.3.26.3.2 新奥法的基本概念核心内容核心内容是充分发挥围岩的自承能力充分发挥围岩的自承能力。对新奥对新奥法的误法的误解解新奥法新奥法以控制爆破（光面爆破、预裂爆破等）为以控制爆破（光面爆破、预裂爆破等）为开挖方法；开挖方法；以喷锚作为主要支护手段；以喷锚作为主要支护手段；通过监测控制围岩变形，动态修正设计参通过监测控制围岩变形，动态修正设计参数和变动施
5、工方法。数和变动施工方法。把新奥法理解为隧道开挖与支护的方法误以为采用了锚喷支护就是新奥法对施工监控量测不够重视对新奥对新奥法正确法正确认识认识新奥法是修建隧道一种基本理论，是包含设计于施工内容的隧道工程新概念。新奥法使用锚喷支护是为了达到保护围岩强度、控制围岩变形、实现发挥围者自承能力的目的。只有采用施工监控量测才能掌握围岩变形动态，做到控制变形。锚杆、喷射混凝土和施工量测是新奥法的三大要素。6.3.36.3.3 新奥法施工的要点 围岩为主要承载单元 尽可能减轻围岩扰动 允许围岩部分变形 复合式衬砌：初期支护+防水层+二次衬砌 初期支护为柔性的，以便与围岩紧密接触，共同变形和共同承载 断面要
6、圆顺，尽早闭合(封底)6.3.46.3.4 新奥法施工方法 1.1.全断面法全断面法 全断面法常适用于级硬岩的石质隧道。优点：优点：有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，工序少，干扰少。缺点：缺点：是由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低。1)加强对开挖面前方的工程地质和水文地质的调查。2)各工序机械设备要配套。3)加强各种辅助施工方法的设计和施工检查。4)重视和加强对施工操作人员的技术培训。5)在选择支护类型时，应优先考虑锚杆和喷射混凝土、挂网、拱架等支护型式。全断面全断面施工注施工注意问题意问题 2.2.台阶法台阶法 是新奥法中适用性最广的施工方法适用性最广的施工方法，多适用于、级围岩中
7、。有长台阶法长台阶法、短台阶法短台阶法和超短台阶法超短台阶法三种方式。优点：优点：开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度，有利于稳定，上部开挖支护后，下部作业较安全。缺点：缺点：上下部作业互相干扰，台阶开挖会增加对围岩的扰动次数等。1)1)长台阶法长台阶法 当隧道长度较短时，亦可先将上半断面全部挖通后，再进行下半断面施工，习惯上又称为“半断面法”。（2 2）短台阶法短台阶法 短台阶法能缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，当遇到软弱围岩时需慎重考虑，必要时应采用辅助施工措施稳定开挖工作面，以保证施工安全。(3)(3)超超短台阶法短台阶法 在软弱围岩中采用超短台阶法施工时应特别注意开挖
8、工作面的稳定性，必要时可对围岩采用预加固或预支护措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小导管等。1)台阶数不宜过多，台阶长度要适当，一般以一个台阶垂直开挖到底，保持平台长2.5m3m为好。2)个别破碎地段可配合喷锚支护和挂网施工。3)上部开挖时，因临空面较大，易使爆破面渣块较大，不利于装渣，应适当密布中小炮孔。3)采用台阶法开挖关键问题是台阶的划分形式。台阶划分要求做到爆破后渣量较大，钻孔作业面与出渣运输干扰少。台阶台阶法注法注意问意问题题 3.3.分部开挖法分部开挖法 (1)(1)台阶分部开挖法台阶分部开挖法 又称环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。上部留
9、核心土可以支挡开挖工作面，增强开挖工作面的稳定，施工安全性较好。一般环形开挖进尺为0.5m1.0m。优点：优点：与超短台阶法相比，台阶的长度可以加长，相当于短台阶法的台阶长度，减少了上下台阶的施工干扰，施工速度可加快。而且较侧臂导坑法的机械化程度高。缺点：缺点：开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，将可能使围岩变形增大，需要结合辅助施工措施对开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固。(2)(2)单侧壁导坑法单侧壁导坑法 适用于围岩稳定性较差（如软弱松散围岩），隧道跨度较大，地表沉陷难于控制地段。导坑可分二次开挖和支护，不需要架设工作平台，人工架立钢支撑也较方
10、便一般侧壁导坑的宽度不宜超过0.5倍洞宽 优点优点：是通过形成闭合支护的侧导坑将隧道断面的跨度一分为二，有效地避免了大跨度开挖造成的不利影响，明显地提高了围岩的稳定性。缺点缺点：是因为要施作侧壁导坑的内侧支护，随后又要拆除，增加了工程造价。(3)(3)双侧壁导坑法双侧壁导坑法 又称眼镜工法，适用于在软弱围岩适用于在软弱围岩中中，当隧道跨度更大（如三车道公路隧道等）或因环境要求，且要求严格控制地表沉陷地段。导坑尺寸拟定的原则同单侧壁导坑法，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑应错开开挖，以避免在同一断面上同时开挖而不利于围岩稳定。双侧壁导坑法特点：但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的
11、，所以在施工期间变形几乎不发展。该法施工安全，但进度慢，成本高。1、开挖断面分块多，2、围岩扰动次数增加，3、初期支护全断面闭合的时间延长。(4)(4)其他施工方法其他施工方法 中隔墙法中隔墙法（简称“CD”法）和交叉交叉中隔墙法中隔墙法（简称“CRD”法）。6.3.56.3.5 新奥法施工中可能发生的问题及处理措施 6.3.66.3.6 新奥法与传统矿山法的区别 6.4 新奥法的施工技术 6.4.16.4.1 新奥法施工程序6.4.26.4.2 新奥法施工基本原则少扰动少扰动早支护早支护勤量测勤量测紧封闭紧封闭6.4.36.4.3 锚杆 1.1.锚杆的支护效应锚杆的支护效应 (1)(1)悬吊
12、效应悬吊效应 (2)(2)组合梁效应组合梁效应 (3)(3)加固梁效应加固梁效应 2.2.锚杆的种类锚杆的种类1)1)全长粘结型锚杆全长粘结型锚杆，包括普通水泥砂浆锚杆、早强水泥砂浆锚杆、树脂锚杆、水泥卷锚杆、中空注浆锚杆和自钻式注浆锚杆等。2)2)端头锚固型锚杆端头锚固型锚杆，包括机械锚固锚杆、树脂锚固锚杆、快硬水泥端头锚杆等。3)3)摩擦型锚杆摩擦型锚杆包括缝管锚杆、楔管锚杆、水胀锚杆等。4)4)预应力锚杆预应力锚杆和自钻锚杆自钻锚杆等。锚锚杆杆种种类类 3.3.锚杆的布置和质量检查锚杆的布置和质量检查 锚杆的布置分为局部布置局部布置和系统系统布置布置。锚杆质量检查，包括长度、间距、角度、
13、方向、抗拔力长度、间距、角度、方向、抗拔力等。其中主要是抗拔力试验主要是抗拔力试验，对于重要工程可增加灌浆密度试验。6.4.46.4.4 钢拱架 在围岩条件较差地段或地面沉降有严格限制时，应在初期支护内增设钢拱架。常用的钢拱架有：钢筋格栅拱架钢筋格栅拱架、工工字形型钢拱架字形型钢拱架、U形型钢拱架形型钢拱架和H形型钢拱架形型钢拱架。6.4.56.4.5 喷射混凝土 1.1.喷射混凝土的特点喷射混凝土的特点 2.2.喷射混凝土的喷射方式喷射混凝土的喷射方式 (1)(1)干喷干喷 (2)(2)潮喷潮喷 (3)(3)湿喷湿喷 3.3.喷射混凝土的材料及其组成喷射混凝土的材料及其组成水泥水泥砂子砂子石
14、子石子速凝剂速凝剂水水 (1)(1)喷射混凝土的材料喷射混凝土的材料 (2)(2)喷射混凝土的配合比和水灰比喷射混凝土的配合比和水灰比 1)1)配合比配合比 2)2)水灰比水灰比 4.4.喷射混凝土的机械喷射混凝土的机械(具具)设备设备 喷射作业的机械(具)设备主要包括：混凝土喷射机混凝土喷射机、上上料机料机、搅拌机搅拌机、机械手机械手、混凝土运送搅拌车混凝土运送搅拌车、混凝土喷射混凝土喷射三联机三联机等。混凝土喷射机空压机搅拌机 5.5.喷射混凝土的施工工艺喷射混凝土的施工工艺(干式喷射干式喷射)(1)(1)风压风压、水压、水压 (2)(2)喷嘴与受喷岩面之间的距离喷嘴与受喷岩面之间的距离和
15、角度和角度 (3)(3)一次喷射的厚度及各喷层一次喷射的厚度及各喷层之间间隔时间之间间隔时间 (4)(4)喷射分区与喷射分区与喷射顺序喷射顺序 6.6.喷射混凝土堵管问题的处理喷射混凝土堵管问题的处理粗集料过大；混合料湿度过大致使摩擦力增大；输料软管弯头过小及风压偏小；司机操作不对，如先开马达后给风；混合料未吹完就停风；误开放气阀而停风等。喷射机司机立即关闭马达，随后关闭风源，喷射手将软管拉直，然后用手锤敲击以寻找堵管处。当找到堵管部位后，可将风压升到0.30.4Mpa(不超过0.5Mpa)，并用锤击堵管部位，使其畅通。排出堵管时，喷嘴前方严禁站人，以免被喷伤。原因原因解决解决 7.7.钢纤维
16、喷射混凝土工艺钢纤维喷射混凝土工艺 钢纤维喷射混凝土是指在喷射混凝土中加入一定数量的钢纤维。由于钢纤维均匀分布在混凝土中，为混凝土提供了非连续性的微型配筋，从而提高了材料的抗拉、抗弯、抗冲提高了材料的抗拉、抗弯、抗冲击和耐磨性以及早期强度、韧性和延展性，并改善了其他物击和耐磨性以及早期强度、韧性和延展性，并改善了其他物理力学性能。理力学性能。钢纤维喷射混凝土的物理力学性能，受到钢纤维的形状、长径比、掺入量及在混凝土中的分布状态，排列方向等各种因素的影响。8.8.喷射混凝土的质量检查喷射混凝土的质量检查 为了确保喷射混凝土的质量，应作如下几方面检查：1 1）每批原材料进库(场)，均用进行质量检查
17、与验收。2 2）喷射混凝土强度检查。3 3）喷层与围岩粘结情况的检查。4 4）喷层厚度的检查。6.4.66.4.6 复合式衬砌 复合式衬砌是由初期支护期支护和二次衬砌二次衬砌及中间夹防水层组中间夹防水层组合而成合而成的衬砌形式。6.5 洞口段及明洞施工方法 6.5.16.5.1 洞口段施工方法 1.1.洞口段的概念洞口段的概念指隧道开挖可能给洞口地表造成不良影响(下沉、塌穴等)的洞口范围。一般情况下，可将洞口浅埋段划分为洞口段。隧道洞口工程主要包括边仰坡土石方、边仰坡防护、路堑挡护、洞门圬工、洞口排水系统、洞口检查设备安装和洞口段洞身衬砌等。洞门结构一般在暗洞施工一段以后再做。边仰坡防护应及时
18、作好。2.2.进洞方法进洞方法 (1).(1).全断面法全断面法进洞进洞 (2).(2).台阶法进洞台阶法进洞 (3).(3).其它进洞方法其它进洞方法 环形环形开挖留核心土法开挖留核心土法、侧壁导坑法侧壁导坑法或下导坑法下导坑法等 若洞口有坍方、落石的威胁，或仰坡不甚稳定，还可用接长明洞接长明洞的方式进洞。1.1.先墙后拱法先墙后拱法 6.5.26.5.2 明洞施工方法 2.2.先拱后墙法先拱后墙法 6.6 辅助施工方法预留核心土喷射混凝土封闭开挖工作面超前锚杆(亦可用小钢管)管棚临时仰拱封底。预支护措施预支护措施辅助辅助施工施工方法方法预加固措施预加固措施预注浆加固地层地表喷锚预加固 超前
19、小导管注浆等预支护与预加预支护与预加固双重作用固双重作用 6.6.16.6.1 超前锚杆 超前锚杆设计遵循的原则：1 1）超前锚杆设置范围，对于拱部宜为隧道拱部外弧全长的1/61/2。超前锚杆主要适用于土砂质地层、膨胀性地层、裂隙发育的岩体以及断层破碎带等。2 2）锚杆长度定为35m，拱部超前锚杆纵向两排之间应有1m以上的水平搭接段；锚杆间距，级围岩定为4060cm，级围岩宜为3050cm。3 3）充填砂浆宜采用早强砂浆，不应低于M20。6.6.26.6.2 管棚 钢管构造如图6-20，管壁上须留注浆孔，孔径为1016mm，孔眼间距为100200mm，呈梅花形布置。钢管注浆有两种方式，一种是通
20、过管壁上的注浆管向地层内注浆，另一种主要是为了增加钢管刚度，向钢管内注入混凝土。管棚钢管构造 6.6.36.6.3 超前小导管注浆小导管(钢管)纵向连接筋钢拱架1015小导管(f 38f42)超前小导管钢管构造 小导管注浆以加固围岩为主，因此通常压注水泥砂浆，水灰比为0.51.0。当岩体破碎，围岩止浆效果不好时，亦可采用水泥水玻璃双液注浆。注浆以后应进行效果检查，可以用地质钻取注浆后的岩芯检查，也可以用声波探测仪测量岩体声波速度，判断注浆效果。检查结果如未达到要求，应进行补孔注浆。f3742钢管锥头注浆孔预留止浆段铁箍30cm注浆孔管壁梅花型布置注浆 6.6.46.6.4 预注浆加固地层 在开
21、挖之前，先往地层中注浆以加固围岩。超前钻孔注浆加固超前钻孔注浆加固地表注浆加固地表注浆加固预注浆加固地层预注浆加固地层 6.6.56.6.5 地表锚喷预加固 (1)(1)洞口边仰坡表层洞口边仰坡表层预加固预加固 (2)(2)洞门上方陡坎加固和洞门上方陡坎加固和仰坡加固仰坡加固 6.7 特殊地质地段施工方法 特殊地质地段：膨胀地层、软弱黄土层、塌方、岩溶、膨胀地层、软弱黄土层、塌方、岩溶、岩爆、流砂、高地温、瓦斯岩爆、流砂、高地温、瓦斯等地层。特殊地质地段隧道特点：1）岩层的地质条件成因复杂;2）地质条件具有突变性，事故具有突发性;3）对隧道施工的危害极大。因此除了应遵守一般技术要求外，还应采取
22、针对性较强的辅助施工方法。其中，坍方不属于地质，只是一种隧道事故，坍方在任何地质地层中均可发生，如上述的膨胀地层、软弱黄土等地层均可发生坍方。6.7.16.7.1 膨胀性围岩 1.1.膨胀性围岩的特性膨胀性围岩的特性 膨胀土围岩常常具有明显的塑性流变特性具有明显的塑性流变特性，膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，都将破坏围岩的稳定性。2.2.膨胀土围岩对隧道施工的危害膨胀土围岩对隧道施工的危害 施工中常见的现象：围岩裂缝、隧道下沉、围岩膨胀突出和坍塌、底鼓以及衬砌变形和破坏等。3.3.隧道在膨胀土围岩中的施工要点隧道在膨胀土围岩中的施工要点加强加强对围岩压力及流变的调查和对围岩压力及流变的调查
23、和量测量测合理选择施工方法合理选择施工方法加强支护加强支护 案例：新七里沟隧道，全长只有235米，但属襄渝铁路全线最长的膨胀土隧道，这种膨胀土见水就膨胀，失水就收缩，见风就开裂，一裂就崩塌，在隧道施工史上尚无先例，中铁20局奋战了16个月。6.7.26.7.2 黄土 1.1.黄土对隧道施工的影响黄土对隧道施工的影响 (1)黄土构造节理黄土构造节理 (2)黄土黄土冲沟地段、黄土溶洞冲沟地段、黄土溶洞与陷穴与陷穴 (3)水对黄土隧道施工的影响水对黄土隧道施工的影响 2.2.黄土隧道施工要点黄土隧道施工要点 1）做好做好黄土中构造节理的产状与分布状况的黄土中构造节理的产状与分布状况的调查调查。2）遵
24、循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测勤量测”的施工原则。3）采用短台阶法短台阶法或环形开挖留核心法环形开挖留核心法，初期支护应紧跟开挖面施作。4）做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。3.3.黄土隧道的洞门设计应遵循的原则黄土隧道的洞门设计应遵循的原则1）考虑地表水冲刷防护考虑地表水冲刷防护；2）对端、翼墙地基采取适当的换填夯实换填夯实措施；3）压力可按库仑理论计算；4）进行相关演算。1.1.溶洞的类型溶洞的类型 溶洞一般有死、活、干、湿、大
25、、小死、活、干、湿、大、小几种类型。2.2.隧道溶洞处理措施隧道溶洞处理措施 6.7.36.7.3 溶洞 有“引、堵、越、绕引、堵、越、绕”四种。(1)(1)引引水流浆砌片石暗管，涵洞或小桥图6-24 桥涵宣泄水流 (2)(2)堵堵图6-25 溶洞堵填图6-26 锚杆加固与护拱干砌片石混凝土填实浆砌片石浆砌片石锚杆浆砌片石或混凝土护拱片石、碎石回填密实 (3)(3)越越混凝土墙基浆砌片石水流浆砌片石涵管浆砌片石承重墙溶洞拱基础混凝土拱图6-27 加深边墙基础图6-28 在承重墙内设涵管图6-29 筑拱跨越溶洞 (4)(4)绕绕 采用迂回导坑绕过溶洞 3.3.溶洞地段施工的注意事项溶洞地段施工的
26、注意事项 1)1)当施工到达溶洞边缘时，各工序应紧密衔接，支护当施工到达溶洞边缘时，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。和衬砌赶前。同时应利用探孔或物探作超前预报。2)2)施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危石。石。3)3)爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，控制爆破药爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，控制爆破药量，减少对围岩量，减少对围岩的扰动的扰动。4)4)在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护施工。施工。5)5)溶洞末做出处理方案前，不要将弃碴随意倾填于溶洞溶洞末做出处理方案前，不要将弃碴随意倾填于溶洞中。
27、中。6.7.46.7.4 塌方 1.1.发生塌方的主要原因发生塌方的主要原因 (1)(1)不良地质及水文地质条件不良地质及水文地质条件 (2)(2)隧道设计考虑不周隧道设计考虑不周 (3)(3)施工方法和措施不当施工方法和措施不当 2.2.塌方前的预兆塌方前的预兆 1 1）量测信息所反应的变形速度或数值超过警戒值。2 2）喷射混凝土产生纵横向裂纹或龟裂。3 3）在坑顶或坑壁发现不断掉下土块、小石块或构件支撑间隙不断漏出砂、石屑。4 4）岩层层理、节理缝或裂隙变大、张开。5）隧道内渗水、滴水突然加剧或变浑。3.3.预防塌方的施工措施预防塌方的施工措施选择安全合选择安全合理施工方法理施工方法加强塌
28、方预测加强塌方预测预防预防塌方塌方施工施工措施措施先排水短开挖弱爆破强支护快衬砌勤量测观察法一般量测法微地震学测量法和声学测量法加强初期支护加强初期支护喷锚支护钢拱架钢筋网 4.4.隧道塌方的处理措施隧道塌方的处理措施小坍方 大坍方 坍方冒顶 洞口坍方 防排水的处理措施 “治坍应先治水”三亚市绕城高速迎宾隧道塌方救援最新图片（2009-06-05）6.6.56.6.5 岩爆 是岩体中聚集的高弹性应变能，因隧道开挖而发生的一种应力释放现象。地层岩地层岩性条件性条件地应力地应力条件条件岩爆岩爆形成形成条件条件只发生于结构完整或基本完整的脆性硬岩地层中。多见于石英岩、花岗岩、正长岩、闪长岩、花岗闪长
29、岩、大理岩、花斑状大理岩、片麻岩等岩体；岩爆多发生于埋深大的隧道中，因只有埋深大才足以形成高地应力。1.1.隧道内岩爆的特点隧道内岩爆的特点岩爆在发生前并无明显预兆，总是突然发生。岩爆时，岩块自洞壁迸射而出，块度从几厘米到几十厘米不等，甚至上吨重岩石从拱部弹落。岩爆多发生在新开挖工作面及其附近。危险性：伤害人员、损坏机械！3)3)岩爆发生的地点，多在新开挖工作面及其附近，个别的也发生在距新开挖工作面较远处，岩爆多发生在爆破后23小时。4)4)在溶孔较多的岩层里，则不会发生岩爆。2.2.岩爆的防治措施岩爆的防治措施强化强化围岩围岩弱化弱化围岩围岩 3.3.岩爆地段隧道施工的注意事项岩爆地段隧道施
30、工的注意事项 超前地质预报：平导超前、地质雷达等。爆破方法：尽量采用能预先释放地应力的方法，如预裂爆破、切缝法等。缩短爆破进尺：要尽快闭合支护。6.7.66.7.6 高地温 1.1.高地温的热源高地温的热源 地球的地幔对流；火山岩浆集中处的地热；放地球的地幔对流；火山岩浆集中处的地热；放射性元素的裂变热成为热源。射性元素的裂变热成为热源。2.2.隧道在高地温地区的施工措施隧道在高地温地区的施工措施 1)1)对隧道施工作业环境的卫生标准专门有规定。2)2)在施工中一般采取通风通风和洒水洒水的措施降温。3)3)应密切注意高温地段的衬砌混凝土施作。6.7.76.7.7 瓦斯地层 瓦斯是地下隧道内有害
31、气体的总称，其成分以沼气沼气（甲烷CH4）为主，一般习惯即称沼气为瓦斯。1.1.瓦斯的性质瓦斯的性质 1)1)瓦斯(沼气)为无色无色、无臭无臭、无味无味的气体，很容易使人窒息或发生死亡事故。2)2)瓦斯比重为0.544，仅为空气的一半，易积聚在隧道顶部，其扩散速度比空气大1.6倍。3)3)瓦斯不能自燃，但极易燃烧。2.2.瓦斯的燃烧和爆炸性瓦斯的燃烧和爆炸性 当隧道中的瓦斯浓度小于5%遇到火源时，瓦斯只是在火源附近燃烧而不会爆炸。瓦斯浓度瓦斯浓度在在5%5%6%6%到到14%14%16%16%时，遇到火源具有时，遇到火源具有爆炸爆炸性。性。瓦斯浓度大于14%16%时，一般不爆炸，但遇火能平静地
32、燃烧。瓦斯燃烧时，一旦遇到障碍而受压缩，就会形成爆炸。3.3.瓦斯释放的方式瓦斯释放的方式渗出渗出喷出喷出突出突出施施工工阶阶段段运营运营阶段阶段2009年11月10日开工的图山寺高瓦斯隧道全长3216米，是兰渝铁路高瓦斯隧道之一，也是兰渝铁路重点控制性工程之一。由于该隧道位于产油产气层，天然气等气体可能顺着岩层构造裂缝上冒，危及隧道施工安全。2011年9月9日提前安全贯通。4.4.防止瓦斯事故的措施防止瓦斯事故的措施 1)1)预先确定瓦斯探测方法，制订瓦斯稀释措施、防爆措施和紧急救援等措施。2)2)各工序间距尽量短衬砌封闭，保证密实性，以防瓦斯溢出。3)3)加强通风，加强通风，把瓦斯浓度吹淡
33、到爆炸浓度以下的1/51/10，排出洞外。4)4)洞内空气中允许的瓦斯浓度应控制规定以内 5)5)超前超前周边全封闭周边全封闭预注浆预注浆 6)6)采用防爆设施 7)7)严格执行有关制度 松散地层常用施工方法松散地层常用施工方法：先支护后开挖、密闭支撑、边先支护后开挖、密闭支撑、边挖边封闭挖边封闭的方法。治理治理流沙必先治水，以减少地层的含水量为主流沙必先治水，以减少地层的含水量为主。加强调查，制订方案加强调查，制订方案因地制宜，综合治水因地制宜，综合治水先护后挖，加强支护先护后挖，加强支护尽早衬砌，封闭成环尽早衬砌，封闭成环流沙治理措施流沙治理措施 6.7.86.7.8 松散地层、流砂 6.
34、8 钻爆开挖和装渣运土 6.8.16.8.1 钻爆开挖 开挖作业应做到的要求开挖作业应做到的要求：按设计要求开挖出断面；石碴块度(大小)适中，抛掷范围相对集中，便于装碴运输；钻眼工作量少，掘进速度快，少占作业循环时间，尽量节省爆破器材；减小对围岩的震动破坏；减少对施工用机具设备及支护结构的破坏，减少对周围环境的破坏（特别是隧道洞口地段爆破时）。1.1.爆破破岩作用及有关概念爆破破岩作用及有关概念 (1)(1)无限介质中的无限介质中的爆破作用爆破作用震动区4R3R2RR1压缩粉碎区抛掷区破坏区 (2)(2)爆破的基本概念爆破的基本概念 1)1)临临空面空面2)爆破漏斗爆破漏斗 3)3)爆破作用指
35、数。爆破作用指数。爆破漏斗半径r与最小抵抗线W的比值n(n=r/W)称为爆破作用指数。n=1 标准抛掷爆破n1 加强抛掷爆破或扬弃爆破0.75n1 加强松动或减弱抛掷爆破n0.75 松动爆破 临空面数目的多少对爆破效果有很大影响，增加临空面数目的多少对爆破效果有很大影响，增加临空面是改善爆破状况，提高爆破效果的重要途径。临空面是改善爆破状况，提高爆破效果的重要途径。2.2.钻孔机具钻孔机具风动凿岩机风动凿岩机凿凿岩岩机机内燃凿岩机内燃凿岩机电动凿岩机电动凿岩机液压凿岩机液压凿岩机凿岩凿岩台车台车风动凿岩机内燃凿岩机液压凿岩机电动凿岩机胶州湾隧道中运用三臂凿岩台车施工 3.3.隧道内常用的爆破方
36、法隧道内常用的爆破方法掏槽眼掏槽眼辅助眼辅助眼周边眼周边眼-底板眼底板眼 (1)(1)炮眼种类和作用炮眼种类和作用 1)1)斜眼掏槽斜眼掏槽。常用垂直楔形掏槽、锥形掏槽。(2)(2)掏槽眼的形式掏槽眼的形式 斜眼掏槽斜眼掏槽和直眼掏槽直眼掏槽。2)2)直眼掏槽直眼掏槽。常用的直眼掏槽形式有柱状掏槽柱状掏槽和螺旋形掏槽螺旋形掏槽。(3)(3)炮眼布置炮眼布置 1)1)直线形布孔直线形布孔 2)2)多边形多边形布孔布孔 3)3)弧形弧形布孔布孔 4)4)圆形圆形布孔布孔 (4)(4)周边眼周边眼的控制爆破的控制爆破 1)1)光面爆破光面爆破 光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼掏槽眼辅辅助眼助眼周边眼
37、周边眼底板眼底板眼。2)2)预裂爆破预裂爆破 预裂爆破的分区起爆顺序为：周边眼周边眼掏掏槽眼槽眼辅助眼辅助眼底板眼底板眼。光面爆破光面爆破主要参数：周边炮眼的间距周边炮眼的间距，光面爆光面爆破层的厚度破层的厚度，周边炮眼密集系数周边炮眼密集系数和装药集中度装药集中度等。6.8.26.8.2 装渣与运输装碴运输作业由三个环节组成：装碴装碴、运输运输和卸碴卸碴。1.1.装渣装渣 (1)(1)渣量计算渣量计算 出碴量应为开挖后的虚碴体积，单循环爆破后石碴量可按下式计算：SLRZ (2)(2)装渣方式装渣方式 可采用人力装碴人力装碴或机械装机械装碴碴。2.2.运输运输 (1)(1)有轨运输有轨运输 (
38、2)(2)无轨运输无轨运输 无轨运输主要是指汽车运输。3.3.卸渣卸渣 选用合乎强度标准的岩块加工成衬砌混凝土材料的粗骨料；用作路基填方或洞外工作场地填方；弃置于山谷或河滩。在弃碴场地的选择上，应考虑卸碴方便，不占良田，不堵塞航道，不污染环境。木支撑木支撑钢支撑钢支撑钢筋混凝土支撑钢筋混凝土支撑锚杆支撑及喷射混凝土支撑锚杆支撑及喷射混凝土支撑 6.9 隧道支护施工 6.9.16.9.1 临时支护/支撑 6.9.26.9.2 初期支护 主要型式为锚喷支护锚喷支护，可以充分发挥围岩的自充分发挥围岩的自承能力承能力。包括锚杆支护喷射混凝土支护喷射混凝土锚杆联合支护喷射混凝土钢筋网联合支护喷射混凝土与
39、锚杆及钢筋网联合支护喷钢纤维混凝土支护喷钢纤维混凝土与锚杆及钢筋网联合支护 6.9.36.9.3 二次衬砌 1.1.混凝土材料及模板的选择混凝土材料及模板的选择 2.2.模筑衬砌施工准备工作模筑衬砌施工准备工作 3.3.混凝土的制备与运送混凝土的制备与运送 4.4.混凝土灌注施工混凝土灌注施工 5.5.模筑混凝土灌注作业机械化模筑混凝土灌注作业机械化 6.6.混凝土的养护与拆模混凝土的养护与拆模 7.7.压浆、仰拱和底板压浆、仰拱和底板 6.10 隧道掘进施工 隧道掘进机施工方法是一种采用专门机械切削破岩来开挖隧道的施工方法，这种专门机械就称为隧道掘进机。适用于软弱不稳定地层，称为（机械化）盾
40、构盾构，目前盾构在我国的交通隧道施工中，一般还只用于城市地铁施工。适用于坚硬岩石地层，习惯上所说的隧道掘进机就是指这类岩石掘进机(Tunnel Boring Machine)，简称TBMTBM。上海地铁隧道运用盾构机进行施工 6.10.16.10.1 掘进机的类型 1.1.全断面掘进机全断面掘进机 分为开敞式开敞式和护盾式护盾式两类。一般而言，开敞式掘进机适合于硬岩隧道，护盾式掘进机适合于软岩隧道。(1)(1)开敞式掘进机开敞式掘进机 ：单撑靴式单撑靴式和双撑靴式双撑靴式(撑靴即千斤顶)。单水平撑靴掘进机，在机身的水平方向每侧只设置了一个水平撑靴，故称为单撑靴式。双水平撑靴掘进机，在机身的前后
41、每侧有两个水平撑靴，它可以沿着镶着铜滑板的主机架前后移动。全断面掘进机有的将双水平撑靴改为X型撑靴或T形撑靴，也有的将切削刀盘三轴承组合形成为前后两组轴承的简支型。1111098234765单水平撑靴式掘进机1413121112435910867双水平撑掘进机推力千斤顶撑靴X型配置T型配置主梁撑靴推力千斤顶单撑靴型双撑靴型图6-47 掘进机撑靴形式掘进机切削刀盘2134567 (2)(2)护盾式掘进机护盾式掘进机 针对开敞式掘进机只能用于硬岩的缺陷，陆续开发出了各种型式的的护盾式掘进机，分为单护盾掘进机单护盾掘进机和双护盾掘进机双护盾掘进机两大类。单护盾掘进机（如图6-49）只能用于软岩或开挖
42、面自稳时间相对较短的地质条件较差的地层。而双护盾掘进机（如图6-50）既能用于软岩，又能用于硬岩，对地质条件的适用能力较强。121110123459867图6-49 单护盾掘进机1掘进刀盘 2护盾 3驱动组件 4推进千斤顶 5管片安装机 6超前钻机 7出碴输送机 8拼装好的管片 9提升机 10铰接千斤顶 11主轴承、大齿圈 12刀盘支撑1514123134101211546798图6-50 双护盾掘进机1掘进刀盘 2前护盾 3驱动组件 4推进油缸 5铰链油缸 6撑靴护盾 7尾护盾 8出渣输送机 9拼装好的管片 10管片安装机 11辅助推进靴 12水平撑靴 13伸缩护盾 14主轴承大齿圈 15刀
43、盘支撑 2.2.臂式掘进机臂式掘进机 又称为部分断面掘进机，是一种集切削岩石、自动行走、装载石碴等多种功能为一体的高效联合作业机械。6.10.26.10.2 隧道掘进机的施工 1.1.破岩机理破岩机理 在掘进时切削刀盘上的滚刀沿岩石开挖面滚动，切削刀盘均匀地对每个滚刀施加压力，形成对岩面的滚动挤压，切削刀盘每转动一圈，就会贯入岩面一定深度，在滚刀刀刃与岩石接触处，岩石被挤压成粉末，从这个区域开始，裂缝向相邻的切割槽扩展，形成片状石碴，从而实现破岩。岩石龟裂纹相邻刀具产生的粉碎岩石粒切削石碴滚刀粉碎岩石粒掘进机切削岩三种机理 不同的岩石需要不同的滚刀压入岩石的最低压强值，才能达到较理想的贯入深度
44、。滚刀的刀间距要合适，刀间距太大，开挖不出片状石碴，使开挖效率降低。刀间距太小，则会使石碴块太小，浪费设备的功率。掘进机施工还应注意岩石的磨蚀性和岩体的裂隙程度，当岩体节理裂隙面间距越大时，切割也就会越困难。关于裂隙度与滚刀的磨损规律，我国还缺乏研究成果，有待于进一步总结。2.2.掘进作业掘进作业 (1)(1)掘进循环过程掘进循环过程 以开敞式掘进机为例进行说明。图6-52是开敞式掘进机掘进作业循环过程的示意图：后下支撑水平撑靴前下支撑图6-52 开敞式掘进机掘进作业循环过程a)图6-52a：掘进循环开始时，水平撑靴已移动到主机架的前端，将撑靴撑紧在洞壁上。前下支撑(即仰拱刮板)与底部的岩面轻
45、微接触，收回后下支撑，此时切削刀盘可以转动，推进千斤顶将转动的切削刀盘向前推进一个行程，此即是掘进状态。前下支撑水平撑靴后下支撑前下支撑水平撑靴后下支撑b)c)图6-52 开敞式掘进机掘进作业循环过程 图6-52b：在向前推进到达推进千斤顶行程终点处，结束开挖，切削刀盘停止转动，前下支撑支承切削刀盘。图6-52c：伸出后下支撑，此时整个机器的重量全部由前、后支撑支承。收回两对水平支撑靴，移动水平撑靴到主机架的前端。由于掘进头部重，在掘进过程中，往往出现“栽头”的现象，此时，可以通过前、后下支撑来调整掘进机掘进的上、下方向。又回到图6-52a，当水平撑靴移到前端限位后，又重新撑紧在洞壁上。收回后
46、下支撑，此时前下支撑与底部岩面又转换成浮动接触状态，然后开始下一个掘进循环。(2)(2)出渣出渣与除尘与除尘 6.10.36.10.3 隧道掘进机施工配套的支护形式由初期支护初期支护和二次砌砌二次砌砌组成。不同型式的掘进机，要求采用不同的支护型式。仰拱块标准块注浆充填TBM开挖断面相邻块封顶块管片厚度 1.1.管片式衬砌管片式衬砌 2.2.复合式衬砌复合式衬砌预制仰拱块模注混凝土衬砌 6.11 隧道施工现场监控量测 6.11.16.11.1 监控量测的目的和任务 在隧道的施工过程中，使用各种仪器设备和量测元件，对地表沉降地表沉降、围岩与支护结构的变形围岩与支护结构的变形、应力应力、应变应变进行
47、量测，据此来判断隧道开挖对地表环境的影响范围和程度、围岩的稳定性和支护的工作状态，这种工作称为新奥法的现场监控量测。1.1.监控量测的目的监控量测的目的提供监控设提供监控设计的依据和计的依据和信息信息预报及监预报及监视险情视险情校核隧道工程理校核隧道工程理论计算结果、完论计算结果、完善工程类比法善工程类比法 2.2.监控量测的任务监控量测的任务围岩弹性波测试支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝量测钢支撑内力及外力围岩压力及层间支护间压力围岩体内位移（洞内设点）围岩体内位移（地表设点）地表下沉选测项目锚杆或锚索内力及抗拔力拱顶下沉周边位移洞内地质和支护状况观察必测项目项 目类别 6.11.26.11
48、.2 监控量测的内容和方法 1.1.监控量测项目选择监控量测项目选择分为必测项目必测项目和选测选测项目项目。2.2.量测方法量测方法 (1)(1)洞内观察与地质素描洞内观察与地质素描 主要主要仪器仪器：地质罗盘、照相机等。(2)(2)周边位移周边位移(收敛收敛)用收敛计收敛计。(3)(3)拱顶下沉拱顶下沉 全站仪全站仪-水准仪水准仪 (4)(4)地表下沉地表下沉 用水准仪和塔尺进行量测。(5)(5)围岩内部位移围岩内部位移 位移计。5.2m多点位移计固定点固定点千分表 (6)(6)围岩压力及层间围岩压力及层间支护压力支护压力围岩与初期支护间压力量测初期支护与二衬间压力量测 (7)(7)锚杆内力
49、锚杆内力锚杆内力量测及钢筋应力计 (8)(8)钢钢支撑内力支撑内力 (9)(9)支护、支护、衬砌内力衬砌内力喷射混凝土内部应力量测二次衬砌内部应力量测 (10)(10)围岩围岩声波测试声波测试 (11)(11)爆破振动测试爆破振动测试 (12)(12)地质超前预报地质超前预报 地质雷达、TSP系统。3.3.量测频率量测频率表6-7 量测频率 6.11.36.11.3 监控量测数据处理与应用 1.1.量测数据的整理量测数据的整理收敛变化率-时间关系-1.00-0.500.000.501.003月4日3月8日3月12日3月16日3月20日t/dd/dt(mm/d)CB CDBD图6-69 收敛变化
50、率-时间关系图收敛时间关系0.001.002.003.004.003月2日3月6日3月10日3月14日3月18日t/d/mmCB CDBD图6-70 拱顶下沉量-时间关系图u=0.8095Ln(t)+1.4171R2=0.78850.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.001月1日1月6日1月11日 1月16日 1月21日 1月26日 1月31日2月5日2月10日t/du/mm拱顶下沉拱顶下沉回归方程 1)1)对数函数，如)1lg(tauuabtlg()1 2)2)指数函数，如thacu/)1(hteau 3)3)双曲函数，如btatu)11(1 2
