1、gjw第6章final隧道施工方法1(90)本节主要内容本节主要内容6.1 6.1 传统矿山法传统矿山法6.2 6.2 新奥法的基本概念新奥法的基本概念6.3 新奥法施工方法6.4 洞口段及明洞施工方法6.5 辅助施工方法6.6 特殊地质地段施工方法660611143849（1 1）隧道工程的施工特点隧道工程的施工特点 1.施工全过程受制于地质条件施工全过程受制于地质条件 2.大型的隐避工程大型的隐避工程 3.施工环境较差施工环境较差 4.多地处偏远山区，交通不便。多地处偏远山区，交通不便。5.狭长建筑物，工作面很少。狭长建筑物，工作面很少。6.施工不受气候影响施工不受气候影响 概 述1.1.
2、隧道施工主要方法隧道施工主要方法 矿山法矿山法 传统矿山法传统矿山法 新奥法新奥法 明挖法明挖法 掘进机法掘进机法 盾构法盾构法 沉管法沉管法 顶进法顶进法（2）隧道施工方法及其选择隧道施工方法及其选择 工程的重要性工程的重要性 工程地质与水文地质条件工程地质与水文地质条件 施工技术水平、机械设备施工技术水平、机械设备 施工中动力和原材料供应施工中动力和原材料供应 工程投资与运营后的社会工程投资与运营后的社会效益和经济效益效益和经济效益 对环境的保护要求对环境的保护要求 施工单位的习惯做法施工单位的习惯做法2.2.影响施工方法的主要因素影响施工方法的主要因素传统矿山法有：传统矿山法有：全断面法
3、全断面法台阶法台阶法漏斗棚架法漏斗棚架法蘑菇形法蘑菇形法上下导坑先拱后墙法，等。上下导坑先拱后墙法，等。6.1 传统矿山法 仅选择传统矿山法中具有代表性的仅选择传统矿山法中具有代表性的上下导坑法上下导坑法予以介绍，以与予以介绍，以与新奥法新奥法施工对照。施工对照。下导坑15205011769442图6-6 上下导坑先拱后墙法(单位：m)152015201520上导坑落 底上导坑扩大立模板灌注砼203015203040 养生710天挖中层漏斗46463246挖马口砌边墙793上下导坑先拱后墙法上下导坑先拱后墙法优点：优点：有拱圈保护，安全；有拱圈保护，安全；有两个有两个导坑导坑，有利于通风、排水
4、与运输。，有利于通风、排水与运输。缺点：缺点：两个导坑增加了造价；两个导坑增加了造价；边墙须开边墙须开挖马口挖马口，进度慢。，进度慢。适应于：适应于：、级围岩。级围岩。挖马口挖马口在在“先拱后墙法先拱后墙法”施工中，开挖边墙的工序。施工中，开挖边墙的工序。隧道中线衬砌边墙衬砌边墙挖马口示意图111112222221定义：先行开挖，能为后续开挖提供施工便利的坑道。作用：为后续工作面创造临空面，提高爆破效果；查明前方地质情况；排除地下水；铺设“三管两线”水管、压缩风管、通风管；电线、运输线；改善施工通风条件。导坑：导坑：（1）新奥法的由来与产生的历史背景新奥法的由来与产生的历史背景 新奥法的全称是
5、新奥地利隧道工程方法，即New Austrian Tunneling Method，缩写为NATM。6.2 新奥法的基本概念产生的背景产生的背景u 1.锚杆支护在20世纪初出现 u 2.喷射混凝土机在1940年代末研制成功u 3.岩石力学的理论发展为其提供了科学依据（2）新奥法的基本概念新奥法的基本概念1.1.新奥法新奥法 用薄层支护手段来保持围岩强度，用薄层支护手段来保持围岩强度，控制围控制围岩变形岩变形，以发挥围岩的，以发挥围岩的自承载能力自承载能力，并通过施工，并通过施工监控量测来指导隧道工程的设计与施工。监控量测来指导隧道工程的设计与施工。2.2.新奥法的三大要素新奥法的三大要素u 控
6、制爆破 u 喷锚支护 u 监控量测3.3.三项作业三项作业u 开挖u 初次支护 u 二次支护（3）新奥法原理的要点新奥法原理的要点u 1.1.承载体系：支护结构承载体系：支护结构+围岩围岩 u 2.2.少扰动围岩少扰动围岩u 3.3.即允许又限制围岩的变形即允许又限制围岩的变形u 4.4.复合式衬砌（初期支护和二次衬砌复合式衬砌（初期支护和二次衬砌 ）u 5.5.初期支护应尽量做成柔性的初期支护应尽量做成柔性的u 6.6.要尽可能使结构做得园顺要尽可能使结构做得园顺u 7.7.进行有效的监控量测进行有效的监控量测u 8.8.通过通过“排堵措施排堵措施”解决衬砌渗水解决衬砌渗水 新奥法与传统矿山
7、法的关键异同点：相同：均采用钻爆法施工。不同：对围岩的处理不同。6.3 新奥法施工方法表 6-2 传统矿山法与新奥法施工的区别 新奥法 传统矿山法 临时支护 喷锚支护 木支撑为主、钢支撑 永久支护 复合式衬砌 单层模注混凝土衬砌 支 护 闭合支护 强调 不强调 控制爆破 必须采用 可采用 量测 必须采用 无 施工方法 分块较少 分块较多 新奥法施工的基本原则：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。12字口诀，务必理解渗透！全断面法 台阶法 分部开挖法全断面一次开挖法全断面一次开挖法 1.1.适应条件适应条件 、级围岩级围岩 大型施工机具大型施工机具(钻孔台车、模板台车等钻孔台车、模板台车等)经济
8、性考虑：中长隧道。经济性考虑：中长隧道。（1）全断面法）全断面法表示方法：表示方法：横断面工序图、纵断面工序展开图横断面工序图、纵断面工序展开图习惯标注方法：习惯标注方法：阿拉伯字阿拉伯字1 1、2 2、3.3.表示挖掘表示挖掘;罗马字罗马字、.表示支护；表示支护；图6-1 全断面施工方法(单位：m)12015012.施工顺序 量测量测 台车就位 钻眼装药、放炮 找顶 出碴锚喷通风钻爆作业循环钻爆作业循环 工序少，管理方便；工序少，管理方便；进度快大型机械、爆破效果好；进度快大型机械、爆破效果好；对围岩扰动少爆破对围岩扰动少爆破1 1次；次；要求地质条件较好。要求地质条件较好。3.施工特点问题
9、：问题：地质条件变差时，大型机械怎么办？地质条件变差时，大型机械怎么办？三条主要作业线：三条主要作业线：(1)(1)开挖作业线开挖作业线 钻孔台车、装药台车、大型装碴机与运载车钻孔台车、装药台车、大型装碴机与运载车(2)(2)锚喷作业线锚喷作业线 混凝土喷射机、喷射机械手、运输进料设施混凝土喷射机、喷射机械手、运输进料设施(3)(3)模注混凝土衬砌作业线模注混凝土衬砌作业线 混凝土拌合、混凝土输送、防水层作业、衬砌模板混凝土拌合、混凝土输送、防水层作业、衬砌模板4.机械化施工的关键1.特点将断面从上至下分成2个或3个台阶开挖；随着台阶长度的调整，它几乎可以用于所有的地层，因而是在现场使用的主导
10、方法。2.种类 长台阶法 短台阶法 超短台阶法（2）台阶法(1)(1)初期支护闭合环的时间要求初期支护闭合环的时间要求 围岩越差，闭合时间要求越短，台阶必须缩短。围岩越差，闭合时间要求越短，台阶必须缩短。(2)(2)施工机械的效率施工机械的效率 效率高，则可以缩短支护闭合时间，台阶可适当效率高，则可以缩短支护闭合时间，台阶可适当加长。加长。3.3.选择台阶长度的条件选择台阶长度的条件 原则：原则：希望初期支护尽快闭合。希望初期支护尽快闭合。围岩不好围岩不好时，应以条件时，应以条件为主；为主；围岩较好围岩较好时，应以条件时，应以条件为主。为主。长台阶法长台阶法台阶长度台阶长度L5BL5B，B B
11、为洞室的宽度。为洞室的宽度。甚至可以上台阶先贯通，即为甚至可以上台阶先贯通，即为“半断面法半断面法”。特点：特点：进度快，仅次于全断面法。进度快，仅次于全断面法。适用于：适用于：级围岩。级围岩。B(a)5B12124.4.施工工序施工工序台阶缩短：台阶缩短：（1 11.51.5）B B L L5B,5B,特点：特点：支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。适用于：适用于：、级围岩级围岩(b)(11.5)BB1122(2)短台阶法上台阶存碴面积减小，往下台阶推碴次数增多。上台阶存碴面积减小，往下台阶推
12、碴次数增多。问题：问题：台阶缩短对施工进度有何不利？台阶缩短对施工进度有何不利？解决办法：解决办法：增加平行作业的时间，有利于加快进度。增加平行作业的时间，有利于加快进度。皮带运输机皮带运输机 过渡坡道过渡坡道 、钢结构跳板、钢结构跳板(仰拱先做仰拱先做)、石碴坡道、石碴坡道(仰拱后做仰拱后做)见下面的相片见下面的相片上台阶长度仅为上台阶长度仅为3 35m5m。特点：特点：更有利于控制围岩变形，但上下台阶相隔太近，施工干扰大。更有利于控制围岩变形，但上下台阶相隔太近，施工干扰大。适用于：适用于：软弱破碎围岩软弱破碎围岩(、级围岩级围岩)B(c)5B2B1B212B2(b)2(11.5)B11B
13、(或35m)(c)将将3 3种台阶法放在一起比较：种台阶法放在一起比较：区别主要在台阶长度。区别主要在台阶长度。下半断面开挖应在上半断面初期支护基本稳定后才下半断面开挖应在上半断面初期支护基本稳定后才能进行；能进行；开挖后要及时喷砼，暴露时间愈长愈不安全；开挖后要及时喷砼，暴露时间愈长愈不安全；量测要及时，当位移速度加快时，应立即采取措施。量测要及时，当位移速度加快时，应立即采取措施。短台阶施工注意：短台阶施工注意：l答：反台阶法答：反台阶法 速度快速度快 不安全不安全 淘汰淘汰问题：问题：能否下台阶先进？能否下台阶先进？1.1.环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法特点：特点：留核心土支顶工作
14、面，稳定性优于超短台阶法：留核心土支顶工作面，稳定性优于超短台阶法：进度慢。进度慢。适用于：适用于：土质或易坍塌的软弱围岩；小型施工机具。土质或易坍塌的软弱围岩；小型施工机具。25图6-3 环形开挖留核心土法341415（3）分部开挖法）分部开挖法核心土核心土工字钢工字钢临时工作平台临时工作平台特点：特点：洞室开挖跨度减小，有利于围岩稳定；洞室开挖跨度减小，有利于围岩稳定；导坑要闭合，增加了材料用量；导坑要闭合，增加了材料用量；进度慢。进度慢。适用于：适用于：断面跨度大，对地表沉陷有控制要求的软弱。断面跨度大，对地表沉陷有控制要求的软弱。图6-4 单侧壁导坑法1231322.2.单侧壁导坑法单
15、侧壁导坑法特点：特点：双导坑，使洞室最大开挖跨度更小，稳定性增加；双导坑，使洞室最大开挖跨度更小，稳定性增加；耗材增加；耗材增加；进度慢。进度慢。适用于：适用于：对地表对地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。图6-5 双侧壁导坑法133241423.3.双侧壁导坑法双侧壁导坑法(眼镜工法眼镜工法)1.1.双侧导坑的开挖是对开还是错开？为什么？双侧导坑的开挖是对开还是错开？为什么？问题：问题：2.2.导坑尺寸如何确定？导坑尺寸如何确定？答：应错开挖，间距答：应错开挖，间距7 710m10m。避免在同一断面上同时开挖的总跨度过大。避免在同一断面上同时开挖的总跨度过大。
16、n答：应满足施工要求，但宽度不宜超过断答：应满足施工要求，但宽度不宜超过断面最大跨度的面最大跨度的1/31/3。交叉中隔壁法（交叉中隔壁法（CRD法）法）center cross diagram method指洞口浅埋段，即开挖可能给洞口地表造成不良影响的范围。指洞口浅埋段，即开挖可能给洞口地表造成不良影响的范围。（1）洞口段施工方法）洞口段施工方法图6-7 洞口段的一般范围洞门位置明暗交界明洞段洞口段HH-深浅埋分界处 覆盖层厚度，约 为22.5倍天然 拱高度。1 洞口段的概念洞口段的概念6.4 洞口段及明洞施工方法1.1.覆盖浅、地质差，覆盖浅、地质差，地表水汇集。地表水汇集。2.2.进洞
17、顺利与否，对工程的展开影响甚大。进洞顺利与否，对工程的展开影响甚大。洞口段特点：洞口段施工注意事项:先清理洞口边仰坡有可能滑塌的表土及危石。先清理洞口边仰坡有可能滑塌的表土及危石。刷坡应自上而下逐段开挖。刷坡应自上而下逐段开挖。不采用深眼大爆破开挖边仰坡。不采用深眼大爆破开挖边仰坡。洞门厚度内的衬砌应与洞身衬砌同时施工，连成整体。洞门厚度内的衬砌应与洞身衬砌同时施工，连成整体。端墙砌筑与回填应两侧对称同时进行，以防衬砌产生端墙砌筑与回填应两侧对称同时进行，以防衬砌产生偏压。偏压。洞口应设置加强衬砌段，其长度一般不小于洞口应设置加强衬砌段，其长度一般不小于10m10m。影响施工方法的因素：影响施
18、工方法的因素：施工机具配备情况施工机具配备情况洞外相邻建筑的影响洞外相邻建筑的影响地形条件地形条件地质条件地质条件-最为重要！最为重要！2 进洞方法进洞方法按地质条件，有以下几种施工方法：按地质条件，有以下几种施工方法：1.1.全断面法进洞全断面法进洞适应于：适应于：、级围岩。级围岩。注意事项：注意事项：初始初始10 1020m20m区段的开挖，应将爆破进尺控制在区段的开挖，应将爆破进尺控制在2 23m3m。视地质条件，严格控制爆破进尺：视地质条件，严格控制爆破进尺：、级围岩级围岩短台阶短台阶 爆破进尺爆破进尺1.5m1.5m2.5m2.5m；网、锚、喷支护。；网、锚、喷支护。、级围岩级围岩短
19、台阶短台阶 爆破进尺在爆破进尺在1.5m1.5m以内；超前锚杆以内；超前锚杆(或小导管或小导管)，钢拱架。，钢拱架。、级围岩级围岩超短台阶超短台阶 进尺进尺0.50.51.0m1.0m；不爆破，人工或机械挖掘。；不爆破，人工或机械挖掘。2.2.台阶法进洞台阶法进洞问题：问题：、级围岩能否用台阶法进洞？级围岩能否用台阶法进洞？答：可以，前提是在不具备全断面进洞的条件下答：可以，前提是在不具备全断面进洞的条件下(无大型机具无大型机具)用长台阶法，但初始段爆破进尺仍应控制在用长台阶法，但初始段爆破进尺仍应控制在2 23m3m内。内。当围岩很差，超短台阶法往往还不够安全，可用当围岩很差，超短台阶法往往
20、还不够安全，可用:环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法(前已述前已述)侧壁导坑法侧壁导坑法(前已述前已述)下导坑法下导坑法图6-8 下导坑进洞方式15432531520m3.3.其它进洞方法其它进洞方法超前锚杆超前锚杆超前小导管超前小导管管棚等管棚等管棚进洞法管棚进洞法：适用于：适用于：软弱地层等。软弱地层等。管棚预支护进洞示意图衬砌隧道中心线C25钢筋混凝土套拱导向架 (纵向2.5m长)管棚(4)(4)预支护法进洞预支护法进洞管棚及套拱管棚及套拱管棚及套拱管棚及套拱适用于：适用于：覆盖层薄、边仰坡不稳、偏压等。覆盖层薄、边仰坡不稳、偏压等。方法：方法：在洞口处先作一段明洞，抵紧仰坡坡脚，在明
21、洞上在洞口处先作一段明洞，抵紧仰坡坡脚，在明洞上及时回填以加固仰坡，然后暗挖进洞。及时回填以加固仰坡，然后暗挖进洞。洞门位置明洞回填土（5 5）明洞法进洞明洞法进洞（2）明洞施工方法）明洞施工方法全称为全称为“全部明挖先墙后拱法全部明挖先墙后拱法”。适用于：适用于：临时边坡能暂时稳定的对称式明洞。临时边坡能暂时稳定的对称式明洞。优点：优点：衬砌整体性好，施工空间大，有利于施工。衬砌整体性好，施工空间大，有利于施工。缺点：缺点：土方开挖量大，刷坡较高。土方开挖量大，刷坡较高。1 1 先墙后拱法先墙后拱法适用于：不宜大范围开挖边仰坡的情况。适用于：不宜大范围开挖边仰坡的情况。优点：土石方开挖量较小
22、，刷坡较低。优点：土石方开挖量较小，刷坡较低。缺点：衬砌整体性较差，边墙防水层施作不方便。缺点：衬砌整体性较差，边墙防水层施作不方便。31图6-10 明洞先拱后墙法1：m462 2 先拱后墙法先拱后墙法辅助施工措施：辅助施工措施：对地层进行预支护或预加固。对地层进行预支护或预加固。预支护：预支护：预留核心土预留核心土 超前锚杆超前锚杆 管棚，等。管棚，等。预加固：预加固：地层注浆地层注浆 地表锚喷加固。地表锚喷加固。预支护兼预加固：预支护兼预加固：超前小导管注浆超前小导管注浆6.5 辅助施工方法特点：形成超前于工作面的围岩加固棚。特点：形成超前于工作面的围岩加固棚。适用于：软弱破碎地层。适用于
23、：软弱破碎地层。510开挖面超前锚杆图6-11 超前锚杆设置方式示意图超前锚杆（1）超前锚杆）超前锚杆超前锚杆超前锚杆（2）管棚）管棚 图6-12 管棚设置示意图纵向连接钢筋钢拱架12钢管(70180mm)钢管(70180mm)特点：特点：管径粗管径粗(外径为外径为7070180mm)180mm)。施作要点：施作要点：(1)(1)单根长单根长4 46m6m，总长可至数十米。，总长可至数十米。(2)(2)一环管棚长度一般不小于一环管棚长度一般不小于10m10m。(3)(3)可向管内注入水泥砂浆，以增加其刚度。可向管内注入水泥砂浆，以增加其刚度。(4)(4)钢管的尾部需架设在钢拱架上，并焊死；钢管
24、的尾部需架设在钢拱架上，并焊死；(5)(5)相邻两榀钢拱架间以拉筋相连相邻两榀钢拱架间以拉筋相连 。(6)(6)与岩壁之间，环向每隔与岩壁之间，环向每隔2m2m应用楔子楔紧。应用楔子楔紧。优点：优点：在所有预支护措施中，管棚支护能力最强。在所有预支护措施中，管棚支护能力最强。缺点：缺点：施工技术较复杂，造价较高。施工技术较复杂，造价较高。单根钢管构造：单根钢管构造：特点：特点：预支护预支护+预加固，支护效果强于超前锚杆。预加固，支护效果强于超前锚杆。适用于：适用于：软弱破碎地层。软弱破碎地层。步骤：步骤：喷砼封闭开挖面；钻孔；插入小导管；导管注浆。喷砼封闭开挖面；钻孔；插入小导管；导管注浆。小
25、导管(钢管)小导管(3842mm)图6-14 超前小导管设置示意图纵向连接筋钢拱架1015（3）超前小导管注浆）超前小导管注浆小导管构造：小导管构造：383842mm42mm无缝钢管，单根长无缝钢管，单根长3 35m5m，管壁注浆孔，孔径管壁注浆孔，孔径668mm,8mm,孔距孔距15 1520cm20cm。小导管小导管钢拱架钢拱架（4）预注浆加固地层）预注浆加固地层 1.1.注浆方法注浆方法 渗入性注浆渗入性注浆 劈裂性注浆劈裂性注浆 压密性注浆压密性注浆 高压喷灌注浆高压喷灌注浆2.2.钻孔机械和灌注管钻孔机械和灌注管 钻机钻机 注浆管：注浆管：隧道注浆方法隧道注浆方法:超前小导管注浆超前
26、小导管注浆(见前见前)；超前长导管注浆，图超前长导管注浆，图a a；正注浆区域已注浆区域(a)注浆加固区域注浆管58地表注浆地表注浆,图图b b；由平导内向正洞周围注浆，图由平导内向正洞周围注浆，图c c，等。，等。地表(b)(c)平行导坑正洞采用得最多的仍是超前小导管注浆。采用得最多的仍是超前小导管注浆。目的：目的：稳定边仰坡。稳定边仰坡。适用于：适用于：覆盖层薄或高大边仰坡。覆盖层薄或高大边仰坡。1.1.地表锚喷预加固类型与加固方法地表锚喷预加固类型与加固方法 洞边仰坡网、锚、喷洞边仰坡网、锚、喷地表网锚喷地表网锚喷（5）地表锚喷加固）地表锚喷加固 洞门上方陡坎加固洞门上方陡坎加固锚杆加固
27、范围：锚杆加固范围：经验方法经验方法 加固宽度加固宽度B(1B(12)b2)b，b b为隧道开挖宽度；为隧道开挖宽度；加固长度为浅埋段长度。加固长度为浅埋段长度。破裂面估算法：破裂面估算法：用规范法计算破裂角用规范法计算破裂角。喷层厚喷层厚5 510cm10cm；锚杆直径锚杆直径161622cm22cm，长度，长度3 36m6m，间距间距1 12m2m；钢筋网：筋径钢筋网：筋径6 68mm8mm，40cm40cm40cm40cm的网格；的网格；(4)(4)在洞门一定范围内，宜尽量将地表锚杆插入拱部衬在洞门一定范围内，宜尽量将地表锚杆插入拱部衬砌中。砌中。2.2.地表锚喷加固经验参数地表锚喷加固
28、经验参数特殊地质地段：特殊地质地段：膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、流沙、岩爆，瓦膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、流沙、岩爆，瓦斯地层等。斯地层等。施工注意施工注意:制订针对性强的施工方案。制订针对性强的施工方案。施工总原则：施工总原则：“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进检查、稳步前进”。充分考虑采用预支护、预加固措施。充分考虑采用预支护、预加固措施。6.6 6.6 特殊地质地段施工方法特殊地质地段施工方法1.1.膨胀土围岩的特性膨胀土围岩的特性膨胀土：膨胀土：土中粘土成分主要由蒙脱石等亲水性矿物组成。土中粘土成分主要由蒙脱石等亲水
29、性矿物组成。特点：特点：明显的塑性流变特性，开挖后塑性变形大。明显的塑性流变特性，开挖后塑性变形大。初期围岩变形大，且变形发展速度快。初期围岩变形大，且变形发展速度快。膨胀压力将使得围岩压力显著增加。膨胀压力将使得围岩压力显著增加。（1）膨胀土围岩）膨胀土围岩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 围岩裂缝围岩裂缝 隧道下沉隧道下沉 围岩鼓出围岩鼓出(包括底鼓包括底鼓)、坍塌、坍塌 衬砌变形和破坏衬砌变形和破坏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 加强观查与量测加强观查与量测 合理选择施工方法合理选择施工方法：短台阶或超短台阶法短台阶或超短台阶
30、法单侧壁导坑法单侧壁导坑法环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法眼镜工法等眼镜工法等4.4.隧道在膨胀土围岩中的基本施工原则隧道在膨胀土围岩中的基本施工原则l施工基本原则：施工基本原则：应尽量减少对围岩的扰动和防应尽量减少对围岩的扰动和防止水的浸湿。止水的浸湿。l注意两点：注意两点：尽量不用爆破，而是采用风镐、液压镐等开挖尽量不用爆破，而是采用风镐、液压镐等开挖机械。机械。尽可能缩短围岩暴露时间，及时支护。尽可能缩短围岩暴露时间，及时支护。5.5.膨胀土隧道的支护结构膨胀土隧道的支护结构l初期支护：初期支护：网、锚、喷联合支护网、锚、喷联合支护 喷射钢纤维混凝土喷射钢纤维混凝土(取消钢筋网取消钢
31、筋网)l辅助施工措施：辅助施工措施：超前锚杆超前锚杆 超前小导管注浆超前小导管注浆 管棚、钢支撑等。管棚、钢支撑等。l衬砌：衬砌：必须设仰拱。必须设仰拱。（2）黄土）黄土1.1.黄土分类及其对隧道施工的影响黄土分类及其对隧道施工的影响 黄土节理黄土节理在隧道开挖时，土体顺着节理张松或剪断。在隧道开挖时，土体顺着节理张松或剪断。隧道顶部极易产生隧道顶部极易产生“塌顶塌顶”；侧壁普遍出现掉土。侧壁普遍出现掉土。黄土溶洞与陷穴黄土溶洞与陷穴 这是黄土地区经常见到的现象。这是黄土地区经常见到的现象。隧道若在其上方，则有基础下沉的危害；隧道若在其上方，则有基础下沉的危害；隧道若在其下方，常有发生冒顶的危
32、险；隧道若在其下方，常有发生冒顶的危险；隧道若在其邻侧，则有可能承受偏压。隧道若在其邻侧，则有可能承受偏压。水对黄土隧道施工的影响水对黄土隧道施工的影响黄土在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可黄土在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可顺利进行。顺利进行。当土受水浸湿后则呈不同程度的湿陷性，会突当土受水浸湿后则呈不同程度的湿陷性，会突然发生下沉现象，极容易造成隧道坍塌。然发生下沉现象，极容易造成隧道坍塌。2.2.黄土隧道的施工方法黄土隧道的施工方法施工原则：施工原则：“短开挖、少扰动、强支护、实短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测回填、严治水、勤量测”。开挖方法：开挖方法：短、超短台阶法
33、、环形开挖留核心短、超短台阶法、环形开挖留核心法。法。（3）溶洞）溶洞l岩溶：岩溶：可溶性岩层，如石灰岩、白云岩等，可溶性岩层，如石灰岩、白云岩等，在水的作用下产生沟槽、空洞以及地表陷穴在水的作用下产生沟槽、空洞以及地表陷穴等现象。等现象。l溶洞：溶洞：溶洞是岩溶现象的一种。溶洞是岩溶现象的一种。对隧道施工影响：对隧道施工影响：溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理；道基底难于处理；溶洞涌泥危及施工。溶洞涌泥危及施工。1.1.溶洞的类型及其对隧道施工的影响溶洞的类型及其对隧道施工的影响溶
34、洞类型：溶洞类型：死、干、小型溶洞：较容易处理死、干、小型溶洞：较容易处理 活、湿、大型溶洞：较难处理。活、湿、大型溶洞：较难处理。引引注意：注意：遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。方法：方法：暗管、涵管或小桥等暗管、涵管或小桥等。2.2.隧道遇到溶洞时的工程对策隧道遇到溶洞时的工程对策处理溶洞的方法：处理溶洞的方法：“引、堵、越、绕引、堵、越、绕”四种。四种。图6-20 溶洞堵填示意图干砌片石片石、碎石回填密实图6-21 锚喷加固与护拱示意图混凝土填实浆砌片石浆砌片石浆砌片石或混凝土护拱锚杆水流隧道浆砌片石暗管，涵洞或小桥图6-19 渲泄水流示意图 堵堵
35、对象：对象：已停止发育、跨径较小，无水的溶洞。已停止发育、跨径较小，无水的溶洞。图6-20 溶洞堵填示意图干砌片石片石、碎石回填密实图6-21 锚喷加固与护拱示意图混凝土填实浆砌片石浆砌片石浆砌片石或混凝土护拱锚杆水流隧道浆砌片石暗管，涵洞或小桥图6-19 渲泄水流示意图方法：方法：混凝土、浆砌或干砌混凝土、浆砌或干砌片石回填封闭片石回填封闭；隧顶溶洞，锚喷加固，隧顶溶洞，锚喷加固，必要时注浆加固与堵必要时注浆加固与堵水，并加设隧道护拱水，并加设隧道护拱及拱顶回填及拱顶回填。越越现象现象1 1：隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。方法：方法：加深该侧的边墙基础。加深该侧
36、的边墙基础。现象现象2 2：隧道底部遇有较大溶洞并有流水。隧道底部遇有较大溶洞并有流水。方法：方法：在隧底以下砌筑圬工承重墙，跨越而过，承重墙内在隧底以下砌筑圬工承重墙，跨越而过，承重墙内套设涵管引排溶洞水。套设涵管引排溶洞水。现象现象3 3：隧道过墙部位遇到较大、较深的溶洞，加深边墙隧道过墙部位遇到较大、较深的溶洞，加深边墙基础困难。基础困难。方法：方法：在边墙下或隧底以下筑拱跨过。在边墙下或隧底以下筑拱跨过。混凝土拱拱基础溶洞图6-24 筑拱跨越溶洞示意图浆砌片石承重墙涵管浆砌片石水流图6-23 在承重墙内套设涵管示意图浆砌片石图6-22 加深边墙基础示意图混凝土墙基 绕绕l若溶洞处理耗时
37、，可采用迂回导坑绕过溶洞，若溶洞处理耗时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续隧道前方的施工继续隧道前方的施工,同时处理溶洞。同时处理溶洞。3.3.溶洞地段施工的注意事项溶洞地段施工的注意事项 多作物探超前预报，如地质雷达。多作物探超前预报，如地质雷达。穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危石。穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危石。严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动。严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动。（4）岩爆）岩爆岩爆岩爆：岩体中聚集的高弹性应变能因隧道开挖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突发现象。而发生的一种应力突发现象。岩爆形成的两个条件岩爆形成的两个条件：(1)(1)地层的
38、岩性条件。地层的岩性条件。结构基本完整的脆硬岩地层。结构基本完整的脆硬岩地层。多见于石英岩、花岗岩、正长岩、闪长岩、花多见于石英岩、花岗岩、正长岩、闪长岩、花岗闪长岩、大理岩、片麻岩等。岗闪长岩、大理岩、片麻岩等。(2)(2)地应力条件。地应力条件。埋深大的隧道，因只有埋深大埋深大的隧道，因只有埋深大才足以形成高地应力，埋深超过才足以形成高地应力，埋深超过700m700m的隧道发的隧道发生岩爆的情况居多。生岩爆的情况居多。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，块度从几厘米岩爆时，岩块自
39、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。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。岩爆多发生在新开挖工作面及其附近。危险性：危险性：伤害人员、损坏机械！伤害人员、损坏机械！2.2.岩爆的防治措施岩爆的防治措施 强化围岩强化围岩出发点：出发点：给围岩一定的径向约束，使围岩的应力给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态从平面转向三维。状态从平面转向三维。方法：方法：锚喷加固、网锚喷联合、钢支撑网喷联锚喷加固、网锚喷联合、钢支撑网喷联合、注浆等。合、注浆等。弱化围岩弱化围岩方法：方法：往岩层中注水：可改变岩石的物理力学性质，往岩层中注水：可
40、改变岩石的物理力学性质，降低岩石的脆性和储存能量的能力。降低岩石的脆性和储存能量的能力。解除围岩中的高地应力：预裂爆破、排孔法、解除围岩中的高地应力：预裂爆破、排孔法、切缝法等。可消减围岩中的能量。切缝法等。可消减围岩中的能量。3.3.施工注意事项施工注意事项 超前地质预报：超前地质预报：平导超前、地质雷达等。平导超前、地质雷达等。爆破方法：爆破方法：尽量采用能预先释放地应力的方尽量采用能预先释放地应力的方法，如预裂爆破、切缝法等。法，如预裂爆破、切缝法等。缩短爆破进尺：缩短爆破进尺：要尽快闭合支护。要尽快闭合支护。（5）高地温）高地温1.1.高地温的热源高地温的热源火山热的热源火山热的热源放
41、射性元素裂变热的热源放射性元素裂变热的热源2.2.隧道施工注意事项及措施隧道施工注意事项及措施事项事项1 1：洞内温度应满足相关规定，不要超过洞内温度应满足相关规定，不要超过3030。措施：措施：主要措施为通风和洒水。主要措施为通风和洒水。事项事项2 2：防止高温地段的二衬开裂。：防止高温地段的二衬开裂。措施：措施：(1)(1)宜采用高炉矿碴水泥宜采用高炉矿碴水泥(分离粉碎型水泥分离粉碎型水泥)。(2)(2)用防水板和无纺布，将二衬与喷层隔离，可使二衬的收缩不用防水板和无纺布，将二衬与喷层隔离，可使二衬的收缩不受约束。受约束。(3)(3)在防水板和二衬之间设置隔热材料，有助于隔断围岩热量。在防
42、水板和二衬之间设置隔热材料，有助于隔断围岩热量。(4)(4)适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度。适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度。事项事项3 3：注意工人的劳动强度。注意工人的劳动强度。措施：措施：根据隧道内的高温程度，合理确定劳动工时。根据隧道内的高温程度，合理确定劳动工时。（6）瓦斯地层）瓦斯地层1.1.瓦斯的基本性质瓦斯的基本性质无色、无臭、无味的气体，极易使人窒息死亡。无色、无臭、无味的气体，极易使人窒息死亡。比重仅为空气的一半，扩散速度比空气大比重仅为空气的一半，扩散速度比空气大1.61.6倍，倍，很容易透过围岩裂隙渗入隧道很容易透过围岩裂隙渗入隧道不能自燃，但极易燃烧。不能自燃，但极易燃烧。
43、2.2.瓦斯的燃烧和爆炸性瓦斯的燃烧和爆炸性浓度小于浓度小于5%5%遇火源时，瓦斯只在火源附近燃烧遇火源时，瓦斯只在火源附近燃烧而不爆炸；而不爆炸；浓度在浓度在5%5%6%6%到到14%14%16%16%时，遇到火源具有爆时，遇到火源具有爆炸性；炸性；浓度大于浓度大于14%14%16%16%时，遇火能平静地燃烧时，遇火能平静地燃烧,一般一般不爆炸；不爆炸；瓦斯燃烧时，一旦遇到障碍而受压缩，就会形瓦斯燃烧时，一旦遇到障碍而受压缩，就会形成爆炸。成爆炸。3.3.瓦斯释放的方式瓦斯释放的方式1)1)施工阶段施工阶段(1)(1)瓦斯的渗出：瓦斯的渗出：缓慢地、均匀地、不停地从煤系岩层的暴露缓慢地、均匀
44、地、不停地从煤系岩层的暴露面或裂隙中渗出。面或裂隙中渗出。(2)(2)瓦斯的喷出：瓦斯的喷出：比渗出强烈，通常有较大的响声和压力。比渗出强烈，通常有较大的响声和压力。(3)(3)瓦斯的突出：瓦斯的突出：在短时间内，突然喷出大量瓦斯，有巨大轰在短时间内，突然喷出大量瓦斯，有巨大轰响，并夹有煤块或岩石。响，并夹有煤块或岩石。以以第第(1)(1)种种放出的瓦斯量为最大，因其最不易被人发觉。放出的瓦斯量为最大，因其最不易被人发觉。2)2)运营阶段运营阶段地层中的瓦斯主要通过衬砌本体的细微裂隙和施工缝等通道地层中的瓦斯主要通过衬砌本体的细微裂隙和施工缝等通道渗入隧道内。渗入隧道内。4.4.隧道防止瓦斯事
45、故的措施隧道防止瓦斯事故的措施1)1)制订瓦斯稀释、防爆、紧急救援措施。制订瓦斯稀释、防爆、紧急救援措施。2)2)应尽快闭合衬砌，故以全断面法或台阶法为优。应尽快闭合衬砌，故以全断面法或台阶法为优。3)3)加强通风加强通风是防止瓦斯爆炸是防止瓦斯爆炸最有效的措施最有效的措施。4)4)洞内瓦斯浓度必须控制在允许值。洞内瓦斯浓度必须控制在允许值。5)5)当通风难以稀释到安全标准时，可使用超前周边全封闭预注当通风难以稀释到安全标准时，可使用超前周边全封闭预注浆。浆。6)6)必须采用防爆设备施工，如防爆电器设备、防瓦斯爆破器材必须采用防爆设备施工，如防爆电器设备、防瓦斯爆破器材等。等。7)7)专人监测
46、瓦斯含量、严禁明火、制度严明。专人监测瓦斯含量、严禁明火、制度严明。l本章学习指导：本章学习指导：l地质条件地质条件是确定施工方法的最重要条件；是确定施工方法的最重要条件；l在众多的施工方法中尤以在众多的施工方法中尤以新奥法新奥法最为重要，这最为重要，这是当今隧道施工的主打方法；是当今隧道施工的主打方法；l新奥法的辅助施工措施必不可少；新奥法的辅助施工措施必不可少；l要真正理解新奥法为什么有那么多种施工方案，要真正理解新奥法为什么有那么多种施工方案，目的是在保证围岩安全的前提下争取大的进度。目的是在保证围岩安全的前提下争取大的进度。思考题思考题1.1.新奥法的施工方法有哪些？它们各自的特点新奥法的施工方法有哪些？它们各自的特点及适用条件？及适用条件？2.2.与传统矿山法相比，新奥法有什么优势？与传统矿山法相比，新奥法有什么优势？3.3.什么是辅助施工措施？具体有哪些？哪些属什么是辅助施工措施？具体有哪些？哪些属于预加固？哪些属于预支护？于预加固？哪些属于预支护？
