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1、XX交通大学 隧道及岩土工程系 20XX年XX月 学习本章目的： （1）掌握新奥法隧道施工的基本方法； （2）掌握不良地质隧道的施工方法； （3）掌握隧道开挖方法和主要支护手段。 第10章 隧道施工基本方法 10.1 概述 10.2 新奥法施工 10.3 传统的矿山法 10.4 不良地质条件下隧道施工 10.5 隧道开挖 10.6 隧道支撑及衬砌施工 10.1 概述 1、隧道工程特点 2、隧道施工应遵循的基本精神和原则 3、隧道施工方法及其选择 4、隧道施工技术的发展 1、 隧道工程特点 隧道施工过程通常包括：在地层中挖 出土石，形成符合设计轮廓尺寸的坑道； 进行必要的初期支护和砌筑最后的永久
2、衬 砌，以控制坑道围岩变形，保证隧道长期 地安全使用。 其特点可归纳如下： 隧道工程全部为隐蔽工程，工程地质和 水文十分重要，甚至起决定性的作用； 公路隧道是一个形状扁平的建筑物，施 工工作面少(正常情况下只有进、出口两个 工作面)，工期较长; 施工环境差，采取有效措施加以改善； 工程施工不受季节变换及气候变化的 影响； 施工工地一般都位于偏远的深山狭谷 之中，往往远离既有交通线，运输不便 ，供应困难； 公路隧道埋设于地下，一旦建成就难 以更改，所以，除了事先必须审慎规划 和设计外，施工中还要做到不留后患。 2、隧道施工应遵循的基本精神和原则 在施工中必须充分保护围岩，避免过 渡破坏和损伤遗留
3、围岩的强度，使暴露 的围岩尽量保留既有的质量，因此，采 用控制爆破技术是必要的； 为了充分发挥围岩的承载力，应允许 并控制围岩的变形 允许围岩变形达到不在围岩中形成松 弛的量级； 必须限制围岩变形，使围岩不会过渡 松弛而丧失或大大降低承载力； 变形的控制主要通过支护阻力(即各 种支护结构)的效应达到的。因此，在施 工中必须合理决定：支护结构的类型 支护结构参与工作的时间 各种支护 手段的相互配合 底部封闭时间 1次 掘进长度等等； 必须在施工中进行实地量测监控， 及时提出可靠的、足够数量的量测信 息，以指导施工和设计； 在施工过程中，必须建立设计施 工检验地址预测量测反馈修正 设计的一体化的施
4、工管理系统，以不 断的提高和完善隧道施工技术 选择支护手段，一般应选择大面积、 牢固的与围岩紧密接触的、能及时施设和 应变能力强的支护手段； 多采用喷砼、并与锚杆、金属网联合 使用； 要与钢支撑或格栅等配合使用； 临时仰拱也是重要的、不容忽视的支 护手段； 在可能的条件下，应尽量采用全断 面或大断面分部的开挖方法； 在任何情况下，使隧道断面能在较短 时间内闭合是极为重要的； 必须改变“重视上部结构、忽视底部 结构”的观点； 应尽量采用能先修筑仰拱(或临时仰 拱)或铺底的施工方法； 为保证二次衬砌的质量和整体性 ，在任何情况下，都应采用先墙后 拱的施工顺序。 3、隧道施工方法及其选择 隧道施工方
5、法 一个多世纪以来，世界各国的隧道工 作者在实践中已经创造出能够适应各种围 岩的多种隧道施工方法。习惯上将它们分 成为：矿山法、掘进机法、沉管法、顶进 法、明挖法等。 矿山法 因最早应用于矿石开采而得名，它 包括上面已经提到的传统方法和新奥法 。由于在这种方法中，多数情况下都需 要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻 爆法。有时为了强调新奥法与传统矿山 法的区别，而将新奥法从矿山法中分出 另立系统。 掘进机法 包括隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，简写为TBM）法和 盾构掘进机法。 沉管法、顶进法、明挖法则是用来修 建水底隧道、地下铁道、城市市政隧道 等，以及埋深很浅的山岭隧
6、道。 施工方法选择需要考虑的因素 工程的重要性。一般由工程的规模、 使用上的特殊要求，以及工期的缓急体 现出来； 地质和水文条件 ，其中包括围岩级 别、地下水及不良地质现象等 围岩级别是对围岩工程性质的综合 判定，对施工方法的选择起着重要的甚 至决定性的作用； 施工技术条件和机械装备状况 实践证实，施工条件是决定施工方 法的最基本的因素，它包括一个施工队 伍所具备的施工能力、素质以及管理水 平。 施工中动力和原材料供应情况； 隧道的横断面积 隧道横断面的形状和尺寸，对施工方法 选择也有一定的影响。 隧道的埋深 隧道的埋深与围岩的初始应力场及 多种因素有关，在同样的地质条件下 ，由于埋深不同，施
7、工方法也有很大 差异。 工期 作为设计条件之一的工期，在一定程 度上会影响基本施工方法的选择。因此 ，工期决定了在均衡生产的条件下，对 应配备的开挖、运输等综合生产能力的 基本要求，即对施工均衡速度、机械化 水平和管理模式的要求。 施工中动力和原材料供应情况； 工程投资与运营后的社会效益和 经济效益； 施工安全状况， 有关污染、地面沉降等环境方面的要 求和限制。 当隧道施工对周围环境产生不良影响( 如爆破震动、地表下沉、噪声、地下水 条件的变化等)时，环境条件也成为选择 隧道施工方法的重要因素之一，在城市 条件下，甚至会成为选择施工方法的决 定性因素。 应该看到隧道施工方法的选择，是一 项“模
8、糊”的决策过程，它依赖于有关 人员的学识、经验、毅力和创新精神。 对于重要工程则需汇集专家们的意见， 广泛论证。必要时应当开挖试验洞对理 论方案进行实践验证。 从目前我国公路隧道发展趋势来看， 在今后很长一段时间内，仍以采用新奥 法为主，这也符合世界潮流。 4、隧道施工技术的发展 从改革、开放以来，我国铁路、公路、水 电站等隧道工程的发展又进入了一个新的时期 ，这不仅表现在隧道数量的增加，也表现在隧 道长度的突破。隧道技术的发展，面临一个新 的机遇和挑战，从目前的工程实际，在今后很 长一段时间内，钻爆法仍然是修建山岭隧道的 主流，因此，改造和完善钻爆法及其相关技术 ，仍然是刻不容缓的，必须及时
9、总结经验，适 应形式发展要求。 4、隧道施工技术的发展 为了适应我国山岭隧道工程发展的需 要并结合隧道工程技术的发展趋势，目 前施工中，必须予以关注的问题是： 隧道施工方法的标准化、模式化； 不断提高单一工作面的掘进速度，减 少辅助工程数量，控制超欠挖 改善地下作业环境，提高施工效率 ，减少灾害事故的发生； 重视工程质量，加强施工阶段质量 检测，以减轻隧道运营后的维修养护 工作量； 施工中的灾害预测、预防与控制； 不断提高施工管理水平，从多方面降 低工程成本，提高地下工程可持续发展 的效应，使之适应技术发展的需求。 实质上，这几点也就是衡量隧道施工 水平的重要标志，我们与一些发达国家 的技术相
10、比，其差距也就在此。 10.2 新奥法施工 1963年，由奥地利学者L腊布兹 维奇教授命名为“新奥地利隧道施工法 （New Astria Tunnelling Method）”， 简称“新奥法（NATM）”正式出台。 它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进 手段。 10.2 新奥法施工 10.2 新奥法施工 以锚杆、喷射混凝土为主要支护方 法，通过监测控制围岩的变形，动态修 正设计参数和变动施工方法的一种隧道 施工方法，其核心内容就是充分发挥围 岩的自承能力。 新奥法施工，按其开挖断面的大 小及位置，基本上又可分为：全断面 法、台阶法、分部开挖法三大类及若 干变化方案。 1、全断面开挖方法： 按隧
11、道设计轮廓线一次爆破成型的 施工方法，适用于较完整的、坚硬围 岩，如、级围岩。 开挖施工程序 用钻孔台车，钻眼，然后装药、联接导火线； 退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面； 排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土； 用装碴机将石碴装入出碴车，运出洞外； 安设边墙锚杆和喷混凝土； 必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土； 开始下一轮循环； 在初期支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期 灌注内层衬砌。 全断面开挖的优点 工序少，相互干扰少，便于组织施工 和管理； 工作空间大，便于大型机械化施工 ； 施工进度高，目前，我国公路隧道一 般都能保持月进成洞平均150m左右，高 者已接近300
12、m月。 施工环境较好 采用全断面法应注意下列问题： 摸清开挖面前方的地质情况，随时准备好应 急措施，以确保施工安全； 各种施工机械设备务求配套，以充分发挥机 械设备的效率； 加强各项辅助作业，尤其加强施工通风，保 证工作面有足够新鲜空气； 加强对施工人员的技术培训， 增强施工人 员对新奥法的理解 2、台阶法 台阶法中包括长台阶法、短台阶法和 超短台阶法等三种，其划分一般是根据台 阶长度来决定的。 适用条件 跨度较大，围岩较破碎的情况。 选择何种台阶法，取决于以下条件： 初期支护形成闭合断面的时间 要求，围岩越差，闭合时间要求越 短； 上断面施工所用的开挖、支护 、出碴等机械设备对施工场地大小
13、的要求。 长台阶法 是将断面分成上半断面和下半断面两部 分进行开挖，上、下断面相距较远，一段 上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。 其纵向工序布置和机械配置如图所示 适用条件： 适用范围较全断面法广泛，凡是在全 断面法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬不 用底拱封闭断面的情况，都可采用长台阶 法。 短台阶法 分成上下两个断面进行开挖，两个断面相 距较近，一般上台阶长度小于5倍但大于 11.5倍洞跨。上下断面采用平行作业。 适用条件 适用范围很广，-级围岩都能采用 ，尤其适用于、级围岩，是新奥法施 工中主要采用的方法之一。 优点： 短台阶法可缩短支护结构闭合的时间， 改善初期支护的受力条件，有利于控制
14、隧 道收敛速度和量值 缺点 上台阶出碴时对下半断面施 工的干扰较大，不能全部平行作 业。 采用短台阶法时应注意下列问题： 初期支护的全断面闭合应在距开挖面 30m以内，或距开挖上半断面开始的30 天内完成。 初期支护变形、下沉显著时，要提前 闭合 ； 要研究在保证施工机械正常工作的前 提下台阶的最小长度。 超短台阶法 这种方法也是分成上下两部分， 但上台阶仅超前35m，只能采用交 替作业。 适用条件 超短台阶法适用于膨胀性围岩和土 质围岩，要求及早闭合断面的场合。 也适用于机械化程度不高的各类围 岩地段。 优点： 超短台阶法初期支护全断面闭合时 间更短，更有利于控制围岩变形。在 城市隧道施工中
15、，能更有效地控制地 表沉陷。 缺点 上下断面相距较近，机械设备集 中，作业时相互干扰较大，生产效 率较低，施工速度较慢。 超短台阶法施工时应注意以下问题： 在软弱围岩中施工时，应特别注意 开挖工作面的稳定性，必要时可采用辅 助施工措施，如向围岩中注浆或打入超 前水平小钢管，对开挖面进行预加固或 预支护。 下半台阶开挖需要注意： 下半断面的开挖（又称落底）应在上半断面初期支 护基本稳定后进行；采用单侧落底或双侧交错落底， 避免上部初期支护两侧同时悬空； 下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土，并按规定做 初期支护。 量测工作必须及时，以观察拱顶、拱脚和边墙中部 位移值，当发现速率增大，应立即进行底（仰
16、）拱封 闭，或缩短进尺，加强支护，分割掌子面等。 3、分部开挖法 分部开挖法可分为三种变化方案： 台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧 壁导坑法 台阶分部开挖法(弧形导坑法) 又称环形开挖留核心土法，一般将断 面分成为环形拱部(图中的1、2、3)、上 部核心土(4)、下部台阶(5)等三部分。 环形开挖进尺为0.5-1.0m，不宜过 长。上部核心土和下台阶的距离，一般为 1倍洞跨。 分部开挖法 *68 三线大跨双侧壁导坑施工 导洞开挖 *72 导坑超前扩挖爆破法 小型掘进机扩挖爆破法 日本在19681969首次在惠那山隧道的4.45m导坑开 挖中采用了TBM，约掘进1000m。之后在三车道的舞子隧道 用于开挖直径5.0m的运输坑道，岩层的单轴抗压强度是100 250MPa的花岗岩，平均掘进速度是1.01.7m/h，共掘 进2400m。 适用条件 这种方法适用于一般土质或易坍塌的 软弱围岩中。 优点： 与超短台阶法相比，台阶长度可以加 长，减少上下台阶施工干扰；而与下述 的侧壁导坑法相比，施工机械化程度较 高，施工速度可加快。 台阶分部开挖时应注意下列问题： 开挖中围岩要经受多次扰动，断面分
