内蒙古科技大学：《隧道工程》课程授课教案（讲义）第10章隧道施工方法及其基本作业.doc_大学文库

内蒙古科技大学教案第10章隧道施工方法及其基本作业 10.1概述 10.L.1隧道工程特点隧道施工过程通常包括：在地层中挖出士石，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水久衬砌，以控制坑道围岩变形，保证隧道长期地安全使用。在进行隧道施工时，必须充分考虑隧道工程的特点，才能在保证隧道安全的条件下，快速、优质、低价地建成隧道建筑物。隧道工程的特点，可归纳如下： (1)整个工程埋设于地下，因此工程地质和水文地质条件对隧道施工的成败起若重要的、甚至是决定性的作用。例如：当年修建穿越阿尔率斯山的圣哥达道时由于海到事先未料到的园温(41°C)和酒水(6601/mim),给施工带来很多困难，最后延期二年才完成。因此，不仅要在物测阶段做好详细的地质调查和勘探，尽可能准确地掌握隧道工程范围内的岩层性质、岩体强度、完整程度、地应力场、自稳能力、地下水状态、有害气体和地温状况等资料，并根据这些原始材料，初步选定合适的施工方法，确定相应的施工措施和配套的施工机具。而且，由于地质条件的复杂性和勘探手段的局限性，在施工中出现前所未料的情况仍不可避免。因此，在长大隧道的施工中，还应采取试验导坑（如日本青函隧造水平超前钻孔、声波探测 ,导坑领先等技术措施，进一步查清据进前方的地质条件，及时掌握变化的情况。以便尽快地修改施工方法和技术措施。 (2)公路隧道是一个形状扁平的建筑物，正常情况下只有进、出口两个工作面，相对于桥梁线路工程来说。隧道的施工速度比较慢，工期也比较长，往往使一些长大隧道成为控制新建公路诵车的关键工程。为此，需要附加地开抄竖井、斜井、横洞等辅助工程来增加工作面，加快学道施工速度。此外，隧道断面较小，工作场地狭长一些施工工序只能顺序作业，而另一些工序又可以沿隧道纵向展开 ,平行作业。因此要求施工中加强管理合理组织、避免相互干扰。洞内设各、管线路布置应周密考虑，妥善安排。隧道施工机械应当结构紧凑，坚固耐用 (3)地下施工环境较差，甚至在施工中还可能使之恶化，例如爆破产生有害气体等。必须采取有效措施加以改善，如人工通风、照明、防尘、消音、隔音、排水等，使施工场地合符卫生条件，并有足够的照度，以保证施工人员的身体健康，提高劳动生产率。 (4)公路隧道大多穿越崇山峻岭，因此施工工地一般都位于偏远的深山狭谷之中，往往远离 ,这些也是规划隧道工程时应当考虑的问题之日建成就难以更改，所以，除了事先须审慎规划和设计外。施工中还要做到不留后患。当然，隧道工程也有很多有利的方面，例如施工可以不受或少受昼夜更替、季节变换、气候变化等自然条件改变的影响，可以竟日终年、稳定地安排施工. 10.1.2隧道施工应遵循的基本精神和原则以往，人们都认为在地层中开挖坑道必然要引起围岩坍塌掉落，开挖的断面越大，坍惯的范围也越大。因此，传统的隧道结构设计方法是将围岩看成是必然要松驰塌落，而成为作用于支护结构上的荷载。传统的隧道施工方法则是将隧道断面分成为若干小块进行开挖，随挖随用钢材域木材支撑，然后，从上到下，或从下到上砌筑刚性衬砌。这也是和当时的机械设备、建筑材料、技术水平相一致的】近十几年来，岩石错杆、喷射混凝土的机械和岩石力学方面的进展，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松、崩塌等现象有了深入的认识为提出新的经济的隧道施工方法创造了条件。1963年，由奥地利学者L·腊布兹维奇教授命名为“新奥地利催道施工法(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

内蒙古科技大学教案第10章隧道施工方法及其基本作业 10.1 概述 10.1.1 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衬砌，以控制坑道围岩变形，保证隧道长期地安全使用。在进行隧道施工时，必须充分考虑隧道工程的特点，才能在保证隧道安全的条件下，快速、优质、低价地建成隧道建筑物。隧道工程的特点，可归纳如下：（1）整个工程埋设于地下，因此工程地质和水文地质条件对隧道施工的成败起着重要的、甚至是决定性的作用。例如：当年修建穿越阿尔卑斯山的圣哥达隧道时，由于遇到事先未料到的高温（41°C）和涌水（660l／min），给施工带来很多困难，最后延期二年才完成。因此，不仅要在勘测阶段做好详细的地质调查和勘探，尽可能准确地掌握隧道工程范围内的岩层性质、岩体强度、完整程度、地应力场、自稳能力、地下水状态、有害气体和地温状况等资料，并根据这些原始材料，初步选定合适的施工方法，确定相应的施工措施和配套的施工机具。而且，由于地质条件的复杂性和勘探手段的局限性，在施工中出现前所未料的情况仍不可避免。因此，在长大隧道的施工中，还应采取试验导坑（如日本青函隧道）、水平超前钻孔、声波探测、导坑领先等技术措施，进一步查清掘进前方的地质条件，及时掌握变化的情况。以便尽快地修改施工方法和技术措施。（2）公路隧道是一个形状扁平的建筑物，正常情况下只有进、出口两个工作面，相对于桥梁、线路工程来说．隧道的施工速度比较慢，工期也比较长，往往使一些长大隧道成为控制新建公路通车的关键工程。为此，需要附加地开挖竖井、斜井、横洞等辅助工程来增加工作面，加快隧道施工速度。此外，隧道断面较小，工作场地狭长，一些施工工序只能顺序作业，而另一些工序又可以沿隧道纵向展开，平行作业。因此，要求施工中加强管理、合理组织、避免相互干扰。洞内设备、管线路布置应周密考虑，妥善安排。隧道施工机械应当结构紧凑，坚固耐用。（3）地下施工环境较差，甚至在施工中还可能使之恶化，例如爆破产生有害气体等。必须采取有效措施加以改善，如人工通风、照明、防尘、消音、隔音、排水等，使施工场地合符卫生条件，并有足够的照度，以保证施工人员的身体健康，提高劳动生产率。（4）公路隧道大多穿越崇山峻岭，因此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，这些也是规划隧道工程时应当考虑的问题之一。（5）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。当然，隧道工程也有很多有利的方面，例如施工可以不受或少受昼夜更替、季节变换、气候变化等自然条件改变的影响，可以竟日终年、稳定地安排施工。 10.1.2 隧道施工应遵循的基本精神和原则以往，人们都认为在地层中开挖坑道必然要引起围岩坍塌掉落，开挖的断面越大，坍塌的范围也越大。因此，传统的隧道结构设计方法是将围岩看成是必然要松弛塌落，而成为作用于支护结构上的荷载。传统的隧道施工方法则是将隧道断面分成为若干小块进行开挖，随挖随用钢材或木材支撑，然后，从上到下，或从下到上砌筑刚性衬砌。这也是和当时的机械设备、建筑材料、技术水平相一致的。近十几年来，岩石锚杆、喷射混凝土的机械和岩石力学方面的进展，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、崩塌等现象有了深入的认识，为提出新的、经济的隧道施工方法创造了条件。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

内蒙古科技大学教案进手段，以错杆、喷射混凝土为主要支护方法，理论、量测和经验相结合的一种施工方法。同时又是一系列指导隧道设计和施工的原则，其中包括： (1)因为岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，所以在施工中必须充分保护岩体，尽量诚少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。 (2)为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环：另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。为此在施工中应采用能与围岩密贴、及时砌筑义能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和参与工作的时间（包括底拱闭合时间）来控制岩体的变形。 (3)为了改善支护结构的受力性能 ,施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的筒形结构。另外隧道断面形状要尽可能地圆顺，以避免拐角处的应力集中。 (4)在施工的各个阶段，应进行现场量测监视，及时提出可靠的、数量足够的量测信总，如坑道周边的位移或收敛、接触应力等。并及时反馈用来指导施工和修改设计。 (5)为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，采用复合式衬砌。上述新奥法的基本原则可扼要的概括为：“少扰动、早喷错、勤量测、紧封闭 10.1.3隧道施工方法及其选择个多世纪以来，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惯上将它们分成为：矿山法、掘进机法官法顶进明挖法等矿山法因最早应用于矿石开采而得名，它包括上面己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。有时候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。掘进机法包括隧道摇进机(Tunnel Bo, ring Machine,简写为T.B.M.)法和盾构据进机法前者应用于岩石地层，后者主要应用于土质岩，尤适用于软士流砂、淤泥等将殊地沉管法，等则是用来修建水底隧道、地下铁道、城市市政隧道等，以及理深很浅的山的隧道。选择施工方案时，要考虑的因素有如下几方面： A,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： B.隧道所处的工程地质和水文地质条件： C.施工技术条件和机械装各状况： D.施工中动力和原材料供应情况： E.工程投资与运营后的社会效益和经济效益：有关污染地面沉降等环境方面的要求和限制应该看到隧道施工方法的选择，是一项“模糊”的决策过程，它依糗于有关人员的学识、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。所以，本书将着重论述新奥法施工中的有关问题，而概略地介绍传统的矿山法。其它方法一般不用于山岭嗟道，因此此处不作介绍，需要时可参考有关书籍

内蒙古科技大学教案进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，理论、量测和经验相结合的一种施工方法。同时又是一系列指导隧道设计和施工的原则，其中包括：（1）因为岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，所以在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。（2）为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。为此，在施工中应采用能与围岩密贴、及时砌筑又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和参与工作的时间（包括底拱闭合时间）来控制岩体的变形。（3）为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状要尽可能地圆顺，以避免拐角处的应力集中。（4）在施工的各个阶段，应进行现场量测监视，及时提出可靠的、数量足够的量测信息，如坑道周边的位移或收敛、接触应力等。并及时反馈用来指导施工和修改设计。（5）为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，采用复合式衬砌。上述新奥法的基本原则可扼要的概括为：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。 10.1.3 隧道施工方法及其选择一个多世纪以来，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。有时候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T．B．M．）法和盾构掘进机法。前者应用于岩石地层，后者则主要应用于土质围岩，尤其适用于软土、流砂、淤泥等特殊地层。沉管法，.等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道。选择施工方案时，要考虑的因素有如下几方面： A．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； B．隧道所处的工程地质和水文地质条件； C．施工技术条件和机械装备状况； D．施工中动力和原材料供应情况； E．工程投资与运营后的社会效益和经济效益； F．施工安全状况， G．有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。应该看到隧道施工方法的选择，是一项“模糊”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。所以，本书将着重论述新奥法施工中的有关问题，而概略地介绍传统的矿山法。其它方法一般不用于山岭隧道，因此此处不作介绍，需要时可参考有关书籍

内蒙古科技大学教案 10．2 新奥地利隧道施工法一、隧道施工应遵循的基本原则 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 Austria 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，以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，理论、量测和经验相结合的一种施工方法。同时又是一系列指导隧道设计和施工的原则。归纳起来，施工中不管采用哪种方法，都必须遵循的基本技术原则是： (一) 因为围岩是隧道的主要承载单元，所以要在施工中充分保护和爱护围岩。 (二) 为了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制的变形。 (三) 变形的控制主要是通过支护阻力(即各种支护结构)的效应达到的。 (四) 在施工中，必须进行实地量测监控，及时提出可靠的、足够数量的量测信息，以指导施工和设计。这是“新奥法”的重要组成部分。 (五) 在选择支护手段时，一般应选择能大面积的、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。 (六) 要特别注意，隧道施工过程是围岩力学状态不断变化的过程。 (七) 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。 (八) 在隧道施工过程中，必须建立设计—施工检验—地质预测—量测反馈—修正设计的一体化的施工管理系统，以不断地提高和完善隧道施工技术。上述隧道施工的基本原则可扼要地概括为：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。在实际施工过程中，这些原则也不是一成不变的，应该结合实际情况进行完善和提高。二、新奥法的分类及施工工序新奥法施工，按其开挖断面的大小及位置，基本上又可分为以下几种： 1 全断面开挖法。 2 台阶法，其中包括：(1) 长台阶法；(2) 短台阶法；(3) 超短台阶法。 3 分部开挖法，其中包括：(1) 台阶分部开挖法(环形开挖留核心土法)；(2) 中隔壁法(单侧壁导坑法、CD 法)；(3) 双侧壁导坑法(眼镜法)等。新奥法的施工工序可用以下框图(图 6-1)表示：图 6-1 新奥法施工程序三、开挖方法

内蒙古科技大学教案按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法，分部开挖法。 (一)全断面开挖法 1 全断面法施工的顺序是： (1) 施工准备完成后，用钻孔台车钻眼，然后装药，联接起爆网路； (2) 退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面； (3) 进行通风、撒水，排烟、降尘； (4) 排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土； (5) 用装碴机将石碴装入矿车或运输机，运出洞外； (6) 安设边墙锚杆和喷混凝土； (7) 必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土； (8) 开始下一轮循环； (9) 在初次支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期灌注内层衬砌。根据围岩稳定程度及施工设计亦可以不设锚杆或设短锚杆。也可先出碴，然后再施作初次支护，但一般仍先进行拱部初次支护，以防止局部应力集中而造成的围岩松动剥落。 2 适用条件：全断面法适用于岩层覆盖条件简单、岩质较均匀的硬岩中。必须具备大型施工机械。隧道长度或施工区段长度不宜太短。否则采用大型机械化施工的经济性差。根据经验，这个长度不应小于 1km。 (二) 台阶开挖法台阶开挖法一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型。台阶法包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法等三种，其划分是根据台阶长度来决定如图 6-3 所示。至于施工中究竟应采用何种台阶法，要根据以下两个条件来决定： (1) 初次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； (2) 上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工场地大小的要求。在软弱围岩中应以前一条件为主，兼顾后者，确保施工安全。在围岩条件较好时，主要考虑是如何更好地发挥机械效率．保证施工的经济性，故只要考虑后一条件。现将各种台阶法叙述如下：图 6-2 全断面开挖法 1-全断面开挖法;2-锚喷支护;3-模筑混凝土衬砌

内蒙古科技大学教案 1长台阶法：上、下断面相距较远，图上以上或大于5倍洞跨。 ()长台阶法的作业顺序为：上半断面开挖： ①用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破，地层较软时亦可用挖掘机开挖。 ②安设锚杆和钢筋网，必要时加设钢支撑、喷射混凝土。 ③用推铲机将石碴推运到台阶下，再由装载机装入车内运至洞外。 ④根据支护结构形成闭合断面的时间要求，必要时在开挖上半断面后，可建筑临时底拱，形成上半断面的临时闭合结构，然后在开挖下半断时再将临时底拱挖掉。但从经济观点来看，最好不这样做，而改用短台阶法。。装碴直接运至洞外 ③用反护挖机开挖水沟。喷底部混凝士」 ②)优缺点及适用条件：有足够的工作空间和相当的施工速度，上部开挖支护后，下部作业就较为安全，但上下部作业有一定的干扰。相对于全断面法来说比台阶次开挖的断面和高度都比较小，只需配备中型钻孔台车即可施工，而且，对维持开挖面的稳定也十分有利。所以，它的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，但围岩坚硬不要用底拱封闭断面的情况，都可采用长台阶法。 2短台阶法：台阶长度小于5倍但大于1~1,5倍洞跨。上下断面采用平行作业用条件以缩短护肉的时帽，改初收支护价受力条件围岩 9 不能为解决这点是上台阶出对下施工的干阶面过到下半断面的道。将上台阶的石也可交替地设在两侧。过渡坡道法通用于断面较大的双线残道中 3超短台阶法：台阶仅超前3~5m,只能采用交替作业 (2)优缺点及适用条件：由于超短台阶法初次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，能更有效的控制地表沉陷。所以，超短台阶法适用于膨胀性围岩和士质围岩，要求及早闭合断面的场合。当然，也适用于机械化程度不高的各类围岩地段。缺点是上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰较大生产效率较低，地工速度受在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可对开挖面进行预加固或预支护。 A 】台阶分部开挖法。又称环形开物留核心，十计 (1)开挖面分部形式：一般将断面分成为环形拱部（图6-6《）中的1、2、3)、上部核心士4、下部台阶5等三部分。 (2)施工作业顺序为： ①用人工或单臂进机开挖环形拱部。或根据断面的大小，环形拱部又可分成几块交替开挖。 ②安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑、喷混凝士。 ③在拱部初次支护保护下，用挖掘机或单臂据进机开挖核心土和下台阶，随时接长钢支撑和喷根封低庆支变形情况或施工安排合阶的距所以施工中不设或少设锚为2倍洞跨

内蒙古科技大学教案图 6-3 台阶法施工形式 1 长台阶法：上、下断面相距较远，一般上台阶超前 50m 以上或大于 5 倍洞跨。 (1) 长台阶法的作业顺序为：上半断面开挖： ① 用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破，地层较软时亦可用挖掘机开挖。 ② 安设锚杆和钢筋网，必要时加设钢支撑、喷射混凝土。 ③ 用推铲机将石碴推运到台阶下，再由装载机装入车内运至洞外。 ④ 根据支护结构形成闭合断面的时间要求，必要时在开挖上半断面后，可建筑临时底拱，形成上半断面的临时闭合结构，然后在开挖下半断时再将临时底拱挖掉。但从经济观点来看，最好不这样做，而改用短台阶法。下半断面开挖： ① 用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破。装碴直接运至洞外。 ② 安设边墙锚杆(必要时)和喷混凝土。 ③ 用反铲挖掘机开挖水沟。喷底部混凝土。 (2) 优缺点及适用条件：有足够的工作空间和相当的施工速度，上部开挖支护后，下部作业就较为安全，但上下部作业有一定的干扰。相对于全断面法来说，长台阶法一次开挖的断面和高度都比较小，只需配备中型钻孔台车即可施工，而且，对维持开挖面的稳定也十分有利。所以，它的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，但围岩坚硬不要用底拱封闭断面的情况，都可采用长台阶法。 2 短台阶法：台阶长度小于 5 倍但大于 1～1.5 倍洞跨。上下断面采用平行作业。短台阶法的作业顺序和长台阶相同。优缺点及适用条件：由于短台阶法可缩短支护结构闭合的时间，改善初次支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值，所以适用范围很广，Ⅰ～Ⅴ级围岩都能采用，尤其运用于Ⅳ、 Ⅴ级围岩，是新奥法施工中经常采用的方法。缺点是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。为解决这种干扰可采用长皮带机运输上台阶的石碴；或设置由上半断面过渡到下半断面的坡道。将上台阶的石碴直接装车运出。过渡坡道的位置可设在中间，也可交替地设在两侧。过渡坡道法通用于断面较大的双线隧道中。 3 超短台阶法：台阶仅超前 3～5m，只能采用交替作业。 (2) 优缺点及适用条件：由于超短台阶法初次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，能更有效的控制地表沉陷。所以，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。当然，也适用于机械化程度不高的各类围岩地段。缺点是上下断面相距较近，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。在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可对开挖面进行预加固或预支护。 (三)分部开挖法分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖，故也可称为导坑超前开挖法。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，见图 6-6。 1 台阶分部开挖法。又称环形开挖留核心土法。 (1) 开挖面分部形式：一般将断面分成为环形拱部（图 6-6(a)中的 1、2、3）、上部核心土 4、下部台阶 5 等三部分。 (2) 施工作业顺序为： ① 用人工或单臂进机开挖环形拱部。或根据断面的大小，环形拱部又可分成几块交替开挖。 ②安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑、喷混凝土。 ③在拱部初次支护保护下，用挖掘机或单臂掘进机开挖核心土和下台阶，随时接长钢支撑和喷混凝土、封底。 ④根据初次支护变形情况或施工安排建造内层衬砌。由于拱形开挖高度较小，或地层松软锚杆不易成型，所以施工中不设或少设锚杆。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，一般双线隧道为 1 倍洞跨，单线隧道为 2 倍洞跨

内蒙古科技大学教案 (3) 优缺点及适用条件：在台阶分部开挖法中，因为上部留有核心土支挡着开挖面，而且能迅速及时地建造拱部初次支护，所以开挖工作面稳定性好。和台阶法一样，核心土和下部开挖都是在拱部初次支护保护下进行的，施工安全性好。这种方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩中。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。虽然核心土增强了开挖面的稳定，但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，这些都有可能使围岩变形增大。因此，它常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。图 6-6 台阶开挖形式 2 单侧壁导坑法。 (1) 开挖面分部形式：一般将断面分成三块：侧壁导坑 1、上台阶 2、下台阶 3，见图 6-6(b)。侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用，并考虑机械设备和施工条件而定。一般侧壁导坑宽度不宜超过 0.5 倍洞宽，高度以到起拱线为宜，这样，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便。导坑与台阶的距离没有硬性规定，但一般应以导坑施工和台阶施工不发生干扰为原则，所以在短隧道中可先挖通导坑，而后再开挖台阶。上、下台阶的距离则视围岩情况参照短台阶法或超短台阶法拟定。 (2) 施工作业顺序为； ①开挖侧壁导坑，并进行初次支护(锚杆加钢筋网、或锚杆加钢支撑、或钢支撑，喷射混凝土)，应尽快使导坑的初次支护闭合； ②开挖上台阶，进行拱部初次支护，使其一侧支承在导坑的初次支护上，另一侧支撑在下台阶上； ③开挖下台阶，进行另一例边墙的初次支护，并尽快建造底部初次支护，使全断面闭合； ④拆除导坑临空部分的初次支护； ⑤ 建造内层衬砌。 (3) 优缺点及适用条件：单侧壁导坑法是将断面横向分成 3 块或 4 块，每步开挖的宽度较小

内蒙古科技大学教案而且封闭型的导坑初次支护承载能力大，所以，单侧壁导坑法适用于新面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。坑尺寸拟定的原则同曲府的 (2)施工作业顺序为 ①开挖一侧导坑，并及时地将其初次支护闭合。 ②相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初次支护。 ③开挖上部核心士，建造拱部初次支护，拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上。 ④开挖下台阶，建造底部的初次支护，使初次支护全断面闭合。 ⑤拆除导坑临空部分的初次支护。用条件：当道防度很大地表沉显用型实测动大南用合的沉但速物侣成木京四、施工中可能发生的问题及其对策新奥法施工的基本原则，是根据围岩性质允许产生适量的变形，但又不使围岩松动塌落。在设计、施工过程中，若对围岩性质判断不准或情况不明，或喷射混凝土、打锚杆、立钢支撑时间和方法有误，围岩松动就会超过预计。此时，应根据观察和量测结果找出原因，进行改正。但是，很多场合不能明确原因，因此只能针对所发生的现象采取措施。根据实践经验，将新奥法中经常出现的一些异常现象及应采取的措施列于表102.1中，其中A指进行比较简单的改变就可解决问题的措施，B指包括需要改变支护方法等比较大的变动才能解决问题的措施。当然，表中只列出大致的对策标准，优先用哪种措施，要视各个隧道的围岩条件、施工方法、变形状态综合判断。施工中的现象及其处理措施表10.2.1 施工中的现象措措施B 正面变得不稳定缩短一次据进长度并挂钢管打入地层进行预支护开挖面项部掉块增用提长 1.加钢支撑，2.预加固地层 ,开挖而暂时分部施工取法如水并百箭网。4设水片提请天我力不定，下底提。5预加固地产生底鼓及早骑射底拱混凝士喷混凝士层脱离甚 .开挖后尽快喷射混凝土。 2.加钢筋网。打锚杆或增加锚杆至塌落 3.解除通水压力。4.加厚喷层

内蒙古科技大学教案而且封闭型的导坑初次支护承载能力大，所以，单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。 3 双侧壁导坑法，又称眼镜工法。 (1) 开挖面分部形式：一般将断面分成四块：左、右侧壁导坑 1、上部核心土 2、下台阶(3) ，见图 6-6(c)。导坑尺寸拟定的原则同前，但宽度不宜超过断面最大跨度的 1/3。左、右侧导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。 (2) 施工作业顺序为； ①开挖一侧导坑，并及时地将其初次支护闭合。 ②相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初次支护。 ③开挖上部核心土，建造拱部初次支护，拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上。 ④开挖下台阶，建造底部的初次支护，使初次支护全断面闭合。 ⑤拆除导坑临空部分的初次支护。 ⑥建造内层衬砌。 (3) 优缺点及适用条件：当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。现场实测表明，双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的 1/2。双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面闭合的时间长，但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工中间变形几乎不发展。双侧壁导坑法施工安全，但速度较慢，成本较高。四、施工中可能发生的问题及其对策新奥法施工的基本原则，是根据围岩性质允许产生适量的变形，但又不使围岩松动塌落。在设计、施工过程中，若对围岩性质判断不准或情况不明，或喷射混凝土、打锚杆、立钢支撑时间和方法有误，围岩松动就会超过预计。此时，应根据观察和量测结果找出原因，进行改正。但是，很多场合不能明确原因，因此只能针对所发生的现象采取措施。根据实践经验，将新奥法中经常出现的一些异常现象及应采取的措施列于表10.2.1中，其中A指进行比较简单的改变就可解决问题的措施，B指包括需要改变支护方法等比较大的变动才能解决问题的措施。当然，表中只列出大致的对策标准，优先用哪种措施，要视各个隧道的围岩条件、施工方法、变形状态综合判断。施工中的现象及其处理措施表10.2.1 施工中的现象措施 A 措施 B 开挖面及其附近正面变得不稳定 1. 缩短一次掘进长度。 2. 开挖时保留核心土。 3. 向正面喷射混凝土。 4. 用插板或并排钢管打入地层进行预支护 1. 缩小开挖断面。 2. 在正面打锚杆。 3. 采取辅助施工措施对地层进行预加固开挖面顶部掉块增大 1. 缩短开挖时间及提前喷射混凝土。 2. 采用插板或并排钢管。3. 缩短一次开挖长度。 4. 开挖面暂时分部施工。 1. 加钢支撑。 2. 预加固地层开挖面出现涌水或者涌水量增大 1. 加速混凝土硬化（增加速凝剂等）。2. 喷射混凝土前作好排水。 3. 加挂网格密的钢筋网。 4. 设排水片。 1. 采取排水方法（如排水钻孔、井点降水.等）。 2. 预加固地层地基承载力不足，下沉增大 1. 注意开挖，2. 不3. 要损坏地基围岩。 4. 加厚底脚处喷混凝土，5. 增加支撑面积。 1. 增加锚杆。 2. 缩短台阶长度，3. 及早闭合支护环。 4. 用喷混凝土作临时底拱。 5. 预加固地层。产生底鼓及早喷射底拱混凝土 1. 在底拱处打锚杆。 2. 缩短台阶长度，3. 及早闭合支护环。喷混喷混凝土层脱离甚至塌落 1. 开挖后尽快喷射混凝土。 2. 加钢筋网。 3. 解除涌水压力。 4. 加厚喷层。打锚杆或增加锚杆

内蒙古科技大学教案和 1,增强锚杆（加长）： 4在热锚板间加入弹箸等钢支接中应力增大，松开接沙处螺栓，凿开喷混凝土层，使之可净空位移增大，位移缩短从开挖到文护的时间。，授前打锚 1 增强描杆。2.缩短台阶长度，3.提速度变快喷混凝士开或在上半瑞面速浩临时底排。 10.3传统的山法在传统的矿山法中历史上形成的变化方案很多，其中也包括：全断面法、台阶法、侧壁导坑法、.等。它与新奥法的根本区别，除了施工原理不同外，在具体作业上还有：传统的矿山法中不强调采用锚喷支护，而大量采用钢、木支撑：不强调要及早闭合支护环：很少采用复合式村砌，而是大量采用刚度较大的单层衬砌：不进行施工量测等。近年来，由于施工机械的发展，以及传统矿山法明显的不符合岩石力学的基本原理和不经济，己逐渐由新奥法所取代。只有在一些缺少大型机械的中、短隧道中，或不熟悉新奥法的施工单位还采用传统的矿山法。本书只简单地 ,并具有中国特色的，现在仍可能采用的传统矿山法。全名叫下导坑漏斗棚架法，亦称下导坑先墙后拱法。它是硬岩层中修筑隧道的一种基本的传统方法，也是我国八十年代前修筑公路、铁路隧道采用得最广泛的方法之一。此法的基本施工程序（图10.3.1）是：首先开挖下导坑①，在下导坑开挖面后约30-50m处，开始架设“漏斗棚架”，然后在漏斗棚架上方开挖②、③部(“操顶”)和④部(“扩大”)。它们的间距以互不干扰为原则。一般可采用1520m。挑顶和扩大爆下的石碴直接堆放在棚架上，并通过漏斗口向下装入矿车内运出洞外石碴装完后即可拆除棚架开挖6 (“刷帮”)和⑥边培此时整个隧道开挖完毕。在一定的安全距离(10-20m)外灌注边墙Ⅶ和拱圈混凝土。最后铺底砌水沟。 HI IV V 导坑拉槽大 3305-2 450-420-0 图10.3.1 下导抗的形状一般为梯形，坚硬用岩中也可田钜形。其密度28一30。（铺单云输线），或 3.84.4m(铺双运输线) 高度视装硫机装载高度而定般约2.83.0m, 见图10.32。在中长隧道中为运输畅通多采用双线导坑

内蒙古科技大学教案凝土喷混凝土层中应力增大，产生裂缝和剪切破坏。 1. 加钢筋网。 2. 在喷混凝土层中增设纵向伸缩缝。 1. 增加锚杆（用比原来长的锚杆）。 2. 加入钢支撑。锚杆锚杆轴力增大，垫板松弛或锚杆断裂。 1. 增强锚杆（加长）。 2. 采用承载力大的锚杆。 3. 为增大锚杆的变形能力，4. 在垫锚板间加入弹簧等。钢支撑钢支撑中应力增大，产生屈服松开接头处螺栓，凿开喷混凝土层，使之可自由伸缩。 1. 增强锚杆。 2. 采用可伸缩的钢支撑，3. 在喷混凝土层中设纵向伸缩缝。净空位移增大，位移速度变快。 1. 缩短从开挖到支护的时间。 2. 提前打锚杆。3. 缩短台阶、底拱一次开挖的长度。4. 当喷混凝土开裂时，5. 设纵向伸缩缝。 1. 增强锚杆。 2. 缩短台阶长度，3. 提前闭合支护环。 4. 在锚杆垫板间夹入弹簧垫圈等。 5. 采用超短台阶法，6. 或在上半端面建造临时底拱。 10.3 传统的矿山法在传统的矿山法中，历史上形成的变化方案很多，其中也包括：全断面法、台阶法、侧壁导坑法、.等。它与新奥法的根本区别，除了施工原理不同外，在具体作业上还有：传统的矿山法中不强调采用锚喷支护，而大量采用钢、木支撑；不强调要及早闭合支护环；很少采用复合式衬砌，而是大量采用刚度较大的单层衬砌；不进行施工量测等。近年来，由于施工机械的发展，以及传统矿山法明显的不符合岩石力学的基本原理和不经济，已逐渐由新奥法所取代。只有在一些缺少大型机械的中、短隧道中，或不熟悉新奥法的施工单位还采用传统的矿山法。本书只简单地叙述一、二种典型的，并具有中国特色的，现在仍可能采用的传统矿山法。 10．3．1 漏斗棚架法全名叫下导坑漏斗棚架法，亦称下导坑先墙后拱法。它是硬岩层中修筑隧道的一种基本的传统方法，也是我国八十年代前修筑公路、铁路隧道采用得最广泛的方法之一。此法的基本施工程序（图10.3.1）是：首先开挖下导坑①，在下导坑开挖面后约30~50 m处，开始架设“漏斗棚架”，然后在漏斗棚架上方开挖②、③部（“挑顶”）和④部（“扩大”）。它们的间距以互不干扰为原则，一般可采用15~20m。挑顶和扩大爆下的石碴直接堆放在棚架上，并通过漏斗口向下装入矿车内运出洞外。石碴装完后即可拆除棚架，开挖⑤（“刷帮”）和⑥边墙、水沟。此时整个隧道开挖完毕。在一定的安全距离（10~20m）外灌注边墙Ⅶ和拱圈Ⅷ混凝土。最后铺底砌水沟。下导坑拉槽挑顶扩大刷帮刷帮水沟砌墙砌拱 ≥ 图10.3.1 下导坑的形状一般为梯形，坚硬围岩中也可用矩形。其宽度2.8～3.0。（铺单运输线），或 3.8~4.4m（铺双运输线），高度视装碴机装载高度而定，一般约2.8~3.0m，见图10.3.2。在中长隧道中为运输畅通多采用双线导坑

内蒙古科技大学教案 Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ Ⅳ-Ⅳ 拱架及模板 Ⅴ-Ⅴ Ⅵ-Ⅵ 绷子梁 30 28钢钎过河撑 Ⅶ-Ⅶ Ⅷ-Ⅷ 溜槽图10.3.4 此法的基本施工程序（图10.3.4）是：首先开挖下导坑①，并尽快架设木支撑。在下导坑开挖面后约30~50rn处开挖上导坑②和架设木支撑。上、下导坑间开挖漏斗（如图中虚线所示），以便于上断面出碴。距上导坑15~20米，进行上导坑落底开挖③。然后由上导坑向两侧开挖④（“扩大”），边开挖边架设扇形支撑。在扇形支撑之间立拱架模板，灌注拱圈混凝土Ⅴ，边灌注边顶替、拆除扇形支撑。开挖中层⑥（“落底”）。左右错开，纵向跳跃开挖马口⑦、⑨，每个马口的纵向长度一般取拱圈灌注节长的一半。紧跟马口开挖后，立即架设边墙模板，由下而上灌注边墙混凝土Ⅷ、 Ⅹ。挖水沟、铺底。采用上下导坑先拱后墙法施工时应注意下列问题：开挖马口时要绝对避免拱圈两侧拱脚同时悬空；边墙灌注到顶部时要仔细地做到与拱脚的联接，保证衬砌的整体性。和漏斗棚架法比起来，它有如下优点，拱部围岩暴露时间短，开挖马口、灌注边墙都是在拱圈保护下进行的，因此，施工安全，能适用于较软弱的Ⅱ、Ⅲ类围岩。其缺点是衬砌整体性差，开挖两个导坑成本高、速度慢。 10.4 不良地质条件下隧道施工 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质地段。如膨胀土围岩、黄土、溶洞、断层、松散地层、流沙、岩爆等。在开挖、支护和衬砌过程中，由于各种因素的影响都可能发生土石坍塌，坑道支撑变形，衬砌结构断裂，严重影响施工进度、安全和质量。隧道穿越含有瓦斯的地层，更严重地威胁着施工安全。隧道通过特殊地质地段施工时应注意以下几点： A．施工前应对设计所提供的工程地质和水文地质资料进行详细分析了解，深入细致地作施工调查，制订相应的施工方案和措施，备足有关机具及材料，认真编制和实施施工组织设计，使工程达到安全、优质、高效的目的。反之，即便地质并非不良，也会因准备不足，施工方法不当或

内蒙古科技大学：《隧道工程》课程授课教案（讲义）第10章 隧道施工方法及其基本作业

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