领工员培训讲义-隧道施工技术

领工员培训讲义
隧道施工技术
一基础知识
一、隧道围岩地质状况
隧道施工和地下岩体密不可分，隧道围岩的地质条件不但在很大程度上影响隧道的施工方法，而且也影响着隧道的施工进度和质量安全，所以作为一个领工员必须掌握隧道的地质情况，根据隧道开挖面上的围岩地质状况，以及在钻眼施工过程中的施工情况，判断前方的围岩地质情况，决定施工方法。

1、铁路隧道的围岩分级
铁路隧道根据围岩的主要工程地质条件以及围岩开挖后的稳定条件、围岩弹性纵波速度等指标分为六级，按硬软排列分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级。

在现场施工过程中我们主要通过围岩的工程地质条件以及围岩开挖后的稳定条件判断围岩的级别并确定施工工序及施工方法。

围岩的分级是个综合指标，包括了围岩的岩性特征（硬度，岩石类别）、岩体完整状态（地质构造影响程度、地质结构面的状况、风化程度等）及地下水的发育状态等因素。

2、围岩分级判定的主要因素
（1）地质构造影响程度
分为：轻微、较重、严重、极严重。

地质构造包括断层、褶皱。

根据断层对地层的影响范围不同，把影响区分为断层破碎带和断层影响带。

一般断层破碎带内，节理很发育，为受地质构造影响程度极严重；影响带内及褶皱的轴部为地质构造影响程度严重，节理发育；位于断层及褶皱的邻近地段可有小断层，节理较发育，为受地质构造影响程度较严重；受地质构造影响轻微段，节理不发育。

（2）地质结构面
包括层理、节理、片理、接触面、劈理等。

层状岩石根据岩层厚度分为片状层（小于2cm），薄层（小于10cm），中厚层（10～50cm），厚层（大于50cm）。

层理面由于在岩体形成过程中，
层理面表面形成片状、软弱泥岩、钙质泥岩等以及风化泥膜，水锈，这些影响了层状岩石的连续性和完整性。

节理按发育程度分为节理很发育、节理发育、节理较发育、节理不发育。

节理很发育为节理3组以上，杂乱，以风化型和构造型为主，多数间距小于0.2m，微张或张开，岩体被切割呈碎石状。

节理发育，节理（裂隙）3组以上，不规则，呈X型或米字型，以风化型和构造型为主，多数间距小于0.4m，部分微张或张开，部分被粘性土充填，岩体被切割成块状、碎石状。

节理较发育，节理（裂隙）2～3组，呈X型，较规则，以构造型为主，多数间距大于0.4m，多为密闭节理，岩体被切割成大块状。

节理不发育，节理（裂隙）1～2组，规则，为构造型，多数在1.0m以上，多为密闭，岩体被切割成巨块状。

和围岩稳定性有关的另一个因素是节理的张开度及其填充状况。

张开度越大，岩体之间的摩擦力减小，稳定性将降底，节理填充性好，将提高岩体之间的摩擦力，有利于岩体的稳定。

（3）结构特征和完整状态
分为巨块状整体结构、大块状砌体结构、块（石）碎（石）状镶嵌结构、碎石状压碎结构、松散结构。

3、现场施工中，对前方围岩状况的预测
作为一个有经验的领工员不但可以通过隧道内已经出露的断层或贯穿性节理的走向和倾角，判断其在隧道的延伸状况。

也可以根据开挖工在打眼过程中的具体情况，判断隧道前方的围岩地质情况。

一般可以通过打钻过程中钻孔的出水颜色、钻进速度、卡钻状况、钻孔成孔情况等判断前方的围岩状况。

二、识图
领工员不一定要求能画图，但必须会看图，而且应该看懂图。

领工员接受技术人员的技术交底或作业指导书，把它变成通俗、明了、易懂的语言，现场交底给具体工序操作者，并在施工过程中进行指导、监督检查具体过程施工情况。

三、隧道施工测量
一般来说，隧道中的测量相对简单一点，隧道的施工测量主要以施工放线为主。

由于隧道施工有专门的测量工，所以领导员应掌握根据测量工给定的测量基准线、施工技术交底对隧道的有关部位结构放样的方法，同时在施工过程中对这些结构尺寸进行检查，有时协助测量工完成复杂结构的放线工
作。

二隧道的主要施工工序
一、隧道的施工测量
隧道的测量导线一般由洞外的测量控制点和水准点引入，作为洞内的起测依据，洞外的测量控制点不得少于3个，以便相互检测。

根据隧道施工需要，隧道导线点一般为300m左右，根据导线点引出隧道中线点，一般直线隧道中线间距150m，曲线50m，隧道导线点和中线点应设置在稳固的地方，在施工过程中应注意保护。

中线点和水准点应时常复核检查，防止中线点或水准点移动，对直线隧道应保证每月复核二次，曲线隧道每月三次。

根据隧道的中线点和水准点，应用经纬仪、水准仪及钢尺对隧道里面的各种结构尺寸进行精确放样。

中线的延伸必须用正倒镜分中法，水准点的延伸必须测往返测，其误差必须符合规范规定，并进行平差。

1、隧道开挖断面的放线
（1）中线和高程的确定
由水准仪和经纬仪从固定中线点和水准点，引临时中线点和临时水准点到隧道施工掌子面，其中线和高程的测量一般实现测量双检制，即采用不同的仪器各测量一次或同一台仪器不同的人按不同的方法各测一次，两次结果相互校核。

在现场施工中，采用2台仪器或测量两次都是不现实的，实际施工中一般采用上、下两个循环的开挖断面相互复核。

为了节约测量放线时间，同时减少人为的误差。

隧道里中线、水准点（水平点）测量放线可采用激光指向仪，其光束为一条光线集中的红线光，现在的激光指向仪可以保证700m的距离光斑直径在2cm 内，把激光指向仪固定在隧道的某一部位，通过经纬仪和水准仪确定其在隧道断面的位置，并计算出激光束和隧道中线、水平的关系，根据这关系在开挖掌子面标出隧道中线和水平线。

一般为了方便计算和放线，激光光束平行于隧道中心线。

激光光束至少每3天复核一次，现场施工人员应该保护激光装置，如有移动，应立即向上汇报。

穿线法确定隧道中线，在现场施工中，可以在中线上从上部吊线，根据三点一线确定隧道中线，必须有3点相互复核，然后确定中线，点的距离不得大于10m，小于3m。

吊线点必须时常复测检查。

①采用五寸台阶法作开挖断面(图1)
在隧道掌子面作开挖断面时，从轨面（或起拱线）位置开始把隧道中线等50cm划分，根据室内的开挖断面放线资料相同的位置隧道中线到隧道轮廓线的距离，用测距尺放出轮廓线上该点的位置。

把所有的垂直50cm等距点
的隧道轮廓线放出来后，把这些点相连，就现场绘出隧道开挖断面轮廓。

②极坐标法
对于大断面曲线隧道，当采用全断面开挖时，作开挖断面采用五寸台阶法测距难度很大，而且误差也很大，一般采用极坐标法，即在开挖断面上找出不同隧道轮廓曲线的圆点，然后根据该原点及该段曲线的半径及角度，在掌子面上绘出该段曲线，把各段曲线都绘出，就连成了隧道开挖轮廓线，绘制时应注意凹凸不平的掌子面对轮廓线的影响。

领工员应配合测量工完成隧道开挖断面的放线，检查放线过程，提高开挖断面正确率，同时检查开挖断面放线的正确性，防止出现放线错误，造成质量事故。

2、隧道其它结构的测量放样
根据测量工放出的临时中线点及高程点，按有关技术交底图上的隧道结构尺寸放出施工所需的尺寸。

领工员应熟练掌握隧道的结构尺寸的放养方法，随时检查隧道结构的尺寸，杜绝出现施工尺寸错误。

二、隧道的主要施工（开挖）方法
当前的隧道施工主要是采用新奥法施工，其主要内容是：围岩稳定是岩体自身有承载自稳的能力，不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。

新奥法施工主要是充分利于围岩自承、自稳能力。

光面爆破、喷锚支护、量测是新奥法施工的三大支柱。

开挖是隧道施工最关键的工序，隧道开挖的基本原则是：在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。

1、选用开挖方法时，应对隧道断面大小及形状，围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、工区长度、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析。

隧道的主要施工方法有：全断面施工法、台阶施工法、环型开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD 法）。

（1）、全断面施工法
全断面开挖法是按设计开挖断面一次开挖成型。

其主要用于隧道围岩较好的地段。

其特点是：施工场地大，适用于机械化施工，施工隧道快，施工
工序单一，工作面少，便于施工组织和施工管理。

主要用于台车开挖，近年来好多单位从效益上考虑，逐渐采用移动式台架配合人工开挖，开挖效果也很好，每月开挖进度可达到200m以上，开挖速度和台车不相上下，但人工开挖劳动强度很大。

全断面的一次开挖断面大，应加强初期支护，对于双线铁路隧道或公路隧道采用台车进行全断面开挖时，应配备支护平台或其它高空辅助施工机械。

全断面爆破效果好，可减少爆破震动次数，有利于围岩的稳定。

全断面开挖的缺点是，施工机动性差，当隧道围岩变差或出现坍塌掉块时，施工方法的改变灵活性很差，改变施工方法，要停止开挖施工，加强支护，才可以调整施工方法，没有台阶法施工机动灵活。

全断面施工应加强超前地质预报工作，用于指导施工，提前改变施工方法。

（2）、台阶法施工
台阶法开挖一般是将设计断面分为上、下两部分进行两次开挖成型，它把比较大的断面分成两部分，减少了隧道的一次开挖高度和跨度，有利于加强施工支护，台阶法开挖法适用于隧道围岩较差的地段。

隧道上部开挖支护后，下部施工就较为安全，也就是施工中的“先护顶”。

台阶开挖法工作面多，上、下部作业有干扰，应加强管理协调工作，采用上、下台阶后，施工断面高度降低，有利于加强施工支护，但上台阶出碴采用人工翻碴，循环时间长。

下部开挖时，应注意上部的稳定，若围岩稳定性好，则可以按分部顺序开挖，若围岩较差，下部开挖可以采取左右错开，或先拉中槽，后挖边帮、及时支护的方法。

①台阶法按台阶的长度分为长台阶、短台阶、微台阶。

应根据围岩地质情况及施工进度和机械配备的尺寸来确定台阶的长度。

②长台阶，L＞50m，用于围岩地质条件差，隧道开挖断面比较大的隧道，可以采用机械化施工，提前支护隧道顶部，保证下部施工的安全，工序相互干扰少，但施工进度慢，属于强支护，稳中求快的施工方式。

下部施工可以和上部平行施工，同时可以对下部进行提前支护，适用于Ⅴ、Ⅵ级围岩及受断层影响严重的地段。

③短台阶，L=5～50m，适用于围岩地质条件较差的地段，隧道断面开挖高度小，台阶上机械化施工程度差，主要用于人工开挖，不利于出碴运输。

各工作面之间有干扰，但下部施工比较快。

当围岩较差时，也可以变为三台阶法施工，上台阶3～5m，中台阶5m，下台阶10～40m，适用于Ⅳ级围岩。

④微台阶，L=3～5m，适用于围岩地质条件较好的地段，及地质条件变化频繁的地段，可以灵活变化施工方法，加快施工进度，当地质条件很好时，可以改为全断面开挖，当地质条件很差时可以改为短台阶开挖，是最常
用的台阶法施工方法，可以配合高机械化施工。

适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩。

（3）、环型开挖预留核心土法
这中施工方法主要是针对软弱围岩的开挖，预留核心土可以稳定松散的掌子面围岩，防止坍塌，同时核心土可以降低隧道台阶的高度，有利于进行支护。

（4）、中隔壁法（CD法）
这种方法主要适用于有可能产生比较大的变形的松散、大跨度的隧道地段，如地铁等工程。

把隧道的开挖断面分成几部分进行独立施工，可以加强支护，控制隧道的变形量，但施工工序繁多，施工进度慢。

改变施工顺序，就可以变为CRD法（交叉中隔壁法）。

另外对大跨度隧道，软弱围岩的施工方法还有双侧壁导坑法、中洞法。

2、开挖方式
现阶段隧道的开挖方式有钻爆法施工和掘进机法施工，掘进机法施工成本高，机械维护复杂，掘进速度快，适用于地质条件比较好的围岩。

钻爆法施工适用于各类围岩，施工成本低，但掘进速度相对比掘进机慢。

当前的隧道施工仍以钻爆法施工为主。

钻爆法施工的钻眼分台车钻眼和人工手持风动凿岩机钻眼施工。

台车有2臂、3臂和4臂台车，可以多个钻臂同时施工，由电提供动力，通过液压油泵系统工作。

风动凿岩机由压缩空气提供动力，一个工作面可以配用多台风动凿岩机进行钻眼施工。

现阶段一般都采用湿钻，所以还必须提供高压水。

采用台车开挖，钻孔速度快，工人劳动强度低，施工成本高，一般用于全断面快速施工。

风动凿岩机，钻孔速度慢，特别在硬岩中钻进困难，但可以通过增加凿岩机的数量，以加快钻眼循环时间，工人劳动强度高，施工成本低，对作业面施工环境污染较大，采用多台钻机同时施工时，相互之间的干扰小，施工时必须搭设简易平台，如果配合移动开挖平台可进行全断面开挖，采用风动凿岩机钻眼，可适用各种围岩、各种隧道的施工方法。

采用风动凿岩机钻眼，必须保证高压空气、高压水的供应。

3、钻爆法施工
1）钻眼施工
当前的隧道开挖一般采用光面爆破技术，以提高围岩的自稳能力。

隧道的开挖眼主要分为三种：掏槽眼、掘进眼、周边眼，最重要的是掏槽眼和周边眼，掏槽眼主要创造临空面，钻眼精度要求很高，周边眼主要为了形成光面爆破效果，孔的间距及装药量要求很高。

掏槽形式有直眼掏槽和斜眼掏槽，根据隧道的开挖宽度选用不同的掏槽
形式。

对于直眼开挖，钻眼要作到准、齐、平、直，周边眼应有少量外差，外插角度不得超过钻孔深度的3～5%，周边眼的开孔挂眼应该根据围岩的级别，在开挖轮廓内5～10cm的地方开孔打眼。

在有钢架支撑的地段打周边眼，更应注意其外插角度。

周边眼一般采用小药卷间隔装药，其它炮眼采用标准药卷连续装药。

由于周边眼控制着光面效果的形成及影响隧道超欠挖，所以现场应该严格检查、并监督周边眼的开挖质量。

掏槽炮眼布置在开挖断面的中部，周边眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，以保证开挖面的平整，但掏槽眼应加深10～20cm，以加强掏槽效果，提高循环进尺。

辅助炮眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，力求爆下的石碴块度适合装碴的需要。

2）装药、起爆
(1) 爆破材料
炸药的种类很多，最常用的为铵梯炸药及水胶炸药、乳化炸药，第一种不防水，用于无水的隧道，后两种为防水炸药，可用于地下水比较发育的隧道。

炸药的直径有φ32、φ35、φ38、φ40，长度200mm、400mm。

瓦斯隧道采用专用炸药。

隧道中使用的雷管有火雷管、非电毫秒雷管，在瓦斯隧道采用电雷管，现在隧道中一般用火雷管引爆非电毫秒雷管实现隧道的一次性起爆，非电毫秒雷管安全性能好，而且是一次性起爆。

非电毫秒雷管分为不同的段别，从1段到25段，相邻段别时间存在毫秒差，从25ms～150ms不等，有利于实行微差爆破和光面爆破。

导火索，为白色，用来传递火焰给火雷管，并使火雷管在火焰作用下爆炸。

燃速110s/m，缓燃为180s/m，隧道爆破中使用的导火索长度不得短于1.2m。

普通导火索不能用于瓦斯隧道。

导爆索，为红色，以单质猛炸药黑索金或泰安做为索芯，经雷管起爆后，可以直接引爆其它炸药，炸药含量16g/m。

实现隧道周边眼的间隔装药。

塑料导爆管，传递爆轰波，只能引爆非电毫秒雷管。

(2)影响炸药爆炸稳定性的几个因素
爆炸稳定性是指炸药起爆后，能否连续、完全爆炸的能力。

它主要受炸药的化学性质，爆轰感度以及装药密度、药包大小、起爆能量等因素的影响。

①临界直径：柱状装药时，被动药卷能发生殉爆的最小直径，临界直径
越小，则其爆炸稳定性越好，最常用的2#岩石炸药的临界直径为18cm。

药卷直径应不小于炸药的临界直径，装药直径越大，其爆炸越稳定。

②最佳密度：对于炸药，其装药密度越大，则其爆速越大，爆炸越稳定，爆速最大时的装药密度称为最佳密度。

临界密度：当装药密度超过某一值时，爆炸不稳定，甚至拒爆，这时的炸药密度称为“临界密度”。

③管道效应（又叫沟槽效应）：药卷起爆后，产生空气波，压缩未爆炸的炸药，当炸药被压缩超过临界密度，就会导致爆速下降，甚至断爆的现象。

可采用粉状炸药、水胶炸药或高感度、高爆速的炸药，可避免管道效应。

④殉爆距离：一个药包爆炸后，能引起它不相接触的邻近药包爆炸，叫被动药包“殉爆”，其最大距离叫殉爆距离，和介质性质、药卷直径等有关。

（3）装药、起爆
装药要严格按钻爆设计参数装药，周边眼采用小药卷、导爆索间隔装药，其它炮眼采用标准药卷连续装药。

药卷直接应与炮眼的直径相匹配，不耦合系数λ=D/d，对于周边眼λ应大于 1.5～2.0，可减少对隧道周围围岩的扰动及破坏，对于其它眼λ应在1.1～1.4，以提高炸药的爆破利于效率。

为了发挥有效炸药的能量，应对炮孔进行堵塞。

堵塞长度一般为20～30cm。

采用反向装药，掏槽眼应由专人负责装药，雷管段别次序不能错，掏槽眼各段尽量拉开。

为了防止掏槽眼炸药产生半拒爆，可用导爆索连接掏槽眼的药卷，提高传爆效果。

同时掏槽眼一般采用双雷管起爆，其它雷管采用单雷管起爆，连接雷管一般也采用双雷管
洞内每日放炮次数、时间要明确规定；防护、装药、起爆、解除警戒要统一行动；多工作面放炮相互影响时，起爆顺序应由里向外，里面的未撤出前，外面的严禁起爆。

3）光面爆破和预裂爆破
光面爆破是周边眼在其它炮眼起爆后，才一起起爆，即先掏槽眼起爆，首先形成临空面，其它掘进眼在这个临空面形成后起爆，然后周边眼最后起爆形成圆顺的开挖轮廓。

预裂爆破是周边眼首先起爆，使隧道岩石沿周边眼形成一个预裂缝，然后里面的岩石再起爆，预裂缝对其里面的岩石的爆破有反射及阻隔的作用，从而避免了隧道开挖轮廓外面的岩石受到破坏，首先周边眼起爆，然后掏槽眼起爆，再掘进眼起爆。

①光面爆破周边眼间距E=（8～16）D=40～80cm，E/W=0.8～1.0（W 为周边眼抵抗线，即周边眼到二圈眼的距离），W应大于E，使岩石在爆破时，相邻周边眼首先互相作用形成裂缝，然后崩落，所以周边眼的药量只是爆破后使相邻周边眼形成裂缝的药量，药量不能太大，否则将会对隧道周围岩体形成破坏，影响隧道的稳定。

②周边眼一般采用爆速较低，猛度较低，传爆性能良好的炸药。

一般采用小药卷间隔装药，以减弱破坏，周边眼的装药集中度g=0.07～0.4kg/m，对于特破碎的岩石，可采用只装导爆索，或周边眼间隔装药或不装药的方法，以减少对周围岩体的震动破坏。

③周边眼应同时起爆，使相邻周边眼之间形成叠加应力波，有利于裂缝的形成。

预留光面层爆破是开挖时，第一次没有开挖到设计轮廓线，预留40～60cm的保护层，避免隧道爆破对周围岩体的破坏，然后在后面施工中再开挖一次的施工方法。

④预裂爆破的周边眼间距一般为30 cm，炮眼数多，可以采用间隔装药，提高预裂效果。

⑤同一个开挖断面，起爆顺序是从临空面由内向外逐层起爆，台阶是由上向下逐层起爆。

起爆时差50ms～150ms，最佳在100ms左右。

三、隧道的支护
隧道的支护有初期支护和超前支护两种。

隧道开挖后，除坚硬、完整、稳定的围岩外，为防止开挖后围岩暴露过久产生地层压力增加而造成坍塌，必须及时支护确保安全这种支护为初期支护。

若围岩完全不能自稳，表现为随挖随坍，甚至不挖即坍，则须先支护后开挖，称为超前支护。

初期支护和二次衬砌构成复合式衬砌，共同承担围岩压力，其中初期支护是主要的受力结构，在施工中特别重要，支护仅仅是使围岩稳定的手段，隧道的稳定和安全使用才是真正的目的。

新奥法施工的锚喷支护类型有：锚杆、钢筋网、喷混凝土、钢架支撑等，可根据地质状况及断面大小，采用一种支护手段或多种支护手段联合对围岩进行支护。

喷锚支护具有支护及时，与围岩结合紧密，具有一定的揉性，能有效的控制围岩变形和提高自承能力的特点，它既是施工支护，又是永久支护的一部分，作业施工速度快，又安全可靠。

但是，如果施工质量不佳，反而会给人们造成虚假的安全感，导致事故的发生。

故施工时，必须达到设计要求的参数、质量标准，方可保证施工安全。

1、锚喷支护的特点
1）灵活性。

多种支护形式可单独使用，也可组合使用，其组合形式和支护参数可以根据围岩的稳定状态，施工方法和进度、隧道形状和尺寸等加以选择和调整。

2）及时性。

锚喷支护能在施作后迅速发挥其对围岩的支护作业。

3）密贴性。

喷射混凝土能与坑道边的围岩全面、紧密地粘结，抵抗岩体之间沿节理的剪切和张裂。

填补了洞壁的凹穴，使洞壁变的圆顺，减少应力集中。

4）深入性。

锚杆能深入围岩体内部一定深度，对围岩起约束作用，形成锚固区。

5）柔性。

锚喷支护属于柔性支护，它可以较便利地调节围岩变形，允许围岩作有小的变形，以发挥围岩的自承能力。

当变形小于0.2mm/d，才可以进行二衬。

6）封闭性。

喷混凝土能全面及时封闭围岩，及时有效阻止围岩变形，使围岩较早地进入变形收敛状态。

2、锚喷支护的种类
1）锚杆的施工
（1）锚杆：锚杆有钢筋灌浆锚杆、树脂锚杆、楔缝锚杆、缝管式锚杆，及近几年发展起来的注浆锚杆。

钢筋灌浆锚杆是隧道最常用的锚杆，采用普通水泥砂浆作为粘结剂，近几年为了方便施工，已经采用锚固剂早强药包逐渐代替水泥砂浆，其凝固速度快，可以及时提供锚杆锚固强度。

楔缝锚杆是属于端头锚固锚杆，通过锚杆体的端头和锚杆孔壁摩擦提供锚固力。

锚杆一般用φ16～22mm普通螺纹钢制作。

在施工中锚杆应尽量垂直岩面，并按梅花形布置。

安置锚杆前，应清除杆上油污锈蚀，并将孔吹干净；灌浆（注锚）必须饱满，楔缝和缝管式锚杆必须楔紧。

楔缝锚杆、缝管式锚杆安装后要经常检查，发现托板松动要再次紧固。

楔缝锚杆、缝管式锚杆钻孔前岩面应整平，否则应使用特制的楔形调整板，使托板密贴岩面。