隧道工程施工工艺

隧道工程施工工艺
•简介：隧道工程施工工艺．要紧内容包含：总体方案（施工原则；施工布置；总体方案）；隧道施工测量操纵（地表平面操纵；洞口联系测量；测量方法及措施；隧
道贯穿误差的调整）；洞口工程等．
一、总体方案
（一）施工原则
使用大型施工机械配套施工，开挖出渣机械配套作业线、初期支护砼机械配套作业线与二次衬砌砼施工作业线相配合一条龙作业。

软弱围岩坚持“短进尺、弱（不）爆破、快封闭、强支护、紧衬砌”的原则，开挖后仰拱及时跟上封闭成环。

施工中进行超前地质预报，使用先进的量测探测技术对围岩提早做出推断，拟定相应的施工方案。

（二）施工布置
隧道根据施工现场场面状况，使用单向掘进，隧道进口布置一个隧道专业机械化施工队。

洞内施工开挖、出渣初期支护与二次衬砌模筑砼平行作业。

隧道路面待贯穿后从洞口反向施工。

根据地形地貌及工期要求，本隧道不设施工支洞。

（三）总体方案
二、隧道施工测量操纵
为保证隧道贯穿精度，拟定如下测量操纵方案：
1、地表平面操纵
（1）为保证洞口投点的相对精度，平面操纵网根据设计提供的操纵点与实地地形情况布设精密操纵网，并保证洞口邻近有二个或者二个以上的精密操纵网点。

（2）地表操纵网通过多次复测，复测无误后方可引线进洞的测量工作。

2、洞口联系测量
为保证地面操纵测量精度很好地传递到洞内，使用如下洞口操纵测量方案：
（1）在洞口仰坡完成及洞口施工至设计标高后，在洞口埋设二个稳固的导线操纵点。

（2）洞口邻近在基础稳固处埋设2～4个水准点，与地表水准操纵网级网观测及平差计算，以便于隧道进洞水准测量。

3、测量方法及措施
（1）地表平面操纵测量选用全站仪施测，建立四等导线操纵网，并把隧道中线与横向轴线纳入操纵网内以保证放样精度。

（2）高程操纵按四等网施测，用自动按平水准仪施测，精度至毫米。

（3）洞内操纵测量与地表操纵测量按同等精度建网，施工中线测量使用全站仪。

（4）具体要点：
A、项目部测量组负责地表平面操纵测量、高程操纵测量与洞内引线操纵测量，提供正确的进洞方位与高程点。

施工队对提供的测量成果与桩以复核无误后方可使用，并负责中线、高程测量。

中线测量在隧道每掘进20米，衬砌每10米时各进行一次，隧道每延伸100时建导线网稞一次。

B、测量作业需按《测规》要求，原始记录齐全，测量资料整洁无误，各类计算工作务必两人独立进行，参照无误后方可进行下一步工作。

C、所使用仪器，钢卷尺按规定定期送检。

D、测量组需保管好各类测量桩，包桩时注明桩号，以防女士毁坏或者用错桩。

4、隧道贯穿误差的调整
（1）为保证隧道准确贯穿，根据测量规则制定同意误差标准：横向同意误差±100mm，高程同意±50mm。

（2）隧道测量除在测量设计中对贯穿误差限差进行设计外，还应在施工测量中认真认真，加强复核，并经常与出口联测，确保隧道施工的贯穿精度。

（3）当贯穿误差较小时，可按原设计资料进行衬砌，并在未衬砌的100m地段内调整，消除贯穿误差的影响，保证衬砌断面圆顺过渡。

三、洞口工程
隧道洞口各项工程应通盘考虑，妥善安排，尽快完成，为隧道洞身施工制造条件。

在洞口开挖、隧道进洞之前，由于洞口地质条件相对较差，先进行仰坡加固处理及做好洞顶截水
沟，再进行洞口开挖、明洞施工、洞门、挡墙、排水系统等洞门附属工程施工。

在洞内施工前，先修建好洞门及洞口外墚墙，以确保洞口边仰坡的稳固。

（1）洞口仰坡加固处理
（2）洞口开挖
隧道施工便道修至洞口邻近后，近洞口侧60M范围内及两洞口中间地带，用装载机辅以挖掘机整平压实，修建供风、供水、供电设施，并用作材料存放场地与机械停放场地。

隧道洞口地质条件较差，因此施工时保证洞口边仰坡的稳固是洞口安全施工的基本原则。

根据洞口的实际情况，先作好防排水，按设计图与实际地形，修筑洞顶截水沟，并与原有排水系统妥善连接，使之形成完整的排水系统，防止地表水流入施工场地范围内，保持路基洞口边坡稳固、安全。

洞口边、仰坡开挖施工时，按设计图放出中线与开挖边线，清除开挖面上的松渣与其它杂物，自上而下使用挖掘机配合人工进行开挖，严禁上下垂直作业，自卸汽车运渣至弃渣场。

为确保边坡的平顺与稳固，尽是避免超、欠挖与对边坡的过大扰动，如需爆破开挖，使用操纵爆破，严格操纵爆破参数。

边仰坡开挖后，按设计要求及时进行防护。

隧道工程
隧道是修建在地下或者水下并铺设铁路供机车动车辆通行的建筑物。

根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道与城市隧道三大类。

为缩短距离与避免大坡道而从山岭或者丘陵下穿越的称之山岭隧道；为穿越河流或者海峡而从河下或者海底通过的称之水下隧道；为习惯铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称之城市隧道。

这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。

隧道的勘测、设计、贯穿操纵测量与施工等工作。

中国于1887～1889年在台湾省台北至基隆窄轨铁路上修建的狮球岭隧道，是中国的第一座铁路隧道,长261米。

此后，又在京汉、中东、正太等铁路修建了一些隧道。

京张铁路关沟段修建的4座隧道,是用中国自己技术力量修建的第一批铁路隧道。

其中最长的八达岭铁路隧道长为1091米，于1908年建成。

中国在1950年往常，仅建成标准轨距铁路隧道238座,总延长89公里。

自20世纪50年代以来，隧道修建
数量大幅度增加，1950～1984年期间共建成标准轨距铁路隧道4247座，总延长20 14.5公里，成为世界上铁路隧道最多的国家之一。

中国标准轨距铁路隧道修建数量如表1[ 中国标准轨距铁路隧道修建数量]。

此外，中国还建有窄轨距铁路隧道191座,总延长23公里。

截至1984年,中国共建成5公里以上长隧道10座（表2[中国5公里以上的铁路隧道]），最长者为京原铁路的驿马岭铁路隧道，长7032米。

现正在施工的京广铁路衡韶段大瑶山双线隧道，长14.3公里。

中国最高的铁路隧道是青藏铁路关角铁路隧道,长4010米,海拔3690米。

(见彩图[大瑶山铁路隧道施工]) 中国铁路隧道约有半数以上分布在川、陕、云、贵4省。

成昆、襄渝两条铁路干线隧道总延长分别为342及282公里，占线路总长的比率分别为31.6％与34.3％。

隧道勘测为确定隧道位置、施工方法与支护、衬砌类型等技术方案，对隧道地处范围内的地形、地质状况，与对地下水的分布与水量等水文情况要进行勘测。

在隧道勘测与开挖过程中，须熟悉围岩的类别。

围岩是隧道开挖后对隧道稳固性有影响的周边岩体。

围岩分类是依次说明周围岩石的综合强度。

中国在1975年制定的铁路隧道工程技术规范中将围岩分为6类。

关于岩石分类70年代往常常用泰沙基及普氏等岩石分类方法。

70年代以后在国际上应用较广并为国际岩石力学学会推荐的为巴顿等各类分级系统。

此外，还有日本以弹性波速为主的分类法。

围岩的类别的确定，为隧道工程设计合理与施工顺利提供了根据。

隧道设计包含隧道选线、纵断面设计、横断面设计、辅助坑道设计等。

选线根据线路标准、地形、地质等条件选定隧道位置与长度。

选线应作多种方案的比较。

长隧道要考虑辅助坑道与运营通风的设置。

洞口位置的选择要根据地质情况。

考虑边坡与仰坡的稳固，避免塌方。

纵断面设计沿隧道中线的纵向坡度要服从线路设计的限制坡度。

因隧道内湿度大，轮轨间粘着系数减小，列车空气阻力增大，因此在较长隧道内纵向坡度应加以折减。

纵坡形状以单坡与人字坡居多，单坡有利于争取高程，人字坡便于施工排水与出碴。

为利于排水，最小纵坡通常为2‰～3‰。

横断面设计隧道横断面即衬砌内轮廓，是根据不侵入隧道建筑限界而制定的。

中国隧道建筑限界分为蒸汽及内燃机车牵引区段、电力机车牵引区段两种，这两种又各分为单线断面与双线断面。

衬砌内轮廓通常由单心圆或者三心圆形成的拱部与直边墙或者曲边墙所构成。

在地质松软地带另加仰拱。

单线隧道轨面以上内轮廓面积约为27～32平方米，双线约为58～67平方米。

在曲线地段由于外轨超高车辆倾斜等因素，断面须适当加大。

电气化铁路隧道因悬挂接触网等应提高内轮廓高度。

中、美、苏三国所用轮廓尺寸为：单线隧道高度约为 6.6～7.0米、宽度约为4.9～5.6米；双线隧道高度约为7.2～8.0米，宽度约为8.8～10.6米。

在双线铁路修建两座单线隧道时,其中线间距离须考虑地层压力分布的影响,石质隧道约为20～25米，土质隧道应适当加宽。

辅助坑道设计辅助坑道有斜井、竖井、平行导坑及横洞四种。

斜井是在中线邻近的山上有利地点开凿的斜向正洞的坑道。

斜井倾角通常在18°～27°之间，使用卷扬机提升。

斜井断面通常为长方形,面积约为8～14平方米。

竖井是由山顶中线邻近
垂直开挖的坑道，通向正洞。

其平面位置可在铁路中线上或者在中线的一侧（距中线约20米）。

竖井断面多为圆形，内径约为4.5～6.0米。

平行导坑是距隧道中线17～25米开挖的平行小坑道，以斜向通道与隧道连接，亦可作将来扩建为第二线的导洞。

中国自1957年修建川黔铁路凉风垭铁路隧道使用平行导坑以来,在58座长3公里以上的隧道中约有80％修建了平行导坑。

横洞是在傍山隧道靠河谷一侧地形有利之处开发的小断面坑道。

此外，隧道设计还包含洞门设计，与开挖方法与衬砌类型的选择等。

隧道贯穿操纵测量隧道测量是为了保证测量的中线与高程在隧道贯穿面处的偏差不超出规定的限值。

中线平面操纵长隧道以往多用三角网，短隧道多用导线法，借以操纵中线的偏差。

自50年代以来，中国在1公里以上长度的隧道测量中使用导线法也能操纵隧道的贯穿误差。

光电测距仪的出现与进展，解决了量距的困难。

山岭隧道洞外及洞内都使用主副闭合导线法，即在主导线上测角并用光电测距仪量距，在副导线上只测角不量距。

由主副导线所构成的多边形，只平差其角度，不平差其长度。

这样主副导线法比三角网法简单有用，比单一导线法可靠。

中国大瑶山双线隧道即使用主副闭合导线法作为中线平面操纵。

在隧道进行中线测量往常，就要考虑将来隧道打通后的偏差数值。

根据隧道的长度与平面形状，在地形图上先行布置测点的位置与估计的贯穿点，并在平面图上量出必要的尺寸，再根据规范规定的极限误差试算出测角与量距的必要精度，然后进行测量。

这个过程叫做测量设计或者叫做隧道贯穿误差的估计4公里下列的隧道中线贯穿极限误差为±100毫米;4～8公里的隧道中线贯穿极限误差为±150毫米。

高程操纵短隧道应用普通水平仪，长隧道应用精密水平仪即能保证需要达到的精度。

高程贯穿极限误差为±50毫米。

隧道开挖开挖方法分为明挖法与暗挖法。

明挖法多用于浅埋隧道或者城市铁路隧道，而山岭铁路隧道多用暗挖法。

按开挖断面大小、位置分，有分部开挖法与全断面开挖法。

在石质岩层中使用钻爆法最为广泛，使用掘进机直接开挖也逐步推广。

在松软地质中使用盾构法开挖较多。

钻爆法在隧道岩面上钻眼，并装填炸药爆破，用全断面开挖或者分部开挖等将隧道开挖成型的施工方法。

钻爆法开挖作业程序包含钻孔、装药、爆破、通风、支护、装碴、运输等工序。

①钻孔：要先设计炮孔方案，然后按设计的炮孔位置、方向与深度严格钻孔。

单线隧道全断面开挖，使用钻孔台车配备中型凿岩机，钻孔深度约为 2.5～4.0米。

双线隧道全断面开挖使用大型凿岩台车配备重型凿岩机，钻孔深度可达5.0米。

炮孔直径约为4～5厘米。

炮孔分为掏槽孔（开发临空面）、掘进孔（保证进度）与周边孔（操纵轮廓）。

②装药：在掘进孔、掏槽孔与周边孔内装填炸药。

通常装填硝胺炸药，有的时候也用胶质炸药。

装填炸药率约为炮眼长度的60％～80％，周边孔的装药量要少些。

为缩短装药时间,可把硝胺炸药制成长的管状药卷,以便填入炮眼；也可利用特制的装药机械把细粒状药粉射入炮孔中。

③爆破：19世纪上半期往常用明火起爆。

1867年美国胡萨克铁路隧道开始使用电力起爆。

此后，电力起爆逐步推广。

在全断面掘进中，为了减低爆破对围岩的震动与破坏，并保证爆破的效果，多使用分时间阶段爆破的电雷管或者毫秒雷管起爆。

通常拱部使用光面爆破，边墙使用预裂爆破。

近期进展的非电引爆的导爆索应用日益广泛。

④施工通风：排出或者稀释爆破后产生的有害气体与由内燃机产生的氮氧化物及一氧化碳,同时排除烟尘,供给新鲜空气，借以保证隧道施工人员的安全与改善工作环境。

通风可分要紧系统与局部系统。

要紧系统可利用管道（直径通常为1～1.5米，也有更大的）或者巷道（平行导坑等），配以大型或者中型通风机；局部系统多用小型管道及小型通风机。

巷道通风多使用吸出式，将污浊空气吸出洞外，新鲜空气由正洞流入。

新鲜空气不易达到的工作面，须使用局部通风机补充压入。

⑤施工支护：隧道开挖务必及时支护，以减少围岩松动，防止塌方。

施工支护分为构件支撑与喷锚支护。

构件支撑通常有木料、金属、钢木混合构件等，现在使用钢支撑者逐步加多。

喷锚支护是20世纪50年代进展起来的一种支护方法，其特点是支护及时、稳固可靠，具有一定柔性，与围岩密贴，能给施工场地提供较大活动空间。

中国在一些老黄土隧道中应用喷锚支护也获得成功。

喷射混凝土工艺分为干喷与湿喷。

现多使用干喷法，马上干拌混凝土内掺入一定数量的速凝剂，用压缩空气将混凝土由管内喷出。

在喷口加水射到岩石面上，一次可喷3～5厘米厚度。

在喷射混凝土中掺入一些钢纤维，或者在岩面挂钢丝网可提高喷锚支护的强度。

钢锚杆安设在岩层面上的钻孔内,其长度与间距视围岩性质而定,通常长度为2～5米，通常用树胶与水泥浆沿杆体全长锚固。

在岩层较好地段仅喷混凝土即可得到足够的支护强度。

在围岩坚硬稳固的地段也可不加支撑。

在软弱围岩地段喷锚能够联合使用，锚杆应加长，以加强支护力。

⑥装碴与运输：在开挖作业中，装碴机可使用多种类型，如后翻式、装载式、扒斗式、蟹爪式与大铲斗内燃装载机等。

运输机车有内燃牵引车、电瓶车等，运输车辆有大斗车、槽式列车、梭式矿车及大型自卸汽车等。

运输线分有轨与无轨两种。

由钻孔直到出碴完毕称之一个开挖循环。

根据中国的经验，在单线全断面开挖中24小时能作两个循环，每个循环能进3.5米深度，每日单口进度可达7米。

然而在开挖中难免遇到断层或者松软石质与涌水等，不易保持每日的估计循环，因此每月单口实际进度多低于200米。

中国成昆线蜜蜂箐单线隧道单口最高月进度曾达到200米。

日本大清水双线隧道单口最高月进度曾达到160米。

开挖循环作业的特点是一个工序接一个工序务必逐项按时完成，否则前一工序推迟就会影响下一工序，因而拖长全部时间。

其中最要紧的工序为钻孔及出碴，所用时间占全部作业时间比例较大。

钻爆法开挖使用的方法有全断面开挖法与分部开挖法。

①全断面开挖法：一次开挖成型的方法。

通常使用带有凿岩机的台车钻孔，用毫
秒爆破，喷锚支护。

还要有大型装碴运输机械与通风设备。

全断面开挖法又演变为半断面法。

半断面法是弧形上半部领先，下半部隔一段距离施工。

②分部开挖法：先用小断面超前开挖导坑,然后,将导坑扩大到半断面或者全断面的开挖方法。

这种方法要紧优点是可使用轻型机械施工，多开工作面，各工序间拉开一定的安全距离。

缺点是工序多,有干扰,用人多。

根据导坑在隧道断面的位置分为：上导坑法、中央导坑法、下导坑法与由上下导坑互相配合的各类方法，另有把全断面纵向分为台阶进行开挖，而各层台阶距离较短的台阶法。

上导坑法适用于软弱岩层、衬砌顺序是先拱后墙，曾于1872～1881年为圣哥达隧道使用。

中国短隧道通常用这种方法。

中央导坑法是导坑开挖后向四周打辐射炮眼爆破出全断面或者先扩大上半部。

20世纪初美洲曾用这种方法，20年代美国新喀斯喀特隧道也用这种方法。

下导坑法即下导坑领先的方法。

其中包含：a.上下导坑法，利用领先的下导坑向上预打漏斗孔，便于开展上导坑等多工序平行作业。

衬砌顺序多用先拱后墙，遇围岩较好时亦可改为先墙后拱。

b.漏斗棚架法，适用于坚硬地层，下列导坑掘进领先，由下而上分层开挖，设棚架，先衬砌边墙后砌拱。

1961～1966年在中国成昆线关村坝铁路隧道应用,1964年复工后取得平均单口月成洞152米的进度。

c.蘑菇形法，同漏斗棚架法类似，也设棚架，但先衬砌拱部后砌边墙。

1971～1 973年在枝柳线彭莫山单线隧道应用,取得平均单口月成洞132米的进度。

d.侧壁导坑法，两个下导坑领先，环形开挖，最后挖掉中心土体，衬砌顺序为先墙后拱，多用于围岩很差的双线隧道。

也有使用上导坑领先及两个下导坑成品字形的。

更多有关题目：
全断面开挖法与分部开挖法是钻爆法开挖常用的方法，但隧道施工很复杂，经常遇到各类困难情况，如大断层、流沙、膨胀地层、溶洞、大量涌水等，尚需采取相应措施。

盾构法使用盾构作为施工机具的隧道施工方法。

1825年在伦敦泰晤士河水下隧道首先试用盾构，并获得成功。

此后，松软地质多使用盾构法开挖。

盾构是一种圆形钢结构开挖机械，其前端为切口环，中间为支撑环，后端为盾尾。

开挖时，切口环首先切入地层并能掩护工人安全地工作;支撑环是承受荷载的要紧部分,其中安设多台推进盾构的千斤顶及其他机械；盾尾随着上述两部分前进，保护工人安装铸铁管片或者钢筋混凝土管片。

盾构法适用于松软地层，施工安全，对地层扰动少，操纵围岩周边准确，极少超挖。

日本丹那铁路隧道曾使用盾构法施工。

掘进机法在整个隧道断面上，用连续掘进的联动机施工的方法。

早在19世纪50年代初，美国胡萨克隧道就试用过掘进机，但未成功。

直到20世纪50年代以后才逐步进展起来。

掘进机是一种用强力切割地层的圆形钢结构机械，有多种类型。

普通型的掘进机的前端是一个金属圆盘，以强大的旋转与推进力驱动旋转，圆盘上装有数十把特制刀具，切割地层，圆盘周边装有若干铲斗将切割的碎石倾入皮带运输机，自后部运出。

机身中部有数对可伸缩的支撑机构，当刀具切割地层时，它先外伸撑紧在周围岩壁上，以平衡强大的扭矩与推力。

掘进机法的优点是对围岩扰动少,操纵断面准确，无超挖,速度快，操作人员少。

隧道衬砌隧道开挖后，为使围岩稳固，确保运营安全，需按一定轮廓尺寸建造一层具有足够强度的支护结构，这种隧道支护结构称之隧道衬砌。

常用的衬砌种类有就地灌注混凝土类、预制块拼装、喷锚或者单喷混凝土、复合式衬砌。

复合式衬砌是在喷锚或者单喷支护之后，再就地灌注一层混凝土，形成喷锚支护同混凝土衬砌结合的复合式衬砌结构。

如遇有水地段可在两层支护间加挂一层塑料板或者做其他防水层。

进展趋势在隧道工程中，喷锚支护有可能取代构件支撑。

喷锚支护的要紧优点是支护及时,安全可靠,并能大量节约木材与钢材。

欧洲一些国家在较弱地层的大断面爆破后，使用长锚杆结合喷混凝土做支护，已获得成功。

中国亦曾在老黄土隧道开挖中使用喷锚支护。

自喷锚支护进展后，对较弱岩层也可进行全断面开挖，以全断面开挖取代分部开挖。

在岩石地层中使用全断面开挖及喷混凝土衬砌，其质量好坏首先取决于光面爆破。

运用新奥法原理，考虑围岩自身承载能力，可在坑道爆破后尽早使用单喷或者喷锚作初期支护，随即连续量测位移，判定围岩基本稳固时间，再进行二次支护，这样能够建成较经济的衬砌结构。

现代高度竞争的地下采矿与隧道工程要求成本集约，安全开凿与岩石加固等程序步骤。

采矿的机器设备务必安全可靠，并紧密跟随工业持续提高的生产力与飞速进展的经济步伐。

掘进机开挖法正在不断研究改进，并生产出各类新机械,其应用有广阔前景。

液压凿岩机不断更新完善,使隧道开挖进度大大提高。

光电测量仪器与激光导向设备的使用，使长隧道施工精确程度有所提高。

目前，航空勘测、遥感技术、物探技术、岩层中应力应变的量测技术、电子计算机技术等的广泛应用，使隧道勘测设计技术水平也有很大提高。

精确爆破技术，水平钻探技术与预灌浆技术的不断提高，有可能提高隧道开挖过程的安全性，并能保证隧道工程的质量。

隧道的防水技术分析
常见隧道火灾报警系统比较
隧道火灾报警系统简介
火灾报警系统要紧是通过火灾探测器对物质燃烧过程中所产生的各类物理、化学变化进行检测，从而能够早期发现火情、减少火灾缺失、保护人民生命财产安全。

因此高速公路隧道火灾自动报警系统务必做到安全、可靠、先进，并具有高灵敏度与极低的误报率的特点。

公路隧道不一致于通常的房屋建筑，它有下列几个显著特性影响火灾检测的准确性：
公路隧道中有大量的汽车通行，特别是车队通过时，其排放的废气可使隧道内局部地段在短期内形成热浪；
当柴油车通过隧道上坡方向时．其排放的油烟可能在隧道内形成局部地段浓烟积聚；
由于隧道的“烟囱”效应，使得隧道内自然风速往往较大，从而导致火灾报警点随风漂移，并延长报警时间。

因此，隧道火灾自动报警系统的选择，应充分考虑隧道的以上特性，使用成熟稳固的技术与产品，综合考虑系统的可靠性、经济性与稳固性。

目前常用的隧道火灾自动探测器按检测原理可分为下列两类：
线性感温探测器，其要紧产品有：线性定温电缆、线性差定温电缆(热敏合金线)、分布式光纤探测器：另外还有空气管差温探测器，该产品由于技术落后，现已不使用。

点型感光探测器，其要紧产品是双波长火焰探测器、三波长火焰探测器；
近年来在云南省公路隧道火灾报警系统工程中，要紧选用的是火灾探测器包含线性差定温电缆(热敏合金线)、光纤与双波长火焰探测器三种，本文对这三种火灾报警系统进行了全方位比较，以供业内。

隧道火灾报警系统比较
线性差定温电缆(热敏合金线)
探测器通常使用热敏合金线制成，通过探测回路的阻抗变化，差温探测器能够适时检测到探测区域内的升温速率变化差定温探测器同时还能响应环境温度额定值，具有差温与定温双重报警功能。

线性差定温火灾监测报警系统能及时、准确地反映出隧道内火灾发生的地点，报警信号经火灾报警。