隧道工程之第六章 隧道施工方法

第六章隧道施工方法1、掌握新奥法理论；2、掌握辅助施工措施；3、掌握不良地质隧道的施工方法；施工方法：(1)矿山法（传统矿山法&新奥法NTAM）(2)明挖法(3)盖挖法(4)盾构法(5)掘进机法TBM（6）沉埋法ITM1、新奥法施工它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段；以喷锚支护为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法。

核心内容：充分保护、利用围岩的承载能力。

施工要点：控制爆破、锚喷支护和施工监测。

实施方法：设计、施工和检测三位一体的动态模式施工程序施工准备——制定施工方案——开挖——初期支护——量测监控——是否稳定——yes——防水隔离层——内层衬砌原则“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。

少扰动：扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。

早喷锚：控制围岩的变形。

紧封闭：采用喷锚支护，减少围岩暴露时间；适时对围岩施作封闭形支护。

基本要求围岩是隧道结构体系中的主要承载单元；为了充分发挥围岩的承载能力，应允许围岩有适当变形；隧道的几何形状：避免应力集中；采用复合衬砌；为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭结构；在各施工阶段应进行现场量测监视；防水措施：外层衬砌；两层衬砌间。

开挖方法全断面开挖、台阶开挖、分步开挖1全断面法——全断面一次开挖法按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。

适用条件⑴Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ级围岩；⑵大型施工机具(钻孔台车、模板台车等)；⑶经济性考虑：中长隧道（不应小于１km）。

机械化施工的关键-三条主要作业线：1开挖作业线钻孔台车、装药台车、大型装碴机与运载车…2锚喷作业线混凝土喷射机、喷射机械手、运输进料设施…3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…施工特点(1)工序少，管理方便；(2)工作空间大，便于大型机械化施工;(3)进度快～大型机械、爆破效果好；(4)对围岩扰动少～爆破1次；(5)要求地质条件较好。

注意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；问题：当前方的地质条件变差时怎么办？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。

2台阶法--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方法。

分为长台阶法；短台阶法；超短台阶法选择台阶长度的条件(1)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。

(2)施工机械的效率效率高，则可以缩短支护闭合时间，台阶可适当加长。

原则：希望初期支护尽快闭合。

围岩不好时，应以条件⑴为主；围岩较好时，应以条件⑵为主。

台阶法施工注意事项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；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；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。

施工工序(1) 长台阶法台阶长度L≥5B，B为洞室的宽度。

甚至可以上台阶先贯通，即为“半断面法”。

特点：进度快，仅次于全断面法。

适用于：I-III级围岩。

(2) 短台阶法台阶缩短：（1～1.5）B≤ L＜5B；特点：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。

适用于：Ⅳ、Ⅴ级围岩。

问题：台阶缩短对施工进度有何不利？答：上台阶存碴面积减小，往下台阶推碴次数增多。

解决办法：增加平行作业的时间，有利于加快进度。

如：皮带运输机；过渡坡道；钢结构跳板(仰拱先做)；石碴坡道(仰拱后做)采用短台阶法时应注意下列问题：①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。

②初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合；③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。

⑶超短台阶法---上台阶长度仅为3～5m。

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，交替作业。

适用于：软弱破碎围岩(Ⅴ、Ⅵ级围岩)，膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面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。

3）分部开挖法---大断面隧道，软弱破碎地层。

台阶分布开挖法（环形开挖留核心土法）；单侧壁导坑法；（导坑要闭合，增加材料用量）双侧壁导坑法；其他施工方法：中洞法；中隔墙法；交叉中隔墙法。

Q1双侧导坑的开挖是对开还是错开？为什么？答：应错开挖，避免在同一断面上同时开挖的总跨度过大。

一侧导坑引起的围岩应力重分布不影响另外一侧导坑为原则。

Q2. 双侧导坑尺寸如何确定？答：应满足施工要求，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3；断面接近椭圆形。

传统矿山法有：全断面法；台阶法；上下导坑先拱后墙法，等传统矿山法与新奥法比较2、辅助施工措施：对地层进行预支护或预加固。

预支护：预留核心土；超前锚杆；管棚，等。

预加固：地层注浆；地表锚喷加固。

预支护兼预加固：超前小导管注浆超前锚杆：形成超前于工作面的围岩加固棚适用于：土砂质地层、膨胀性地层、裂隙发育的岩体以及断层破碎带管棚特点：管径粗，应与钢拱架一起使用。

优点：在所有预支护措施中，管棚支护能力最强。

缺点：施工技术较复杂，造价较高。

超前小注浆导管特点：预支护+预加固，支护效果强于超前锚杆适用于：软弱破碎地层。

步骤：喷砼封闭开挖面；钻孔；插入小导管；导管注浆。

预注浆加固地层超前小导管注浆；超前长导管注浆；浅埋隧道段的地表注浆；由平行导坑内向正洞所在区域钻孔注浆，而采用得最多的仍是超前小导管注浆地表锚喷预加固目的：稳定边仰坡。

适用于：覆盖层薄的洞口地段或高大边仰坡的洞口地段。

类型：洞边仰坡喷锚、网喷锚3）不良地质隧道的施工方法特殊地质地段：膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、流沙、岩爆，瓦斯地层等。

施工注意:制订针对性强的施工方案。

施工总原则：先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进。

充分考虑采用预支护、预加固措施。

1膨胀土围岩的特性特点：⑴明显的塑性流变特性，开挖后塑性变形大。

⑵初期围岩变形大，且变形发展速度快。

⑶膨胀压力将使得围岩压力显著增加。

膨胀土围岩对隧道施工的危害：1围岩裂缝；2隧道下沉；3围岩鼓出(包括底鼓)、坍塌；4衬砌变形和破坏。

隧道在膨胀土围岩中的施工要点1加强观查与量测2合理选择施工方法：3短台阶或超短台阶法4单侧壁导坑法5环形开挖留核心土法6眼镜工法等隧道在膨胀土围岩中的基本施工原则施工基本原则：应尽量减少对围岩的扰动和防止水的浸湿。

注意两点：①尽量不用爆破，而是采用风镐、液压镐等开挖机械②尽可能缩短围岩暴露时间，及时支护膨胀土隧道的支护结构初期支护：网、锚、喷联合支护 or 喷射钢纤维混凝土(取消钢筋网) 辅助施工措施：超前锚杆 or 超前小导管注浆or 管棚、钢支撑等。

衬砌：必须设仰拱。

曲边墙。

2黄土黄土节理1在隧道开挖时，土体顺着节理张松或剪断。

2隧道顶部极易产生“塌顶”；3侧壁普遍出现掉土。

黄土冲沟地段隧道沿黄土冲沟或塬边(四边陡、顶上平的黄土高地)地段穿过，且覆盖较薄或偏压较大时，容易发生较大的坍塌或滑坡现象黄土溶洞隧道若在其上方，则有基础下沉的危害；隧道若在其下方，常有发生冒顶的危险；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黄土在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可顺利进行。

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。

黄土隧道的施工方法施工原则：“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”。

开挖方法：短、超短台阶法、环形开挖留核心法。

3溶洞溶洞对隧道施工的影响1溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；2溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理；3溶洞涌泥危及施工。

处理溶洞的方法：“引、堵、越、绕”四种引注意：遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。

方法：暗管、涵管或小桥等堵对象：已停止发育、跨径较小，无水的溶洞。

方法：混凝土、浆砌或干砌片石回填封闭越现象1：隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。

方法：加深该侧的边墙基础。

现象2：隧道底部遇有较大溶洞并有流水。

方法：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。

现象3：隧道边墙部位遇到较大、较深的溶洞，加深边墙基础困难。

方法：在边墙部位或隧底以下筑拱跨过绕若溶洞处理耗时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续隧道前方的施工,同时处理溶洞。

溶洞地段施工的注意事项1多作物探超前预报，如地质雷达。

2穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危石。

3严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动。

4岩爆防治措施⑴强化围岩出发点：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。

方法：锚喷加固、网锚喷联合、钢支撑网喷联合、注浆等。

⑵弱化围岩方法：往岩层中注水：可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。

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。

施工注意事项⑴超前地质预报：平导超前、地质雷达等。

⑵爆破方法：尽量采用能预先释放地应力的方法，如预裂爆破、切缝法等。

⑶缩短爆破进尺：要尽快闭合支护5高地温热源;火山热的热源or放射性元素裂变热的热源施工注意事项及措施事项1：洞内温度应满足相关规定，不要超过30℃。

措施：主要措施为通风和洒水。

事项2：防止高温地段的二衬开裂。

措施：(1) 宜采用高炉矿碴水泥(分离粉碎型水泥)。

(2) 用防水板和无纺布，将二衬与喷层隔离，可使二衬的收缩不受约束。

(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。

(4) 适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度。

6瓦斯隧道防止瓦斯事故的措施1应尽快闭合衬砌，故以全断面法或台阶法为优。

2加强通风是防止瓦斯爆炸最有效的措施。

3洞内瓦斯浓度必须控制在允许值。

4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。

5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。