隧道施工文献综述

隧道施工综述

摘要：

我国隧道建设已经进有100多年的历史，对于不同的地质的隧道有着许多不同的施工方法，施工方法了决定隧道的质量，以及其使用年限，同样的，正确的施工方法还可以极大的减少围岩压力，节约工期以及节约造价等等[3]。

第1章前言

伴随着21世纪世界科学、技术、经济的发展，交通运输、水利、水电、采掘，特别是城市地下交通及空间利用等，对隧道工程在数量和难度上提出了更高的要求。大规模的地下工程建设促进了隧道修建技术的进步。大量的锚喷支护工程实践和岩石力学的迅速发展，导致了现代支护理论的建立，在此基础上出现了新奥法、挪威法、浅埋暗挖法等更有效的施工方法；用现代技术装备的掘进机和盾构能够适应从坚硬岩层到软弱含水地层的各种掘进条件，其可靠性、耐久性、机动性及掘进的高速度，使其在隧道工程施工中得到日益广泛的应用；冲击钻头改进及全液压钻孔台车的出现，大能力装渣、运渣设备的开发，新型爆破器材的研制及爆破技术的完善，改善围岩条件及支护技术的进步等，极大地改良了施工环境和提高了掘进速度，便钻孔爆破法的掘进技术得到更新；水底沉埋隧道施工技术的发展为穿越江河、海湾提供了新的有效手段。1984年建成的日本横跨津轻海峡的青函隧道（长53.85KM）和1991年建成的英法海峡隧道（长50.50KM），无论从工程规模、复杂性，还是在应用新技术方面，都代表着20世纪世界隧道施工的水平[2]。

第2章主题

2.1 我国隧道施工水平

我国隧道工程建设历史悠久，但在1949年以前，隧道规模较小，修建技术也比较落后。中华人民共和国建立后，随着各项建设事业的发展，修建了大量的隧道工程，施工技术也有了很大提高。目前我国隧道工程矿山法施工中已较普遍的采用了新奥法；岩石中隧道施工除采用钻爆法掘进外，也已开始采用掘进机施工；城市等浅埋隧道明挖或盖挖法施工中开始使用了地下连续墙，暗挖时采用的盾构法及浅埋暗挖法已具有较高的技术水平。1995年开始修建的秦岭特长隧道（长19.45KM）将在我国隧道修建技术上取得新的突破。20世纪后半期隧道修建技术与现代化管理方法的发展，为今后我国修建长大隧道及克服各种困难条件的隧道工程奠定了基础[4]。

2.2山岭隧道施工方法

山岭隧道施工方法{矿山法（钻爆法）{

传统矿山法

新奥法

掘进机法

2.2.1矿山法

暗挖法的一种，主要用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。因借鉴矿山开拓巷道的方法，故名。用矿山法施工时，将整个断面分部开挖至设计轮廓，并随之修筑衬砌。当地层松软时，则可采用简便挖掘机具进行，并根据围岩稳定程度，在需要时应边开挖边支护[6]。分部开挖时，断面上最先开挖导坑，再由导坑向断面设计轮廓进行扩大开挖。分部开挖主要是为了减少对围岩的扰动，分部的大小和多少视地质条件、隧道断面尺寸、支护类型而定。在坚实、整体的岩层中，对中、小断面的隧道，可不分部而将全断面一次开挖。如遇松软、破碎地层，须分部开挖，并配合开挖及时设置临时支撑，以防止土石坍塌。

喷锚支护的出现，使分部数目得以减少，并进而发展成新奥法。

对于新奥法，新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行全断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用[3]。

2.2.2掘进机法

隧道掘进机包含盾构和TBM，一般来说，在欧洲，盾构也称为TBM；但在日本和我国，习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为盾构，将用于岩石地层的隧道掘进机称为TBM[5]。其实，TBM就是隧道掘进机的英文“Tunnel Boring Machine”的缩写，但通常定义中的TBM是指全断面岩石隧道掘进机，是以岩石地层为掘进对象，它与盾构的主要区别就是不具备泥水压、土压等维护掌子面稳定的功能。而盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆三大要素组成。其中开挖面的稳定方法是盾构工作原理的主要方面，也是盾构区别于TBM的主要方面。国内全断面TBM的研究开发始于1964年。由上海勘测设计院机械设计室、北京水电学院机电系分别进行方案设计。1965年，TBM的研制列入国家重点科研项目，当时的水电部抽调技术力量，以上海勘测设计院机械设计室为主，集中在上海水工机械厂进行现场设计，1966年制造出了1台直径Æ3.5m的全断面TBM，先后在云南下关的西洱河水电站引水隧道进行工业性试验，开挖地质为花岗片麻岩、及石灰岩，抗压强度为100～240MPa。最高月进尺为48.5m。

2.3浅埋及软土隧道施工方法

浅埋及软土隧道施工方法包括：明挖法，盖挖法，浅埋暗挖法和盾构法。

明挖法【open cut method】指的是先将隧道部位的岩（土）体全部挖除，然后修建洞身、洞门，再进行回填的施工方法。明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。其缺点

是对周围环境的影响较大[7]。

盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。

浅埋暗挖法沿用新奥法基本原理，初次支护按承担全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。应用浅埋暗挖法设计、施工时，同时采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩的自承能力；并采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不塌方、少沉降、安全施工等，并形成多种综合配套技术。具有造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点。

2.4水底隧道施工方法

水底隧道：沉管法和盾构法

这里主要讲沉管法，沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水底建筑隧道的一种施工方法。其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙密封后滑移下水（或在坞内放水），使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。定位后，向管段内加载，使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用块石覆盖，以保安全。水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有较多的优点。50年代起，由于水下连接等关键性技术的突破而普遍采用，现已成为水底隧道的主要施工方法。采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾构法施工具有较多优点[5]。主要有：①容易保证隧道施工质量。因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施；管段较长，接缝很少，漏水机会大为减少，而且采用水力压接法可以实现接缝不漏水。

②工程造价较低。因水下挖土单价比河底下挖土低；管段的整体制作，浮运费用比制造、运送大量的管片低得多；又因接缝少而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低[9]。③在隧道现场的施工期短。因预制管段（包括修筑临时干坞）等大量工作均不在现场进行。④操作条件好、施工安全。因除极少量水下作业外，基本上无地下作业，更