隧道施工技术2014.9.10 (1)

隧道工程施工介绍
2015年 哈尔滨
PS也是一项很重要的技能。 尽可能的向一专多能型转变。
目
录
一、隧道概述 二、隧道构造 三、隧道的主要施工方法 四、铁路大断面隧道开挖工法 五、隧道机械化施工技术
一、隧道概述 1、什么是隧道？ 隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交 通隧道，水工隧道，市政隧道，矿山隧道。 注：什么是建筑物和什么是构筑物，简单的识别方法为就人可以进去活动的就为建 筑物，人不可以进去活动的就为构筑物。 2、隧道的分类 （1）按照隧道所处的地质条件分类：分为土质隧道和石质隧道。 （2）按照隧道的长度分类：分为短隧道（铁路隧道规定：L≤500m；公路隧道规定：L ≤500m）、中长隧道（铁路隧道规定：500＜L≤3000m；公路隧道规定500＜L＜1000m）、 长隧道（铁路隧道规定：3000＜L≤10000m；公路隧道规定1000≤L≤3000m）和特长隧道 （铁路隧道规定：L＞10000m；公路隧道规定：L＞3000m）。 （3）按照国际隧道协会（ITA）定义的隧道的横断面积的大小划分标准分类： 分为极小断面隧道（2～3㎡）、小断面隧道（3～10㎡）、中等断面隧道（10～50㎡）、 大断面隧道（50～100㎡）和特大断面隧道（大于100㎡）。 （4）按照隧道所在的位置分类：分为山岭隧道、水底隧道和城市隧道。 （5）按照隧道埋置的深度分类：分为浅埋隧道和深埋隧道。 （6）按照隧道的用途分类：分为交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿山隧道。 注：隧道分类与施工方法分类的区别。
二、隧道构造 隧道结构构造，由主体构造物和附属构造物两大类组成。主体构造物通常指洞身、衬 砌和洞门构造物，附属构造物是主体构造物以外的其他建筑物，是为了运营管理、维修 养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通信、安全等而修建的构造物。 1、洞门类型及构造 （1）洞门类型:为了保护岩(土)体的稳定和使车辆不受崩塌、落石等威胁，确保行车 安全，应该根据实际情况，选择恰当合理的洞门形式，修筑洞门，并对边、仰坡进行适宜 的护坡。洞门类型有:端墙式洞门、翼墙式洞门、缓冲式、帽沿斜切式、台阶式洞门、削 竹式洞门等。
②防水层施工
③二次衬砌施工
隧道施工的风、水、电
（5）隧道施工预支护技术（铺助措施） 隧道施工过程中，当遇到软弱破碎围岩时，其自支护能力是比较弱的，经常采用的预支 护措施有超前锚杆、插板、或小钢管;管棚;超前小导管注浆;开挖工作面及围岩预注浆等。 上述措施的选用应视围岩条件、涌水状况、施工方法、环境要求等情况而定，经过充分的 技术经济比较，选用其中一种或几种措施进行治理。 ①超前锚杆施工技术要点 超前锚杆主要适用于地下水较少的软弱破碎围岩的隧道工程中，如土砂质地层、弱膨 胀性地层、流变性较小的地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带、浅理无显著偏压的隧道等， 也适宜于采用中小型机械施工。 此法的要点是开挖掘进前，在开挖面顶部一定范围内，沿坑道设计轮廓线，向岩体内 打人一排纵向锚杆(或型钢，或小钢管)，以形成一道顶部加固的岩石棚，在此棚保护下进 行开挖等作业，至一定距离后(在尚未开挖的岩体中必须保留一定的超前长度)，重复上述 步骤，如此循环前进。 超前锚杆宜采用早强砂浆锚杆，锚杆可用不小于X22的螺纹钢筋。其超前量、环向间距、 外插角等参数应视具体的施工条件而定。
②超前小导管注浆施工技术要点 超前小导管注浆不仅适用于一般软弱破碎围岩，也适用于地下水丰富的松软围岩。但超 前小导管注浆对围岩加固的范围和强度是有限的，在围岩条件特别差而变形又严格控制的 隧道施工中，超前小导管注浆常常作为一项主要的辅助措施，与管棚结合起来加固围岩。 自进式注浆锚杆(又称迈式锚杆)是将超前锚杆与超前小导管注浆相结合一种超前措施。 它是在小导管的前端安装了一次性钻头，从而将钻孔和顶管同时完成，缩短了导管的安装 时间，尤其适用于钻孔易坍塌的地层。
5、土石可挖性分级 根据《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB 50307－1999）附录B，土、 石可挖性分级如下： （1）Ⅱ级、普通土 包括主要成分为黏性土的①1素填土，即开挖时，部分用镐刨松，再用铁锹挖，以脚 连蹬数次才能挖动的，机械需部分刨松方能直接铲挖满载或可直接铲挖，但不能满载。 （2）Ⅲ级、硬土 包括主要成分为碎石的①1素填土、花岗岩残积土⑦1砾质黏性土和风化成土状的⑧1全 风化花岗岩，即开挖时，必须用镐整个刨过，才能用铁锹挖，机械需普遍刨松或部分爆碎 方能铲挖满载。 （3） Ⅳ级、软石 包括土夹碎石状、碎块状的⑧2强风化花岗岩，即开挖时，用撬棍或十字镐及大锤开 挖，部分用爆破法开挖。 （4）Ⅴ级、次坚石 ⑧3中等风化花岗岩，用爆破法开挖。 （5）Ⅵ级、坚石 包括⑧4微风化花岗岩，用爆破法开挖。
（3）洞身类型及构造 ①洞身类型:按隧道断面形状分为曲墙式、直墙式和连源自文库式等。
②洞身构造:分为一次衬砌和二次衬砌、防排水构造、内装饰、顶棚及路面等。 （4）隧道施工的主要工序 隧道施工的主要施工工序包括开挖、初支、防排水、二衬施工、仰拱回填、隧道附 属等。
①隧道开挖
②初期支护
三、常用的隧道施工方法
1.新奥法:是新奥地利隧道施工方法的简称，它是奥地利学者在长期从事隧道施工实践 中，从岩石力学的观点出发而提出的一种合理的施工方法。新奥法是应用岩体力学理论， 以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时进行 支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的 量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。新奥法施工方法包括全断 面法、台阶法、环形开挖留核心土法、中隔墙法(简称CD法)和交叉中隔墙法(简称CRD法)、 双侧壁导坑法。 2.传统的矿山法:是采用钻爆法开挖和钢木构件支撑的施工方法。目前公路隧道已很 少采用。 3.隧道掘进机法:是装置有破碎岩石的刀具，采用机械破碎岩石的方法开挖隧道，并 将破碎的石碴传送出机外的一种开挖与出碴联合作业的掘进机械，能连续掘进。 4.盾构法(CShield):是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别 是河底、海底，以及城市中心区修建隧道的一种机械。在它的掩护下，头部可以安全地开 挖地层，一次掘进相当于装配式衬砌一环的宽度。尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地 拼装成隧道永久衬砌，并将衬砌与土层之间的空隙用水泥压浆填实，防止周围地层的继续 变形和围岩压力的增长。 5.明挖法:是指挖开地面，由上向下开挖上石方至设计标高后，自基底由下向上顺作 施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。
6.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，也可逆作。 7.浅埋暗挖法:是参考新奥法的基本原理，开挖中采用多种辅助施工措施加固围岩， 充分调动围岩的自承能力，开挖后即时支护，封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支 护体系，有效地抑制围岩过大变形的一种综合施工技术。 注：浅埋暗挖法理论源于新奥法，但强调预支护、及时支护、强支护，控制地面沉降和 围岩变形，保证施工和地面地下建(构）筑物的安全。 浅埋暗挖的条件：无水或极少水条件下作业，开挖后围岩有一定的自稳时间
围岩： 建设工程通常将工程影响范围内的岩石 综合体称为工程岩体。工程岩体有地基岩体、边坡岩体和地下工程围岩 三类。地下工程围岩是指地下隧道、竖井、地铁、厂房、储库、车库、车站、商场等地下工程 的边壁周围的岩体， 简称围岩。
注：隧道围岩是分级而不是分类。
4、铁路围岩分级 根据《铁路隧道设计规范》（TB 10003－2005）附录A，本场地隧道围岩基本分级 如下： （1）Ⅱ级围岩：⑧4微风化花岗岩，岩质较新鲜坚硬，较完整，暴露时间长，可能会 出现局部小坍塌，侧壁稳定，层间结合差的平缓岩层，顶板易塌落。 （2）Ⅲ级围岩：⑧3中等风化花岗岩，较破碎，开挖后无支护时可产生小坍塌，侧壁 基本稳定，爆破震动过大易坍塌。 （3）Ⅳ级围岩：⑧2强风化花岗岩，破碎，开挖后无支护时可产生坍塌，侧壁有时失 去稳定。 （4 ）Ⅴ级围岩：包括残积⑦1砾质黏性土及⑧1全风化花岗岩，开挖后易坍塌，处理不 当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌。 （5）Ⅵ级围岩 包括人工填土①1、可塑④5粉质黏土，隧道开挖后围岩极易坍塌，有水时土、砂常和 水一齐涌出，隧道浅埋时易坍塌至地表。 注：围岩受地下水影响时，围岩级别应进行分级修正；Ⅲ~Ⅳ类围岩在软弱面集中地 段，可根据具体情况和施工条件适当降低围岩分类。
端墙式 翼墙式
削竹式洞门
台阶式洞门
（2）明洞类型及构造 1）明洞类型:洞顶覆盖层较薄，难以用暗挖法建隧道时，隧道洞口或路堑地段受塌 方、落石、泥石流、雪害等危害时，道路之间或道路与铁路之间形成立体交叉，但又不宜 做立交桥时，通常应设置明洞。明洞主要分为拱式明洞和棚式明洞两大类。 2）明洞构造: ①拱式明洞。拱式明洞主要由顶拱和内外边墙组成混凝土或钢筋混凝土结构，整体 性较好，能承受较大的垂直压力和侧压力。内外墙基础相对位移对内力影响较大，所以对 地基要求较高，尤其外墙基础必须稳固。必要时还可加设仰拱。通常用作洞口接长衬砌的 明洞，以及用明洞抵抗较大的塌方推力、范围有限的滑坡下滑力和支撑边坡稳定等。 ②棚式明洞。受地形、地质条件限制，难以修建拱式明洞时，边坡有小量塌落掉 块，侧压力较小时，可以采用棚式明洞，棚式明洞由顶盖和内外边墙组成。顶盖通常为梁 式结构。内边墙一般采用重力式结构，并应置于基岩或稳固的地基上。当岩层坚实完整， 干燥无水或少水时，为减少开挖和节约坛工，可采用锚杆式内边墙。外边墙可以采用墙 式、刚架式、柱式结构。
③管棚施工技术要点 管棚主要适用于围岩压力来得快、来得大，用于对围岩变形及地表下沉有较严格限制 要求的软弱破碎围岩隧道工程中。如土砂质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发 育的岩体、断层破碎带、浅埋有显著偏压等围岩的隧道中。此外，在一般无胶结的土及砂 质围岩中，可采用插板封闭较为有效;在地下水较多时，则可利用钢管注浆堵水和加固 围岩。 管棚的配置、形状、施工范围、管棚间隔及断面等应根据地质条件、周边环境、隧道开 挖断面、埋深以及开挖方法等因素来决定。 短管棚(长度小于lOm的小钢管)一次超前量小，基本上与开挖作业交替进行，占用循环 时间较大，但钻孔安装或顶人安装较容易。 长管棚(长度为IO^-45m，直径较粗的钢管)一次超前量大，单次钻孔或打人长钢管的作 业时间较长，但减少了安装钢管的次数，减少了与开挖作业之间的干扰。 钻孔时如出现卡钻或塌孔，应注浆后再钻，有些土质地层则可直接将钢管顶人。
3、公路隧道围岩分级 隧道围岩分级是设计、施工的基础。施工方法的选择、衬砌结构类型及尺寸的确定、 隧道施工劳动定额、材料消耗标准的制定都要以围岩分级作为主要依据。 1）隧道围岩分级的综合评判方法宜采用两步分级，并按以下顺序进行: (1)根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本 质量指标BQ，综合进行初步分级。 (2)对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级的基础上考虑修正因素的影响， 修正岩体基本质量指标值。按修正后的岩体基本质量指标BQ，结合岩体的定性特征综合 评判、确定围岩的详细分级。 2）围岩分级中岩石坚硬程度、岩体完整程度两个基本因素的定性划分和定量指标及 其对应关系应符合有关规定。 3）围岩详细定级时，如遇下列情况之一，应对岩体基本质量指标BQ进行修正: (1)有地下水; (2)围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用; (3)存在高初始应力。 注：围岩名称由来及分级。
④预注浆加固围岩施工技术要点 预注浆方法是在掌子面前方的围岩中将浆液注人，从而提高了地层的强度、稳定性和 抗渗性，形成了较大范围的筒状封闭加固区，然后在其范围内进行开挖作业。 预注浆一般可超前开挖面30-50m，可以形成有相当厚度的和较长区段的筒状加固区， 从而使得堵水的效果更好，也使得注浆作业的次数减少，它更适用于有压地下水及地下水 丰富的地层中，也更适用于采用大中型机械化施工。 预注浆加固围岩有洞内超前注浆、地表超前注浆和平导超前注浆三种方式。对于浅埋 隧道，可以从地表向隧道所在区域打辐射状或平行状钻孔注浆;对于深埋长大隧道，可设 置平行导坑，由平行导坑向正洞所在区域钻孔注浆。