公路工程施工技術(shù)之七隧道工程施工（36頁）

1、11 7.1 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造 7.2 公路隧道施工準備和施工測量 7.3 隧道施工方法第7章 隧道工程施工227.1 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造由主體構(gòu)造物和附屬構(gòu)造物兩大部分組成。 主體構(gòu)造物是為了保持巖體的穩(wěn)定和保證行車安全而修建的永久性人工建筑物，通常指洞身襯砌和洞口構(gòu)造物。洞身襯砌的平縱線形與橫斷面形狀通過道路隧道的幾何設(shè)計確定，襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計算決定。洞門的構(gòu)造型式由多方面的因素決定。 附屬構(gòu)造物是指主體構(gòu)造物以外的其它建筑物，是為了運營管理、維修養(yǎng)護、給水排水、供蓄發(fā)電、通風、照明、通訊、安全等而修建的構(gòu)造物。33 7.1.1 洞身襯砌 公路隧道的襯砌結(jié)構(gòu)

2、形式，主要是根據(jù)隧道所處的地形地質(zhì)條件，再結(jié)合其結(jié)構(gòu)受力的合理性、施工方法和施工技術(shù)水平等因素來確定的。常見的襯砌類型主要有以下幾種： 1.直墻式襯砌 2.曲墻式襯砌 3.噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復(fù)合式襯砌 4.偏壓襯砌 7.1 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造44 7.1.2 洞門 1.洞門類型（1）端墻式洞門 （2）翼墻式洞門 （3）環(huán)框式洞門 （4）遮光棚式洞門 上述基本型式外，還有一些變化型式，如端墻式用于傍山隧道時，端墻可為臺階式，根據(jù)需要還可以用柱式、直立式等。又如翼墻式的翼墻開度可隨地形變化，也可因地制宜設(shè)置一側(cè)翼墻等。7.1 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造55 2.洞門構(gòu)造 洞門仰坡坡腳至洞門墻背應(yīng)有不小于

3、1.5m的水平距離，以防仰坡土石掉落到路面上，危及行車安全。 洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底與襯砌拱頂外緣的高度不應(yīng)小于1.0m，以免落石破壞拱圈。洞門墻頂應(yīng)高出仰坡腳0.5m以上，以防水流溢出墻頂，也可防止掉落土石彈出。 洞門墻應(yīng)根據(jù)情況設(shè)置伸縮縫、沉降縫和泄水孔，以防止洞門變形。洞門墻的厚度可按計算或結(jié)合其它工程類比確定，但墻身厚度不得小于0.5m. 洞門墻的基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基上。一般地，基底埋入土質(zhì)地基的深度不應(yīng)小于1m，嵌入巖石地基深度不應(yīng)小于0.5m 7.1 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造66 7.1.3 明洞 當隧道埋深較淺，上覆巖（土）體較薄，難以采用暗挖法時，則應(yīng)采用明挖法來開挖隧道。用這種

4、明挖法修筑的隧道結(jié)構(gòu)，通常稱作明洞。 1.明洞的結(jié)構(gòu)形式 明洞的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、經(jīng)濟、運營安全及施工難易等條件進行選擇，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞。（1）拱形明洞 隧道進出口兩端的接長明洞或在路塹邊坡不穩(wěn)定地段修建的獨立明洞等，多采用拱形明洞的形式。（2）棚式明洞 當山坡坍方，落石數(shù)量較少，山體側(cè)壓力不大，或因受地質(zhì)、地形條件的限制，難以修建拱形明洞時，可采用棚式明洞。 7.1 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造77 2.明洞施工注意事項（1）明洞基礎(chǔ) 明洞基礎(chǔ)應(yīng)置于穩(wěn)固的地基上。當基巖埋深較淺時，基礎(chǔ)可設(shè)置于基巖上；當基礎(chǔ)位于軟弱地基上時，基礎(chǔ)可采用仰拱、整體式鋼筋混凝土底板等結(jié)構(gòu)。外墻基礎(chǔ)的趾

5、部，應(yīng)有一定的嵌入深度，并設(shè)在凍結(jié)線以下0.25m，而且需要有一定的護基寬度。（2）明洞填土 7.1 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造88 7.1.4 豎井與斜井 一般隧道開挖是從兩洞口或從其中一個方向洞口進行。但在長大隧道因工期限制、經(jīng)濟、施工、地形、環(huán)境等條件，有必要分成幾個工程區(qū)段進行施工，多數(shù)情況下要設(shè)工作坑道。 工作坑道按坡度區(qū)分為橫洞、斜井、豎井和平行導(dǎo)坑。選擇哪種形式，決定于地形、地質(zhì)、工期、運輸能力，設(shè)置地點的當?shù)貤l件。 7.1 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造99 7.1.5 隧道的防排水設(shè)施 在公路隧道中，防排水是保持正常運營的極為重要的因素之一。 隧道的永久性防排水，是用防排水工程措施實現(xiàn)的?？筛爬橛?/p>

6、”截、堵、排”綜合治理的辦法。1.“截”是切斷涌向隧道的水流。即把可能流入隧道的地表水和地下水的通道截斷。2.“堵”是在隧道內(nèi)設(shè)置防水層，使地下水不能涌入隧道。3.“排”水是利用盲溝、泄水管、渡槽、中心排水溝或排水側(cè)溝等，將水排出洞外。 7.1 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造1010 7.1.6 附屬設(shè)施工程 1.安全避讓設(shè)施避車洞 2.設(shè)備洞、橫通道及其它類洞室 3.隧道洞門及洞身的裝飾 4.營運管理設(shè)施7.1 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造1111 7.1.7 隧道內(nèi)的路面工程 公路隧道內(nèi)的路面常選用高等級路面，宜采用水泥混凝土路面，路面與墻部連接處應(yīng)設(shè)置變形縫，路面相應(yīng)的設(shè)置變形縫。 公路隧道行車道路路面修補較為困

7、難，因此要求施工時必須重視施工質(zhì)量。隧道內(nèi)路面施工時需要嚴格控制質(zhì)量。高寒地區(qū)隧道路面上易形成薄溜冰，為了行車安全，路面應(yīng)具有足夠的粗糙度。 隧道通過軟圍巖交界處的襯砌中設(shè)有沉降縫。為了不因襯砌下沉而拉裂路面，當路面的橫向伸縮縫、施工縫靠近襯砌的沉降縫時，應(yīng)與襯砌沉降縫設(shè)在同一斷面上。 隧道洞內(nèi)光線較暗，應(yīng)盡可能提高路面亮度，如采用白水泥、白色碎石等材料。7.1 公路隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造1212 在隧道施工前，應(yīng)做好施工準備和施工測量放樣工作，即應(yīng)做好現(xiàn)場調(diào)查研究，核對設(shè)計文件和編制隧道施工組織設(shè)計等工作。 公路隧道施工測量放樣，應(yīng)包括洞內(nèi)施工控制測量、隧道貫通誤差的定測及調(diào)整、輔助坑道測量及隧道工程

8、竣工測量。7.2.1 隧道施工現(xiàn)場調(diào)查事項 1.隧道施工前的現(xiàn)場調(diào)查研究 2.施工單位全面熟悉和核對設(shè)計文件（1）現(xiàn)場核對設(shè)計文件 會同設(shè)計單位現(xiàn)場核對設(shè)計文件 （2）現(xiàn)場交接和核對測量樁志 3.編制實施性施工組織設(shè)計 7.2 公路隧道施工準備和施工測量 1313 1.概述 隧道施工通常由兩端對向開挖。對較長隧道，為了縮短工期、改善工作條件、減少施工干擾，常需選擇一些像橫洞、豎井、斜井之類的輔助坑道，來增加工作面。橫洞的布置，對于正交的橫洞，為便于來往車輛運輸，相交處要用適當半徑的圓曲線連接。橫洞與正洞相交處應(yīng)該具有向外不小于3%的下坡。 斜井的布置，一般要求斜井傾角不大于25、斜井與隧道中線

9、的水平角不宜小于40，井底與隧道接頭處，宜用平道連接，其長度多為1525m，并設(shè)置豎曲線。 豎井的位置以設(shè)在隧道中心線一側(cè)為宜。豎井中心與隧道中心之間的距離一般為1520m，其間用通道連接，但豎井也有在隧道正上方直接連接的。7.2 公路隧道施工準備和施工測量1414 公路隧道施工測量的主要任務(wù)，是要保證隧道相向開挖時，能夠按規(guī)定的精度正確貫通；并使隧道在施工后襯砌部分和洞內(nèi)建筑物不超過規(guī)定的界限。 隧道施工測量首先要建立洞外平面和高程控制網(wǎng)，每一開挖洞口附近都應(yīng)設(shè)立平面控制點及水準點，這樣將各開挖面聯(lián)系起來，作為開挖放樣的依據(jù)。隨著坑道的向前掘進，必須將洞口控制樁坐標、方向及洞口水準點的高程傳

10、遞到洞內(nèi)，再用導(dǎo)線測量的方法建立洞內(nèi)的平面控制，用水準測量方法建立高程控制。根據(jù)洞內(nèi)控制點的坐標及高程，來指導(dǎo)開挖方向，并作為洞內(nèi)襯砌及建筑物放樣的數(shù)據(jù)。隧道貫通后，必須產(chǎn)生平面的及高程的貫通誤差，此時需要進行中線調(diào)整。設(shè)有豎井的隧道還需專門進行豎井測量。在隧道所有的項目完成后，要做竣工測量。并在施工過程中和竣工后對隧道及有關(guān)建筑物進行沉陷和位移觀測。 7.2 公路隧道施工準備和施工測量1515 2.洞外平面和高程控制測量 （1）洞外平面控制測量 1）中線法是在隧道洞頂?shù)孛嫔嫌弥苯佣ň€的方法，將隧道的中線，每隔一定距離用控制樁精確地標定在地面上，作為隧道施工引測進洞的依據(jù)。 2）導(dǎo)線法測量和經(jīng)

11、緯儀導(dǎo)線測量方法相同，但它的精度要求較高，所以測角和量邊均用較精密的儀器和方法。導(dǎo)線布設(shè)也必須按照建筑的要求來確定。 3）三角測量法常采于當隧道較長、地形起伏多變，不便用導(dǎo)線法做洞外平面控制的情況下。 7.2 公路隧道施工準備和施工測量1616 （2）洞外高程控制測量 隧道高程控制測量的任務(wù)，是按照規(guī)定的精度，施測隧道洞口附近水準點的高程。根據(jù)兩洞口點間的高差和距離，可以確定隧道底面的設(shè)計坡度，并按設(shè)計坡度控制隧道底面開挖的高程。. （3）路線引測進洞數(shù)據(jù)計算 洞外平面和高程控制測量完成后，就要進一步把相向開挖洞口附近的路線中線點，用平面和高程控制網(wǎng)精確求得它們的坐標和高程，同時計算洞內(nèi)待定點

12、的設(shè)計坐標。按坐標反算的方法，可求出這些洞內(nèi)待定點和洞外控制點之間的距離和夾角關(guān)系，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，就可以用極坐標或其它方法指導(dǎo)進洞的開挖，并測設(shè)洞內(nèi)待定點的點位，從而使隧道中線按設(shè)計位置在洞內(nèi)延伸。 7.2 公路隧道施工準備和施工測量1717 2.隧道施工中的洞內(nèi)施工測量（1）洞內(nèi)平面控制測量 主要包括以下測量內(nèi)容：由襯砌計算決定。當山坡坡面有發(fā)生崩塌和落石可能時，往往需要接長洞身或修筑明洞。洞門的構(gòu)造型式由多方面的因素決定，如巖體的穩(wěn)定性、通風方式、照明狀況、地形地貌以及環(huán)境條件等. 1）洞內(nèi)導(dǎo)線測量。是建立洞內(nèi)平面控制的主要形式。根據(jù)地下導(dǎo)線的坐標，將隧道中線和洞內(nèi)建筑物軸線放樣到實地，并

13、指示開挖方向，保證襯砌和放樣正確，使貫通誤差不超過規(guī)定的限值。 2）洞內(nèi)中線測設(shè)。是指設(shè)置在洞內(nèi)的主要導(dǎo)線點絕大多數(shù)不在貫通理論中線上，為了便于日常施工放樣，在一定區(qū)段內(nèi)，需根據(jù)主要導(dǎo)線點測設(shè)一定數(shù)量位于貫通理論中線上的中線點，作為施工放樣的依據(jù)。測設(shè)中線點一般用直角坐標法和極坐標法。 7.2 公路隧道施工準備和施工測量1818 3）洞內(nèi)開挖中線的測設(shè)。隧道開挖深入洞內(nèi)以后，先建立指導(dǎo)開挖的臨時中線，當開挖到一定深度后，即可建立洞內(nèi)導(dǎo)線點，根據(jù)導(dǎo)線點再測設(shè)中線點。 直線隧道導(dǎo)坑中線的延伸的方法主要有串線延伸法和曲線隧道導(dǎo)坑中線的延伸法。 曲線隧道導(dǎo)坑中線的延伸方法主要有切線支距法、后延弦線偏距

14、法、曲線串線法、全站儀坐標法等，用于曲線隧道導(dǎo)坑施工中，只有當?shù)赜颡M窄，必須將曲線分段，縮小支距，減小偏角，才能使用這類方法 7.2 公路隧道施工準備和施工測量19194）隧道施工腰線標定。就是給定隧道豎直的方向，即按設(shè)計給定隧道坡度。 標定通常采用腰線法，如圖7-14所示，將水準儀置于欲放樣的地方，后視水準點的水準尺即得到儀器的視線高程。根據(jù)腰線點A、B處的設(shè)計高程，可分別求出A、B點與視線間的高差、，然后在邊墻上放出A、B兩點，兩點之間的連線稱為腰線。根據(jù)腰線，施工人員便可很容易地推求出其它各部位的高程及隧道的坡度。7.2 公路隧道施工準備和施工測量2020 （2）洞內(nèi)水準測量 洞內(nèi)水準測

15、量是將洞口水準點高程引測到洞內(nèi)，建立一個與洞外統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，作為隧道施工放樣的依據(jù)，保證隧道在豎向上正確貫通。洞內(nèi)水準測量是隨著隧道向前掘進，不斷地向前建立新的水準點。在洞內(nèi)每隔10m測設(shè)一個 供臨時放樣及控制底面開挖高程的臨時水準點。 水準點的高程測定，按三、四等水準測量方法進行。由于洞內(nèi)通視條件差，水準儀到水準尺的距離不宜大于50m，施測時尺面、望遠鏡的十字絲及水準器均需采用照明措施。水準路線一般與洞內(nèi)導(dǎo)線測量路線相同。所有水準點均應(yīng)經(jīng)常檢測，以檢查是否受爆破震動而發(fā)生變化。 7.2 公路隧道施工準備和施工測量2121 3 .隧道開挖斷面及建筑物放樣測量（1）隧道開挖斷面測量（2）建筑物

16、放樣 在斷面尺寸滿足設(shè)計要求后，可按里程將每隔5m或10m的斷面列表，列出該斷面的拱頂高程、邊墻底高程以及襯砌斷面的支距，以供放樣時使用7.2 公路隧道施工準備和施工測量2222 4.隧道竣工測量 公路隧道竣工后，應(yīng)在直線段每隔50m、曲線段每隔20m及需要加測斷面處，測繪以路線中線為準的隧道實際凈空，標出拱頂標高（高程）、起拱線寬度、行車道路面水平寬度。 （1）隧道施工中變形的觀測 隧道施工過程中的變形觀測，可在對洞內(nèi)所布設(shè)三角點、導(dǎo)線點、中線點及水準點的復(fù)測工作中，可以及時觀測到變形大小及方向。 （2）檢測測標高程變形和水平位移方法 1）檢測測標高程變形，可采用水準測量的方法進行觀測計算。

17、 2）檢測測標水平位移可采用準直法和測角法進行觀測。 7.2 公路隧道施工準備和施工測量2323 7.3.1 概述 1.隧道工程施工特點（1）整個工程埋設(shè)于地下，因此工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件對隧道施工的成敗起著重要的、甚至是決定性的作用。（2）隧道的施工速度比較慢，工期也比較長，往往使一些長大隧道成為控制新建公路通車的關(guān)鍵工程。 （3）地下施工環(huán)境較差，甚至在施工中還可能使之惡化。 （4）公路隧道大多穿越崇山峻嶺，運輸不便，供應(yīng)困難。（5）公路隧道埋設(shè)于地下，一旦建成就難以更改，所以，除了事先必須嚴密規(guī)劃和設(shè)計外，施工中還要做到不留后患。7.3 隧道施工方法24242.隧道施工應(yīng)遵循的基本原則（

18、1）在施工中必須充分保護巖體，盡量減少對它的擾動，避免過度破壞巖體的強度。（2）為了充分發(fā)揮巖體的承載能力，應(yīng)允許并控制巖體的變形。（3）為了改善支護結(jié)構(gòu)的受力性能，施工中應(yīng)盡快使之閉合，而成為封閉的筒形結(jié)構(gòu)，另外，隧道斷面形狀要盡可能地圓順，以避免拐角處的應(yīng)力集中。 （4）在施工的各個階段，應(yīng)進行現(xiàn)場量測監(jiān)視，及時提出可靠的、數(shù)量足夠的量測信息 （5）為了敷設(shè)防水層，或為了承受由于錨桿銹蝕，圍巖性質(zhì)惡化、流變、膨脹所引起的后續(xù)荷載，采用復(fù)合式襯砌。 7.3 隧道施工方法25253.隧道施工方法及其選擇 一般分為：礦山法、掘進機法、沉管法、頂進法、明挖法等。選擇施工方案時，需要綜合考慮下列因素

19、：（1）工程的重要性，一般由工程的規(guī)模、使用上的特殊要求，以及工棚的緩急體現(xiàn)出來。（2）隧道所處的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件；（3）施工技術(shù)條件和機械裝備狀況。（4）施工中動力和原材料供應(yīng)情況；工程投資與運營后的社會效益和經(jīng)濟效益。（5）施工安全狀況。（6）有關(guān)污染、地面沉降等環(huán)境方面的要求和限制。7.3 隧道施工方法2626 7.3.2 新奧地利隧道施工法 新奧法新奧地利隧道施工法（New Austrian Tunneling Method，NATM）是奧地利隧道工程師臘布希維首先提出的。它是以控制爆破（光面爆破、預(yù)裂爆破等）為開挖方法；以噴射混凝土和錨桿作為主要支護手段，通過監(jiān)測控制圍巖的變形

20、，動態(tài)修正設(shè)計參數(shù)和變動施工方法的一種隧道施工法，其核心內(nèi)容是充分發(fā)揮圍巖的自承能力。 附屬構(gòu)造物是指主體構(gòu)造物以外的其它建筑物，是為了運營管理、維修養(yǎng)護、給水排水、供蓄發(fā)電、通風、照明、通訊、安全等而修建的構(gòu)造物。7.3 隧道施工方法27271.新奧法的施工程序及基本原則（1）新奧法施工程序新奧法施工程序如圖7-16所示。7.3 隧道施工方法2828（2）新奧法施工的基本原則 新奧法施工的基本原則可以歸納為“少擾動、早噴錨、勤測量、緊封閉”。1）少擾動。少擾動是在進行隧道開挖時，要盡量地減少對圍巖的擾動次數(shù)、擾動強度、擾動范圍和擾動持續(xù)時間。2）早噴錨。早噴錨就是開挖后及時施做初期錨噴支護，

21、使圍巖的變形進入受控制狀態(tài)。3）勤測量。勤測量是指以直觀、可靠的量測方法和量測數(shù)據(jù)來準確評價圍巖（或圍巖加支護）的穩(wěn)定狀態(tài)，或判斷其動態(tài)發(fā)展趨勢，以便及時調(diào)整支護形式和開挖方法，確保施工安全和施工進度。4）緊封閉。緊封閉一方面采取噴射混凝土等防護措施，避免圍巖因長時間暴露而致使強度和穩(wěn)定性的衰減，尤其是對于易風化的軟弱圍巖； 7.3 隧道施工方法29292.全斷面法 按照隧道設(shè)計輪廓線爆破成型的施工方法叫全斷面法。它的施工順序是：（1）用鉆孔臺車鉆眼，然后裝藥，連接導(dǎo)火線。（2）推出鉆孔臺車，引爆炸藥，開挖出整個隧道斷面。（3）排除危石，安設(shè)拱部錨桿和噴第一層混凝土。（4）用裝渣機將石渣裝入渣

22、車，運出洞外。（5）安設(shè)邊墻錨桿和噴混凝土。（6）必要時可噴拱部第二層混凝土和隧道底部混凝土。（7）開始下一輪循環(huán)。（8）在初期支護變形穩(wěn)定后，按施工組織中規(guī)定日期灌注內(nèi)層襯砌。7.3 隧道施工方法3030 3.臺階法 臺階法中包括長臺階、短臺階和超短臺階等三種，其劃分一般是根據(jù)臺階長度來決定的，如圖7-17所示。至于施工中究竟采用何種臺階法，要根據(jù)兩個條件來決定：一是初期支護形成閉合斷面的時間要求，圍巖越差，閉合時間要求越短；二是上斷面施工所用的開挖、支護、出渣等機械設(shè)備對施工場地大小的要求。7.3 隧道施工方法3131 4.分部開挖法 分部開挖法包含臺階分部開挖法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑

23、法三種方式。（1）臺階分部開挖法 臺階分部開挖法又稱環(huán)形開挖留核心土法，一般將斷面分成環(huán)形拱部、上部核心土、下部臺階等三部分。根據(jù)斷面的大小，環(huán)形拱部又可分成幾塊交替開挖。環(huán)形開挖進尺為0.51.0m，不宜過長。上部核心土和下臺階的距離，一般為1倍洞跨。 （2）單側(cè)壁導(dǎo)坑法 這種方法一般是將斷面分成三塊：側(cè)壁導(dǎo)坑、上臺階和下臺階。7.3 隧道施工方法3232 （3）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（又稱眼鏡施工法） 當隧道跨度很大，地表沉陷要求嚴格，圍巖條件特別差，單側(cè)壁導(dǎo)坑法難以控制圍巖變形時，可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工作業(yè)順序為： 1）開挖一側(cè)導(dǎo)坑，并及時地將其初期支護閉合。 2）相隔適當距離后開挖另一側(cè)導(dǎo)坑，并建造初期支護。 3）開挖上部核心土，建造拱部初期支護，拱腳支承在兩側(cè)壁導(dǎo)坑的初期支護上。 4）開挖下臺階，建造底部的初期支護，使初期支護全斷面閉合。 5）拆除導(dǎo)坑臨空部分的初期支護。建造內(nèi)層襯砌。7.3 隧道施工方法3333 5.施工中可能發(fā)生的問題及對策 新奧法施工的基本原則，是根據(jù)圍巖性質(zhì)允許產(chǎn)生適量的變形，但又不使圍巖松動坍落。在設(shè)計、施工過程中，若對圍巖性質(zhì)判斷不準或噴射混凝土、打錨桿、立鋼支撐時間與方法有誤，圍巖松動就會超過預(yù)計。此時，應(yīng)根據(jù)觀察和量測結(jié)果及時找出