隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造、圍巖分類及施工要點(diǎn)

1、隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造、圍巖分類及施工要點(diǎn)隧道發(fā)展史及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隧道的分類及隧道的結(jié)構(gòu)構(gòu)造隧道圍巖分類及隧道工程地質(zhì)隧道施工方法與隧道施工要點(diǎn)一、隧道發(fā)展史及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.1隧道的概念1.2隧道的起源1.3隧道的發(fā)展1.1 隧道的概念 隧道是一種修筑在地層中的地下工程建筑物，是路面交通線上的一種，廣泛地應(yīng)用于公路、鐵路、礦山、水利、市政和國(guó)防等方面。1970年OECD(世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織)隧道會(huì)議從技術(shù)方面將隧道定義為：以任何方式修建，最終使用于地表以下的條形建筑物，其空洞內(nèi)部?jī)艨諗嗝嬖?m2以上者均為隧道。1.2 隧道起源隧道的產(chǎn)生可追溯到原始時(shí)代，在原始新石器時(shí)代，人類利用獸骨、石器開(kāi)挖

2、、 修筑可自身穩(wěn)定而無(wú)需任何支撐的山洞來(lái)防御自然的威脅。我國(guó)古代在地下工程發(fā)展具有悠久的歷史，我國(guó)遠(yuǎn)在幾千年就能開(kāi)采礦石。古代為統(tǒng)治者修建的規(guī)模浩大墓穴顯示了我國(guó)古代在建筑方面卓越的水平。我國(guó)最早的交通隧道是建于公元66年漢中縣的“石門(mén)”隧道，是供馬車(chē)和行人通行的。隧道技術(shù)的進(jìn)步是在進(jìn)入羅馬時(shí)代后，測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，人們利用棚架支撐巖層和利用卷?yè)P(yáng)提升土石；1818年布魯內(nèi)爾發(fā)明了盾構(gòu)，意大利物理學(xué)家歐拉頓提出以壓縮空氣平衡軟弱地層涌水壓力防止地層坍塌方法。 1.3 隧道的發(fā)展目前世界上已建成的隧道首推長(zhǎng)16.9km的圣哥達(dá)隧道，在建的AurlandLaerdal公路隧道，長(zhǎng)度達(dá)24.5km。我國(guó)

3、在建的秦嶺終南山隧道長(zhǎng)18.1km。隧道技術(shù)的發(fā)展表明:今后隧道技術(shù)的研究方向?yàn)榉潜频臋C(jī)械化施工、合理規(guī)劃與環(huán)境保護(hù)、設(shè)計(jì)可靠合理、使用安全等方面。我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)力量還不強(qiáng)，需在引進(jìn)的同時(shí)，立足國(guó)內(nèi)技術(shù)力量，提高我國(guó)的隧道技術(shù)水平。二、隧道的分類及隧道的結(jié)構(gòu)構(gòu)造2.1 隧道的分類2.2 隧道的結(jié)構(gòu)構(gòu)造2.1 隧道的分類從不同的角度，可得出不同的隧道分類方法：按地層分：可分為巖石隧道（軟巖、硬巖）、土質(zhì)隧道。按所處位置分：可分為山嶺隧道、城市隧道、水底隧道。按施工方法分：可礦山法、明挖法、盾構(gòu)法、沉埋法、掘進(jìn)機(jī)法等。按埋置深度分：可分為淺埋隧道和深埋隧道。按斷面形式分：可分為圓形

4、、馬蹄形、矩形隧道等。 按國(guó)際隧道協(xié)會(huì)（ITA）定義的斷面數(shù)值劃分標(biāo)準(zhǔn)分，可分為特大斷面（100平方）、大斷面(50100平方)、中等斷面（1050平方）、小斷面（310平方）、極小斷面（3平方以下）。按車(chē)道數(shù)分，可分為單車(chē)道、雙車(chē)道、多車(chē)道。 2.2 隧道的結(jié)構(gòu)構(gòu)造 隧道的結(jié)構(gòu)是由主體構(gòu)筑物和附屬構(gòu)筑物兩大類組成。 主體構(gòu)筑物是為了保持巖體的穩(wěn)定和行車(chē)安全而修建的人工永久構(gòu)筑物，通常指洞身襯砌和洞門(mén)構(gòu)筑物。 附屬構(gòu)筑物是除主體構(gòu)筑物以外的其他構(gòu)筑物。2.2.1 洞身襯砌洞身襯砌大致有以下幾類：直墻式襯砌 曲墻式襯砌 噴混凝土襯砌 噴錨襯砌 復(fù)合式襯砌為了使噴混凝土結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)更趨合理化，要求

5、用光面爆破開(kāi)挖，使洞室周邊平順光滑，成型正確，減少超欠挖。然后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間噴射混凝土，即為噴射混凝土襯砌。根據(jù)實(shí)際情況，先裝設(shè)錨桿，再噴混凝土即為噴錨襯砌。如果以噴混凝土、錨桿或鋼拱支架的一種或幾種組合作為初次支護(hù)對(duì)圍巖進(jìn)行加固，待初次支護(hù)的變形基本穩(wěn)定后，進(jìn)行澆筑混凝土二次襯砌，即為復(fù)合式襯砌。為使襯砌的防水性能可靠，保持無(wú)滲漏水，采用塑料板作復(fù)合式襯砌中間防水層是比較適宜的。2.2.2 特殊斷面形式的襯砌矩形斷面襯砌：用沉管法可以施工矩形斷面形式的隧道。用明挖法施工時(shí)，尤其修筑多車(chē)道隧道其斷面廣泛采用矩形，回填土厚度較小，加之在軟土中修筑隧道軟土不能抵御較大的水平推力，因而不宜修筑拱形隧道

6、，矩形斷面的利用率較高。圓形斷面襯砌：巖石隧道掘進(jìn)機(jī)是開(kāi)挖巖石隧道的一種機(jī)械化切削機(jī)械，其開(kāi)挖斷面通常為圓形，開(kāi)挖后可以用噴混凝土襯砌、噴錨襯砌拼裝預(yù)制構(gòu)件襯砌等多種形式。 2.2.3 洞門(mén)洞門(mén)定義是隧道兩端的外露部分，也是聯(lián)系洞內(nèi)襯砌與洞口外路塹的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其作用是保證洞口邊坡的安全和仰坡的穩(wěn)定，引離地表水，減少洞口土石方開(kāi)挖量。 2.2.3.1 洞門(mén)（一）洞門(mén)形式主要有端墻式、翼墻式和環(huán)框式。端墻式洞門(mén)適用于巖質(zhì)穩(wěn)定的IV類以上圍巖和地形開(kāi)闊的地區(qū)，是最常用的洞門(mén)形式。翼墻式洞門(mén)適用于地質(zhì)較差的III類以下圍巖，以及需要開(kāi)挖路塹的地方。由端墻和翼墻組成。翼墻增加端墻的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)路塹邊坡

7、起支撐作用。洞門(mén)頂面一般設(shè)水溝匯集地表水并引入路塹側(cè)溝內(nèi)。環(huán)框式洞門(mén)用在洞口巖層堅(jiān)硬整體性好，節(jié)理不發(fā)育且不易風(fēng)化，路塹開(kāi)挖后仰坡極為不穩(wěn)定，并且沒(méi)有較大的排水要求時(shí)采用。環(huán)框與洞口襯砌整體灌注。2.2.3.2 洞門(mén)（二）洞門(mén)的作用附近的巖土體通常比較松軟、失穩(wěn)、易坍塌。洞門(mén)是隧道的咽喉，選擇合理的洞門(mén)形式，在保障行車(chē)安全的同時(shí)還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行洞門(mén)的美化和環(huán)境的美化。洞門(mén)必須具備攔截、匯集、排除地表水的功能，使地表水沿排水渠道有序排離洞門(mén)，防止流入洞內(nèi)，因此，洞門(mén)上方女兒墻應(yīng)有一定高度，并有排水溝渠。當(dāng)巖土體有滾落碎石的可能時(shí)一般應(yīng)接長(zhǎng)明洞，減少對(duì)邊仰坡的擾動(dòng)，使洞門(mén)墻離開(kāi)仰坡底部一段距離，確保落石

8、不會(huì)落在車(chē)行道上。2.2.3.3 洞門(mén)（三）洞口仰坡地腳至洞門(mén)墻背應(yīng)有不小于1.5m的距離，以防仰坡土石掉落到路面上，威及安全。洞門(mén)端墻與仰坡之間水溝的溝底與襯砌拱頂外緣的高度不小于1.0m，以免落石破壞拱圈。洞門(mén)墻頂應(yīng)高出仰坡腳0.5m以上一方水流溢出墻頂，也可防止掉落土石彈出。水溝底下填土應(yīng)夯實(shí)，否則會(huì)使水溝變形產(chǎn)生漏水影響襯砌強(qiáng)度。洞門(mén)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(mén)變形。洞門(mén)墻的厚度可結(jié)合其它工程類比，但墻身厚度最小不得小于0.5m。洞門(mén)墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基上，基底埋入土質(zhì)地基的深度不應(yīng)小于1.0m，嵌入巖石地基地深度不小于0.5m。松軟地基上可根據(jù)情況采用擴(kuò)大基礎(chǔ)、換

9、土、樁基、壓漿加固地基等措施。地基為凍漲土層時(shí)要求基底設(shè)置在凍結(jié)線以下不小于0.25m。 2.2.4 明洞明洞當(dāng)隧道埋深較淺，上覆巖土體較薄，難采用暗挖法時(shí)，則應(yīng)采用明挖法來(lái)開(kāi)挖隧道。用明挖法修筑的隧道結(jié)構(gòu)通常稱明洞。明洞具有地面地下建筑物的雙重特點(diǎn)，即抵抗邊仰坡坍方、落石、滑坡等，又用于深路塹、淺埋地段不宜暗挖隧道時(shí)，取代隧道的作用。明洞凈空必須滿足隧道建筑限界要求，洞門(mén)一般做成直立端墻式洞門(mén)，常采用拱形明洞和棚式明洞。 明洞 （一）拱形明洞 整體性好能承受較大的垂直壓力和側(cè)壓力其形式有：路塹對(duì)稱型、路塹偏壓型、半路塹偏壓型、半路塹單壓型。拱形明洞的邊墻一般采用直墻，采用偏壓拱形明洞要特別注

10、意處理好外墻基礎(chǔ)，防止因外墻下沉而引起拱圈開(kāi)裂。棚式明洞 當(dāng)山坡坍方，落石數(shù)量較少，山體偏壓不大，或因受地質(zhì)地形條件限制難以修建拱形明洞時(shí)，可采用棚式明洞。棚式明洞頂板是梁式結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)邊墻一般采用重力式擋墻，外墻結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定棚式明洞的類型，主要有：墻式棚洞、鋼架式棚洞、柱式棚洞、懸臂式棚洞。 明洞（二）明洞基礎(chǔ)應(yīng)置于穩(wěn)固的地基上，當(dāng)基巖埋深較淺時(shí)基礎(chǔ)可設(shè)置于基巖上，當(dāng)基礎(chǔ)位于軟弱地基上基礎(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)趾部應(yīng)有一定的嵌入深度并應(yīng)設(shè)在凍結(jié)線以下0.25m且保證一定的護(hù)基寬度。明洞填土明洞頂設(shè)計(jì)填土厚度新規(guī)范確定為1.5m，明洞頂設(shè)不小于2的橫坡排除坡面水，為防止

11、落石滑坡應(yīng)設(shè)安全儲(chǔ)備，明洞頂設(shè)計(jì)坡度為1：51：3。明洞應(yīng)重視拱背和墻背的回填，重視拱背回填是為了保護(hù)拱背及拱腳，增強(qiáng)拱腳的固結(jié)，增加其穩(wěn)定性起加強(qiáng)作用，墻背回填的好壞直接關(guān)系到墻背巖土體穩(wěn)定、側(cè)壓力的大小，也影響到墻背抗力的大小。實(shí)際采用的回填措施應(yīng)根據(jù)明洞類型、山坡巖土類別、設(shè)計(jì)要求、施工方法確定。一般III、IV、V類圍巖回填要求用片石混凝土或漿砌片石回填密實(shí)并與圍巖面良好結(jié)合。對(duì)I、II類圍巖墻背回填料的內(nèi)摩擦角也應(yīng)高于圍巖的內(nèi)摩擦角。三、隧道圍巖分類與工程地質(zhì)3.1 隧道圍巖分類3.2 隧道工程地質(zhì)3.1 隧道圍巖分類隧道圍巖分級(jí)是正確進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)，提供選擇施工方法的根據(jù)

12、和開(kāi)挖的難易程度，確定結(jié)構(gòu)上的載荷或給出隧道臨時(shí)支撐與襯砌結(jié)構(gòu)的類型和參考尺寸等。 我國(guó)鐵路隧道圍巖分級(jí)過(guò)去曾以巖石抗壓強(qiáng)度與巖石天然容重為基礎(chǔ)，運(yùn)用土石方工程的土石的簡(jiǎn)單分級(jí)方法，后來(lái)借用蘇聯(lián)的“普氏系數(shù)分級(jí)法”，大量的工程實(shí)踐證明：這種單純以巖石堅(jiān)固性指標(biāo)為基礎(chǔ)的分類方法，不能全面反映隧道圍巖的實(shí)際狀態(tài)，并逐漸認(rèn)識(shí)到：隧道的破壞主要取決于圍巖的穩(wěn)定性，而影響圍巖穩(wěn)定性因素很多，其中隧道圍巖結(jié)構(gòu)特征和完整狀態(tài)，是影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素。 隧道圍巖分類（續(xù)）圍巖分級(jí)的指標(biāo)大體有以下幾種：?jiǎn)我坏膸r性指標(biāo)：抗壓和抗拉強(qiáng)度、彈性模量、巖石的抗鉆性、抗爆性等工程指標(biāo)。單一的綜合巖性指標(biāo)：巖體的彈性波

13、傳播速度、巖石的指標(biāo)指標(biāo)（RQD）（綜合放映巖體的強(qiáng)度的巖體破碎程度的指標(biāo)，所謂巖石質(zhì)量指標(biāo)是指鉆探時(shí)巖心復(fù)原率或稱巖性的采取率。）。復(fù)合指標(biāo)：是一種利用兩個(gè)或兩個(gè)以上的巖性指標(biāo)或綜合指標(biāo)所表示的復(fù)合性指標(biāo)，如巴頓提出的巖體質(zhì)量Q指標(biāo)。我國(guó)國(guó)防工程圍巖分級(jí)方法，是當(dāng)前圍巖分類方法的發(fā)展方向，優(yōu)點(diǎn)很多，只是部分定量指標(biāo)仍需憑經(jīng)驗(yàn)確定。隧道圍巖分類方法很多，無(wú)統(tǒng)一格式，目前國(guó)內(nèi)許多學(xué)者都認(rèn)為，隧道圍巖分級(jí)的詳細(xì)程度，在工程建設(shè)的不同階段應(yīng)有所不同。鐵路隧道圍巖分類表（一）類別 圍巖主要工程地質(zhì)特征 圍巖開(kāi)挖后的穩(wěn)定狀態(tài) 原隧道圍巖分類f值 主要工程地質(zhì)特征 結(jié)構(gòu)特征和完整狀態(tài)VI硬質(zhì)巖石Rb60M

14、pa，受地質(zhì)構(gòu)造影響輕微，節(jié)理不發(fā)育，無(wú)軟弱面。 呈大塊狀整體結(jié)構(gòu)無(wú)坍塌可能產(chǎn)生巖爆圍巖穩(wěn)定6 V硬質(zhì)巖石Rb30Mpa,受地質(zhì)構(gòu)造影響較重，節(jié)理較發(fā)育，有少量軟弱面和貫通微張節(jié)理，其產(chǎn)狀和組合關(guān)系不致產(chǎn)生滑動(dòng)。 呈大塊狀整體結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)局部小坍塌，側(cè)壁穩(wěn)定，層間結(jié)合差，頂板易塌落。 5軟質(zhì)巖石Rb30Mpa,手地質(zhì)構(gòu)造影響輕微，節(jié)理不發(fā)育。呈巨塊狀整體結(jié)構(gòu) 34 IV硬質(zhì)巖石Rb30Mpa,受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重，節(jié)理發(fā)育，有層狀軟弱面，其產(chǎn)狀和組合關(guān)系不致產(chǎn)生滑動(dòng)。 呈塊（石）碎（石）狀鑲嵌結(jié)構(gòu) 拱部無(wú)支護(hù)可能產(chǎn)生小坍塌，側(cè)壁基本穩(wěn)定。爆破震動(dòng)過(guò)大易坍塌。1.52 軟質(zhì)巖石Rb在530 Mpa

15、，受地質(zhì)影響嚴(yán)重，節(jié)理較發(fā)育，層狀巖層為薄層。 呈大塊狀整體結(jié)構(gòu) 鐵路隧道圍巖分類表（二）類別 圍巖主要工程地質(zhì)特征 圍巖開(kāi)挖后的穩(wěn)定狀態(tài) 原隧道圍巖分類f值 主要工程地質(zhì)特征 結(jié)構(gòu)特征和完整狀態(tài)III硬質(zhì)巖石Rb30Mpa,受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重，節(jié)理很發(fā)育，層狀軟弱面已基本破壞。 呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)拱部無(wú)支護(hù)可能產(chǎn)生較大坍塌，側(cè)壁有時(shí)失去穩(wěn)定。 1.52 軟質(zhì)巖石Rb在530 Mpa，受地質(zhì)影響嚴(yán)重，節(jié)理發(fā)育。 呈塊（石）碎（石）狀鑲嵌結(jié)構(gòu)土：略具壓密或成巖作用的粘性土及砂類土；黃土（Q1、Q2）；一般鈣質(zhì)鐵質(zhì)膠結(jié)的碎卵石土、大塊石土。 呈大塊狀壓密結(jié)構(gòu)或巨塊狀整體結(jié)構(gòu)。 II石質(zhì)圍巖位于擠壓強(qiáng)

16、烈的斷裂帶內(nèi)，裂隙雜亂，呈石加土或土加石狀。 呈角礫碎石狀松散結(jié)構(gòu)。 圍巖易坍塌，側(cè)壁經(jīng)常小坍塌，淺埋時(shí)易出現(xiàn)地表下沉。 1 .0一般第四系的半干硬硬塑的粘性土及稍濕至潮濕的一般碎卵石土，圓粒角粒土及黃土（Q3、Q4） 非粘性土呈松散結(jié)構(gòu)，粘性土及黃土呈松軟結(jié)構(gòu)。 I石質(zhì)圍巖位于擠壓極強(qiáng)烈的斷帶層內(nèi)，呈角礫、砂、松軟體。 呈松軟結(jié)構(gòu) 圍巖極易坍塌變形有水時(shí)土砂經(jīng)常與水一起涌出，淺埋時(shí)易坍塌到地表。 0.6 軟塑狀粘性土及潮濕的粉細(xì)砂等。 粘性土呈蠕動(dòng)的松散結(jié)構(gòu)，砂性土呈潮濕松散結(jié)構(gòu)。 3.2 隧道工程地質(zhì)傾斜巖層對(duì)隧道施工影響巖層構(gòu)造 無(wú)軟弱結(jié)構(gòu)面 有軟弱結(jié)構(gòu)面 緩傾的 一般層后大于1.0m的

17、穩(wěn)定性好，中厚層0.41.0m的次之，薄層最差節(jié)理密易頂部易坍塌掉塊。 軟弱面位于隧道頂部易造成頂板坍塌，軟弱面位于底部影響隧道支護(hù)及穩(wěn)定。 陡傾的 層面與節(jié)理結(jié)合不良時(shí)易發(fā)生滑動(dòng)偏壓現(xiàn)象。 軟弱面位于隧道頂部易出現(xiàn)坍塌，可能出現(xiàn)應(yīng)力集中，軟弱面位于中部易產(chǎn)生偏壓滑動(dòng)。 陡立的一般情況圍巖穩(wěn)定較緩傾的和陡傾的好。 軟弱面位于隧道內(nèi)可能出現(xiàn)局部塌頂，如位于兩側(cè)可能產(chǎn)生坍幫偏壓。 隧道工程地質(zhì)（續(xù)）褶皺構(gòu)造對(duì)隧道施工的影響是： 隧道在向斜層開(kāi)挖多出現(xiàn)掉塊和坍塌；隧道在平行褶皺軸通過(guò)易產(chǎn)生較大的偏壓；向斜構(gòu)造中一般軸部多儲(chǔ)存大量地下水，且多有承壓性質(zhì)；在石灰?guī)r中多出現(xiàn)巖溶，背斜中巖溶發(fā)育多為漏斗及井

18、穴，而向斜中巖溶多為暗河；在柔性巖層中易產(chǎn)生小褶皺，使巖層更為破碎，強(qiáng)度極度降低。斷層對(duì)隧道施工的影響主要決定于斷裂破碎帶的寬度及破碎帶膠結(jié)情況： 隧道通過(guò)斷層帶極易發(fā)生坍塌和涌水直接影響坑道穩(wěn)定；斷層帶中由于填充物處于壓縮狀態(tài)，開(kāi)挖后潛在應(yīng)力釋放發(fā)生較大的膨脹壓力使坑道變形；斷層面傾向隧道且傾角大于10度者對(duì)隧道禪師那個(gè)偏壓；在軟硬不同巖層中，斷裂面的柔性巖石往往形成不透水層而在脆性巖地破碎角礫帶極易儲(chǔ)存大量地下水。節(jié)理對(duì)隧道的施工影響： 節(jié)理愈密，張開(kāi)愈大，隊(duì)開(kāi)挖影響愈大，圍巖整體形愈差，拆換支護(hù)時(shí)常發(fā)生坍塌；對(duì)軟弱介質(zhì)充填的節(jié)理或飽水節(jié)理圍巖，穩(wěn)定性差，頂部支護(hù)壓力加大；受爆破震動(dòng)易掉塊

19、坍塌。四、隧道施工方法與施工要點(diǎn)4.1 隧道施工方法的選取4.2 隧道開(kāi)挖4.3 隧道支護(hù)4.3 隧道防排水4.5 不良地質(zhì)段隧道施工4.1 隧道施工方法的選取隧道施工方法有礦山法、掘進(jìn)機(jī)法、沉管法、頂進(jìn)法、明挖法等。新奧法是1963年由奧地利學(xué)者L.臘布茲維奇教授命名為“新奧地利隧道施工法”簡(jiǎn)稱新奧法（NATM）正式出臺(tái)。它是以控制爆破或機(jī)械開(kāi)挖為主要掘進(jìn)手段，以錨桿噴射混凝土為主要支護(hù)方法，理論量測(cè)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的一種施工方法，是礦山法的一種。也是一系列指導(dǎo)隧道設(shè)計(jì)和施工的原則，基本原則可概括為“少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、緊封閉”。新奧法施工按其開(kāi)挖斷面的大小及位置基本上又可分為：全斷面法、臺(tái)

20、階法、分部開(kāi)挖法三大類。礦山法因最早用于礦山開(kāi)采而得名，多數(shù)情況下都需采用鉆眼爆破掘進(jìn)又稱鉆爆法。掘進(jìn)機(jī)法包括隧道掘進(jìn)機(jī)法（Tunnel Boring Machine,簡(jiǎn)寫(xiě)TBM）和盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)法，前者適用于巖石地層后者用于土質(zhì)地層，尤其適用于軟土、流沙、淤泥地層。沉管法用來(lái)修建水底隧道、地鐵、市政隧道等。新奧法施工幾種方法一、全斷面法按照隧道設(shè)計(jì)輪廓線一次爆破成型的施工方法叫全斷面法。 它的施工順序是： 用鉆孔臺(tái)車(chē)鑿眼裝藥聯(lián)接導(dǎo)火線； 退出鉆孔臺(tái)車(chē)引爆炸藥開(kāi)挖出整個(gè)隧道斷面； 排除危石安設(shè)拱部錨桿和噴第一次混凝土； 裝碴出碴； 安設(shè)邊墻錨桿和噴混凝土； 必要時(shí)可噴拱部第二層混凝土和隧底混凝土；

21、 開(kāi)始下一輪循環(huán)； 在初期支護(hù)變形穩(wěn)定后灌注內(nèi)層襯砌。 全斷面開(kāi)挖法適用于IVVI類巖質(zhì)較完整的硬巖中，必須具備大型施工機(jī)械，隧道長(zhǎng)度不宜太短應(yīng)大于1000m。全斷面開(kāi)挖法工序少，相互干擾少，便于組織大型機(jī)械化施工，因此施工進(jìn)度高，最高月進(jìn)洞300m。臺(tái)階法施工臺(tái)階法包括長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法和超短臺(tái)階法，至于施工中究竟應(yīng)采用何種臺(tái)階法要根據(jù)初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求選擇，圍巖越差閉合時(shí)間要求越短。對(duì)所有臺(tái)階法施工中開(kāi)挖下半斷面是要求做到以下幾點(diǎn)： 落底應(yīng)在上半斷面初期支護(hù)基本穩(wěn)定后進(jìn)行，采用單側(cè)落底或雙側(cè)交錯(cuò)落底，視圍巖狀況嚴(yán)格控制落底長(zhǎng)度一般采用13m并不得大于6m。 下部邊墻開(kāi)挖后必須立

22、即噴射混凝土并按要求做初期支護(hù)。 量測(cè)工作必須及時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)位移太大應(yīng)立即進(jìn)行仰拱封閉縮短進(jìn)尺，加強(qiáng)支護(hù)，分割掌子面等。臺(tái)階法施工（續(xù)）長(zhǎng)臺(tái)階法一般上臺(tái)階超前50m以上或大于5倍洞跨。長(zhǎng)臺(tái)階法只需配備中型鉆孔臺(tái)車(chē)即可施工，對(duì)維持開(kāi)挖面穩(wěn)定十分有利，比全斷面開(kāi)挖法運(yùn)用廣泛，凡在全斷面法中開(kāi)挖面不能自穩(wěn)，但圍巖堅(jiān)硬不用底拱封閉斷面的情況都可采用長(zhǎng)臺(tái)階法。短臺(tái)階法兩個(gè)開(kāi)挖斷面相距較近，臺(tái)階長(zhǎng)度小于5倍但大于11.5倍洞跨。由于短臺(tái)階法可縮短支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合時(shí)間，能改善初期支護(hù)的受力條件，所以適用范圍廣泛，IIVI類圍巖都能采用，尤其對(duì)于II、III類圍巖是新奧法施工的主要方法之一。缺點(diǎn)是上臺(tái)階出碴時(shí)對(duì)下半

23、斷面施工的干擾極大，不能全部平行作業(yè)，為解決這個(gè)問(wèn)題可采用皮帶機(jī)或在上下導(dǎo)坑設(shè)過(guò)渡坡道運(yùn)碴。要求初期支護(hù)要在距開(kāi)挖面30m內(nèi)。初期支護(hù)變形、下沉顯著時(shí)要提前閉合，要研究在保證施工機(jī)械正常工作前提下臺(tái)階的最小長(zhǎng)度。超短臺(tái)階法上臺(tái)階僅超前下臺(tái)階35m，只能交替作業(yè)，超短臺(tái)階閉合時(shí)間更短，適用于膨脹性圍巖和土質(zhì)圍巖，也適用于機(jī)械化程度不高的各類圍巖地段，缺點(diǎn)是機(jī)械設(shè)備集中作業(yè)相互干擾較大，生產(chǎn)效率較底。施工時(shí)，在軟弱圍巖中施工時(shí)應(yīng)特別注意開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定性，必要時(shí)刻采用輔助施工措施，如在圍巖中注漿或打入超前水平小導(dǎo)管，對(duì)開(kāi)挖面預(yù)加固和預(yù)支護(hù)。分部開(kāi)挖法有： 臺(tái)階分部開(kāi)挖法、 單側(cè)壁導(dǎo)坑法、 雙側(cè)壁導(dǎo)

24、坑法。 適用于大跨度隧道。 分部開(kāi)挖法漏斗棚架法是最常用的一種分部開(kāi)挖法，是下導(dǎo)坑法的一種。先開(kāi)挖下導(dǎo)坑，并架設(shè)棚架，然后向上拉槽，分兩層挖到拱頂，隨后再由拱部?jī)蓚?cè)向下開(kāi)挖，一般分三次挖到墻底，再以先墻后拱的順序完成整個(gè)施工順序。4.2 隧道開(kāi)挖在目前條件下開(kāi)挖隧道的主要方法主要是鉆孔爆破法。開(kāi)挖工作的主要內(nèi)容有：鉆眼、裝藥、爆破等，對(duì)于開(kāi)挖工作應(yīng)做到下面幾點(diǎn)要求：按設(shè)計(jì)要求開(kāi)挖出斷面（包括形狀、尺寸、表面平整、超欠挖等要求）；石碴的塊度應(yīng)便于裝碴作業(yè)；掘進(jìn)速度快少占作業(yè)循環(huán)時(shí)間；爆破在充分發(fā)揮其能力的前提下減少對(duì)圍巖的震動(dòng)破壞，減少對(duì)設(shè)工機(jī)具及支護(hù)設(shè)備的破壞；隧道施工所采用的爆破方法中用的最

25、多的是炮眼爆破法。爆破方法要研究的主要問(wèn)題是炮眼的布置、炮眼參數(shù)及裝藥起爆的問(wèn)題。4.2.1 隧道掘進(jìn)炮眼布置周邊眼的控制爆破爆破參數(shù)選擇4.2.2 炮眼布置掘進(jìn)工作面的炮眼可分為：掏槽眼輔助眼周邊眼掏槽眼掏槽眼的作用是將開(kāi)挖面上一部位的巖石掏出一個(gè)槽，以形成一個(gè)新的臨空面，為其它炮眼的爆破創(chuàng)造有利條件。掏槽眼一般比其它炮眼深1020cm，以保證爆破后開(kāi)挖深度一致。掏槽眼形式可分成斜眼掏槽和直眼掏槽兩大類。斜眼掏槽是掏槽眼與開(kāi)挖面斜交，優(yōu)點(diǎn)是可以按巖層的實(shí)際情況選擇掏槽形式和掏槽角度，容易把巖石拋出，而且所需掏槽眼個(gè)數(shù)少，缺點(diǎn)是眼深受坑道斷面尺寸限制，也不便于多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)鑿巖。為防止相鄰炮眼或

26、相對(duì)炮眼之間的殉爆，裝藥炮眼之間的距離不能小于20cm。直眼掏槽可以實(shí)行多機(jī)鑿巖、鉆眼機(jī)械化和深眼爆破從而為加快掘進(jìn)速度提供有利條件。目前多采用直眼掏槽，直眼掏槽的炮眼數(shù)目和單位用藥量增多，炮眼位置和鉆眼方向要求高度準(zhǔn)確，才能保證良好的掏槽效果。直眼掏槽的形式很多，常用的有龜裂掏槽、五梅花掏槽和螺旋掏槽。輔助眼輔助眼的作用是進(jìn)一步擴(kuò)大掏槽眼體積的增大爆破量，并為周邊眼創(chuàng)造有利的爆破條件。其布置主要是解決間距和最小抵抗線的問(wèn)題，可由工地經(jīng)驗(yàn)決定，最小抵抗線約為炮眼間距的6080。周邊眼周邊眼的作用是爆破后使坑道斷面達(dá)到設(shè)計(jì)的形狀和規(guī)格。周邊眼原則上是沿設(shè)計(jì)輪廓均勻布置，間距和最小抵抗線比輔助眼小

27、，以便爆出比較平順的輪廓。眼口距設(shè)計(jì)輪廓線約0.10.2m以便鉆眼。周邊眼底端對(duì)于松軟巖石應(yīng)放在設(shè)計(jì)輪廓線之內(nèi)，對(duì)于中硬巖層可放在設(shè)計(jì)輪廓線上，對(duì)于堅(jiān)硬巖層則應(yīng)略超出設(shè)計(jì)輪廓線外，為避免超欠挖，底板眼底端一般都超出設(shè)計(jì)輪廓線。周邊眼控制爆破隧道爆破施工中，首要要求炮眼利用率高，開(kāi)挖輪廓及尺寸準(zhǔn)確，對(duì)圍巖震動(dòng)小。采用光面爆破和預(yù)裂爆破技術(shù)可以控制爆破輪廓盡量保持圍巖地穩(wěn)定。光面爆破是指爆破后斷面輪廓整齊，超挖和欠挖符合規(guī)定要求的爆破，其主要標(biāo)準(zhǔn)是： 開(kāi)挖輪廓成型規(guī)則，巖面平整巖面上保存50以上的孔痕并無(wú)明顯得爆破裂縫爆破后圍巖壁上無(wú)危巖。新奧法施工中采用光面爆破對(duì)圍巖地?cái)_動(dòng)比較輕微，圍巖松弛帶的

28、范圍只有普通爆破法的1/91/2，大大地減少了超欠挖，節(jié)約了大量的混凝土和回填片石。加快了施工進(jìn)度，圍巖壁面平整、危石少，減輕了應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免局部坍塌，促進(jìn)了施工安全并為噴錨支護(hù)創(chuàng)造了條件，從圍巖地穩(wěn)定性著眼，愈是地質(zhì)不良地段更要采用光面爆破。 光面爆破光面爆破的基本原理： 實(shí)現(xiàn)光面爆破就是要使周邊炮眼起爆后優(yōu)先沿各孔的中心線形成貫通裂縫，然后由于爆炸氣體的作用使裂解的巖體向洞內(nèi)拋散。裂縫的形成原理，現(xiàn)在大都學(xué)者認(rèn)為是應(yīng)力波和爆炸氣體壓力的共同作用的結(jié)果。光面爆破主要參數(shù)和技術(shù)規(guī)措施 確定合理的光面爆破參數(shù)是獲得良好的光面爆破效果的重要保證。光面爆破的主要參數(shù)包括周邊眼的間距、光面爆破層的

29、厚度、周邊眼密集系數(shù)、周邊眼線裝藥密度等。為獲得良好的光面爆破效果可采取一些技術(shù)措施。如：周邊眼孔距適當(dāng)縮小可以控制爆破輪廓，避免超欠挖，又不致于過(guò)大增加鉆眼工作量。E=(818)d。預(yù)裂爆破預(yù)裂爆破實(shí)質(zhì)上也是光面爆破的一種形式，其爆破原理與光面爆破原理相同。只是在爆破的順序上光面爆破是先引爆掏槽眼接著引爆輔助眼，最后引爆周邊眼；而預(yù)裂爆破則是首先引爆周邊眼使沿周邊眼的連心線炸出平順的預(yù)裂面。炮眼參數(shù)包括炮眼直徑、炮眼數(shù)目和炮眼長(zhǎng)度。炮眼直徑對(duì)于鑿巖生長(zhǎng)率、炮眼數(shù)目和單位炸藥消耗量和平整度均有影響。藥卷與炮眼之間的空隙通常為炮眼直徑的1015。炮眼數(shù)目：主要與開(kāi)挖斷面、巖石性質(zhì)與炸藥性能有關(guān)（

30、N=qs/ar）。炮眼長(zhǎng)度決定著每一掘進(jìn)循環(huán)的鉆眼工作量、出碴工作量、循環(huán)時(shí)間和次數(shù)以及施工組織。一般根據(jù)下列因素確定：考慮圍巖的穩(wěn)定性并避免過(guò)大的超欠挖；考慮鑿巖機(jī)的允許鉆眼長(zhǎng)度；考慮掘進(jìn)循環(huán)安排，保證充分利用作業(yè)時(shí)間。4.3 隧道支護(hù)為了有效地約束和控制圍巖地的變形，增強(qiáng)圍巖地穩(wěn)定性，防止坍方，保證施工和運(yùn)營(yíng)作業(yè)的安全。必須及時(shí)可靠的進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)主要有木支撐、鋼支撐、鋼木混合支撐、鋼筋混凝土支撐、錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、噴錨聯(lián)合支護(hù)等，永久支護(hù)一般采用混凝土襯砌。4.3.1 隧道臨時(shí)支護(hù)選擇各種臨時(shí)支護(hù)的選用與圍巖地穩(wěn)固程度有關(guān),一般來(lái)說(shuō)VI類圍巖不需臨時(shí)支護(hù)，V類圍

31、巖采用錨桿支護(hù)，IVIII類圍巖采用噴射混凝土支護(hù)、錨桿噴混凝土聯(lián)合支護(hù)、錨桿鋼筋網(wǎng)噴混凝土聯(lián)合支護(hù)，II類圍巖采用噴射混凝土鋼支撐聯(lián)合支護(hù)或其它支撐支護(hù)，I類圍巖采用木、鋼、鋼木混合支撐。對(duì)于IV類及IV類以上的圍巖可先挖后支，支護(hù)車(chē)開(kāi)挖面距離一般不宜大于510m，IIIII類圍巖隨挖隨支，支護(hù)需緊跟工作面，III類圍巖先支后挖，如條件合適盡量將臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)結(jié)合使用。4.3.2 永久支護(hù)（二次襯砌）作用：一般除了地質(zhì)堅(jiān)硬不易風(fēng)化的VI淚圍巖外都應(yīng)施作混凝土襯砌，二次襯砌除了起飾面和增加安全度的作用外，實(shí)際上也承受了在其施工后發(fā)生的外部水壓、軟弱圍巖的蠕變壓力、膨脹地壓或者淺埋隧道受到的

32、附加荷載。施工順序：一般有現(xiàn)墻后拱或先拱后墻兩種形式，在全斷面開(kāi)挖時(shí)則應(yīng)盡量使用金屬模板臺(tái)車(chē)灌注混凝土整體襯砌。4.3.2.1 襯砌施工方法對(duì)于先墻后拱法施工，拱架是架設(shè)在墻架的立柱上，先拱后墻法施工拱架是架設(shè)經(jīng)復(fù)核檢查中線及拱部?jī)艨諢o(wú)誤后在拱腳放線定位，直接支撐在地層上，現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用38kg/m的舊軌彎制鋼拱架。拱架的標(biāo)高要預(yù)留沉落量，先墻后拱法不大于5cm，現(xiàn)拱后墻法如下表： 圍巖類別 IV類及以上 IIIII I 預(yù)留沉落量（cm） 5 510 1015 1520 襯砌施工注意幾點(diǎn)拱墻和邊墻模板支架的間距一般采用1m，最大不超過(guò)1.5m，各拱架和邊墻模板支架之間應(yīng)設(shè)置縱向拉桿最后一排應(yīng)加

33、設(shè)斜撐并連接牢靠。模板結(jié)合如有縫隙應(yīng)嵌塞嚴(yán)密，防止模板走動(dòng)和漏漿。襯砌混凝土灌注應(yīng)劃分環(huán)節(jié)進(jìn)行，在松軟地層一般每個(gè)環(huán)節(jié)長(zhǎng)度不超過(guò)6m，混凝土灌注時(shí)的自由傾落高度不宜超過(guò)2m，分層灌注，保證連續(xù)。灌注邊墻混凝土要求兩側(cè)混凝土保持分層對(duì)稱均勻上升，以免兩側(cè)邊墻模板受力不均而傾斜或移位。灌注拱圈混凝土?xí)r應(yīng)從兩側(cè)拱腳開(kāi)始，同時(shí)向拱頂分層對(duì)稱進(jìn)行，層面要保持輻射狀，當(dāng)灌注到拱頂時(shí)需要改為沿隧道縱向進(jìn)行灌注，邊灌注邊鋪封口模板這種封頂方法叫“活封口”，當(dāng)襯砌灌注到最后一個(gè)節(jié)段時(shí)只能在拱頂中央預(yù)留5050cm的缺口進(jìn)行“死封口”封頂。 襯砌施工中的回填壓漿問(wèn)題隧道拱圈和邊墻后的背后的空隙必須回填密實(shí)，并應(yīng)與

34、混凝土灌注工作同時(shí)進(jìn)行。用先拱后墻法施工時(shí)拱腳以上1m范圍內(nèi)應(yīng)與拱圈同級(jí)的混凝土一起灌注。邊墻基底以上1m范圍內(nèi)宜用與邊墻同級(jí)的混凝土灌注。在不良地質(zhì)段除必須回填密實(shí)外，可視具體情況進(jìn)行壓漿加固。向襯砌背后壓漿能填充襯砌與圍巖之間的空隙，防止圍巖進(jìn)一步變形。壓漿工作應(yīng)在襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后或拱架拆除前及時(shí)進(jìn)行每段長(zhǎng)度2030m，在襯砌兩側(cè)同時(shí)自上而下壓注。仰拱的灌注在拱圈和邊墻修筑后可修建仰拱。當(dāng)圍巖壓力較大時(shí)，每環(huán)襯砌的拱圈和邊墻修筑好后立即修仰拱，然后再灌注下一環(huán)。灌注仰拱時(shí)必須把隧道底部的虛碴、雜物和淤泥清除干凈，仰拱超挖部分應(yīng)用與仰拱同級(jí)的混凝土回填。 模筑混凝土襯砌的綜合機(jī)械化施工 綜

35、合機(jī)械化是指把配料、混凝土攪拌、運(yùn)輸、立模、搗固等主要過(guò)程的機(jī)械化配套進(jìn)行，其中機(jī)械化攪拌站、混凝土運(yùn)輸泵和活動(dòng)式模板的配套使用為主。金屬模板臺(tái)車(chē)是襯砌灌注綜合機(jī)械化的重要設(shè)備，長(zhǎng)度一般為812m，如雙線隧道施工的GKK型鋼模板臺(tái)車(chē)分為拱模、側(cè)模和底模，整個(gè)模板可以上下左右移動(dòng)，最大行程300mm。 4.3 隧道防排水水不僅是影響隧道正常施工的因素之一，也是影響隧道正常運(yùn)營(yíng)的重要因素之一。在施工期間，地下水不僅降低圍巖的穩(wěn)定性增加開(kāi)挖難度，增加支護(hù)難度和費(fèi)用，甚至需要采取超前支護(hù)或預(yù)注漿堵水加固圍巖。在運(yùn)營(yíng)期間地下水常從混凝土襯砌的施工縫、變形縫、裂縫甚至混凝土孔隙等通道滲漏到隧道中，造成洞內(nèi)

36、通信供電照明設(shè)備處于潮濕環(huán)境中而發(fā)生銹蝕，使路面積水或結(jié)冰造成打滑。由于結(jié)冰膨脹和侵蝕性地下水的作用，使襯砌受到破壞。為避免和減少水的危害，已總結(jié)出“截、堵、排相結(jié)合“的綜合治水原則，并以模筑混凝土襯砌作為防堵水的基本措施。隧道防排水措施截，就是在隧道以外將地表水和地下水疏導(dǎo)截流，使之不能進(jìn)入隧道工程范圍內(nèi)。截水措施有：在地表水上游設(shè)截水導(dǎo)流溝，地下水上游設(shè)泄水洞或洞外井點(diǎn)降水。堵，就是以襯砌混凝土為基本防水層，以其它防水材料作為輔助防水層，阻隔地下水，使之不能進(jìn)入隧道內(nèi)的防水措施，必要時(shí)還可以采用注漿堵水措施。常用的堵水措施有：噴射混凝土堵水、塑料板堵水、混凝土襯砌堵水，充分利用混凝土襯砌的

37、防水性能是經(jīng)濟(jì)合算的最基本防水措施。在工程中改善和利用混凝土襯砌的抗?jié)B防水性能可以從兩方面考慮：其一，是防水混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)及抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，其配合比選取注意：1、水灰比不得大于0.6；2、水泥用量不得小于280kg/m3；3、砂率應(yīng)適當(dāng)提高，并不得低于35。其二，防水混凝土襯砌施工必須采用機(jī)械振搗。排，就是人為設(shè)置排水系統(tǒng)，盲溝(在襯砌和圍巖之間提供過(guò)水通道并使之匯入泄水孔)、泄水管、渡槽、中心排水溝或排水側(cè)溝等將地下水排出隧道。4.5 不良地質(zhì)段隧道施工在修建隧道中常遇到不利于施工的特殊地質(zhì)段，如膨脹土圍巖、黃土、溶洞、松散地層、流沙、巖爆等，在開(kāi)挖、支護(hù)和襯砌過(guò)程中，由于各種因素影響都可能發(fā)生土石坍塌、坑道支撐變形、襯砌結(jié)構(gòu)斷