隧道工程課程教學(xué)課件全冊教學(xué)課件匯總

1、授課人：XX XX 隧 道 工 程XX學(xué)院 XX 專業(yè)【全套課件】隧道工程結(jié)構(gòu)計(jì)算隧道主體建筑結(jié)構(gòu)隧道工程的勘測設(shè)計(jì)隧道工程概述目錄隧道工程施工技術(shù)隧道工程量測技術(shù)隧道工程的維修養(yǎng)護(hù)與管理隧道工程概述地下工程的定義交通工程：公路、鐵路隧道；地鐵；跨海隧道；城市地 下交通等建筑工程：地下室、地下停車場、地下商場等市政工程：地下管網(wǎng)（下水道、電網(wǎng)、供熱）等人防工程：人防避難工程等能源工程：地下電廠（水電、核能、火電）、地下水利 設(shè)施、核能廢料的存儲等軍事工程：地下防護(hù)工程；地下武器儲庫；地下飛機(jī)場功能應(yīng)用地下工程修建在地層中提供某種用途的地下空間的建筑結(jié)構(gòu)物 1.1 概念與定義隧道工程的定義從事研

2、究和建造各種隧道及地下工程的規(guī)劃、勘測、設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)的一門應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)，是土木工程的一個(gè)分支。 隧道(tunnel)的定義隧道工程以交通、運(yùn)輸為主要功能用途的一種地下工程 巖石隧道（硬巖軟巖）土質(zhì)隧道山嶺隧道城市隧道水底隧道圓形隧道橢圓形隧道馬蹄形隧道矩形隧道雙線隧道連拱隧道雙層隧道地層位置形狀1.2 隧道的分類交通隧道水工隧道市政隧道礦山隧道鉆爆法隧道明挖法隧道機(jī)械法隧道深埋法隧道用途施工方法特大斷面（100m2)大斷面（50100m2)中等斷面（1050m2)小斷面（310m2)極小斷面（0.750.750.550.550.350.350.15 0.90.75 R 0.90.5

3、R 0.750.25 R 0.5R 30 硬巖 5 Rb30 軟巖 Rb 5 極軟巖 圍巖完整程度 指標(biāo)1：結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度 指標(biāo)2：地質(zhì)構(gòu)造影響程度 由此兩指標(biāo)，將巖體完整程度分為5個(gè)級別，見下表： 完整程度結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度地質(zhì)構(gòu)造影響程度完整不發(fā)育輕微較完整較發(fā)育、不發(fā)育較重、輕微較破碎發(fā)育、較發(fā)育嚴(yán)重破碎極發(fā)育、發(fā)育極嚴(yán)重、嚴(yán)重極破碎極發(fā)育極嚴(yán)重等級地質(zhì)構(gòu)造作用特征輕微圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)小，無斷裂（層）；層狀巖體一般呈單斜構(gòu)造；節(jié)理不發(fā)育較重圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)較大；位于斷裂（層）或褶曲軸的鄰近地段；可有小斷層，節(jié)理較發(fā)育嚴(yán)重圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)較強(qiáng)烈，位于褶曲軸部或斷裂影響帶內(nèi)；軟巖多見扭曲及拖拉現(xiàn)

4、象；節(jié)理發(fā)育很嚴(yán)重位于斷裂（層）破碎帶內(nèi)；節(jié)理很發(fā)育；巖體呈碎石、角礫狀，有的呈粉末泥土狀等級地質(zhì)構(gòu)造作用特征節(jié)理不發(fā)育 節(jié)理（裂隙）1-2組，規(guī)則，為原生型或構(gòu)造型，多數(shù)的間距在1.0m以上，為密閉型。巖體被切割成塊狀節(jié)理較發(fā)育 節(jié)理（裂隙）2-3組，呈x型，較規(guī)則，以構(gòu)造型為主，多數(shù)的間距大于0.4m，多為密閉。部分微張開，少有填充物。巖體被切割成大塊狀節(jié)理發(fā)育 節(jié)理（裂隙）3組以上，不規(guī)則，呈x型或米字型，以構(gòu)造型或風(fēng)化型為主，多數(shù)間距小于0.4m，大部分微張開，部分張開，大部分為粘性土填充。巖體被切割成塊、碎石狀節(jié)理很發(fā)育 節(jié)理（裂隙）3組以上，雜亂，以構(gòu)造型或風(fēng)化型為主，多數(shù)間距小于

5、0.2m，微張開或張開，部分為粘土充填。巖體被切割成碎石狀圍巖節(jié)理（裂隙）發(fā)育程度劃分 特點(diǎn) 給出了單線隧道圍巖開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)。 尚未考慮地下水和地應(yīng)力。 地下水狀態(tài)的分級表級別狀態(tài)滲水量L/(min10m)干燥或濕潤10偶有滲水1025經(jīng)常滲水25125 圍巖基本分類 地下水狀態(tài)分級 初始地 應(yīng)力狀態(tài)主 要 現(xiàn) 象評估基準(zhǔn) （Rc/max）極高應(yīng)力1.硬質(zhì)巖：開挖過程中時(shí)有巖爆發(fā)生，有巖塊彈出，洞壁巖體發(fā)生剝離，新生裂縫多，成洞性差42.軟質(zhì)巖：巖芯常有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁巖體有剝離，位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移，持續(xù)時(shí)間長，不易成洞高應(yīng)力1 .硬質(zhì)巖: 開挖過程中可能出現(xiàn)巖爆，洞壁巖

6、體有剝離和掉塊現(xiàn)象，新生裂紋較多，成洞性較差4-72.軟質(zhì)巖：巖芯時(shí)有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁巖體位移極顯著，持續(xù)時(shí)間長，成洞性差圍巖基本分級 修正級別 初始地應(yīng)力狀態(tài)極高應(yīng)力或高應(yīng)力或(六)問題及研究方向 1.問題 指標(biāo)定性的多、定量的少。如何做到準(zhǔn)確、方便、好用？ 2.研究 發(fā)展物探手段，增加定量指標(biāo)。 發(fā)展分析理論 模糊數(shù)學(xué)圍巖分級； 隧道位移圍巖分級； 人工智能專家系統(tǒng)圍巖分級等。自重應(yīng)力 構(gòu)造應(yīng)力 地下水壓力 溫度應(yīng)力原巖 毛洞穩(wěn)定洞室開挖支護(hù)5.4 圍巖壓力一、圍巖壓力及其分類 (一)圍巖壓力 圍巖壓力地層對洞室的作用力廣義：包括有、無支護(hù)時(shí)的壓力狹義：僅指對支護(hù)的壓力（二）圍巖壓

7、力分類 1松動(dòng)壓力圍巖變形過大，發(fā)生松動(dòng)而形成的壓力。 2形變壓力圍巖變形在有限范圍內(nèi)而形成的壓力。 這是最重要的兩種壓力形態(tài)。 問題： 1.這兩種壓力性質(zhì)上有何不同？ 2.壓力的性質(zhì)與圍巖穩(wěn)定性有何關(guān)系？ 3膨脹壓力膨脹性巖層。 4沖擊壓力明洞，落石； 暗洞，坍方、巖爆。5.4.2 影響圍巖壓力的因素 地質(zhì)因素 1.巖體初始應(yīng)力狀態(tài) 2.巖石力學(xué)性質(zhì) 3.巖體結(jié)構(gòu)面 4.地下水等 工程因素 1.施工方法 2.支護(hù)設(shè)置時(shí)間 3.支護(hù)本身剛度 4.隧道斷面形狀等1.圍巖松動(dòng)壓力的形成 自然拱的概念：圍巖的變形不能得到有效的控制，當(dāng)變形超過一定限度后，圍巖發(fā)生松動(dòng)、坍落，最終在洞室上方形成拱形。

8、(a) 變形階段； (b) 松動(dòng)階段； (c) 塌落階段； (d) 成拱階段。 5.4.3 圍巖松動(dòng)壓力的形成和確定方法自然拱 影響自然拱的因素： 隧道埋深成拱的必要條件 隧道斷面形狀和大小拱的范圍 施工因素對圍巖的擾動(dòng)程度2、圍巖壓力的確定方法 直接量測法 理論估算法 統(tǒng)計(jì)法（經(jīng)驗(yàn)法、工程類比法）只介紹 （其它情況太復(fù)雜、不介紹） 深埋圓形洞室彈塑性圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)-理論估算解假設(shè)巖體服從庫侖-莫爾準(zhǔn)則，是理想塑性體（極限平衡理論）。（4）求解塑性區(qū)應(yīng)力得：分離變量，解微分方程：（5）求解塑性區(qū)半徑和支反力（修正的Fenner公式）（6）求解彈性區(qū)應(yīng)力 1)深埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法 (

9、1) 統(tǒng)計(jì)法我國隧規(guī)所推薦的方法 式中 圍巖容重； hq坍落拱高度； s 圍巖級別； w 寬度影響系數(shù)，由 w=1+i（B-5）計(jì)算： B 坑道寬度，當(dāng) B5m時(shí)，取 i =0.2，當(dāng) B5m時(shí)，取i =0.1。水平壓力見表4-7：表4-7圍巖水平均布壓力圍巖級別、 水平均布壓力0 0.15q ( 0.150.3)q(0.30.5)q (0.51.0)q 統(tǒng)計(jì)法公式的適用條件： H/B1.7，H為坑道的高度； 深埋隧道； 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖； 采用礦山法施工。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，圍巖垂直松動(dòng)壓力的分布可概括為4種，如圖4-7。 圖4-7 圍巖豎向松動(dòng)壓力的分布圖形統(tǒng)計(jì)法公式僅針對圖中第一

10、種情況。 (2) 普氏理論 散粒體理論：巖體被節(jié)理、裂隙所切割，視為散粒體。 普氏系數(shù)f(巖體堅(jiān)固性系數(shù)):巖體堅(jiān)固性系數(shù) f 的概念： f是一個(gè)以巖體強(qiáng)度為主的指標(biāo)，兼顧抗鉆性、抗爆性、地下水等性質(zhì)。 前述自然拱概念最早由普氏提出： 堅(jiān)硬巖體: 松散破碎巖體： 式中 為隧道凈跨度的一半； 為隧道凈高度。 一般來說，普氏理論比較適用于松散、破碎的圍巖中。 圖4-8 自然拱的兩種形態(tài)(3) 泰沙基理論 理論：散粒體理論。假定： 破裂面為折線OAB 方法： 研究微分條帶dh的平衡。 步驟： 1.V=0，建立微分方程 2.邊界條件：3.解微分方程，得： 4.討論： 當(dāng)埋深h 達(dá)到一定程度時(shí)， 為恒值

11、： 取側(cè)壓力系數(shù)k=1， 則有： 與普氏法對照，能發(fā)現(xiàn)什么？ 2)淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法 深、淺埋隧道的判定原則 Hp（22.5）hq I一III級圍巖取: Hp2hq IVVI級圍巖取: Hp2.5hq HHp時(shí)為深埋 HHp時(shí)為淺埋 H 為覆蓋層厚度 (2) 淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法 土柱法 要點(diǎn)：忽略滑動(dòng)面上的阻力。 適于：埋深 H hq 垂直壓力：q=H 水平壓力按朗金公式：e = (H + 1/2 Ht)tg2(450 /2) Ht 為隧道凈高。 一院法 重點(diǎn)： 當(dāng)Hhq 時(shí)，應(yīng)該考慮滑動(dòng)面上的阻力。 分析下圖： 1.破裂面AC、BD 2.矩形EFHG下沉 帶動(dòng)三棱體A

12、CE和BDF下滑 整個(gè)巖體ABDHGC下滑 受阻于未擾動(dòng)巖體 3.作用力有： 矩形EFHGW1； 三棱體ACE,BDFW2； 三棱體與巖體EFDC之間的摩阻力T=T1+T2； 阻力N。 按力的平衡條件，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的垂直壓力為： 式中只有T1是未知，可求得： 式中 側(cè)壓力系數(shù)。 于是，P可求出。 明洞壓力的計(jì)算 設(shè)計(jì)明洞時(shí)，其荷載要按以下幾項(xiàng)計(jì)算 1.拱圈回填土垂直壓力 2.拱圈回填土石側(cè)壓力 3.邊墻回填土垂直壓力圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場量測 直接量測 間接量測思考題： 1.試說明影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素有哪些？在進(jìn)行圍巖分類時(shí)主要考慮什么因素？我國交通隧道圍巖分類對這些因素是如何處理的？ 2.某

13、隧道埋深為30m，圍巖為級，凈寬為12m，凈高為10m，圍巖天然容重20KN/m3，試計(jì)算該隧道圍巖壓力？ 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4 隧道洞門計(jì)算6.3 巖體力學(xué)方法6.1 隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型6.2 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法6.5 隧道抗震計(jì)算6.1.1隧道工程的受力特點(diǎn) 1.荷載的模糊性 2.圍巖物理力學(xué)參數(shù)難以準(zhǔn)確獲得 3.圍巖壓力承載體系 圍巖不僅是荷載，同時(shí)又是承載體； 地層壓力由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承受； 充分發(fā)揮圍巖自身承載力的重要性。6.1 隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型 4.設(shè)計(jì)參數(shù)受施工方法和施作時(shí)機(jī)的影響很大 5.隧道與地面結(jié)構(gòu)受力的不同點(diǎn)圍巖抗力的存在 6.1.2 隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型 1

14、.結(jié)構(gòu)力學(xué)模型 特點(diǎn)： 以支護(hù)結(jié)構(gòu)作為承載主體； 圍巖對支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用間接地體現(xiàn)為兩點(diǎn)： 圍巖壓力； 圍巖彈性抗力。 采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。 適用于：模筑砼襯砌 2.巖體力學(xué)模型 特點(diǎn)： 支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視為一體，共同承受荷載，且以 圍巖作為承載主體； 支護(hù)結(jié)構(gòu)約束圍巖的變形； 采用巖體力學(xué)方法計(jì)算； 圍巖體現(xiàn)為形變壓力。適用于：錨噴支護(hù)6.2.1概 述 1.基本原理 將支護(hù)和圍巖分開考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載的主體，圍巖作為荷載的來源和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支承，與其對應(yīng)的計(jì)算模型稱為荷載結(jié)構(gòu)模型。6.2 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法根據(jù)對荷載的處理不同，它大致有如下三種模式： 主動(dòng)荷載模式（圖51（a） 主動(dòng)荷載加被動(dòng)荷

15、載模式（圖51（b）) 實(shí)際荷載模式（圖51（c）)。 圖51 荷載結(jié)構(gòu)模式 2.隧道襯砌受力變形的特點(diǎn) 3.隧道襯砌承受的荷載及分類 (1) 主動(dòng)荷載 主要荷載 附加荷載 (2) 被動(dòng)荷載圍巖抗力 共同變形理論 局部變形理論 圖5-3 局部變形示意圖結(jié)構(gòu)力學(xué)方法6.2.3 隧道襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算的矩陣位移法 1.基本原理 矩陣位移法又叫直接剛度法，它是以結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量，聯(lián)接在同一節(jié)點(diǎn)各單元的節(jié)點(diǎn)位移應(yīng)該相等，并等于該點(diǎn)的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移（變形協(xié)調(diào)條件）；同時(shí)作用于某一結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的荷載必須與該節(jié)點(diǎn)上作用的各個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)力相平衡（靜力平衡條件）。 計(jì)算特點(diǎn): 三種單剛 襯砌單剛：梁單元 抗力單剛：

16、二力桿單元 基礎(chǔ)單剛：支座單元 拼總剛(結(jié)構(gòu)剛度矩陣) 邊界條件墻基礎(chǔ)水平位移為0 求解以節(jié)點(diǎn)位移為未知量的方程組高斯消去法等 由節(jié)點(diǎn)位移求出單元節(jié)點(diǎn)力內(nèi)力 2.計(jì)算圖式 襯砌結(jié)構(gòu)的處理 襯砌的處理：將襯砌沿其軸線離散化為直桿單元（梁單元），并將單元的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。 墻基礎(chǔ)的處理：假設(shè)邊墻底端是彈性固定，即能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)和垂直下沉，不能產(chǎn)生水平位移。 圖5-4 直剛法計(jì)算圖式 (2)等效節(jié)點(diǎn)荷載的處理 按“靜力等效”原則進(jìn)行，即均布荷載所作的虛功應(yīng)等于節(jié)點(diǎn)荷載所作的虛功。圖5-5 等效節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算示意圖垂直均布荷載作用在單元上的等效節(jié)點(diǎn)力分量為：水平均布荷載作用在單元上的等效節(jié)點(diǎn)力分量為：(3)

17、圍巖彈性抗力的處理 以彈簧支承模擬圍巖彈性抗力，即在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上設(shè)置一根彈簧鏈桿，彈簧力即為圍巖抗力； 以溫氏假定反映抗力與節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系； 彈簧支承的方向：應(yīng)按襯砌與圍巖的接觸狀態(tài)而定。 圖5-6 圍巖彈性抗力鏈稈設(shè)置示意圖 3.單元?jiǎng)偠染仃?襯砌單元?jiǎng)偠染仃?襯砌單剛) 彈性支承鏈桿單元?jiǎng)偠染仃?抗力單剛)要點(diǎn)： 其局部坐標(biāo)系與總體坐標(biāo)系一致； 由溫氏假定求抗力。 墻腳彈性支座單元?jiǎng)偠染仃?圖5-7 彈性鏈稈單元示意圖 圖5-8 墻角彈性支座單元示意圖 4.建立結(jié)構(gòu)剛度方程 （1）結(jié)構(gòu)剛度方程的形成（2） 結(jié)構(gòu)剛度矩陣的特點(diǎn) 對稱矩陣(反力互等定理)； 稀疏的帶狀矩陣，非零元素的個(gè)數(shù)一般只占

18、元素總 數(shù)的5左右； 是非奇異矩陣。因抗力彈簧本身就是對襯砌結(jié)構(gòu)的 約束，故襯砌結(jié)構(gòu)不能作剛體移動(dòng)。 5. 未知節(jié)點(diǎn)位移的求解和彈性支承的調(diào)整 （1）邊界條件 圍巖抗力彈簧支承就是一種邊界約束，已在拼總剛中考慮了； 基底支座水平位移為0。 （2）方程組求解：高斯消去法；迭代法 （3）對圍巖抗力彈簧支承的自動(dòng)調(diào)整 6.襯砌內(nèi)力的計(jì)算 （1）單元結(jié)點(diǎn)位移（2）單元結(jié)點(diǎn)力 7.直剛法計(jì)算流程圖 8.結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器的計(jì)算仍然按照荷載結(jié)構(gòu)法的思路，運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載圖如下圖： 荷載只考慮三種荷載：圍巖壓力；襯砌自重；彈性抗力 襯砌結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)力學(xué)建模簡圖如下圖： 襯砌結(jié)構(gòu)采用閉合的梁單元，

19、采用彈簧支撐，彈簧支撐需注意彈簧只能受壓不能受拉，受壓模量（即彈性系數(shù)）取圍巖的彈性抗力系數(shù)。由于襯砌單元是曲線梁，固可適當(dāng)多取一些彈簧支撐，彈簧支撐之間的梁單元采用直線梁，為方便荷載的施加，圍巖壓力的均布或分布式荷載全部轉(zhuǎn)化到彈簧支撐上的節(jié)點(diǎn)荷載。 6.2.4 襯砌截面強(qiáng)度檢算 1.破損階段法 破損階段法考慮到結(jié)構(gòu)的塑性階段，材料塑性極限強(qiáng)度Rb已進(jìn)入塑性階段。 當(dāng) 時(shí)，由抗壓強(qiáng)度控制其承載能力，因此僅需按抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢算。 當(dāng) 時(shí)，由抗拉強(qiáng)度控制承載能力，僅需按抗拉強(qiáng)度進(jìn)行檢算 。 偏心距限制 混凝土襯砌的偏心距不宜大于0.45倍截面厚度； 石砌體偏心距不應(yīng)大于0.3倍截面厚度； 基底偏心

20、距，對巖石地基不大于1/4倍墻底厚度，對土質(zhì)地基不大于1/6倍墻底厚度。 2.概率極限狀態(tài)法 極限狀態(tài)法采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，用概率來衡量結(jié)構(gòu)的安全度，或稱“可靠度”。 （1）承載能力極限狀態(tài) 混凝土矩形截面中心及偏心受壓構(gòu)件，其受壓承載能力： （2）正常使用極限狀態(tài) 從抗裂要求出發(fā)，混凝土矩形偏心受壓構(gòu)件的抗裂承載力按下式檢算：6.3.1 解析法 6.3 巖體力學(xué)方法6.3.2 數(shù)值分析法 1.概述 邊界元法、無限元法、有限元法、有限元法耦合方法等，僅介紹有限元法 2.有限元法處理特點(diǎn)（1）單元類型的選擇和網(wǎng)格劃分圖5-11 隧道計(jì)算范圍及網(wǎng)格劃分 （2）計(jì)算范圍的選取 隧道開挖影響范圍距開挖面

21、中心點(diǎn)35倍洞跨的范圍； 邊界上位移為零。（3）邊界條件和初始應(yīng)力（4）卸荷釋放荷載及卸荷過程模擬 （5）開挖施工步驟的模擬 （6）求單元應(yīng)力（7）圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性判斷 （8）有限元法計(jì)算的可信度初始狀態(tài)上半洞開挖到掌子面上半洞貫通到三倍洞徑下半洞開挖到掌子面全洞貫通計(jì)算方法：洞門可視作擋土墻，按計(jì)算擋土墻的方法進(jìn)行計(jì)算。 計(jì)算處理：主動(dòng)土壓力按庫侖理論進(jìn)行計(jì)算；無論墻背仰斜或直立，土壓力的作用方向均假定為水平；不考慮被動(dòng)土壓力。取最不利位置的墻體條帶計(jì)算，稱為“檢算條帶”。條帶寬度一般為1m，最不利位置墻體最高點(diǎn)。6.4 隧道洞門計(jì)算6.4.1 計(jì)算部位（檢算條帶）的選取及計(jì)算要點(diǎn)1柱式

22、、端墻式洞門 2有擋、翼墻的洞門 6.4.2 洞門計(jì)算內(nèi)容 1. 洞門計(jì)算內(nèi)容：墻身偏心及強(qiáng)度；繞墻趾的抗傾覆性(墻趾墻身外表面與基底面的交點(diǎn))；沿基底滑動(dòng)的穩(wěn)定性；基底應(yīng)力檢算。 2. 洞門端墻及擋（翼）墻檢算規(guī)定 墻身截面壓應(yīng)力 容許應(yīng)力 墻身截面偏心距 e 0.3倍截面厚度 基底應(yīng)力 地基容許承載力 基底偏心距 e 巖石地基B/4，土質(zhì)地基B/6（B為墻底厚度） 滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù) KC1.3 傾覆穩(wěn)定系數(shù) K01.5 6.4.3 洞門計(jì)算的概率極限狀態(tài)法 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定隧道洞門除按破損階段法進(jìn)行檢算外，還可采用極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算?；痉椒ㄈ酝茡p階段法，如取計(jì)算條帶，具體公式不同，

23、按可靠度理論得出. 1.洞門墻墻身抗壓承載能力計(jì)算(承載能力極限狀態(tài))2.洞門墻墻身抗裂承載能力計(jì)算(正常使用極限狀態(tài)) 3.洞門墻地基承載能力計(jì)算4.抗傾覆計(jì)算 5.抗滑動(dòng)計(jì)算6.5.1 概 述 規(guī)定：在地震基本烈度為7度及以上地區(qū)的隧道，需要進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。 抗震設(shè)計(jì)方法：地震系數(shù)法 其它方法：波動(dòng)法；相互作用法；數(shù)值分析方法，等。 6.5 隧道抗震計(jì)算6.5.2 地震系數(shù)法 考慮兩種情況： 水平地震力的方向橫交隧道縱軸 應(yīng)考慮洞口、淺埋、偏壓地段和明洞。 水平地震力的方向沿隧道縱軸 僅需考慮洞門及洞口一個(gè)環(huán)節(jié)襯砌。 圖5-20 縱向水平地震力作用下洞口環(huán)節(jié)計(jì)算圖式 1.地震力的計(jì)算（1）橫

24、向水平地震力（2）縱向水平地震力 水平梁 豎向梁2.襯砌內(nèi)力計(jì)算（1）襯砌任一截面內(nèi)的彎矩按圖（b）可得： （2）襯砌任一截面內(nèi)的彎矩按圖（c）可得： （3）在襯砌任一截面中，由于地震力產(chǎn)生的最大應(yīng)力為： 思考題 1.隧道結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)？隧道結(jié)構(gòu)體系的概念？2.什么是荷載結(jié)構(gòu)模型？什么是巖體力學(xué)模型？3.什么是圍巖彈性抗力？計(jì)算模型中有幾種處理方式？溫氏假定與它有什么關(guān)系？4.采用直剛法計(jì)算時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)有哪三種單剛？拼總剛的兩個(gè)條件是什么？5.襯砌截面強(qiáng)度檢算目前有幾種方法？6.洞門是如何檢算的？ 隧道施工技術(shù)7.1 概述 7.2 新奧法施工方法 7.3 傳統(tǒng)礦山法施工 7.4 洞口段施工方法

25、 7.5 明洞施工方法 7.6 輔助施工措施 7.7 特殊地質(zhì)地段的隧道施工 隧道施工分為開挖與支護(hù)兩大部分，具體過程為：首先，按照設(shè)計(jì)輪廓尺寸進(jìn)行開挖，以形成符合工程要求的隧道斷面，然后進(jìn)行必要的支護(hù)，以控制隧道圍巖變形，最后施作永久襯砌，以保證隧道長期地安全使用。7.1 概述7.1.1 隧道工程特點(diǎn)隧道工程的特點(diǎn)可歸納如下： 1. 整個(gè)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. 隧道是一個(gè)狹長的建筑物，正常情況下只有進(jìn)口與出口兩個(gè)工作面，工期也比較長，往往使一些長大隧道成為新建線路上起控制性作用的關(guān)鍵工程。 3. 地下施工的環(huán)境較差，甚

26、至在施工過程中還可能進(jìn)一步惡化，必須采取有效措施加以改善 。 4.工程施工不受季節(jié)變換及氣候變化的影響； 5.施工工地一般都位于偏遠(yuǎn)的深山狹谷之中，往往遠(yuǎn)離既有交通線，運(yùn)輸不便，供應(yīng)困難； 6.公路隧道埋設(shè)于地下，一旦建成就難以更改，所以，除了事先必須審慎規(guī)劃和設(shè)計(jì)外，施工中還要做到不留后患。 在隧道工程發(fā)展的歷史上，礦山法一直占居著主導(dǎo)地位，但近一個(gè)多世紀(jì)以來，又出現(xiàn)了其它的隧道施工方法，并得到了相當(dāng)程度的發(fā)展。隧道施工方法可以歸納為：礦山法、明挖法、盾構(gòu)法、掘進(jìn)機(jī)法、沉管法、頂進(jìn)法等。 礦山法 因最早應(yīng)用于礦石開采而得名，它包括上面已經(jīng)提到的傳統(tǒng)方法和新奧法。由于在這種方法中，多數(shù)情況下都

27、需要采用鉆眼爆破進(jìn)行開挖，故又稱為鉆爆法。有時(shí)為了強(qiáng)調(diào)新奧法與傳統(tǒng)礦山法的區(qū)別，而將新奧法從礦山法中分出另立系統(tǒng)。7.1.1 隧道施工方法及其選擇 掘進(jìn)機(jī)法 包括隧道掘進(jìn)機(jī)（Tunnel Boring Machine，簡寫為TBM）法和盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)法。 沉管法、頂進(jìn)法、明挖法則是用來修建水底隧道、地下鐵道、城市市政隧道等，以及埋深很淺的山嶺隧道。 施工方法選擇需要考慮的因素 1. 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。這是決定施工方法的最關(guān)鍵因素； 2. 施工技術(shù)條件和機(jī)械裝備狀況。這是在滿足地質(zhì)條件的前提下，影響施工方法的決定性因素，施工部門必須根據(jù)自己的實(shí)際情況，選擇施工方法； 3. 工期的重要性。主要依

28、據(jù)隧道工程的規(guī)模以及工期的緊迫性而定，如果不是控制工程，則可以花較少的代價(jià)，采用投資低一些的施工方法； 4. 工程投資。不同的施工方法所需的投資是有區(qū)別的，在充分滿足施工安全與工期的前提下，應(yīng)該盡量選擇較少投資的方法； 5. 對周圍環(huán)境保護(hù)的要求。隧道施工的爆破、運(yùn)輸碴土、排放施工廢水、洞口邊仰坡刷坡等工序都會對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境造成一定的影響。在確定施工方法時(shí)，必須考慮有關(guān)部門對環(huán)境保護(hù)的規(guī)定。7.2 新奧法施工方法 全斷面法全稱為“全斷面一次開挖法”，這是一種將隧道整個(gè)設(shè)計(jì)斷面一次爆破成型的方法。 適用條件：全斷面法適用于巖層覆蓋條件簡單、巖質(zhì)較均勻的硬巖中。7.2.1 全斷面法全斷面開挖法工作面

29、設(shè)備布置 施工順序如下： 1. 用鉆孔臺車鉆眼，然后裝藥、聯(lián)接導(dǎo)火線； 2. 退出鉆孔臺車，引爆炸藥，開挖出整個(gè)隧道斷面； 3. 排除危石(俗稱“找頂”)； 4. 噴射拱圈混凝土，必要時(shí)安設(shè)拱部錨桿； 5. 用裝碴機(jī)將石碴裝入運(yùn)輸車輛，運(yùn)出洞外； 6. 噴射邊墻混凝土，必要時(shí)安設(shè)邊墻錨桿； 7. 根據(jù)需要可噴第二層混凝土和隧道底部混凝土； 8. 開始下一輪循環(huán)； 9. 通過量測判斷圍巖和初期支護(hù)的變形，待基本穩(wěn)定后，施作二次模注混凝土襯砌。 全斷而法的優(yōu)點(diǎn)是： 工序少，相互干擾少，便于組織施工和管理； 工作空間大，便于開展大型機(jī)械化施工； 開挖一次成型，對圍巖的擾動(dòng)次數(shù)少，有利于圍巖的穩(wěn)定；

30、施工進(jìn)度快，這是礦山法中施工進(jìn)度最快的方法。采用全斷面法應(yīng)注意下列問題： （1）應(yīng)摸清開挖面前方的地質(zhì)情況，隨時(shí)準(zhǔn)備好應(yīng)急措施(包括改變施工方法等)，以確保施工安全； （2）加強(qiáng)對施工人員的技術(shù)培訓(xùn)，實(shí)踐表明，施工人員對新奧法基本原理的了解程度和技術(shù)熟練狀況，直接關(guān)系到施工的效率； （3）各種施工機(jī)械設(shè)備務(wù)求配套，以充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率。 （4）加強(qiáng)各項(xiàng)輔助作業(yè)，尤其加強(qiáng)施工通風(fēng)，保證工作面有足夠新鮮空氣； 臺階法是新奧法中適用性最廣的施工方法，它將斷面分成上半斷面和下半斷面兩部分分別進(jìn)行開挖。 適用條件 隨著臺階長度的調(diào)整，它幾乎可以用于所有的地層，因而是在現(xiàn)場使用的主導(dǎo)方法。 臺階法分類

31、 臺階法根據(jù)臺階的長度有長臺階法、短臺階法和超短臺階法三種方式。施工中究竟應(yīng)采用哪種臺階法，應(yīng)根據(jù)兩個(gè)條件來決定：7.2.1 臺階法 初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖越差，閉合時(shí)間要求越短； 上斷面施工所用的開挖、支護(hù)、出碴等機(jī)械設(shè)備對施工場地大小的要求。 長臺階法 這種方法是將斷面分成上半斷面和下半斷面兩部分進(jìn)行開挖，上、下斷面相距較遠(yuǎn)，一段上臺階超前50m以上或大于5倍洞跨。 適用條件： 相對于全斷面法來說，長臺階法一次開挖的斷面和高度都比較小，只需配備中型鉆孔臺車即可施工，對維持開挖面的穩(wěn)定也十分有利。它的適用范圍較全斷面法廣泛，凡是在全斷面法中開挖面不能自穩(wěn)，但圍巖堅(jiān)硬不用底拱封閉

32、斷面的情況，都可采用長臺階法。 短臺階法 這種方法也是分成上下兩個(gè)斷面進(jìn)行開挖，只是兩個(gè)斷面相距較近，一般上臺階長度小于5倍但大于115倍洞跨。上下斷面采用平行作業(yè)。 適用條件 適用范圍很廣，-級圍巖都能采用，尤其適用于、級圍巖，是新奧法施工中主要采用的方法之一。 優(yōu)點(diǎn)： 短臺階法可縮短支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合的時(shí)間，改善初期支護(hù)的受力條件，有利于控制隧道收斂速度和量值。 缺點(diǎn) 上臺階出碴時(shí)對下半斷面施工的干擾較大，不能全部平行作業(yè)。 采用短臺階法時(shí)應(yīng)注意下列問題： 初期支護(hù)全斷面閉合要在距開挖面30m以內(nèi)，或距開挖上半斷面開始的30天內(nèi)完成。 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)

33、械正常工作的前提下臺階的最小長度。 超短臺階法 這種方法也是分成上下兩部分，但上臺階僅超前35m，只能采用交替作業(yè)。 適用條件 超短臺階法適用于膨脹性圍巖和土質(zhì)圍巖，要求及早閉合斷面的場合。當(dāng)然，也適用于機(jī)械化程度不高的各類圍巖地段。 臺階法施工中，開挖下半斷面時(shí)要求做到以下幾點(diǎn)： 下半斷面的開挖（又稱落底）應(yīng)在上半斷面初期支護(hù)基本穩(wěn)定后進(jìn)行，或采用其它有效措施確保初期支護(hù)體系的穩(wěn)定性；采用單側(cè)落底或雙側(cè)交錯(cuò)落底，避免上部初期支護(hù)兩側(cè)同時(shí)懸空； 下部邊墻開挖后必須立即噴射混凝土，并按規(guī)定做初期支護(hù)。 量測工作必須及時(shí)，以觀察拱頂、拱腳和邊墻中部位移值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)速率增大，應(yīng)立即進(jìn)行底（仰）拱封閉，

34、或縮短進(jìn)尺，加強(qiáng)支護(hù)，分割掌子面等。5.2.3 分部開挖法 分部開挖法可分為三種變化方案：環(huán)形開挖留核心土法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。(一) 環(huán)形開挖留核心土法 又稱為“臺階分部開挖法”，一般將斷面分成為環(huán)形拱部(圖中的1、2、3)、上部核心土(4)、下部臺階(5)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(jìn)尺為0.5-1.0m，不宜過長。上部核心土和下臺階的距離，一般為1倍洞跨。 三線大跨雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工 適用條件 這種方法適用于一般土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖中。 優(yōu)點(diǎn)： 環(huán)形開挖留核心土法的主要優(yōu)點(diǎn)是： （1）由于上部留有核心土支擋著開挖面，而且能迅速及時(shí)地施作拱部初期

35、支護(hù)，所以開挖工作面穩(wěn)定性好， （2）核心土和下部開挖都是在拱部初期支護(hù)保護(hù)下進(jìn)行的，施工安全性好。 （3）因?yàn)橛泻诵耐林ёo(hù)工作面，故臺階的長度可以加長(比超短臺階法的臺階要長，相當(dāng)于短臺階法的臺階長度)，因而減少了上下臺階的施工干擾，施工速度可加快。 臺階分部開挖時(shí)應(yīng)注意下列問題： 雖然核心土增強(qiáng)了開挖面的穩(wěn)定，但開挖中圍巖要經(jīng)受多次擾動(dòng)，而且斷面分塊多，支護(hù)結(jié)構(gòu)形成全斷面封閉的時(shí)間長，這些都有可能使圍巖變形增大。因此，它常要結(jié)合輔助施工措施對開挖工作面及其前方巖體進(jìn)行預(yù)支護(hù)或預(yù)加固。 (二) 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(1)、上臺階(2)、下臺階(3)。側(cè)壁導(dǎo)坑尺

36、寸應(yīng)本著充分利用臺階的支撐作用，并考慮機(jī)械設(shè)備和施工條件而定。一般側(cè)壁導(dǎo)坑寬度不宜超過0.5倍洞寬，高度以到起拱線為宜。 單側(cè)壁導(dǎo)坑法特點(diǎn) 單側(cè)壁導(dǎo)坑法通過形成閉合支護(hù)的側(cè)導(dǎo)坑將隧道斷面的跨度一分為二，有效地避免了大跨度開挖造成的不利影響，明顯地提高了圍巖的穩(wěn)定性，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)橐┳鱾?cè)壁導(dǎo)坑的內(nèi)側(cè)支護(hù)，隨后又要拆除，因而會使工程造價(jià)增加。 適用條件 單側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于斷面跨度大，地表沉陷難于控制的軟弱松散圍巖中。（三） 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法 這種方法又稱眼鏡工法，一般是將斷面分成四塊：左、右側(cè)壁導(dǎo)坑(1)、上部核心土(2)、下臺階(3)。導(dǎo)坑尺寸擬定的原則同前，但寬度不宜超過斷面最大跨度的

37、1/3。左、右側(cè)導(dǎo)坑錯(cuò)開的距離，應(yīng)根據(jù)開挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力重分布的影響不致波及另一側(cè)已成導(dǎo)坑的原則確定。 適用條件 當(dāng)隧道跨度很大，地表沉陷要求嚴(yán)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(shí)，可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法?，F(xiàn)場實(shí)測表明，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法所引起的地表沉陷僅為短臺階法的1/2左右。 優(yōu)缺點(diǎn)： 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法雖然開挖斷面分塊多，擾動(dòng)大，初期支護(hù)全斷面閉合的時(shí)間長，但每個(gè)分塊都是在開挖后立即各自閉合的，所以在施工中間變形幾乎不發(fā)展。 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工安全，但速度較慢，成本較高。 (四)其它施工方法 中隔墻法(簡稱“CD”法)和交叉中隔墻法(簡稱“CRD”法)是兩種適用于軟弱地層的施工方法

38、，特別是對于控制地表沉陷有很好的效果，一般主要用于城市地下鐵道施工中，因其造價(jià)高，故在山嶺隧道中很少采用，但在特殊情形中，也可以采用，如膨脹土地層。CRD工法超淺埋大跨度施工技術(shù)5.2.4 新奧法施工中可能發(fā)生的問題及其對策 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(dòng)塌落。在設(shè)計(jì)、施工過程中，若對圍巖性質(zhì)判斷不準(zhǔn)或情況不明，或噴射混凝土、打錨桿、立鋼支撐時(shí)間和方法有誤，圍巖松動(dòng)就會超過預(yù)計(jì)。此時(shí)，應(yīng)根據(jù)觀察和量測結(jié)果找出原因，進(jìn)行改正。表5-1 施工中的現(xiàn)象及其處理措施 施工中現(xiàn)象 措施A 措施B 凈空位移量增大，位移速度加快，圍巖出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。 1.縮短掘進(jìn)長

39、度 2.向正面或隧底噴射混凝土，以封閉支護(hù)。 1.縮小開挖斷面，改變施工方法。 2.預(yù)支護(hù)圍巖(打超前導(dǎo)管等) 3.必要時(shí)設(shè)置鋼支撐 開挖面頂部出現(xiàn)掉塊 立即施噴混凝土和打錨桿 1.加鋼支撐 2.預(yù)支護(hù)圍巖 3.改變施工方法 開挖面出現(xiàn)涌水或涌水量增加 1.加速混凝土硬化(增加速凝劑等) 2.噴射混凝土前作好排水 3.設(shè)置鋼筋網(wǎng)，或?qū)摻罹W(wǎng)格加密。 1.加強(qiáng)排水措施(井點(diǎn)降水等) 2.注漿止水 3.改變施工方法 地基承載力不足，下沉增大?；虍a(chǎn)生底鼓。 1.加厚底腳處的噴射混凝土，增加支撐面積。 2.盡快形成閉合支護(hù) 1.縮短掘進(jìn)長度 2.預(yù)加固地層 3.改變施工方法 噴混凝土層出現(xiàn)明顯裂縫、脫

40、離甚至塌落 開挖后盡快噴射混凝土，并適當(dāng)加厚噴層，或封閉支護(hù)。 1.掛鋼筋網(wǎng) 2.打局部錨桿 3.設(shè)置系統(tǒng)錨桿 錨桿軸力增大，墊板松弛或錨桿斷裂。 1.增補(bǔ)錨桿(根數(shù)、直徑、密度) 2.改變錨桿型號或類型(如將砂漿錨桿改為中空錨桿) 1.縮短掘進(jìn)長度，盡快閉合支護(hù)。 2.改變施工方法 注：A指進(jìn)行比較簡單的改變就可解決問題的措施；B指包括需要改變支護(hù)方法等比較大的變動(dòng)才能解決問題的措施。 5.3 傳統(tǒng)礦山法施工 采用鉆爆法開挖和鋼木構(gòu)件支撐的施工方法稱為傳統(tǒng)的礦山法，或稱為背板法。 5.3.1 施工程序及基本原則 (一)統(tǒng)傳的礦山法施工程序(二)傳統(tǒng)的礦山法施工的基本原則 傳統(tǒng)的礦山法施工的基

41、本原則可以歸納為“少擾動(dòng)、早支撐、慎撤換、快襯砌”。 少擾動(dòng)：是指在進(jìn)行隧道開挖時(shí)，要盡量減少對圍巖的擾動(dòng)次數(shù)、擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)范圍和擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間。 早支撐：是指開挖后應(yīng)及時(shí)施作臨時(shí)構(gòu)件支撐，使圍巖不致因變形松弛過度而產(chǎn)生坍塌失穩(wěn)，并承受圍巖松弛變形產(chǎn)生的壓力即早期松弛荷載。 慎撤換：是指拆除臨時(shí)支撐而代之以永久性模筑混凝土襯砌時(shí)要慎重，即要防止撤換過程中圍巖坍塌失穩(wěn)。 快襯砌：是指拆除臨時(shí)支撐后要及時(shí)修筑永久性混凝土襯砌，并使之盡早承載參與工作。 5.3.2 施工工序展開 傳統(tǒng)的礦山法施工順序，可以按襯砌的施作順序分為：先墻后拱法和先拱后墻法。 (一)先墻后拱法 先墻后拱法亦可稱為順作法。它通

42、常是在隧道開挖成形后，再由下至上施作模筑混凝土襯砌。開挖可以采用全斷面法、臺階法或?qū)Э映胺ā?適用范圍：這種方法常用于較為穩(wěn)定的圍巖條件。但當(dāng)圍巖穩(wěn)定性較差或隧道斷面較大時(shí)，則可以先將墻部開挖成形并施作邊墻襯砌后，再將拱部開挖成形并完成拱部襯砌，如側(cè)壁導(dǎo)坑法及洞柱法等。這種方法也可用于圍巖更為軟弱破碎松散的淺埋隧道中。 優(yōu)點(diǎn)：先墻后拱法的施工速度較快，施工各工序及各工作面之間的相互干擾較小；襯砌的整體性好，受力狀態(tài)較好。 (二)先拱后墻法 先拱后墻法亦稱為逆作法，它是先將隧道上部開挖成形并施作拱部襯砌后，再開挖下部并施作邊墻襯砌。 特點(diǎn)：先拱后墻法施工速度較慢，上部施工較困難。但上部完成后，

43、下部施工就較安全和快捷。由于先拱后墻，使得襯砌的整體性較差，受力狀態(tài)不好。且拱部襯砌沉降量較大，要求的預(yù)留沉落量較大，增加了開挖工作量。(三)常用的開挖、支撐、襯砌施工順序(四)采用傳統(tǒng)的礦山法施工還應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1臨時(shí)支撐易受爆破的影響，在采用爆破法掘進(jìn)時(shí)，除應(yīng)注意控制爆破對圍巖的擾動(dòng)外，還應(yīng)盡量減少爆破對支撐的沖擊破壞。若采用臂式自由斷面挖掘機(jī)掘進(jìn)，亦應(yīng)注意不得嚴(yán)重影響臨時(shí)支撐的穩(wěn)定。 2考慮到隧道開挖后，圍巖的松馳變形、襯砌的承載變形、立模時(shí)放線和就位誤差的存在，為了保證襯砌厚度及其凈空不侵入建筑限界，在隧道開挖及襯砌立模時(shí)均應(yīng)預(yù)留沉落量。 圍巖類別 、 預(yù)留襯砌沉落量 先墻后拱 5

44、先拱后墻 20-15 15-10 10-5 5-0 預(yù)留拱架模板放線就位誤差 在預(yù)留沉落量的基礎(chǔ)上，將襯砌輪廓加大5cm 表5-2 襯砌立模預(yù)留沉落量cm 3采用先拱后墻法施工時(shí)，邊墻馬口的開挖應(yīng)注意：左右邊墻馬口應(yīng)交錯(cuò)開挖，不得對開。同側(cè)馬口宜跳段開挖，不宜順開。先開馬口，應(yīng)開在邊幫圍巖較破碎的區(qū)段，且長度不能太長，一般不超過2m4m，并及時(shí)施作邊墻襯砌。后開馬口應(yīng)待相鄰邊墻剎肩(即墻頂與拱腳封口)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后方可開挖。馬口開挖順序還應(yīng)與拱部襯砌施工縫、襯砌變形縫、輔助洞室位置統(tǒng)一考慮合理確定。此外，馬口開挖時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制爆破，以防炸裂拱圈。采取以上措施的目的均是為了減少拱部襯砌下沉

45、和防止掉拱。 4傳統(tǒng)的礦山法施工各工序相互聯(lián)系較密切，干擾較大，因此，應(yīng)注意統(tǒng)一組織和協(xié)調(diào)，處理好開挖與開挖、開挖與支撐、支撐與襯砌、開挖與襯砌之間的相互關(guān)系，減少相互干擾，保證施工安全和施工進(jìn)度。 5.3.3 開挖方法 （一）漏斗棚架法 全名叫下導(dǎo)坑漏斗棚架法，亦稱下導(dǎo)坑先拱后墻法。它是硬巖層中修筑隧道的一種基本的傳統(tǒng)方法，也是我國八十年代前修筑公路、鐵路隧道采用得最廣泛的方法之一。采用漏斗棚架法施工時(shí)應(yīng)注意如下問題： 下導(dǎo)坑開挖是領(lǐng)先工序，它的開挖速度直接影響整個(gè)隧道的施工進(jìn)度，因此，要千方百計(jì)予以保證；漏斗棚架是卸、裝碴的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受爆破時(shí)石碴的沖擊作用；挑頂

46、時(shí)如發(fā)現(xiàn)拱頂有坍塌的預(yù)兆，應(yīng)立即用圓木支頂住。 漏斗棚架法施工的優(yōu)點(diǎn)： 便于人力、小型機(jī)具開挖；挑頂、擴(kuò)大的石碴通過漏斗棚架裝車，效率高，節(jié)省人力和機(jī)械；工作面多，可以安排較多的人力機(jī)具，進(jìn)行平行作業(yè)，加快施工進(jìn)度。 漏斗棚架法的缺點(diǎn)： 設(shè)置棚架需消耗大量木材和鋼材；斷面分塊多，對圍巖擾動(dòng)大，而且拱頂圍巖暴露過長，所以，只適用于VI類圍巖；工作面多雖可平行作業(yè)，但相互干擾大，尤其刷幫開挖容易損壞風(fēng)、水管、電力線和堵塞運(yùn)輸。（二）上下導(dǎo)坑先拱后墻法 上下導(dǎo)坑先拱后墻法，又稱拱圈支承法，是軟地層中修筑隧道的一種基 本的傳統(tǒng)方法，也是我國以往修筑隧道采用得最廣泛的方法之一。 采用上下導(dǎo)坑先拱后墻法施

47、工時(shí)應(yīng)注意下列問題： 開挖馬口時(shí)要絕對避免拱圈兩側(cè)拱腳同時(shí)懸空；邊墻灌注到頂部時(shí)要仔細(xì)地做到與拱腳的聯(lián)接，保證襯砌的整體性。 和漏斗棚架法比起來，它有如下優(yōu)點(diǎn)： 拱部圍巖暴露時(shí)間短，開挖馬口、灌注邊墻都是在拱圈保護(hù)下進(jìn)行的，因此，施工安全，能適用于較軟弱的、類圍巖。 缺點(diǎn)： 襯砌整體性差，開挖兩個(gè)導(dǎo)坑成本高、速度慢。5.3.4 公路隧道掘進(jìn)方法和鉆孔機(jī)具 （一）公路隧道掘進(jìn)方法 目前，常用的掘進(jìn)方式有三種：鉆眼爆破掘進(jìn)、單臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)和人工開挖掘進(jìn)。一般山嶺隧道最常用的是鉆眼爆破配合人工掘進(jìn)。 鉆眼爆破掘進(jìn)是山嶺隧道工程中最常用的掘進(jìn)方式，它是用鉆眼裝炸藥爆破場道范圍內(nèi)的巖體。一般適用于石質(zhì)隧

48、道，較為經(jīng)濟(jì)和常用，但對圍巖擾動(dòng)大，尤其對破碎軟質(zhì)圍巖的穩(wěn)定性不利。 單臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)是采用裝載可移動(dòng)式機(jī)械臂上的切削頭來破碎巖體，并挖除坑道范圍內(nèi)的巖體，可連續(xù)掘進(jìn)，但只適用于軟巖及土質(zhì)隧道，對圍巖擾動(dòng)小，速度快，但機(jī)械和設(shè)備投資較大。 人工掘進(jìn)是用十字鎬、風(fēng)鎬等簡易工具來挖除巖體。一般在不能采用爆破掘進(jìn)的軟弱破碎圍巖和土質(zhì)隧道中使用，而且人工掘進(jìn)速度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度大，但對圍巖擾動(dòng)最小。（二）鉆孔機(jī)具 鉆孔機(jī)具主要有鉆頭、風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)、液壓鑿巖機(jī)、鑿巖臺車。 5.3.5 爆破作業(yè) （一）爆破材料 隧道工程中使用的爆破材料有炸藥、導(dǎo)火索、雷管、導(dǎo)爆索、繼爆管及起爆材料等。 1隧道工程常用的炸藥 (1

49、)銨梯炸藥 (2)漿狀炸藥 (3)乳化炸藥 (4)硝化甘油炸藥，又稱膠質(zhì)炸藥。 2起爆材料 (1)導(dǎo)火索與火雷管 導(dǎo)火索是用來傳遞火焰給火雷管，并使火雷管在火焰作用下傳爆引發(fā)爆炸的材料。 雷管號數(shù)是按其起爆能力的大小分為十個(gè)等級(號數(shù))。號數(shù)愈大起爆能力愈強(qiáng)。隧道工程中常用的是8號和6號雷管。 (2)電雷管 電雷管是在火雷管中加設(shè)發(fā)電火裝置而成。它是用電線傳輸電流，使裝在雷管中的電阻發(fā)熱而引起雷管爆炸。 電雷管分為即發(fā)雷管和遲發(fā)雷管兩種； 遲發(fā)電雷管按其延期時(shí)間差又分為秒遲發(fā)雷管和毫秒遲發(fā)雷管系列； 發(fā)爆電源可用交、直流照明或動(dòng)力電源，也可以用各種類型的專用電起爆器。(3)塑料導(dǎo)爆管與非電雷管

50、 塑料導(dǎo)爆管是用來傳遞微弱爆轟給非電雷管，使之爆炸的傳爆材料之一。它不能直接起爆炸藥，應(yīng)與非電毫秒雷管配合使用。 塑料導(dǎo)爆管的優(yōu)點(diǎn)： 抗電、抗火、抗沖擊性能好； 起爆傳爆性能穩(wěn)定，扭結(jié)180度對折、局部斷藥、管端對接均能正常傳爆。 在運(yùn)輸和使用過程中抗破壞能力強(qiáng)、使用方便，價(jià)格便宜，且可作為非危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。 非電雷管的構(gòu)造和延期時(shí)間 國產(chǎn)非電雷管的延期時(shí)間分為毫秒，半秒、秒遲發(fā)三個(gè)系列。（二）炮眼布置和周邊眼的控制爆破 掘進(jìn)工作面的炮眼可分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼。 掏槽眼布置 作用是將開挖面上某一部位的巖石掏出一個(gè)槽，以形成新的臨空面，為其它炮眼的爆破創(chuàng)造有利條件。 掏槽眼總的可分成斜眼

51、掏槽和直眼掏槽兩大類 斜眼掏槽 其特點(diǎn)是掏槽眼與開挖面斜交 常用的有錐形掏槽，楔形掏槽，單向掏糟。最常用的是豎楔形掏槽 優(yōu)點(diǎn)：可以按巖層的實(shí)際情況選擇掏槽方式和掏槽角度，容易把巖石拋出，而且所需掏槽眼的個(gè)數(shù)較少 缺點(diǎn)：眼深受坑道斷面尺寸的限制，也不便于多臺鉆機(jī)同時(shí)鑿巖。 直眼掏槽 輔助眼布置 輔助眼的作用是進(jìn)一步擴(kuò)大掏槽體積和增大爆破量，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問題，可由工地經(jīng)驗(yàn)決定。最小抵抗線約為炮眼間距的6080%。 周邊眼布置 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。周邊眼原則上沿著設(shè)計(jì)輪廓均勻布置，間距和最小抵抗線應(yīng)比輔助眼的小，以便爆

52、出較為平順的輪廓。眼口距設(shè)計(jì)輪廓線約0.10.2m，便于鉆眼。 周邊眼的控制爆破 在隧道爆破施工中，首要的要求是炮眼利用率高，開挖輪廓及尺寸準(zhǔn)確，對圍巖震動(dòng)小。 采用光面爆破與預(yù)裂爆破技術(shù)，可以控制爆破輪廓，盡量保持圍巖的穩(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。 主要標(biāo)準(zhǔn) A開挖輪廓成型規(guī)則，巖面平整； B巖面上保存50以上孔痕，并無明顯的爆破裂縫； C爆破后圍巖壁上無危石。 光面爆破的優(yōu)點(diǎn): 隧道施工中采用光面爆破，對圍巖的擾動(dòng)比較輕微，圍巖松弛帶的范圍只有普通爆破法的1/91/2； 大大地減少了超欠挖量，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

53、平整、危石少，減輕了應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免局部坍落，增進(jìn)了施工安全，并為噴錨支護(hù)創(chuàng)造了條件。 在完整巖體中可以從直觀感覺中明顯地看到。 在松軟的、特別是不均質(zhì)和構(gòu)造發(fā)育的巖體中采用光面爆破時(shí)，表面效果看來則較差，但對于減輕對圍巖的震動(dòng)破壞，減少超挖和避免冒頂?shù)确矫妫鋵?shí)質(zhì)作用是很大的。 所以從圍巖穩(wěn)定性著眼，愈是地質(zhì)不良地段，更要采用光面爆破。 為獲得良好光面爆破效果，可采?。?適當(dāng)加密周邊眼 合理確定爆破層厚度 合理裝藥 采用小直徑藥卷不偶合裝藥結(jié)構(gòu) 保證光面爆破眼同時(shí)起爆 要為周邊眼的光面爆破創(chuàng)造臨空面 預(yù)裂爆破： 預(yù)裂爆破實(shí)質(zhì)上也是光面爆破的一種型式，其爆破原理與光面爆破原理相同。只是在爆破

54、的順序上，光面爆破是先引爆掏槽眼，接著引爆輔助眼，最后才引爆周邊眼；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，后爆的掏槽眼和輔助眼。 （三）炮眼參數(shù) 炮眼參數(shù)包括炮眼直徑、炮眼數(shù)目和炮眼長度。 1炮眼直徑 炮眼直徑對鑿巖生產(chǎn)率、炮眼數(shù)目、單位炸藥消耗量和平整度均有影響。 2炮眼數(shù)目 根據(jù)各炮眼平均分配炸藥量的原則來計(jì)算炮眼數(shù)目N： 此處N不包括未裝藥的空眼數(shù) 式中：q單位炸藥消耗量由經(jīng)驗(yàn)決定，一般取q1.224kgm3； s開挖斷面積m2； 裝藥系數(shù)，指裝藥深度與炮眼長度的比值，可參考表5-3。 每米藥卷的炸藥重量kgm，2號巖石硝胺炸藥的每米藥卷重量見表5-4。圍巖類

55、別 炮眼名稱 、 掏槽眼 0.5 0.55 0.60 0.650.80 輔助眼 0.4 0.45 0.50 0.550.70 周邊眼 0.4 0.45 0.55 0.600.75 藥卷直徑mm323538404550kg/m0.780.961.101.251.591.90 表5-3 裝藥系數(shù)值 表5-4 2號巖石炸藥每米重量值 (3)炮眼長度 炮眼長度，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。它對掘進(jìn)速度的影響很大，對圍巖的穩(wěn)定性和斷面超欠挖也有重大影響。 炮眼長度一般根據(jù)下列因素確定： A考慮圍巖的穩(wěn)定性，并避免過大的超欠挖； B考慮鑿巖機(jī)的允許鉆眼長度、操作

56、技術(shù)條件和鉆眼技術(shù)水平； C考慮掘進(jìn)循環(huán)安排，保證充分利用作業(yè)時(shí)間。 根據(jù)圍巖性質(zhì)，所擁有的掘進(jìn)設(shè)備的能力，結(jié)合以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，便可初步作出掘進(jìn)循環(huán)安排，進(jìn)而確定合理的炮眼長度一般為導(dǎo)坑寬度或高度的0.50.85倍。 一個(gè)循環(huán)的時(shí)間T，每一循環(huán)中各項(xiàng)作業(yè)的時(shí)間可分析如下： A鉆眼時(shí)間t1 式中 m同時(shí)使用的鑿巖機(jī)臺數(shù)； 鉆眼速度mmin，可先根據(jù)L的大致值近似決定； L平均炮眼長度m。 B裝藥時(shí)間t2 式中 一個(gè)炮眼的裝藥時(shí)間min； n同時(shí)裝藥的放炮工數(shù)目。 C起爆及通風(fēng)時(shí)間t3 t3=1530min D裝碴時(shí)間t4 式中 按實(shí)方計(jì)算的實(shí)際裝碴生產(chǎn)率m3min； 炮眼利用系數(shù)，可估計(jì)為0.7

57、50.95； 炮眼與開挖面所成的平均角度。 E其他時(shí)間t5 此時(shí)間應(yīng)包括在開挖面設(shè)置鉆眼和裝碴機(jī)械與清除危石的時(shí)間，以及其他時(shí)間損失等，按實(shí)際情況估算。 根據(jù)上列五項(xiàng)時(shí)間應(yīng)得出： 由此可推導(dǎo)出在規(guī)定循環(huán)時(shí)間完成各項(xiàng)作業(yè)的炮眼長度為； 以上是傳統(tǒng)施工中所采用的計(jì)算炮眼長度的方法。采用噴錨支護(hù)施工時(shí)，還應(yīng)考慮增加噴錨t6和位移量測t7兩項(xiàng)作業(yè)時(shí)間，可得炮眼長度為： mm（四） 電爆破網(wǎng)絡(luò) 電起爆最大特點(diǎn)是可以用儀表檢查電雷管的質(zhì)量和起爆網(wǎng)絡(luò)的連接情況，從而保證起爆網(wǎng)絡(luò)的正確性和可靠性。 1、電雷管的起爆熱量 電雷管中引火劑點(diǎn)火的熱源，是橋絲通電后所放出的熱量，如果不考慮熱損失，則根據(jù)焦耳楞次定律，

58、橋絲產(chǎn)生的總熱量為： 式中 I電流強(qiáng)度A； R橋絲電阻； T橋絲通電時(shí)間S 根據(jù)熱容量公式，將橋絲由初溫可略去不計(jì)加熱至某一溫度所需的熱量為： 式中 C橋絲材料的比熱calgC； M橋絲的質(zhì)量g T引火藥劑的反應(yīng)溫度C。 為了使引火劑點(diǎn)燃，必須保證通過一定的電流，即保證達(dá)到引火劑反應(yīng)溫度T所需的熱能Q2， 使Q1Q2。 J(2)電雷管的最低準(zhǔn)爆電流和最高安全電流 在一定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，電雷管通以恒定的直流電，將橋絲加熱到能點(diǎn)燃引火劑的溫度的最低電流強(qiáng)度，稱為電雷管的最低準(zhǔn)爆電流 。 最低準(zhǔn)爆電流表示電雷管對電流的敏感程度。康銅橋絲的電雷管最低準(zhǔn)爆電流為0408A，鎳鉻合金橋絲的電雷管最低準(zhǔn)爆電流

59、約為0.20.4A。 成組電雷管的最低準(zhǔn)爆電流應(yīng)比單個(gè)電雷管的大。 在較長時(shí)間內(nèi)5min，電雷管通以恒定的直流電流，不致點(diǎn)燃引火劑的最大電流，稱為最高安全電流。它是電雷管對于電流的一個(gè)安全指標(biāo)，是選定測量電雷管儀表的重要依據(jù)。國產(chǎn)電雷管的最高安全電流：康銅絲的為0.3A，鎳鉻絲的為0.125A。爆破安全規(guī)程中規(guī)定，用于量測電雷管的儀器，其輸出電流不得超過30mA。 (3)電爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 在爆破工程中，電爆網(wǎng)絡(luò)可以設(shè)計(jì)成串聯(lián)、并聯(lián)、混合聯(lián)三種形式。 1串聯(lián) 串聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是：消耗電能小，接線簡單，易于操作，便于檢查，導(dǎo)線消耗少。缺點(diǎn)是：一個(gè)不通，會造成全部雷管拒爆；或因敏感度高的雷管先爆而使電路中斷

60、，造成其他雷管拒爆。實(shí)際爆破中也常采用復(fù)式串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。 2并聯(lián) 并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是不致因?yàn)槠渲幸粋€(gè)雷管斷路而引起其余雷管拒爆。缺點(diǎn)是電爆網(wǎng)路中電流大，需要斷面較大的母線，連接線消耗多，漏接雷管不易發(fā)現(xiàn)；此外當(dāng)各雷管電阻不同，通過電流就不同，可能產(chǎn)生拒爆現(xiàn)象。這種方法適用于導(dǎo)坑等小斷面爆破。 3混合聯(lián) 混合聯(lián)可分為串并聯(lián)和并串聯(lián)兩種。它要求各支路的電阻基本平衡，否則會造成瞬發(fā)雷管發(fā)火時(shí)間的差異，更會真造成毫秒雷管秒量的額外誤差。（五） 塑料導(dǎo)爆管非電起爆網(wǎng)絡(luò) 目前在無瓦斯隧道爆破施工中受到越來越大的歡迎，得到迅速推廣。 1、導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)的工作過程 它包括三個(gè)組成部分：起爆元件，傳爆元件和末端工作元件。