第六章隧道施工方法課件

第六章隧道施工方法與技術(shù)6.1概述隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技術(shù)和施工管理的總稱。隧道施工過(guò)程通常包括:在地層內(nèi)挖出土石，形成符合設(shè)計(jì)斷面的地下空間，進(jìn)行必要的支護(hù)和襯砌，控制隧道圍巖的變形，保證隧道施工安全和長(zhǎng)期安全使用。根據(jù)隧道穿越地層的不同情況和目前隧道施工方法的發(fā)展，隧道施工方法可按以下方式分類:傳統(tǒng)礦山法山嶺隧道礦山法施工方法掘進(jìn)機(jī)法(TBM)新奧法

明挖法隧道施淺埋及軟土蓋挖法工方法隧道施工方法淺埋暗挖法盾構(gòu)法水底隧道沉埋法施工方法盾構(gòu)法隧道施工方法的選擇主要依據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并結(jié)合隧道斷面尺寸、長(zhǎng)度、襯砌類型、隧道的使用功能和施工技術(shù)水平等因素綜合考慮研究確定。所選擇的施工方法也應(yīng)體現(xiàn)出技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理及安全適用。第六章隧道施工方法與技術(shù)1隧道施工技術(shù)：主要研究解決上述各種隧道施工方法所需的技術(shù)方案和措施(如開(kāi)挖、掘進(jìn)、支護(hù)和襯砌施工方案和措施)；隧道穿赿特殊地質(zhì)地段時(shí)的施工手段；隧道施工過(guò)程中的通風(fēng)、防塵、風(fēng)、水、電作業(yè)等的方式方法。隧道施工管理：主要解決施工組織設(shè)計(jì)（如施工方案的選擇、施工技術(shù)措施、場(chǎng)地布置、進(jìn)度控制、材料供應(yīng)、勞力及機(jī)具安排等）和施工中的技術(shù)管理、計(jì)劃管理、質(zhì)量管理、經(jīng)濟(jì)管理、安全管理等問(wèn)題。隧道施工和工程實(shí)踐有密切聯(lián)系，因此應(yīng)理論與生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合。必須指出，由于地質(zhì)勘探的局限性和地質(zhì)條件的復(fù)雜性及多變性，隧道施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到突然變化的地質(zhì)條件、意外情況(如塌方、涌水等)，原制定的施工方案、施工技術(shù)措施和施工進(jìn)度計(jì)劃等也必須隨之變更。因此，必須學(xué)會(huì)結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、掌握綜合運(yùn)用這些知識(shí)的能力，以便正確處理隧道施工中遇到的各種實(shí)際問(wèn)題。隧道施工技術(shù)：主要研究解決上述各種隧道施工方法所需的技術(shù)方案26.2山嶺隧道常規(guī)施工方法山嶺隧道的常規(guī)施工方法為礦山法（因最早應(yīng)用于采礦坑道而得名）。在礦山法施工中，多數(shù)要采用鉆眼爆破進(jìn)行開(kāi)挖，故又稱為鉆爆法。礦山法中又分為傳統(tǒng)礦山法和新奧法。1、傳統(tǒng)礦山法傳統(tǒng)礦山法是人們?cè)陂L(zhǎng)期的施工實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的。它是以木或鋼構(gòu)件作為臨時(shí)支撐，待隧道開(kāi)挖成形后，逐步將臨時(shí)支撐撤換下來(lái)，而代之以整體式厚襯砌為永久支護(hù)的施工方法。木構(gòu)件支撐目前已經(jīng)很少使用。鋼構(gòu)件支撐具有較好的耐久性和對(duì)隧道形狀的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，施工中可以不予撤換，也更為安全。鋼構(gòu)件支撐類似于地上的“荷載－結(jié)構(gòu)”力學(xué)體系。它作為一種維持隧道穩(wěn)定的措施，是很直觀和奏效的，也容易被施工人員理解和掌握。因此這種方法被應(yīng)用于不便采用錨噴支護(hù)的隧道中或處理塌方等。6.2山嶺隧道常規(guī)施工方法32、礦山法(新奧法)

隨著隧道工程理論及施工工藝的不斷發(fā)展，人們逐漸深刻地認(rèn)識(shí)到隧道是圍巖和支護(hù)組成的體系，應(yīng)充分地保護(hù)圍巖，發(fā)揮圍巖自身的承載能力，維護(hù)圍巖的穩(wěn)定性。隧道設(shè)計(jì)和施工與隧道的圍巖條件密切相關(guān)，只有充分掌握隧道的圍巖條件，才能有合理的隧道設(shè)計(jì)與施工。于是20世紀(jì)50年代,奧地利學(xué)者拉勃塞維茲提出了新奧法的概念,即新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱，原文是:“NewAustrianTunnelingMethod”,簡(jiǎn)寫為NATM。新奧法是以既有的隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為支護(hù)手段，便于充分發(fā)揮圍巖的自承能力，通過(guò)監(jiān)測(cè)反饋回來(lái)的信息對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而更好地控制圍巖的變形。這種施工方法經(jīng)過(guò)奧地利、瑞典、意大利等國(guó)家大量隧道與地下工程實(shí)踐和理論研究及科學(xué)論證，于20世紀(jì)60年代取得專利權(quán)并正式命名為新奧法（NATM）。之后新奧法在歐、美和日本等國(guó)家隧道與地下工程中獲得極為迅速的發(fā)展，已成為現(xiàn)代隧道工程新技術(shù)標(biāo)志之一。2、礦山法(新奧法)4

目前，新奧法已經(jīng)成為在軟弱破碎巖體中修建隧道的一種基本方法，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。新奧法與傳統(tǒng)的礦山法相比，不僅僅是手段上的不同，更重要的是對(duì)圍巖的認(rèn)識(shí)有了更深刻的理解，并且在支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念上與傳統(tǒng)礦山法有很大的不同，是人們對(duì)隧道及地下工程認(rèn)識(shí)和理解的深化。不能單純地將新奧法僅僅看成是一種施工方法或是一種支護(hù)方法，也不應(yīng)片面地理解為：僅用錨噴支護(hù)就是采用新奧法了，事實(shí)上噴錨支護(hù)并不能完全表達(dá)新奧法的含義。新奧法是既包括隧道工程設(shè)計(jì)、又包括隧道工程施工，貫穿于隧道工程整個(gè)過(guò)程的基本指導(dǎo)思想和基本原則。新奧法應(yīng)用巖體力學(xué)的理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力為基點(diǎn)，采用錨噴支護(hù)為主要支護(hù)手段，能及時(shí)地進(jìn)行支護(hù)，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖亦成為支護(hù)體系的組成部分，并通過(guò)對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的測(cè)量、監(jiān)控來(lái)及時(shí)而正確地指導(dǎo)隧道和地下工程設(shè)計(jì)施工的方法與基本原則。目前，新奧法已經(jīng)成為在軟弱破碎巖體中修建隧道的一種基56.2.1、新奧法施工程序和施工原則一、新奧法施工程序采用新奧法施工的隧道，應(yīng)視其規(guī)模、地質(zhì)條件以及安全要求合理選擇施工方法，并充分利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、量測(cè)信息指導(dǎo)施工，嚴(yán)格按施工程序進(jìn)行，不得有任何省略。

新奧法的特征之一是采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、量測(cè)信息指導(dǎo)施工，即通過(guò)對(duì)隧道施工中量測(cè)數(shù)據(jù)和對(duì)開(kāi)挖面的地質(zhì)觀察等進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)和反饋。并根據(jù)已建立的量測(cè)為基準(zhǔn)，對(duì)隧道施工方法（包括特殊的、輔助的施工方法）、斷面開(kāi)挖步驟及順序、初期支護(hù)的參數(shù)等進(jìn)行合理調(diào)整，以保證施工安全、坑道圍巖穩(wěn)定、工程質(zhì)量和支護(hù)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性等。新奧法施工程序見(jiàn)圖6－1。6.2.1、新奧法施工程序和施工原則6圖6-1新奧法施工程序圖6-1新奧法施工程序7二、新奧法施工基本原則根據(jù)我國(guó)隧道采用新奧法施工的經(jīng)驗(yàn)，隧道施工采取的基本原則，可以概括為“少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、緊封閉”十二字方針。具體說(shuō)，是指在隧道開(kāi)挖時(shí)，必須嚴(yán)格控制，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)、擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間和擾動(dòng)范圍，以使開(kāi)挖出的坑道符合成型的要求，因此，能采用機(jī)械開(kāi)挖的就不用鉆爆法開(kāi)挖。采用鉆爆法開(kāi)挖時(shí)，必須先作鉆爆設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制爆破，盡量采用大斷面開(kāi)挖。選擇合理的循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺，自穩(wěn)性差的圍巖循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺宜用短進(jìn)尺，支護(hù)應(yīng)緊跟開(kāi)挖面，以縮短圍巖應(yīng)力松弛時(shí)間及開(kāi)挖面的裸露風(fēng)化時(shí)間等，此稱為“少擾動(dòng)”。

“早噴錨”是指對(duì)開(kāi)挖暴露面應(yīng)及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)描述和及時(shí)施作錨噴支護(hù)，經(jīng)初期支護(hù)加固，使圍巖變形得到有效控制而不致變形過(guò)度而坍塌失穩(wěn)，以達(dá)到圍巖變形適度而充分發(fā)揮圍巖的自承能力。必要時(shí)可采取超前支護(hù)輔助措施。二、新奧法施工基本原則8在隧道施工全過(guò)程中，應(yīng)對(duì)圍巖周邊位移進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，并及時(shí)反饋修正設(shè)計(jì)參數(shù)，指導(dǎo)施工或改變施工方法。以規(guī)范的量測(cè)方法獲得量測(cè)數(shù)據(jù)及信息，通過(guò)對(duì)施工中量測(cè)數(shù)據(jù)的分析和對(duì)開(kāi)挖面的地質(zhì)觀察，進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)圍巖與支護(hù)的穩(wěn)定狀態(tài)，或判斷其動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，以便根據(jù)建立的量測(cè)管理基準(zhǔn)，及時(shí)調(diào)整隧道的施工方法（包括開(kāi)挖方法、支護(hù)形式、特殊的輔助施工方法）、斷面開(kāi)挖步驟及順序、初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)等進(jìn)行合理的調(diào)整，以確保施工安全、坑道穩(wěn)定，支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和工程造價(jià)的合理性，此稱為“勤量測(cè)”。

“緊封閉”是指對(duì)易風(fēng)化的自穩(wěn)性較差的軟弱圍巖地段，應(yīng)使開(kāi)挖面及早施作封閉式支護(hù)（如噴射混凝土、錨噴混凝土等）防護(hù)措施，可以避免圍巖因暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生風(fēng)化降低強(qiáng)度及穩(wěn)定性，并可以使支護(hù)與圍巖進(jìn)入良好的共同作用工作狀態(tài)。在隧道施工全過(guò)程中，應(yīng)對(duì)圍巖周邊位移進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)96.2.2新奧法基本施工方法隧道施工就是要挖除設(shè)計(jì)輪廓線以內(nèi)的巖體，并盡量保持圍巖的穩(wěn)定。顯然，開(kāi)挖是隧道施工的第一道工序，也是關(guān)鍵工序。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，圍巖穩(wěn)定與否，雖然主要地取決于圍巖本身的工程地質(zhì)條件，但無(wú)疑開(kāi)挖對(duì)圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)有著重要影響。因此，隧道開(kāi)挖的基本原則是：在保證圍巖穩(wěn)定或少擾動(dòng)的前提下，選擇恰當(dāng)?shù)拈_(kāi)挖方法和掘進(jìn)方式，并盡量提高掘進(jìn)速度。即在選擇開(kāi)挖方式時(shí)，一方面應(yīng)考慮隧道圍巖工程地質(zhì)條件及其變化情況，選擇能很好地適應(yīng)地質(zhì)條件及其變化，并能保持圍巖穩(wěn)定的方法和方式；另一方面應(yīng)考慮隧道范圍內(nèi)巖體的堅(jiān)硬程度，選擇能快速掘進(jìn)并能減少對(duì)圍巖擾動(dòng)的方法和方式。隧道施工方法的選擇，主要根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、施工條件、圍巖類別、隧道埋置深度、隧道斷面尺寸大小和長(zhǎng)度、襯砌類型等，以施工安全為前提,及以工程質(zhì)量為核心，并結(jié)合隧道的使用功能、施工技術(shù)水平、施工機(jī)械裝備、工期要求和經(jīng)濟(jì)可行性等因素綜合考慮研究選用。6.2.2新奧法基本施工方法10

當(dāng)因隧道施工對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響時(shí)，施工方法（包括開(kāi)挖及支護(hù)）的選擇還應(yīng)把隧道工程的環(huán)境條件作為選擇施工方法考慮的因素之一，同時(shí)應(yīng)考慮圍巖變化時(shí)施工方法的適應(yīng)性及其變更的可能性，以免造成隧道工程失誤和增加不必要的工程投資。采用新奧法施工時(shí)，還應(yīng)考慮施工全過(guò)程中的輔助作業(yè)方式和對(duì)圍巖的量測(cè)監(jiān)控方法，以及隧道穿越特殊地質(zhì)地段時(shí)的施工手段等，進(jìn)行合理的選擇。隧道施工中，開(kāi)挖方法是影響圍巖穩(wěn)定的重要因素之一。因此，在選擇開(kāi)挖方法時(shí)，應(yīng)對(duì)隧道斷面大小及形狀、圍巖的工程地質(zhì)條件、支護(hù)條件、工期要求、工區(qū)長(zhǎng)度、機(jī)械配備能力、經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)因素進(jìn)行綜合分析，采用恰當(dāng)?shù)拈_(kāi)挖方法，尤其應(yīng)與支護(hù)條件相適應(yīng)。隧道開(kāi)挖方法實(shí)際上是指開(kāi)挖成形方法。按開(kāi)挖隧道的橫斷面分部情況來(lái)分，開(kāi)挖方法可分為全斷面開(kāi)挖法、臺(tái)階開(kāi)挖法、分部開(kāi)挖法等，見(jiàn)表6-2-1。當(dāng)因隧道施工對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響時(shí)，施工方法（包括11第六章隧道施工方法課件12一、全斷面開(kāi)挖法1、施工順序全斷面開(kāi)挖法就是按照設(shè)計(jì)輪廓一次爆破成形，然后支護(hù)再修建襯砌的施工方法。2、適用條件(1)Ⅰ-Ⅳ級(jí)圍巖，在用于Ⅳ級(jí)圍巖時(shí)，圍巖應(yīng)具備從全斷面開(kāi)挖到初朔支護(hù)前這段時(shí)間內(nèi)，保持其自身穩(wěn)定的條件。(2)有鉆孔臺(tái)車或自制作業(yè)臺(tái)架及高效率裝運(yùn)機(jī)械設(shè)備。(3)隧道長(zhǎng)度或施工區(qū)段長(zhǎng)度不宜太短，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般不應(yīng)小于lkm，否則采用大型機(jī)械化施工時(shí)其經(jīng)濟(jì)性較差。為加快隧道建設(shè)，必須實(shí)現(xiàn)隧道施工機(jī)械化，而隧道工程新技術(shù)、新工藝的推廣又為機(jī)械化施工奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，機(jī)械化的發(fā)展又推動(dòng)了隧道施工工藝水平的不斷提高。機(jī)械設(shè)備選型時(shí)應(yīng)遵循可靠性、經(jīng)濟(jì)性、配套性等原則。一、全斷面開(kāi)挖法133、全斷面法施工特點(diǎn)(1)開(kāi)挖斷面與作業(yè)空間大，干擾??；(2)有條件充分使用機(jī)械，減少人力；(3)工序少，便于施工組織與施工管理，改善勞動(dòng)條件；(4)開(kāi)挖一次成形，對(duì)圍巖擾動(dòng)少，有利于圍巖穩(wěn)定。圖6－2全斷面開(kāi)挖法1.全斷面開(kāi)挖；2.錨噴支護(hù)；3.模筑混凝土襯砌3、全斷面法施工特點(diǎn)圖6－2全斷面開(kāi)挖法14二、臺(tái)階法根據(jù)臺(tái)階長(zhǎng)度不同，劃分為長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法和微臺(tái)階法三種，如圖6-3所示。施工中采用哪一種臺(tái)階法，要根據(jù)兩個(gè)條件來(lái)決定:第一是對(duì)初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖越差，要求閉合時(shí)間越短；第二是對(duì)上部斷面施工所采用的開(kāi)挖、支護(hù)、出渣等機(jī)械設(shè)備需要施工場(chǎng)地大小的要求。對(duì)軟弱圍巖，主要考慮前者，以確保施工安全；對(duì)較好圍巖，主要考慮如何更好地發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率，保證施工中的經(jīng)濟(jì)效益，因此只考慮后者。

圖6-3臺(tái)階法類型二、臺(tái)階法151、長(zhǎng)臺(tái)階法長(zhǎng)臺(tái)階法開(kāi)挖斷面小，有利于維持開(kāi)挖面的穩(wěn)定，適用范圍較全斷面法廣，一般適用Ⅰ一Ⅲ級(jí)圍巖。在上、下兩個(gè)臺(tái)階上，分別進(jìn)行開(kāi)挖、支護(hù)、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等作業(yè)線，因此臺(tái)階長(zhǎng)度長(zhǎng)。但臺(tái)階長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，如大于100m時(shí)，則增加了支護(hù)封閉時(shí)間，同時(shí)也增加了通風(fēng)排煙、排水的難度，降低了施工的綜合效率。因此長(zhǎng)臺(tái)階一般在圍巖條件相對(duì)較好、工期不受控制、無(wú)大型機(jī)械化作業(yè)時(shí)選用。2、短臺(tái)階法短臺(tái)階法適用于Ⅲ-Ⅴ級(jí)圍巖，臺(tái)階長(zhǎng)度定為10-l5m，即1-2倍開(kāi)挖寬度，主要是考慮既要實(shí)現(xiàn)分臺(tái)階開(kāi)挖，又要實(shí)現(xiàn)支護(hù)及早封閉。上臺(tái)階一般采用小藥量的松動(dòng)爆破，出渣采用人工或小型機(jī)械轉(zhuǎn)運(yùn)至下臺(tái)階。因此臺(tái)階長(zhǎng)度又不宜過(guò)長(zhǎng)，如果超過(guò)l5m，則出渣所需的時(shí)間顯得過(guò)長(zhǎng)。短臺(tái)階法可縮短支護(hù)閉合時(shí)間，改善初期支護(hù)的受力條件，有利于控制圍巖變形。缺點(diǎn)是上部出渣對(duì)下部斷面施工干擾較大，不能全部平行作業(yè)。3、微臺(tái)階法微臺(tái)階法是全斷面開(kāi)挖的一種變異形式，適用于Ⅴ-Ⅵ級(jí)圍巖，一般臺(tái)階長(zhǎng)度為3-5m。臺(tái)階長(zhǎng)度小于3m時(shí)，無(wú)法正常進(jìn)行鉆眼和拱部的噴錨支護(hù)作業(yè)；臺(tái)階長(zhǎng)度大于5m時(shí)，利用爆破將石渣翻至下臺(tái)階有較大的難度，必須采用人工翻渣。微臺(tái)階法上下斷面相距較近，機(jī)械設(shè)備集中，作業(yè)時(shí)相互干擾大，生產(chǎn)效率低，施工速度慢。1、長(zhǎng)臺(tái)階法16三、分部開(kāi)挖法分部開(kāi)挖法包括環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法、中隔壁法等。1、環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法常用于Ⅵ級(jí)圍巖單線和Ⅴ-Ⅵ級(jí)圍巖雙線隧道掘進(jìn)。施工順序?yàn)?人工或單臂掘迸機(jī)開(kāi)挖環(huán)形拱部，架立鋼支撐，掛鋼絲網(wǎng)，噴射混凝土。在拱部初期支護(hù)保護(hù)下，開(kāi)挖核心土和下半部，隨即接長(zhǎng)邊墻鋼支撐，掛網(wǎng)噴射混凝土，并進(jìn)行封底。根據(jù)圍巖變形，適時(shí)施作二次襯砌。

圖6-4環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法12233445三、分部開(kāi)挖法1223344517施工時(shí)要求:環(huán)形開(kāi)挖進(jìn)尺一般為0.5-2.Om；開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)施作噴錨支護(hù)、安設(shè)鋼架支撐，每?jī)砷摷苤g采用連接鋼筋連接，并加鎖腳錨桿；當(dāng)圍巖地質(zhì)條件差，自穩(wěn)時(shí)間較短時(shí)，開(kāi)挖前在拱部設(shè)計(jì)的開(kāi)挖輪廓線以外，進(jìn)行超前支護(hù)。環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法具有施工開(kāi)挖工作面穩(wěn)定性好，施工較安全，但施工干擾大、工效低等特點(diǎn)。在土質(zhì)及軟弱圍巖中使用較多，如在大秦線軍都山隧道黃土段等隧道施工中均有應(yīng)用。施工時(shí)要求:環(huán)形開(kāi)挖進(jìn)尺一般為0.5-2.Om；開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)182、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于Ⅴ一Ⅵ級(jí)圍巖雙線或多線隧道掘進(jìn)。由于跨度較大，無(wú)法采用全斷面或臺(tái)階法開(kāi)挖，采用先開(kāi)挖隧道兩側(cè)導(dǎo)坑，相當(dāng)于先開(kāi)挖2個(gè)小跨度的隧道，并及時(shí)施作導(dǎo)坑四周初期支護(hù)，再根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小，對(duì)剩余部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行一次或二次開(kāi)挖。

圖6-5雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

112234511334456722、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法1122345113344567219雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工要求:側(cè)壁導(dǎo)坑高度以到起拱線為宜;側(cè)壁導(dǎo)坑形狀應(yīng)接近于橢圓形斷面，導(dǎo)坑斷面為整個(gè)斷面的1/3；側(cè)壁導(dǎo)坑領(lǐng)先長(zhǎng)度一般為30-50m，以開(kāi)挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力分布不影響另一側(cè)導(dǎo)坑為原則；導(dǎo)坑開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，并盡早封閉成環(huán)。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法具有控制地表沉陷好，施工安全等優(yōu)點(diǎn)，但進(jìn)度慢，成本高。因此，適用于斷面跨度大，地表沉陷要求嚴(yán)格，圍巖條件特別差的隧道，在衡廣復(fù)線香爐坑隧道、大秦線西坪隧道通過(guò)塌方體、北京地鐵西單車站等地下工程中均有應(yīng)用。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工要求:側(cè)壁導(dǎo)坑高度以到起拱線為宜;側(cè)壁導(dǎo)坑形203、中洞法

中洞法適用于雙連拱隧道。采用先開(kāi)挖中洞并支護(hù)，在中洞內(nèi)施作隧道中墻混凝土，后開(kāi)挖兩側(cè)的施工方法。

中洞法施工要求:中洞法開(kāi)挖高度應(yīng)大于中墻高度1m，開(kāi)挖寬度應(yīng)大于5m；中洞開(kāi)挖超前長(zhǎng)度根據(jù)隧道長(zhǎng)度、寬度以及地質(zhì)情況綜合考慮，一般為50-80m；對(duì)長(zhǎng)度200-300m的短隧道可先貫通中洞，然后再施工兩側(cè)側(cè)洞；中洞開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)施作初朔支護(hù)，再分段灌筑中墻混凝土，每一縱向段長(zhǎng)度為4-1Om，在中墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可拆模，并進(jìn)行臨時(shí)橫向支撐。

圖6-6中洞法12334455663、中洞法1233445566214、中隔壁法(CD)中隔壁法在近年國(guó)內(nèi)的鐵路隧道和城市地下工程中的實(shí)踐中，被證明是通過(guò)軟弱、淺埋、大跨度隧道的最有效的施工方法之一，它適用于Ⅴ-Ⅵ級(jí)圍巖的雙線隧道。中隔墻開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)沿一側(cè)自上而下分為二或三部分進(jìn)行，每開(kāi)挖一步均應(yīng)及時(shí)施作錨噴支護(hù)，安設(shè)鋼架，施作中隔壁。之后再開(kāi)挖中隔墻的另一側(cè)，其分部次數(shù)及支護(hù)形式與先開(kāi)挖的一側(cè)相同。

中隔壁法施工要求:各部開(kāi)挖時(shí)，周邊輪廓應(yīng)盡量圓順，減小應(yīng)力集中；各部的底部高程應(yīng)與鋼架接頭處一致；后一側(cè)開(kāi)挖應(yīng)及時(shí)形成全斷面封閉；左右兩側(cè)縱向間距一般為30-50m；中隔壁設(shè)置為弧形或圓弧形。

圖6-7中隔壁法1234564、中隔壁法(CD)123456225、交叉中隔壁法(CRD)交叉中隔壁法適用于Ⅴ-Ⅵ級(jí)圍巖淺埋的雙線或多線隧道。采用自上而下分為二至三部分開(kāi)挖中隔墻的一側(cè)，及時(shí)支護(hù)并封閉臨時(shí)仰拱，待完成①-②部后，即開(kāi)始另一側(cè)③一④部開(kāi)挖及支護(hù)，形成左右兩側(cè)開(kāi)挖及支護(hù)相互交叉的情形。采用交叉中隔壁法施工，除滿足中隔壁法的要求外，尚應(yīng)滿足:設(shè)置臨時(shí)仰拱，步步成環(huán)；自上而下，交叉進(jìn)行；中隔壁及交叉臨時(shí)支護(hù)，在灌注二次襯砌時(shí)，應(yīng)逐段拆除。

圖6-8交叉中隔壁法1234565、交叉中隔壁法(CRD)123456236.2.3隧道洞口段施工一、洞口地段的一般概念隧道施工的洞口地段，是指隧道進(jìn)口(或出口)附近對(duì)隧道施工有影響的地段，該地段通常因地質(zhì)地形復(fù)雜需要做特殊處理。隧道洞口工程主要包括邊、仰坡土石方開(kāi)挖；邊、仰坡防護(hù)；端墻、翼墻等洞門圬工；洞口排水系統(tǒng)；洞口檢查設(shè)備安裝；洞口段洞身襯砌。隧道洞口地段，一般地質(zhì)條件差，且地表水匯集，施工難度較大。施工時(shí)要結(jié)合洞外場(chǎng)地和相鄰工程的情況，全面考慮、妥善安排、及早施工，為隧道洞身施工創(chuàng)造條件。由于每座隧道的地形、地質(zhì)及線路位置不同，要很明確規(guī)定洞口段的范圍是比較困難的。在一般情況下，可以將由于隧道開(kāi)挖可能給上坡地表造成不良影響的洞口范圍稱為洞口加強(qiáng)段。每座隧道應(yīng)根據(jù)各自的圍巖條件來(lái)確定洞口段范圍，一般亦可參照?qǐng)D6-9確定。6.2.3隧道洞口段施工24圖6-9洞口段的一般范圍1—洞門位置；2—洞口位置；3—上、下部開(kāi)挖分界線；D—最大洞跨圖6-9洞口段的一般范圍25

洞口工程中的洞門施工，一般可在進(jìn)洞后做，并應(yīng)做好邊、仰坡防護(hù)，以減少洞門施工對(duì)洞身施工的干擾。為了有效地防止洞口地段圍巖失穩(wěn)，保證進(jìn)出隧道的道路暢通，應(yīng)及早修好隧道洞口開(kāi)始一段的襯砌和洞門。洞口地段是隧道的咽喉，該地段地形地質(zhì)均對(duì)隧道施工不利。其特點(diǎn)為:洞口地段地層一般較破碎，多屬堆積、坡積、嚴(yán)重風(fēng)化或節(jié)理裂隙發(fā)育的松軟巖層，穩(wěn)定性較差;當(dāng)巖層層面坡度與洞門主墻開(kāi)挖坡度一致時(shí)，容易產(chǎn)生縱向推滑力；洞口附近山體覆蓋層較薄，一旦塌方可能塌穿到地表面；若隧道處于溝谷一側(cè)或傍山時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生側(cè)向壓力。因此，該地段在開(kāi)挖時(shí)宜特別謹(jǐn)慎小心，隨挖隨撐，并盡快做好襯砌。洞口工程中的洞門施工，一般可在進(jìn)洞后做，并應(yīng)做好邊、26二、洞口地段施工注意事項(xiàng)洞口段施工時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng):(1)在場(chǎng)地清理作施工準(zhǔn)備時(shí)，應(yīng)先清理洞口上方及側(cè)方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。平整洞頂?shù)乇?，排除積水，整理隧道周圍流水溝渠。之后施作洞口邊、仰坡頂處的天溝。(2)洞口施工宜避開(kāi)雨季和融雪期。在進(jìn)行洞口土石方工程時(shí)，不得采用深眼大爆破或集中藥包爆破，以免影響邊、仰坡的穩(wěn)定。應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行邊、仰坡放線，自上而下逐段開(kāi)挖，不得掏底開(kāi)挖或上下重疊開(kāi)挖。(3)洞口部分污工基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固的地基上。須將虛渣雜物、泥化軟層和積水清除干凈。對(duì)于地基強(qiáng)度不夠時(shí)，可結(jié)合具體條件采取擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基、壓漿加固地基等措施。二、洞口地段施工注意事項(xiàng)27(4)洞門拱墻應(yīng)與洞內(nèi)相鄰的拱墻襯砌同時(shí)施工連接成整體，以確保拱墻連接良好。洞門端墻的砌筑與回填應(yīng)兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行，防止對(duì)襯砌產(chǎn)生側(cè)壓。(5)洞口段洞身施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素選擇開(kāi)挖方法和支護(hù)方式。洞口段洞身襯砌應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及地形條件，至少設(shè)置不小于5m長(zhǎng)的模筑混凝土加強(qiáng)段，以提高圬工的整體性。(6)洞門完成后，洞門以上仰坡腳受破壞處，應(yīng)及時(shí)處理。如仰坡地層松軟破碎，宜用漿砌片石或鋪種草皮防護(hù)。

洞口段施工中最關(guān)鍵的工序就是迸洞開(kāi)挖。隧道進(jìn)洞前應(yīng)對(duì)邊仰坡進(jìn)行妥善防護(hù)或加固，作好排水系統(tǒng)。(4)洞門拱墻應(yīng)與洞內(nèi)相鄰的拱墻襯砌同時(shí)施工連接成整28三、洞口的施工方法洞口段施工方法的確定取決于諸多因素。如施工機(jī)具設(shè)備情況、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和地形條件;洞外相鄰建筑的影響;隧道自身構(gòu)造特點(diǎn)等。根據(jù)地層情況，可分為以下幾種施工方法:(1)洞口段圍巖為Ⅲ級(jí)以下，地層條件良好時(shí)，一般可采用全斷面直接開(kāi)挖進(jìn)洞，初始10-2Om區(qū)段的開(kāi)挖，爆破進(jìn)尺應(yīng)控制在2-3m。施工支護(hù)，在拱部可施做局部錨桿；在墻、拱部采用素噴混凝土支護(hù)。洞口3-5m區(qū)段可以掛網(wǎng)噴混凝土及設(shè)鋼拱架予以加強(qiáng)。(2)洞口段圍巖為Ⅲ-Ⅴ級(jí)，地層條件較好時(shí)，宜采用正臺(tái)階法進(jìn)洞(不短于2Om區(qū)段)，爆破進(jìn)尺控制在1.5-2.5m。施工支護(hù)采用拱、墻系統(tǒng)錨桿和鋼筋網(wǎng)噴射混凝土。必要時(shí)設(shè)鋼拱架加強(qiáng)施工支護(hù)。三、洞口的施工方法29

(3)洞口段圍巖為Ⅲ-Ⅴ級(jí)，地層條件較差時(shí)，宜采用上半斷面長(zhǎng)臺(tái)階法迸洞施工。上半斷面先進(jìn)5Om左右后，拉中槽落底，在保證巖體穩(wěn)定的條件下，再進(jìn)行邊墻擴(kuò)大及底部開(kāi)挖。上部開(kāi)挖迸尺一般控制在1.5m以下，并嚴(yán)格控制爆破藥量。施工支護(hù)采用超前錨桿與系統(tǒng)錨桿相結(jié)合，掛網(wǎng)噴射混凝土。拱部安設(shè)間距為0.5-1.Om的鋼拱架支護(hù)，及早施做混凝土襯砌，確保穩(wěn)定和安全。(4)洞口段圍巖為V級(jí)以上，地層條件差時(shí)，可采用分部開(kāi)挖法和其他特殊方法迸洞施工。具體方法有:開(kāi)挖前應(yīng)對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固措施，如先采用超前預(yù)注漿錨桿或采用管棚注漿法加固巖層，然后用鋼架緊貼洞口開(kāi)挖面進(jìn)行支護(hù)，再采用短臺(tái)階或預(yù)留核心土環(huán)形開(kāi)挖法等進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)；在洞身開(kāi)挖中，支撐應(yīng)緊跟開(kāi)挖工序，隨挖隨支。施工支護(hù)采用網(wǎng)噴混凝土、系統(tǒng)錨桿支護(hù)；架立鋼拱架間距為0.5m，必要時(shí)可在開(kāi)挖底面施做臨時(shí)仰拱。開(kāi)挖完畢后及早施作混凝土內(nèi)層襯砌。(3)洞口段圍巖為Ⅲ-Ⅴ級(jí)，地層條件較差時(shí)，宜采用上306.3隧道施工預(yù)支護(hù)(預(yù)加固)技術(shù)方法

前面介紹的隧道開(kāi)挖方法，基本上是假定開(kāi)挖面(或稱掌子面)巖體和開(kāi)挖后的隧道圍巖能夠暫時(shí)穩(wěn)定，不出現(xiàn)坍塌破壞的基本穩(wěn)定巖體。但實(shí)際上這種假定只適用于穩(wěn)定性較好的圍巖，對(duì)于軟弱破碎圍巖則不然。在軟弱破碎圍巖中，即使是采取短迸尺開(kāi)挖，開(kāi)挖面和開(kāi)完后的隧道也不穩(wěn)定。當(dāng)?shù)叵滤S富時(shí)，這種情況就更為嚴(yán)重。在隧道工程歷史中，隧道坍方的事例并不鮮見(jiàn)，造成了人、財(cái)、物的大量浪費(fèi)。對(duì)于不穩(wěn)定的巖體，掌子面前方圍巖的預(yù)加固和預(yù)支護(hù)是控制和減少隧道開(kāi)挖后周邊收斂變形、防止坍塌的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著開(kāi)挖技術(shù)、錨噴支護(hù)技術(shù)、地層改良技術(shù)的研究應(yīng)用和發(fā)展，隧道工作者研究出了許多輔助穩(wěn)定措施，從而使得現(xiàn)代隧道工程施工的開(kāi)挖和支護(hù)變得更簡(jiǎn)捷、及時(shí)、有效，也更具有可預(yù)防性和安全性。6.3隧道施工預(yù)支護(hù)(預(yù)加固)技術(shù)方法31隧道施工中常用的輔助穩(wěn)定措施有:

預(yù)留核心土擋護(hù)開(kāi)挖面◆穩(wěn)定工作面噴射混凝土封閉工作面◆超前錨桿小導(dǎo)管◆管棚超前支護(hù)前方圍巖長(zhǎng)管棚◆水平旋噴超前預(yù)支護(hù)

◆預(yù)切槽超前預(yù)支護(hù)超前小導(dǎo)管注漿◆注漿加固圍巖和堵水超前深孔惟幕注漿

上述輔助穩(wěn)定措施的選用應(yīng)視圍巖地質(zhì)條件、地下水情況、施工方法、環(huán)境要求等具體情況而定，并盡量與常規(guī)施工方法相結(jié)合，進(jìn)行充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇一種或幾種同時(shí)使用。隧道施工中常用的輔助穩(wěn)定措施有:32一、超前錨桿1、構(gòu)造組成超前錨桿是指沿開(kāi)挖輪廓線，以一定的外插角，向開(kāi)挖面前方鉆孔安裝錨桿，形成對(duì)前方圍巖的預(yù)錨固，在提前形成的圍巖錨固圈的保護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖等作業(yè)(圖6-10)。

圖6-10超前錨桿預(yù)錨固圍巖一、超前錨桿332、性能特點(diǎn)及適用條件錨桿超前支護(hù)的柔性較大，整體剛度較小。它主要適用于地下水較少的破碎、軟弱圍巖的隧道工程中，如裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶、淺埋無(wú)顯著偏壓的隧道。采用風(fēng)槍、鑿巖機(jī)或?qū)Ｓ玫腻^桿臺(tái)車鉆孔，錨固劑或砂漿錨固，其工藝簡(jiǎn)單、工效高。3、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)(1)超前錨桿的長(zhǎng)度、環(huán)向間距、外插角等參數(shù)，應(yīng)視圍巖地質(zhì)條件、施工斷面大小、開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺和施工條件而定。一般超前長(zhǎng)度為循環(huán)進(jìn)尺的3-5倍，環(huán)向間距采用0.3-1.0m；外插角宜用10°-30°；搭接長(zhǎng)度宜為超前長(zhǎng)度的40%-60%左右，即大致形成雙層或雙排錨桿。(2)超前錨桿宜用早強(qiáng)砂漿全黏結(jié)式錨桿，錨桿材料可用不小于φ22mm的螺紋鋼筋。(3)超前錨桿的安裝誤差，一般要求孔位偏差不超過(guò)lOcm，外插角不超過(guò)1°-2°，錨入長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的96%。(4)開(kāi)挖時(shí)應(yīng)注意保留前方有一定長(zhǎng)度的錨固區(qū)，以使超前錨桿的前端有一個(gè)穩(wěn)定的支點(diǎn)。其尾端應(yīng)盡可能多的與系統(tǒng)錨桿及鋼筋網(wǎng)焊連。若掌子面出現(xiàn)滑坍現(xiàn)象，則應(yīng)及時(shí)噴射混凝土封閉開(kāi)挖面，并盡快打入下一排超前錨桿，然后才能繼續(xù)開(kāi)挖。(5)開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)噴射混凝土，并盡快封閉環(huán)形初期支護(hù)。(6)開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)密切注意觀察錨桿變形及噴射混凝土層的開(kāi)裂、起鼓等情況，以掌握圍巖動(dòng)態(tài)，及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖及支護(hù)參數(shù)，如遇地下水時(shí)，則可鉆孔引排。2、性能特點(diǎn)及適用條件34二、管棚1、構(gòu)造組成管棚是指利用鋼拱架沿開(kāi)挖輪廓線以較小的外插角、向開(kāi)挖面前方打入鋼管構(gòu)成的棚架形成對(duì)開(kāi)挖面前方圍巖的預(yù)支護(hù)(圖6-11)。

圖6-11管棚預(yù)支護(hù)圍巖（長(zhǎng)管棚）二、管棚35采用長(zhǎng)度小于10m的鋼管，稱為短管棚；采用長(zhǎng)度為10-45m且較粗的鋼管，稱為長(zhǎng)管棚。2、性能特點(diǎn)及適用條件管棚因采用鋼管或鋼插板作縱向預(yù)支撐，又采用鋼拱架作環(huán)向支撐，其整體剛度較大，對(duì)圍巖變形的限制能力較強(qiáng)，且能提前承受早期圍巖壓力。因此管棚主要適用于圍巖壓力來(lái)得快來(lái)得大、對(duì)圍巖變形及地表下沉有較嚴(yán)格要求的軟弱、破碎圍巖隧道工程中，如土砂質(zhì)地層、強(qiáng)膨脹性地層、強(qiáng)流變性地層、裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶、淺埋有顯著偏壓等圍巖的隧道中。此外，采用插板封閉較為有效；在地下水較多時(shí)，可利用鋼管注漿堵水和加固圍巖。短管棚一次超前量少，基本上與開(kāi)挖作業(yè)交替進(jìn)行，占用循環(huán)時(shí)間較多，但鉆孔安裝或頂入安裝較容易。長(zhǎng)管棚一次超前量大，雖然增加了單次鉆孔或打入長(zhǎng)鋼管的作業(yè)時(shí)間，但減少了安裝鋼管的次數(shù)，減少了與開(kāi)挖作業(yè)之間的干擾。在長(zhǎng)鋼管的有效超前區(qū)段內(nèi)，基本上可以進(jìn)行連續(xù)開(kāi)挖，也更適于采用大中型機(jī)械進(jìn)行大斷面開(kāi)挖。采用長(zhǎng)度小于10m的鋼管，稱為短管棚；采用長(zhǎng)度為10363、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)(1)管棚的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)要視圍巖地質(zhì)條件和施工條件而定。長(zhǎng)管棚長(zhǎng)度不宜小于10m，一般為10-45m；管徑70-180mm，孔徑比管徑大20-3Omm，環(huán)向間距0.2-0.8m；外插角1°-2°。(2)兩組管棚間的縱向搭接長(zhǎng)度短管棚不小于1.5m，長(zhǎng)管棚不小于3m；鋼拱架常采用工字鋼拱架或格柵鋼架。(3)鋼拱架應(yīng)安裝穩(wěn)固，其垂直度允許誤差為+2°，中線及高程允許誤差為士5cm。(4)鉆孔平面誤差不大于15cm，角度誤差不大于0.5°，鋼管不得侵入開(kāi)挖輪廓線。(5)第一節(jié)鋼管前端要加工成尖錐狀，以利導(dǎo)向插入。要打一眼，裝一管，由上而下順序安裝。(6)長(zhǎng)鋼管應(yīng)用4-6m的管節(jié)逐段接長(zhǎng)，打入一節(jié)，再連接后一節(jié)，連接頭應(yīng)采用厚壁管箍，上滿絲扣，絲扣長(zhǎng)度應(yīng)小于l5cm；為保證受力的均勻性，鋼管接頭應(yīng)縱向錯(cuò)開(kāi)。(7)當(dāng)需增加管棚剛度時(shí)，可在安裝好的鋼管內(nèi)注入水泥砂漿，一般在第一節(jié)管的前段管壁交錯(cuò)鉆10-l5mm孔若干，以利排氣和出漿，或在管內(nèi)安裝出氣導(dǎo)管，漿注滿后方可停止壓注。(8)鉆孔時(shí)如出現(xiàn)卡鉆或坍孔，應(yīng)注漿后再鉆，有些土質(zhì)地層則可直接將鋼管頂入。3、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)37三、超前注漿小導(dǎo)管1、構(gòu)造組成超前注漿小導(dǎo)管是在開(kāi)挖前，沿隧道周邊，向前方圍巖鉆孔并安裝帶孔小導(dǎo)管，或直接打入帶孔小導(dǎo)管，并通過(guò)小導(dǎo)管向圍巖壓注起膠結(jié)作用的漿液，待漿液硬化后，坑道周圍巖體就形成了有一定厚度的加固圈。在此加固圈的保護(hù)下即可安全地進(jìn)行開(kāi)挖等作業(yè)(圖6-12)。若小導(dǎo)管前端焊一個(gè)簡(jiǎn)易鉆頭，則可鉆孔、插管一次完成，稱為自進(jìn)式注漿錨桿。圖6-12超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固圍巖三、超前注漿小導(dǎo)管382、性能特點(diǎn)及適用條件漿液被壓注到巖體裂隙中并硬化后，不僅將巖石碎塊膠結(jié)為整體起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道滲流的通道，起到了堵水作用。因此，超前注漿小導(dǎo)管不僅適用于一般軟弱破碎圍巖，也適用于含水的軟弱破碎圍巖。3、小導(dǎo)管布置和安裝(1)小導(dǎo)管鉆孔安裝前，應(yīng)對(duì)開(kāi)挖面及5m范圍內(nèi)的坑道噴射5-lOcm厚的混凝土封閉。(2)小導(dǎo)管一般采用φ32mm的焊接管或φ4Omm的無(wú)縫鋼管制作，長(zhǎng)度宜為3-6m，前端做成尖錐形，前段管壁上每隔l0-2Ocm交錯(cuò)鉆眼，眼孔直徑宜為6-8mm。(3)鉆孔直徑應(yīng)較管徑大35mm以上，環(huán)向間距應(yīng)按地層條件而定，一般采用35-5Ocm；外插角應(yīng)控制在3°-15°之間。(4)極破碎圍巖或處理坍方時(shí)可采用雙排管；地下水豐富的松軟層，可采用雙排以上的多排管；大斷面或注漿效果差時(shí)，可采用雙排管。(5)小導(dǎo)管插入后應(yīng)外露一定長(zhǎng)度，以便連接注漿管，并用塑膠泥將導(dǎo)管周圍孔隙封堵密實(shí)。2、性能特點(diǎn)及適用條件394、注漿材料（1）注漿材料種類及適用條件①在斷層破碎帶及砂卵石地層(裂隙寬度或顆粒粒徑大于1㎜，滲透系數(shù)k≥5×10-4m/s)等強(qiáng)滲透性地層中，應(yīng)采用料源廣且價(jià)格便宜的注漿材料。一般對(duì)于無(wú)水的松散地層，宜優(yōu)先選用單液水泥漿；對(duì)于有水的強(qiáng)滲透地層，則宜選用水泥-水玻璃雙漿液，以控制注漿范圍。②斷層帶，當(dāng)裂隙寬度(或粒徑)小于lmm，或滲透系數(shù)k≥10-5m/s時(shí)，注漿材料宜優(yōu)先選用水玻璃類和木胺類漿液。③細(xì)、粉砂層、細(xì)小裂隙巖層及斷層地段等弱滲透地層中，宜選用滲透性好、低毒及遇水膨脹的化學(xué)漿液，如聚胺醋類，或超細(xì)水泥漿。④對(duì)于不透水的黏土層，則宜采用高壓劈裂注漿。（2）注漿材料的配比注漿材料的配比應(yīng)根據(jù)地層情況和膠凝時(shí)間要求，并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)而定。①采用水泥漿液時(shí)，水灰比可采用0.5:1-1:1，需縮短凝結(jié)時(shí)間時(shí)，可加入氯鹽、三乙醇胺速凝劑。②采用水泥-水玻璃漿液時(shí)，水泥漿的水灰比可用0.5:1-1:1；水玻璃濃度為25-40°Be，水泥漿與水玻璃的體積比宜為1:1-1:0.3。4、注漿材料405、注漿(1)注漿設(shè)備應(yīng)性能良好，工作壓力應(yīng)滿足注漿壓力要求，并應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)。(2)小導(dǎo)管注漿的孔口最高壓力應(yīng)嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)，以防壓裂開(kāi)挖面，注漿壓力一般為0.5-1.OMPa，止?jié){塞應(yīng)能經(jīng)受注漿壓力。注漿壓力與地層條件及注漿范圍要求有關(guān)，一般要求單管注漿能擴(kuò)散到管周0.5-1.0m的半徑范圍內(nèi)。(3)要控制注漿量，即每根導(dǎo)管內(nèi)已達(dá)到規(guī)定注入量時(shí)就可結(jié)束；若孔口壓力已達(dá)到規(guī)定壓力值，但注入量仍不足時(shí)，亦應(yīng)停止注漿。(4)注漿結(jié)束后，應(yīng)做一定數(shù)量的鉆孔檢查或用聲波探測(cè)儀檢查注漿效果，如未達(dá)到要求，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)注漿。(5)注漿后應(yīng)視漿液種類，等待4h(水泥-水玻璃漿)-8h(水泥漿)方可開(kāi)挖，開(kāi)挖長(zhǎng)度不宜太長(zhǎng)，以保留一定長(zhǎng)度的止?jié){墻(亦即超前注漿的最短超前量)。5、注漿41四、超前深孔椎幕注漿上述超前注漿小導(dǎo)管，對(duì)圍巖加固的范圍和止水的效果是有限的，作為軟弱破碎圍巖隧道施工的一項(xiàng)主要輔助措施，它占用的時(shí)間和循環(huán)次數(shù)較多。超前深孔惟幕注漿能較好地解決這些問(wèn)題。注漿后即可形成較大范圍的筒狀封閉加固區(qū)，稱為惟幕注漿。(一)注漿機(jī)理及適用條件注漿機(jī)理可以分成如下四種。1、滲透注漿對(duì)于破碎巖層、砂卵石層、中細(xì)砂層、粉砂層等有一定滲透性的地層，采用中低壓力將漿液壓注到地層中的空穴、裂縫、孔隙里，凝固后將巖土或土顆粒膠結(jié)為整體，以提高地層的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

2、劈裂注漿對(duì)于顆粒更細(xì)的粘土質(zhì)不透水(漿)地層，采用高壓漿液強(qiáng)行擠壓孔周，在注漿壓力的作用下，漿液作用的周圍土體被劈裂并形成裂縫，通過(guò)土體中形成的漿液脈狀固結(jié)作用對(duì)粘土層起到擠壓加固和增加高強(qiáng)夾層加固作用，以提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。四、超前深孔椎幕注漿423、壓密注漿即用濃稠的漿液注入土層中，使土體形成漿泡，向周圍土層加壓使土層得到加固。4、高壓噴灌注漿通過(guò)灌漿管在高壓作用下，從管底部的特殊噴嘴中噴射出高速漿液射流，促使土粒在沖擊力、離心力及重力作用下被切割破碎，隨注漿管的向外抽出與漿液混合形成柱狀固結(jié)體，以達(dá)到加固之目的。深孔預(yù)注漿一般可超前開(kāi)挖面30-5Om，可以形成有相當(dāng)厚度和較長(zhǎng)區(qū)段的筒狀加固區(qū)，從而使得堵水的效果更好，也使得注漿作業(yè)次數(shù)減少，它更適用于有壓地下水及地下水豐富的地層中，也更適用于采用大中型機(jī)械化施工，如圖6-13所示。如果隧道埋深較淺，則注漿作業(yè)可在地面進(jìn)行；對(duì)于深埋長(zhǎng)大隧道可利用輔助平行導(dǎo)坑對(duì)主洞進(jìn)行預(yù)注漿，這樣都可以避免與主洞施工的干擾，縮短施工工期。3、壓密注漿43圖6-13超前深孔帷幕注漿圖6-13超前深孔帷幕注漿44(二)注漿范圍(三)注漿數(shù)量及注漿材料選擇(四)鉆孔布置及注漿壓力(五)施工要點(diǎn)(二)注漿范圍45五、水平旋噴預(yù)支護(hù)噴射注漿法又稱旋噴法，分為垂直和水平旋噴注漿兩種方法。20世紀(jì)70年代初期日本首次開(kāi)發(fā)使用了這種地層加固技術(shù)。水平旋噴注漿法是在一般的初期導(dǎo)管注漿的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它以高壓旋噴的方式壓注水泥漿，從而在隧道開(kāi)挖輪廓外形成拱形預(yù)襯砌的超前預(yù)支護(hù)方法。垂直旋噴注漿的施工原理類似于水平旋噴注漿，只是一個(gè)為水平，一個(gè)為垂直，我國(guó)垂直旋噴注漿技術(shù)已比較成熟。目前，水平旋噴注漿技術(shù)在我國(guó)已初步獲得應(yīng)用，如神延鐵路的沙哈拉茆隧道和宋家坪隧道。其施工方法為:首先使用旋噴注漿機(jī)，沿著隧道掌子面周邊的設(shè)計(jì)位置旋噴注漿形成旋噴柱體，通過(guò)固結(jié)體的相互咬合形成預(yù)支護(hù)拱棚。旋噴柱體的形成方法:首先通過(guò)水平鉆機(jī)成孔，鉆到設(shè)計(jì)位置以后，隨著鉆桿的退出，用水泥漿或水泥一水玻璃雙漿液旋噴注入鉆成的孔腔，通過(guò)高壓射流切割腔壁土體，被切割下的土體與漿液攪拌混合、固結(jié)形成直徑600mm左右的固結(jié)體，同時(shí)周圍地層受到壓縮和固結(jié)，其土體的物理力學(xué)性能得到一定程度的改善。旋噴柱體沿隧道拱部形成環(huán)向咬合、縱向搭接的預(yù)支護(hù)拱棚，在松散不穩(wěn)定地層隧道中，可有效控制坍塌和地層變形。水平旋噴預(yù)支護(hù)的應(yīng)用在我國(guó)還不是很廣，旋噴柱體抗彎性能不強(qiáng)，施工控制的難度較大，特別是目前我國(guó)的水平旋噴鉆機(jī)性能尚未過(guò)關(guān)，制約了水平旋噴預(yù)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。五、水平旋噴預(yù)支護(hù)46水平旋噴預(yù)支護(hù)主要適用于粘性土、砂類土、淤泥等地層。圖6-14為水平旋噴工法的操作程序和旋噴柱布置。圖6-14水平旋噴工法水平旋噴預(yù)支護(hù)主要適用于粘性土、砂類土、淤泥等地層。47

Theend第六章隧道施工方法課件48第六章隧道施工方法與技術(shù)6.1概述隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技術(shù)和施工管理的總稱。隧道施工過(guò)程通常包括:在地層內(nèi)挖出土石，形成符合設(shè)計(jì)斷面的地下空間，進(jìn)行必要的支護(hù)和襯砌，控制隧道圍巖的變形，保證隧道施工安全和長(zhǎng)期安全使用。根據(jù)隧道穿越地層的不同情況和目前隧道施工方法的發(fā)展，隧道施工方法可按以下方式分類:傳統(tǒng)礦山法山嶺隧道礦山法施工方法掘進(jìn)機(jī)法(TBM)新奧法

明挖法隧道施淺埋及軟土蓋挖法工方法隧道施工方法淺埋暗挖法盾構(gòu)法水底隧道沉埋法施工方法盾構(gòu)法隧道施工方法的選擇主要依據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并結(jié)合隧道斷面尺寸、長(zhǎng)度、襯砌類型、隧道的使用功能和施工技術(shù)水平等因素綜合考慮研究確定。所選擇的施工方法也應(yīng)體現(xiàn)出技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理及安全適用。第六章隧道施工方法與技術(shù)49隧道施工技術(shù)：主要研究解決上述各種隧道施工方法所需的技術(shù)方案和措施(如開(kāi)挖、掘進(jìn)、支護(hù)和襯砌施工方案和措施)；隧道穿赿特殊地質(zhì)地段時(shí)的施工手段；隧道施工過(guò)程中的通風(fēng)、防塵、風(fēng)、水、電作業(yè)等的方式方法。隧道施工管理：主要解決施工組織設(shè)計(jì)（如施工方案的選擇、施工技術(shù)措施、場(chǎng)地布置、進(jìn)度控制、材料供應(yīng)、勞力及機(jī)具安排等）和施工中的技術(shù)管理、計(jì)劃管理、質(zhì)量管理、經(jīng)濟(jì)管理、安全管理等問(wèn)題。隧道施工和工程實(shí)踐有密切聯(lián)系，因此應(yīng)理論與生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合。必須指出，由于地質(zhì)勘探的局限性和地質(zhì)條件的復(fù)雜性及多變性，隧道施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到突然變化的地質(zhì)條件、意外情況(如塌方、涌水等)，原制定的施工方案、施工技術(shù)措施和施工進(jìn)度計(jì)劃等也必須隨之變更。因此，必須學(xué)會(huì)結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、掌握綜合運(yùn)用這些知識(shí)的能力，以便正確處理隧道施工中遇到的各種實(shí)際問(wèn)題。隧道施工技術(shù)：主要研究解決上述各種隧道施工方法所需的技術(shù)方案506.2山嶺隧道常規(guī)施工方法山嶺隧道的常規(guī)施工方法為礦山法（因最早應(yīng)用于采礦坑道而得名）。在礦山法施工中，多數(shù)要采用鉆眼爆破進(jìn)行開(kāi)挖，故又稱為鉆爆法。礦山法中又分為傳統(tǒng)礦山法和新奧法。1、傳統(tǒng)礦山法傳統(tǒng)礦山法是人們?cè)陂L(zhǎng)期的施工實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的。它是以木或鋼構(gòu)件作為臨時(shí)支撐，待隧道開(kāi)挖成形后，逐步將臨時(shí)支撐撤換下來(lái)，而代之以整體式厚襯砌為永久支護(hù)的施工方法。木構(gòu)件支撐目前已經(jīng)很少使用。鋼構(gòu)件支撐具有較好的耐久性和對(duì)隧道形狀的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，施工中可以不予撤換，也更為安全。鋼構(gòu)件支撐類似于地上的“荷載－結(jié)構(gòu)”力學(xué)體系。它作為一種維持隧道穩(wěn)定的措施，是很直觀和奏效的，也容易被施工人員理解和掌握。因此這種方法被應(yīng)用于不便采用錨噴支護(hù)的隧道中或處理塌方等。6.2山嶺隧道常規(guī)施工方法512、礦山法(新奧法)

隨著隧道工程理論及施工工藝的不斷發(fā)展，人們逐漸深刻地認(rèn)識(shí)到隧道是圍巖和支護(hù)組成的體系，應(yīng)充分地保護(hù)圍巖，發(fā)揮圍巖自身的承載能力，維護(hù)圍巖的穩(wěn)定性。隧道設(shè)計(jì)和施工與隧道的圍巖條件密切相關(guān)，只有充分掌握隧道的圍巖條件，才能有合理的隧道設(shè)計(jì)與施工。于是20世紀(jì)50年代,奧地利學(xué)者拉勃塞維茲提出了新奧法的概念,即新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱，原文是:“NewAustrianTunnelingMethod”,簡(jiǎn)寫為NATM。新奧法是以既有的隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為支護(hù)手段，便于充分發(fā)揮圍巖的自承能力，通過(guò)監(jiān)測(cè)反饋回來(lái)的信息對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而更好地控制圍巖的變形。這種施工方法經(jīng)過(guò)奧地利、瑞典、意大利等國(guó)家大量隧道與地下工程實(shí)踐和理論研究及科學(xué)論證，于20世紀(jì)60年代取得專利權(quán)并正式命名為新奧法（NATM）。之后新奧法在歐、美和日本等國(guó)家隧道與地下工程中獲得極為迅速的發(fā)展，已成為現(xiàn)代隧道工程新技術(shù)標(biāo)志之一。2、礦山法(新奧法)52

目前，新奧法已經(jīng)成為在軟弱破碎巖體中修建隧道的一種基本方法，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。新奧法與傳統(tǒng)的礦山法相比，不僅僅是手段上的不同，更重要的是對(duì)圍巖的認(rèn)識(shí)有了更深刻的理解，并且在支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念上與傳統(tǒng)礦山法有很大的不同，是人們對(duì)隧道及地下工程認(rèn)識(shí)和理解的深化。不能單純地將新奧法僅僅看成是一種施工方法或是一種支護(hù)方法，也不應(yīng)片面地理解為：僅用錨噴支護(hù)就是采用新奧法了，事實(shí)上噴錨支護(hù)并不能完全表達(dá)新奧法的含義。新奧法是既包括隧道工程設(shè)計(jì)、又包括隧道工程施工，貫穿于隧道工程整個(gè)過(guò)程的基本指導(dǎo)思想和基本原則。新奧法應(yīng)用巖體力學(xué)的理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力為基點(diǎn)，采用錨噴支護(hù)為主要支護(hù)手段，能及時(shí)地進(jìn)行支護(hù)，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖亦成為支護(hù)體系的組成部分，并通過(guò)對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的測(cè)量、監(jiān)控來(lái)及時(shí)而正確地指導(dǎo)隧道和地下工程設(shè)計(jì)施工的方法與基本原則。目前，新奧法已經(jīng)成為在軟弱破碎巖體中修建隧道的一種基536.2.1、新奧法施工程序和施工原則一、新奧法施工程序采用新奧法施工的隧道，應(yīng)視其規(guī)模、地質(zhì)條件以及安全要求合理選擇施工方法，并充分利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、量測(cè)信息指導(dǎo)施工，嚴(yán)格按施工程序進(jìn)行，不得有任何省略。

新奧法的特征之一是采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、量測(cè)信息指導(dǎo)施工，即通過(guò)對(duì)隧道施工中量測(cè)數(shù)據(jù)和對(duì)開(kāi)挖面的地質(zhì)觀察等進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)和反饋。并根據(jù)已建立的量測(cè)為基準(zhǔn)，對(duì)隧道施工方法（包括特殊的、輔助的施工方法）、斷面開(kāi)挖步驟及順序、初期支護(hù)的參數(shù)等進(jìn)行合理調(diào)整，以保證施工安全、坑道圍巖穩(wěn)定、工程質(zhì)量和支護(hù)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性等。新奧法施工程序見(jiàn)圖6－1。6.2.1、新奧法施工程序和施工原則54圖6-1新奧法施工程序圖6-1新奧法施工程序55二、新奧法施工基本原則根據(jù)我國(guó)隧道采用新奧法施工的經(jīng)驗(yàn)，隧道施工采取的基本原則，可以概括為“少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、緊封閉”十二字方針。具體說(shuō)，是指在隧道開(kāi)挖時(shí)，必須嚴(yán)格控制，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)、擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間和擾動(dòng)范圍，以使開(kāi)挖出的坑道符合成型的要求，因此，能采用機(jī)械開(kāi)挖的就不用鉆爆法開(kāi)挖。采用鉆爆法開(kāi)挖時(shí)，必須先作鉆爆設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制爆破，盡量采用大斷面開(kāi)挖。選擇合理的循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺，自穩(wěn)性差的圍巖循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺宜用短進(jìn)尺，支護(hù)應(yīng)緊跟開(kāi)挖面，以縮短圍巖應(yīng)力松弛時(shí)間及開(kāi)挖面的裸露風(fēng)化時(shí)間等，此稱為“少擾動(dòng)”。

“早噴錨”是指對(duì)開(kāi)挖暴露面應(yīng)及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)描述和及時(shí)施作錨噴支護(hù)，經(jīng)初期支護(hù)加固，使圍巖變形得到有效控制而不致變形過(guò)度而坍塌失穩(wěn)，以達(dá)到圍巖變形適度而充分發(fā)揮圍巖的自承能力。必要時(shí)可采取超前支護(hù)輔助措施。二、新奧法施工基本原則56在隧道施工全過(guò)程中，應(yīng)對(duì)圍巖周邊位移進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，并及時(shí)反饋修正設(shè)計(jì)參數(shù)，指導(dǎo)施工或改變施工方法。以規(guī)范的量測(cè)方法獲得量測(cè)數(shù)據(jù)及信息，通過(guò)對(duì)施工中量測(cè)數(shù)據(jù)的分析和對(duì)開(kāi)挖面的地質(zhì)觀察，進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)圍巖與支護(hù)的穩(wěn)定狀態(tài)，或判斷其動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，以便根據(jù)建立的量測(cè)管理基準(zhǔn)，及時(shí)調(diào)整隧道的施工方法（包括開(kāi)挖方法、支護(hù)形式、特殊的輔助施工方法）、斷面開(kāi)挖步驟及順序、初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)等進(jìn)行合理的調(diào)整，以確保施工安全、坑道穩(wěn)定，支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和工程造價(jià)的合理性，此稱為“勤量測(cè)”。

“緊封閉”是指對(duì)易風(fēng)化的自穩(wěn)性較差的軟弱圍巖地段，應(yīng)使開(kāi)挖面及早施作封閉式支護(hù)（如噴射混凝土、錨噴混凝土等）防護(hù)措施，可以避免圍巖因暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生風(fēng)化降低強(qiáng)度及穩(wěn)定性，并可以使支護(hù)與圍巖進(jìn)入良好的共同作用工作狀態(tài)。在隧道施工全過(guò)程中，應(yīng)對(duì)圍巖周邊位移進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)576.2.2新奧法基本施工方法隧道施工就是要挖除設(shè)計(jì)輪廓線以內(nèi)的巖體，并盡量保持圍巖的穩(wěn)定。顯然，開(kāi)挖是隧道施工的第一道工序，也是關(guān)鍵工序。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，圍巖穩(wěn)定與否，雖然主要地取決于圍巖本身的工程地質(zhì)條件，但無(wú)疑開(kāi)挖對(duì)圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)有著重要影響。因此，隧道開(kāi)挖的基本原則是：在保證圍巖穩(wěn)定或少擾動(dòng)的前提下，選擇恰當(dāng)?shù)拈_(kāi)挖方法和掘進(jìn)方式，并盡量提高掘進(jìn)速度。即在選擇開(kāi)挖方式時(shí)，一方面應(yīng)考慮隧道圍巖工程地質(zhì)條件及其變化情況，選擇能很好地適應(yīng)地質(zhì)條件及其變化，并能保持圍巖穩(wěn)定的方法和方式；另一方面應(yīng)考慮隧道范圍內(nèi)巖體的堅(jiān)硬程度，選擇能快速掘進(jìn)并能減少對(duì)圍巖擾動(dòng)的方法和方式。隧道施工方法的選擇，主要根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、施工條件、圍巖類別、隧道埋置深度、隧道斷面尺寸大小和長(zhǎng)度、襯砌類型等，以施工安全為前提,及以工程質(zhì)量為核心，并結(jié)合隧道的使用功能、施工技術(shù)水平、施工機(jī)械裝備、工期要求和經(jīng)濟(jì)可行性等因素綜合考慮研究選用。6.2.2新奧法基本施工方法58

當(dāng)因隧道施工對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響時(shí)，施工方法（包括開(kāi)挖及支護(hù)）的選擇還應(yīng)把隧道工程的環(huán)境條件作為選擇施工方法考慮的因素之一，同時(shí)應(yīng)考慮圍巖變化時(shí)施工方法的適應(yīng)性及其變更的可能性，以免造成隧道工程失誤和增加不必要的工程投資。采用新奧法施工時(shí)，還應(yīng)考慮施工全過(guò)程中的輔助作業(yè)方式和對(duì)圍巖的量測(cè)監(jiān)控方法，以及隧道穿越特殊地質(zhì)地段時(shí)的施工手段等，進(jìn)行合理的選擇。隧道施工中，開(kāi)挖方法是影響圍巖穩(wěn)定的重要因素之一。因此，在選擇開(kāi)挖方法時(shí)，應(yīng)對(duì)隧道斷面大小及形狀、圍巖的工程地質(zhì)條件、支護(hù)條件、工期要求、工區(qū)長(zhǎng)度、機(jī)械配備能力、經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)因素進(jìn)行綜合分析，采用恰當(dāng)?shù)拈_(kāi)挖方法，尤其應(yīng)與支護(hù)條件相適應(yīng)。隧道開(kāi)挖方法實(shí)際上是指開(kāi)挖成形方法。按開(kāi)挖隧道的橫斷面分部情況來(lái)分，開(kāi)挖方法可分為全斷面開(kāi)挖法、臺(tái)階開(kāi)挖法、分部開(kāi)挖法等，見(jiàn)表6-2-1。當(dāng)因隧道施工對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響時(shí)，施工方法（包括59第六章隧道施工方法課件60一、全斷面開(kāi)挖法1、施工順序全斷面開(kāi)挖法就是按照設(shè)計(jì)輪廓一次爆破成形，然后支護(hù)再修建襯砌的施工方法。2、適用條件(1)Ⅰ-Ⅳ級(jí)圍巖，在用于Ⅳ級(jí)圍巖時(shí)，圍巖應(yīng)具備從全斷面開(kāi)挖到初朔支護(hù)前這段時(shí)間內(nèi)，保持其自身穩(wěn)定的條件。(2)有鉆孔臺(tái)車或自制作業(yè)臺(tái)架及高效率裝運(yùn)機(jī)械設(shè)備。(3)隧道長(zhǎng)度或施工區(qū)段長(zhǎng)度不宜太短，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般不應(yīng)小于lkm，否則采用大型機(jī)械化施工時(shí)其經(jīng)濟(jì)性較差。為加快隧道建設(shè)，必須實(shí)現(xiàn)隧道施工機(jī)械化，而隧道工程新技術(shù)、新工藝的推廣又為機(jī)械化施工奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，機(jī)械化的發(fā)展又推動(dòng)了隧道施工工藝水平的不斷提高。機(jī)械設(shè)備選型時(shí)應(yīng)遵循可靠性、經(jīng)濟(jì)性、配套性等原則。一、全斷面開(kāi)挖法613、全斷面法施工特點(diǎn)(1)開(kāi)挖斷面與作業(yè)空間大，干擾?。?2)有條件充分使用機(jī)械，減少人力；(3)工序少，便于施工組織與施工管理，改善勞動(dòng)條件；(4)開(kāi)挖一次成形，對(duì)圍巖擾動(dòng)少，有利于圍巖穩(wěn)定。圖6－2全斷面開(kāi)挖法1.全斷面開(kāi)挖；2.錨噴支護(hù)；3.模筑混凝土襯砌3、全斷面法施工特點(diǎn)圖6－2全斷面開(kāi)挖法62二、臺(tái)階法根據(jù)臺(tái)階長(zhǎng)度不同，劃分為長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法和微臺(tái)階法三種，如圖6-3所示。施工中采用哪一種臺(tái)階法，要根據(jù)兩個(gè)條件來(lái)決定:第一是對(duì)初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖越差，要求閉合時(shí)間越短；第二是對(duì)上部斷面施工所采用的開(kāi)挖、支護(hù)、出渣等機(jī)械設(shè)備需要施工場(chǎng)地大小的要求。對(duì)軟弱圍巖，主要考慮前者，以確保施工安全；對(duì)較好圍巖，主要考慮如何更好地發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率，保證施工中的經(jīng)濟(jì)效益，因此只考慮后者。

圖6-3臺(tái)階法類型二、臺(tái)階法631、長(zhǎng)臺(tái)階法長(zhǎng)臺(tái)階法開(kāi)挖斷面小，有利于維持開(kāi)挖面的穩(wěn)定，適用范圍較全斷面法廣，一般適用Ⅰ一Ⅲ級(jí)圍巖。在上、下兩個(gè)臺(tái)階上，分別進(jìn)行開(kāi)挖、支護(hù)、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等作業(yè)線，因此臺(tái)階長(zhǎng)度長(zhǎng)。但臺(tái)階長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，如大于100m時(shí)，則增加了支護(hù)封閉時(shí)間，同時(shí)也增加了通風(fēng)排煙、排水的難度，降低了施工的綜合效率。因此長(zhǎng)臺(tái)階一般在圍巖條件相對(duì)較好、工期不受控制、無(wú)大型機(jī)械化作業(yè)時(shí)選用。2、短臺(tái)階法短臺(tái)階法適用于Ⅲ-Ⅴ級(jí)圍巖，臺(tái)階長(zhǎng)度定為10-l5m，即1-2倍開(kāi)挖寬度，主要是考慮既要實(shí)現(xiàn)分臺(tái)階開(kāi)挖，又要實(shí)現(xiàn)支護(hù)及早封閉。上臺(tái)階一般采用小藥量的松動(dòng)爆破，出渣采用人工或小型機(jī)械轉(zhuǎn)運(yùn)至下臺(tái)階。因此臺(tái)階長(zhǎng)度又不宜過(guò)長(zhǎng)，如果超過(guò)l5m，則出渣所需的時(shí)間顯得過(guò)長(zhǎng)。短臺(tái)階法可縮短支護(hù)閉合時(shí)間，改善初期支護(hù)的受力條件，有利于控制圍巖變形。缺點(diǎn)是上部出渣對(duì)下部斷面施工干擾較大，不能全部平行作業(yè)。3、微臺(tái)階法微臺(tái)階法是全斷面開(kāi)挖的一種變異形式，適用于Ⅴ-Ⅵ級(jí)圍巖，一般臺(tái)階長(zhǎng)度為3-5m。臺(tái)階長(zhǎng)度小于3m時(shí)，無(wú)法正常進(jìn)行鉆眼和拱部的噴錨支護(hù)作業(yè)；臺(tái)階長(zhǎng)度大于5m時(shí)，利用爆破將石渣翻至下臺(tái)階有較大的難度，必須采用人工翻渣。微臺(tái)階法上下斷面相距較近，機(jī)械設(shè)備集中，作業(yè)時(shí)相互干擾大，生產(chǎn)效率低，施工速度慢。1、長(zhǎng)臺(tái)階法64三、分部開(kāi)挖法分部開(kāi)挖法包括環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法、中隔壁法等。1、環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法常用于Ⅵ級(jí)圍巖單線和Ⅴ-Ⅵ級(jí)圍巖雙線隧道掘進(jìn)。施工順序?yàn)?人工或單臂掘迸機(jī)開(kāi)挖環(huán)形拱部，架立鋼支撐，掛鋼絲網(wǎng)，噴射混凝土。在拱部初期支護(hù)保護(hù)下，開(kāi)挖核心土和下半部，隨即接長(zhǎng)邊墻鋼支撐，掛網(wǎng)噴射混凝土，并進(jìn)行封底。根據(jù)圍巖變形，適時(shí)施作二次襯砌。

圖6-4環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法12233445三、分部開(kāi)挖法1223344565施工時(shí)要求:環(huán)形開(kāi)挖進(jìn)尺一般為0.5-2.Om；開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)施作噴錨支護(hù)、安設(shè)鋼架支撐，每?jī)砷摷苤g采用連接鋼筋連接，并加鎖腳錨桿；當(dāng)圍巖地質(zhì)條件差，自穩(wěn)時(shí)間較短時(shí)，開(kāi)挖前在拱部設(shè)計(jì)的開(kāi)挖輪廓線以外，進(jìn)行超前支護(hù)。環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法具有施工開(kāi)挖工作面穩(wěn)定性好，施工較安全，但施工干擾大、工效低等特點(diǎn)。在土質(zhì)及軟弱圍巖中使用較多，如在大秦線軍都山隧道黃土段等隧道施工中均有應(yīng)用。施工時(shí)要求:環(huán)形開(kāi)挖進(jìn)尺一般為0.5-2.Om；開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)662、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于Ⅴ一Ⅵ級(jí)圍巖雙線或多線隧道掘進(jìn)。由于跨度較大，無(wú)法采用全斷面或臺(tái)階法開(kāi)挖，采用先開(kāi)挖隧道兩側(cè)導(dǎo)坑，相當(dāng)于先開(kāi)挖2個(gè)小跨度的隧道，并及時(shí)施作導(dǎo)坑四周初期支護(hù)，再根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小，對(duì)剩余部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行一次或二次開(kāi)挖。

圖6-5雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

112234511334456722、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法1122345113344567267雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工要求:側(cè)壁導(dǎo)坑高度以到起拱線為宜;側(cè)壁導(dǎo)坑形狀應(yīng)接近于橢圓形斷面，導(dǎo)坑斷面為整個(gè)斷面的1/3；側(cè)壁導(dǎo)坑領(lǐng)先長(zhǎng)度一般為30-50m，以開(kāi)挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力分布不影響另一側(cè)導(dǎo)坑為原則；導(dǎo)坑開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，并盡早封閉成環(huán)。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法具有控制地表沉陷好，施工安全等優(yōu)點(diǎn)，但進(jìn)度慢，成本高。因此，適用于斷面跨度大，地表沉陷要求嚴(yán)格，圍巖條件特別差的隧道，在衡廣復(fù)線香爐坑隧道、大秦線西坪隧道通過(guò)塌方體、北京地鐵西單車站等地下工程中均有應(yīng)用。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工要求:側(cè)壁導(dǎo)坑高度以到起拱線為宜;側(cè)壁導(dǎo)坑形683、中洞法

中洞法適用于雙連拱隧道。采用先開(kāi)挖中洞并支護(hù)，在中洞內(nèi)施作隧道中墻混凝土，后開(kāi)挖兩側(cè)的施工方法。

中洞法施工要求:中洞法開(kāi)挖高度應(yīng)大于中墻高度1m，開(kāi)挖寬度應(yīng)大于5m；中洞開(kāi)挖超前長(zhǎng)度根據(jù)隧道長(zhǎng)度、寬度以及地質(zhì)情況綜合考慮，一般為50-80m；對(duì)長(zhǎng)度200-300m的短隧道可先貫通中洞，然后再施工兩側(cè)側(cè)洞；中洞開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)施作初朔支護(hù)，再分段灌筑中墻混凝土，每一縱向段長(zhǎng)度為4-1Om，在中墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可拆模，并進(jìn)行臨時(shí)橫向支撐。

圖6-6中洞法12334455663、中洞法1233445566694、中隔壁法(CD)中隔壁法在近年國(guó)內(nèi)的鐵路隧道和城市地下工程中的實(shí)踐中，被證明是通過(guò)軟弱、淺埋、大跨度隧道的最有效的施工方法之一，它適用于Ⅴ-Ⅵ級(jí)圍巖的雙線隧道。中隔墻開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)沿一側(cè)自上而下分為二或三部分進(jìn)行，每開(kāi)挖一步均應(yīng)及時(shí)施作錨噴支護(hù)，安設(shè)鋼架，施作中隔壁。之后再開(kāi)挖中隔墻的另一側(cè)，其分部次數(shù)及支護(hù)形式與先開(kāi)挖的一側(cè)相同。

中隔壁法施工要求:各部開(kāi)挖時(shí)，周邊輪廓應(yīng)盡量圓順，減小應(yīng)力集中；各部的底部高程應(yīng)與鋼架接頭處一致；后一側(cè)開(kāi)挖應(yīng)及時(shí)形成全斷面封閉；左右兩側(cè)縱向間距一般為30-50m；中隔壁設(shè)置為弧形或圓弧形。

圖6-7中隔壁法1234564、中隔壁法(CD)123456705、交叉中隔壁法(CRD)交叉中隔壁法適用于Ⅴ-Ⅵ級(jí)圍巖淺埋的雙線或多線隧道。采用自上而下分為二至三部分開(kāi)挖中隔墻的一側(cè)，及時(shí)支護(hù)并封閉臨時(shí)仰拱，待完成①-②部后，即開(kāi)始另一側(cè)③一④部開(kāi)挖及支護(hù)，形成左右兩側(cè)開(kāi)挖及支護(hù)相互交叉的情形。采用交叉中隔壁法施工，除滿足中隔壁法的要求外，尚應(yīng)滿足:設(shè)置臨時(shí)仰拱，步步成環(huán)；自上而下，交叉進(jìn)行；中隔壁及交叉臨時(shí)支護(hù)，在灌注二次襯砌時(shí)，應(yīng)逐段拆除。

圖6-8交叉中隔壁法1234565、交叉中隔壁法(CRD)123456716.2.3隧道洞口段施工一、洞口地段的一般概念隧道施工的洞口地段，是指隧道進(jìn)口(或出口)附近對(duì)隧道施工有影響的地段，該地段通常因地質(zhì)地形復(fù)雜需要做特殊處理。隧道洞口工程主要包括邊、仰坡土石方開(kāi)挖；邊、仰坡防護(hù)；端墻、翼墻等洞門圬工；洞口排水系統(tǒng)；洞口檢查設(shè)備安裝；洞口段洞身襯砌。隧道洞口地段，一般地質(zhì)條件差，且地表水匯集，施工難度較大。施工時(shí)要結(jié)合洞外場(chǎng)地和相鄰工程的情況，全面考慮、妥善安排、及早施工，為隧道洞身施工創(chuàng)造條件。由于每座隧道的地形、地質(zhì)及線路位置不同，要很明確規(guī)定洞口段的范圍是比較困難的。在一般情況下，可以將由于隧道開(kāi)挖可能給上坡地表造成不良影響的洞口范圍稱為洞口加強(qiáng)段。每座隧道應(yīng)根據(jù)各自的圍巖條件來(lái)確定洞口段范圍，一般亦可參照?qǐng)D6-9確定。6.2.3隧道洞口段施工72圖6-9洞口段的一般范圍1—洞門位置；2—洞口位置；3—上、下部開(kāi)挖分界線；D—最大洞跨圖6-9洞口段的一般范圍73

洞口工程中的洞門施工，一般可在進(jìn)洞后做，并應(yīng)做好邊、仰坡防護(hù)，以減少洞門施工對(duì)洞身施工的干擾。為了有效地防止洞口地段圍巖失穩(wěn)，保證進(jìn)出隧道的道路暢通，應(yīng)及早修好隧道洞口開(kāi)始一段的襯砌和洞門。洞口地段是隧道的咽喉，該地段地形地質(zhì)均對(duì)隧道施工不利。其特點(diǎn)為:洞口地段地層一般較破碎，多屬堆積、坡積、嚴(yán)重風(fēng)化或節(jié)理裂隙發(fā)育的松軟巖層，穩(wěn)定性較差;當(dāng)巖層層面坡度與洞門主墻開(kāi)挖坡度一致時(shí)，容易產(chǎn)生縱向推滑力；洞口附近山體覆蓋層較薄，一旦塌方可能塌穿到地表面；若隧道處于溝谷一側(cè)或傍山時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生側(cè)向壓力。因此，該地段在開(kāi)挖時(shí)宜特別謹(jǐn)慎小心，隨挖隨撐，并盡快做好襯砌。洞口工程中的洞門施工，一般可在進(jìn)洞后做，并應(yīng)做好邊、74二、洞口地段施工注意事項(xiàng)洞口段施工時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng):(1)在場(chǎng)地清理作施工準(zhǔn)備時(shí)，應(yīng)先清理洞口上方及側(cè)方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。平整洞頂?shù)乇恚懦e水，整理隧道周圍流水溝渠。之后施作洞口邊、仰坡頂處的天溝。(2)洞口施工宜避開(kāi)雨季和融雪期。在進(jìn)行洞口土石方工程時(shí)，不得采用深眼大爆破或集中藥包爆破，以免影響邊、仰坡的穩(wěn)定。應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行邊、仰坡放線，自上而下逐段開(kāi)挖，不得掏底開(kāi)挖或上下重疊開(kāi)挖。(3)洞口部分污工基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固的地基上。須將虛渣雜物、泥化軟層和積水清除干凈。對(duì)于地基強(qiáng)度不夠時(shí)，可結(jié)合具體條件采取擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基、壓漿加固地基等措施。二、洞口地段施工注意事項(xiàng)75(4)洞門拱墻應(yīng)與洞內(nèi)相鄰的拱墻襯砌同時(shí)施工連接成整體，以確保拱墻連接良好。洞門端墻的砌筑與回填應(yīng)兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行，防止對(duì)襯砌產(chǎn)生側(cè)壓。(5)洞口段洞身施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素選擇開(kāi)挖方法和支護(hù)方式。洞口段洞身襯砌應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及地形條件，至少設(shè)置不小于5m長(zhǎng)的模筑混凝土加強(qiáng)段，以提高圬工的整體性。(6)洞門完成后，洞門以上仰坡腳受破壞處，應(yīng)及時(shí)處理。如仰坡地層松軟破碎，宜用漿砌片石或鋪種草皮防護(hù)。

洞口段施工中最關(guān)鍵的工序就是迸洞開(kāi)挖。隧道進(jìn)洞前應(yīng)對(duì)邊仰坡進(jìn)行妥善防護(hù)或加固，作好排水系統(tǒng)。(4)洞門拱墻應(yīng)與洞內(nèi)相鄰的拱墻襯砌同時(shí)施工連接成整76三、洞口的施工方法洞口段施工方法的確定取決于諸多因素。如施工機(jī)具設(shè)備情況、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和地形條件;洞外相鄰建筑的影響;隧道自身構(gòu)造特點(diǎn)等。根據(jù)地層情況，可分為以下幾種施工方法:(1)洞口段圍巖為Ⅲ級(jí)以下，地層條件良好時(shí)，一般可采用全斷面直接開(kāi)挖進(jìn)洞，初始10-2Om區(qū)段的開(kāi)挖，爆破進(jìn)尺應(yīng)控制在2-3m。施工支護(hù)，在拱部可施做局部錨桿；在墻、拱部采用素噴混凝土支護(hù)。洞口3-5m區(qū)段可以掛網(wǎng)噴混凝土及設(shè)鋼拱架予以加強(qiáng)。(2)洞口段圍巖為Ⅲ-Ⅴ級(jí)，地層條件較好時(shí)，宜采用正臺(tái)階法進(jìn)洞(不短于2Om區(qū)段)，爆破進(jìn)尺控制在1.5-2.5m。施工支護(hù)采用拱、墻系統(tǒng)錨桿和鋼筋網(wǎng)噴射混凝土。必要時(shí)設(shè)鋼拱架加強(qiáng)施工支護(hù)。三、洞口的施工方法77

(3)洞口段圍巖為Ⅲ-Ⅴ級(jí)，地層條件較差時(shí)，宜采用上半斷面長(zhǎng)臺(tái)階法迸洞施工。上半斷面先進(jìn)5Om左右后，拉中槽落底，在保證巖體穩(wěn)定的條件下，再進(jìn)行邊墻擴(kuò)大及底部開(kāi)挖。上部開(kāi)挖迸尺一般控制在1.5m以下，并嚴(yán)格控制爆破藥量。施工支護(hù)采用超前錨桿與系統(tǒng)錨桿相結(jié)合，掛網(wǎng)噴射混凝土。拱部安設(shè)間距為0.5-1.Om的鋼拱架支護(hù)，及早施做混凝土襯砌，確保穩(wěn)定和安全。(4)洞口段圍巖為V級(jí)以上，地層條件差時(shí)，可采用分部開(kāi)挖法和其他特殊方法迸洞施工。具體方法有:開(kāi)挖前應(yīng)對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固措施，如先采用超前預(yù)注漿錨桿或采用管棚注漿法加固巖層，然后用鋼架緊貼洞口開(kāi)挖面進(jìn)行支護(hù)，再采用短臺(tái)階或預(yù)留核心土環(huán)形開(kāi)挖法等進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)；在洞身開(kāi)挖中，支撐應(yīng)緊跟開(kāi)挖工序，隨挖隨支。施工支護(hù)采用網(wǎng)噴混凝土、系統(tǒng)錨桿支護(hù)；架立鋼拱架間距為0.5m，必要時(shí)可在開(kāi)挖底面施做臨時(shí)仰拱。開(kāi)挖完畢后及早施作混凝土內(nèi)層襯砌。(3)洞口段圍巖為Ⅲ-Ⅴ級(jí)，地層條件較差時(shí)，宜采用上786.3隧道施工預(yù)支護(hù)(預(yù)加固)技術(shù)方法

前面介紹的隧道開(kāi)挖方法，基本上是假定開(kāi)挖面(或稱掌子面)巖體和開(kāi)挖后的隧道圍巖能夠暫時(shí)穩(wěn)定，不出現(xiàn)坍塌破壞的基本穩(wěn)定巖體。但實(shí)際上這種假定只適用于穩(wěn)定性較好的圍巖，對(duì)于軟弱破碎圍巖則不然。在軟弱破碎圍巖中，即使是采取短迸尺開(kāi)挖，開(kāi)挖面和開(kāi)完后的隧道也不穩(wěn)定。當(dāng)?shù)叵滤S富時(shí)，這種情況就更為嚴(yán)重。在隧道工程歷史中，隧道坍方的事例并不鮮見(jiàn)，造成了人、財(cái)、物的大量浪費(fèi)。對(duì)于不穩(wěn)定的巖體，掌子面前方圍巖的預(yù)加固和預(yù)支護(hù)是控制和減少隧道開(kāi)挖后周邊收斂變形、防止坍塌的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著開(kāi)挖技術(shù)、錨噴支護(hù)技術(shù)、地層改良技術(shù)的研究應(yīng)用和發(fā)展，隧道工作者研究出了許多輔助穩(wěn)定措施，從而使得現(xiàn)代隧道工程施工的開(kāi)挖和支護(hù)變得更簡(jiǎn)捷、及時(shí)、有效，也更具有可預(yù)防性和安全性。6.3隧道施工預(yù)支護(hù)(預(yù)加固)技術(shù)方法79隧道施工中常用的輔助穩(wěn)定措施有:

預(yù)留核心土擋護(hù)開(kāi)挖面◆穩(wěn)定工作面噴射混凝土封閉工作面◆超前錨桿小導(dǎo)管◆管棚超前支護(hù)前方圍巖長(zhǎng)管棚◆水平旋噴超前預(yù)支護(hù)

◆預(yù)切槽超前預(yù)支護(hù)超前小導(dǎo)管注漿◆注漿加固圍巖和堵水超前深孔惟幕注漿

上述輔助穩(wěn)定措施的選用應(yīng)視圍巖地質(zhì)條件、地下水情況、施工方法、環(huán)境要求等具體情況而定，并盡量與常規(guī)施工方法相結(jié)合，進(jìn)行充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇一種或幾種同時(shí)使用。隧道施工中常用的輔助穩(wěn)定措施有:80一、超前錨桿1、構(gòu)造組成超前錨桿是指沿開(kāi)挖輪廓線，以一定的外插角，向開(kāi)挖面前方鉆孔安裝錨桿，形成對(duì)前方圍巖的預(yù)錨固，在提前形成的圍巖錨固圈的保護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖等作業(yè)(圖6-10)。

圖6