隧道工程(10).ppt

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1、第十章第十章 隧道施工方法及其基本作业隧道施工方法及其基本作业10.1 10.1 概述概述10.2 10.2 新奥法施工新奥法施工 10.3 10.3 传统的矿山法传统的矿山法 10.4 10.4 不良地质条件下隧道施工不良地质条件下隧道施工 10.5 10.5 开挖开挖10.6 10.6 隧道支撑及衬砌施工隧道支撑及衬砌施工10.7 10.7 出渣运输出渣运输 10.1 10.1 概述概述1 1、隧道工程特点隧道工程特点 隧道施工过程通常包括：在地层中挖出土石，形成符合设计轮隧道施工过程通常包括：在地层中挖出土石，形成符合设计轮廓尺寸的坑道；进行必要的初期支护和砌筑最后的永久衬砌，以控廓尺寸

2、的坑道；进行必要的初期支护和砌筑最后的永久衬砌，以控制坑道围岩变形，保证隧道长期地安全使用。制坑道围岩变形，保证隧道长期地安全使用。在在进进行行隧隧道道施施工工时时，必必须须充充分分考考虑虑隧隧道道工工程程的的特特点点，才才能能在在保保证证隧隧道道安安全全的的条条件件下下，快快速速、优优质质、低低价价地地建建成成隧隧道道建建筑筑物物。其其特特点，可归纳如下：点，可归纳如下：隧隧道道工工程程全全部部为为隐隐蔽蔽工工程程，工工程程地地质质和和水水文文十十分分重重要要，甚甚至至起起决定性的作用；决定性的作用；公公路路隧隧道道是是一一个个形形状状扁扁平平的的建建筑筑物物，施施工工工工作作面面少少(正正

3、常常情情况况下下只有进、出口两个工作面只有进、出口两个工作面)，工期较长，工期较长;施工环境差，应采取有效措施加以改善；工程施工不受季节变换及气候变化的影响；施工工地一般都位于偏远的深山狭谷之中，往往远离既有交通线，运输不便，供应困难；公路隧道埋设于地下，一旦建成就难以更改，所以，除了事先必须审慎规划和设计外，施工中还要做到不留后患。2 2、隧道施工应遵循的基本精神和原则、隧道施工应遵循的基本精神和原则 在施工中必须遵循的基本技术原则是：在施工中必须充分保护和爱护围岩，避免过渡破坏和损伤遗留围岩的强度，使暴露的围岩尽量保留既有的质量，因此，采用控制爆破技术是必要的；为了充分发挥围岩的承载力，应

4、允许并控制围岩的变形为了充分发挥围岩的承载力，应允许并控制围岩的变形 允许围岩变形达到不在围岩中形成松弛的量级；允许围岩变形达到不在围岩中形成松弛的量级；必须限制围岩变形，使围岩不会过渡松弛而丧失或大大降低必须限制围岩变形，使围岩不会过渡松弛而丧失或大大降低承载力；承载力；变形的控制主要通过支护阻力变形的控制主要通过支护阻力(即各种支护结构即各种支护结构)的效应达到的效应达到的。因此，在施工中必须合理决定：的。因此，在施工中必须合理决定：支护结构的类型支护结构的类型 支护结构支护结构参与工作的时间参与工作的时间 各种支护手段的相互配合各种支护手段的相互配合 底部封闭时间底部封闭时间 1次次掘进

5、长度等等；掘进长度等等；必须在施工中进行实地量测监控，及时提出可靠的、足够数必须在施工中进行实地量测监控，及时提出可靠的、足够数量的量测信息，以指导施工和设计；量的量测信息，以指导施工和设计；在施工过程中，必须建立设计施工检验地址预测量测在施工过程中，必须建立设计施工检验地址预测量测反馈修正设计的一体化的施工管理系统，以不断的提高和完善隧反馈修正设计的一体化的施工管理系统，以不断的提高和完善隧道施工技术道施工技术 在选择支护手段时，一般应选择大面积、牢固的与围岩紧密接在选择支护手段时，一般应选择大面积、牢固的与围岩紧密接触的、能及时施设和应变能力强的支护手段；触的、能及时施设和应变能力强的支护

6、手段；多采用喷砼、并与锚杆、金属网联合使用；多采用喷砼、并与锚杆、金属网联合使用；有时也要与钢支撑或格栅等配合使用；有时也要与钢支撑或格栅等配合使用；临时仰拱也是重要的、不容忽视的支护手段；临时仰拱也是重要的、不容忽视的支护手段；在可能的条件下，应尽量采用全断面或大断面分部的开挖方法在可能的条件下，应尽量采用全断面或大断面分部的开挖方法 在任何情况下，使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的在任何情况下，使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的 必须改变必须改变“重视上部结构、忽视底部结构重视上部结构、忽视底部结构”的观点；的观点；应尽量采用能先修筑仰拱应尽量采用能先修筑仰拱(或临时仰拱或临时

7、仰拱)或铺底的施工方法；或铺底的施工方法；为保证二次衬砌的质量和整体性，在任何情况下，都应采用先为保证二次衬砌的质量和整体性，在任何情况下，都应采用先墙后拱的施工顺序。墙后拱的施工顺序。3 3、隧道施工方法及其选择、隧道施工方法及其选择 隧道施工方法隧道施工方法 一个多世纪以来，世界各国的隧道工作者在实践中已经创造出一个多世纪以来，世界各国的隧道工作者在实践中已经创造出能够适应各种围岩的多种隧道施工方法。习惯上将它们分成为：矿能够适应各种围岩的多种隧道施工方法。习惯上将它们分成为：矿山法、掘进机法、沉管法、顶进法、明挖法等。山法、掘进机法、沉管法、顶进法、明挖法等。矿山法矿山法因最早应用于矿石

8、开采而得名，它包括上面已经提到的因最早应用于矿石开采而得名，它包括上面已经提到的传统方法和新奥法。由于在这种方法中，多数情况下都需要采用钻传统方法和新奥法。由于在这种方法中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。有时候为了强调新奥法与传统眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。有时候为了强调新奥法与传统矿山法的区别，而将新奥法从矿山法中分出另立系统。矿山法的区别，而将新奥法从矿山法中分出另立系统。掘进机法掘进机法包括隧道掘进机（包括隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，简写为，简写为TBMTBM）法和盾构掘进机法。）法和盾构掘进机法。沉管法、顶进法、明挖法则沉管法、顶

9、进法、明挖法则是用来修建水底隧道、地下铁道、城是用来修建水底隧道、地下铁道、城市市政隧道等，以及埋深很浅的山岭隧道。市市政隧道等，以及埋深很浅的山岭隧道。施工方法选择需要考虑的因素施工方法选择需要考虑的因素 工程的重要性。一般由工程的规模、使用上的特殊要求，以及工程的重要性。一般由工程的规模、使用上的特殊要求，以及工期的缓急体现出来；工期的缓急体现出来；地质和水文条件地质和水文条件，包括围岩级别、地下水及不良地质现象等，包括围岩级别、地下水及不良地质现象等 围岩级别是对围岩工程性质的综合判定，对施工方法的选择起围岩级别是对围岩工程性质的综合判定，对施工方法的选择起着重要的甚至决定性的作用；着重

10、要的甚至决定性的作用；施工技术条件和机械装备状况施工技术条件和机械装备状况 实践证实，施工条件是决定施工方法的最基本的因素，它包括实践证实，施工条件是决定施工方法的最基本的因素，它包括一个施工队伍所具备的施工能力、素质以及管理水平。一个施工队伍所具备的施工能力、素质以及管理水平。施工中动力和原材料供应情况；施工中动力和原材料供应情况；隧道的横断面积隧道的横断面积 隧道横断面的形状和尺寸，对施工方法选择也有一定的影响隧道横断面的形状和尺寸，对施工方法选择也有一定的影响。隧道的埋深隧道的埋深 隧道的埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关，在同样的地隧道的埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关，在同样的

11、地质条件下，由于埋深不同，施工方法也有很大差异。质条件下，由于埋深不同，施工方法也有很大差异。工期工期 作为设计条件之一的工期，在一定程度上会影响基本施工方法作为设计条件之一的工期，在一定程度上会影响基本施工方法的选择。因此，工期决定了在均衡生产的条件下，对应配备的开挖、的选择。因此，工期决定了在均衡生产的条件下，对应配备的开挖、运输等综合生产能力的基本要求，即对施工均衡速度、机械化水平运输等综合生产能力的基本要求，即对施工均衡速度、机械化水平和管理模式的要求。和管理模式的要求。施工中动力和原材料供应情况；施工中动力和原材料供应情况；工程投资与运营后的社会效益和经济效益；工程投资与运营后的社会

12、效益和经济效益；施工安全状况，施工安全状况，有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。当隧道施工对周围环境产生不良影响当隧道施工对周围环境产生不良影响(如爆破震动、地表下沉、如爆破震动、地表下沉、噪声、地下水条件的变化等噪声、地下水条件的变化等)时，环境条件也成为选择隧道施工方时，环境条件也成为选择隧道施工方法的重要因素之一，在城市条件下，甚至会成为选择施工方法的决法的重要因素之一，在城市条件下，甚至会成为选择施工方法的决定性因素。定性因素。应该看到隧道施工方法的选择，是一项应该看到隧道施工方法的选择，是一项“模糊模糊”的决策过程，的决策过程，它依赖于

13、有关人员的学识、经验、毅力和创新精神。对于重要工程它依赖于有关人员的学识、经验、毅力和创新精神。对于重要工程则需汇集专家们的意见，广泛论证。必要时应当开挖试验洞对理论则需汇集专家们的意见，广泛论证。必要时应当开挖试验洞对理论方案进行实践验证。方案进行实践验证。从目前我国公路隧道发展趋势来看，在今后很长一段时间内，从目前我国公路隧道发展趋势来看，在今后很长一段时间内，仍以采用新奥法为主，这也符合世界潮流。仍以采用新奥法为主，这也符合世界潮流。4 4、隧道施工技术的发展、隧道施工技术的发展 从改革、开放以来，我国铁路、公路、水电站等隧道工程的发从改革、开放以来，我国铁路、公路、水电站等隧道工程的发

14、展又进入了一个新的时期，这不仅表现在隧道数量的增加，也表现展又进入了一个新的时期，这不仅表现在隧道数量的增加，也表现在隧道长度的突破。因此隧道技术的发展，面临一个新的机遇和挑在隧道长度的突破。因此隧道技术的发展，面临一个新的机遇和挑战，在铁路隧道中，已不再单纯地依赖靠钻爆法修建隧道，也采用战，在铁路隧道中，已不再单纯地依赖靠钻爆法修建隧道，也采用非钻爆的机械开挖法进行隧道的修建。从目前的工程实际，在今后非钻爆的机械开挖法进行隧道的修建。从目前的工程实际，在今后很长一段时间内，钻爆法仍然是修建山岭隧道的主流，因此，改造很长一段时间内，钻爆法仍然是修建山岭隧道的主流，因此，改造和完善钻爆法及其相关

15、技术，仍然是刻不容缓的，必须及时总结经和完善钻爆法及其相关技术，仍然是刻不容缓的，必须及时总结经验，适应形式发展要求。验，适应形式发展要求。为了适应我国山岭隧道工程发展的需要并结合隧道工程技术的为了适应我国山岭隧道工程发展的需要并结合隧道工程技术的发展趋势，目前施工中，必须予以关注大问题是：发展趋势，目前施工中，必须予以关注大问题是：隧道施工方法的标准化、模式化；隧道施工方法的标准化、模式化；不断提高单一工作面的掘进速度，减少辅助工程数量，控制超不断提高单一工作面的掘进速度，减少辅助工程数量，控制超欠挖欠挖 改善地下作业环境，提高施工效率，减少灾害事故的发生；改善地下作业环境，提高施工效率，减

16、少灾害事故的发生；重视工程质量，加强施工阶段质量检测，以减轻隧道运营后的重视工程质量，加强施工阶段质量检测，以减轻隧道运营后的维修养护工作量；维修养护工作量；施工中的灾害预测、预防与控制；施工中的灾害预测、预防与控制；不断提高施工管理水平，从多方面降低工程成本，提高地下工不断提高施工管理水平，从多方面降低工程成本，提高地下工程可持续发展的效应，使之适应技术发展的需求。程可持续发展的效应，使之适应技术发展的需求。实质上，这几点也就是衡量隧道施工水平的重要标志，我们与实质上，这几点也就是衡量隧道施工水平的重要标志，我们与一些发达国家的技术相比，其差距也就在此。一些发达国家的技术相比，其差距也就在此

17、。10.2 10.2 新奥法施工新奥法施工 近十几年来，岩石锚杆、喷射混凝土的机械和岩石力学方面的近十几年来，岩石锚杆、喷射混凝土的机械和岩石力学方面的进展，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、崩塌等现进展，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、崩塌等现象有了深入的认识，为提出新的、经济的隧道施工方法创造了条件。象有了深入的认识，为提出新的、经济的隧道施工方法创造了条件。19631963年，由奥地利学者年，由奥地利学者LL腊布兹维奇腊布兹维奇教授命名为教授命名为“新奥地利新奥地利隧道施工法（隧道施工法（New New AstriaAstria TunnellingTunnelli

18、ng Method Method）”，简称，简称“新奥法新奥法（NATMNATM）”正式出台。它是以正式出台。它是以控制爆破控制爆破或或机械开挖机械开挖为主要掘进手段，为主要掘进手段，以以锚杆锚杆、喷射混凝土喷射混凝土为主要支护方法，通过为主要支护方法，通过监测监测控制围岩的变形，控制围岩的变形，动态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道施工方法，同时它又动态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道施工方法，同时它又是一系列指导隧道设计和施工的原则。其核心内容就是是一系列指导隧道设计和施工的原则。其核心内容就是充分发挥围充分发挥围岩的自承能力。岩的自承能力。新奥法施工，按其开挖断面的大小及位置，基本

19、上又可分为：新奥法施工，按其开挖断面的大小及位置，基本上又可分为：全断面法全断面法、台阶法台阶法、分部开挖法分部开挖法三大类及三大类及若干变化方案若干变化方案。1 1、全断面开挖方法：、全断面开挖方法：按按隧隧道道设设计计轮轮廓廓线线一一次次爆爆破破成成型型的的施施工工方方法法，适适用用于于较较完完整整的、坚硬围岩，如的、坚硬围岩，如、级围岩。级围岩。开挖施工程序开挖施工程序 用钻孔台车，钻眼，然后装药、联接导火线；用钻孔台车，钻眼，然后装药、联接导火线；退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土；排除危石，安

20、设拱部锚杆和喷第一层混凝土；用装碴机将石碴装入出碴车，运出洞外；用装碴机将石碴装入出碴车，运出洞外；安设边墙锚杆和喷混凝土；安设边墙锚杆和喷混凝土；必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；开始下一轮循环；开始下一轮循环；在初期支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期灌注内层衬砌在初期支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期灌注内层衬砌。优点优点 工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理；工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理；工作空间大，便于组织大型机械化施工工作空间大，便于组织大型机械化施工 ；施工进度高，目前，我国公路隧道一般都能保持月进成洞平均施

21、工进度高，目前，我国公路隧道一般都能保持月进成洞平均150m150m左右，高者已接近左右，高者已接近300m300m月。月。施工环境较好施工环境较好 采用全断面法应注意下列问题：采用全断面法应注意下列问题：摸清开挖面前方的地质情况，随时准备好应急措施（包括改变施摸清开挖面前方的地质情况，随时准备好应急措施（包括改变施工方法等），以确保施工安全；工方法等），以确保施工安全；各种施工机械设备务求配套，以充分发挥机械设备的效率；各种施工机械设备务求配套，以充分发挥机械设备的效率；加强各项辅助作业，尤其加强施工通风，保证工作面有足够新加强各项辅助作业，尤其加强施工通风，保证工作面有足够新鲜空气；鲜空气

22、；加强对施工人员的技术培训，加强对施工人员的技术培训，增强施工人员对新奥法的理解增强施工人员对新奥法的理解2 2、台阶法、台阶法 台阶法中包括台阶法中包括长台阶法长台阶法、短台阶法短台阶法和和超短台阶法超短台阶法等三种，其划等三种，其划分一般是根据分一般是根据台阶长度台阶长度来决定的。来决定的。适用条件适用条件 跨度较大，围岩较破碎的情况。跨度较大，围岩较破碎的情况。选择何种台阶法，取决于以下条件：选择何种台阶法，取决于以下条件：初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短；求越短；上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备对施

23、工场地上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备对施工场地大小的要求。大小的要求。在软弱围岩中应以前一条件为主，兼顾后者，确保施工安全。在软弱围岩中应以前一条件为主，兼顾后者，确保施工安全。在围岩条件较好时，主要考虑是如何更好的发挥机械效率，保证施在围岩条件较好时，主要考虑是如何更好的发挥机械效率，保证施工的经济性。工的经济性。长台阶法长台阶法 这种方法是将断面分成上半断面和下半断面两部分进行开挖，这种方法是将断面分成上半断面和下半断面两部分进行开挖，上、下断面相距较远，一段上台阶超前上、下断面相距较远，一段上台阶超前50m50m以上或大于以上或大于5 5倍洞跨。倍洞跨。其纵向工序布置和机械配

24、置如图所示其纵向工序布置和机械配置如图所示 适用条件：适用条件：相对于全断面法来说，长台阶法一次开挖的断面和高度都比较相对于全断面法来说，长台阶法一次开挖的断面和高度都比较小，只需配备中型钻孔台车即可施工，而且，对维持开挖面的稳定小，只需配备中型钻孔台车即可施工，而且，对维持开挖面的稳定也十分有利。所以，它的适用范围较全断面法广泛，凡是在全断面也十分有利。所以，它的适用范围较全断面法广泛，凡是在全断面法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬不用底拱封闭断面的情况，都可法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬不用底拱封闭断面的情况，都可采用长台阶法。采用长台阶法。短台阶法短台阶法 这种方法也是分成上下两个断面进行开

25、挖，只是两个断面相距这种方法也是分成上下两个断面进行开挖，只是两个断面相距较近，一般上台阶长度小于较近，一般上台阶长度小于5 5倍但大于倍但大于11115 5倍洞跨。上下断面采倍洞跨。上下断面采用平行作业。用平行作业。适用条件适用条件 适用范围很广，适用范围很广，-级围岩都能采用，尤其适用于级围岩都能采用，尤其适用于、级级围岩，是新奥法施工中主要采用的方法之一。围岩，是新奥法施工中主要采用的方法之一。优点：优点：短台阶法可缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条短台阶法可缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值件，有利于控制隧道收敛速度和量值 缺点缺点

26、上台阶出碴时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业。上台阶出碴时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业。采用短台阶法时应注意下列问题：采用短台阶法时应注意下列问题：初期支护全断面闭合要在距开挖面初期支护全断面闭合要在距开挖面30m30m以内，或距开挖上半断以内，或距开挖上半断面开始的面开始的3030天内完成。天内完成。初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合 ；要研究在保证施工机械正常工作的前提下台阶的最小长度。要研究在保证施工机械正常工作的前提下台阶的最小长度。超短台阶法超短台阶法 这种方法也是分成上下两部分，但上台阶仅超前这种方法也是分成上下两部分，

27、但上台阶仅超前35m35m，只能采，只能采用交替作业。用交替作业。适用条件适用条件 超短台阶法适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面超短台阶法适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面的场合。当然，也适用于机械化程度不高的各类围岩地段。的场合。当然，也适用于机械化程度不高的各类围岩地段。优点：优点：超短台阶法初期支护全断面闭合时间更短，更有利于控制围岩超短台阶法初期支护全断面闭合时间更短，更有利于控制围岩变形。在城市隧道施工中，能更有效地控制地表沉陷。变形。在城市隧道施工中，能更有效地控制地表沉陷。缺点缺点 上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰较大，生上下断面相距较近，机械设

28、备集中，作业时相互干扰较大，生产效率较低，施工速度较慢。产效率较低，施工速度较慢。采用超短台阶法施工时应注意以下问题：采用超短台阶法施工时应注意以下问题：在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可采用辅助施工措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小钢管，对可采用辅助施工措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小钢管，对开挖面进行预加固或预支护。开挖面进行预加固或预支护。台阶法施工中，开挖下半断面时要求做到以下几点：台阶法施工中，开挖下半断面时要求做到以下几点：下半断面的开挖（又称落底）应在上半断面初期支护基本稳定下半断面的开挖（又称

29、落底）应在上半断面初期支护基本稳定后进行，或采用其它有效措施确保初期支护体系的稳定性；采用单后进行，或采用其它有效措施确保初期支护体系的稳定性；采用单侧落底或双侧交错落底，避免上部初期支护两侧同时悬空；侧落底或双侧交错落底，避免上部初期支护两侧同时悬空；下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土，并按规定做初期支护。下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土，并按规定做初期支护。量测工作必须及时，以观察拱顶、拱脚和边墙中部位移值，当量测工作必须及时，以观察拱顶、拱脚和边墙中部位移值，当发现速率增大，应立即进行底（仰）拱封闭，或缩短进尺，加强支发现速率增大，应立即进行底（仰）拱封闭，或缩短进尺，加强支护，分割掌子面

30、等。护，分割掌子面等。3 3、分部开挖法、分部开挖法 分部开挖法可分为三种变化方案：分部开挖法可分为三种变化方案：台阶分部开挖法台阶分部开挖法、单侧壁导单侧壁导坑法坑法、双侧壁导坑法双侧壁导坑法 台阶分部开挖法台阶分部开挖法(弧形导坑法弧形导坑法)又称环形开挖留核心土法，一般将断面分成为环形拱部又称环形开挖留核心土法，一般将断面分成为环形拱部(图中的图中的1 1、2 2、3)3)、上部核心土、上部核心土(4)(4)、下部台阶、下部台阶(5)(5)等三部分。根据断面的大等三部分。根据断面的大小，环形拱部又可分成几块交替开挖。环形开挖进尺为小，环形拱部又可分成几块交替开挖。环形开挖进尺为0.5-1

31、.0m0.5-1.0m，不宜过长。上部核心土和下台阶的距离，一般为不宜过长。上部核心土和下台阶的距离，一般为1 1倍洞跨。倍洞跨。适用条件适用条件 这种方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩中。这种方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩中。优点：优点：与超短台阶法相比，台阶长度可以加长，减少上下台阶施工与超短台阶法相比，台阶长度可以加长，减少上下台阶施工干扰；而与下述的侧壁导坑法相比，施工机械化程度较高，施工干扰；而与下述的侧壁导坑法相比，施工机械化程度较高，施工速度可加快。速度可加快。采用台阶分部开挖时应注意下列问题：采用台阶分部开挖时应注意下列问题：虽然核心土增强了开挖面的稳定，但开挖中围岩要

32、经受多次虽然核心土增强了开挖面的稳定，但开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，这扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，这些都有可能使围岩变形增大。因此，它常要结合辅助施工措施对些都有可能使围岩变形增大。因此，它常要结合辅助施工措施对开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固 单侧壁导坑法单侧壁导坑法 这种方法一般是将断面分成三块：侧壁导坑这种方法一般是将断面分成三块：侧壁导坑(1)(1)、上台阶、上台阶(2)(2)、下台阶下台阶(3)(3)。侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用，并考。侧壁导坑尺寸应本

33、着充分利用台阶的支撑作用，并考虑机械设备和施工条件而定。一般侧壁导坑宽度不宜超过虑机械设备和施工条件而定。一般侧壁导坑宽度不宜超过0.50.5倍洞倍洞宽，高度以到起拱线为宜。宽，高度以到起拱线为宜。适用条件适用条件 单侧壁导坑法是将断面横向分成单侧壁导坑法是将断面横向分成3 3块或块或4 4块，每步开挖的宽度块，每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初期支护承载能力大，所以，单侧壁导坑较小，而且封闭型的导坑初期支护承载能力大，所以，单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。双侧壁导坑法双侧壁导坑法 这种方法又称眼镜工法，

34、一般是将断面分成四块：左、右侧壁这种方法又称眼镜工法，一般是将断面分成四块：左、右侧壁导坑导坑(1)(1)、上部核心土、上部核心土(2)(2)、下台阶、下台阶(3)(3)。导坑尺寸拟定的原则同前，。导坑尺寸拟定的原则同前，但宽度不宜超过断面最大跨度的但宽度不宜超过断面最大跨度的1/31/3。左、右侧导坑错开的距离，。左、右侧导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。侧已成导坑的原则确定。适用条件适用条件 当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧当隧道跨度很大，地表沉陷要

35、求严格，围岩条件特别差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。现场实测表壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。现场实测表明，双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的明，双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的1/21/2左右。左右。优缺点：优缺点：双双侧侧壁壁导导坑坑法法虽虽然然开开挖挖断断面面分分块块多多，扰扰动动大大，初初期期支支护护全全断断面面闭闭合合的的时时间间长长，但但每每个个分分块块都都是是在在开开挖挖后后立立即即各各自自闭闭合合的的，所所以以在在施施工中间变形几乎不发展。工中间变形几乎不发展。双侧壁导坑法施工安全，但速度较慢，成本较高。双侧壁导坑法施工

36、安全，但速度较慢，成本较高。4 4、施工中可能发生的问题及其对策、施工中可能发生的问题及其对策 新奥法施工的基本原则，是根据围岩性质允许产生适量的变形，新奥法施工的基本原则，是根据围岩性质允许产生适量的变形，但又不使围岩松动塌落。在设计、施工过程中，若对围岩性质判断但又不使围岩松动塌落。在设计、施工过程中，若对围岩性质判断不准或情况不明，或喷射混凝土、打锚杆、立钢支撑时间和方法有不准或情况不明，或喷射混凝土、打锚杆、立钢支撑时间和方法有误，围岩松动就会超过预计。此时，应根据观察和量测结果找出原误，围岩松动就会超过预计。此时，应根据观察和量测结果找出原因，进行改正。但是，很多场合不能明确原因，因

37、此只能针对所发因，进行改正。但是，很多场合不能明确原因，因此只能针对所发生的现象采取措施。生的现象采取措施。施工中的现象及其处理措施施工中的现象及其处理措施 10.4 10.4 不良地质条件下隧道施工不良地质条件下隧道施工 1 1、概述、概述 隧道施工中的不良地质类型隧道施工中的不良地质类型 膨胀土围岩膨胀土围岩 膨胀土系指土中粘土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具膨胀土系指土中粘土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性，且具有湿胀干缩往有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性，且具有湿胀干缩往复变形的高塑性粘性土。决定膨胀性的亲水矿物主要是蒙脱石粘土复

38、变形的高塑性粘性土。决定膨胀性的亲水矿物主要是蒙脱石粘土矿物。矿物。膨胀土围岩的特性膨胀土围岩的特性 膨胀土围岩大多具有原始地层的超固结特性，使土体中储存有膨胀土围岩大多具有原始地层的超固结特性，使土体中储存有较高的初始应力，常常具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较较高的初始应力，常常具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较大的塑性变形。大的塑性变形。膨胀土中有各种形态发育的裂隙，形成土体的多裂隙性。膨胀膨胀土中有各种形态发育的裂隙，形成土体的多裂隙性。膨胀土围岩实际上是土块与各种裂隙和结构面相互组合形成的膨胀土体土围岩实际上是土块与各种裂隙和结构面相互组合形成的膨胀土体 膨胀土围岩因吸水而膨

39、胀，失水而收缩，土体中干湿循环产生膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，土体中干湿循环产生胀缩效应。胀缩效应。一是使主体结构破坏，强度衰减或丧失，围岩压力增大。一是使主体结构破坏，强度衰减或丧失，围岩压力增大。二是造成围岩应力变化，无论膨胀压力或收缩压力，都将破坏二是造成围岩应力变化，无论膨胀压力或收缩压力，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。围岩的稳定性，特别是膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。膨胀土围岩对隧道施工的危害膨胀土围岩对隧道施工的危害 围岩裂缝围岩裂缝 坑道下沉坑道下沉 底膨底膨 围岩膨胀突出和坍塌围岩膨胀突出和坍塌 衬砌变形和破坏衬砌变形和破坏 膨胀

40、土围岩的隧道施工要点膨胀土围岩的隧道施工要点 加强调查、量测围岩的压力和流变加强调查、量测围岩的压力和流变 合理选择施工方法合理选择施工方法 防止围岩湿度变化防止围岩湿度变化 合理进行围岩支护合理进行围岩支护 膨胀土围岩支护必须适应围岩的膨胀特性。在施工时应注意：膨胀土围岩支护必须适应围岩的膨胀特性。在施工时应注意：喷锚支护，稳定围岩喷锚支护，稳定围岩 衬砌结构及早闭合衬砌结构及早闭合 黄土黄土 黄土是在干燥气候条件下形成的一种具有褐黄、灰黄或黄褐等黄土是在干燥气候条件下形成的一种具有褐黄、灰黄或黄褐等颜色，并有针状大孔、垂直节理发育的特殊性土。颜色，并有针状大孔、垂直节理发育的特殊性土。黄土

41、对隧道施工的影响黄土对隧道施工的影响 黄土节理的影响：黄土节理的影响：黄士冲沟地段黄士冲沟地段 黄土溶洞与陷穴黄土溶洞与陷穴 水对黄土隧道施工的影响水对黄土隧道施工的影响 黄土隧道的施工方法黄土隧道的施工方法 黄土隧道施工，应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调黄土隧道施工，应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查。查。施工中应遵循施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测勤量测”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织施工。的施工原则，紧凑施工工序，精心组织施工。开挖方法直采用短台阶法或分部开挖法（留核心法），初期开挖方法直采用短台阶法

42、或分部开挖法（留核心法），初期支护应紧跟开挖面施作支护应紧跟开挖面施作 宜采用复合式衬砌，开挖后以喷射混凝土、锚杆、钢筋网和宜采用复合式衬砌，开挖后以喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢支撑作初期支护，以形成严密的支护体系。必要时可采用超前锚钢支撑作初期支护，以形成严密的支护体系。必要时可采用超前锚杆、管棚支撑加固围岩。在初期支护基本稳定后，进行永久支护衬杆、管棚支撑加固围岩。在初期支护基本稳定后，进行永久支护衬砌。衬砌背后回填要密实，尤其是拱顶回填。砌。衬砌背后回填要密实，尤其是拱顶回填。做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷穴、裂缝

43、，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。黄土隧道施工的注意事项黄土隧道施工的注意事项 施工中如发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭、施工中如发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。施工时特别注意拱脚与墙脚处断面，如超挖过大，应用浆砌片施工时特别注意拱脚与墙脚处断面，如超挖过大，应用浆砌片石回填，如发现该处主体承载力不够，应立即采取措施进行加固。石回填，如发现该处主体承载力不够，应立即采取措施进行加固。黄土隧道施工，宜先作仰拱，如果不能先作仰拱时，可在开挖黄土隧道施工

44、，宜先作仰拱，如果不能先作仰拱时，可在开挖与灌筑仰拱前，为防止边墙向内位移，应加设横撑。与灌筑仰拱前，为防止边墙向内位移，应加设横撑。施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，以施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，以便采取适应性的工序安排。便采取适应性的工序安排。溶洞溶洞 溶溶洞洞是是以以岩岩溶溶水水的的溶溶蚀蚀作作用用为为主主，间间有有潜潜蚀蚀和和机机械械塌塌陷陷作作用用而而造造成的基本水平方向延伸的通道。溶洞是岩溶现象的一种。成的基本水平方向延伸的通道。溶洞是岩溶现象的一种。岩溶是指可溶性岩层，如石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏、岩溶是指可溶性岩层，如石灰岩、白云

45、岩、白云质灰岩、石膏、岩盐等，受水的化学和机械作用产生沟槽、裂缝和空洞以及由于空岩盐等，受水的化学和机械作用产生沟槽、裂缝和空洞以及由于空洞的顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象和作用洞的顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象和作用 溶洞的类型及对隧道施工的影响溶洞的类型及对隧道施工的影响 溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。死、干、小的溶洞溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。死、干、小的溶洞比较容易处理，而活、湿、大的溶洞，处理方法则较为复杂。比较容易处理，而活、湿、大的溶洞，处理方法则较为复杂。隧道遇到溶洞的处理措施隧道遇到溶洞的处理措施 隧道通过岩溶区，应查明溶洞分布范围和类型，岩层的

46、完整隧道通过岩溶区，应查明溶洞分布范围和类型，岩层的完整稳定程度、填充物和地下水情况，据以确定施工方法。稳定程度、填充物和地下水情况，据以确定施工方法。岩溶地段隧道常用处理溶洞方法，有岩溶地段隧道常用处理溶洞方法，有“引、堵、越、绕引、堵、越、绕”四种四种。A A引引 遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。引引即是通过暗管、涵洞、小桥等将水引即是通过暗管、涵洞、小桥等将水引流，排出洞外。流，排出洞外。B B堵堵 对对已已停停止止发发育育、跨跨径径较较小小，无无水水的的溶溶洞洞，可可根根据据其其与与隧隧道道相相交交的的位位置置及及其其充充填填情情况况，采采用用混混

47、凝凝土土、浆浆砌砌片片石石或或干干砌砌片片石石予予以以回回填填封封闭；或加深边墙基础，加固隧道底部闭；或加深边墙基础，加固隧道底部。溶洞堵填示意图溶洞堵填示意图 喷铺加固与护拱示意图喷铺加固与护拱示意图 C C越越 当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧的边墙基础通过当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧的边墙基础通过 加深边墙基础示意图加深边墙基础示意图 支墙内套设涵管示意图支墙内套设涵管示意图 筑拱跨过示意图筑拱跨过示意图 架梁跨过示意图架梁跨过示意图 D D绕绕 在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，可采取迂回导坑在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，可采取迂回导坑绕过溶洞，

48、继续进行隧道前方施工，并同时处理溶洞，以节省时间，绕过溶洞，继续进行隧道前方施工，并同时处理溶洞，以节省时间，加快施工进度。绕行开挖时，应防止洞壁失稳。加快施工进度。绕行开挖时，应防止洞壁失稳。溶洞地段隧道施工的注意事项溶洞地段隧道施工的注意事项 当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。同时应利用探孔或物探作超前预报，设法探明溶洞的形状、范围、同时应利用探孔或物探作超前预报，设法探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下水等情况，据以制定施工处理方案及安全措施。大小、充填物及地下水等情况，据以制定施工处理方案及安全措施。施工中注

49、意检查溶洞顶部，及时处理危石。施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危石。在溶蚀地段的爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，并控制爆在溶蚀地段的爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，并控制爆破药量减少对围岩的扰动。破药量减少对围岩的扰动。在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护施工。在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护施工。溶洞未做出处理方案前，不要将弃渣随意倾填于溶洞中。溶洞未做出处理方案前，不要将弃渣随意倾填于溶洞中。坍方坍方 隧道开挖时，导致坍方的原因有多种，概括起来可归结为：一隧道开挖时，导致坍方的原因有多种，概括起来可归结为：一是自然因素，即地质状态、受力状态、地下水变化等；二是人

50、为因是自然因素，即地质状态、受力状态、地下水变化等；二是人为因素，即不适当的设计，或不适当的施工作业方法等。素，即不适当的设计，或不适当的施工作业方法等。发生坍方的主要原因发生坍方的主要原因 不良地质及水文地质条件不良地质及水文地质条件 隧道设计考虑不周隧道设计考虑不周 施工方法和措施不当施工方法和措施不当 预防坍方的施工措施预防坍方的施工措施 隧道施工预防坍方，选择安全合理的施工方法和措施至关重要。隧道施工预防坍方，选择安全合理的施工方法和措施至关重要。在掘进到地质不良围岩破碎地段，应采取在掘进到地质不良围岩破碎地段，应采取“先排水、短开挖、先排水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测弱爆