隧道工程讲座学习教案

1、会计学1隧道隧道(sudo)工程讲座工程讲座第一页，共101页。第2页/共101页第二页，共101页。 2. 2.新奥法新奥法(NATM)(NATM) 近二十多年来，随着岩石力学理论的发展以近二十多年来，随着岩石力学理论的发展以及岩石锚杆，喷射混凝土的机械出现，人们及岩石锚杆，喷射混凝土的机械出现，人们(rn men)(rn men)对开挖隧道过程中所出现的围岩变形，对开挖隧道过程中所出现的围岩变形，松弛，崩塌等现象有了更深入的认识，为提高松弛，崩塌等现象有了更深入的认识，为提高新的经济的隧道施工方法创造了前提。新的经济的隧道施工方法创造了前提。2020世纪世纪8080年代中期开始，我国的隧道

2、设计与施工已广年代中期开始，我国的隧道设计与施工已广泛采用泛采用“新奥地利隧道施工法简称新奥法新奥地利隧道施工法简称新奥法(New Austria Tunneling Method(New Austria Tunneling MethodNATM)”NATM)”。这种方法是以控制爆破或机械开挖为主要掘进这种方法是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，手段，以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，理论，量测和经验相结合的一种施工方法。同理论，量测和经验相结合的一种施工方法。同时，又是一系列指导隧道设计和施工原则。时，又是一系列指导隧道设计和施工原则。 第3页/共101页

3、第三页，共101页。第4页/共101页第四页，共101页。第5页/共101页第五页，共101页。 (二二) 台阶法台阶法 台阶法是将断面分成上半断面和下半断面两部台阶法是将断面分成上半断面和下半断面两部分进行开挖的方法，它们根据分进行开挖的方法，它们根据(gnj)台阶的长度台阶的长度又可划分为长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种。又可划分为长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种。 1. 类型类型 (1)长台阶法长台阶法 上、下两断面相距较远，一般上台阶超前上、下两断面相距较远，一般上台阶超前50m以以上或大于上或大于5倍洞跨。它适用于石质较好的倍洞跨。它适用于石质较好的类类围岩和配备有中型钻孔台车的

4、场地。围岩和配备有中型钻孔台车的场地。第6页/共101页第六页，共101页。 (2) (2) 短台阶法：短台阶法： 两个断面相距较近，一般上台阶长度小于两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5 5倍但大于倍但大于1 11.51.5倍洞跨。适用于倍洞跨。适用于类围岩，类围岩，是新奥法施工中主要是新奥法施工中主要(zhyo)(zhyo)采用的方法。采用的方法。 (3) (3)超短台阶法：超短台阶法： 上台阶仅超前上台阶仅超前3 35m5m，只能用交替作业。适，只能用交替作业。适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面的场合。以及机械化程度不高的面的场合。以及

5、机械化程度不高的类围类围岩地段。岩地段。 第7页/共101页第七页，共101页。第8页/共101页第八页，共101页。 2 2台阶法的一般开挖顺序台阶法的一般开挖顺序 (1) (1)开挖上半断面开挖上半断面( (拱部拱部)喷射喷射(pnsh)(pnsh)混混凝土凝土 对软弱地层需安设锚杆和加设钢支撑对软弱地层需安设锚杆和加设钢支撑 出碴。出碴。 (2) (2)开挖下半断面开挖下半断面( (边墙及底部边墙及底部)喷射喷射(pnsh)(pnsh)混凝混凝 土土同样对软弱地层需安设锚杆和加设同样对软弱地层需安设锚杆和加设 钢支撑，及时形成闭和圈钢支撑，及时形成闭和圈出碴。出碴。 (3) (3)修筑永

6、久性模注衬砌。修筑永久性模注衬砌。 第9页/共101页第九页，共101页。 3 3台阶法类型的选取条件：台阶法类型的选取条件： (1) (1)初次支护形成闭合断面的时间要求。围岩初次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；越差，闭合时间要求越短； (2) (2)上半断面施工所用的开挖、支护、出碴等上半断面施工所用的开挖、支护、出碴等 机械设施工场地大小的要求。机械设施工场地大小的要求。 在软弱围岩中应以前一条件为主，兼顾后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，主要者，确保施工安全。在围岩条件较好时，主要(zhyo)(zhyo)考虑是如何更好的

7、发挥机械效率。保考虑是如何更好的发挥机械效率。保证施工的经济性，故只要考虑后一条件。证施工的经济性，故只要考虑后一条件。 第10页/共101页第十页，共101页。第11页/共101页第十一页，共101页。第12页/共101页第十二页，共101页。第13页/共101页第十三页，共101页。 2. 2.侧壁导坑法侧壁导坑法( (称眼镜工法称眼镜工法) ) 此法根据侧壁导坑的开挖个数，可分为单侧此法根据侧壁导坑的开挖个数，可分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法两种。为双侧壁导坑开壁导坑法及双侧壁导坑法两种。为双侧壁导坑开挖示意图。这种方法一般将断面分成四块进行开挖示意图。这种方法一般将断面分成四块进行开挖

8、，即左、右侧壁导坑挖，即左、右侧壁导坑1 1、拱部、拱部2 2、下台阶、下台阶3 3。 侧壁导坑法一般适用隧道跨度很大，地表沉侧壁导坑法一般适用隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差的情况。其特点是：陷要求严格，围岩条件特别差的情况。其特点是：虽然开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面虽然开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面闭合的时间长，但是每个分块都是在开挖后立即闭合的时间长，但是每个分块都是在开挖后立即各自各自(gz)(gz)闭的，所以在施工中间变形几乎不发闭的，所以在施工中间变形几乎不发展，施工安全，但速度较慢，成本较高。展，施工安全，但速度较慢，成本较高。 第14页/共101

9、页第十四页，共101页。第15页/共101页第十五页，共101页。第16页/共101页第十六页，共101页。第17页/共101页第十七页，共101页。第18页/共101页第十八页，共101页。第19页/共101页第十九页，共101页。第20页/共101页第二十页，共101页。第21页/共101页第二十一页，共101页。第22页/共101页第二十二页，共101页。第23页/共101页第二十三页，共101页。 ( (二二) ) 盾构法盾构法 在流砂、淤泥、砂土等类型的地层中修建地下在流砂、淤泥、砂土等类型的地层中修建地下铁道时，采用盾构法施工，是一种有效的措施。这铁道时，采用盾构法施工，是一种有效

10、的措施。这种方法能确保施工安全和作业机械种方法能确保施工安全和作业机械(jxi)(jxi)化。我化。我国的上海地铁和广州地铁都采用了盾构机械国的上海地铁和广州地铁都采用了盾构机械(jxi)(jxi)施工。盾构法施工经百余年的发展、改进、完善，施工。盾构法施工经百余年的发展、改进、完善，技术已日趋成熟。现代盾构类型很多，能适应于任技术已日趋成熟。现代盾构类型很多，能适应于任何水文地质条件下施工，现在又出现一些小型盾构何水文地质条件下施工，现在又出现一些小型盾构技术，最小直径仅为技术，最小直径仅为1m1m，适用于城市上下水道、煤，适用于城市上下水道、煤气管、电力和通讯电缆等工程。世界盾构的数量逐气

11、管、电力和通讯电缆等工程。世界盾构的数量逐年在上升，施工方法也更多样化。年在上升，施工方法也更多样化。 第24页/共101页第二十四页，共101页。第25页/共101页第二十五页，共101页。第26页/共101页第二十六页，共101页。第27页/共101页第二十七页，共101页。五、辅助施工措施五、辅助施工措施 无论在新奥法或传统的矿山法施工时，都可能遇到无论在新奥法或传统的矿山法施工时，都可能遇到开挖工作面不能自稳或地面沉陷过大的情况，必须采开挖工作面不能自稳或地面沉陷过大的情况，必须采用施工辅助措施对地层进行预支护或预加固。山岭隧用施工辅助措施对地层进行预支护或预加固。山岭隧道施工中经常采

12、用的辅助措施有：道施工中经常采用的辅助措施有： 1.留核心土。留核心土。 2.喷射混凝土封闭开挖工作面。喷射混凝土封闭开挖工作面。 3.打超前锚杆，插板或小钢管。打超前锚杆，插板或小钢管。 4.管棚。管棚。 5.临时仰拱封底。临时仰拱封底。 6.超前小导管注浆。超前小导管注浆。 7.对开挖工作前及周围对开挖工作前及周围(zhuwi)围岩预注浆。围岩预注浆。 第28页/共101页第二十八页，共101页。第29页/共101页第二十九页，共101页。 第30页/共101页第三十页，共101页。 ( (二二) )管棚法管棚法 遇到松软地层中修筑浅埋隧道，而地面沉遇到松软地层中修筑浅埋隧道，而地面沉陷又

13、要严格的情况下，在开挖掘进前，在开挖陷又要严格的情况下，在开挖掘进前，在开挖工作面上半断面，沿坑道设计周边，用大型水工作面上半断面，沿坑道设计周边，用大型水平钻机打出一排大直径的钻孔平钻机打出一排大直径的钻孔(zun kn)(zun kn)，并，并向钻孔向钻孔(zun kn)(zun kn)内压入混凝土或设置钢筋笼，内压入混凝土或设置钢筋笼，注入水泥砂浆。于是在地层中建立起一个临时注入水泥砂浆。于是在地层中建立起一个临时承载棚，然后在其防护下即可进行全断面或分承载棚，然后在其防护下即可进行全断面或分部开挖。部开挖。 管棚构造为：钢管壁厚为管棚构造为：钢管壁厚为101030mm30mm，管径，管

14、径以以200200750mm750mm，排列间距按管棚途合理设置。，排列间距按管棚途合理设置。第31页/共101页第三十一页，共101页。 第32页/共101页第三十二页，共101页。 ( (三三) ) 超前小导管注浆超前小导管注浆 此法的要点是在开挖掘进前，先用喷射混凝土将此法的要点是在开挖掘进前，先用喷射混凝土将开挖面和开挖面和5m5m范围内的坑道封闭范围内的坑道封闭(fngb)(fngb)，然后沿坑道，然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管。由上而下地向小导管内周边打入带孔的纵向小导管。由上而下地向小导管内压浆，浆液即由导管渗透到地层中，待浆液硬化厚，压浆，浆液即由导管渗透到地层中，待浆液硬

15、化厚，即在坑道周围形成一个加固了的岩石圈。在此圈防护即在坑道周围形成一个加固了的岩石圈。在此圈防护下即可安全地进行开挖。下即可安全地进行开挖。小导管与管棚构造区别：钢管直径要小一些；不钻孔，小导管与管棚构造区别：钢管直径要小一些；不钻孔，小导管注浆出周围地层。小导管注浆出周围地层。 第33页/共101页第三十三页，共101页。 第34页/共101页第三十四页，共101页。第35页/共101页第三十五页，共101页。 2. 2.注浆方式注浆方式(fngsh):(fngsh): (1) (1)在开挖工作面上打超前导管注浆。在开挖工作面上打超前导管注浆。 (2) (2)对于浅埋隧道，从地表向隧道所在

16、区域打对于浅埋隧道，从地表向隧道所在区域打辐射状或平行状钻孔注浆。辐射状或平行状钻孔注浆。 (3) (3)先开挖平行导坑，然后由平行导坑向正洞先开挖平行导坑，然后由平行导坑向正洞所在区域钻孔注浆。所在区域钻孔注浆。第36页/共101页第三十六页，共101页。 第37页/共101页第三十七页，共101页。第38页/共101页第三十八页，共101页。 2. 2.产生的历史背景和发展简况产生的历史背景和发展简况 新奥法是由奥地利学者新奥法是由奥地利学者L.V.RabcewiezL.V.Rabcewiez，L.MullerL.Muller等教授创建于本世纪五十年代，在等教授创建于本世纪五十年代，在19

17、631963年年正式命名正式命名(mng mng)(mng mng)为新奥地利隧道工程方法，并为新奥地利隧道工程方法，并获得专利。获得专利。 (1) (1)锚杆支护在锚杆支护在2020世纪初出现。在此之前，锚杆支世纪初出现。在此之前，锚杆支护的采用始于本世纪初，到护的采用始于本世纪初，到5050年代后在欧美各地得年代后在欧美各地得到广泛应用，并在水电站有压输水隧洞成功地采用到广泛应用，并在水电站有压输水隧洞成功地采用了锚杆支护手段。了锚杆支护手段。第39页/共101页第三十九页，共101页。 (2) (2) 喷射混凝土机在喷射混凝土机在4040年代末研制成功。喷射混凝年代末研制成功。喷射混凝土

18、机在土机在19471947年研制成功，年研制成功，1948194819531953年喷射混凝土衬年喷射混凝土衬砌在奥地利首次用于卡普伦水电站的默尔隧道砌在奥地利首次用于卡普伦水电站的默尔隧道(sudo)(sudo)。锚喷支护技术的发展为创建新奥法提供了。锚喷支护技术的发展为创建新奥法提供了有利的条件。有利的条件。 (3) (3) 岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据。岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据。与新奥法发展同时，岩石力学也发展成为一门十分年与新奥法发展同时，岩石力学也发展成为一门十分年轻的学科。岩石力学的理论基础为新奥法提供了科学轻的学科。岩石力学的理论基础为新奥法提供了科学

19、依据。依据。 因此可以说，新奥法是在实际基础上开展起因此可以说，新奥法是在实际基础上开展起来的一种修建隧道来的一种修建隧道(sudo)(sudo)工程的新理论与新概念。工程的新理论与新概念。第40页/共101页第四十页，共101页。 3. 3.新奥法的基本概念新奥法的基本概念 新奥法的基本概念是用薄层支护手段来保新奥法的基本概念是用薄层支护手段来保持持(boch)(boch)围岩强度，控制围岩变形，以发挥围岩强度，控制围岩变形，以发挥围岩的自承载能力，并通过施工监控量测来指围岩的自承载能力，并通过施工监控量测来指导隧道工程的设计与施工。导隧道工程的设计与施工。 由于上述基本概念的认识与理解的差

20、别，由于上述基本概念的认识与理解的差别，可能初次接触新奥法的人们会存在某些误解，可能初次接触新奥法的人们会存在某些误解，突出的问题有下列方面：突出的问题有下列方面： (1) (1)由于英文由于英文“method”“method”一词，容易把新奥一词，容易把新奥法理解为隧道开挖与支护的方法，或者仅是一法理解为隧道开挖与支护的方法，或者仅是一种施工技术，而没有认识到新奥法是修建隧道种施工技术，而没有认识到新奥法是修建隧道一种基本理论，是包含设计于施工内容的隧道一种基本理论，是包含设计于施工内容的隧道工程概念。工程概念。第41页/共101页第四十一页，共101页。 (2) (2)误以为采用了锚喷支护

21、就是新奥法。当然误以为采用了锚喷支护就是新奥法。当然利用新奥法，必须包括使用锚喷支护结构。但利用新奥法，必须包括使用锚喷支护结构。但应该认识到新奥法使用锚喷支护是为了达到保应该认识到新奥法使用锚喷支护是为了达到保护围岩强度、控制围岩变形、实现发挥围者自护围岩强度、控制围岩变形、实现发挥围者自承能力的目的。并且必须认识到只有采用施工承能力的目的。并且必须认识到只有采用施工监控量测才能掌握围岩变形动态，做到控制变监控量测才能掌握围岩变形动态，做到控制变形。形。 (3) (3)对施工监控量测往往不够重视，认为它是对施工监控量测往往不够重视，认为它是额外的负担。实际上，控制爆破、锚杆额外的负担。实际上

22、，控制爆破、锚杆+ +喷射混喷射混凝土支护、施工量测是新奥法的三大要素。现凝土支护、施工量测是新奥法的三大要素。现场场(xinchng)(xinchng)施工量测的资料是完善设计，指施工量测的资料是完善设计，指导施工的重要依据。导施工的重要依据。第42页/共101页第四十二页，共101页。 总之，新奥法则不是一个单纯开挖与衬砌修筑总之，新奥法则不是一个单纯开挖与衬砌修筑的施工方法的施工方法(fngf)(fngf)，当然新奥法往往也要用钻眼，当然新奥法往往也要用钻眼爆破手段来开挖断面，而且在隧道横断面开挖作业爆破手段来开挖断面，而且在隧道横断面开挖作业顺序也会有相同处，如新奥法多采用全断面一次开

23、顺序也会有相同处，如新奥法多采用全断面一次开挖，或采用台阶法开挖隧道断面，但新奥法对钻爆挖，或采用台阶法开挖隧道断面，但新奥法对钻爆技术要求高，要保证光面爆破质量，以保护围岩强技术要求高，要保证光面爆破质量，以保护围岩强度和混凝土施喷效果。同时新奥法有了锚喷支护的度和混凝土施喷效果。同时新奥法有了锚喷支护的条件，全断面开挖就可在软岩地层使用，有利于大条件，全断面开挖就可在软岩地层使用，有利于大型机具作业。型机具作业。第43页/共101页第四十三页，共101页。 ( (二二) )基本原理的要点基本原理的要点 新奥法是一个具体应用岩体动态性质的完整的工新奥法是一个具体应用岩体动态性质的完整的工程概

24、念，它是建立在科学实践并经过大量实践所证明程概念，它是建立在科学实践并经过大量实践所证明的基础之上的。该法的创始人之一利奥波德的基础之上的。该法的创始人之一利奥波德. .米勒米勒(Leopld Muller)(Leopld Muller)曾提出了曾提出了“新奥法新奥法2222点原则点原则”，现，现归纳起来主要有以下几点：归纳起来主要有以下几点： 1. 1.隧道的整个支护体系中，起主要作用的是围岩本隧道的整个支护体系中，起主要作用的是围岩本身，即视岩体是隧道的主要承载单元，它与各种身，即视岩体是隧道的主要承载单元，它与各种( ( zhn)zhn)内部加固或外部支撑结构构成统一的整体结构内部加固或

25、外部支撑结构构成统一的整体结构体。体。 第44页/共101页第四十四页，共101页。 2. 2.隧道开挖隧道开挖(ki w)(ki w)时，应尽可能减轻对隧道围时，应尽可能减轻对隧道围岩的扰动或尽可能不破坏围岩的强度，即尽可能使岩的扰动或尽可能不破坏围岩的强度，即尽可能使围岩维持原来的三维应力状态，这就有必要对开挖围岩维持原来的三维应力状态，这就有必要对开挖(ki w)(ki w)工作面及时施作防护层工作面及时施作防护层( (如喷射混凝土等如喷射混凝土等) )，封闭围岩的节理和裂隙以防止围岩的松动和坍塌。封闭围岩的节理和裂隙以防止围岩的松动和坍塌。 3. 3.允许围岩有一定的变形，以利安全地发

26、挥围岩允许围岩有一定的变形，以利安全地发挥围岩的全部强度，使之在隧道周围形成承载环，但这种的全部强度，使之在隧道周围形成承载环，但这种变形应受到严格的控制，以免过渡变形导致围岩承变形应受到严格的控制，以免过渡变形导致围岩承载理论的降低和丧失或导致地表产生过大的沉陷。载理论的降低和丧失或导致地表产生过大的沉陷。 第45页/共101页第四十五页，共101页。 4. 4.衬砌支护结构的施工一般分成两个步骤完成。衬砌支护结构的施工一般分成两个步骤完成。洞室开挖后迅速的施作初期支护洞室开挖后迅速的施作初期支护( (外层衬砌外层衬砌) )，抑，抑制岩体的早期变形，待围岩稳定后，再进行二次制岩体的早期变形，

27、待围岩稳定后，再进行二次衬砌衬砌( (内层衬砌内层衬砌) )，如果外层衬砌很充分，并证实，如果外层衬砌很充分，并证实围岩变形趋于稳定。则内层衬砌可视为附加的安围岩变形趋于稳定。则内层衬砌可视为附加的安全储备。全储备。 5. 5.初期支护应尽量做成柔性的，以便与围岩紧初期支护应尽量做成柔性的，以便与围岩紧密接触，共同变形和共同承载密接触，共同变形和共同承载(chngzi)(chngzi)。因此，。因此，初期支护大多采用喷射混凝土、锚杆和钢筋网的初期支护大多采用喷射混凝土、锚杆和钢筋网的联合支护形式。这种衬砌在力学上被视为易变形联合支护形式。这种衬砌在力学上被视为易变形的壳体结构，只能承受较小的弯

28、曲应力，以承受的壳体结构，只能承受较小的弯曲应力，以承受剪切应力为主。剪切应力为主。 第46页/共101页第四十六页，共101页。 6. 6.隧道的几何形状必须满足在静力学上作为圆隧道的几何形状必须满足在静力学上作为圆筒结构的计算条件，因此，要尽可能使结构做得筒结构的计算条件，因此，要尽可能使结构做得园顺园顺( (如做成圆形或椭圆形的如做成圆形或椭圆形的) )，不产生突出的拐，不产生突出的拐角，以避免产生应力集中现象。同时，尽早时结角，以避免产生应力集中现象。同时，尽早时结构闭合构闭合( (封底封底) )，以形成承载环。，以形成承载环。 7. 7.在施工过程中，对隧道周边进行位移收敛量在施工过

29、程中，对隧道周边进行位移收敛量测是必不可少的一个重要环节，以此作为合理选测是必不可少的一个重要环节，以此作为合理选择支护择支护(zh h)(zh h)结构的形式与尺寸和指导下一阶结构的形式与尺寸和指导下一阶段施工的依据。段施工的依据。 第47页/共101页第四十七页，共101页。 (三三)施工施工(sh gng)监控量测的目的监控量测的目的 在新奥法施工在新奥法施工(sh gng)过程中，对围岩与支护过程中，对围岩与支护结构的变形受力以及浅埋地段的地表沉陷进行量结构的变形受力以及浅埋地段的地表沉陷进行量测，统称为新奥法的量测。施工测，统称为新奥法的量测。施工(sh gng)量测被量测被认为是新

30、奥法的三大支柱之一。其目的可归纳为认为是新奥法的三大支柱之一。其目的可归纳为下述下述4点：点： 1.为修正支护结构形式和参数提供依据为修正支护结构形式和参数提供依据 进行隧道工程设计时必须依靠工程地质调查和进行隧道工程设计时必须依靠工程地质调查和试验来提供必要的依据和信息，但由于岩体地质试验来提供必要的依据和信息，但由于岩体地质情况千差万别，使得工程地质调查和试验取得的情况千差万别，使得工程地质调查和试验取得的数据很难正确反映岩体的真实性。所以在施工数据很难正确反映岩体的真实性。所以在施工(sh gng)过程中通过围岩与支护的变形与应力测试数过程中通过围岩与支护的变形与应力测试数据，可对原设计

31、进行修正提供依据。据，可对原设计进行修正提供依据。 第48页/共101页第四十八页，共101页。 2. 2.正确选择开挖方法和支护施作时间正确选择开挖方法和支护施作时间 通过分析量测数据，可以确定符合具体工程通过分析量测数据，可以确定符合具体工程要求和地质条件的施工方法和支护结构的施作措要求和地质条件的施工方法和支护结构的施作措施，以充分利用围岩自承能力，然后通过量测分施，以充分利用围岩自承能力，然后通过量测分析，再确定适宜的二次支护时间；在侧压力较大析，再确定适宜的二次支护时间；在侧压力较大的地层中，利用量测数据，可以确定最佳的仰拱的地层中，利用量测数据，可以确定最佳的仰拱施作时间。施作时间

32、。 3. 3.为隧道施工和长期使用提供为隧道施工和长期使用提供(tgng)(tgng)安全信安全信息息 通过对围岩稳定性与支护可靠性的量测监控通过对围岩稳定性与支护可靠性的量测监控和分析评定，可以发现施工中隐藏的不安全因素和分析评定，可以发现施工中隐藏的不安全因素和隧道有可能失稳的区段或局部薄弱的部位，从和隧道有可能失稳的区段或局部薄弱的部位，从而及时采取相应的加固或其它措施。而及时采取相应的加固或其它措施。 第49页/共101页第四十九页，共101页。 4. 4.是研究其力学机理和设计理论的重要途径是研究其力学机理和设计理论的重要途径 通过施工现场量测，人们才能深入系统地通过施工现场量测，人

33、们才能深入系统地研究围岩和支护结构共同作用的力学机制研究围岩和支护结构共同作用的力学机制(jzh)(jzh)，才可能认识不同条件，才可能认识不同条件, ,不同类型岩体不同类型岩体的变形破坏机理。的变形破坏机理。 综上所述，可以看出隧道监测的主要目的，综上所述，可以看出隧道监测的主要目的，是为了完善隧道设计与正确地指导施工，从而是为了完善隧道设计与正确地指导施工，从而保证隧道工程的安全性和经济性。保证隧道工程的安全性和经济性。 第50页/共101页第五十页，共101页。第51页/共101页第五十一页，共101页。四、隧道施工中的辅助坑道五、施工辅助作业第52页/共101页第五十二页，共101页。

34、 一、隧道钻爆作业一、隧道钻爆作业(zuy)(zuy) 修建隧道时，首先要在线路穿越的地层内挖修建隧道时，首先要在线路穿越的地层内挖出一个能够容纳对待建筑物的空间，这项作业出一个能够容纳对待建筑物的空间，这项作业(zuy)(zuy)的工作量占整个隧道施工工程量的比重很的工作量占整个隧道施工工程量的比重很大，它对施工进度和工程造价都很大影响。造价约大，它对施工进度和工程造价都很大影响。造价约占整个隧道的占整个隧道的20204040，是隧道施工中较关键，是隧道施工中较关键的基本作业的基本作业(zuy)(zuy)。 石质隧道目前大多般采用钻眼爆破开挖的方石质隧道目前大多般采用钻眼爆破开挖的方法，亦即

35、先在岩石中钻成圆柱形炮眼再装填炸药起法，亦即先在岩石中钻成圆柱形炮眼再装填炸药起爆，炸出所设计坑道断面。爆，炸出所设计坑道断面。 第53页/共101页第五十三页，共101页。第54页/共101页第五十四页，共101页。 ( (二二) )炮眼种类与布置炮眼种类与布置 隧道开挖的关键性环节是坑道开挖。采用隧道开挖的关键性环节是坑道开挖。采用钻爆法开挖坑道时，需在导坑面上布置炮眼。钻爆法开挖坑道时，需在导坑面上布置炮眼。炮眼按照它们在爆破中所起的作用炮眼按照它们在爆破中所起的作用(zuyng)(zuyng)，可分为掏槽眼、辅助眼、周边眼三种。可分为掏槽眼、辅助眼、周边眼三种。 第55页/共101页第

36、五十五页，共101页。第56页/共101页第五十六页，共101页。 1. 1.掏槽眼及其布置掏槽眼及其布置 在坑道掘进的最初，只有一个临空面，为在坑道掘进的最初，只有一个临空面，为了提高爆破效果，在开挖面中部位置上布置若了提高爆破效果，在开挖面中部位置上布置若干个炮眼，使其在开挖面上先炸出一个槽穴，干个炮眼，使其在开挖面上先炸出一个槽穴，为以后爆破的炮眼开辟临空面，创造为以后爆破的炮眼开辟临空面，创造(chungzo)(chungzo)良好的爆破条件，这种炮眼叫做良好的爆破条件，这种炮眼叫做掏槽眼。由于围岩的强度和结构不一样，掏槽掏槽眼。由于围岩的强度和结构不一样，掏槽眼布置的形式也不相同。但

37、基本可分为两大类：眼布置的形式也不相同。但基本可分为两大类：斜眼(xiyn)掏槽直眼掏槽第57页/共101页第五十七页，共101页。(1)(1)斜眼掏槽斜眼掏槽 其特点是掏槽眼与开挖面斜交，常用的有锥其特点是掏槽眼与开挖面斜交，常用的有锥形掏槽、楔形掏槽、单向掏槽。斜眼掏槽的优形掏槽、楔形掏槽、单向掏槽。斜眼掏槽的优点是，可以按照岩层的实际情况选择合适的掏点是，可以按照岩层的实际情况选择合适的掏槽方式和掏槽角度，较易保证掏槽的效果，钻槽方式和掏槽角度，较易保证掏槽的效果，钻眼数量比较少。缺点是，炮眼深度受坑道尺寸眼数量比较少。缺点是，炮眼深度受坑道尺寸的限制，不便于的限制，不便于(biny)(

38、biny)实行多机凿岩。实行多机凿岩。 斜眼掏槽的种类如下图：斜眼掏槽的种类如下图： 第58页/共101页第五十八页，共101页。第59页/共101页第五十九页，共101页。 (2) (2)直眼掏槽直眼掏槽 其特点是所有掏槽眼都垂直于开挖面，有一个其特点是所有掏槽眼都垂直于开挖面，有一个或若干个中心眼不装药，起临空面的作用。炮眼常或若干个中心眼不装药，起临空面的作用。炮眼常用的布置形式有：用的布置形式有：(a) (a) 柱状掏槽；柱状掏槽；(a) (a) 梅花形掏槽；梅花形掏槽；(b) (b) 螺旋掏槽螺旋掏槽( (即四周炮眼距中心眼的距离逐步加即四周炮眼距中心眼的距离逐步加大大) )。 直眼

39、掏槽的优点是适用范围较广，不受围岩软直眼掏槽的优点是适用范围较广，不受围岩软硬及断面大小限制，钻眼方便，便于多机凿岩和采硬及断面大小限制，钻眼方便，便于多机凿岩和采用用(ciyng)(ciyng)深眼爆破，以加快掘进速度。缺点是：深眼爆破，以加快掘进速度。缺点是：炮眼的数量和单位用药量要增多，炮眼位置和钻眼炮眼的数量和单位用药量要增多，炮眼位置和钻眼方向也要求高度准确，才能保证良好的掏槽效果技方向也要求高度准确，才能保证良好的掏槽效果技术比较复杂。术比较复杂。 第60页/共101页第六十页，共101页。 第61页/共101页第六十一页，共101页。 2 2辅助眼及其布置辅助眼及其布置 辅助眼的

40、作用是进一步扩大掏槽体积和增辅助眼的作用是进一步扩大掏槽体积和增大爆破大爆破(bop)(bop)量，并为周边眼创造有利的爆量，并为周边眼创造有利的爆破破(bop)(bop)条件。辅助眼主要解决炮眼间距和条件。辅助眼主要解决炮眼间距和最小抵抗线问题。所谓最小抵抗线是指炮眼中最小抵抗线问题。所谓最小抵抗线是指炮眼中心到临空面的距离。一般根据工地经验决定。心到临空面的距离。一般根据工地经验决定。最小抵抗线约为炮眼间距的最小抵抗线约为炮眼间距的60608080。 第62页/共101页第六十二页，共101页。 3 3周边眼及其布置周边眼及其布置 其作用是爆破后，使坑道其作用是爆破后，使坑道(kngdo)

41、(kngdo)断面达到断面达到设计的形状和规格。周边眼原则上沿着设计轮廓均设计的形状和规格。周边眼原则上沿着设计轮廓均匀布置，间距和最小抵抗线应比辅助眼小，以便爆匀布置，间距和最小抵抗线应比辅助眼小，以便爆出较为平顺的轮廓。出较为平顺的轮廓。 第63页/共101页第六十三页，共101页。第64页/共101页第六十四页，共101页。 1. 1.光面爆破光面爆破 光面爆破是指通过正确确定爆破参数和施工光面爆破是指通过正确确定爆破参数和施工方法，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度方法，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的震动和破坏，尽可能维持围地减轻爆破对围岩的震动和破坏，尽可能

42、维持围岩原有的完整性和稳定性的爆破技术。其主要标岩原有的完整性和稳定性的爆破技术。其主要标准为：开挖轮廓成型，无明显的爆破裂缝；围岩准为：开挖轮廓成型，无明显的爆破裂缝；围岩壁上均匀留下壁上均匀留下(li xi)50%(li xi)50%以上的半面炮眼痕迹；以上的半面炮眼痕迹；岩面平整，超挖和欠挖符合规定要求，无危石等。岩面平整，超挖和欠挖符合规定要求，无危石等。 第65页/共101页第六十五页，共101页。 确定合理的光面爆破参数，是获得良好确定合理的光面爆破参数，是获得良好(lingho)(lingho)的光面爆破效果的重要保证。光面的光面爆破效果的重要保证。光面爆破的主要参数包括周边眼的

43、间距，光面爆破爆破的主要参数包括周边眼的间距，光面爆破层的厚度，周边眼密集系数，周边眼的线装药层的厚度，周边眼密集系数，周边眼的线装药密度等。光面爆破参数的选择，目前还缺乏一密度等。光面爆破参数的选择，目前还缺乏一定的理论计算公式，多是根据已有工程经验确定的理论计算公式，多是根据已有工程经验确定。定。 光面爆破的炮眼起爆顺序为：光面爆破的炮眼起爆顺序为： 掏槽眼掏槽眼-辅助眼辅助眼-周边眼周边眼第66页/共101页第六十六页，共101页。 2. 2.预裂爆破预裂爆破 裂爆破实质上也是光面爆破的一种型式，其裂爆破实质上也是光面爆破的一种型式，其爆破原理与光面爆破原理相同。只是在炮眼的爆爆破原理与

44、光面爆破原理相同。只是在炮眼的爆破顺序上不同。预裂爆破是首先引爆周边眼，使破顺序上不同。预裂爆破是首先引爆周边眼，使沿周边眼的连心线炸出平顺的预裂面。由于这个沿周边眼的连心线炸出平顺的预裂面。由于这个(zh ge)(zh ge)预裂面的存在，对后爆的掏槽眼和辅助预裂面的存在，对后爆的掏槽眼和辅助眼的爆炸波能起反射和缓冲作用，可以减轻爆炸眼的爆炸波能起反射和缓冲作用，可以减轻爆炸波对围岩的破坏影响，爆破后的开挖面整齐规则。波对围岩的破坏影响，爆破后的开挖面整齐规则。由于成洞过程和破岩条件不同，在减轻对围岩的由于成洞过程和破岩条件不同，在减轻对围岩的扰动程度上，预裂爆破较光面爆破的效果更好一扰动程

45、度上，预裂爆破较光面爆破的效果更好一些。些。 第67页/共101页第六十七页，共101页。第68页/共101页第六十八页，共101页。操作方便，使用安全；不怕超负荷和反复起动；操作方便，使用安全；不怕超负荷和反复起动；在多水多尘等恶劣环境中仍能正常使用，故在短在多水多尘等恶劣环境中仍能正常使用，故在短隧道开挖中，使用得比较广泛隧道开挖中，使用得比较广泛( (气腿式气腿式) )，但压缩，但压缩空气的供应设备比较复杂，能量利用率低，故成空气的供应设备比较复杂，能量利用率低，故成本较高。本较高。 (2) (2)液压凿岩机。原理是由电动机驱动油泵，液压凿岩机。原理是由电动机驱动油泵，输出高压油液，通过

46、液压管路和液压元件使凿岩输出高压油液，通过液压管路和液压元件使凿岩机作冲击和旋转运动来达到钻眼的目的。它的主机作冲击和旋转运动来达到钻眼的目的。它的主要优点有：适应性强钻岩速度高，噪音较小，能要优点有：适应性强钻岩速度高，噪音较小，能量消耗少量消耗少( (约为风动凿岩机的三分之一），是目前约为风动凿岩机的三分之一），是目前(mqin)(mqin)隧道施工推广普及的新型凿岩机具。但隧道施工推广普及的新型凿岩机具。但由于液压凿岩机构造比校复杂，重量大，附属装由于液压凿岩机构造比校复杂，重量大，附属装置多，目前置多，目前(mqin)(mqin)仅限于安装在凿岩台车上使仅限于安装在凿岩台车上使用。用。

47、 第69页/共101页第六十九页，共101页。第70页/共101页第七十页，共101页。 二、装碴运输二、装碴运输 出碴是隧道施工基本作业中一项费工费时出碴是隧道施工基本作业中一项费工费时(fish)(fish)的作业。在整个循环作业时间中，占的作业。在整个循环作业时间中，占有很大的比重，有的可占有很大的比重，有的可占40405050以上，迅速以上，迅速运石碴，可使钻爆作业加快进行，加速了整个运石碴，可使钻爆作业加快进行，加速了整个循环作业，提高施工进度。因此，应注意选择循环作业，提高施工进度。因此，应注意选择适当的装碴机械和足够数量的运输车辆，尽可适当的装碴机械和足够数量的运输车辆，尽可能的

48、缩短在工作面处的调车时间，并经常保持能的缩短在工作面处的调车时间，并经常保持运输道的良好状态。运输道的良好状态。 第71页/共101页第七十一页，共101页。 ( (一一) )出碴出碴 出碴工作主要包括装碴、运输、卸碴三项作业，出碴工作主要包括装碴、运输、卸碴三项作业，其中装碴和运输对出碴速度影响最大。装、卸碴作业其中装碴和运输对出碴速度影响最大。装、卸碴作业主要是考虑石碴如何处理，采用哪种方式主要是考虑石碴如何处理，采用哪种方式(fngsh)(fngsh)进行装碴作业，装碴设备的选择，卸碴场地布置等项。进行装碴作业，装碴设备的选择，卸碴场地布置等项。由洞内运出的石碴，一般可考虑进行三方面的处

49、理：由洞内运出的石碴，一般可考虑进行三方面的处理： 1. 1.选用合乎强度标准的岩块加工成衬砌混凝土的粗选用合乎强度标准的岩块加工成衬砌混凝土的粗骨料。选用块度合适的岩块作为洞内超挖回填料。骨料。选用块度合适的岩块作为洞内超挖回填料。 2. 2.用作路基填方或洞外工作场地填方。用作路基填方或洞外工作场地填方。 3. 3.弃置于山谷或河滩。弃置于山谷或河滩。 第72页/共101页第七十二页，共101页。( (二二) ) 装碴与运输设备装碴与运输设备 可分为类：有轨运输和无轨运输两大类。可分为类：有轨运输和无轨运输两大类。有轨运输，是我国隧道施工中常采用的传统有轨运输，是我国隧道施工中常采用的传统

50、(chuntng)(chuntng)运输方式。它适用于小断面导坑和分部运输方式。它适用于小断面导坑和分部开挖隧道的施工，也能用于全断面隧道开挖，既能用开挖隧道的施工，也能用于全断面隧道开挖，既能用机车牵引车辆出洞外，也可用人力推送，是一种适用机车牵引车辆出洞外，也可用人力推送，是一种适用性较强的运输方式。性较强的运输方式。 无轨运输的特点是调车灵活，不需铺设轨道，能无轨运输的特点是调车灵活，不需铺设轨道，能适用于卸碴距离较远和道路坡度较大的场合。缺点是适用于卸碴距离较远和道路坡度较大的场合。缺点是废气污染严重，洞内作业要求空间较大。所以无轨运废气污染严重，洞内作业要求空间较大。所以无轨运输多适

51、用于双线隧道全断面开挖的场合。输多适用于双线隧道全断面开挖的场合。第73页/共101页第七十三页，共101页。 究竟采用有轨还是无轨，应根据隧道断面究竟采用有轨还是无轨，应根据隧道断面的大小的大小(dxio)(dxio)，所处的地质情况和所采用的，所处的地质情况和所采用的开挖方法，结合本单位原有和可能购进的机械开挖方法，结合本单位原有和可能购进的机械设备能力，予以通盘考虑决定。目前，对于公设备能力，予以通盘考虑决定。目前，对于公路隧道的施工，多采用无轨运输方式。路隧道的施工，多采用无轨运输方式。第74页/共101页第七十四页，共101页。 三、模筑混凝土衬砌施工三、模筑混凝土衬砌施工 隧道作为

52、地下结构物，除了应满足营运使隧道作为地下结构物，除了应满足营运使用上的要求外，还必须具有耐久性。一般除了用上的要求外，还必须具有耐久性。一般除了地质坚硬，不易风化的地质坚硬，不易风化的类围岩外，都应施作类围岩外，都应施作混凝土衬砌。所以，模筑整体混凝土衬砌在传混凝土衬砌。所以，模筑整体混凝土衬砌在传统统(chuntng)(chuntng)上就是持久保证隧道功能的重要上就是持久保证隧道功能的重要结构。结构。 对于采用喷锚支护施工的隧道，一般为了对于采用喷锚支护施工的隧道，一般为了饰面或增加安全度的需要，也需在施作喷锚支饰面或增加安全度的需要，也需在施作喷锚支护，且在围岩变形基本稳定之后，需现场浇

53、筑护，且在围岩变形基本稳定之后，需现场浇筑整体混凝土衬砌整体混凝土衬砌( (既二次衬砌既二次衬砌) )。二次衬砌除了。二次衬砌除了起饰面和增加安全度的作用外，实际上也承受起饰面和增加安全度的作用外，实际上也承受了在其施工后发生的外部水压，软弱围岩的蠕了在其施工后发生的外部水压，软弱围岩的蠕第75页/共101页第七十五页，共101页。变压力，膨胀性地压，或者浅埋隧道受到的附加变压力，膨胀性地压，或者浅埋隧道受到的附加荷载等。因此，模筑混凝土衬砌仍然是山岭交通荷载等。因此，模筑混凝土衬砌仍然是山岭交通隧道的重要支护型式。隧道的重要支护型式。 模筑衬砌施工的顺序一般可有先墙后拱或先模筑衬砌施工的顺序

54、一般可有先墙后拱或先拱后墙两种方式。采用新奥法施工的隧道，应尽拱后墙两种方式。采用新奥法施工的隧道，应尽量使用量使用(shyng)(shyng)模板台车来灌注混凝土二次衬砌。模板台车来灌注混凝土二次衬砌。 模筑混凝土衬砌施工的主要工作包括：模筑混凝土衬砌施工的主要工作包括： 1. 1.准备工作，准备工作， 2. 2.混凝土的制备与运送，灌注作业，混凝土的制备与运送，灌注作业， 3. 3.养护和拆模，养护和拆模， 4. 4.必要时在成洞地段向衬砌背后压浆等。必要时在成洞地段向衬砌背后压浆等。 第76页/共101页第七十六页，共101页。 四、隧道施工中的辅助坑道四、隧道施工中的辅助坑道 1. 1

55、.辅助导坑作用辅助导坑作用 隧道施工的基本方式，是从两个洞口开始隧道施工的基本方式，是从两个洞口开始开挖和衬砌，在隧道中部最后贯通开挖和衬砌，在隧道中部最后贯通(guntng)(guntng)。这时只有两个工作面，因此速度不可能很快。这时只有两个工作面，因此速度不可能很快。这种方式一般只适应于工期要求不紧或短隧道这种方式一般只适应于工期要求不紧或短隧道的施工。对于控制工期的长大隧道，仅用两个的施工。对于控制工期的长大隧道，仅用两个作业面是不够的，通常多采用开挖辅助坑道，作业面是不够的，通常多采用开挖辅助坑道，增辟作业面的方法，以加快施工速度，达到满增辟作业面的方法，以加快施工速度，达到满足工期

56、要求的目的。足工期要求的目的。 第77页/共101页第七十七页，共101页。 此外，辅助坑道还为改善施工条件、减少施工此外，辅助坑道还为改善施工条件、减少施工干扰、合理布置施工中的各种管路、线路提供了有干扰、合理布置施工中的各种管路、线路提供了有利条件，如便于材料和石碴的运输、便于通风、便利条件，如便于材料和石碴的运输、便于通风、便于控制测量等。于控制测量等。 2. 2.辅助坑道的类型辅助坑道的类型 辅助坑道的类型有：辅助坑道的类型有： 横洞、平行导坑、斜井和竖井。横洞、平行导坑、斜井和竖井。 辅助坑道的类型选择，应根据隧道长度、工期要辅助坑道的类型选择，应根据隧道长度、工期要求、地形条件、地

57、质及水文地质状况、劳力及机具求、地形条件、地质及水文地质状况、劳力及机具配备、场地情况以及今后能否配备、场地情况以及今后能否(nn fu)(nn fu)被利用等被利用等因素综合考虑确定。因素综合考虑确定。 第78页/共101页第七十八页，共101页。 五、施工五、施工(sh gng)(sh gng)辅助作业辅助作业 在隧道施工在隧道施工(sh gng)(sh gng)中，开挖和支护中，开挖和支护( (衬砌衬砌) )称为基本作业。为基本作业提供必要的施工称为基本作业。为基本作业提供必要的施工(sh (sh gng)gng)条件，并直接为其服务的作业称为作业。其内条件，并直接为其服务的作业称为作业

58、。其内容包括：容包括： 1. 1.施工施工(sh gng)(sh gng)通风与防尘；通风与防尘； 2. 2.压缩空气供应；压缩空气供应； 3. 3.施工施工(sh gng)(sh gng)供水与排水供水与排水 4. 4.施工施工(sh gng)(sh gng)供电与照明。供电与照明。 “ “三管两线三管两线”第79页/共101页第七十九页，共101页。( (一一) )施工通风与防尘施工通风与防尘 1. 1.施工通风的目的施工通风的目的 隧道施工中，由于凿岩、爆破、装运石碴。喷射隧道施工中，由于凿岩、爆破、装运石碴。喷射(pnsh)(pnsh)混凝土等作业及内燃动力设备进洞，而产生混凝土等作业

59、及内燃动力设备进洞，而产生大量的粉尘和有害气体大量的粉尘和有害气体( (如如COCO、CO2CO2、NO2NO2、SiO2SiO2、H2SH2S等等) )，含煤地层的隧道还有瓦斯，含煤地层的隧道还有瓦斯(CH4)(CH4)，致使洞内空气，致使洞内空气恶化。这不仅损害作业人员的身体健康，降低工作效恶化。这不仅损害作业人员的身体健康，降低工作效率，而且因洞内缺氧，而导致内燃设备工作条件差，率，而且因洞内缺氧，而导致内燃设备工作条件差，功率和效率降低，故障增加，废气排放量增多。通风功率和效率降低，故障增加，废气排放量增多。通风的目的是不断地向洞内送入足够的新鲜空气，冲淡和的目的是不断地向洞内送入足够

60、的新鲜空气，冲淡和更换有害气体，降低粉尘浓度和洞内温度。更换有害气体，降低粉尘浓度和洞内温度。 第80页/共101页第八十页，共101页。 2. 2.通风方式通风方式 隧道长度不足隧道长度不足300m300m或离洞口或离洞口100m100m范围地段或范围地段或坑道贯通后的施工，一般无需通风设备，而依靠坑道贯通后的施工，一般无需通风设备，而依靠洞内外温差洞内外温差( (或高差或高差) )产生的空气对流形成自然通产生的空气对流形成自然通风。不能满足施工需要风。不能满足施工需要(xyo)(xyo)时必须采取机械通时必须采取机械通风。按照风道类型、通风机安装位置的不同，机风。按照风道类型、通风机安装位