隧道施工基本理论知识及施工过程控制要点

1、 主讲人：胥宝华中铁十二局集团第一工程有限公司二O一七年四月隧道施工基本理论知识及施工过程控制要点25 七月 2022目 录隧道施工过程控制要点隧道施工中基本理论知识2125 七月 2022一、隧道施工中的基本理论知识 中铁十二局集团第一工程有限公司25 七月 2022中铁十二局集团第一工程有限公司（一）、荷载松弛理论和岩承理论的定义与区别。25 七月 20221、松弛荷载理论其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载：不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。中铁十二局集团第一工程有限公司（一）、荷载

2、松弛理论和岩承理论的定义与区别。25 七月 20222、岩承理论其核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载能力：不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。中铁十二局集团第一工程有限公司（一）、荷载松弛理论和岩承理论的定义与区别。25 七月 20223、区别：由以上可以看出，前一种理论更注重结果和对结果的处理：而后一种理论则更注重过程和对过程的控制，即对围岩自承能力的充分利用。由于有此区别，因而两种理论体系在过程和方法上各自表现出不同的特点。新奥法是岩承理论在隧道工程实践中的代表方法。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、

3、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20221、矿山法定义：主要用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。因借鉴矿山开拓巷道的方法，故名。用矿山法施工时，将整个断面分部开挖至设计轮廓，并随之修筑衬砌。当地层松软时，则可采用简便挖掘机具进行，并根据围岩稳定程度，在需要时应边开挖边支护。分部开挖时，断面上最先开挖导坑，再由导坑向断面设计轮廓进行扩大开挖。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 2022分部开挖主要是为了减少对围岩的扰动，分部的大小和多少视地质条件、隧道断面尺寸、支护类型而定。在坚实、整体的岩层中，对中、小断面的隧

4、道，可不分部而将全断面一次开挖。如遇松软、破碎地层，须分部开挖，并配合开挖及时设置临时支撑，以防止土石坍塌。喷锚支护的出现，使分部数目得以减少，并进而发展成新奥法。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20221.1、矿山法隧道设计、施工和运营管理中要牢记其所面对的两个对象，一个是围岩，一个是地下水。解决“围岩”的基本技术，实质上是解决好隧道“开挖”和“支护”的关系。根据围岩的具体情况，隧道开挖和支护的关系，不外乎“先开挖、后支护”和“先支护、后开挖”。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25

5、 七月 2022解决“地下水”问题的基本技术，也只有两种，一种是“排”，一种是“堵”，正确地处理“排”与“堵”的关系是解决地下水的关键。前者是在容许地下水位降低条件下的技术，后者是在考虑对周边环境影响的技术。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20221.2、结构物承载主体的四种情况：情况一：围岩自支护能力充分，在裸洞状态下能长期稳定，围岩是结构构造的承载主体。情况二：围岩自支护能力不充分，但基本上处于暂时稳定的状态，在初期支护辅助下，能够维护隧道的长期稳定。此时，围岩与初期支护成为隧道结构构造的承载主体，不设置二次衬砌或者设置二次衬砌

6、（作为安全储备）。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20221.2、结构物承载主体的四种情况：情况三：围岩无自支护能力或自支护能力很小，需要在先补强围岩（预支护），与初期支护共同维持隧道的长期稳定。此时，预补强的围岩和初期支护是隧道构造的主体。可不设置二次衬砌或者设置二次衬砌（作为安全储备）。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20221.2、结构物承载主体的四种情况：情况四：具有特殊性能的围岩（特殊围岩），如膨胀性围岩、挤压性围岩以及隧道运营后可能出现后荷现象的围岩，虽然通过

7、预补强围岩和初期支护隧道构造已趋于稳定，仍然需要通过二次衬砌所具有的力学性能，维护隧道构造的长期稳定。此时，预补强的围岩、初期支护及二次衬砌共同成为隧道构造的主体。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20221.3、矿山法隧道设计、施工的“三十二字箴言”：“围岩为本，地质先行，松弛有度，内实外美，排堵协调，重视环境，预防维护，管控到位”中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20222、新奥法定义（新奥地利隧道施工法）：新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用

8、锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20222.1 新奥法施工原理（20世纪60年代）：1）、岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月

9、20222.1 新奥法施工原理（20世纪60年代）：2）、为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间（包括闭合时间）来控制岩体的变形。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20222.1 新奥法施工原理（20世纪60年代）：3）、为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭的筒形

10、结构。另外，隧道断面形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中。4）、通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测，合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20222.1 新奥法施工原理（20世纪60年代）：5）、为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，可采用复合式衬砌。6）、二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩和支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度。新奥法施工原理可扼要地概括为“管超前、严注浆、少扰动、强支护、勤量测、

11、快封闭”。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20223、新意法（岩土控制变形分析法）（20世纪70年代）：新意法（ADECO-RS）是通过对隧道掌子面超前核心岩土介质的勘察、预测其稳定性，设计按隧道开挖后围岩稳定、暂时稳定、不稳定，将其划分为A、B、C三种形态，据以信息化设计支护措施，确保隧道安全穿越复杂地层和实现全断面开挖的一种动态设计施工指导原则。它强调控制围岩变形、强调掌子面前方围岩的超前支护和加固，通过监测和控制掌子面的机械化作业，实现全断面开挖。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别

12、：25 七月 20223.1、采用新意法即进行隧道设计基于以下基本原则：1）、全断面开挖；2）、运用超前支护和加固措施减小或避免围岩变形；3）、在离掌子面较短的距离支护封闭以减小隧道变形。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20224、新意法与新奥法的区别：1）、新奥法对地层变形反应的分析仅限于掌子面的后方，仅对隧道收敛进行分析；新意法对地层的变形反应分析分为三类，并且包含了开挖后洞室围岩收敛变形。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20224、新意法与新奥法的区别：2）、新奥法

13、采用锚杆、喷射混凝土、钢拱架、施作仰拱等手段，仅对掌子面后方的隧道施加约束作用；新意法不仅要求隧道的支护措施(包括二次衬砌和仰拱)要与掌子面保持适当距离，不能落后掌子面太远，对隧道提供连续的约束作用，而且要求对超前核心土采取适当的防护和加固措施，提高其强度和变形特性，对隧道提供超前约束作用。中铁十二局集团第一工程有限公司（二）、隧道施工矿山法、新奥法、新意法的定义与区别：25 七月 20224、新意法与新奥法的区别：3）、新奥法完全忽视了超前核心土的重要性，也忽视了在困难应力应变条件下需要把超前核心土作为一种稳定工具；新意法对此加以改进。返回二、隧道施工过程控制要点 中铁十二局集团第一工程有限

14、公司25 七月 2022中铁十二局集团第一工程有限公司25 七月 20221、安全控制红线2、质量控制红线3、工艺控制要点及做法4、进度管理5、效益管理6、文明施工管理7、做好现场管控需要的几个基本能力中铁十二局集团第一工程有限公司1、安全控制红线：25 七月 20221）、超前支护质量：按设计施作，特别是掉块时一定要施作超前支护，施作时间距要根据实际情况调整间距部位。超前小导管中铁十二局集团第一工程有限公司1、安全控制红线：25 七月 20222）、钢架连接质量：钢架连接螺栓必须上齐、拧紧，连接不密贴或螺栓孔不对位时要塞钢筋焊接牢固。3）、锁脚锚杆质量：锁脚锚杆数量至少2根，且必须采用U型或

15、L型钢筋与钢架焊接牢固。锁脚锚管L型帮焊锁脚锚杆L型焊接中铁十二局集团第一工程有限公司1、安全控制红线：25 七月 20224）、超挖回填：超挖部分严禁干码片石回填或采用石棉瓦、防水板遮挡形成空洞。必须采用砼回填密实，小的坍塌形成的空洞要留孔及时泵砼回填。5）、钢架悬空：施工中各级台阶的钢架底部宜用木板垫紧，特别是有下沉的隧道可以加大木板进行支垫。更需要强调的是出碴时要注意对钢架拱脚的保护，避免装载机推碴时把拱架推空吊脚、甚至推走钢架。返回中铁十二局集团第一工程有限公司2、质量控制红线：25 七月 20221）、支护措施钢管类的注浆质量：钢管类的支护措施都要求注浆，因为采用钢管类措施支护主要是

16、利用注浆固结围岩，提高围岩的自身承载能力，不注浆就仅仅利用了钢管自身的刚度，承载能力十分有限。锁脚锚管注浆中铁十二局集团第一工程有限公司2、质量控制红线：25 七月 20222）、仰拱开挖及清底：仰拱开挖超欠挖必须满足验标要求，虚碴、杂物、泥浆、杂物必须清理干净，超挖部分采用同级砼回填。仰拱一次浇筑长度应和衬砌浇筑长度相适应。中铁十二局集团第一工程有限公司2、质量控制红线：25 七月 20223）、二次衬砌厚度必须满足设计要求，衬砌后及时注浆不留空洞，衬砌脱模后及时将搭接施工缝的水泥浆清理干净，对衬砌蜂窝、麻面、错台等外观缺陷采用打磨处理，不得采用水泥砂浆修补。衬砌带模注浆中铁十二局集团第一工

17、程有限公司2、质量控制红线：25 七月 20224）、防水板必须采用分离式防水板并采用超声波焊接机焊机，并保证焊缝搭接宽度达标、焊接牢固，特别是无法采用爬焊机焊接的要重点监控。5）、排水管要畅通，特别是预留与水沟连接的要保证长度达标并注意保护，防止脱模或过程中人为损坏。衬砌排水管返回中铁十二局集团第一工程有限公司3、工艺控制要点及做法：25 七月 2022隧道在保证安全质量受控的条件下，施工工艺的控制是提升隧道形象的关键。下面是我个人觉得必须严控的工艺控制细节：中铁十二局集团第一工程有限公司3、工艺控制要点及做法：25 七月 20221）、钢拱架加工和安装质量必须达标：喷射砼要平整首先要严格控

18、制钢拱架的加工精度，目前钢拱架均采用数控冷弯机加工，加工过程中一是应将型钢夹紧，防止晃动，二是弯曲过程中型钢行走速度要慢，行走过快钢架变形不充分，三是严禁使用非标型钢，非标型钢表面平整度不达标，经过冷弯机时造成钢架扭曲。钢架安装时定位必须满足规范要求。安装好的钢架中铁十二局集团第一工程有限公司3、工艺控制要点及做法：25 七月 20222）、喷射砼平整度要达标必须注意两个方面：一是喷射砼时要预留保护层，把钢拱架之间喷满后用铁锹将钢架内侧附着的砼清除干净后再统一复喷保护层。二是钢架靠拱脚部位要预留1米不喷满，在下个台阶喷砼时一起喷，消除台阶间两次施工喷射砼鼓包不平整。喷射砼喷保护层前清理钢架上的

19、附着砼中铁十二局集团第一工程有限公司3、工艺控制要点及做法：25 七月 20223）、仰拱钢筋间距、排距、接头错位、竖直度必须达标，可采用卡具固定。仰拱钢筋划线绑扎中铁十二局集团第一工程有限公司3、工艺控制要点及做法：25 七月 20224）、仰拱施工缝中埋止水带必须采用夹具固定，保证顺直居中，仰拱和衬砌环向施工缝必须采用钢端模。仰拱边墙纵向止水带衬砌端钢模及中埋止水带中铁十二局集团第一工程有限公司3、工艺控制要点及做法：25 七月 20225）、仰工填充必须振捣并抹面保证线型和平整度。6）、衬砌必须采用分仓入模，保证砼浇筑的连续均匀，消除驼峰和冷缝，衬砌台车开挖端拱顶必须用液压千斤顶顶紧，搭

20、接端每侧采用三台千斤顶顶紧，保证台车在砼浇筑过程中不变形。衬砌台车开挖端拱顶千斤顶支顶衬砌台车搭接端边墙千斤顶支顶中铁十二局集团第一工程有限公司3、工艺控制要点及做法：25 七月 2022衬砌效果中铁十二局集团第一工程有限公司3、工艺控制要点及做法：25 七月 2022刚收面的回填面中铁十二局集团第一工程有限公司3、工艺控制要点及做法：25 七月 2022横洞的回填面返回中铁十二局集团第一工程有限公司4、进度管理：25 七月 2022隧道施工由于受条件限制不具备突击进度的能力，但不受天气、季节影响，所以隧道施工要保证进度一是重在配齐要素，调整好节奏，保证开挖、仰拱、衬砌、附属同步平稳推进，在当

21、前各级管理单位严控安全步距的态势下，任何工序的失衡都会造成停工窝工。二是要专人盯工序转换，交接班能搭接的要搭接，不能出现交接班脱节的现象。三是具备条件时要加大仰拱一次浇筑长度。返回中铁十二局集团第一工程有限公司5、效益管理：25 七月 20221）、保证安全质量受控的基础上合理配置资源要素保持各个工序的平稳推进，实现高产、稳产。2）、根据围岩情况及时调整爆破参数，严格控制超欠挖。3）、合理调整开挖进尺控制超欠挖使人工费、材料费达到一个合理的平衡点。中铁十二局集团第一工程有限公司5、效益管理：25 七月 20224）、严格控制钢拱架定位精度，减少衬砌混凝土超耗。5）、提高工艺水平、减少修整返工：

22、一是现场要严格控制工艺标准，高标准作业。二是采用先进的工装设备。6）、采用新型设备提高效率和工作环境，节省电费。7）、合理优化施工方案和策划有效的变更。返回中铁十二局集团第一工程有限公司6、文明施工管理。25 七月 20221）、场地布置：场地布置考虑的几个方面和原则满足施工进度、方法、工艺流程及施工组织的需求，平面布置合理、紧凑，尽可能减少施工用地；合理组织运输，保证场内道路畅通，运输方便，各种材料能按计划分期分批进场，避免二次搬运，充分利用场地；中铁十二局集团第一工程有限公司6、文明施工管理。25 七月 20221）、场地布置：场地布置考虑的几个方面和原则因地制宜划分施工区域的和临时占用的

23、场地，且应满足施工流程的要求，减少各工种之间的干扰；在保证施工顺利进行的条件下，降低工程成本，减少临时设施搭设，尽可能利用施工现场附近的原有建筑物作为施工临时设施；中铁十二局集团第一工程有限公司6、文明施工管理。25 七月 20221）、场地布置：场地布置考虑的几个方面和原则施工现场临时设施的布置，应方便生产和生活，办公用房靠近施工现场，福利设施应在生活区范围之内，并尽量远离施工区；施工平面布置应符合主管部门相关规定和建设单位安全保卫、消防、环境保护的要求。中铁十二局集团第一工程有限公司6、文明施工管理。25 七月 20222）、材料堆码整齐有序，所有进场的物资都应按名称、规格、材质、产地、批

24、号、批量、到货日期进行品名标识，加强现场物资的摆放、标志，做到下垫上盖，确保材料不损坏，不变质；专门库房，妥善存放；标志清楚，分类存放；实行“先进先出，推陈储新”的原则。中铁十二局集团第一工程有限公司6、文明施工管理。25 七月 20223）、机具在开挖作业时防止擦碰初支面及钢拱架；在初支混凝土喷射之前对沉降观测标进行保护，防止污染；仰拱混凝土浇筑时注意预防混凝土污染预留钢筋及防水板、止水带等；铺设防水板注意防止扎破减少修补；及时疏通排水沟，防止积水；及时对填充面进行打扫、降尘；严禁乱写乱画，污染衬砌；加强成品保护；洞内应做到工完料净场地清。返回中铁十二局集团第一工程有限公司7、做好现场管控需要的几个基本能力：25 七月 20221）、沟通能力：拥有良好的沟通能力，能够帮助你更好的传达信息，无论是口头还是书面形式都有效。我们现场管理人员面对的人群是设计、业主、监理、劳务队现场管理人员、工人，文化层次和社会地位跨度很大。但