隧道施工方法

第六章隧道施工方法教学基本要求：1、了解山岭隧道的基本施工方法及其适用范围；2、了解洞口及不良地质条件下隧道施工采取的对策与方法。3、掌握新奥法的概念及其要点；4、掌握锚喷支护设计的步骤；5、掌握锚杆、喷射混凝土的支护原理；6、了解新奥法中支护和围岩共同作用原理的力学概念；7、掌握锚喷支护的的施工方法与步骤；8、了解锚喷支护的力学性能及检测方法。第一节山岭隧道施工法一、山岭隧道工程特点施工过程为：在地层中挖出土石，形成符合设计轮廓尺寸的坑道；进行必要的初次支护和砌筑；最后的永久衬砌，以控制坑道围岩变形，保证隧道长期的安全使用。

隧道工程的特点如下：（1）整个工程埋设于地下。（2）隧道是一个狭长的建筑物，一般有进口、出口两个工作面。隧道的施工速度比较慢，工期也比较长。需要开挖竖井、斜井、横洞等辅助工程来增加工作面，加快隧道施工速度。

另外，隧道断面较小，工作场地狭长，有些工序只能顺序作业，有些工序可以沿隧道纵向开展，平行作业。因此，要求施工中加强管理、合理组织、避免相互干扰。洞内设备、管线路布置应周密考虑，妥善安排。隧道施工机械应当结构紧凑、坚固耐用。

（3）地下施工环境较差（甚至会恶化），须采取有效措施，使施工场地合乎卫生条件，并有足够的亮度，以保证施工人员的身体健康，提高劳动生产率。（4）施工工地一般都位于偏远的深山峡谷之中，往往远离既有交通线，运输不便，供应困难。（5）山岭隧道埋设于地下，一旦建成就难以更改。二、隧道施工方法及其选择隧道施工方法：矿山法（传统的矿山法和新奥法）、掘进机法、沉管法、顶进法、明挖法等。矿山法：因用于矿石开采而得名，它包括传统方法和新奥法。多数情况下都需要采用钻眼爆破来进行开挖，又称为钻爆法。有时将新奥法从矿山法中另立系统。

掘进机法：包括隧道掘进机法和盾构掘进机法，前者应用于岩石地层，后者主要应用于土质围岩，尤其适用于软土、流砂、淤泥等特殊地层。沉管法和顶进法：用来修建水底隧道、城市市政隧道等。明挖法：主要用来修建埋深很浅的山岭隧道或城市地铁隧道。选择施工方案时，考虑的因素：

(1)工程的重要性，一般由工程的规模、使用上的特殊要求及工期的缓急体现出来；

(2)隧道所处的工程地质和水文地质条件；

(3)施工技术条件和机械装备情况；

(4)施工中动力和原材料供应情况；

(5)工程投资与运营后的社会效益和经济效益；

(6)施工安全状况；

(7)有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。隧道施工方法的选择，是一项“模糊”的决策过程，它依赖于有关人员的学识、经验、毅力和创新精神。三、隧道施工方法山岭隧道:指为穿越山岭而开凿的隧道，一般为岩石隧道，故常常采用矿山法施工，即用钻眼爆破方法开挖岩石，并修筑支护结构，有时也可采用机械破岩进行开挖。山岭隧道施工可选择:

全断面一次开挖、全断面二次开挖、台阶式开挖、导洞法开挖等施工方法。一般宜优先选用全断面法和正台阶法，对地质条件变化较大的隧道，选择施工方法时要考虑有较大的适应性，以便在围岩变化时易于变换施工方法。一、全断面一次开挖法全断面一次开挖法是利用钻眼爆破法或全断面掘进机，在整个设计断面上一次向前挖掘推进的施工方法。从隧道钻爆法的发展趋势看，全断面施工将是优先被考虑的施工方法。按照隧道设计轮廓线一次爆破成型的施工方法叫全断面法。它的施工顺序如下：①用钻孔台车钻眼，然后装药、连接导火线；②退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；③排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土；④用装碴机将石碴装入矿车，运出洞外；

⑤安设边墙锚杆和喷射混凝土；⑥必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；⑦开始下一轮循环；⑧在初次支护变形稳定后或按施工组织中规定日期，灌注内层衬砌。

全断面一次开挖法的优点是：可最大限度地利用洞内作业空间，工作面宽敞，能使用大型高效设备，加快施工进度；断面一次挖成，施工组织与管理比较简单；能较好地发挥深孔爆破的优越性；通风、运输、排水等辅助工作及各种管线铺设工作均较便利。全断面一次开挖法的缺点是：要使用笨重而昂贵的凿岩台车或钻架；一次投资大；同时由于使用了大型机具，需要有相应的施工便道、组装场地、检修设备以及能源等；当隧道较长、地质情况多变而必须改换其他施工方法时需要较多时间；多台钻机同时工作时的噪声极大。

全断面开挖法适应条件:一般认为，该法主要用于围岩稳定、坚硬、完整、开挖后不需临时支护的I～III级围岩的岩石隧道，以及高度不超过5m、断面不超过30平方米的中小型断面隧道。二、分断面两次开挖法该法是将断面分成两个分层（或部分），从上向下（或从下向上）或利用导坑在全长范围内或一个区段内逐个分层（部分）施工。开挖好一个分层（部分）再开挖另一个分层（部分）。适应条件：它适合于稳定岩层中断面较大、长度较短或者要求快速施工以便为另一隧道探清地质情况的隧道施工。根据各分层（部分）施工顺序不同分为三种：

（1）上半断面先行施工法（2）下半断面先行施工法（3）先导洞后全断面扩挖法1、上半断面先行施工法该法的特点：开挖面高度不大；不需笨重的钻架；遇松软地层时可迅速地改变开挖方法；下分层开挖时运碴和钻孔可平行作业，进度快；下分层爆破有两个临空面，效率高、成本低。2、下半断面先行施工法下半断面先行施工法在断面开挖完成后即可进行衬砌。上部断面可以站在碴堆上钻孔（水平孔）或从隧道地板向上钻垂直孔。在不采用对头施工的隧道中，下部掘通后，上部可从两个洞口组织钻孔和装岩作业。该法的特点是：和上半断面先行施工法类似，衬砌施工、排水、排矸都更方便。一般只在一定地质条件下及没有钻架或使用钻架不经济时使用。3、先导洞后全断面扩挖法

该法先沿隧道的中线、按全长开挖导洞，然后再扩挖至设计断面。导洞的位置要根据具体条件确定，可位于隧道底板或顶板或中部（拱基线水平）。导洞可用掘进机或钻爆法挖掘。

先导洞后全断面扩挖该法优点:主要可对隧道范围内的地质情况进行连续地调查；以便对支护系统做修正和方便后续工程的进行；该法可正确评价扩大作业的时间和费用；有利于通风以及涌水和瓦斯的预防与排放等。因此，该法目前被认为是一种能提高掘进速度的好方法。米花岭隧道先导洞后全断面扩挖施工布置1一门架式凿岩台车；2一挖装机；3一梭式矿车4一蓄电池电机车三、台阶法施工

该法是将隧道断面分成若干（一般为2～3）个分层，各分层呈台阶状同时推进施工。这种方法的最大特点是缩小了断面高度，不需笨重的钻孔设备。按台阶布置方式的不同，台阶法可分为:

正台阶法反台阶法（一）正台阶法

该法为最上分层工作面先超前施工，又称下行分层施工法。施工时首先掘上部弧形断面（高一般为2m～2.5m），然后逐一挖掘下面各部分。采用正台阶施工法要注意以下几点：（１）要根据具体条件合理确定上、下分层的错距、距离过大，上分层出碴困难；过小上分层钻眼不便。在分层数目少、分层断面大、使用较大型的施工机械时或者有其他辅助坑道时，错距可适当加大。（２）在装碴、钻孔机械能力足够时，应尽量减少分层数。人工翻碴时，台阶数可多些。上部台阶断面钻眼可与下台阶翻碴工作同时作业。台阶较短（3m～5m）时也可以采用上下分层同时钻眼、一次爆破的开挖法。（３）要根据围岩稳定情况及永久衬砌的形式合理确定掘砌之间的协调关系。锚喷支护时施工比较灵活，现浇混凝土衬砌时，一般衬砌工作落后于下分层掘进一定距离（十几米或几十米）。（二）反台阶法反台阶法又叫上行分层施工法。该法施工能使工序减少，施工干扰小，下部断面可一次挖至设计宽度，空间大，便于出碴运输和布置管线，能节省大量材料，适合于围岩稳定、不需临时支护、无大型装碴设备的情况。四、导坑法施工导坑法是以一个或多个小断面导坑超前一定距离开挖，随后逐步扩大开挖至设计断面，并相继进行砌筑的方法。中央下导坑导坑法按导坑位置不同分为:上下导坑中央上导坑

两侧导坑（一）中央下导坑施工法导坑位于隧道的中部并沿底板掘进。当导坑掘至预定位置后，再行开帮、挑顶，完成永久支护工作。

1．中央下导坑先墙后拱法

该法的施工顺序是先挑顶后开帮，在开帮的同时完成砌墙工作。

适应条件:适用于围岩较稳定的隧道施工，一般为I-II级围岩石质隧道。六部开挖法又称漏斗棚架法如下图:其下导坑①宜超前一定距离（一般超过50m），随后架设漏斗棚架，向上拉槽②和挑顶③。②部和③部之间的距离一般为15m～20m，③部开挖完后立即进行刷帮，开挖④、⑤、⑥部。最后按先墙后拱的顺序衬砌浇筑。该法除下导坑和左右两帮（①和③部）外，其余各部位的岩碴均可经由漏斗漏到棚下的斗车内，再运出洞外。围岩条件允许时，可将①部与②部合并、③部与④部合并、⑤部与⑥部合并，即成为三部开挖法，使工序大为简化。漏斗棚架结构如图3—5所示。漏斗棚架结构图该法的施工特点是：优点:可容纳较多人员同时施工；且可以小型机械为主施工，既可利用棚架作脚手架；棚架上石碴又可由漏斗口漏人车内，省力、速度快。缺点:但该法由于需要几十米长的棚架，需用大量木材、钢轨；爆破也易损坏棚架和风水管路；围岩暴露时间较长，对施工安全不利。（二）中央上导坑施工法适应条件:随挖随砌的Ⅲ、Ⅳ级围岩的岩石及土质隧道。导坑①超前开挖并架临时支撑，随后落底②，更换导坑支撑。最后依次扩大两侧③，并立即进行砌筑。如岩质差、断面大，也可将导坑再分成几个小断面进行挖掘，先挖顶部后挖两帮并进行临时支撑，最后挖掉中间部分。土质隧道中，中间部分⑤可分三层进行。注意:中央上导坑施工法施工时为防止两侧内移，可在拱脚处架设横撑梁（也叫卡口梁）；或在中上部设横撑（过河撑）。上导坑先拱后墙法两侧墙⑥、⑧采用马口开挖，每侧开挖完成后立即砌墙。马口开挖分对开马口和错开马口两种，如图3—8a所示（括号内数字为错开马口）。马口长度以4m～8m为宜，松软破碎围岩可小于4m。对开马口即两帮马口同时相对开挖，适合于石质较好的隧道；错开马口即两帮马口相错开挖，适合于石质松软、破碎的隧道。

在岩石条件较差时，也可采用三步或四步跳跃法，如图3—8b所示（括号内数字为四步跳跃法）。对开马口可不必来回跳跃，不会打坏对面边墙、风水管路及脚手架等不必多次拆装，可加快边墙施工速度。（a）－马口形式；（b）－三步（四步）跳跃法1、2、3、4一马口开挖顺序；5一拱圈施工缝中央上导坑施工法的特点是：

拱圈衬砌及时，围岩暴露时间短；施工干扰大，进度慢；衬砌整体性差，故较适合于围岩稳定性差及长度较短（300m以内）的隧道。（三）上下导坑施工法（P146）适应条件:该法适用于Ⅲ类及Ⅳ级围岩的石质或土质隧道施工。1．施工顺序下导坑①超前上导坑②30m～50m，对于短隧道或石质差的隧道，这一距离还可小一些。其他工序拉开的距离以互不干扰、尽量缩短为原则。两个导坑挖好后，先扩大上部断面，并把拱圈修筑好，然后在拱圈保护下开挖下部断面，最后修筑边墙。上下导坑先拱后墙法施工顺序图中部挖去后，开始挖砌边墙，应采取以下措施：（1）拱脚悬空后需加强临时支撑，围岩稳定性差时，拱脚应设置托梁。（2）拱圈是分段浇灌的，段与段之间有施工缝，为避免挖边墙时使整段拱圈悬空，边墙应采用马口开挖。（3）砌筑拱圈时适当加厚拱脚处的衬砌，使部分拱脚支撑在围岩上，以保证拱圈不下沉。2．上下导坑施工法施工特点该法最大优点是下部各工序均在拱圈保护下进行，施工安全；有两个导坑，通风、排水、运输、管线布置等条件较好；能拉开工作面，便于使用小型工具；适用范围广，遇到地质情况变化，变换施工方法较易；但衬砌整体性差，马口开挖影响进度且有可能引起拱圈下沉；工序多，干扰大，施工管理不便，上导坑人工装碴劳动强度大。（四）两侧导坑施工法1．品字形导坑先拱后墙施工法适应条件:该法适用于III～IⅤ级围岩石质多线隧道施工.开挖顺序:先开挖呈品字形布置的导坑①、②，再在上导坑②扩大拱部③、④，矸石从漏斗漏至①中的斗车内运出，挖完拱部围岩后即砌拱圈Ⅴ，在拱圈保护下开挖边墙部分⑥，并砌筑边墙Ⅶ。最后开挖核心⑧部和⑨部。品字形导坑先拱后墙施工法优点:该法工作面较多，施工干扰小，一般不需要支撑或需简单的支撑，保留核心有利于支撑和施工安全，出碴运输方便，两个下导坑可用装岩机装碴。拱部扩大的大量岩碴可经由漏斗漏至下导坑的斗车内运出。核心部分⑧及⑨部可用大型机械全断面开挖，也可分台阶开挖。缺点:是导坑较多，衬砌整体性差，核心爆破时会影响下导坑运输及其他工序，遇到地层条件变化时，更换其他施工方法较难。2．侧壁导坑先墙后拱法适应条件:该法适用于V、VI级围岩土质隧道.当围岩比较稳定时，侧导坑可宽些，以留出运输通道。但围岩不稳定、围岩压力大时，或者在松软含水层处，导坑宽度就要尽量小些。上导坑尺寸不宜过大，开挖时也要考虑抬高量（30cm～40cm）；不良地段要短开挖（5m～10m）、强支撑、快衬砌。

侧壁导坑先墙后拱法

该法的特点:断面分块小，自下而上随挖随砌。因此，暴露时间短，对围岩的破坏扰动小，安全可靠。但是工序多，进度慢，导坑多，造价高，通风排水困难。四、新奥地利隧道施工法

——岩石地层的新奥法施工1、新奥法施工特点以往，人们认为在地层中开挖坑道必然要引起围岩塌陷掉落，开挖的断面越大，塌陷的范围也越大。因此，传统的隧道结构设计方法是将围岩看成是必然要松弛塌落，而成为作用于支护结构上的荷载。

传统的隧道施工方法是随挖随用钢材或木材支护，然后，从上到下或从下到上砌筑刚性衬砌。20世纪

60

年代以来，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、崩塌等现象有了更深的认识，提出新的、经济的隧道施工方法创造了前提。

1963年，新奥地利隧道施工法(NewAustriaTunnelingMethord)简称新奥法（

NATM）正式出台。

新奥法与传统的矿山法区别：传统的矿山法施工是把地层压力视作外力荷载，新奥法是把围岩和支护结构作为一个统一的受力体系，围岩是荷载的来源，又是支护结构体系的一部分，围岩和支护结构相互作用。

新奥法施工的基本思想是：充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、量测来指导地下工程的设计与施工。新奥法的主要特点如下（P149）：a、充分保护围岩，减少对围岩的扰动。因为岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，所以在施工中必须充分保护围岩，尽量减少对它的扰动。

b、充分发挥围岩的自承能力。为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一允许变形，使围岩中能形成承载环；二又必须限制它，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、及时砌筑又能随时加强的支护结构，如锚喷支护等。能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间（包括底拱闭合时间）来控制岩体的变形。c、尽快使支护结构闭合。为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状要尽可能地圆顺，以避免拐角处的应力集中。d、加强监测，根据监测数据指导施工。在施工阶段进行现场量测，及时提出量测信息（如坑道周边的位移或收敛、接触应力等）并及时反馈信息，用来指导施工和修改设计。新奥法的基本原则可扼要地概括为“少扰动、早喷锚、快封闭、勤量测”。2、新奥法施工方法新奥法施工，按其开挖断面的大小及位置，基本上又可分为全断面法、台阶法、分步开挖法三大类及若干变化方案。（1）全断面法全断面法注意问题：摸清前方的地质情况，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；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；加强对施工人员的技术培训。（2）台阶法台阶法分为长台阶法、短台阶法和超短台阶法。

采用何种台阶法，要根据以下条件：①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；②上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工场地大小的要求。

在软弱围岩中应以快封闭为主，兼顾后者，确保施工安全；在围岩条件较好时，主要考虑如何发挥机械效率，保证施工的经济性。

A、长台阶法

长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，上、下断面相距较远，一般上台阶超前50m

以上或大于5倍洞跨。施工时上下部可配同类机械进行平行作业。当隧道长度较短时，可先将上半断面全部挖通后，再进行下半断面施工，即为半断面法。

长台阶法的作业顺序如下：①上半断面施工。用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破(地层较软时可用挖掘机开挖)、安设锚杆和钢筋网（必要时加设钢支撑、喷射混凝土）、用推铲机将石碴推运到台阶下，再由装载机装入车内运至洞外。

根据支护结构形成闭合断面的时间要求，必要时在开挖上半断面后，可建筑临时底拱，形成上半断面的临时闭合结构，然后在开挖下断面时再将临时拱底挖掉。从经济上来看，应改用短台阶法。

②下半断面施工。用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破、装碴运至洞外、安设边墙锚杆（必要时）和喷混凝土、用反铲挖掘机开挖水沟、喷底部混凝土。

开挖下半断面时，其炮眼布置方式有两种：平行隧道轴线的水平眼、由上台阶向下钻进的竖直眼（插眼）如图所示。水平眼主要布置在设计断面轮廓线上。插眼的爆破效果较好，但爆破时石碴飞出较远，容易打坏机械设备。

③待初次支护的变形稳定后，或根据施工组织所规定的日期敷设防水层（必要时）和建造内层衬砌。长台阶法与全断面法比较：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，对开挖面的稳定有利。适用范围较全断面法广。

B、短台阶法

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5倍但大于1～1.5倍洞跨。上下断面采用平行作业。短台阶法的作业顺序和长台阶相同。

适用条件：适用范围很广，V-I级围岩都能采用，尤其适用于V、IV级围岩，是新奥法施工中主要采用的方法。

特点：缩短支护结构闭合的时间，改善初次支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值。缺点是上台阶出碴时对下半断面施工的干扰大，不能全部平行作业。采用短台阶法时注意：初次支护全断面闭合要在距开挖面30m以内，或距开挖上半断面开始的30天内完成；初次支护变形、下沉显著时，要提前闭合，要研究在保证施工机械正常工作前提下台阶的最小长度。

C、超短台阶法

分成上下两部分，但上台阶仅超前3～5m；采用交替作业。

施工顺序为：用一台停在台阶下的长臂挖掘机开挖上半断面至一个进尺；安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑；喷拱部混凝土。用同一台机械开挖下半断面至一个进尺；安设边墙锚杆、钢筋网或接长钢支撑，喷边墙混凝土（必要时加喷拱部混凝土）；开挖水沟、安设底部钢支撑，喷底部拱混凝土；灌注内层衬砌。超短台阶法适用条件：膨胀性围岩和土质围岩、要求及早闭合断面。

由于该法初次支护全断面闭合时间更短，有利于制围岩变形，在城市隧道施工中能更有效地控制地表沉陷，也适用于机械化程度不高的各级围岩地段。超短台阶法的缺点：上下断面相距太近，机械设备集中，作业时间相互干扰较大，生产效率较低，施工速度较慢。超短台阶法施工时注意：在软弱围岩中施工时，必要时采用辅助施工措施，如向围岩中注浆或打入超前小导管，对开挖面进行预加固或预支护，或留核心土。所有台阶法施工中，开挖下半断面时注意：①下半断面的开挖（又称落底）和封闭应在上半断面初次支护基本稳定后进行，或采取其他有效措施确保初次支护体系的稳定性（如扩大拱脚、打拱脚锚杆、加强纵向联接等，采用单侧落底或双侧交错落底，避免上部初次支护两侧拱脚同时悬空）。

②下部边墙开挖后立即喷射混凝土，并按规定做初次支护。③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。（3）分部开挖法分部开挖法可分为台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法。A、台阶分部开挖法

又称环形开挖留核心土法，一般将断面分成环形拱部（图a中的1、2、3）、上部核心土（图a中4）、下部台阶（图a中5）等3部分。环形拱部可分成几块交替开挖。环形开挖进尺为0.5-1.0m，不宜过长。上部核心土和下台阶的距离，一般双线隧道为1倍洞跨，单线隧道为2倍洞跨。作业顺序为：用人工或单臂掘进机开挖环形拱部；架立钢支撑、喷混凝土；在拱部初次支护下，用挖掘机或单臂掘进机开挖核心土和下台阶，随时接长钢支撑和喷混凝土、封底；根据初次支护变形情况或施工安排建造内层衬砌。拱形开挖高度较小或地层松软，锚杆不易成型，施工中不设或少设锚杆。

因上部留有核心土支挡着开挖面，而且能迅速及时地建造拱部初次支护，开挖工作面稳定性好。此方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩。

优点：与超短台阶法相比，台阶长度可以加长，减少上下台阶施工干扰；与侧壁法相比，施工机械化程度较高，施工速度快。注意：虽核心土增强开挖面的稳定，但开挖中围岩要经多次扰动，断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，这些有可能使围岩变形增大。常需采用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。

B、单侧壁导坑法一般将断面分成侧壁导坑、上台阶、下台阶3块。一般侧壁导坑宽度不宜超过0.5

倍洞宽，高度以到起拱线为宜，导坑分二次开挖和支护。在短隧道中可选挖通导坑而后再开挖台阶。上、下台阶的距离参照短台阶法或超短台阶法。

施工作业顺序：开挖侧壁导坑，并初次支护（锚杆加钢筋网或锚杆加钢支撑或钢支撑，喷射混凝土），应尽快使初次支护闭合；开挖上台阶，拱部初次支护，使其一侧支承在导坑的初次支护上，另一侧支承在下台阶上；开挖下台阶，进行另一侧边墙的初次支护，并尽快建造底部初次支护，使全断面闭合；拆除导坑临空部分的初次支护；施作内层衬砌。适用条件：跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩。C、双侧壁导坑法又称眼镜工法。当跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩特差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。实测表明，双侧壁导坑法引起的地表沉陷为短台阶法的1/2。

此法一般是将断面分成左、右侧壁导坑，上部核心土，下台阶4块。导坑宽度不超过断面最大跨度的l/3。左、右导坑错开的距离应据开挖一侧导坑引起围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则来确定。

作业顺序为：开挖一侧导坑，及时初次支护闭合；相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初次支护；开挖上部核心土，建造拱部初次支护，拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上；开挖下台阶，建造底部的初次支护，使初次支护全断面闭合；拆除导坑临空部分的初次支护；施作内层衬砌。

特点：开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面闭合的时间长；但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工中间变形几乎不发展。施工安全，速度较慢，成本较高。4、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，但又不使围岩松动塌落。根据实践经验，将新奥法中出现的异常现象及应采取的措施列于表中，措施A

指进行比较简单的改变就可解决问题的措施，措施B

指包括需要改变支护方法等比较大的变动才能解决问题的措施。第二节新奥法施工技术一、隧道施工应遵循的基本原则它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，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的原则。施工中遵循的基本技术原则是：(1)围岩是隧道的主要承载单元，在施工中充分保护和爱护围岩。(2)为了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制的变形。(3)变形的控制主要是通过支护阻力(即各种支护结构)的效应达到的。(4)在施工中必须进行实地量测监控，这是“新奥法”的重要组成部分。(5)在选择支护手段时，一般应选择能大面积的、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。(6)隧道施工过程是围岩力学状态不断变化的过程。(7)隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。(8)施工过程中，必须建立设计-施工检验-地质预测-量测反馈-修正设计的一体化的施工管理系统，提高和完善隧道施工技术。隧道施工的基本原则概括：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。二、新奥法的施工工序三、锚喷支护原理（一）锚喷支护与现代支护理论

1、喷射混凝土：利用压缩空气或其他动力，将按一定配比拌制的掺有速凝剂的混凝土混合物沿管路输送至喷头处，以较高速度垂直喷射于受喷面，依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击、压密而形成的一种混凝土。它是将按一定配比拌制而成的水泥裹砂砂浆和以粗骨料为主的混合料，分别用砂浆泵和喷射机输送至喷嘴附近相混合后，高速喷到受喷面上所形成的混凝土。喷射混凝土可以单独用于地下支护，也可以和其他结构组合起来形成地下支护。

2、锚喷支护：是一种组合支护，它是将喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土、钢拱架喷射混凝土结构组合起来的支护形式。可以根据不同围岩的稳定状况，采用锚喷支护中的一种或几种结构的组合。

锚喷支护是现代支护理论（或新奥法)原则的物质基础，现代岩石力学是现代支护理论的理论支柱。概括起来有以下四个方面：☆在决策地下工程修建方法，要确保维护围岩稳定这一基本目标。可以说确保岩层稳定是地下工程顺利修建的前提条件，它既是一个大原则和出发点，又是工程的最终验收标准。一定要：(1)做好工程地质勘察工作。工程地质勘察要贯穿于锚喷支护设计与施工的全过程，它既可为锚喷支护设计、施工提供依据，又能为修改设计和指导施工提供信息。(2)洞室开挖会破坏围岩原有的平衡，导致围岩失稳，要控制开挖引起的应力重分布不使开挖空间达到丧失稳定的程度。(3)不同岩层的自稳时间差别很大，对软弱岩层要及时采取适当的支护形式，防止岩层垮落。(4)选择对岩层局部扰动较小的施工方法，有利于岩层的整体稳定。盾构法、切割法比钻爆法扰动小，控制爆破（光面爆破、预裂爆破）比普通爆破扰动小。要把支护与围岩视作统一的承载结构，认真地研究支护与围岩共同工作的机理和力模型。传统支护理论与现代支护理论在设计观念上差别表现在：(1）对围岩和围岩压力的认识上：传统支护理论认为围岩压力是由洞室塌落的岩层松散形成的，支护只要承担这些松散体压力，就能维持围岩稳定。对松散体是正确的。而现代支护理论认为所有结构性岩层都具有一定的自稳能力。作用于支护上的压力，在围岩没有丧失稳定以前，是阻止围岩变形所形成的变形压力，围岩全丧失稳定以后才转化为松散体压力。(2）在围岩与支护的关系上：传统支护理论把围岩与支护分开研究。围岩当作荷载支护作为承载结构，建立所谓荷载-结构体系。这种认识实质上是认为支护对控制围岩变形、松动、垮落无能为力。而现代支护理论把围岩与支护视作不可分割的统一体，二者组成“围岩-支护”体系而共同参与工作。支护结构不仅能承受所谓“围岩荷载”，同时也有助于维护围岩稳定，支护在限制围岩变形的过程中，具有某种主动性。

(3）计算简图上：传统支护理论与一般地面结构没有本质差别，首先要确定作用于支护上的荷载，然后按一般结构进行计算，简图如图a；而现代支护理论计算简图如图b。荷载是岩体地应力，它由围岩与支护共同承担。只有在岩体开挖后的瞬间把支护加上才有可能，只有锚喷支护才能采用这样的计算简图。（因为锚喷支护是紧贴岩面的，不仅快速也没有回填在实践工程中，一些隧道由于超挖严重，在二次支护后留下回填空间的做法，显然违背了现代支护理论的要求，留下了工程隐患。）☆在围岩与支护的统一体中，围岩所占的比重最大，起的作用也最大，它是承载地应力主体，对隧道稳定起着决定性的作用。必须注意：(1）重视岩体的整体稳定，不要把隧道修在滑坡体中，隧道口不要大削坡，尽量做到小开口早进洞。(2）选择支护时机、支护强度、预应力大小，控制围岩产生有限的应力松弛或进入塑性状态，又不致大规模丧失稳定，有效地调动围岩的自承自稳能力。(3）支护作用仅限于调整围岩应力、阻止局部失稳、控制围岩变形、实现某种运营功能的手段，过强的支护对于维护围岩稳定并无必要。☆隧道修建的全过程始终坚持监控量测，预测隧道的稳定性和最终位移，进行反馈分析。它是了解围岩与支护的工作状态，评价隧道开挖方案和支护时机的合理性，支护结构参数选择的正确性的基本依据，也是修改设计参数，决定新的支护形式和支护参数，或进行第二次支护的基本依据。锚喷支护、现场量测、光面爆破构成了新奥法的三大技术支柱，是现代支护理论赖以实现的物质基础。不是说在实际工程中只要采用以锚喷支护为代表的三项技术，就是实现了新奥法。只有在设计施工全过程中认真地实施上述原则，同时采用这三项技术的地下工程作业，才算真正的新奥法施工，才能获得工程质量与经济效益的完美统一。四、锚喷支护特点

1、及时性由于工艺本身的原因，它能支护及时迅速，加之喷射混凝土的早强和全面密贴性能，保证支护的及时性和有效性。

及时性能给围岩提供支护抗力，改善围岩应力状态，使围岩由二向应力状态变为三向应力状态，从而使图应力圆右移。岩体抗剪强度上移，提高了岩体的稳定性。

2、紧贴性粘结力一般可达7MPa。可产生三种作用：(1)“联锁”作用。将被裂隙分割的岩块粘联在一起，保持了岩块间咬合。(2)“复合”作用。围岩与支护结成一个复合体，保证二者在径向和切向上都共同工作。有利于围岩和支护承载能力的发挥。结构上可以认为喷层与围岩是刚性支座接触，在等荷载作用下，弯矩值减小。(3)“增强”作用。喷射混凝土射入围岩裂隙，充填围岩凹穴，与围岩紧密粘贴，提高了围岩的强度，减少了围岩应力集中。

3、柔韧性锚喷支护属柔性支护。虽喷射混凝土是一种脆性材料，但由于施工工艺上的特点，喷射混凝土与岩体紧密粘贴，使它有可能喷得很薄，所以呈现一定柔性，此柔性可通过分次喷层的方法进一步发挥。锚杆也属柔性支护，因其加固的岩体，可以允许岩体有较大的变形而不破坏，甚至能同被加固的岩体作整体移动，并且仍能保持相当大的支护抗力。

分析曲线：

岩石特性曲线—从弹塑性理论分析：地下洞室开挖后，在围岩不致松散的前提下，维护洞室稳定所需的支承抗力随塑性区的增大而减少。

支护特征曲线：如果支护太“刚”，不能充分利用地层抗力而使支护承受相当大的径向荷载；反之，如果支护太“柔”，则会导致围岩松动，形成松动压力，也会使支护上所受的荷载明显增大。结论：锚喷支护易调节围岩变形，能有控制地允许围岩塑性区有适度的发展，以发挥围岩自承能力。实践表明，锚喷支护的柔性“卸压”作用，对发挥围岩的自承力和改善支护结构的受力状态是十分有利的。

4、深入围岩内部加固锚杆能深入岩体内部一定深度加固围岩。按一定方式、间距布置的锚杆群（系统锚杆），可以提高围岩锚固区的强度和整体性，改善围岩应力状态，制止围岩松动，它与围岩结合成承载圈，充分调动和增强围岩的自承能力。

5、支护组合和设置时间的灵活性（1）锚喷支护的类型和参数可根据各段不同的地质条件随时调整。洞室围岩地质条件千变万化，锚喷支护可随时调整参数。另外，锚喷支护易于实施围岩整体破坏整体加固、局部破坏局部加固的原则，以适应不同的需要和大幅度地降低工程费用。（2）支护组合和设置时间的可分性锚喷支护的设置可以一次完成，也可以分次完成。这样的工艺特征有利于支护实现“先柔后刚”，逐步增强”的效果，更好地发挥围岩自承能力，也有利于发挥喷层的强度、节省支护材料用量。（3）广泛的适用性

6、密封性由于喷射混凝土的及时性和紧贴性，因此能及时封闭围岩的暴露面，阻止围岩的潮解和风化。对于保护和抑制膨胀性岩层和易风化岩层的强度过度丧失有特别的效果。五、锚喷支护结构类型、设计、施工锚喷支护是指锚杆支护、喷射混凝土支护以及它们与其他支护结构的组合。类型有：锚杆支护；喷射混凝土支护；锚杆喷射混凝土支护；钢筋网喷射混凝土支护；锚杆、钢网、钢架喷射混凝土支护；锚杆、钢网喷射混凝土支护；）预应力锚杆、钢网喷射混凝土支护。锚喷支护作用原理１.锚杆支护作用原理（1）悬吊作用原理（２）组合梁作用原理组合梁实质是把层状岩体看成一种梁．用锚杆将各层岩石锚固成组合梁，层间摩擦阻力增大，从而增加了组合梁的抗弯强度和承载能力(3）挤压加固作用原理拱形压缩带作用1-锥形体压缩区2-连续压缩带锚喷支护的施工1.锚杆施工要求（１）锚杆应均匀布置，在岩面上排成矩形或菱形，锚杆间距不应大于锚杆长度的1/2，以有利于相邻锚杆共同作用；（２）锚杆方向控制；（３）锚杆眼深与作业规程和所使用的锚杆相一致；（４）锚杆眼必须用压气吹净孔底岩粉、碎渣和积水保证锚固质量；（５）锚杆直径应与锚固力的要求相适应；（６）保证锚杆有足够的锚固力。2.锚杆施工工艺（１）钢筋砂浆锚杆；(先灌后锚和先锚后灌）材料配合比；钻孔；注浆与安装锚杆。（２）树脂锚杆；（３）内注浆锚杆。树脂锚杆安装工艺锚喷支护工艺流程六、锚杆（一）锚杆类型1、全长粘结型锚杆：如普通水泥砂浆锚杆、早强水泥砂浆锚杆、中空注浆锚杆、自钻式注浆锚杆。2、端头锚固型锚杆,按结构可分为：机械式内锚头（如楔缝式锚杆、倒楔式锚杆、胀壳式锚杆）粘结式内锚头（水泥砂浆内锚头，快硬水泥卷内锚头，树脂药包内锚头）3、摩擦型锚杆（如缝管式锚杆、楔管式锚杆、水胀锚杆）4、预应力锚杆：☆隧道工程的永久支护必须采用全长粘结型锚杆和预应力注浆锚杆。其他型式锚杆通常只能作为临时支护，只有证明全孔注浆饱满的才能用于永久支护。（二）隧道及边坡工程中常用的几种锚杆

1、水泥砂浆锚杆水泥砂浆锚杆由水泥砂浆、杆体、垫板和螺母组成。杆体可以用带肋钢筋或高强度玻纤树脂实心或空心管。垫板可以用金属材料，也可以用工程塑料。

特点：具有结构简单，加工、安装方便，价格便宜，对围岩的适用性强，具有一定锚固力，使用较广泛。安装后要有一个养护过程不能承载。工艺简陋，易导致注浆不密实。沿海发达地区已被中空注浆锚杆取代。砂浆锚杆结构

2、早强水泥砂浆锚杆与水泥砂浆锚杆的唯一区别是注浆材料。早强砂浆由硫铝酸盐早强水泥、砂、早强剂配制而成，一般在2～4h就具有50kN左右的锚固力。在软弱、破碎、自稳时间短的围岩中显示出一定的优越性。

3、快硬水泥卷内锚头锚杆由快硬水泥卷（锚固剂）、杆体、垫板、螺母、排气管组成。

快硬水泥卷的构造如图所示，由快硬水泥、滤纸筒、玻璃纤维纱网组成。有三个主要参数：：快硬水泥卷直径，与钻孔相配合，比钻孔直径小6～

8mm，以利水泥卷推送。

L：快硬水泥卷总长度。该值由内锚固段长度l确定，按下式计算：

式中：d―钻孔直径；―杆体直径；k―富余系数，取1.05～

1.1。

4、中空注浆锚杆与水泥砂浆锚杆的最大差别是所用杆体不同，水泥砂浆锚杆采用带肋钢筋，为实心杆体。中空注浆锚杆采用冷轧左旋螺纹杆体，为空心管。中空注浆锚杆利用杆体中空管道进行注浆，浆液直达孔底，能保证注浆饱满。注浆锚杆分无压注浆和压力注浆，注浆时采用封堵技术的为压力注浆，否则为无压注浆。

5、自钻式注浆锚杆在中空注浆锚杆的前端安装一个钻头就成为自钻式注浆锚杆，它由中空杆体4、垫板2、螺母1、连接器5、排气管3和钻头6组成。自钻式锚杆适于钻孔过程易塌孔，而且必须采用套管跟进的复杂地层。

这种锚杆将钻孔、注浆及锚固等功能一体化，在隧道超前支护系统及高地应力、大变形隧道的变形控制等工程中均取得良好效果。但是价格较高，使用范围受到限制。普通内注式注浆锚杆结构端锚内注式注浆锚杆结构

楔缝式内锚头锚杆D-钻孔直径；φ-锚杆杆体直径；δ-锚杆杆体楔缝宽度；b-楔块端头厚度；α-楔块的楔角；h-楔块长度；h1-楔头两翼嵌入钻孔壁长度；n-楔缝两翼嵌入钻孔壁深度A楔块杆体垫板螺母h1hadnDδφ

胀壳式内锚头钢绞线预应力锚索1-导向帽；2-六棱锚塞；3-外夹片；4-挡圈；5-顶簧；6-套管；7-排气管；8-粘结砂浆；9-现浇混凝土支墩；10-垫板；11-锚环；12-锚塞；13-锥筒；14-顶簧套筒；15-托圈123456789101112131415内锚固（头）段张拉段外锚固（头）段玻璃钢锚杆

矿用锚索

高强度塑料托盘

树脂锚固剂

金属网

普通中空锚杆锚杆间距Ｄ取以下两式较小者：锚杆长度Ｌ取以下两式较大者：自进中空注浆锚杆钢质涨壳中空注浆锚杆

七、预应力描杆（索）预应力锚杆由外锚头、锚杆体和内锚固段组成，统称预应力锚固体系。图的外锚头由钢筋混凝土垫墩、钢垫板、岩锚锚板、夹片和导向钢管等部件组成，它是实现张拉和锁定的装置。八、喷射混凝土支护

1、喷射混凝土的设计强度要求喷土的设计强度等级不应低于C15；对于竖井及重要隧道和斜井工程，喷射混凝土设计强度不应低于20；喷射混凝土1d龄期的抗压强度不应低于5MPa。钢纤维喷射混凝土的设计强度等级不应低于C20，其抗拉强度不应低于2MPa，抗弯强度不应低于6MPa。

2、喷射混凝土支护厚度喷射混凝土支护厚度，最小不应低于50mm，最大不宜超过200mm。由于喷射混凝土收缩较大，若其厚度小于50mm，喷层中的粗骨料含量少，更容易引起收缩开裂。喷层过薄也不足以抵抗岩块的移动，常出现局部开裂或剥落。近年，对喷射混凝土支护使用情况的调查结果也表明，支护局部开裂剥落者，其厚度多在50mm以下。故有喷射混凝土支护厚度不小于50mm的规定。喷层具有一定的柔性。特别在软岩中的初期支护，如果喷层过厚，会产生过大的变形压力，导致喷层破坏，这是不经济的。在这种情况下，配置钢筋和调整锚杆参数不仅能满足支护抗力要求，而且也比较经济。因此，规定喷射厚度一般不应超过200mm。

3、钢纤维喷射混凝土钢纤维喷射混凝土的一系列性能都优于普通喷射混凝土，特别是它具有良好韧性（即从加荷开始直至试件完全破坏所作的总功，常以荷载挠度与横坐标轴所包络的面积表示），约比素喷混凝土提高10～50倍，抗冲击能力约比素喷混凝土提高380倍。故在膨胀岩体高地应力隧洞和受上层施工影响的地下工程中，宜采用钢纤维喷射混凝土支护。钢纤维喷射混凝土用的钢纤维应遵守下面规定：普通碳素钢纤维的抗拉强度不得低于380MPa。钢纤维的直径宜为0.3～0.5mm。当纤维体积百分率不变时，纤维直径增大，则纤维在混凝土中的分布间距也增大；反之，纤维直径越小，纤维间距也随之减小。纤维间距越小，对混凝土裂缝扩展的约束能力也就越强，使混凝土的各种性能更能得到强化。但纤维直径太小，使纤维添加和钢纤维混凝土的搅拌和施工发生困难。其最佳直径约为0.3～0.5mm。长度宜为20～25mm，最长不要超过25mm。钢纤维的掺量宜为干混合料重量的（3～6)％。钢纤维喷射混凝土所用水泥标号不宜低于32.5级，骨料粒径不宜大于10mm，粒径越大，钢纤维分布的均匀性越差。喷砂浆支护；(10--10mm;C7.5)

喷射混凝土支护；(30--200mm;C15,C20)

锚喷支护；锚喷网支护；(150*150mm;2.5—10mm;>30mm)

锚注喷射混凝土支护。喷射混凝土支护结构

喷射混凝土施工

1.喷射混凝土施工工艺

干式喷射法

喷射混凝土施工可分为：潮式喷射法

湿式喷射法

注浆施工工艺流程细骨料粗骨料水泥搅拌机干式喷射机速凝剂压缩空气水喷头

干喷工艺流程１－湿石子；２－湿砂子；３－筛子；４－磅秤；５－搅拌机；６－水泥；７－筛子；８－运料小车；９－料盘；１０－上料机；１１－喷射机；１２－双水环；１３－喷头；１４－水箱；１５－压气包；１６－电源；１７速凝剂潮喷法喷射混凝土工艺流程图细骨料

粗骨料

水泥

水

外加剂

搅拌机

湿式

喷射机

压缩空气

速凝剂

-

湿喷工艺流程

2.喷射混凝土的机具设备转子２型混凝土喷射机ＨＰＣ－Ｖ型混凝土喷射机ＰＣ５Ｂ型混凝土喷射机混凝土喷射机

混凝土湿喷机

3.喷射混凝土的主要工艺参数（１）工作压力；（２）水压；（３）水灰比