实用的隧道施工方法

第6章隧道施工办法本章讲授：

1.新奥法施工办法

2.传统矿山法与新奥法对比

3.洞口段施工办法

4.明洞施工办法

5.辅助施工措施

6.特殊地质地段隧道施工第1页6.1概述6.1.1隧道工程施工特点

1.施工全过程受制于地质条件

2.大型隐避工程

3.施工环境较差

4.多地处偏远山区，交通不便。

5.狭长建筑物，工作面很少。

6.施工不受气候影响

第6章隧道施工办法第2页1.隧道施工主要办法⑴矿山法●传统矿山法●新奥法⑵明挖法⑶掘进机法⑷盾构法⑸沉管法⑹顶进法本章介绍：矿山法、明挖法

第6章隧道施工办法6.1.2隧道施工办法及其选择

第3页⑴工程主要性⑵工程地质与水文地质条件⑶施工技术水平、机械设备情况⑷施工中动力和原材料供应情况⑸工程投资与运行后社会效益和经济效益⑹对环境保护要求⑺施工单位习惯做法2.影响施工办法主要原因

第6章隧道施工办法

第4页新奥法与传统矿山法关键异同点：

相同：均采取钻爆法施工。不一样：对围岩处理不一样。

新奥法施工基本标准：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。

12字口诀，务必理解渗入！6.2新奥法施工办法第6章隧道施工办法

第5页～全断面一次开挖法

1.适应条件⑴Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ级围岩⑵大型施工机具(钻孔台车、模板台车等)⑶经济性考虑：中长隧道。

6.2.1全断面法

第6章隧道施工办法

第6页表达办法：横断面工序图、纵断面工序展开图习惯标注办法：①阿拉伯字1、2、3...表达挖掘;②罗马字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ...表达支护；2.施工次序

第6章隧道施工办法

第7页量测

台车就位钻眼装药、放炮找顶出碴锚喷通风

钻爆作业循环：

第6章隧道施工办法

第8页⑴工序少，管理方便；⑵进度快～大型机械、爆破效果好；⑶对围岩扰动少～爆破1次；⑷要求地质条件较好。问题：地质条件变差时，大型机械怎么办？

3.施工特点

第6章隧道施工办法

第9页三条主要作业线：(1)

开挖作业线

钻孔台车、装药台车、大型装碴机与运载车…(2)锚喷作业线

混凝土喷射机、喷射机械手、运输进料设施…(3)模注混凝土衬砌作业线

混凝土拌合、混凝土输送、防水层作业、衬砌模板…

4.机械化施工关键

第6章隧道施工办法

第10页1.特点●将断面从上至下提成2个或3个台阶开挖；●伴随台阶长度调整，它几乎能够用于所有地层，因而是在现场使用主导办法。2.种类长台阶法短台阶法超短台阶法

6.2.2台阶法

第6章隧道施工办法

第11页(1)早期支护闭合环时间要求围岩越差，闭合时间要求越短，台阶必须缩短。(2)施工机械效率效率高，则能够缩短支护闭合时间，台阶可合适加长。标准：希望早期支护尽快闭合。围岩不好时，应以条件⑴为主；围岩较好时，应以条件⑵为主。3.选择台阶长度条件第6章隧道施工办法

第12页⑴长台阶法台阶长度L≥5B，B为洞室宽度。

甚至能够上台阶先贯通，即为“半断面法”。特点：进度快，仅次于全断面法。适用于：Ⅲ～Ⅰ级围岩。4.施工工序第6章隧道施工办法

第13页台阶缩短：（1～1.5）B≤L＜5B,特点：①支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；②台阶缩短加大了对下台阶施工干扰。适用于：Ⅴ、Ⅳ级围岩(2)短台阶法第6章隧道施工办法

第14页答：上台阶存碴面积减小，往下台阶推碴次数增多。处理措施：增加平行作业时间，有助于加快进度。①皮带运输机②过渡坡道

Ⅰ、钢构造跳板(仰拱先做)Ⅱ、石碴坡道(仰拱后做)～见下面相片问题：台阶缩短对施工进度有何不利？

第6章隧道施工办法

第15页第16页上台阶长度仅为3～5m。特点：更有助于控制围岩变形，但上下台阶相隔太近，施工干扰大。适用于：软弱破碎围岩(Ⅴ、Ⅵ级围岩)

⑶超短台阶法第6章隧道施工办法

第17页①下半断面开挖应在上半断面早期支护基本稳定后才能进行；②开挖后要及时喷砼，暴露时间愈长愈不安全；③量测要及时，当位移速度加快时，应立即采取措施。

短台阶施工注意：第6章隧道施工办法

第18页将3种台阶法放在一起比较：区分主要在台阶长度。第6章隧道施工办法

第19页答：反台阶法速度快不安全淘汰问题：能否下台阶先进？第6章隧道施工办法

第20页1.环形开挖留关键土法特点：①留关键土支顶工作面，稳定性优于超短台阶法：②进度慢。适用于：土质或易坍塌软弱围岩；小型施工机具。6.2.3分部开挖法第6章隧道施工办法

第21页关键土工字钢临时工作平台第22页环形开挖留关键土法变化方案：关键土留在下台阶，减少开挖工序课堂讨论：变化方案与原方案比较？第6章隧道施工办法

第23页特点：①洞室开挖跨度减小，有助于围岩稳定；②导坑要闭合，增加了材料用量；③进度慢。

适用于：断面跨度大，对地表沉陷有控制要求软弱。2.单侧壁导坑法

第6章隧道施工办法

第24页特点：①双导坑，使洞室最大开挖跨度更小，稳定性增加；②耗材增加；③进度慢。适用于：对地表沉陷要求更高，或跨度更大隧道。3.双侧壁导坑法(眼镜工法)第6章隧道施工办法

第25页第26页1.双侧导坑开挖是对开还是错开？为何？答：应错开挖，间距7～10m。避免在同一断面上同步开挖总跨度过大。2.导坑尺寸如何确定？答：应满足施工要求，但宽度不宜超出断面最大跨度1/3。问题：第6章隧道施工办法

第27页6.3.1传统矿山法介绍传统矿山法有：●全断面法●台阶法●漏斗棚架法●蘑菇形法●上下导坑先拱后墙法，等。仅选择传统矿山法中具有代表性上下导坑法给予介绍，以资与新奥法施工对照。6.3传统矿山法第6章隧道施工办法

第28页上下导坑先拱后墙法第29页长处：①有拱圈保护，安全；②有两个导坑，有助于通风、排水与运输。缺陷：①两个导坑增加了造价；②边墙须开挖马口，进度慢。适应于：Ⅴ、Ⅳ级围岩。第6章隧道施工办法

第30页名词解释：

挖马口～在“先拱后墙法”施工中，开挖边墙工序。

第6章隧道施工办法

第31页定义：先行开挖，能为后续开挖提供施工便利坑道。①为后续工作面发明临空面，提升爆破效果；②查明前方地质情况；③排除地下水；④铺设“三管两线”～水管、压缩风管、通风管；电线、运输线；⑤改善施工通风条件。导坑作用：第6章隧道施工办法

第32页相同：均属于钻爆法。不相同：对围岩结识和处理上不一样。对照表6-2解释：6.3.2传统矿山法与新奥法施工区分第6章隧道施工办法

第33页6.4.1洞口段概念指洞口浅埋段，即开挖也许给洞口地表造成不良影响范围。6.4洞口段施工办法第6章隧道施工办法

第34页1.覆盖浅、地质差，地表水汇集。2.进洞顺利与否，对工程展开影响甚大。洞口段施工注意事项:⑴先清理洞口边仰坡有也许滑塌表土及危石。⑵刷坡应自上而下逐段开挖。⑶不采取深眼大爆破开挖边仰坡。⑷洞门厚度内衬砌应与洞身衬砌同时施工，连成整体。⑸端墙砌筑与回填应两侧对称同时进行，以防衬砌产生偏压。⑹洞口应设置加强衬砌段，其长度一般大于10m。

洞口段特点：第6章隧道施工办法

第35页影响施工办法原因：●施工机具配备情况●洞外相邻建筑影响●地形条件●地质条件---最为主要！按地质条件，有下列几个施工办法：1.全断面法进洞适应于：Ⅱ、Ⅰ级围岩。注意事项：初始10～20m区段开挖，应将爆破进尺控制在2～3m。6.4.2进洞办法第6章隧道施工办法

第36页视地质条件，严格控制爆破进尺：⑴Ⅳ、Ⅲ级围岩～短台阶爆破进尺1.5m～2.5m；网、锚、喷支护。⑵Ⅴ、Ⅳ级围岩～短台阶爆破进尺在1.5m以内；超前锚杆(或小导管)，钢拱架。⑶Ⅵ、Ⅴ级围岩～超短台阶进尺0.5～1.0m；不爆破，人工或机械挖掘。问题：Ⅰ、Ⅱ级围岩能否用台阶法进洞？答：能够，前提是在不具有全断面进洞条件下(无大型机具)

用长台阶法，但初始段爆破进尺仍应控制在2～3m内。2.台阶法进洞第6章隧道施工办法

第37页当围岩很差，超短台阶法往往还不够安全，可用:⑴环形开挖留关键土法(前已述)⑵侧壁导坑法(前已述)⑶下导坑法3.其他进洞办法第6章隧道施工办法

第38页超前锚杆

超前小导管

管棚等

介绍管棚进洞法：

适用于：

软弱地层等。

(4)预支护法进洞第6章隧道施工办法

第39页现场管棚：管棚及套拱第40页管棚及套拱第41页适用于：覆盖层薄、边仰坡不稳、偏压等。办法：在洞口处先作一段明洞，抵紧仰坡坡脚，在明洞上及时回填以加固仰坡，然后暗挖进洞。4.明洞法进洞第6章隧道施工办法

第42页6.5明洞施工办法6.5.1先墙后拱法全称为“所有明挖先墙后拱法”。

适用于：临时边坡能临时稳定对称式明洞。长处：衬砌整体性好，施工空间大，有助于施工。缺陷：土方开挖量大，刷坡较高。第6章隧道施工办法

第43页6.5.2先拱后墙法

适用于：不宜大范围开挖边仰坡情况。长处：土石方开挖量较小，刷坡较低。缺陷：衬砌整体性较差，边墙防水层施作不方便。第6章隧道施工办法

第44页辅助施工措施：对地层进行预支护或预加固。预支护：预留关键土超前锚杆管棚，等。预加固：地层注浆地表锚喷加固。预支护兼预加固：超前小导管注浆

6.6辅助施工措施第6章隧道施工办法

第45页6.6.1超前锚杆特点：形成超前于工作面围岩加固棚。适用于：软弱破碎地层。第6章隧道施工办法

第46页超前锚杆第47页表6-3超前锚杆(或小钢管)设计参数围岩级别锚杆直径(mm)小钢管直径(mm)锚杆长度(m)环向间距(cm)外插角锚杆小钢管Ⅴ20～25323～530～505°～10°5°～10°Ⅳ18～2240～60注：①外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线夹角；②锚杆或小钢管长度应与实际掘进循环长度一起考虑；③中空锚杆目前最小直径为25mm。第6章隧道施工办法

第48页6.6.2管棚第6章隧道施工办法

第49页特点：管径粗(外径为70～180mm)。施作要点：(1)单根长4～6m，总长可至数十米。(2)一环管棚长度一般大于10m。(3)可向管内注入水泥砂浆，以增加其刚度。(4)钢管尾部需架设在钢拱架上，并焊死；(5)相邻两榀钢拱架间以拉筋相连。(6)与岩壁之间，环向每隔2m应用楔子楔紧。优点：在所有预支护措施中，管棚支护能力最强。缺点：施工技术较复杂，造价较高。第6章隧道施工办法

第50页单根钢管构造：第6章隧道施工办法

第51页6.6.3超前小导管注浆特点：预支护+预加固，支护效果强于超前锚杆。适用于：软弱破碎地层。步骤：喷砼封闭开挖面；钻孔；插入小导管；；导管注浆。第6章隧道施工办法

第52页小导管构造：φ38～42mm无缝钢管，单根长3～5m，管壁注浆孔，孔径φ6～8mm,孔距15～20cm。第6章隧道施工办法

第53页小导管钢拱架第54页第55页①注浆材料～水泥浆，或水泥～水玻璃浆；②注浆压力～0.5～1.0MPa。③单根导管浆液扩散半径，按下式计算：

b--导管中至中间距.④单根导管注浆量：

l—导管长度，m；

n—围岩空隙率，%。④注浆效果检查：取岩芯，达设计要求后才能进行开挖。第6章隧道施工办法

小导管设计注意事项：第56页

6.6.4预注浆加固地层

1.注浆办法⑴渗入性注浆⑵劈裂性注浆⑶压密性注浆⑷高压喷灌注浆2.钻孔机械和灌注管⑴钻机⑵注浆管：第6章隧道施工办法

第57页

隧道注浆办法:

①超前小导管注浆(见前)；②超前长导管注浆，图a；第6章隧道施工办法

第58页③地表注浆,图b；③由平导内向正洞周围注浆，图c，等。

而采取得最多仍是超前小导管注浆。第6章隧道施工办法

第59页3.注浆数量控制

⑴现场注浆试验；⑵公式计算作参照：注浆总数量(6-3)式中：A——注浆范围岩体积；

n——围岩空隙率，%；

α——浆液充填系数，一般取0.7～0.9；

β——注浆材料损耗系数，一般在0.1左右。式中就是地层充填率。

第6章隧道施工办法

第60页目：稳定边仰坡。适用于：覆盖层薄或高大边仰坡。1.地表锚喷预加固类型与加固方法⑴洞边仰坡网、锚、喷(相片)地表网锚喷6.6.5地表锚喷加固第6章隧道施工办法

第61页⑵洞门上方陡坎加固第6章隧道施工办法

第62页锚杆加固范围：①经验办法加固宽度B≥(1～2)b，b为隧道开挖宽度；加固长度为浅埋段长度。②破裂面估算法：用一院法计算破裂角β。第6章隧道施工办法

第63页⑴喷层厚5～10cm；⑵锚杆直径16～22cm，长度3～6m，间距1～2m；⑶钢筋网：筋径6～8mm，40cm×40cm网格；(4)在洞门一定范围内，宜尽可能将地表锚杆插入拱部衬砌中。

2.地表锚喷加固经验参数

第6章隧道施工办法

第64页6.7特殊地质地段隧道施工特殊地质地段：膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、流沙、岩爆，瓦斯地层等。施工注意:●制定针对性强施工方案。●施工总标准：

“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”。●充足考虑采取预支护、预加固措施。第6章隧道施工办法

第65页1.膨胀土围岩特性膨胀土：土中粘土成份主要由蒙脱石等亲水性矿物组成。特点：⑴显著塑性流变特性，开挖后塑性变形大。⑵早期围岩变形大，且变形发展速度快。⑶膨胀压力将使得围岩压力显著增加。第6章隧道施工办法

6.7.1膨胀土围岩第66页2.膨胀土围岩对隧道施工危害⑴围岩裂缝⑵隧道下沉⑶围岩鼓出(包括底鼓)、坍塌⑷衬砌变形和破坏第6章隧道施工办法

第67页3.隧道在膨胀土围岩中施工重点⑴加强观查与量测⑵合理选择施工办法：短台阶或超短台阶法单侧壁导坑法环形开挖留关键土法眼镜工法等第6章隧道施工办法

第68页4.隧道在膨胀土围岩中基本施工标准施工基本标准：应尽也许减少对围岩扰动和避免水浸湿。注意两点：①尽也许不用爆破，而是采取风镐、液压镐等开挖机械。②尽也许缩短围岩暴露时间，及时支护。第6章隧道施工办法

第69页4.膨胀土隧道支护构造早期支护：网、锚、喷联合支护喷射钢纤维混凝土(取消钢筋网)辅助施工措施：超前锚杆超前小导管注浆管棚、钢支撑等。衬砌：必须设仰拱。第6章隧道施工办法

第70页6.7.2黄土1.黄土分类及其对隧道施工影响⑴黄土节理◆在隧道开挖时，土体顺着节理张松或剪断。◆隧道顶部极易产生“塌顶”；◆侧壁普遍出现掉土。第6章隧道施工办法

第71页⑵黄土冲沟地段隧道沿黄土冲沟或塬边(四边陡、顶上平黄土高地)地段穿过，且覆盖较薄或偏压较大时，容易发生较大坍塌或滑坡现象。⑶黄土溶洞与陷穴这是黄土地域经常见到现象。◆隧道若在其上方，则有基础下沉危害；◆隧道若在其下方，常有发生冒顶危险；◆隧道若在其邻侧，则有也许承受偏压。第6章隧道施工办法

第72页⑷水对黄土隧道施工影响◆黄土在干燥时很结实，承压力也较高，施工可顺利进行。◆当土受水浸湿后则呈不一样程度湿陷性，会突然发生下沉现象，极容易造成隧道坍塌。第6章隧道施工办法

第73页2.黄土隧道施工办法◆施工标准：“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”。◆开挖办法：短、超短台阶法、环形开挖留关键法。第6章隧道施工办法

第74页6.7.3溶洞岩溶：可溶性岩层，如石灰岩、白云岩等，在水作用下产生沟槽、空洞以及地表陷穴等现象。溶洞：溶洞是岩溶现象一种。1.溶洞类型及其对隧道施工影响◆溶洞类型：●死、干、小型溶洞：较容易处理●活、湿、大型溶洞：较难处理。第6章隧道施工办法

第75页◆对隧道施工影响：

●溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；●溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理；●溶洞涌泥危及施工。2.隧道遇到溶洞时工程对策处理溶洞办法：“引、堵、越、绕”四种。第6章隧道施工办法

第76页⑴引◆注意：遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。◆办法：暗管、涵管或小桥等，见图6-19。⑵堵◆对象：已停顿发育、跨径较小，无水溶洞。◆办法：●混凝土、浆砌或干砌片石回填封闭，见图6-20；●隧顶溶洞，锚喷加固，必要时注浆加固与堵水，并加设隧道护拱及拱顶回填，见图6-21。第6章隧道施工办法

第77页第6章隧道施工办法

第78页⑶越◆现象1：隧道一侧遇到狭长而较深溶洞。●办法：加深该侧边墙基础(图6-22)。◆现象2：隧道底部遇有较大溶洞并有流水。●办法：在隧底下列砌筑圬工承重墙，跨越而过，承重墙内套设涵管引排溶洞水(图6-23)。◆现象3：隧道过墙部位遇到较大、较深溶洞，加深边墙基础困难。

●办法：在边墙下或隧底下列筑拱跨过(图6-24)。第6章隧道施工办法

第79页第6章隧道施工办法

第80页⑷绕若溶洞处理耗时，可采取迂回导坑绕过溶洞，继续隧道前方施工,同步处理溶洞。3.溶洞地段施工注意事项⑴多作物探超前预报，如地质雷达。⑵穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危石。⑶严格控制爆破药量，减少对围岩扰动。第6章隧道施工办法

第81页6.7.4岩爆◆岩爆：岩体中聚集高弹性应变能因隧道开挖而发生一种应力突发觉象。◆岩爆形成两个条件：(1)地层岩性条件。构造基本完整脆硬岩地层。多见于石英岩、花岗岩、正长岩、闪长岩、花岗闪长岩、大理岩、片麻岩等。(2)地应力条件。埋深大隧道，因只有埋深大才足以形成高地应力，埋深超出700m隧道发生岩爆情况居多。第6章隧道施工办法

第82页1.隧道内岩爆特点⑴岩爆在发生前并无显著预兆，总是突然发生。⑵岩爆时，岩块自洞壁迸射而出，块度从几厘米到几十厘米不等，甚至上吨重岩石从拱部弹落。⑶岩爆多发生在新开挖工作面及其附近。危险性：

伤害人员、损坏机械！第6章隧道施工办法

第83页2.岩爆防治措施

⑴强化围岩出发点：给围岩一定径向约束，使围岩应力状态从平面转向三维。◆办法：锚喷加固、网锚喷联合、钢支撑网喷联合、注浆等。⑵弱化围岩◆办法：●往岩层中注水：可变化岩石物理力学性质，减少岩石脆性和储存能量能力。●解除围岩中高地应力：预裂爆破、排孔法、切缝法等。可消减围岩中能量。第6章隧道施工办法

第84页3.施工注意事项⑴超前地质预报：平导超前、地质雷达等。⑵爆破办法：尽可能采取能预先释放地应力办法，如预裂爆破、切缝法等。⑶缩短爆破进尺：要尽快闭合支护。第6章隧道施工办法

第85页6.7.5高地温

1.高地温热源◆火山热热源◆放射性元素裂变热热源2.隧道施工注意事项及措施◆事项1：洞内温度应满足有关要求，不要超出30℃。●措施：主要措施为通风和洒水。第6章隧道施工办法

第86页◆事项2：避免高温地段二衬开裂。●措施：

(1)宜采取高炉矿碴水泥(分离粉碎型水泥)。

(2)用防水板和无纺布，将二衬与喷层隔离，可使二衬收缩不受约束。