学习资料五：认识隧道施工方法

学习资料五认识隧道施工方法上节课回顾1.隧道设计包括：建筑设计、结构设计和施工设计。那么隧道横断面设计属于（），隧道支护设计属于（）。

建筑设计、结构设计2.在隧道横断面设计中，我们学习了界限的概念，那么请把下列四组界限从小到大进行排序？A.隧道建筑界限B.机车车辆界限C.隧道净空D.隧道接近界限BDAC3.车辆行驶到隧道曲线段时，由于路面设置了（）

导致车体向内侧产生了位移。

超高隧道施工方法

1.概念：

修建隧道或地下洞室所采用的开挖和支护等工序的组合方法。2.影响因素：

（1）建筑环境条件：围岩的稳定性、被挖除岩体的抗破坏能力、地下水、地应力、地温、易燃易爆有害物质等。

（2）结构条件：隧道长度、断面大小、形状、洞室的组合形式及支护结构类型。

（3）施工条件：施工对围岩的扰动、支护对围岩提供帮助或限制的有限性、施工作业对空间的要求、施工速度、施工管理。

传统矿山法隧道施工方法山岭隧道施工方法浅埋及软土隧道施工方法水下隧道施工方法矿山法（钻爆法）掘进机法新奥法盖挖法明挖法浅埋暗挖法盾构法新奥法（硬质岩）盾构法（软质岩）隧道施工方法分析海底隧道施工方法沉埋法山岭隧道的常规施工方法

山岭隧道的常规施工方法又称为矿山法。将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统的矿山法”；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“新奥法”。

1.概念：隧道开挖后，围岩产生变形，采用木构件或钢构件进行临时支撑，抵抗围岩变形，承受围岩压力，以使坑道获得临时稳定，等到隧道开挖成型以后，把临时支撑逐一撤下来，代之以永久性的单层衬砌。2.原理：松弛荷载理论—传统隧道工程理论，20世纪20年代提出。核心内容：稳定的岩体不产生荷载，不稳定的岩体可能会坍塌，需要支护结构来支撑，岩体对支护结构来说形成外荷载。对应施工方法为矿山法。3.施工程序：第一部分矿山法施工准备确定施工方案开挖临时支撑检查是否需加强？检查是否可拆换？整体式厚衬砌竣工4.矿山法施工基本原则少扰动矿山法施工基本原则早支撑慎撤换快衬砌在进行隧道开挖时，要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间；是指开挖后及时施作临时构件支撑，使围岩不致因变形松弛产生坍塌失稳，并承受围岩松弛变形产生的压力，即早期松弛荷载；即拆除临时支撑而代之以永久模筑混凝土衬砌时要慎重，即要防止撤换过程中围岩坍塌失稳；是指拆除临时支撑后要及时修筑永久性混凝土衬砌，并使之尽早承载参与工作。新奥法名称由来与产生的历史背景

新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法，即NewAustrianTunnelingMethod，缩写为NATM，是由奥地利学者L.V.Rabcewiez、L.Muller等教授创建于上世纪五十年代，在1963年正式命名为新奥地利隧道工程方法。它的产生是基于以下背景：(1)锚杆支护在20世纪初出现(2)喷射混凝土机在20世纪40年代末研制成功(3)现代围岩荷载理论发展为新奥法提供了科学依据第二部分新奥法新奥法：采用锚杆和喷射混凝土使围岩获得稳定的初期支护，在此基础上再施作内层衬砌。围岩、初期支护和二次衬砌三者共同构成隧道承载体系。看视频思考问题1.断面开挖有哪几种方式？2.爆破开挖的施工顺序包括那些？3.隧道测量分那两类？4.爆破时接线主要采用什么样的方法？5.喷射混凝土有那两种方式？6.悬臂式掘进机分为那两种形式？7.衬砌式模板分为哪两种？8.有仰拱构造的衬砌其仰拱的施工顺序是什么？9.新奥法施工的施工顺序？1.断面开挖有哪几种方式？1.全断面法

全断面法全称为“全断面一次开挖法”，即按隧道设计断面轮廓一次开挖成型的方法，如图所示。

全断面法常适用于Ⅰ~Ⅲ级硬岩的石质隧道，可采用深孔爆破施工。掘进方向231231

优点：较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，工序少，干扰少，便于施工组织与管理，采用深孔爆破时，可加快掘进速度，对围岩的震动次数较少，有利于围岩稳定。

缺点：是由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，要求施工单位有较强的开挖、出渣与运输及支护能力，采用深孔爆破时，产生的爆破震动较大，对钻爆设计和控制爆破作业要求较高。

全断面开挖、台阶开挖、导坑开挖。2.台阶法

是新奥法中适用性最广的施工方法，多适用于Ⅳ、Ⅴ级围岩中。它将断面分成上半断面和下半断面两部分分别进行开挖，如图所示，随着台阶长度的调整，它几乎可以用于所有的地层。根据台阶的长度，它有长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种方式。掘进方向2B1a)>5B12掘进方向B2>(1~5)B211b)B21<B12掘进方向c)

台阶法优点：开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度，有利于稳定，上部开挖支护后，下部作业较安全。

台阶法缺点：上下部作业互相干扰，台阶开挖会增加对围岩的扰动次数等。1—上半部开挖2—拱部喷锚支护

3—

拱部衬砌4—下半部中央部开挖5—

边墙部开挖6—边墙部喷锚支护及衬砌2614553图

台阶施工方法3.分部开挖法(1)台阶分部开挖法又称环形开挖留核心土法，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。上部留核心土可以支挡开挖工作面，增强开挖工作面的稳定，施工安全性较好。一般环形开挖进尺为0.5m~1.0m，不宜过长，上下台阶可用单臂掘进机开挖，开挖和支护顺序如图所示。掘进方向7541327126453

优点：与超短台阶法相比，台阶的长度可以加长，相当于短台阶法的台阶长度，减少了上下台阶的施工干扰，施工速度可加快。而且较侧臂导坑法的机械化程度高。

缺点：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，将可能使围岩变形增大，需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。(2)单侧壁导坑法适用于围岩稳定性较差（如软弱松散围岩），隧道跨度较大，地表沉陷难于控制地段。该法确定侧壁导坑的尺寸很重要，一般侧壁导坑的宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以到起拱线为宜，导坑可分二次开挖和支护，不需要架设工作平台，人工架立钢支撑也较方便，开挖和支护顺序所示。71583426掘进方向743132图

单侧壁导坑法1—侧壁导坑开挖2—侧壁导坑锚喷支护及设置中壁墙临时支撑3—后行部分上台阶开挖4—

后行部分下台阶开挖5—后行部分喷锚支护6—拆除中壁墙7—灌筑仰拱8—灌筑洞周衬砌

优点：是通过形成闭合支护的侧导坑将隧道断面的跨度一分为二，有效地避免了大跨度开挖造成的不利影响，明显地提高了围岩的稳定性。

缺点：是因为要施作侧壁导坑的内侧支护，随后又要拆除，增加了工程造价。231347掘进方向64385172612图

双侧壁导坑法1—侧壁导坑开挖2—侧壁导坑锚喷支护及设置中壁墙临时支撑3—后行部分上台阶开挖4—

后行部分下台阶开挖5—后行部分喷锚支护6—拆除中壁墙7—灌筑仰拱8—灌筑洞周衬砌导坑尺寸拟定的原则同单侧壁导坑法，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑应错开开挖，以避免在同一断面上同时开挖而不利于围岩稳定。

双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多一点，对围岩的扰动次数增加，且初期支护全断面闭合的时间延长，但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工期间变形几乎不发展。该法施工安全，但进度慢，成本高。(3)双侧壁导坑法

又称眼镜工法，适用于在软弱围岩中，当隧道跨度更大（如三车道公路隧道等）或因环境要求，且要求严格控制地表沉陷地段。开挖和支护顺序如图所示。三线大跨隧道双侧壁导坑法施工2.爆破开挖的施工顺序？测量、钻孔、装药、接线、开炸、通风、渣料装载及出渣、清浮石并修挖、架设钢拱架、铺设钢筋网、喷射混凝土、钻设锚杆。3.隧道测量分那两类？隧道外基准测量、隧道内测量。4.爆破开挖接线主要采用什么样的方法？串联5.喷射混凝土有那两种方式？干喷和湿喷。6.悬臂式掘进机分为那两种形式？横轴式和纵轴式。横轴式纵轴式7.衬砌式模板分为哪两种？组合式和移动式。8.有仰拱构造的衬砌其仰拱的施工顺序是什么？①埋设管线底部的排水盲沟；②浇筑仰拱混凝土③施作中央管线道及两侧排水沟④回填渣料9.新奥法施工的施工顺序？①开炸②出渣③架设钢拱架④支设钢筋网⑤喷射混凝土⑥注入锚杆⑦铺设防水层⑧浇筑混凝土⑨路面及系统工程新奥法施工基本原则少扰动新奥法施工基本原则早支护勤量测紧封闭在进行隧道开挖时，要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间；是指开挖后及时施作初期喷锚支护，使围岩的变形进入受控制状态；指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式和开挖方法，确保施工得以安全和顺利地进行；指要尽快形成对围岩的封闭形支护，这样做可以有效控制围岩变形，使得支护和围岩共同进入良好的工作状态。新奥法与传统矿山法的区别

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，但又不使围岩松动失稳。新奥法与传统矿山法的基本施工程序看上去大致相同，但实际上对隧道结构产生的效果却截然不同。分块较多分块较少施工方法无必须采用量测可采用必须采用控制爆破不强调强调闭合支护单层模注混凝土衬砌复合式衬砌永久支护木支撑为主、钢支撑喷锚支护临时支护支护传统矿山法新奥法开挖方法表

传统矿山法与新奥法施工的区别第三部分明挖法

明挖法：修建地铁时，从地表向下开挖，形成露天的基坑，然后在基坑中修筑隧道衬砌，最后回填土石并恢复地面的施工方法。明挖法在城市地下工程中，特别是在浅埋的地下铁道工程中获得广泛应用。明洞施工方法：开挖钻孔掏孔将杆件置入孔中将杆件置入孔内注浆喷混凝土挖孔灌注桩施工深层搅拌桩防渗墙混凝土连续墙的施工工艺施工示意图展示明挖法（现浇地下连续墙）土层锚杆支护开挖钢板桩围护结构第四部分盖挖法1.概述

在隧道施工中，明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，其缺点是对周围环境的影响较大。而暗挖法工期长。因此常用的方式是半明挖法。较常见的半明挖法是盖挖法。盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。最早运用盖挖法的工程是20世纪60年代西班牙马德里的隧道，后来在很多国家隧道建设中得到应用，其在国外已经是成熟的技术，但我国的发展应用比较晚。盖挖施工方法:盖挖法施工的优缺点：优点：①结构的水平位移小，安全系数高②对地面影响小，可以最低程度影响交通，对居民生活影响小③施工受外界气候影响小缺点：①由于竖向出口少，需水平运输，后期开挖出土不方便②作业空间小，施工速度较明挖法慢，工期长③和基坑开挖、支挡开挖相比费用较高上节课回顾1.隧道地下工程理论包括（）和（）。那么传统矿山法对应的理论是（），新奥法对应的理论是（）。松弛荷载理论围岩承载理论

2.传统矿山法的支护结构是（），新奥法采用的支护机构是（）钢木支撑（临时支撑）锚喷支护（永久支护）3.新奥法的施工顺序？①开炸②出渣③架设钢拱架④支设钢筋网⑤喷射混凝土⑥注入锚杆⑦铺设防水层⑧浇筑混凝土⑨路面及系统工程4.明挖法分为放坡明挖法、悬臂支护法、围护结构加支撑明挖法。指出下图对应的明挖施工方法。5.浅埋盖挖法分为盖挖顺作法和盖挖逆作法。盖挖逆做的施工方向是（），盖挖顺作的施工方向是（）。自上而下、自下而上。第五部分盾构法

盾构法是使用所谓的“盾构”机械，在围岩中推进，一边防止土砂的崩坍，一边在其内部进行开挖、衬砌作业修建隧道的方法。盾构法施工概貌盾构盾构千斤顶压浆孔在盾尾空隙中的压浆出土转盘盾构正面网格管片拼装机管片压浆泵出土机由管片组成的隧道衬砌结构后盾管片竖井盾构法施工概貌1.盾构法施工步骤：在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；盾构在起始端工作井内安装就位；依靠盾构千斤顶推力（作用在新拼装好的衬砌和工作井后壁上）将盾构从起始工作井的壁墙开孔处推出；盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环的位置；盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。盾构法掘进机

盾构法掘进机：具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。适于在软岩、土中的隧道掘进机。竖井盾构机整体吊装照片盾构机井下组装隧道的二次衬砌盾构隧道施工时，在盾尾内组装的管片或现浇的混凝土叫一次衬砌，而把其后施工的衬砌称二次衬砌或内衬。二次衬砌多用于管片补强、防蚀、防渗、矫正中心线偏离、防震、使内表面光洁和隧道内部装饰等。根据隧道使用要求，可分成：浇筑底板混凝土，浇筑120°下拱混凝土，浇筑240°下拱混凝土和浇筑360°全内衬混凝土四种形式。（1）

按挖掘土体的方式分类按挖掘土体的方式，盾构可分手掘式盾构、半机械式盾构及机械式盾构三种。①手掘式盾构：即开挖和出土均靠人工操作进行的方式。②半机械盾构：即大部分开挖和出土作业由机械装置完成，但另一部分仍靠人工完成。③机械式盾构：即开挖和出土等作业均由机械装备完成。2.盾构的分类：手掘式盾构工法实例示意图

手工挖掘盾构施工过程：手工挖掘盾构施工工作过程为：开启全部或大部分盾构千斤顶，盾构在千斤顶推力作用下向前推进，切口环切入土层中。①开挖面自稳性较好时，开挖作业即在切口环的保护下进行。②开挖面自稳性较差时，可开启活动前檐千斤顶使前檐贯入土层中，或同时开启支护千斤顶与活动平台一齐顶住开挖面，保证开挖作业正常进行。盾构千斤顶不断伸出，盾构切口环不断地切入土层，直到盾构千斤顶伸出全部行程为止，这时盾构向前移动一个衬砌环的宽度。这时即可用拼装机进行管片衬砌作业和其他辅助作业，完成一个工作循环。半机械盾构半机械化盾构用的挖掘机

a－刀头式；b－铲斗式；c－螺旋式刀头式刀头式铲斗式螺旋式（2）按掘削面的挡土形式分类

按掘削面的挡土形式，盾构可分为开放式、部分开放式、封闭式三种。①开放式：即开挖面敞开，并可直接看到掘削面的掘削方式。②部分开放式：即开挖面不完全敞开，而是部分敞开的掘削方式。③封闭式：即开挖面封闭不能直接看到掘削面，而是靠各种装置间接地掌握掘削面的方式。（3）按盾构切削断面形状分类按盾构切削断面形状，盾构可分为圆形、非圆形两大类。圆形又可分为单圆形、半圆形、双圆搭接形、三圆搭接形。非圆形又分为马蹄形、矩形（长方形、正方形、凹、凸矩形）、椭圆形（纵向椭圆形、横向椭圆形）。盾构法的优点：除竖井施工外，施工作业均在地下进行，噪音、振动引起的公害小，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪音和振动影响。盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也较少，劳动强度低，生产效率高。土方量外运较少。穿越河道时不影响施工和航运。施工不受风雨等气候条件影响。隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道。在土质差水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济优越性。4.盾构法的优缺点：盾构法的不足：当隧道曲线半径过小时，施工较为困难。在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，开挖面稳定甚为困难，甚至不能施工，而在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土。竖井中长期有噪声和振动，要有解决的措施。④在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水性的技术要求较高。隧道掘进机械◆隧道掘进机械，一般分为两种：（1）臂式掘进机(Boom-typeRoadheader)；（2）全断面隧道掘进机，简称TBM。第六部分掘进机法◆隧道掘进机(TunnelBoringMachine)，简称TBM，是利用回转刀具切削破岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械。定义

全断面掘进机◆适合于软岩隧道；

◆顶推反力利用尾部安装的衬砌管片。

◆适合于硬岩隧道；

◆顶推反力与刀盘扭矩力依靠围岩坚硬壁面提供；(1)开敞式掘进机(2)护盾式掘进机

开敞式隧道掘进机

中铁隧道局研发的开敞式隧道掘进机型号：TB880E开挖直径：8.8米掘进速度：3.5m/h西康铁路秦岭隧道西安-南京线磨沟岭隧道

最高月进度：574米（磨沟岭隧道）最高日进度：41.3米（磨沟岭隧道）

开敞式隧道掘进机

开敞式隧道掘进机

护盾式隧道掘进机◆臂式掘进机又称为部分断面掘进机，是一种集切削岩石、自动行走、装载石碴等多种功能为一体的高效联合作业机械。定义

臂式掘进机具有效率高、机动性强、对围岩扰动小、超挖量小、安全性高、适应性强，以及费用相对较低等优点。

◆可以适应任意形状的断面