隧道施工方法

1、第6章 隧道施工方法,一、隧道施工技术的发展 1、1949年以前 基本是人工开挖、手工操作衬砌、机具简单、技术落后的时期。当时铁路隧道建设既没有固定专业技术队伍，也没有完整的设计、施工规范，设备机具少，方法简单，工人劳动强度大，效率很低。,人工打眼 木排架支撑,2、20世纪50年代 （1）隧道施工由人力为主转入小型机械施工； （2）制定了施工规范； （3）辅助坑道采用斜、竖井和平行导坑，竖井最深达130m； （4）施工方法以上下导坑先拱后墙法为主； （5）较长隧道试用后翻式装碴机装碴，用电瓶车牵引轨道运输出碴； （6）逐步采用水泥砂浆注浆防水。,干风钻打眼 湿风钻打眼,1957年川黔线凉风垭隧

2、道，是我国建国后修建的第一座最长的隧道，也是首次采用平行导坑施工，也是由人工施工到轻型机械化施工的转折点。,凉风垭隧道（单线，长4270m）,3、20世纪6070年代 （1）推广采用机械设备，以中小型机械施工为主； （2）平面控制测量采用闭合导线法和一条基线的三角网； （3）施工方法以漏斗棚架先墙后拱法为主，部分采用全断面开挖； （4）试用光面爆破； （5）对整治岩溶、岩爆、坍塌、涌水和瓦斯突出等也逐步积累经验。,关村坝隧道（单线，长6107m，使线路缩短10.1km）,1966年成昆线上的关村坝隧道，长6107m，使线路缩短了10.1km，地质为灰岩，采用上下导坑漏斗棚架法施工，组织均衡生产

3、，快速施工，创双口月成洞672.71m的最快隧道施工记录。中共中央1965年3月9日特发电报祝贺。发生过7次岩爆。,长沙隧道（双线，长714m）,1965年京广线上的长沙隧道，长714m，埋深15m，是我国60年代地质最坏，塌方事故最多，施工方案多次变更，施工时限最长的双线隧道，塌方199次，工期5年半。地质为砂页岩、粘土砂层、砂卵石层、红粘土等，地下水丰富。采用上下导坑先拱后墙法施工。,4、20世纪80年代 （1）普遍采用新奥法施工； （2）开挖方法普遍采用全断面、半断面法； （3）采用光面深孔爆破、预裂爆破、弱爆破技术减少对围岩的扰动； （4）喷锚支护技术大发展； （5）编制铁路隧道新奥法

4、指南； （6）应用监控量测进行信息化设计和施工； （7）进入大型机械配套时期，引入凿岩台车、装运碴机械、喷锚及灌浆机械； （8）在软弱围岩施工中由新奥法的发展出现浅埋暗挖法。,1987年京广铁路衡广段复线的大瑶山隧道，双线隧道，长14.29km。地质为白云质灰岩、泥灰岩及砂岩，断层14条，涌水量高达51000m3/d。设计、施工均按新奥法原则进行，大断面机械化作业，首次采用复合衬砌。大瑶山隧道的建设，是新奥法原理在中国铁路隧道施工中的成功典范，也是中国铁路隧道建设新旧方法的转折，是隧道发展史上的里程碑工程。,大瑶山隧道（双线，长14.29km，缩短11km ）,5、20世纪90年代以来 （1）

5、制定铁路隧道喷锚构筑法技术规则，形成有中国特色的隧道修建新方法； （2）湿喷混凝土技术、工艺及湿喷机； （3）自进式锚杆支护技术的发展； （4）单线铁路长隧道快速施工配套技术与设备；,（5）浅埋暗挖法进一步发展，由台阶法演变为单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)； （6）采用隧道掘进机（TBM）施工，标志着我国单线铁路长隧道的修建技术，也达到了国际先进水平。,秦岭隧道（双洞单线，长18.46km）,1999年西安安康铁路的秦岭隧道，双洞单线隧道，长18.46km。I线两端采用TBM掘进，中间由II线平导及横洞进入I线正洞采用钻爆法开挖；II线等平导贯通后采用

6、钻爆法扩挖。是我国隧道由钻爆法施工上升到采用敞开式全断面掘进机(TBM)施工的新台阶。标志着中国铁路隧道机械化施工跨入世界先进行列，成为中国铁路隧道史的里程碑。,二、隧道的施工特点,(1)隐蔽性大；,北京地铁崇文门站,宜万铁路野山关隧道,谨慎规划，严密把关，确保质量。,(2)作业的循环性强；速度慢，工期长。,厦门海底隧道开挖方法,第1步：开挖,第2步：安装钢拱架,第3步：喷混凝土,第4步：拆除临时支护,第5步：二次衬砌,(3)作业空间有限；,(4)作业的综合性；,厦门海底隧道斜井,(5)施工是动态的，施工过程的力学动态是变化的，围岩物理力学性质也是变化的； (6)作业环境恶劣； (7)作业的风

7、险性大。,北京某明挖车站基坑坍塌,北京某暗挖区间坍塌,上海地铁四号线楼房坍塌,宜万铁路某隧道涌水,圆粱山隧道突水突泥,某黄土隧道塌方,1. 隧道施工主要方法 矿山法 传统矿山法 新奥法 明挖法 掘进机法 盾构法 沉管法 顶进法,三、 隧道施工方法及其选择,2.隧道施工方法的分类,3.隧道施工方法的选择原则,选择施工方法时需考虑的基本因素大体上可归纳为：,1、 施工条件,2、 围岩条件,3、 隧道断面积,4、 埋深,5、 工期,6、 环境条件,“矿山法”因其最早应用于坑道采矿而得名。它是采用钻眼爆破方式破岩，纵向分段，横向全断面或分部开挖，每一部分开挖成形后即对暴露围岩加以适当的支撑或支护，继而

8、提供必要的永久性人工结构以保持隧道长期稳定的施工方法。矿山法又因其采用“钻眼爆破”方式破岩，故隧道工程中也称之为“钻爆法”。,“传统矿山法”,“新奥法”,矿山法,1963年，由奥地利学者L腊布兹维奇教授命名为“新奥地利隧道施工法（New Austria Tunneling Method）”，简称“新奥法（NTAM）”正式出台，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。,6.2 新奥法,一、新奥法（NATM）概述,新奥法主要采用锚杆和喷射混凝土作为维护围岩稳定的初期支护，以帮助围岩获得初

9、步稳定，施作后的锚喷支护即成为永久性承载结构的一部分而不予拆除，然后在此基础上再施作内层衬砌作为安全储备（内层衬砌也称为后期支护）。初期支护、内层衬砌与围岩三者共同构成了永久的隧道结构承载体系。,二、新奥法施工的基本程序,“少扰动、早支护（喷锚）、勤量测、紧封闭”,（1）少扰动，是指在进行隧道开挖时，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。,（2）早支护（早锚喷），是指开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态。,（3）勤量测，是指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩（或围岩加支护）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、开挖方法，确

10、保施工安全和顺利进行。,（4）紧封闭，一方面是指采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减，尤其是对于易风化的软弱围岩。另一方面更为重要的是指要适时对围岩施作封闭形支护，而且可以使支护和围岩能进入良好的共同工作状态。,三、新奥法施工的基本原则,四、新奥法开挖施工方法,1.全断面法 2.台阶法 3.分部开挖法,3.施工循环作业,二衬,将3种台阶法放在一起比较： 区别主要在台阶长度。, 下半断面开挖应在上半断面初期支护基本稳定后才能进行； 开挖后要及时喷砼，暴露时间愈长愈不安全； 量测要及时，当发现拱顶、拱脚和边墙中部的位移速度加快时，应立即进行仰拱封闭。,台阶法施工注意

11、：,台阶法上断面开挖,台阶法上断面开挖,台阶法上断面开挖,台阶法上断面开挖,分部开挖法是开挖软弱岩层或土层隧道的一种施工方法，主要适用于隧道断面较大或围岩稳定性较差的条件下。它将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖。,导坑的作用主要是超前探察前方岩体的工程地质条件。,先行开挖形成的坑道称为“导坑”,“导坑超前开挖法”,分部开挖法,1. 环形开挖留核心土法 特点： 留核心土支顶工作面，稳定性优于超短台阶法： 进度慢。 适用于：土质或易坍塌的软弱围岩；小型施工机具。,出口侧壁导坑台阶法施工,中隔壁法（CD）,适用于V级围岩浅埋双线隧道。,中隔壁法施工要求：,各部开挖时，周边轮廓尽量圆顺，

12、减小应力集中； 各部的底部高程应与钢架接头处一致； 每一部的开挖高度为35m；后一侧开挖应全断面及时封闭； 左右两侧纵向间距一般为30-50m； 中隔壁设置为弧形或圆弧形。,交叉中隔壁法（CRD）,适用于级围岩浅埋的双线或多线隧道。,采用交叉中隔壁法施工，除满足中隔壁法的要求外，尚应满足： 设置临时仰拱，步步成环； 自上而下，交叉进行； 中隔壁及交叉临时支护，在灌注二次衬砌时，应逐段拆除。,圣哥达隧道的木支撑,“传统矿山法”是采用木构件或钢构件作为临时支撑，抵抗围岩变形，承受围岩压力，获得坑道的临时稳定，待隧道开挖成形后，再逐步地将临时支撑撤换下来，而代之以整体式单层衬砌作为永久性支护的施工方

13、法。它是人们在长期的施工实践中逐步自然发展起来的。,6.3 传统矿山法,（一）概述,（二）传统矿山法施工的基本程序,（三）传统矿山法施工方法,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的上下导坑法 予以介绍，以资与新奥法施工对照。,上下导坑先拱后墙法,优点： 有拱圈保护，安全； 有两个导坑，有利于通风、排水与运输。 缺点： 两个导坑增加了造价； 边墙须开挖马口，进度慢。 适应于：、级围岩。,名词解释： 挖马口在“先拱后墙法”施工中，开挖边墙的工序。,上下导坑法施工,（四）新奥法与传统的矿山法的主要区别,这不仅仅是技术手段上的不同，更重要的是对

14、工程问题认识的不同、理论解释的不同和施工原则的不同。,新奥法与传统的矿山法的主要区别在于支护方式的不同。,新奥法的锚喷初期支护与传统矿山法的钢木构件临时支撑相比较，具有显著的灵活性、及时性、密贴性、深入性、柔韧性、封闭性等工程特点。,它强调采用锚喷支护，而不大量采用钢、木支撑；强调要及早闭合支护环；提倡采用复合式衬砌，而不是采用刚度较大的单层衬砌；要求加强施工量测等。它是人们对隧道及地下工程问题认识和理解的一次重要进步，也是人们对隧道及地下工程理论的继承和发展。,6.4.1 洞口段的概念 指洞口浅埋段，即开挖可能给洞口地表造成不良影响的范围。,6.4 洞口段施工方法,洞口段施工中最关键的工序就

15、是进洞开挖。隧道进洞前应对边仰坡进行妥善防护或加固，作好排水系统。,(1)在场地清理作施工准备时，应先清理洞口上方及侧方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。,(2)洞口施工宜避开雨季和融雪期。,(3)洞口部分圬工基础必须置于稳固的地基上。,(4)洞门拱墙应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工连接成整体，以确保拱墙连接良好。洞门端墙的砌筑与回填应两侧同时进行，防止对衬砌产生侧压。,(5)洞口段洞身施工时，应根据地质条件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素选择开挖方法和支护方式。,(6)洞门完成后，洞门以上仰坡脚受破坏处，应及时处理。,洞口段施工注意事项:,影响施工方法的因素： 施工机具配备情况 洞外相邻

16、建筑的影响 地形条件 地质条件-最为重要！ 按地质条件，有以下几种施工方法： 1. 全断面法进洞 适应于：、级围岩。 注意事项： 初始1020m区段的开挖，应将爆破进尺控制在23m。,6.4.2 进洞方法,视地质条件，严格控制爆破进尺： 、级围岩短台阶 爆破进尺1.5m2.5m；网、锚、喷支护。 、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。 、级围岩超短台阶 进尺0.51.0m；不爆破，人工或机械挖掘；管棚与系统锚杆。 问题：、级围岩能否用台阶法进洞？ 答：可以，前提是在不具备全断面进洞的条件下(无大型机具) 用长台阶法，但初始段爆破进尺仍应控制在23m内。,2. 台阶法进洞,当围岩很差，超短台阶法往往还不够安全，可用: 环形开挖留核心土法(前已述) 侧壁导坑法(前已述) 下导坑法,3. 其它进洞方法,超前锚杆超前小导管管棚等适用于：软弱地层等。,(4)预支护法进洞,现场管棚：,管棚及套拱