第一部分：铁路隧道矿山法施工简要介绍

1、第一节第一节 隧道施工的基本原则隧道施工的基本原则 1 1、隧道施工的特性、隧道施工的特性 地下结构物是多种多样的，构筑地下结构物的施工技术也地下结构物是多种多样的，构筑地下结构物的施工技术也是多种多样的。这些施工技术的形成和发展是与地下结构物的是多种多样的。这些施工技术的形成和发展是与地下结构物的施工特性有关。因此，首先要充分了解地下施工的特性。施工特性有关。因此，首先要充分了解地下施工的特性。 (1)(1)隐蔽性大；隐蔽性大； 宜万铁路野山关隧道宜万铁路野山关隧道 (2) (2)作业的循环性强；作业的循环性强； 厦门海底隧道开挖方法厦门海底隧道开挖方法 第第1 1步：开挖步：开挖 第第2

2、2步：安装钢拱架步：安装钢拱架第第3 3步：喷混凝土步：喷混凝土 第第4 4步：拆除临时支护步：拆除临时支护第第5 5步：二次衬砌步：二次衬砌 (3)(3)作业空间有限；作业空间有限； 乌鞘岭隧道乌鞘岭隧道 (4)(4)作业环境恶劣、风险大；作业环境恶劣、风险大； 宜万铁路某隧道涌水宜万铁路某隧道涌水圆粱山隧道突水突泥圆粱山隧道突水突泥某黄土隧道塌方某黄土隧道塌方2 2、隧道施工的基本理念、隧道施工的基本理念 隧道施工的基本理念：隧道施工的基本理念：爱护围岩、内实外美、重视环境、爱护围岩、内实外美、重视环境、动态施工动态施工。 所谓爱护围岩：所谓爱护围岩：一层含义一层含义是不损伤或少损伤遗留围

3、岩的固是不损伤或少损伤遗留围岩的固有支护能力，这可以通过采用机械开挖技术和控制爆破技术予有支护能力，这可以通过采用机械开挖技术和控制爆破技术予以解决；以解决；一层含义一层含义是通过各种手段和方法增强围岩的支护能力，是通过各种手段和方法增强围岩的支护能力，如采用支护技术、加固或予加固技术以及各种辅助施工技术等。如采用支护技术、加固或予加固技术以及各种辅助施工技术等。这些技术形成了隧道施工的核心技术。这些技术形成了隧道施工的核心技术。 所谓内实外美：所谓内实外美：关键是内实，而内实的关键就是要做到四关键是内实，而内实的关键就是要做到四密实，即：混凝土密实、喷混凝土密实、喷混凝土与围岩密实、密实，即

4、：混凝土密实、喷混凝土密实、喷混凝土与围岩密实、二次衬砌与初期支护密实。这牵涉到混凝土、喷混凝土、回填、二次衬砌与初期支护密实。这牵涉到混凝土、喷混凝土、回填、支护接触等技术。支护接触等技术。 仰拱预制块仰拱预制块喷层喷层模筑混凝土模筑混凝土 所谓重视环境：所谓重视环境：一层含义一层含义是指内部环境，即施工作业环境；是指内部环境，即施工作业环境；一层是一层是对外部环境，即对周边环境的影响。重视环境是时代的对外部环境，即对周边环境的影响。重视环境是时代的要求，许多环境技术都是因时代的变迁而得到发展，许多基准要求，许多环境技术都是因时代的变迁而得到发展，许多基准都是因环境的要求而制定。都是因环境的

5、要求而制定。 所谓动态施工：所谓动态施工：是指隧道施工过程中地质条件是不断变化是指隧道施工过程中地质条件是不断变化的，力学动态是不断变化的，因而采用的各种施工方法和技术的，力学动态是不断变化的，因而采用的各种施工方法和技术也应该是不断变化的，来适应这种不断变化的过程。因此，隧也应该是不断变化的，来适应这种不断变化的过程。因此，隧道施工的各种决策都要在施工阶段的地质技术、施工阶段的量道施工的各种决策都要在施工阶段的地质技术、施工阶段的量测技术和施工阶段的质量控制技术的基础上进行管理。测技术和施工阶段的质量控制技术的基础上进行管理。 3 3、隧道施工及设计的两大理论及其发展过程、隧道施工及设计的两

6、大理论及其发展过程 (1) 隧道施工的核心问题：隧道施工的核心问题： 开挖：如何开挖才能有利于洞室稳定和便于支护。开挖：如何开挖才能有利于洞室稳定和便于支护。 支护：如何支护才能保证洞室稳定和便于开挖。支护：如何支护才能保证洞室稳定和便于开挖。 (2) 围绕核心问题有两种理论体系围绕核心问题有两种理论体系 松弛荷载理论（松弛荷载理论（20年代）：年代）： 稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载，不稳定岩体则可能稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载，不稳定岩体则可能坍塌，需要支护，支护的荷载为围岩的松弛荷载；该理论代表坍塌，需要支护，支护的荷载为围岩的松弛荷载；该理论代表人物：泰沙基，普氏。人物：泰沙基，

7、普氏。 岩承理论（岩承理论（50年代）：年代）： 围岩稳定是岩体自身有承载能力，不稳定围岩丧失稳定是围岩稳定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，如果这个过程中提供必要的限制，则围岩仍然有一个过程的，如果这个过程中提供必要的限制，则围岩仍然稳定。稳定。 4 4、新奥法施工基本原则及程序、新奥法施工基本原则及程序 基本原则：基本原则： (1) 少扰动：少扰动：减少扰动次数、强度、范围和持续时间（钻爆减少扰动次数、强度、范围和持续时间（钻爆法施工时严格进行控制爆破、尽量用大断面开挖、短进尺、支法施工时严格进行控制爆破、尽量用大断面开挖、短进尺、支护紧跟而缩短围岩应力松弛时间）；护

8、紧跟而缩短围岩应力松弛时间）； (2) 早喷锚：早喷锚：使围岩不致因过度变形而失效，变形适度发展，使围岩不致因过度变形而失效，变形适度发展，充分发挥围岩自承能力；充分发挥围岩自承能力； (3) 勤量测：勤量测：评价围岩稳定状态，判断其动态发展趋势，及评价围岩稳定状态，判断其动态发展趋势，及时调整开挖及支护；时调整开挖及支护； (4) 紧封闭：紧封闭：喷锚封闭，避免岩石长时间暴露而强度衰减，喷锚封闭，避免岩石长时间暴露而强度衰减，阻止围岩过度变形。阻止围岩过度变形。 施工准备 开挖 初期支护 监控量测 符合管 理基准 做防水层 做二衬 竣工 改施工方案 改开挖法 改支护参数 必要时须超前支护或进

9、行地层预加固 是 否 确定施工方案 施工程序：施工程序：第二节第二节 开挖作业开挖作业 基本原则：基本原则：在保证围岩稳定前提下，选择恰当开挖方式，在保证围岩稳定前提下，选择恰当开挖方式，尽量提高掘进速度。尽量提高掘进速度。 按开挖隧道断面分类：全断面法，台阶法和分部开挖法。按开挖隧道断面分类：全断面法，台阶法和分部开挖法。 即：即：以安全为前提，综合考虑工程地质及水文地质条件、以安全为前提，综合考虑工程地质及水文地质条件、围岩类别、埋置深度、断面大小、施工机械、经济、工期等。围岩类别、埋置深度、断面大小、施工机械、经济、工期等。 当隧道施工对周围环境产生不利影响时，环境条件业作为当隧道施工对

10、周围环境产生不利影响时，环境条件业作为选择施工方法的因素之一。如：城市地铁对地表沉降要求严格选择施工方法的因素之一。如：城市地铁对地表沉降要求严格控制；地下水流失对居民用水产生影响时。控制；地下水流失对居民用水产生影响时。 1 1、全断面开挖法、全断面开挖法 适用性：适用性：适用于适用于I IIIIIII级围岩。级围岩。 优缺点：优缺点：作业空间大，适合于机械化施工，速度快，便于作业空间大，适合于机械化施工，速度快，便于组织管理；但围岩稳定性低，且需较强的开挖、出碴、支护能组织管理；但围岩稳定性低，且需较强的开挖、出碴、支护能力；爆破效果好，震动次数少，利于围岩稳定，但每次爆破强力；爆破效果好

11、，震动次数少，利于围岩稳定，但每次爆破强度大。度大。 2 2、台阶开挖法、台阶开挖法 适用性：适用性：适用于适用于IV IV V V级围岩。级围岩。 上下台阶法上下台阶法弧形导坑开挖留核心土法弧形导坑开挖留核心土法 （1 1）长台阶法。上台阶一般）长台阶法。上台阶一般50m50m以上或大于以上或大于5 5倍洞径，上倍洞径，上下步可采用同类机械平行作业。下步可采用同类机械平行作业。 优缺点：优缺点：干扰少、机械配套、通风和测量工作简单、可进干扰少、机械配套、通风和测量工作简单、可进行单工序作业，但要求围岩稳定性较好。行单工序作业，但要求围岩稳定性较好。 （2 2）短台阶法。上台阶长度小于）短台阶

12、法。上台阶长度小于5 5倍大于倍大于1 11.51.5洞径。洞径。 优缺点：优缺点：可缩短仰拱封闭时间，利于开挖面稳定，但上下可缩短仰拱封闭时间，利于开挖面稳定，但上下台阶作业干扰较大。台阶作业干扰较大。 （3 3）超短台阶法。上台阶长度仅）超短台阶法。上台阶长度仅3 35m5m，适用于机械化程，适用于机械化程度不高的地段。度不高的地段。 优缺点：优缺点：断面闭合较快，利于开挖面稳定，但上下台阶作断面闭合较快，利于开挖面稳定，但上下台阶作业干扰很大。业干扰很大。 3 3、分部开挖法、分部开挖法 分部开挖法分：环形开挖留核心土法、中隔壁法（分部开挖法分：环形开挖留核心土法、中隔壁法（CDCD法和

13、法和CRDCRD法）、双侧壁导坑法。法）、双侧壁导坑法。环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法CDCD法法CRDCRD法法 优缺点：优缺点：每个坑道跨度减小，利于稳定，易于局部支护，每个坑道跨度减小，利于稳定，易于局部支护，但扰动次数多；导坑超前利于地质调查，但导坑面小，速度慢。但扰动次数多；导坑超前利于地质调查，但导坑面小，速度慢。双侧壁导坑法双侧壁导坑法第三节第三节 初期支护初期支护1 1、几个基本概念、几个基本概念 (1) (1) 初期支护：初期支护：围岩稳定能力不足，预加以支护才能使其围岩稳定能力不足，预加以支护才能使其进入稳定状态（如喷锚支护）；进入稳定状态（如喷锚支护）； (2) (

14、2) 超前支护：超前支护：在围岩完全不能自稳，须进行超前支护在围岩完全不能自稳，须进行超前支护（如管棚，超前小导管等）；（如管棚，超前小导管等）； (3) (3) 二次支护：二次支护：为保证隧道永久稳定和增加安全储备；为保证隧道永久稳定和增加安全储备； (4)(4)喷锚支护工程特点喷锚支护工程特点（与传统矿山法构件支撑相比）：（与传统矿山法构件支撑相比）： 灵活性：喷混凝土、锚杆、钢筋网可进行适当组合，可灵活性：喷混凝土、锚杆、钢筋网可进行适当组合，可局部，也可整体，可一次完成，也可分次完成，充分体现局部，也可整体，可一次完成，也可分次完成，充分体现“先先柔后刚，按需提供柔后刚，按需提供”；

15、及时性：及时性： 时间上：喷混凝土时间上：喷混凝土 + + 锚杆都具有早强性；锚杆都具有早强性； 空间上：最大限度紧跟开挖而施工；空间上：最大限度紧跟开挖而施工； 密贴性：抵抗岩块间沿节理的剪切和张裂；密贴性：抵抗岩块间沿节理的剪切和张裂； 深入性：对围岩起一定的约束作用，在围岩中加锚相当于深入性：对围岩起一定的约束作用，在围岩中加锚相当于在混凝土中加钢筋；在混凝土中加钢筋； 柔性：可调节围岩变形，允许围岩有一定的变形以发挥围柔性：可调节围岩变形，允许围岩有一定的变形以发挥围岩自承能力；岩自承能力； 封闭性：阻止洞内潮气和水对围岩的侵蚀作用及围岩变形；封闭性：阻止洞内潮气和水对围岩的侵蚀作用及

16、围岩变形； 2 2、喷锚作用与效果、喷锚作用与效果 锚杆作用、喷射混凝土作用、钢筋网及钢钎维作用及刚拱锚杆作用、喷射混凝土作用、钢筋网及钢钎维作用及刚拱架作用分别如下表。架作用分别如下表。 3 3、锚杆：系统锚杆、局部锚杆。锚杆：系统锚杆、局部锚杆。 钢拱架：型钢拱架、格栅拱架。钢拱架：型钢拱架、格栅拱架。 喷射混凝土：素混凝土、钢筋网喷射混凝土、钢纤维喷射喷射混凝土：素混凝土、钢筋网喷射混凝土、钢纤维喷射混凝土。混凝土。 超前支护：超前锚杆、超前管棚、超前小导管、预注浆。超前支护：超前锚杆、超前管棚、超前小导管、预注浆。采用最多的组合是：喷射混凝土采用最多的组合是：喷射混凝土(素喷或网喷素喷

17、或网喷)+锚杆锚杆(系统锚杆系统锚杆)。第四节第四节 掌子面稳定措施及施工中可能出现的问题掌子面稳定措施及施工中可能出现的问题 软弱围岩掌子面容易坍方，如下图示。软弱围岩掌子面容易坍方，如下图示。 常用的辅助措施常用的辅助措施 (1) 超前锚杆超前锚杆 沿开挖轮廓线以稍大的外插角向前方安装锚杆。一般采用沿开挖轮廓线以稍大的外插角向前方安装锚杆。一般采用 22的螺纹钢筋，长度一般的螺纹钢筋，长度一般35m，环向间距，环向间距0.31m，外插角，外插角1030 ，搭接长度为超前长度的搭接长度为超前长度的40%60%。 (2) 管棚管棚 长度大于长度大于10m，一般，一般1045m，管径，管径701

18、80mm，孔径比管，孔径比管径大径大20mm30mm，环向间距，环向间距0.20.8m，外插角，外插角12 ，搭接长，搭接长度不小于度不小于1.5m，钢拱架采用工字钢或格栅钢架。，钢拱架采用工字钢或格栅钢架。 (3) 超前小导管注浆超前小导管注浆 若小导管前端焊一个简易钻头，则可钻孔，插管一次完成，若小导管前端焊一个简易钻头，则可钻孔，插管一次完成，称自进式锚杆。直径称自进式锚杆。直径32mm40mm，长，长36m，钻孔倾角，钻孔倾角15 。 (4) 超前深孔帷幕注浆超前深孔帷幕注浆 注浆孔：注浆孔：可用冲击式钻机或旋转式钻机钻孔；可用冲击式钻机或旋转式钻机钻孔； 注浆管：注浆管：采用带孔眼的焊接钢管或无缝钢管，孔眼段长度采用带孔眼的焊接钢管或无缝钢管，孔眼段长度根据注浆范围定；根据注浆范围定； 注浆顺序：注浆顺序：先上方后下方，先内圈后外圈，先无水孔后有先上方后下方，先内圈后外圈，先无水孔后有水孔，先上游后下游。水孔，先上游后下游。 （5）掌子面正面喷混凝土）掌子面正面喷混凝土 喷射喷射310cm左右的混凝土，覆盖掌子面，来防止掌子面松左右的混凝土，覆盖掌子面，来防止掌子面松弛，提高掌子面的自稳性。喷混凝土不是作为轴力构件发挥作弛，提高掌子面的自稳性。