隧道工程-第6章 隧道施工方法1

1、隧 道 工 程第6章 隧道施工方法（一）1本章学习要点 1.掌握隧道工程施工的特点、流程及常见问题 2.了解隧道常用的修建方法 3.掌握钻爆法各种开挖工法及其特点、适用性 4.熟悉隧道进洞施工常用方法 5.掌握隧道辅助施工措施的概念、作用机理、设 计参数、施工方法及质量控制 6.了解特殊地质隧道施工施工方法第6章 隧道施工方法26.1 概述6.2 矿山法施工方法6.3 洞口段与明洞施工方法6.4 辅助施工措施第6章 隧道施工方法6.5 特殊地段的隧道施工3本节主要内容：隧道工程施工的特点隧道施工方法分类隧道施工方法选择6.1 概述4 隧道工程施工通常包括： 在地层内挖出土方石方形成符合设计要求

2、的坑道，进行必要的临时支撑，和修筑最后的永久衬砌，以控制坑道围岩变形，保证隧道长期地安全使用，其中坑道开挖是隧道施工的主要作业内容。6.1 概述6.1.1 隧道工程的特点 1. 山岭隧道施工的基本流程5施工准备超前支护 开 挖 初期支护 防水层 二次衬砌 路面及附属6.1.1 隧道工程的特点 1. 山岭隧道施工的基本流程6 2.隧道工程的施工特点 （1）施工全过程受制于地质条件 整个工程埋设于地下，因此工程地质和水文地质条件对隧道施工的成败起着重要的、甚至是决定性的作用。 必须在勘测阶段做好详细的地质调查和勘探，尽可能准确地掌握隧道工程范围内的岩层性质、岩体强度、完整程度、地应力场、自稳能力、

3、地下水状态、有害气体和地温状况等资料，并根据这些原始材料，初步选定合适的施工方法，确定相应的施工措施和配套的施工机具。 6.1.1 隧道工程的特点7（2）属狭长建筑物，工作面很少 隧道是一个狭长的建筑物，正常情况下只有进口与出口两个工作面，施工速度比较慢，工期也比较长，往往使一些长大隧道成为新建线路上起控制性作用的关键工程。 隧道断面较小，工作场地狭长，一些工序只能顺序作业，很花时间，需通过合理的施工管理来予以协调。因此，如何在有限的施工空间中最大限度地发挥施工管理的作用，是影响施工进度的关键性问题。6.1.1 隧道工程的特点8（3）施工环境较差 在施工过程中还可能进一步恶化，如爆破产生有害气

4、体、喷射混凝土产生粉尘等。须采取有效措施加以改善，如人工通风、防尘等，使施工场地符合卫生条件，以保证施工人员的身体健康，提高劳动生产率。 （4）多地处偏远山区，交通不便 隧道大多穿越崇山峻岭，施工工地一般都位于偏远的深山狭谷之中，往往远离既有交通线，运输不便，供应困难，这些也是规划隧通工程时应当考虑的问题。6.1.1 隧道工程的特点9（5）属大型的隐避工程 隧道埋设于地下，一旦建成就难以更改，所以，除了必须审慎规划和设计外，在施工过程中还要切实严把质量关，确保每一道工序都严格按有关规定进行。 （6）施工不受气候影响 与桥梁和线路工程相比，隧道施工可以不受或少受昼夜更替、季节变换、气候变化等自然

5、条件的影响，可以长年稳定地安排施工。6.1.1 隧道工程的特点10隧道施工方法明挖法暗挖法明挖法盖挖法沉埋法盖挖顺作法盖挖逆作法矿山法机械法顶进法传统矿山法新奥法盾构法掘进机法6.1 概述6.1.2 隧道施工方法的分类11 隧道施工一般可分为明挖法和暗挖法两大类。 1明挖法6.1 概述6.1.2 隧道施工方法的分类 先将隧道上方地层全部挖开，然后修筑隧道衬砌，并敷设外贴式防水层，再在上面进行回填。此法使用于浅埋隧道如明洞和浅埋地下铁道(也有挖上部分的)。12 1明挖法13 2暗挖法 不开挖隧道上方地层，全部工程均在地下进行。暗挖法又分为矿山法和机械化两大类。 （1）矿山法 凡采用钻眼爆破为主来

6、开挖隧道的方法，都可称为矿山法。它因最早应用矿山开采而得名。它是将隧道横断面进行分块开挖和分部修建衬砌的。 主要应用山岭铁路或公路隧道中。6.1 概述6.1.2 隧道施工方法的分类14（2）盾构法 是指用一种专门的机械“盾构”(shield，TBM)来修筑隧道的方法。这种机械有专门的凿岩设备和支撑与防护设备。它一般用于水底隧道或软土深埋地下铁道中。 6.1.2 隧道施工方法的分类15 3其它施工方法 还有一些特殊的施工方法，如 沉管法 冻结法 顶管法等 也一般多用于城市隧道工程中。6.1.2 隧道施工方法的分类 山岭隧道一般都采用矿山法进行施工，本章重点介绍：矿山法、明挖法 16 由于在进行隧

7、道施工时，必须充分考虑隧道工程的特点，才能在保证施工安全的条件下，快速、优质、低价地建成隧道建筑物。因此对某个具体的隧道工程，就需要选择与该工程的相适用的施工方法。选择施工方法的主要原则可归纳为以下几个方面： 1. 工程的重要性 一般由工程的规模，使用上的特殊要求，以及工期缓急体现出来。6.1 概述6.1.3 隧道施工方法的选择17 2. 隧道的工程地质和水文地质条件 即应保证在开挖过程中，坑道有足够的稳定性。 3. 工程结构条件 即应考虑隧道的埋深，断面的形状，尺寸和线路坡度等。 4. 施工条件 指应考虑隧道所处的地形条件，作业场地布置，不同地质地段改变施工方法的衔接问题；同时应尽量采用大断

8、面或分部少的开挖方法，以利简化工序，和拓宽工作面，便于机械化施工。6.1.3 隧道施工方法的选择18 5. 技术条件 包括施工队伍的技术水平，动力和机具设备，施工期限和工程造价等，应尽量考虑采用先进施工技术、工艺和大型现代化设备。 6. 工程投资效益和环境要求 以上几点尤以工程地质及水文地质条件是选择施工方法的先决条件。当然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。6.1.3 隧道施工方法的选择19本节主要内容：矿山法施工方法的类型全断面法台阶法分部开挖法施工中可能发生的问题及其对策6.2 矿山法施工方法20 1.习惯分类 目前在工程界常把矿山

9、法分为： 新奥法与传统矿山法两大类型。 新奥法的施工方法脱胎于传统矿山法，二者既有相同又有不同。 由于新奥法的广泛普及，在我国的隧道工程中已很少采用传统矿山法。 6.2 矿山法施工方法6.2.1 矿山法施工方法的类型21 2.新奥法与传统矿山法的关键异同点： 相同： 均采用钻爆法施工。 不同： 对围岩的处理不同。 新奥法施工的基本原则： “少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。6.2.1 矿山法施工方法的类型22开挖工法全断面法分部开挖台阶法导洞法中导洞法和三导洞法上下台阶法台阶分部法单侧壁导洞法双侧壁导洞法下台阶分部法上台阶分部法6.2.1 矿山法施工方法的类型 3.新奥法施工的开挖方法分类23

10、 1. 施工顺序 就是将全部设计断面一次开挖好，接着修建衬砌的方法，其横断面工序图和纵断面工序图如所示：6.2 矿山法施工方法6.2.2 全断面法24 1. 施工顺序 (1)用钻孔台车钻眼，然后装药联线； (2)退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道的断面轮廓； (3)排除危石，安装拱部锚杆(必要时)和喷射第一层混凝土； (4)用装碴机械将石碴装入出碴车运出洞外； (5)安装边墙锚杆(必要时)和喷射第一层混凝土； 6.2 矿山法施工方法6.2.2 全断面法25 (5)安装边墙锚杆(必要时)和喷射第一层混凝土； (6)必要时拱、墙喷射第二层混凝土； (7)按上述工序开始下一轮循环作业； (8)在

11、围岩和初期支护基本稳定后，或按施工作者要求的日期施作二次衬砌及灌注底部混凝土。6.2 矿山法施工方法注：习惯标注方法：阿拉伯字1、2、3.表示挖掘; 罗马字、.表示支护；266.2 矿山法施工方法6.2.2 全断面法27 钻爆作业循环：6.2 矿山法施工方法6.2.2 全断面法28 2. 适应条件 (1)主要在稳定的级围岩中采用，但如果有可靠的支护手段(如钢拱支撑，喷锚支护)，在级围岩或无水的级围岩中亦可使用。 (2)需有全断面钻孔台车，和高效率的装运机械及其配套设备：大型开挖及运输设备。6.2 矿山法施工方法6.2.2 全断面法29 3优点 (1)工序少，相互干扰少，便于组织，施工和管理；

12、(2)开挖一次成型，对围岩扰动少，有利于围岩的稳定性； (3)工作空间大，便于组织大型机械化施工，因此，施工进度高，目前，我国双线铁路隧道一般都能保持月进成洞平均150m左右，高者已接近300m/月。6.2 矿山法施工方法30 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.机械化施工的关键6.2 矿山法施工方法6.2.2 全断面法316.2.2 全断面法326.2.2 全断面法33 1.台阶法的类型 将断面从上至下分成2个或3个台

13、阶进行开挖的方法； 根据台阶的长度可分为3种 （1）长台阶法 （2）短台阶法 （3）超短台阶法6.2 矿山法施工方法6.2.3 台阶法34 (1) 长台阶法 上、下两断面相距较远，上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。甚至上台阶先可以贯通，即为“半断面法”。 适用条件：适用于石质较好的级围岩和配备有中型钻孔台车的场地； 特点：进度快，仅次于全断面法。6.2.3 台阶法35 台阶缩短：（11.5）B L5B, 特点：支护闭合时间加快，围岩稳定性增加； 台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。 适用条件：、级围岩，是施工中常采用的方法。(2) 短台阶法6.2.3 台阶法36 上台阶长度仅为35m。 特点：

14、更有利于控制围岩变形，但上下台阶相隔 太近，施工干扰大。 适用条件：软弱破碎围岩(、级围岩) 超短台阶法6.2.3 台阶法37 将3种台阶法放在一起比较：区别主要在台阶长度。6.2.3 台阶法38 2.台阶法的一般开挖顺序 (1)开挖上半断面（拱部）喷射混凝土对软弱地层需安设锚杆和加设钢支撑出碴。 (2)开挖下半断面(边墙及底部)喷射混凝土同样对软弱地层需安设锚杆和加设钢支撑，及时形成闭和圈出碴。 (3)修筑永久性模注衬砌。6.2.3 台阶法396.2.3 台阶法406.2.3 台阶法41 (1)初期支护闭合环的时间要求 围岩越差，闭合时间要求越短，台阶必须缩短。 (2)施工机械的效率 效率高

15、，则可以缩短支护闭合时间，台阶可适当加长。 (3)原则：希望初期支护尽快闭合。 围岩不好时，应以条件为主； 围岩较好时，应以条件为主。3. 选择台阶长度的条件 6.2.3 台阶法42 （1）下半断面开挖:必要时下台阶可采用分部开挖； （2）开挖后要及时喷射混凝土，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。4.短台阶施工注意事项：6.2.3 台阶法436.2.3 台阶法44 1.适用条件 主要应用于断面跨度较大的隧道。且岩层较软弱的地质条件(如土质或易坍塌)的隧道中(软弱，松散围岩)。 2. 类型 (1)环形开挖留核心土法； (2)单侧壁导坑法； (3)双侧壁导

16、坑法其中(2)是(3)的变化方案； (4)中隔墙法(CD法)和交叉中隔墙法(CRD法)。 重点介绍前(3)种 6.2 矿山法施工方法6.2.4 分部开挖法45 3. 环形开挖留核心土法 （1）适用于：土质或易坍塌的软弱围岩；小型施工机具。 （2）特点： 留核心土支顶工作面，稳定性优于超短台阶法： 进度慢。 6.2.4 分部开挖法46（3）作业顺序 1)用人工或单臂掘进机开挖环形拱部(在能不爆破时尽量不爆破，以免扰动围岩)； 2)施作拱部初期支护，如架钢支撑、打锚杆、喷砼； 6.2.4 分部开挖法 3)在拱部初期支护的保护下，挖掘核心土； 4)开挖下台阶，随时接长钢支撑，施作边墙初期支护并封底；

17、 5)根据初期支护的变形情况适时施作二次模筑衬砌47核心土工字钢临时工作平台3. 环形开挖留核心土法483. 环形开挖留核心土法49 （1）适用于：断面跨度大，对地表沉陷有控制要求的软岩。 （2）特点： 洞室开挖跨度减小，有利于围岩稳定； 导坑要闭合，增加了材料用量； 进度慢。 4.单侧壁导坑法6.2.4 分部开挖法50 （3）作业顺序 1)开挖侧壁导坑，并施作闭合临时支护； 2)开挖上台阶，进行拱部初期支护，使其一侧支承在导坑的初期支护上，另一侧支承在下台阶上； 3)开挖下台阶，进行另一侧边墙的初期支护，并尽快施作底部初期支护，使全断面形成闭合支护； 4)拆除导坑临空部分的临时支护； 5)施

18、作二次模注混凝土衬砌。 6.2.4 分部开挖法514.单侧壁导坑法6.2.4 分部开挖法52 （1）适用于：对地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。 （2）特点： 双导坑，使洞室最大开挖跨度更小，稳定性增加； 耗材增加； 进度慢。 5.双侧壁导坑法(眼镜工法)6.2.4 分部开挖法53 （3）作业顺序 1)开挖一侧导坑，及时将其初期支护闭合； 2)相隔适当距离后开挖另一侧导坑，将初期支护闭合； 3)开挖上部核心土，施作拱部初期支护，拱脚支承在两侧壁导坑的初期支护上； 4)开挖下台阶，施作底部的初期支护，使初期支护全断面闭合； 5)拆除导坑临空部分的初期支护； 6)待隧道周边变形基本稳定后，施作二

19、次模注衬砌。6.2.4 分部开挖法546.2.4 分部开挖法5.双侧壁导坑法(眼镜工法)556.2.4 分部开挖法5.双侧壁导坑法(眼镜工法)566.2.4 分部开挖法5.双侧壁导坑法(眼镜工法)576.2.4 分部开挖法5.双侧壁导坑法(眼镜工法)586.2.4 分部开挖法5.双侧壁导坑法(眼镜工法)596.2.4 分部开挖法5.双侧壁导坑法(眼镜工法) 问题： （1）双侧导坑的开挖是对开还是错开？为什么？应错开挖，间距710m。避免在同一断面上同时开挖的总跨度过大。 （2）导坑尺寸如何确定？应满足施工要求，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。606.2.4 分部开挖法5.双侧壁导坑法(眼镜

20、工法)6162本节主要内容：洞口段的概念进洞方法明洞施工方法6.3 洞口段与明洞施工方法63 1.概念 “洞口段”是指隧道开挖可能给洞口地表造成不良影响(下沉、塌穴等)的洞口范围。一般情况可按下图划分。6.3 洞口段与明洞施工方法6.3.1 洞口段的概念64埋深浅地质条件差地表水汇集可能存在偏压要考虑环境、景观影响工序循环再准备、磨合阶段2.洞口段特点6.3 洞口段与明洞施工方法65 3.洞口段施工注意事项: 先清理洞口边仰坡有可能滑塌的表土及危石。 刷坡应自上而下逐段开挖。 不采用深眼大爆破开挖边仰坡。 洞门厚度内的衬砌应与洞身衬砌同时施工，连成 整体。 端墙砌筑与回填应两侧对称同时进行，以防衬砌 产生偏压。 洞口应设置加强衬砌段，其长度一般不小于10m。6.3 洞口段与明洞施工方法66 影响施工方法的因素： 地质条件-最为重要！ 地形条件 施工机具配备情况 洞外相邻建筑的影响 隧道自身构造特点 6.3 洞口段与明洞施工方法6.3.2 进洞方法676.3 洞口段与明洞施工方法6.3.2 进洞方法隧道进洞方案刷坡进洞 不刷坡进洞强支护零开挖进洞 明洞暗做 掏槽先墙后拱 全断面法进洞 其它进洞方法 进洞方法