邱渐根-客运专线隧道监理及检测技术课件

1、 客运专线隧道监理及检测技术 铁科院(北京）工程咨询有限公司 2004年8月主要内容 一、隧道监理的风险 二、客运专线隧道的特点 三、客运专线隧道监理关键点 四、瓦斯隧道 五、开挖施工方法简介 六、检测技术 七、隧道安全 八、隧道环境 九、国外隧道施工简介 十、项目管理 一、隧道监理的风险隧道工程的风险 隧道属于地下工程，是典型的地质工程，地质条件存在不确定性。因此，隧道工程以高风险、塌方多著称。 1 通过不良地质与特殊岩土段，可能遭遇断层、富水、岩爆、瓦斯等，处理不好可能发生瓦斯爆炸或塌方等。 2 空气流通不佳，隧道内有粉尘，有害气体可能使人窒息。 3 空间狭窄，视线不佳，给操作、检查等带来

2、许多不便，进入隧道施工、检查意味着各种风险的存在。 4 隧道为地质工程，由于围岩力学机理与主要参数不清，基于还原论的岩石力学围岩稳定性的分析预测，往往与实际情况相差较远。各国地下工程技术规范中，均以工程类比的经验方法为首要方法，理论分析列于末位。工程计算与桥梁等结构比较，相对而言比较模糊，存在一定的风险。监理工程师的责任风险分析值得指出的是，在监理应当承担的责任方面，却存在许多盲区，人们只强调监理工程师必须对工程质量承担监理责任，但对监理责任的内涵这一关键问题至今未进行过深入探讨。有责任就有风险。认识和防范监理责任风险已成为十分紧迫和重要的任务，应该引起高度重视。上海轨道交通4号线“7.1”重

3、大工程事故2003年7月1日凌晨6：00，上海轨道交通4号线旁通道工程施工作业面内，因大量水及流砂涌入，引起隧道部分结构损坏及周边地区地面沉降，造成三栋建筑物严重倾斜，防汛墙局部塌陷，导致防汛墙围堰管涌，直接经济损失初步估算为1.5亿元人民币左右。上海地铁咨询监理科技有限公司是事故的相关责任单位，也负有重要责任。上海地铁咨询监理科技有限公司未有效履行监理单位职责，未对调整的施工方案组织监理审定；监理人员资格不符合国家规定要求，现场监理失职；未对监理的工程实施有效的巡视检查，未能及时发现险情和制止事故，对事故也负重要责任。 对上海地铁咨询监理科技有限公司给予将市政公用工程（含地铁、轻轨）监理资质

4、等级由甲级降为乙级的处罚；总监代表李关强（无国家注册监理工程师资格），已被批准逮捕；公司经理、项目总监谢益民，移送司法机关处理（取保候审），并由建设部给予吊销监理工程师注册证书，5年内不予注册的处罚；上海地铁运营有限公司是地铁监理公司的上级单位，对上海地铁运营有限公司总经理周淮，给予其行政记大过处分。工作成效受主观能动性影响较大 监理工程师的工作具有较大的弹性。监理的工作成效界定起来也较为困难，好坏难以运用定量的标准来衡量，其工作成效和自身的主观能动性有关。这种主观能动性，主要来自三个方面：一方面取决于职业道德的约束。遵守职业道德，谨慎、勤勉地为业主服务，是监理工程师的基本工作原则；另一方面取

5、决于监理工程师自身对监理工作的热爱。其三是业主的支持。工作成果是集体行为的产物 监理是一种需要多专业配合协调的技术服务，监理工程师的工作更多地体现集体行为。我国的监理推行总监负责制，总监在监理服务中主要起领导、组织和协调的作用，其具体的专业监理工作由专业监理工程师来完成。监理的服务质量和水平最终是由监理机构的整体服务来体现的。只有整个项目监理机构有效、负责的运作，监理的效果才能得到体现。 工作责任巨大 监理工程师工作的对象和内容客观上决定了监理工程师需担负非常重大的责任，因为客运专线工程项目投资巨大，且技术含量和标准高，和社会公众的切身利益密切相关，一旦损害发生，涉及到的经济额度很大，并可能造

6、成人身伤亡等重大事故（特别是隧道工程）。工程质量的好坏、造价的高低以及工程建设周期的长短都和社会公众，特别是消费者的利益密切相关。随着社会的进步，人民群众法律意识的增强，包括监理工程师在内的工程相关人员需要承担的法律责任也在逐步增加。 监理工程师的责任风险 （1）行为责任风险。 监理工程师的行为责任风险来自三个方面：-监理工程师违反了监理委托合同规定的职责义务，超出了业主委托的工作范围，从事了本不属于自身职责范围内的工作，并造成了工程上的损失，就可能因此承担相应的责任。-监理工程师未能正确地履行监理合同中规定的职责，在工作中发生失职行为。-监理工程师由于主观上的无意行为未能严格履行自身中的职责

7、并因此而造成了工程损失。监理工程师的责任风险 （2）工作技能风险。 监理工作是基于专业技能基础上的技术服务，因此，尽管监理工程师履行了监理合同中业主委托的工作职责，但由于其本身专业技能的限制，可能并不一定能取得应有的效果。 对于某些需要专门进行检查、验收的关键环节或部位，监理工程师虽按规定进行了相应检查，其程序和方法也符合规定要求，但并未发现本应该发现的问题或隐患，原因是他在某些方面的工作技能不足，尽管主观上他并不希望发生这样的过错。 如今的工程技术日新月异，新材料、新工艺层出不穷，并不是每一位监理工程师都能及时、准确、全面地掌握所有的相关知识和技能的，因此也就无法完全避免这一类的风险。 客运

8、专线监理上岗前进行培训的必要性避免这类分险监理工程师的责任风险 （3）技术资源风险 即使监理工程师在工作中并无行为上的过错，仍然有可能承受由技术、资源而带来的工作上的风险。（4）管理风险 明确的管理目标，合理的组织机构，细致的职责分工，有效的约束机制，是监理组织管理的基本保证。尽管有高素质的人才资源，但如果管理机制不健全，监理工程仍然可能面对较大的风险。监理工程师的责任风险控制责任风险的控制 监理工程师首先必须加强风险意识，提高对风险的警觉和防范，减少和控制责任风险。 （1）加强风险意识。（2）注意保护自己。（3）严格履行合同。监理工程师必须树立牢固的合同意识，对于工作中涉及到的所有合同，都必

9、须做到心中有数，对自身的责任和义务要有清醒的认识，既要不折不扣地履行自身的责任和义务，又要注意在自身的职责范围内开展工作。 （4）提高专业技能。对监理工程师来说，专业技能是其提供监理服务的必要条件，不断学习，努力提高自身的专业技能，是监理工程师所从事的职业对自身提出的客观要求。 （5）提高管理水平。 （6）加强职业道德约束。 二、客运专线隧道的特点各国高速铁路隧道断面一览表特 性西班牙(AVE)意大利(ETR 500)德国(ICE)日本(SKS)法国(TGV).最高试驶速度356.8 km/hr(1993)316/km/hr(1989)406.9 km/hr(1988)443 km/hr(19

10、95)515.3 km/hr(1990)最高营运速度300 km/hr275 km/hr280 km/hr300 km/hr300 km/hr隧道截面积(双轨)(平方米)757682 (新线75)6471、90、100京沪高速铁路暂轨 单洞双线隧道断面有效面积为100m2。单线隧道断面有效面积为70m2。限速地段当检算行车速度200km/h时，可采用较小的隧道断面有效面积，但双线隧道断面有效面积不应小于80 m2。单线隧道断面有效面积不应小于52 m2。 客运专线隧道的特点 2 客运专线线隧道的横断面较大，受力比较复杂，且列车运行速度较高，隧道维修有一定的时间限制，复合衬砌和整体式衬砌比喷锚衬

11、砌安全，且永久性好，故永久性衬砌一般不采用喷锚衬砌。 目前，世界隧道界对喷锚衬砌做为永久性衬砌尚有不同看法，随着对喷锚技术的不断深入研究和技术质量的不断提高，喷锚衬砌的应用也会更加广泛。但在目前情况下，特别在高速铁路隧道中仍不宜采用喷锚衬砌。武广客运专线衬砌支护隧道采用复合式衬砌，岩溶强发育地段采用抗水压复合式衬砌。衬砌结构型式：隧道采用曲墙式衬砌，其中级采用曲墙不带仰拱衬砌型式，级采用曲墙带仰拱衬砌型式。初期支护喷射纤维混凝土，C20或C25。二次衬砌采用防水（钢筋）混凝土，C30。客运专线隧道的特点3 隧底结构由于在长期列车重载作用及地下水侵蚀的影响下极易产生破坏，从而引起基底沉陷、道床翻

12、浆冒泥等病害，不但增加养护维修工作量，而且严重影响运营安全，尤其是高速铁路对隧道底部的强度较普通铁路要求更高，且高速铁路隧道的断面跨度较大，因此要求高速铁路隧道铺底厚度应不小于30cm。客运专线隧道的特点4 提出了隧道衬砌混凝土的耐久性控制要求 隧道衬砌混凝土的地质环境复杂，对耐久性、抗渗性、抗冻性等耐久性指标应严格控制。隧道施工关键控制点1 以确定合理的初期支护参数、控制塌方，保证隧道施工经济合理、结构安全。2 以隧道防排水施工达到预期目的、不产生渗漏水现象保证营运安全。3 以隧道净空、宽度、平面和纵面指标满足设计、施工规范要求，保证工程外观及内在质量，创优质工程。 支护参数设计 岩石在开挖

13、成洞后，由于受力结构平衡体系的破坏和应力的重分布，应及时采取支护，在隧道的设计过程中都要进行支护参数设计，如何选定既安全有效又节省的支护参数，对隧道塌方的预防起着不可忽视的作用。由于地质围岩的分类只是一个定性的概念，不是定量的，同一类围岩，其结构产状不尽相同，其自稳能力就不一致，此时支护参数的设计尤为重要，支护参数过大，增加工程的投入，支护参数过小，相同类别围岩自稳能力较差可能因支护强度不够，或要求更换支撑造成地应力再一次重分布，而引起塌方。特别是在临时支护方面，为减少工程投入，支护参数一般都较小，达不到国家标准要求。 监理工程师的预见性关注采用先进的综合探测技术预报水情和地质灾害-地质调查

14、地质调查的重点：(1)调查地表水文地质状况，主要是地表水系(水库、泉井、溪流)的位置、标高、补给来源、流向等内容；(2)调查断层的位置所在、产状与富水性；(3)调查岩层褶皱的基本形态类型和轴面产状；(4)调查溶洞和暗河出人口位置，并分析其流径和隧道中心线的空间关系。根据设计资料和地表勘查报告，采用地面地质体投射法和断层参数预测法进行不良地质宏观预报。- 用地震波探测仪进行超前探测预报 预报的距离达掌子面前方一定距离。-掌子面地质描述 隧道开挖后及时描述掌子面地质情况，绘制地质柱状图，预报断层、大的结构面等情况。-红外线探水 用红外线探测仪，利用不同物体辐射场强差异，对隧道含水构造进行跟踪探测。

15、施工动态设计与地面结构物不同，隧道开挖前所提出的设计在严格意义上说只能称做“预设计”。根据对隧道开挖过程中围岩和支护系统力学行为的量测来论证和调整设计参数也是隧道设计中的一个十分重要的环节。 在隧道工程监测和信息化设计方面，中国在发展以位移测试为主体的隧道施工监测系统以及监测信息的反馈理论方面都有长足的进展。塌方产生的原因地质条件的复杂多变，支护的不及时而暴露时间过长，导致围岩风化严重通过断层，突然遇到较高水压富水洞段，地下水向洞室内漏出，淘空了断层构造带中破碎岩体和充填物由于岩层产状不利或因岩爆等诸多地质原因不良地质段预防塌方的方法一般常用主要方法有：1.超前导洞法，可以探明前方地质条件，确

16、定本段开挖和支护方法，2. 强支护是预防塌方的主要措施。对地质不良地段主要采取“锚喷、网喷、喷混凝土与钢支撑或格栅钢架相结合”的支护方法。3.加强围岩变形观测是预防塌方的有效方法之一。洞室开挖后，岩体的重新稳定过程中，围岩都存在变形，当变形超过允许范围时，就发生塌方。在隧道新奥法施工中，通过量测仪器对围岩的变形量和变形速率的观测分析，推测其最大变形量，估算是否会发生塌方，提前作出预告，以决定采取合理的支护。目前采取的观测方法有位移观测、收敛位移观测、压力量测等，最常用是收敛位移量测，即量测隧洞周边或结构物内部净空尺寸的变化。岩爆引起塌方的预防方法 岩爆产生机理：岩爆是高应力区，地下洞室开挖中围

17、岩脆性破坏时应变能突然释放所造成的一种动力失稳现象，由于岩体中储藏的能量通常以弹性变形的形式储聚，高应力集中区内，弹性变形越大，储备的能量越多，开挖后围岩表面应力被解除，具有高度弹性的脆性岩层由于爆破冲击波的作用，动应力和应变静应力瞬量叠加和释放产生了脆性断裂，形成了岩爆，对岩爆的及时支护，既保障施工安全，还可以减少因岩爆所引起塌方的产生。当洞室埋深较大、开挖岩体完整性较好，且干燥无水时，应预防岩爆的发生。 南昆铁路家竹箐隧道高地应力大变形家竹箐隧道位于南昆铁路威红段北端，隧道全长4890米，其中约1085米穿越二迭系上统龙潭系煤系地层，工程地质情况复杂。在隧道开挖期间，相继发生瓦斯突放，地下

18、水大量涌出，围岩膨胀及某些地段洞室发生大变形的情况，洞室变形量最大处达到米多，致使支护钢拱架压弯扭曲，砼衬砌严重开裂甚至坍塌，在施工中所碰到的各种复杂情况及严重程度，迄今为止在国内铁路隧道建设史上实为罕见。岩爆引起塌方的预防方法开挖时的预防 隧洞爆破开挖，既可以使围岩应力得到部分释放，也可以产生新的应力集中，发生岩爆。 在可能发生岩爆区段内采取二次开挖，先开挖上半断面，减少光面爆破的周边眼间距，且尽量分布均匀，以使开挖轮廓线相对圆顺，减少新的应力集中。 周边眼采用小药卷或间隔装药，爆破时导爆管段位增加，降低同段起爆药量，以尽量减少爆破对围岩的扰动，诱发岩爆的产生。 岩爆引起塌方的预防方法开挖后

19、，岩爆洞段的处理方法 (1) 爆破后立即向工作面、爆破面喷水，充分湿润围岩，可以很好缓释围岩应力。 (2) 清除松动围岩后，素喷混凝土支护，厚度为5cm左右，目的是将表部破裂岩块连固在一起，进一步圆顺开挖轮廓线，缓解应力集中，有很好的削减岩爆的作用，对轻微岩爆还可以取到一次防护成功，避免诱发中强岩爆。实验表明，含钢纤维混凝土，其抗拉强度明显强，能取得很好的支护效果。 (3) 对中强岩爆洞段，在初期喷护后，应尽快采用浅孔密锚网喷混凝土的补强支护，锚杆可用22，长度为2.03.0m，间距1.02.0m梅花型交错布置，尾部加垫紧贴岩面，挂20cm20cm，6或8钢筋网，喷混凝土1015cm支护。富水

20、洞段塌方的预防 在地下水丰富的断层破碎带，大量的渗水、淋水甚至于涌水的部位，不仅影响施工的进度和质量，还容易造成塌方。在此种地段施工时，及时排水是预防塌方的关键。在了解岩石节理裂隙破碎带的走向、倾向和倾角后，对于少量集中渗水、淋水地段，在将要通过的透水层部位布置一定数量的排水孔或埋设排水管，将渗、淋水集中到排水孔内导出，称为排水孔法或排水管法。通过在钢筋网背后铺过滤层或隔水层，将其固定在围岩上，通过软管边排水、边喷射混凝土，称为金属网法。如遇较大涌水，在支护时对主要涌水出水口暂不进行封堵支护，待涌水减小或没有时，再进行支护或进行固结封堵，迫使水流改变流向 。尽量消除人为因素的影响 -抢施工进度

21、，对围岩的自稳能力过于乐观，或由于地质条件一直较好，思想上过于麻痹，对突然出现的断层等估计不足，准备不充分，很容易造成塌方。-要对工期作合理的安排，在思想上要有对可能出现的各种不良地质情况有打持久战的准备，在技术上对可能遭遇的塌方有详细对应的技术措施。-当出现断层或其它不良地质现象时，一定要对地质情况作详细的分析，充分了解围岩和其稳定性，按照就低不就高的原则进行开挖和支护，并且加强围岩的变形观测和分析，对超过允许范围的较严重变形洞段应及时采取相应的支护，抑制围岩的进一步变形，能很好预防塌方的发生。 防排水施工质量控制地下工程防水的设计和施工应遵循“防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜，综合

22、治理”的原则。以防为主、防排结合、因地制宜、综合治理的原则 。对隧道防排水施工质量控制，从严格按要求对防水材料、排水设施位置及安装过程进行监督检查，严格控制防、排水设施施工工艺如防水层铺挂、焊接、止水带及止水条安设、排水管、盲沟铺设，排水板及环向盲管铺设、中心水沟安装等，并在隧道原设计防排水方案的基础上，根据不同段落地下水出水量及出水点位置，及时作出特殊的防排水措施加强方案，确保地下水排泄畅通，防水措施严密有效，保证隧道完成后不产生渗漏水现象。 武广客运专线防排水设计根据隧道长度、地质条件、地下水的性质及发育程度，采取有针对的防排水措施。隧道内应设置双侧高式水沟，根据隧道的排水量，必要时应加设

23、中心水沟；初期支护与二次衬砌之间拱墙铺设复合柔性防水板，防水板厚度不小1.5mm ，防水板应铺至边墙泄水孔处；初期支护与二次衬砌之间环向设50mm软式透水管盲沟；二次衬砌采用防水混凝土，抗渗等级P8。柔性防水层 柔性防水层分两层，缓冲垫层铺底与初期支护表面接触，对防水板与初期支护接触的一侧形成保护，其表面再铺挂防水板。柔性防水层不仅起到防水的作用，由于防水板光滑将初期支护与二次衬砌隔开，它们之间基本不传递剪力，只传递压力，使二衬均匀受压受弯，减少由于局部应力使二衬出现裂纹。所以防水层对基面的要求很高，不能有突出物和明水，在施工防水层之前先对基面进行处理。防水板焊缝施工质量控制 防水板的焊缝质量

24、检查，检查方法有目测、机械检查、充气检查、撕裂破坏检查。目测：肉眼观察有溶浆均匀溢出、无气泡，则质量较好；机械检查：用平口丝刀沿焊缝外边缘稍用力，检查是否有虚焊、漏焊部位，如果有漏点，做好标记及时修补；充气检查：其方法是用5号针头向两条焊缝空腔内注入空气，长度2m，两端封闭，当压力达到25MPa时，停止充气，持续1015min，压力下降小于10，说明焊缝合格，否则应补漏；撕裂破坏检查：将试焊样品切成1cm长条，进行撕裂测试，所有断裂均发生在焊缝以外，说明焊缝合格。 接缝防水质量控制 施工缝、变形缝等处是结构防水的薄弱环节，在施工中应严格按施工工艺操作。如果操作不当往往引起渗漏水,整治起来非常麻

25、烦。在两次浇筑混凝土之间设施工缝，灌注前应对施工缝进行处理，首先清除表面的水泥浆薄膜、松动石子或软弱混凝土，然后在二衬中部设置止水条 。施工缝的基面必须进行凿毛，并涂刷混凝土界面处理剂，使两次混凝土浇注接触良好，减小可能出现的裂缝。遇水膨胀止水条安装前检查是否受潮膨胀。采用塑料、橡胶、金属止水条时，要求施工单位采取有效措施确保位置准确、固定牢靠。 变形缝处止水带接头连接质量。 防水体系问题 有治标的、治本的、也有纯理论方案 。应把隧道与地下工程防水视为一个系统工程，根据工程具体要求和情况，建立起完整的防水体系。将防水原则、防水设计、材料选择、防水施工工艺、防水施工管理、防水施工队伍选择等都纳入

26、防水体系中。解决了材料的质量而解决不了施工工艺，即优良环境下的高级材料实验、恶劣环境下的低级质量施工；理想完善的防水方案、现实缺陷的防水效果，总是无法实现设计意图，达不到较理想的防水效果。 防水根本在于“混凝土结构自防水” 。确保防水混凝土达到规定的密实性、抗渗性和抗裂性，才能有效地防水、防腐，从而提高耐久性。结构耐久性我国土建结构的设计与施工规范，重点放在各种荷载作用下的结构强度要求，而对环境因素作用（如干湿、冻融等大气侵蚀以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀）下的耐久性要求则相对考虑较少。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故，其严重程度已远过于因结构构件承载力安全水准设置偏低

27、所带来的危害，所以这个问题必须引起格外重视。我国规范规定的与耐久性有关的一些要求，如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土的最低强度等级，都明显著低于国外规范。损害结构承载力的安全性只是耐久性不足的后果之一；提高结构构件承载能力的安全设置水准，在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。 客运专线-高度关注混凝土耐久性大多数土建结构由混凝土建造。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题，并非我国所特有，但是至今尚未引起我国政府主管部门和广大设计与施工部门的足够重视。长期以来，人们一直以为混凝土应是非常耐久的材料。直到70年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施

28、工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后不到二、三十年甚至在更短的时期内就出现劣化；据1998年美国土木工程学会的一份材料估计，他们需要有1.3万亿美元来处理美国国内基础设施工程存在的问题，仅修理与更换公路桥梁的混凝土桥面板一项就需要800亿美元，而现在联邦政府每年为此的拨款只有50-60亿美元。 混凝土耐久性我国铁路隧道用低强度的C15混凝土作衬砌材料，密实度和抗渗性差，不耐地下水与机车废气侵蚀，开裂与渗漏严重。对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明，漏水的占50.4%，其中1/3渗漏严重，并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电，影响正常运行。混凝土结构

29、的耐久性问题 使混凝土结构的耐久性问题进一步加剧的原因有： 1 由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准，导致水泥工业对水泥强度的不适当追求，使水泥细度增加，早强的矿物成份比例提高，这些都不利于混凝土的耐久性。我国对水泥质量的检验在强度上只要求不低于规定的最低许可值，而国外则同时还要求不高于规定的最高值，如果强度超过了也被认为不合格，这种要求还有利于水泥产品质量的均匀性。混凝土结构的耐久性问题2工程施工单位不适当地加快施工进度，尤其是政府行政领导对工程进度的不适当干预。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证，早产有损生命健康的概念同样适用于混凝土。 抢工献礼工程，很

30、可能就是今后注定要花掉更多资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工期限的在国外要被罚款，因为意味着工程质量有遭到损害的可能。混凝土结构的耐久性问题为了提高混凝土耐久性，在混凝土中合理使用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料是重要的技术手段，国外有的规范甚至规定在桥梁等混凝土结构中必须加入粉煤灰等掺合料。工程技术界的一些过时的看法，对改善混凝土的耐久性能造成阻力。如顾虑会影响混凝土强度而不愿使用引气剂，而引气本应作为改善混凝土耐久性和工作性的常规手段；又如，希望加大水泥用量来保证混凝土强度，而尽可能低的水泥用量本应是提高混凝土抗裂和耐久性能的重要途径。混凝土结构的耐久性问题重视混凝土结构的耐久性也是可持

31、续发展的需要。生产混凝土所需的水泥、砂、石等原材料均需大量消耗国土资源并破坏植被与河床，水泥生产排放的二氧化碳已占人类活动排放总量的1/5-1/6，而我国排放的二氧化碳量已居世界第二。我国现在每年生产5亿多吨水泥，与之相伴的是年耗20多亿方的砂石，长此以往实难以为继。延长结构使用寿命意味着节约材料，而耐久的混凝土一般又应是水泥用量较低和矿物掺合料（工业废料）用量较高的混凝土，所以耐久的混凝土正适应环境保护的需要。国际上对桥梁、隧道等土木工程的设计工作寿命多为100年，有的如英国为120年。考虑到耐久性不足所造成的巨大经济损失和资源浪费，国际上近年来有要求将这些工程的最低工作寿命进一步延长的趋势

32、，如提出城市环境中的桥梁至少应有150年。隧道工程测量 在隧道工程施工过程中，需要利用测量技术指定隧道的开挖井位、开挖方向，控制隧道的贯通误差等。为了做好这些工作，首先要进行地面控制测量。地面控制测量分平面控制和高程控制两部分。地面控制测量 1 平面控制测量测定各洞口控制点的平面位置，以便根据洞口控制点将设计方向导向地下，指引隧道开挖，并能按规定的精度进行贯通。 （1） 直接定线法。对于长度较短的直线隧道采用。（2）导线测量法 。连接两隧道口布设一条导线或大致平行的两条导线 （3）三角网法。对于隧道较长、地形复杂的山岭地区，地面平面控制网一般布置成三角网形式 。（4）GPS法 。用全球定位系统

33、GPS技术作地面平面控制时，只需要布设洞口控制点和定向点且相互通视，以便施工定向之用。不同洞口之间的点不需要通视，与国家控制点或城市控制点之间的联测也不需要通视。因此，地面控制点的布设灵活方便，且定位精度目前已优于常规控制方法。 地面控制测量2 高程控制测量 高程控制测量的任务是按规定的精度施测隧道洞口(包括隧道的进出口、竖井口、斜井口和平响口)附近水准点的高程，作为高程引测进洞的依据。 水准测量应选择连接洞口最平坦和最短的线路，以期达到设站少、观测快、精度高的要求。每一洞口埋设的水准点应不少于两个，且以安置一次水准仪即可联测为宜。两端洞口之间的距离大于1km时，应在中间增设临时水准点。 隧道

34、施工测量 1 隧道掘进的方向、里程和高程测设 洞外平面和高程控制测量完成后，即可求得洞口点(各洞口至少有两个)的坐标和高程，根据设计参数计算洞内中线点的设计坐标和高程。坐标反算得到测设数据，即洞内中线点与洞口控制点之间的距离、角度和高差关系。测设洞内中线点位。2 洞口掘进方向标顶。 隧道贯通的横向误差主要由隧道中线方向的测设精度所决定，而进洞时的初始方向尤为重要。因此，在隧道洞口，要埋设若干个固定点，将中线方向标定于地面，作为开始掘进及以后与洞内控制点联测的依据。 3 洞内中线和腰线的测设 。中线测设：根据隧道洞口中线控制桩和中线方向桩，在洞口开挖面上测设开挖中线，并逐步往洞内引测中线上的里程

35、桩。一般，当隧道每掘进20m要埋没一个中线里程桩。腰线测设：在隧道施工中，为了控制施工的标高和隧道横断面的放样，在隧道岩壁上，每隔一定距离(5-10m)测设出比洞底设计地坪高出1m的标高线，称为腰线。腰线的高程由引入洞内的施工水准点进行测设。 隧道施工测量4 掘进方向指示 隧道的开挖掘进过程中，洞内工作面狭小，光线暗淡。因此，在隧道掘进的定向工作中，经常使用激光准直经纬仪或激光指向仪，以指示中线和腰线方向。它具有直观、对其他工序影响小、便于实现自动控制等优点。例如，采用机械化掘进设备，用固定在一定位置上的激光指向仪，配以装在掘进机上的光电接收靶，当掘进机向前推进中，方向如果偏离了指向仪发出的激

36、光束，则光电接收靶会自动指出偏移方向及偏移值，为掘进机提供自动控制的信息。洞内施工导线和水准测量 1 洞内导线测量 测设隧道中线时，通常每掘进20m埋设一个中线桩。由于定线误差，所有中线桩不可能严格位于设计位置上。所以，隧道每掘进至一定长度(直线隧道约每隔100m左右，曲线隧道按通视条件尽可能放长)布设一个导线点，也可以利用埋设的中线桩作为导线点，组成洞内施工导线。 2 洞内水准测量 用洞内水准测量控制隧道施工的高程。隧道向前掘进，每隔一段应设置一个洞内水准点，并据此测设腰线。 竖井联系测量 为了保证地下各方向的开挖面能准确贯通，必须将地面控制网中的点位坐标、方位和高程，通过竖井传递到地下，这

37、项工作称为竖井联系测量。竖井施工前，根据地面控制点把竖井的设计位置测设于地面。竖井施工到达设计底面以后，应将地面控制点的坐标、高程和方位作最后的精确传递，以便能在竖井的底层确定隧道的开挖方向和里程。 隧道竣工测量 隧道工程竣工后，为了检查工程是否符合设计要求，并为设备安装和运营管理提供基础信息，需要进行竣工测量，绘制竣工图。 隧道竣工时，还要进行纵断面测量和 横断面测量。纵断面应沿中线方向测定底板和拱顶高程，每隔10-20m测一点，绘出竣工纵断面图，在图上套绘设计坡度线进行比较。横断面测量可以用直角坐标法或极坐标法。 四、瓦斯隧道瓦斯隧道 瓦斯，又名沼气，化学名称叫甲烷。它是一种无色、无臭、无

38、味、易燃、易爆的气体。如果空气中瓦斯的浓度在5516时，有明火的情况下就能发生爆炸。瓦斯爆炸会产生高温、高压、冲击波，并放出有毒气体。 1 审批瓦斯隧道开挖施工方案及安全措施，应注意审查以下内容：（1） 安全管理制度及机构设置。（2） 上岗人员资质及安全培训考核情况。（3） 施工通风设计及瓦斯监控方案。 2 瓦斯隧道机电设备防爆（1） 检查施工单位对机电设备和电缆的日常检查与周期维护记录。（2） 检查供电、配电、用电设备防爆、接地与漏电保护、避雷措施。瓦斯隧道 3 瓦斯隧道防火（1） 检查洞外消防水池设置和消防用砂备料情况。（2） 检查防火措施的落实情况。（3） 检查作业人员登记簿，抽查个人自

39、救器携带情况。4 瓦斯隧道钻爆作业（1） 检查炸药及电雷管等火工用品是否符合钻爆设计。（2） 抽查装药、封堵、爆破网络连线施工作业。瓦斯隧道 5 瓦斯隧道揭煤防突（1） 检查施工单位超前探测与瓦斯突出危险性预测 检查超前钻孔位置、钻探记录和岩芯。 检查施工、试验检测记录。施工单位应在距煤层垂直距离5m处开挖工作面打瓦斯测压孔，或在距煤层垂直距离不小于3m处的开挖工作面进行突出危险性预测，预测方法和临界指标应符合铁路瓦斯隧道技术规范要求。瓦斯隧道（2） 检查施工单位防治煤与瓦斯突出措施与效果检验 确定有煤与瓦斯突出危险时，应要求施工单位在揭煤前制定包括技术、组织、安全、通风、监测、抢险、救护等技

40、术组织措施，并进行审批和落实情况检查。 审批瓦斯钻孔排放施工设计方案。 检查施工、试验检测记录。防突措施实施后，检查施工单位进行的效果检验，以确认防突措施是否有效。防突措施效果检验应在距煤层垂直距离2m的岩层以外进行。防突措施效果检验方法、指标及临界值应根据实测数据确定或按现行铁路瓦斯隧道技术规范要求进行，防突措施无效时应采取补充防突措施。瓦斯隧道（3） 检查石门揭煤与煤巷掘进 检查施工单位进行石门揭煤施工设计方案。 检查施工、试验检测记录。揭开煤层后施工单位应检查开挖面前方10m范围内煤与瓦斯的突出危险性，如各项指标均符合要求，可掘进5m，再检测10m，掘进5m，始终保持工作面前方有5m的安

41、全区。如任何一项指标超过临界值，应采取补充防突措施直至有效。瓦斯隧道预防塌方瓦斯是从煤层中突出的一种可燃可爆气体。当隧道穿过含有煤层的洞段时，不仅要注意煤层的稳定问题，更应防范瓦斯爆炸所引起的塌方，因此引起塌方的预防方法主要是及时向洞内通风，将洞内瓦斯气体稀释和排出，在施工时减少金属间的互相撞击，以减少引发气体爆炸的火花、火星产生。怎样预防井下瓦斯爆炸 要加强隧道内通风，采用各种通风措施，保证隧道内瓦斯不超过规定含量，严格检查制度，低瓦斯隧道每班至少检查2次，高瓦斯隧道每班至少检查3次，发现有害气体超过规定，应及时采取封闭等必要措施。每个作业人员应注意，在进入隧道时，严禁携带烟蒂和点火物品，不

42、要使用电炉和灯泡取暖。 现场救护 当听到或看到瓦斯爆炸时，应面背爆炸地点迅速卧倒，如眼前有水，应俯卧或侧卧于水中，并用湿毛巾捂住鼻口。距离爆炸中心较近的作业人员，在采取上述自救措施后，迅速撤离现场，防止二次爆炸的发生。 瓦斯爆炸后，应立即切断通往事故地点的一切电源，马上恢复通风，设法扑灭各种明火和残留火，以防再次引起爆炸。所有生存人员在事故发生后，应统一、镇定地撤离危险区。遇有一氧化碳中毒者，应及时将其转移到通风良好的安全地区。如有心跳、呼吸停止，立即在安全处进行人工心肺复苏，不要延误抢救时机。 五、开挖施工方法简介新奥法概念 新奥法是六十年代奥地利专家腊布希维兹(L.V.Rabccwicz)

43、总结前人在隧道施工中累积的经验后所提出来的一套隧道设计、施工的新技术。1948年提出，并于1962年奥地利第八届土力学会议（萨尔茨堡）得到正式命名的隧道施工方法。 新奥法就是施工过程中充分发挥围岩本身具有的自承能力，即洞室开挖后，利用围岩的自稳能力及时进行以喷锚为主的初期支护，使之与围岩密贴，减小围岩松动范围，提高自承能力，使支护与围岩联合受力共同作用。 新奥法遵循原则 为使围岩形成中空筒状支承环结构，应遵循下述原则： （1）应当考虑岩体的力学特性。 （2）应当在适宜的时机构筑适宜的支护结构，避免在围岩中出现不利的应力应变状态。 （3）为使围岩形成力学上十分稳定的中空筒状支承环结构，必须构筑一

44、个闭合的支护结构。 （4）由现场量测监控围岩动态，根据容许变形量求得最适宜的支护结构。 “新奥法”适用的围岩条件“新奥法”适用的围岩条件是具有粘性、塑性、弹性的连续介质，而对于那些粘性较差、非塑性、非弹性的松散体，用“新奥法”理论就值得研究。必须根据具体情况，采取一些特殊施工工艺，才能满足工程要求。新奥法与喷锚支护的关系 新奥法与喷锚支护的关系 喷锚支护只是一种支护手段，并且新奥法中的喷锚支护手段在理论上也有它自己的独立体系。 从理论上讲，隧道力学理论分成两个体系。一是松动压学派，一是粘、弹、塑性理论学派。 松动压学派是以研究作用于隧道支护结构上的荷载-松动压为中心来解决支护结构设计问题的。

45、粘、弹、塑性理论学派是以研究围岩中应力再分配为中心来解决隧道支护结构设计问题的。新奥法理论属于粘、弹、塑性理论学派的第二分支，因此，没有松动压的概念。新奥法所使用的支护手段 新奥法所使用的支护手段中，除了喷锚支护外，还有钢拱支架、U型可缩性支架、钢筋网、二次模注砼等，在特殊情况下，还要配合使用注浆加固、冻结加固等特殊手段，并且这些支护手段的最终目的是约束围岩变位，使围岩和支护结构共同形成支承结构。另外，新奥法构筑支护手段的时间效应和空间效应对形成支承环结构、保障围岩稳定有很重要的意义。 施工经验表明，采用喷锚支护如果忽视时间效应和空间效应，不仅达不到预期效果，甚至会造成工程事故。“新奥法”一词

46、的内涵 新奥法是一种“概念”、“哲学”、“原则”或“途径”，而不是一种固定不变的具体施工方法或技术。阐明这一点，有重要的现实意义。 事实上，在一些工程中，由于照搬某些新奥法工程中具体施工方法而不注意结合本工程的实际来体现新奥法的原则而遭到失败。新奥法概念的内涵，只有一条，那就是保护围岩，调动和发挥围岩的自承能力。从这样一个原则出发，可以根据隧道工程具体条件灵活地选择开挖方法、爆破技术、支护形式、支护施作时机和辅助工法。至于对围岩变形的控制，根据不同情况，有时应强调释放，有时应强调限制。其目的都是为了“保护围岩”，调动和发挥围岩的自承能力。新奥法施工程序、开挖方式施工程序（1） 开挖（2） 一次

47、被覆-初期支护（3） 构筑防水层（4） 二次被覆-二次衬砌开挖方式 用新奥法掘进隧道，其开挖方式有全断面法、台阶法、临时仰拱法、侧壁导坑法几种。 武广-双侧壁导坑法、环形开挖留核心土法、短台阶法、台阶法、全断面法等。隧道掘进机概念 当隧道长度过长时，用常规钻爆法进行隧道施工将需要相当长的工期，隧道掘进机法施工则适合长隧道施工的需要。隧道掘进机英文名称是 Tunnel Boring Machine，简称TBM。 根据国外实践证明：当隧道长度与直径之比大于600时，采用TBM进行隧道施工是经济的。TBM最大的优点是快速。其一般速率为常规钻爆法的310倍。此外，采用TBM施工还有优质、安全、有利于环

48、境保护和节省劳动力等优点。由于TBM提高了掘进机速率，工期大为缩短，因此在整体上是经济的。TBM的缺点主要是对地质条件的适应性不如常规的钻爆法；主机重量大；前期订购TBM费用较多；要求施工人员技术水平和管理水平高；对短隧道不能发挥其优越性。由于科学技术的不断迅猛进步，现在TBM可以适应较为复杂的地质条件，从松散软土到极坚硬的岩石都可以应用，使用范围日益广泛。 隧道掘进机的分类 隧道掘进机的针对性很强，不同的地质条件需要不同的掘进机，也就产生了不同的掘进机。-有的适用于软土，又称为盾构机(Shield Machine)-有的适用于岩石，称硬岩隧道掘进机（TBM）。-既能在岩石又能在软土中掘进的两

49、用混合掘进机，已应用于英吉利海峡隧道法国侧隧道施工以及我国连接香港九龙和新界的西铁隧道施工。盾构法适用于软土地区埋深大的隧道工程， 可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管线密集区的下部。盾构是这种施工方法中 最主要的施工机具，它是一个既能支撑地层压力又能在地层中推进的钢筒结构体-隧道掘 进机。目前，盾构法建造的隧道主要用于水底公路隧道、地铁区间隧道、电力电讯隧道、 市政管线隧道和进水排水隧道等地下工程。 隧道掘进机在我国的应用 自1978年我国实行改革开发以来，已有甘肃省引大入秦工程、山西省万家寨引黄工程和陕西省秦岭铁路隧道工程等项目引入国外大型TBM进行隧道施工，取得了成功。 西安安康铁

50、路秦岭线隧道全断面掘进机(TBM)的成功应用，我国铁路隧道施工技术水平又有了新的突破。秦岭隧道为两座平行的单线隧道，是我国目前最长的单线铁路隧道，其中线隧道全长18.46Km，最大埋深1600m，岩石平均抗压强度达150MPa。秦岭线隧道断面直径8.8m，复合式衬砌，采用掘进机施工，实现了掘进、出碴工序机械化，掘进速度高、超挖少，对围岩扰动少，改善作业环境，为我国今后铁路长隧道快速施工创造了新的经验。长隧道TBM施工中的问题 （1） 超前地质探测问题 由于长隧道在施工前的地质勘查不可能做得十分详尽，因此，常常在施工中出现一些不可预见的地质灾害，例如涌水、岩溶、瓦斯、断层、膨胀岩、高地应力、围岩

51、大变形等。因此，TBM在掘进过程中，必须有超前地质探测的保证。 我国在60年代修建的成昆铁路全线共有415座隧道,其中发生涌水问题的占93.5。在危地马拉的Rio Chixoy水电站的27km长的供水隧道中,因遇到岩溶,一台TBM被埋在一个侵蚀洞穴。委内瑞拉的Yacambu隧道长27km,其围岩收敛变形每分钟达到20cm,致使TBM无法完成掘进而停工。万家寨引黄工程南干7#隧洞遇到摩天岭大断层（影响带长达300m）,因进行工程处理而延误工期达3个月之久。因此,TBM在掘进过程中,必须有超前地质探测的保证。长隧道TBM施工中的问题（2） 长隧道工程质量的检查验收问题 TBM施工长隧道具有快速高效

52、的特点。但是，对这些长隧道施工质量的检查验收通常靠利用回弹仪、钻孔抽查等常规手段。这些手段不能对隧道全线的工程质量作出全面完整可靠的检验。瑞士安伯格测量技术有限公司研制出TS360型系列隧道扫描器满足了隧道全线工程检测的需要。 长隧道TBM施工中的问题（3） 安全问题 TBM在长隧道中施工，万一发生事故，施工人员是难以迅速撤离出隧道的。因此，TBM必须配备可靠的安全保护系统。总的来讲，TBM施工的事故远比钻爆法小。 TBM施工中发生水、火灾害的风险不大,但是丹麦GreatBelt工程隧道4台TBM在施工中就遇到了罕见的水、火灾害。幸运的是这两次事件均未造成人员伤亡,特别需要指出的是严重的火灾持

53、续了17小时,周围温度高达700左右,优秀的防爆系统和安全保护系统自动启动,防爆紧急电源开始工作,自动氧气罩的供给,保证了施工人员的安全撤离。这个实例强有力地说明TBM施工必须有可靠的安全保护系统,同时也充分地说明只要采用了可靠的安全保护系统,TBM的施工安全是可以得到保证的。长隧道TBM施工中的问题（4） 长隧道的出口 当隧道采用TBM独头掘进长度超过20Km，又无条件增设支洞或竖井时，将会由于向洞外出闸运距加长，向洞内运送人员、物资时间增加等原因，而降低TBM的效率。同时，万一洞内发生意外事故，增加人员的危险性。因此，通常在单条隧道情况下，大约需要每隔10Km15Km设置一出口。长隧道TB

54、M施工中的问题（5） TBM的部件储备 长隧道采用TBM时，TBM的一些零部件容易磨损，需要更换。因此，必须有一定数量的易损部件的储备，否则会导致停机待料，延误工期，造成损失。通常部件库存量应是整机数量的10%，其供应系统应有充足的货源，完善的库房，良好的运输和通讯条件以及高效的管理人员。六、检测技术按用途可分类隧道工程测试按用途可分为：1 工程测试： 为保证施工过程中隧道的稳定和有效地进行施工控制而必须进行的测试项目。如：隧道拱顶下沉、隧道收敛等。2 检验测试： 为保证和检验隧道工程质量而进行的测试项目。如：锚杆抗拔力及密实度检测、断面测量、支护结构厚度及缺陷检测等。按测试内容分类按测试内容

55、可分为： 1 围岩状态（包括原岩应力、松弛范围等）测试； 2 荷载（围岩压力及支护层间压力）测试； 3 支护结构状态（包括支护结构内力、位移等）测试。测试项目及手段测试项目及手段 1 隧道周边位移及断面： 精密水准仪、收敛计、全息摄影机、隧道断面仪。 2 围岩内部位移： 钻孔多点位移计（机械式、电磁式）、地面挠度仪。3 浅埋隧道地面沉降： 精密水准仪、全断面沉降仪、激光扫平仪。一般用水平仪量测，量测精度1mm。测试项目及手段4 原始地应力： 水劈裂、应力解除、声发射、钻孔应力（应变、变形）计。 5 岩体破坏状态：岩体声波测试仪。 6 超前地质预报：浅层地震仪。 7 围岩压力及支护层间压力：压力

56、传感器。 8 支护结构内力：混凝土应变仪（钢弦式、电阻式）。 9 锚杆轴力：（应变式、钢筋计）量测锚杆。测试项目及手段 10 结构厚度：混凝土测厚仪、地质雷达、超声波检测仪。 11 结构缺陷及支护结构背后空洞：地质雷达、超声波检测仪。 12 抗拔力：锚杆拉拔仪。 13 锚杆砂浆密实度：锚杆密实度检测仪。监控量测监理1 客运专线隧道都采用复合式衬砌，因此，施工过程中必须进行监控量测。2 工程开工前施工单位应将监控量测计划报监理工程师审批,监控量测计划应包括量测项目及方法、量测仪器的选择、测点布置、量测频率、数据处理及量测作业人员的组织等内容。 监控量测监理3 监控量测实施（1） 观察 检查开挖面

57、地质素描及工作面状态记录表、围岩级别判定卡填写情况。 检查初期支护观察记录。 检查洞外地表沉陷、边仰坡稳定情况等项目观察记录。（2） 量测 检查量测频率及量测记录。 抽查测点布置位置合理性及稳固情况。监控量测监理4 监控量测资料整理与反馈（1） 复核根据监控量测数据绘制的时态曲线及回归分析计算书。（2） 复核隧道稳定性判定结论。（3） 督促监控测量单位按经审批的监控量测计划向设计单位反馈监控测量成果。（4） 根据设计文件及三级变形管理等级要求施工单位采取相应措施。量测技术在某浅埋富水特殊软弱围岩隧道施工中的应用隧道施工作业程序： (1)侧导洞 (2)上弧导 (3)中槽与仰拱 (4)全断面混凝土

58、内衬量测目的(1)掌握围岩位移和支护变形的动态，指导合理安排工序，及时修改支护参数。(2)了解本工程浅埋段围岩压力的基本特征，以及初期支护的作用效果。量测项目及仪器(1)洞内围岩、支护和地表状况观察。(2)侧导洞、上弧导拱顶下沉量测，采用拱顶位移计，精密水准仪和标准钢尺，读数精度1.0 mm。(3)侧导洞、上弧导净空水平收敛量测，收敛计读数精度0.01 mm。(4)上弧导围岩垂直压力量测，采用JXY5型压轴双膜钢弦式土压力传感器，最大量测值为0.410 MPa；采用SS2型数字式钢弦频率接收仪接收信号，读数精度1 Hz。量测技术在某浅埋富水特殊软弱围岩隧道施工中的应用量测断面及测点布置(1)量

59、测断面设置左侧导、右弧导、上弧导拱顶下沉和水平收敛量测断面里程设置范围。上弧导围岩垂直压力量测断面里程。地表下沉量测断面里程。(2)测点布置侧导洞拱顶下沉测点位置在断面尖顶部附近。水平收敛测点设于断面3/4高度附近，左右测点间距2.53.0 m。 上弧导拱顶下沉测点设于拱顶，水平收敛测点设于离上弧导底面1 m处，左右测点间距8.09.5 m。5个压力盒沿隧道拱部开挖轮廓均匀布置。(3)量测频率，每d 1次。量测数据的应用(1)指导施工决策量测数据整理后每日及时报技术组，对变形速率明显增长地段，分析产生变形加剧的原因，采取适当措施，确保施工质量和安全。初期支护施作后，如果不及时封闭，其变形仍较大

60、，一旦设置临时仰拱封闭，则变形明显减缓，从实测曲线可看出这一点。在拱部出现裂缝和变形较大时，架设中立柱，并紧跟模注混凝土衬砌，以抑制变形扩展。(2)指导确定施工工序主要是依据量测资料，决定施作二次支护(第一次混凝土模注衬砌)的时间。根据实测位移时间曲线，施作初期支护及临时仰拱2030 d后变形明显减缓，基本趋于稳定，因此二次支护一般在开挖后2030 d以后施作。并基本上以此确定大管棚施作长度及上弧导与中槽开挖间距。侧导开挖过程中，初期支护施作后变形仍较大，因此使边墙和仰拱施工紧跟开挖面，其间距有时仅2 m左右，这时变形很快得到抑制。七、隧道安全施工安全监理工作的依据 1 中华人民共和国安全生产