山岭隧道施工技术

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山

岭

隧

道

施

工

技

术二○○八年十月.洛阳

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隧道工程是与人类生活息息相关的古老工程，古人类为穴居而开挖的洞穴，应是最原始的隧道工程。由于人类社会的发展进步，各种用途的隧道不断修建，隧道工程技术水平也不断提高与发展。从科技进步角度看，隧道工程技术发展是与社会进步和相关学科领域的技术进步密切相关的，特别是与隧道机械设备的更新密不可分。由于施工机械的不断革新，促进了隧道工程技术的不断发展，许多现代化应用技术注入隧道工程技术后，使隧道工程技术发生了质的飞跃。21世纪，是人类向地下空间发展的世纪，世界地下工程必将有大的发展，隧道施工技术也将有大的提高，不断发展更新，以服务于人类的需要。前言3介绍以下六个方面的内容：一、当前隧道技术发展概况二、山岭隧道的施工方法三、辅助工法的应用四、殊地质条件下的隧道施工要点五、生产组织和技术管理应注意事项六、山岭隧道安全、质量控制要求4一、当前隧道技术发展概况

隧道建筑在上世纪以前，大都是交通道路隧道和水工隧道，而道路隧道又占大多数。上世纪初以后，很多国家相继发展地下铁道，现在有的大城市，已拥有数百公里地下铁道。以后，发展了军事用途的地下工程，同时也出现了大型民用地下仓库建筑。随后服务于不同科学实验的地下建筑相继修建，特别是核物理的实验隧道。上世纪五十年代以来，随着市政建设需要，不少城市开始发展地下大型停车场及商业街，还发展和修建了不少海底储气库。1、隧道技术发展的综合趋势5

我国开始主要修建道路，特别是铁路隧道。我国铁路隧道到上世纪末为止已投入运营的6877座总延3667km，已列世界前茅。我国公路隧道的修建起步较晚，但二十年来得到很大发展，许多高速公路上相继修建长度超过5km的特长隧道，最长的终南山隧道达19km多。我国地铁也处于发展阶段，北京、天津、上海、广州、南京、深圳等10座城市已有六百三十多公里地铁投入运营，新的线路正在修建。其他城市进行规划的地铁多达30多条，长650公里。我国大型水电站的建设，使许多大型输水隧洞不断进行修建，如引大入秦工程，修建了上百公里的隧洞，其中盘道岭隧洞长15.7km；万家寨引黄入晋工程，有200多公里隧道，南水北调工程引水隧洞就更多了。我国正在修建不少地下停车场。总之，随着人们生活、生产需要，今后多用途、多功能的隧道与地下工程，将会越来越多地修建。

6由于修建技术的不断提高，过去认为无法修建的隧道，已经变成事实。隧道越来越长，通车距离却大为缩短，技术条件却越来越好，从而改善了运输条件，已成为当前发展的趁势。国际隧协把大于10Km的隧道划为特长隧道，目前世界各国铁路上已建成的特长隧道50多座，我国占六座即大瑶山双隧道（14.295km）、长梁山双线隧道（12.782km）,秦岭两座单线隧道（18.46km）、兰武铁路乌鞘岭单线铁路隧道（左右线隧道各长20.05km），渝怀铁路圆梁山单线隧道（全长11.07km）。

世界上最长的为日本青函海底隧道（53.85km）,和第二长的英、法海底隧道（50.5km）。2、隧道的单座长度，向长隧道发展7

近几年，由于客运专线开始建设，超过10Km的单双线铁路隧道就更多了，如石太客运专线太行山隧道（左右线隧道各长27.84km）、武广客运专线大瑶山隧道群（大瑶山1号隧道10.08km,大瑶山2号隧道6.03km,大瑶山3号隧道8.39km），同时我国还在“世界屋脊”上建成了青藏铁路，并建成了世界海拔最高的铁路隧道-风火山隧道（全长1338m，海拔4905m）。。

隧道单座长度不断向长隧道发展，首先在技术上要解决一系列重大问题。因此，单座隧道长度的增加，是衡量隧道工程技术发展水平的重要标志之一。83、勘察设计向综合化、现代化发展

隧道工程建设，与地质条件紧密相关。从隧道工程技术发展伊始，就与地质勘察技术不可分离。地质学的科学技术进步，为隧道工程技术发展起到了重要作用。当前地质勘察综合化，隧道设计现代化，野外测量数据处理自动化，勘察设计一体化、智能化，已经成为隧道工程技术发展的趋势。表现在以下几个方面：9

⑴对长大隧道，越来越注意进行大面积地质调查和测绘，进行大面积地质选线；由于陆地卫星照片分辨率的不断提高和普及使用，已能够在室内对隧道所在位置的区域进行大面积选线并做到充分优化比选；遥感地质的发展已能在遥感图片上对诸多工程地质因素加以正确判释，从而使隧道选在地质条件较好的位置。GPS全球定位系统在隧道工程中的应用，确保了测量工作在极端困难条件下定位的准确和正确性。10

⑵地质勘察多手段、综合化。除了传统的、必要的地质现场测绘及钻探外，物理勘探发展迅速，多种物探方法相互补充印证，再有针对性地用钻探验证，大大提高了地质勘察资料的准确性。地质资料数据处理技术广泛采用了计算机，大大加速了对地质数据的分析、判别、处理速度，为隧道设计提供了可靠条件。野外测量数据采集、处理、成图用计算机完成，加快了设计进程。11⑶隧道设计计广泛采采用CAD技术，可可以迅速速进行多多方案比比选，专专家系统统的建立立和使用用，使设设计更加加完善准准确，特特殊情况况下的理理论分析析，用大大型软件件在计算算机上进进行，很很快就能能完成分分析，提提出成果果，使过过去用人人工计算算无法办办到的事事变为事事实。⑷岩石石力学的的发展，，逐步使使理论和和工程有有机结合合，形成成岩土工工程科学学，由于于岩石力力学理论论上的成成就，近近代对隧隧道及地地下建筑筑物的围围岩变形形、结构构受力状状态、围围岩内部部应力分分布等有有了区别别于普氏氏理论的的全新概概念，从从而使设设计出现现了新的的突破，，新奥法法原理应应用于设设计，使使设计更更加科学学合理。。12⑸对隧道设设计，逐逐步注重重了功能能要求。。铁路长长隧道的的安全防防灾设计计、铁路路长隧道道的环保保和维修修作业特特殊要求求设计，，公路隧隧道的通通风自动动控制、、防灾报报警抢险险及监视视系统设设计，地地铁及地地下停车车场的通通风、照照明、安安全设计计，已普普遍进行行详尽的的施工图图设计，，在主体体建筑设设计中一一次考虑虑，提出出完善配配套的设设计。⑹在一一些地质质复杂的的长大隧隧道中，，推行掌掌子面地地质超前前预报技技术，采采用地震震波法、、声波法法等预报报掌子面面前方50~150m范围内的的地质条条件，一一方面使使施工有有所准备备，另一一方面可可以据以以提前考考虑做出出修正设设计，实实现设计计→施工工→修正正设计→→修正施施工的轨轨道。134、钻爆施施工开挖挖不断向向大断面面分部开开挖转变变，与之之相适应应的支护护技术整整飞速发发展上世纪初初，隧道道钻爆法法开挖绝绝大多数数采用小小断面多多分部的的矿山法法施工。。由于分分部多，，断面小小，对围围岩多次次扰动，，支护工工程量巨巨大，安安全无保保障，施施工工序序干扰很很大。上上世纪中中叶开始始，由于于岩石力力学在理理论上的的成果，，由于施施工机械械的不断断现代化化，由于于支护技技术的巨巨大进步步，在钻钻爆法施施工的开开挖方法法上有了了根本性性的变化化。14其总的趋趋势是趋趋向大断断面少分分部开挖挖，辅以以简单易易行且安安全可靠靠的强有有力的支支护结构构。诸如如全断面面开挖，，台阶法法开挖，，中隔墙墙法（CD、CRD法）开挖挖，都是是当前的的主要开开挖方法法。矿山山法导坑坑、扩大大、拉槽槽、落底底等传统统旧方法法，已经经较少使使用了。。开挖方方法的转转变，关关键因素素是要解解决大能能力施工工机械和和高效易易行的支支护技术术。我国国隧道工工程在上上世纪八八十年代代前，几几乎全部部多用分分部的矿矿山法施施工，原原因是受受上述关关键因素素未能解解决所致致。八十十年代，，随着大大瑶山双双线铁路路隧道的的修建和和发展，，在交通通道路隧隧道中实实现了开开挖方法法的转变变。155、隧道施工工设备向大大型机械化化发展其总趋势,一是能力越越来越大，，效率越来来越高，无无论钻爆法法的钻孔机机械、装碴碴机械、运运输机械，，都朝向大大能力、高高效率、用用现代技术术注入工程程机械方向向发展。二是上世纪纪从三、四四十年代起起，出现了了隧道掘进进机，改变变了利用化化学、物理理能破碎岩岩石的传统统方法，利利用机械能能挤压破碎碎岩石完成成开挖。三是隧道施施工的辅助助作业机械械，特别是是通风机械械，朝着大大容量、高高效率、节节能、自动动调速、可可逆运转等等方向发展展，大大改改善了施工工作业环境境。166、施工方法法的多样化化、也是当当前发展的的趋势铁路、公路路隧道，遇遇山开洞时时，目前除除钻爆法施施工外，掘掘进机法正正在蓬勃发发展。欧美美国家用掘掘进机施工工的隧道，，已占总数数的三分之之一以上。。瑞士圣哥哥达铁路隧隧道（57km）使用8台掘进机。。当遇到江江河海峡需需要穿越时时，除钻爆爆法、掘进进机法外，，如地质条条件许可，，沉埋管段段施工技术术正在兴起起。我国也也已在甬江江、黄浦江江、珠江修修建了三座座沉埋管段段公路隧道道。17在地铁施工工方面，除除传统的明明挖及暗挖挖外，已出出现了盖挖挖法、辅以以强有力的的边坡加固固结构（如如连续墙结结构，悬喷喷桩、搅拌拌桩、SMW桩、钻孔咬咬合桩等））。北京地地铁天安门门东、西站站采用梁、、板、柱法法施工，形形成了一种种新的工法法。我国海底隧隧道采用钻钻爆法施工工的也正在在进行，厦厦门东通道道翔安海底底隧道正在在施工，还还有青岛至至黄岛的海海底隧道也也已经开始始施工。187、建立风险险评估机制制，加强风风险管理，，有效对风风险进行控控制、规避避，保证施施工安全是是当前隧道道工程的发发展方向由于地下工工程周边环环境的复杂杂性和不确确定因素太太多，使地地下工程建建设成为高高风险的行行业，使大大家普遍认认识到实行行风险管理理的必要性性和紧迫性性，于是开开展了在隧隧道工程中中进行了风风险管理的的探索，目目前建设部部、铁道部部已组织有有关单位编编制了风险险评估的规规范与指南南，用以指指导和规范范隧道施工工，提高隧隧道和地下下工程的安安全管理水水平。198、以人为本本，创造和和谐社会，，已成为我我国的基本本国策，在在山岭隧道道施工中，，注重环境境保护、水水土保持，，尽量减少少对环境的的污染也已已成为必然然选择和发发展趋势。。20二、山岭隧隧道的施工工方法施工方法的的选择，主主要是开挖挖与运输方方法的选择择，从大的的方面分类类可分为钻钻爆法（旧旧矿山法、、新奥法））、掘进机机（TBM）、掘进机机辅以钻爆爆法、沉埋埋管段（水水底隧道））。今天主要讲讲钻爆法施施工。211、选择隧道道施工方法法的指导思思想与应遵遵循的原则则隧道施工符符合安全环环保、工艺艺先进、质质量优良、、进度均衡衡、节能降降耗的要求求，隧道施施工应本着着“安全、有序序、优质、、高效”的指导思想想，按照“保护围岩、、内实外美美、重视环环境、动态态施工”的原则组织织施工。其其施工方法法的选择应应遵循以下下原则：（1）、确保施施工安全，，改善施工工环境。（2）、应根据据设计文件件、施工调调研情况、、地质围岩岩级别、22结合隧道长长度、断面面大小、纵纵坡情况、、衬砌方法法、工期要要求、装备备水平、队队伍素质等等综合因素素决定。（3）、地质变变换频繁隧隧道应考虑虑其适应性性，便于工工序调整转转换。（4）、应尽量量采用新技技术、新工工艺、新设设备、新材材料。（5）、认真按按照新奥法法原理、掌掌握应用好好光爆、喷喷锚、量测测施工三要要素。232、选择隧道道施工方法法的基本要要素（1）、施工条条件它包括一个个施工队伍伍所具备的的施工能力力、素质以以及管理水水平。目前前我集团隧隧道施工队队伍的素质质和施工装装备水平，，有高有低低，参差不不齐，因此此，在选择择施工方法法时，不能能不考虑这这个因素的的影响。（2）、围岩条条件围岩条件也也就是地质质条件，其其中包括围围岩级别、、地下水及及不良地质质现象等。。围岩级别别是对围岩岩工程性质质的综合判判定，对施施工方法的的选择起着着重要的甚甚至决定性性的作用。。。24（3）、隧道断断面积隧道尺寸和和形状，对对施工方法法选择也有有一定的影影响。目前前隧道断面面有向大断断面方向发发展的趋势势，如公路路隧道已开开始修建3车道甚至4车道的大断断面，水电电工程中的的大断面洞洞室，更是是屡见不鲜鲜。在这种种情况下，，施工方法法必须适应应其发展。。在单线和和双线的铁铁路隧道中中，越来越越多地采用用了全断面面法及台阶阶法；而在在更大断面面的隧道工工程中，先先采用各种种方法修小小断面的导导坑，再扩扩大形成全全断面的施施工方法极极为盛行。。（4）、埋深隧道埋深与与围岩的初初始应力场场及多种因因素有关，，通常将埋埋深分为浅浅埋和深埋埋两类，有有时将浅埋埋又分为超超浅埋和浅浅埋两类。。在同样地地质条件下下，埋深的的不同，施施工方法也也将有很大大差异。25（5）、工期期作为设计计条件之之一的施施工工期期，在一一定程度度上会影影响基本本施工方方法的选选择。因因为工期期决定了了在均衡衡生产的的条件下下，对开开挖、运运输等综综合生产产能力的的基本要要求，即即对施工工均衡速速度、机机械化水水平和管管理模式式的要求求。（6）、环境境条件当隧道施施工对周周围环境境产生如如爆破振振动、地地表下沉沉、噪声声、地下下水条件件的变化化等不良良影响时时，环境境条件也也应成为为选择隧隧道施工工方法的的重要因因素之一一，在城城市市区区条件下下，甚至至会成为为选择施施工方法法的决定定性因素素。完善施工工方法标标准化、、模式化化的重要要条件是是建立适适应各种种条件下下的隧道道施工机机械化配配套技术术的标准准模式。。。263、山岭隧隧道开挖挖方法的的选择山岭隧道道施工的的过程和和方法是是多种多多样的，，但钻爆爆法仍然然是我国国目前应应用最广广、最成成熟的隧隧道修建建方法，，山岭隧隧道开挖挖常用的的方法为为全断面面法、台台阶法、、中隔壁壁法（CD法），交交叉中隔隔壁法（（CRD法）、单单侧壁导导坑法、、双侧壁壁导坑法法等。27284、各种施施工方法法在不同同围岩和和隧道中中适用情情况（1）、全全断面法法全断面开开挖法是是按设计计断面将将整个隧隧道开挖挖断面一一次钻孔孔，一次次爆破成成型、一一次初期期支护到到位的隧隧道开挖挖方法。。主要适适用于非非浅埋Ⅰ～Ⅲ级硬岩地地层。浅浅埋段、、偏压段段和洞口口段不宜宜采用。。如确实实地质条条件较好好，也可可采取先先开挖小小导坑，，然后再再扩大的的施工方方法，这这对保持持围岩稳稳定是有有利的。。该法有较较大的作作业空间间，有利利于采用用大型配配套机械械化作业业，钻爆爆施工效效率较高高，可采采用深眼眼爆破，，提高施施工速度度，且工工序少、、便于施施工组织织和管理理，较分分部开挖挖法减少少了对围围岩的振振动次数数。29但由于开开挖面积积较大，，围岩相相对稳定定性降低低，且每每循环工工作量相相对较大大，深孔孔爆破用用药量大大，引起起震动大大，因此此要求进进行精心心的钻爆爆设计和和严格控控制爆破破作业。。（2）、台阶阶法台阶法施施工是将将隧道结结构断面面分成两两个或几几个部分分，即分分成上下下两个断断面或几几个断面面分部进进行开挖挖的隧道道开挖方方法。该该法适用用于铁路路双线隧隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩，，单线隧隧道Ⅴ级围岩亦亦可采用用，但支支护条件件应予以以加强。。该法具具体可分分为正台台阶法、、三台阶阶临时仰仰拱法、、环形开开挖预留留核心土土开挖法法等。30该施工方方法的优优点是对对地质变变化的适适应性较较强，工工序转换换较容易易，并能能较早地地使初期期支护闭闭合，有有利于控控制沉降降。台阶阶长度一一般应控控制在1~1.5倍洞径，，为及早早使初期期支护封封闭成环环，也可可适当缩缩短台阶阶长度，，当围岩岩较稳定定，短台台阶能保保持时，，台阶长长度亦可可适当缩缩短至3~5m，上下台台阶同时时钻眼爆爆破，以以起到加加快施工工进度，，减少设设备配置置的目的的。31下部断面面(中、下层层台阶)是开挖作作业的重重要环节节。近年年来，在在下部开开挖中，，因方法法欠妥，，作业不不慎引起起初期支支护失稳稳造成的的重大坍坍方事故故已有多多起，必必须引起起高度重重视。在在开挖顺顺序上，，宜采用用先挖侧侧槽、左左右错开开向前推推进的做做法，不不宜采用用拉中槽槽挖马口口的方法法。侧槽槽一次开开挖长度度不宜太太长，靠靠近边墙墙范围应应采用风风钻、风风镐手工工开挖，，人工清清壁扒碴碴，严禁禁使用重重型机械械开挖和和装碴，，以免对对围岩过过大扰动动、破坏坏围岩和和初期支支护系统统的整体体稳定性性。32（3）、中隔壁法法（CD法）中隔壁法法（CD法）是将将隧道断断面左右右一分为为二，先先挖一侧侧，并在在隧道中中部设立立利用钢钢支撑及及喷混凝凝土的临临时支撑撑隔墙，，当先开开挖一侧侧超前一一定距离离后，再再开挖另另一侧的的隧道开开挖方法法。。33该法变变大跨跨为小小跨，，使断断面受受力更更合理理，对对减减少沉沉降，，保证证隧道道开挖挖安全全、可可靠具具有良良好效效果。。该法法适用用于较较差地地层，，如采采用人人工或或人工工配合合机械械开挖挖的Ⅳ~Ⅴ级围岩和浅浅埋、偏压压及洞口段段。施工过过程中，为为保证初支支稳定，除除喷锚支护护外，须增增加型钢或或钢格栅支支撑，并采采用超前大大管棚、超超前锚杆、、超前注浆浆小导管、、超前预注注浆等一种种或多种辅辅助措施进进行超前加加固。由于地层软软弱，断面面较小，只只能采用小小型机械或或人工开挖挖及运输作作业，工序序多，施工工进度较慢慢。必要爆爆破时，应应控制药量量，避免损损坏中隔墙墙。临时中中隔墙型钢钢支撑规格格应与初期期支护所采采用的一致致。每步台台阶长度可可控制在3~5m。。34（4）、交叉中隔壁壁法（CRD法）当采用中隔隔壁法（CD法）仍然无无法保持围围岩稳定和和隧道施工工安全时，，可采用交交叉中隔壁壁法（CRD法）开挖。。该法的特特点是各分分部增设临临时仰拱和和两侧交叉叉开挖，每每步封闭成成环，且封封闭时间短短，以抑制制围岩变形形，达到围围岩沉降可可控，初期期支护安全全稳定的目目的。35该法除喷锚锚支护及增增设足够强强度和刚度度的型钢或或钢格栅支支撑外，还还应采用多多种辅助措措施进行超超前加固。。交叉中隔壁壁法（CRD法）适用于于断层破碎碎带、碎石石土、卵石石土、圆砾砾土、湿陷陷性黄土、、全风化的的花岗岩地地层的Ⅴ~Ⅵ级围岩及较较差围岩中中的浅埋、、偏压及洞洞口段等。。（5）、单侧壁壁导坑法单侧壁导坑坑法施工与与中隔壁法法（CD法）类似，，但其导坑坑开挖断面面相对较小小。。36（5）、单侧壁壁导坑法单侧壁导坑坑法施工与与中隔壁法法（CD法）类似，，但其导坑坑开挖断面面相对较小小。（6）、双侧壁壁导坑法双侧壁导坑坑法是采用用先开挖隧隧道两侧导导坑，及时时施作导坑坑四周初期期支护及临临时支护，，必要时施施做边墙衬衬砌，然后后再根据地地质条件、、断面大小小，对剩余余部分采用用二台阶或或三台阶开开挖的方法法，其实质质是将大跨跨度的隧道道变为三个个小跨度的的隧道进行行开挖。37该法施工进进度较慢，，成本较高高，但其在在施工安全全尤其在控控制地表下下沉方面，，优于其它它施工方法法。此外，，由于两侧侧导坑先行行，能提前前排放隧道道拱部和中中部土体中中的部分地地下水，为为后续施工工创造条件件。因此城城市浅埋、、软弱、大大跨隧道和和山岭软弱弱破碎、地地下水发育育的大跨隧隧道可优先先选用双侧侧壁导坑法法。在Ⅴ~Ⅵ级围岩的浅浅埋、偏压压及洞口段段，也可采采用此法施施工。总之，对于于硬岩隧道道宜采用全全断面法与与台阶法，，分部开挖挖法适用于于软岩隧道道。采用台台阶法施工工时，不宜宜采用长台台阶，因其其不利于初初期支护及及早封闭成成环。在采采用分部开开挖法的硬硬岩隧道中中爆破作业业将会严重重破坏已成成形的中隔隔壁，应采采取一定的的保护措施施。。38三、辅助工工法的应用用考虑到山岭岭隧道工程程地质、水水文地质、、和环境条条件的复杂杂性，要保保证隧道安安全顺利的的实施，除除认真做好好初期支护护结构外，，还应根据据隧道围岩岩特性，采采取适当的的辅助工法法，以达到到围岩迅速速稳定的目目的。常用用辅助工法法见下表所所示。39401、对浅埋、、偏压地形形、地质条条件较差的的隧道洞口口，洞身段段应先预加加固后再开开挖，视地地质条件可可采用地表表砂浆锚杆杆、地面预预注浆、地地表旋喷桩桩等加固围围岩方法，，网喷混凝凝土或砂浆浆锚杆等加加固边仰坡坡，如为滑滑坡体，则则应设置抗抗滑桩。并并根据围岩岩情况设置置长管棚（（10～40m），超前注注浆小导管管等超前支支护措施。。2、软岩段隧隧道的基底底应予以加加强，可采采用基底注注浆、钢管管桩、旋喷喷桩或其他他加固措施施，确保衬衬砌有足够够的强度、、刚度和抗抗裂性。3、岩溶发育育的长大隧隧道，根据据隧道环境境要求、具具体围岩状状况、水压压、水量等等采用恰当当的注浆堵堵水措施。。41四、殊地质质条件下的的隧道施工工要点（一）、自自稳能力差差的岩体对于自稳时时间短，喷喷锚初期支支护强度不不足以稳定定洞体的软软弱破碎、、浅埋软岩岩、严重偏偏压、岩溶溶、流泥、、砂层、砂砂卵、砾层层、破碎以以及大面积积淋水或涌涌水地层隧隧道施工，，可采用辅辅助措施和和锚喷支护护相结合的的加固办法法进行施工工。辅助措施一一般可采用用以下几种种：超前锚锚杆、超前前小导管、、大管棚、、格栅钢架架、型钢支支撑、钢钎钎维砼、迈迈式锚杆、、超前小导导管周边予予注浆、旋旋喷桩、冻冻结法等加加固措施。。对涌水量量大的隧道道，可开挖挖超前平导导以排水降降压并能起起到地质超超前预报作作用。也可可采取帷幕幕注浆堵死死涌水。42施工中为确确保开挖面面的稳定，，可采用环环形开挖留留核心土，，或单、双双侧壁蛋形形导坑法、、中隔墙法法、交叉中中隔墙法等等；喷射砼砼封闭掌子子面；设临临时仰拱使使及时封闭闭成环；辅辅以其他加加固措施。。运用新奥法法原理，从从认识围岩岩、保护围围岩、支护护围岩、监监测围岩出出发，通过过多年实践践总结出了了三十字施施工方法，，即“先深深探、管超超前、预注注浆、小断断面、留核核心、短进进尺、弱爆爆破、强支支护、紧封封闭、常量量测”。43施工中为确确保开挖面面的稳定，，可采用环环形开挖留留核心土，，或单、双双侧壁蛋形形导坑法、、中隔墙法法、交叉中中隔墙法等等；喷射砼砼封闭掌子子面；设临临时仰拱使使及时封闭闭成环；辅辅以其他加加固措施。。运用新奥法法原理，从从认识围岩岩、保护围围岩、支护护围岩、监监测围岩出出发，通过过多年实践践总结出了了三十字施施工方法，，即“先深深探、管超超前、预注注浆、小断断面、留核核心、短进进尺、弱爆爆破、强支支护、紧封封闭、常量量测”。44（二）、膨膨胀岩隧道道施工膨胀岩指那那些与水有有关的随时时间而发生生体积增大大的围岩。。它对环境境温度、湿湿度、压力力、地下水水等因素变变化极为敏敏感。软弱围岩是指单单轴抗压强度在在30MPa以下的围岩，而而膨胀岩则是一一种吸水膨胀失失水收缩和往复复膨胀变形的围围岩，其力学性性能除一般围岩岩所具有的物理理、化学性质外外，最重要的是是具有兼水性、、多裂隙性、强强膨胀性与收缩缩性，强度衰减减性、以及快速速崩解性和抗风风化弱的性质等等。膨胀岩若其其含水量〈15%，视为有危险性性的膨胀岩，高高于30%则视为膨胀已完完成进一步膨胀胀不可能。45膨胀岩之矿物成成分几乎都含有有蒙脱石，其蒙蒙脱石含量在12%以上的围岩就具具有强膨胀性。。沉积岩中居多多，这些岩层中中含有蒙脱石（（含有Mgo、Cao）、伊利石如板板岩、页岩、砂砂页岩、石膏、、炭质页岩、泥泥岩等。偶而也也是遇到变质岩岩如千枚岩、凝凝灰岩、片岩等等。当自由膨胀胀率≥30%，缩性指数Ⅰs＞20%、干饱和吸水率率＞25%，体积膨胀性＞＞2%，就视为膨胀岩岩。在此类围岩中修修建隧道，引起起坍塌、坑道挤挤压、支撑与衬衬砌开裂、变形形、整体道床开开裂与破坏的事事例不少，因此此必须认真对待待。其主要措施施为：。463、开挖尽量采取取措施，使其一一次成型，以便便初期支护及早早封闭成环，可可采用全断面或或台阶法施工，，以免分部过多多，由于爆破造造成对围岩多次次扰动。爆破中中要多打眼、少少装药、强支护护、速封闭、紧紧衬砌,合理控制膨胀岩岩流、塑变形。。4、施工支护宜用用锚喷支护，并并紧跟开挖面进进行，当压力很很大时，可用喷喷锚及钢架联合合支护。并须加加强施工量测，，以便及时改变变施工顺序、钻钻爆参数和支护护衬砌刚度，控控制围岩变形。。大变形地段可可采取长锚杆、、预应力锚索等等支护措施，并并与型钢支撑结结合，形成联合合支护体系，预预留变形量应适适当加大。471、隧道通过膨胀胀性岩层时，应应对照设计文件件和流变情况进进行调查和量测测，据以确定施施工对策。对工工程地质和水文文地质应心中有有数，并作好人人、机、物、财财计划、科技手手段与工程措施施准备。2、认真做好防排排水工作，首先先要防止出现因因工程用水漏水水与排放污水不不畅，及时进行行仰拱及基底封封闭，防止泥水水及满洞泥泞，，墙脚浸泡造成成滑坍。认真做做好隧道及地表表范围内积水引引排。严禁施工工高压水池设在在洞顶上方，防防止漏水渗入洞洞内。485、仰拱超前，拱拱墙同时施工，，使形成封闭环环。衬砌断面宜宜采用曲墙式，，应使用钢模板板台车整体衬砌砌，先墙后拱一一次成型，并保保证施工质量。。漏水地段应在在衬砌前作止漏漏处理。不宜采用传统分分部开挖法及木木支撑支护，以以免多次扰动围围岩及暴露时间间长，变形过大大，造成松动掉掉块和坍方。（三）、岩爆的的产生及防治措措施1、概述随着铁路、公路路建设事业的不不断发展，长隧隧道、深埋隧道道逐渐增多，伴伴随而来的在强强烈的构造高应应力地区修建隧隧道中遇到岩爆爆问题亦相应增增多，因此，对对岩爆问题必须须引起施工人员员的充分注意并并妥善加以解决决。49岩爆是隧道开挖挖中，由于围岩岩应力超过围岩岩强度而使围岩岩发生突然破坏坏，并把破坏的的岩块（片）弹弹射出来。岩爆爆发生三要素：：地层岩性条件件（坚硬、完整整、脆性）；地地应力条件；施施工触发因素；；三者缺一不可可。岩爆与埋深有密密切关系，埋藏藏越深岩爆越烈烈，实践中也有有例外，有时隧隧道埋深仅110M左右，也有发生生，说明岩爆与与构造应力有很很大关系，特别别是水平应力与与垂直应力比值值与差值愈大，，岩爆即可能在在浅埋洞室中发发生。从工程实践中发发现：岩爆一般般发生在岩体干干燥、坚硬、50完整无裂隙部位位。岩爆在开挖挖后两个月内均均可发生，两个个月后基本稳定定，但再次开挖挖，仍会发生。。岩爆有时声音音巨响，有时声声音微弱，有时时有“闷雷”声声。岩爆部位大大多数产生在靠靠山一侧拱部。。岩爆的本质是弹弹性变形能的大大量释放，它威威胁施工人员的的生命安全、损损坏机具设备、、破坏地下建筑筑物，最严重时时可以毁坏整个个地下工程。世世界上从1738年英国锡矿发生生岩爆以来，共共有23个国家和地区记记录有岩爆。我我国1933年发生抚顺胜利利矿（深200M）发生岩爆，铁铁路成昆线关村村坝隧道，贵昆昆线梅花山隧道道，西康线秦岭岭隧道进、出口口均有岩爆发生生。四川太平驿驿引水隧洞岩爆爆较为强烈。512、岩爆类型（1）破裂松弛型，，围岩成块、板板、鳞片状爆裂裂，爆裂声微弱弱，偶而可以听听到劈劈啪啪的的响声，弹射距距离小，主要是是坠落。（2）爆裂弹射型：：岩爆特征是岩岩片弹射及岩粉粉弹射，爆裂响响声如枪声，弹弹落岩片最大不不超过0.3m3，直径一般为5-10cm，有拳头大小者者，也有粉末烟烟雾者，铁路隧隧道关村坝、莲莲地、沙木拉打打、百家岭等，，时间多在1小时内发生，部部位在工作面及及附近拱部牛角角湾处，发生前前发生劈啪响声声，岩块成片状状弹射或剥落，，弹射距离一般般2—3m，岩块呈中间厚厚周边薄的菱片片，开始拳头大大小，速度很快快，后渐为蚕豆豆般碎石522、岩爆类型（1）破裂松弛型，，围岩成块、板板、鳞片状爆裂裂，爆裂声微弱弱，偶而可以听听到劈劈啪啪的的响声，弹射距距离小，主要是是坠落。（2）爆裂弹射型：：岩爆特征是岩岩片弹射及岩粉粉弹射，爆裂响响声如枪声，弹弹落岩片最大不不超过0.3m3，直径一般为5-10cm，有拳头大小者者，也有粉末烟烟雾者，铁路隧隧道关村坝、莲莲地、沙木拉打打、百家岭等，，时间多在1小时内发生，部部位在工作面及及附近拱部牛角角湾处，发生前前发生劈啪响声声，岩块成片状状弹射或剥落，，弹射距离一般般2—3m，岩块呈中间厚厚周边薄的菱片片，开始拳头大大小，速度很快快，后渐为蚕豆豆般碎石53四散弹射，最大大体积0.5×0.4×0.07m,剥离岩块体积可可达2×1.3×0.2m，岩爆发生后，，有岩粉尾随出出现如烟雾状，，发生岩爆后的的洞壁表面一般般光滑平整。（3）爆炸抛射型：：巨石抛射，声声响如炮弹，抛抛石体积有数方方到几十方，抛抛射距离数米至至20米。3、产生岩爆的条条件及影响因素素（1）产生岩爆需要要一定的应力条条件及岩体结构构和性质条件，，通常多为完事事的整体岩块结结构及厚状结构构，岩石硬脆，，单轴抗压强度度在150MPa以上，声波速度度大于6000m/S，且只有岩体及及初始应力场的的最大主应力与与岩块单轴抗压压强度之比值大大于0.15～0.2的高应力条件下下才可能产生。。54（2）用钻爆法施工工，洞壁凹凸不不平，超欠挖比比较普遍，增加加了应力集中，，超欠挖处根据据经验，壁面的的应力集中系数数要增加80%。4、产生岩爆的经经验判据上世纪50年代至今逐步形形成的近代强度度理论认为岩爆爆是围岩应力达达到或超过围岩岩强度而产生的的围岩破坏现象象，从围岩的静静力极限平衡条条件出发，将各各种强度准则作作为岩爆的判据据，其中有拉伸伸机理、剪切机机理和经验判据据。现只介绍二二种经验判据：：（1）我国工程实践践提出的判据σ1＞(0.15～0.2)Rc发生岩爆式中σ1：岩体初始应应力;Rc：岩块单轴抗抗压强度。55（2）伊、阿：多多尔恰尼诺夫夫判据：σg≤0.3σc，无岩射、剥剥落；σg=（0.5～0.8）σc岩射，剥落；；σg＞0.8σc岩爆。强烈，，岩射。式中：σg—围岩表面最大大压应力；σc—岩体单轴抗压压强度。5、岩爆的防治治措施（1）工程设计方方面（一）在布布置地下工程程时，应尽量量使长轴方向向与最大主应应力方向平行行（或夹角＜＜30°＝这样可以减减少洞壁围岩岩的切向应力力，减少岩爆爆的发生。（二）选择合合理的洞形，，以改善围岩岩应力状态；；如主应力垂垂直于洞室断断面，应避免免高边墙，最最大主应力方方向斜交洞室室断面，可采采用曲边墙。。56（2）施工措施方方面：（一）步步为为营：稳扎稳稳打，全面设设防；（二）超前释释放应力：可可深打周边眼眼4—5米，爆2米，再打几个个中孔，浅眼眼爆破。（三）勤检查查、找顶、洒洒水，孔中灌灌水；（四）加强监监测：一是监监测围岩应力力状态，预测测岩爆发生的的可能性；二二是找出合理理的开挖方法法、支护形式式和支护参数数，测定支护护效果。（五）掌握岩岩爆规律，施施工作业避开开集中岩爆时时间（一般开开挖后2—3小时），两头头交替工作。。57（六）喷锚支支护应作为防防治岩爆的主主要手段。a：超前锚杆、、径向锚杆，，以防岩爆发发生，减轻岩岩爆规模；b:径向锚杆+喷砼支护，防防止岩爆滞后后重复性；c:b+挂网，用于较较大规模滞后后型岩爆区段段。喷锚网喷喷时，一要及及时，喷足厚厚度，网要封封口，宜用φ6-8mm盘条作方格网网，锚杆要加加垫钣。（七）综合防防治特别重要要。目前对岩爆尚尚无特效防治治办法，因此此须采取综合合防治措施，，如对设备加加设防护，加加强岩爆观察察，发现异常常及时躲避等等。（四）、瓦斯斯隧道施工1、概述瓦斯是从煤、、岩体内涌出出有害气体的的总称。其中中有俗称沼气气的甲烷（CH4）、二氧化碳碳、二氧化硫硫等。58但当开采到一一定深度后，，其主要成份份就剩沼气了了，因此煤矿矿俗语中瓦斯斯往往是指沼沼气。沼气有有以下六个特特性：（1）无色、无味味、无臭，比比重为0.544,故易聚集在隧隧道洞室顶部部及高处；（2）难溶于水，，但渗透与扩扩散性很强，，能从邻近层层渗透到采空空层，能迅速速扩散到全部部巷道；（3）虽无毒，但但当空气中含含量过多，则则能使氧气含含量下降使人人窒息；当其其浓度达43%时，能使氧气气含量下降到到12%，使人开始窒窒息，当浓度度达到57%时，氧气含量量就会降到9%，短期内使人人窒息死亡；；（4）有燃烧性，，浓度小于5%遇火能燃烧，，当浓度大于于16%时不能直接燃燃烧，但遇到到新鲜空气能能缓慢燃烧；；59（5）有爆炸性，，当浓度在5～16%时遇火便会爆爆炸；（6）高浓度区具具有地层、掘掘进面出现瓦瓦斯突出。2、通过煤系地地层地段的防防爆措施防止瓦斯的危危害主要在于于防爆，为此此应始终抓住住三个环节：：严禁火种、、瓦斯浓度监监测和加强通通风。主要措施是：：（1）、为查明煤煤层位置及突突出性所采取取的技术措施施：利用弹性性波（物探））判断煤层位位置；利用钻钻机水平超前前钻孔两次，，一是距煤层层30—50m远打2—3个孔，决定煤煤层位置，并并测瓦斯压力力及浓度；二二是距煤层10～15m钻2—3个孔，穿透煤煤层测定瓦斯斯浓度，瓦斯斯压力P1，采集钻孔煤煤样，测定煤煤层坚固系数数f，瓦斯释放初初速度△P，最终判断煤煤层突出性。。60（2）、进行预防防瓦斯的安全全教育，使职职工人人了解解预防瓦斯的的知识与要求求，以利互相相监督。洞口口设专人值班班，检查各项项制度是否执执行，特别是是火种严禁携携带入洞。（3）、合理选择择通风方式，，加强通风管管理通风方式采用用混合式，主主扇可采用两两台（一台备备用）155kw轴流风机3900m3/min设在平导通风风洞作吸出，，局扇15～45kw吹入掌子面进进行巷道通风风，平导吸出出污浊空气，，正洞进新鲜鲜空气，风量量要足够。以以稀释瓦斯含含量及加速排排出。组织通通风管理小组组，固定专人人管理通风，，保证通风效效果良好。洞洞内风机（局局扇）采用防防爆型的。（4）、设备、供供电、照明防防爆以杜绝电电火花。设备选用防爆爆矿用电气设设备，如防爆爆立爪、防爆爆梭矿、61防爆电瓶车、、防爆喷浆机机等。供电防防爆，洞内采采用隔爆型移移动变压器，，矿用橡套软软电缆（防爆爆电缆）、隔隔爆型自动馈馈电开关,隔爆型磁力起起动器,隔爆接线盒等等。照明采用用低压隔爆萤萤光灯，防爆爆探照灯。通通讯采用防爆爆电话。（5）、要有可靠靠供电。为了防止施工工中因停电、、停风、造成成瓦斯积聚，，导致瓦斯燃燃烧和爆炸。。要有双回路路供电，除使使用电网供电电外，要设立立备用电站。。（6）、建立完善善的瓦斯监测测制度，一般般对巷道和掌掌子面要执行行定时检查制制：高沼隧道道每班至少检检查监测瓦斯斯三次；低沼沼隧道每班至至少两次。每每次检查，均均应在靠近掌掌子面20M处的空间断面面监测六个点点，并建立巡巡回监测制度度；62在掘进工作面面附近安装一一台数字显示示的沼气自动动报警仪，作作为环境的沼沼气浓度监测测装置，每洞洞口均设瓦斯斯浓度报告牌牌，及时填写写。（7）、爆破作业业，首先作好好爆破设计，，只允许采用用电雷管起爆爆，毫秒雷管管总延期不得得超过130毫秒，使用煤煤矿安全炸药药，电缆线作作导线。放炮炮时要三员到到场（领工员员与工班长、、瓦检员、放放炮员），并并实行“一炮炮三检制”（（装药前、放放炮前、放炮炮后）。炮眼眼堵塞用水炮炮泥，必须用用水风钻钻眼眼，不得打浅浅眼（60CM。）（8）、采用复合合式曲墙仰拱拱全封闭结构构，初期支护护以喷锚（局局部加网）支支护为主，二二次模注采用用P10防水砼，防水水板由1mm改为厚2mm聚乙稀板，以以增加抗瓦斯斯渗透性能。。63（五）、岩溶地区区隧道施工1、岩溶概述岩溶是可溶性岩层层（如石灰岩、白白云岩、白云质灰灰岩、石膏等）受受具有溶解能力（（含CO2）的水长期作用而而产生的。由于溶蚀的形成、、位置、塌陷作用用等的不同，岩溶溶在隧道施工中常常遇见的有岩溶裂裂隙、溶洞、暗河河。当覆盖较浅时时，也会遇到溶沟沟、溶槽、落水洞洞、漏斗等。2、岩溶对隧道施工工的影响当隧道穿越可溶性性岩层时，常遇到到大小不等，部位位不同、充填物及及充填程度不同和和含水量不等的溶溶洞。它们都给施施工带来一定困难难，有的甚至是灾灾难性的。如隧道道底部充填深而充充填很松软，隧道道基底难于处理；；有的溶洞岩质破破碎，易坍；64有时遇到大水囊或或暗河，岩溶水或或泥沙水大量涌入入隧道，形成突水水突泥，造成重大大伤亡事故；有时时遇到填满饱含水水分的充填物的溶溶槽，掘进至边缘缘时，含水充填物物不断涌入隧道，，难以遏止，以至至地表下沉，山体体压力聚增，如大大瑶山隧道竖井涌涌水；有的溶洞、、暗河迂回交错，，分支错综复杂，，范围宽广，处理理十分困难，甚至至被迫改线等。3、隧道遇到岩溶的的各种处置措施（1）、首先应根据设设计文件及施工情情况查明溶洞分布布情况（影响建筑筑物的各种因素）），类型情况（大大小、有无水、溶溶洞是否在发育中中及其充填）。岩岩层的稳定程度和和地下水流情况（（有无长期补给来来源，雨季有无增增长特点）等，分分别情况采取引、、堵、越、绕等措措施进行处理和施施工。65a.引排水遇到暗河和溶洞有有水流时，宜排不不宜堵，在查明水水源流向及其与隧隧道位置关系后，，用暗管、涵洞、、小桥等设施，渲渲泄水流，或开凿凿泄水洞将水排出出洞外。当水流位置在隧道道上部或高于隧道道时应在适当距离离外，开凿引水斜斜洞（或引水槽））将水位降低到隧隧道底部位置以下下，再行引排。当当有平导时，可引引入平导排出。b.堵填对已停止发育、径径跨较小、无水的的溶洞，可根据其其与隧道相交位置置及其填充情况，，采用混凝土、浆浆砌片石或干砌片片回填封闭，或加加深边墙基础，加加强隧道底部。拱拱以上如系空溶洞洞，可视溶洞的岩岩石破碎程度采用用锚杆加固，66加设护拱及拱顶回回填办法处理。c.跨越当溶洞较大较深，，不宜用堵填封闭闭的办法或充填物物松软不能承载建建筑结构时，可采采用梁、拱跨越，，但梁端或拱座应应置于稳固可靠岩岩层，必要时用圬圬工加固。d.绕行施工中遇到一时难难以处理的溶洞时时（如需钻探作特特殊设计等），可可先以迂回导坑绕绕行，继续进行隧隧道施工，一面处处理溶洞。4、施工注意事项（1）、隧道施工前，，应对地表进行详详细勘查，注意研研究岩溶状态，估估计可能遇到溶洞洞的地段。67（2）、对地表水，出出水点的情况要详详细了解，地表应应进行必要处理，，防止地表水下渗渗。（3）、施工中要加强强超前预测预报工工作，通过采取地地质素描、物探手手段（如地震波法法、直流电法、红红外探水）及超前前钻孔等综合手段段来判断岩溶发育育及地下水情况。。在掘进时，根据据钻孔速度加快，，可能已达溶洞边边缘，应注意水情情变化及裂隙溶蚀蚀程度，当有所剧剧增时，应对掘进进、排水、支护等等工作加以妥善安安排。如出现混水水，则应采取堵水水措施，“小水不不堵，大水叫苦””，如把水放出来来，再要堵回去，，是非常困难的。。（4）、接近溶洞边缘缘时，应跟紧后部部工序，施作物探探及超前钻孔探水水，同时设法探明明溶洞的形状、大大小范围、充填物物等情况，据以制制定施工处理方案案及安全措施。68（5）、反坡施工隧道道应备足排水设备备。（6）、溶洞顶部须及及时加固，及时处处理危石，溶洞较较高时要喷射混凝凝土及挂网。（7）、在溶蚀地段爆爆破作业，应做到到多打眼、打浅眼眼、少装药。（8）、在溶洞填体中中通过，充填物松松软时，可采用管管棚法（大、小））予注浆、初期支支护加强、基底加加固等措施，浅埋埋地可段也可予先先进行地表注浆。。（9）、溶洞未作处理理方案前，不要弃弃碴于其中。（10）、在处理复杂的的溶洞时，要依据据现场具体情况，，制定安全措施，，以确保施工安全全。69（5）、反坡施工隧道道应备足排水设备备。（6）、溶洞顶部须及及时加固，及时处处理危石，溶洞较较高时要喷射混凝凝土及挂网。（7）、在溶蚀地段爆爆破作业，应做到到多打眼、打浅眼眼、少装药。（8）、在溶洞填体中中通过，充填物松松软时，可采用管管棚法（大、小））予注浆、初期支支护加强、基底加加固等措施，浅埋埋地可段也可予先先进行地表注浆。。（9）、溶洞未作处理理方案前，不要弃弃碴于其中。（10）、在处理复杂的的溶洞时，要依据据现场具体情况，，制定安全措施，，以确保施工安全全。70（一）、注重调查查研究，优化施工工组织设计是干好好一项工程的前提提。生产指挥者和技术术负责人首先要认认真审阅图纸、设设计文件，明确了了解设计意图，明明白技术重、难点点，还要在施工前前亲自勘察施工现现场，进行深入施施工调查，掌握地地形特征，熟悉周周围环境，将施工工图纸与现场进行行核对，动脑筋，，细琢磨，做到心心中有数，然后着着手编制实施性施施组，注意解决好好三个方面问题：：五、生产组织和技技术管理应注意事事项711、选择合理的施工工方案和确定恰当当的施工方法。一一个隧道工程可能能有多个施工方案案，每种施工方案案都可能有优势与与不足，但要筛选选一个较合理的施施工方案，则是一一个完整的决策过过程。决定施工方方案的取舍，应本本着“效率”的原原则，其内涵是工工期和效益。确定定施工方法的“自自由度”很大，光光隧道施工方法就就有十多种；机具具设备也多种多样样，如何选才是合合理有效的？确定定首要原则是“可可靠性”，即必须须安全质量是要有有保证的。其次是是“一致性”原则则，即人和机具与与作业空间、作业业时间的互相匹配配的一致性。实践践出真知，好的施施工方法都是从实实践中来到实践中中的去的往复过程程。722、精心做好施工场场地布置和充分开开发利用有效资源源。隧道施工特点点是各种生产要素素都只能在洞口附附近布置，人、机机、物、运、风、、水、电、气，还还有生产加工、修修理设备、生活、、办公、临通等，，要把这些内容周周全安排，做到各各得其所，互不干干扰，增加吞吐能能力，实在是个复复杂的系统工程，，布置得好会得心心应手，否则干扰扰丛生。平面布置置，其实是立体的的，要根据要素的的充分利用，高站站台低贷位，投料料孔等都是合理利利用地形的结果。。而且还可改造地地形使之为我所用用，做到长计划短短安排。3、重视隧道施工通