隧道矿山知识点

隧道：一种修建在地下，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通过的工程建筑物。

隧道的种类：按隧道所处的地质条件：土质隧道和石质隧道；按埋置的深度：浅埋隧道和深

埋隧道；按隧道所在位置：山岭隧道、水底隧道和城市隧道；

按用途：交通隧道（作用是提供运输的孔道，分为铁路隧道、公路隧道、地下铁道、水底

隧道、人行地道）；水工隧道（按用途分为引水隧洞、尾水隧洞、导流隧洞或泄洪隧洞、排

沙隧道）：市政隧道（城市中为安置各种不同市政设施而修建的地下孔道，按用途：给水隧

道、污水隧道、管路隧道、电缆隧道、人防隧道）；近上避道（从山体以外通向矿床的隧道，

分为运输巷道、给水巷道、通风巷道）

我国最早用于交通的隧道为：“石门”隧道;我国第一座铁路隧道：狮球岭隧道;我国自行

设计、施工的第一条铁路：京张铁路;我国目前最长的公路隧道：秦岭终南山隧道。

勘察设计的基本内容：隧道工程调查、隧道线路确定、洞口位置选择。

影响隧道位置选择的因素：地质条件、水文地质条件、地形和地貌条件、投资条件、工期要

求、当地环境控制要求。根本性因素是：地质条件和地形条件。

克服地形条件带来的高程障碍，设计：绕行方案、路堑方案和隧道方案。

从现代的观点出发，当线路遇到地形高程障碍时，应该优先考虑隧道方案，只有在不具备修

建隧道的条件时，才考虑采用其他方案。

选择越岭隧道的位置依据：选择域口和确定隧道高程

城口：当线路跨越分水岭时，分水岭的山脊线上的高程较低处。

将隧道选在较高的高程，可以缩短隧道长度，减少施工工期，降低投资，但会形成较大的纵

坡和较长的展线。

河谷线上隧道位置的选择考虑因素：保证最小覆盖层厚度、尽可能“裁弯取直”

按地质条件选择隧道位置：单斜构造地层，注意要尽量避开层间软弱结构面和不要把隧道纵

轴线设计成与层理面平行；隧道穿过褶曲构造时，选在背斜中比较有利；在断层构造地区，

应尽可能避开断层，实在避不开时，应正交穿越，或尽量加大隧道走向与断层走向的交角。

不良地质：指滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、危岩、落石、瓦斯地区等。

合理确定隧道洞口位置的指导思想：“早进晚出”。意思是在决定隧道洞口位置时，为了施

工及运营的安全，宁可早一点进洞，晚一点出洞。早晚度的把握，衡量的尺度是边仰坡的坡

率和刷坡高度。

隧道内的线路最好采用直线。

隧道曲线线路设置总的原则：应采用较大的曲线半径和较短的曲线长度，并尽量设在洞口附

近，以减少其不利影响。

隧道线路设计包括平面设计和纵断面设计两个方面。

铁路隧道中的曲线地段，必须设置加宽和超高。

公路隧道必须设置曲线时，不宜采用设超高的平曲线，并不应采用设加宽的平曲线。

隧道线路纵断面设计的主要内容：（1）坡道形式：单坡（多用于线路的紧坡地段）、人字

坡（多用于长大隧道，尤其是越岭隧道）（2）坡度大小：铁路最小坡度不宜小于3%；公路

最小坡度不应小于0.3%,以利排水，最大坡度不应大于3%。

隧道内的纵坡变更处均应设置竖曲线，并尽量选用大值，以利于通视和通风。

隧道净空：指隧道衬砌内轮廓线所包围的空间。

隧道建筑限界：为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度范围

内不得有任何障碍物的空间范围。

铁路曲线隧道加宽原因：当列车在曲线上行驶时，由于车体内倾和平移，使得所需横截面积

有所增加。为了保证列车在曲线隧道中安全通过，隧道中曲线段的净空必须加大。曲线隧道

净空的加宽值由三部分组成：d内1、d内2、d外。

隧道断面衔接方式：在衔接处，可以用错台的方式突然变换，也可以在短距离内过渡变换。

前者施工方便，但突变台阶增大了隧道内风流的阻力，对通风有些不利。

拟定衬砌结构尺寸，需要考虑：（1）选定什么样的净空形状，即选定结构的内轮廓（2）选

定什么样的计算结构轴线（3）选定各个截面的厚度。

公路隧道与铁路隧道衬砌断面设计的主要区别：（1）铁路隧道建筑限界是固定统一的，而

公路隧道的建筑限界则取决于公路等级、地形、车道数等条件；（2）公路隧道的附属设施

如通风、照明、消防、报警等均比铁路隧道多且要求高，且每一座隧道均会因交通流量和长

度不同而要求不同。

公路隧道断面的形状：单心圆、坦三心圆、尖三心圆，前两种运用最为普遍。

隧道断面形状：圆形、拱形、矩形。圆形断面衬砌适应不同围岩压力分布的能力最强，拱形

断面衬砌次之，矩形断面衬砌最弱；矩形断面面积利用率最高。

洞身衬砌结构类型：整体式混凝土衬砌，分为直墙式衬砌（适用于地质条件极好，整体岩层

坚固，几乎没有水平侧压力）和曲墙式衬砌（适用于地质比较差，岩体松散破碎，强度不高，

又有地下水，侧向水平压力很大）；装配式衬砌；喷锚支护（喷射混凝土喷射到坑道的岩壁

上，在围岩不够稳定时加设锚杆和金属网）；复合式衬砌（把衬砌结构分成外衬和内衬两层，

在不同的时间上先后施作的）。

复合式衬砌按内、外衬的组合情况可分为：（1）喷锚支护与混凝土衬砌（2）喷锚支护与

喷射混凝土衬砌（3）格栅钢构供架喷射混凝土与混凝土衬砌（4）装配式衬砌与混凝土衬砌

衬砌材料：（1）混凝土与钢筋混凝土（2）片石混凝土（3）料石或混凝土预制块（4）喷射

混凝土

洞门的作用：（1）减少洞口土石方开挖量（2）稳定边坡（3）引离地表流水（4）装饰洞口

洞门的类型：洞口环框（适用于洞口石质坚硬，地形陡峻无排水要求）、端墙式洞门（适用

于地形开阔，岩质稳定）、翼墙式洞门（适用于IV~VI级围岩）、柱式洞门（地形较陡，地

质条件较差，仰坡有下滑可能性）、台阶式洞门（当洞门处于傍山侧坡地区，洞门一侧边坡

较高）、喇叭口式洞门（洞口场地狭窄或桥隧相接以及边仰坡有落石掉块可能性）、削竹式

洞门（洞口段有一节较长的明洞衬砌，山体的推滑力不大）

明洞结构类型：拱式明洞（承力能力比棚式好）和棚式明洞，框架式明洞

避车洞：当列车通过隧道时，为了保证洞内行人、维修人员及维修设备的安全，在隧道两侧

边墙上交错均匀地修建了洞室，用于躲避列车。

铁路隧道附属建筑：避车洞、电力及通信设施、运营通风设施（自然通风和机械通风，铁路

隧道机械通风一般采用纵向式通风，按具体通风形式不同分为洞口风道式通风、喷嘴式通风、

竖井、斜井式通风、射流式通风）

公路隧道附属建筑：安全管理设施、紧急避难设施（紧急停车带、行人、行车横洞和预留洞

室）、运营通风设施（分为自然通风、机械通风；设置机械通风的因素有隧道长度和设计交

通流量；通风方式分为纵向式通风、半横向式通风、全横向式通风、混合式通风）、运营照

明设施（黑洞效应：白天，由于隧道内外的亮度差别极大，当汽车驶进洞口时，会感到洞口

很黑，影响司机判别洞口附近的情况，特别是从洞外进入洞内时，视觉会一下变得很黑，长

隧道会看到“黑洞”，短隧道会看到“黑框”；白洞效应：当车辆从亮度低的洞内接近出口

处时，由于外部亮度极高，出口看上去是个“白洞”；长隧道的照明可分为洞口接近段、入

口段、过渡段、中间段、出口段；减光建筑物：遮阳棚、遮光格栅）、其他救援设施。

治水原则和措施：防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理

洞口和明洞防排水：在洞口段，一般设置洞口天沟，在明洞段，一般会在衬砌外缘敷设外贴

式防水层或防水涂料并在洞顶回填土石表面设置黏土隔水层。

隧道内排水建筑物：盲沟、横向排水管、排水沟

隧道围岩：隧道开挖后其周围产生应力重分布的岩体和土体。

隧道围岩失稳破坏性态：1.脆性破裂2.块状运动3.弯曲折断破坏4.松动解脱5.塑性变形和

剪切破坏

围岩压力：引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力，可分为松动压力，形变

压力，膨胀压力，冲击压力。

围岩压力分类：松动压力、形变压力、膨胀压力、冲击压力

将坑道上方围岩经过变形，破坏，冒落后所形成的相对稳定的平衡拱形范围，称为自然拱,

其过程也称为“成拱作用”。作用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散岩体的重力。

深埋隧道围岩松动压力的确定方法适用条件：

l.Ht（坑道净高度）/B（坑道宽度）＜1.72.深埋隧道3.不产生显著的偏压力及膨胀压力的一般

围岩4.采用传统的矿山法施工的隧道。

3：宽度影响系数hq：坍方平均高度

当H》5b时为深埋隧道。侧向均布压力按朗金公式计算。

深浅埋隧道的判定应以隧道顶部覆盖层能否形成自然拱为原则，根据经验，这个深度通常为

2~2.5倍的坍方平均高度值。

浅埋隧道围岩松动压力的确定方法：

滑动岩体重力=滑面上的阻力+支护结构的反作用力（围岩松动压力）

围岩松动压力=滑动岩体重力一滑面上的阻力

浅埋隧道所受围岩松动压力比深埋隧道要大。

在进行明洞压力计算时，一般按回填土考虑荷载,依据土力学中挡土墙压力理论进行计算。

第六章隧道衬砌结构计算

地下结构与地面结构的主要区别：隧道衬砌是埋置于地层中的结构物，它的受力变形与围岩

密切相关。支护结构与围岩作为一个统一的受力体系，相互约束，相互作用。

隧道工程结构的受力特点：

1.隧道工程是在自然状态下的岩土介质中开挖的，隧道周边围岩的地质环境对隧道支护结构

的计算起着决定性的作用。

2.隧道支护结构周围的围岩不仅对支护结构产生荷载，同时它本身又是一种荷载体，隧道开

挖后的围岩压力是由围岩本身和支护结构共同来承载的。

3.作用在支护结构上的荷载受到施工方法和施工时间的影响。

4.与地面结构不同，隧道工程支护结构安全与否，既要考虑到支护结构能否承载，又要考虑

围岩是否失稳。

隧道结构体系的计算模型:传统的结构力学模型（荷载一结构模型）和现代的岩体力学模型。

结构力学方法的基本原理：将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载的主体，围岩作为荷载

的来源和支护结构的弹性支撑。

与其对应的计算方式称为荷载-结构模式。

实际应用大致有三种：1.主动荷载模式2.主动荷载加被动荷载模式3.实际荷载模式。

作用在隧道衬砌上的荷载按其性质可分为主动荷载（分为主要荷载和附加荷载）和被动荷

载，主动荷载是主动作用于结构，并引起结构变形的荷载；被动荷载是因结构变形压缩围

岩而引起的围岩被动抵抗力即弹性抗力，它对结构变形起限制作用。两种计算理论：共同

变形理论和局部变形理论（主要，以温克尔假定为基础，该理论认为围岩的弹性抗力与围

岩在该点的变形成正比）。

岩体力学模式的主要求解方法有：解析法，数值法，特征曲线法和剪切滑移破坏法。（地层

一结构）

隧道抗震设计与计算最早采用的是地震系数法，该方法将地震加速度产生的惯性力施加于结

构上作为地震荷载，当作用于地下结构的抗震分析时，还需要考虑土压力及上覆岩土惯性力

的影响。

第七章隧道施工方法

明挖法多用于地铁车站；盖挖法用于修建浅埋隧道，地下铁道和市政隧道；掘进机法用于岩

石地层；盾构法用于土质地层，尤其适用于软土，流沙，淤泥等特殊地层；沉管法适用于水

底隧道；顶进法主要用于城市地下人行通道和市政隧道。

新奥法施工的基本原则：少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭

分部开挖法主要有六种方案:环形开挖留核心土法，三台阶七步开挖法，丹侧壁导坑法，双

侧壁导坑法，中隔墙法（CD）与交叉中隔墙法（CRD）。

洞口段：隧道开挖可能给洞口地表造成不良影响的洞口范围。

隧道洞口工程主要包括：边仰坡土石方边，仰坡防护，路堑挡护，洞门垢工，洞口排水系统

等。

进洞施工可分为：L零开挖方式进洞施工（绿色洞口）。2.回填方式进洞施工。3.贴壁方式进

洞施工。

明洞施工方法可分为：明挖一次成形法、半明半暗法

辅助施工措施：为了确保隧道工程顺利进行和施工安全，必须采取的一定的工程措施对地层

进行预支护或预加固。

预支护措施：预留核心土、喷射混凝土封闭开挖工作面、超前锚杆、管棚、临时仰拱封底、

预衬砌。

预加固措施：预注浆加固地层、地表锚喷预加固。

兼有预支护和预加固双重作用的，为超前小导管注浆。

在岩溶地段，隧道常用处理溶洞的方法有引堵越绕四种。

防治岩爆发生的措施：

1.强化围岩。给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态较快的从平面转为三维应力状态，

以达到延缓或抑制岩爆发生的目的。

2.弱化围岩。目的是消解围岩中的能量，使能量平和的转化或释放。

发生坍方的原因：1.不良地质及水文地质条件。2.隧道设计考虑不周。3.施工方法和措施不

当。

预防坍方的施工措施：1.选择安全合理的施工方法。2.加强坍方的预测。预测坍方常用的几

种方法有观察法，一般量测法，微地震学测量法和声学测量法。3.加强初期支护

第八章隧道矿山法施工基本作业

炮眼种类：掏槽眼，辅助眼，周边眼。

光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼，辅助眼，周边眼，底板眼。

预裂爆破的分区起爆顺序为：周边眼，掏槽眼，辅助眼，底板眼。

出稽运输作业由装磴、运输和卸植三个环节组成。

装喳方式可采用人力装硝或机械装硝。

有轨运输适用于长度大于3km以上隧道的施工。无轨运输适用于全断面、半断面等大断面

开挖隧道的出渣运输。

有轨运输优点在于基本上不排出有害气体，对空气污染较轻，设备构造简单，容易制作，占

用空间，而且固定等.

临时支护：钢支撑，锚杆支撑，喷射混凝土支撑。

喷射混凝土的作用有：1.充填裂隙加固围岩。2.封闭围岩壁面，防止风化。3.喷射混凝土与围

岩组成共同承载体系。

喷射混凝土的喷射方式：干喷、潮喷、湿喷。

锚杆的支护效应：1.悬吊效应。2.组合梁效应。3.加固效应。

锚杆需具备两个基本条件：1.锚杆受力后产生变形，且其本身不受破坏。2.锚杆与围岩保持

紧密接触。

锚杆分为：黏结式锚固锚杆和中空注浆锚杆。

锚杆的布置分为：局部布置和系统布置。

衬砌结构防水措施类型：喷射混凝土防水、塑料防水板防水、模筑混凝土衬砌防水、涂料防

水、防水砂浆抹面、注浆堵水.

结构排水设施：盲沟、排水管、排水沟

基本作业：钻爆、出磴、支护、防水、衬砌等

辅助作业：为基本作业提供必要的施工条件，并直接为基本作业服务的作业。如施工通风与

防尘、压缩空气供应、施工供水与排水、施工供电与照明。

辅助导坑的形式：横洞、平行导坑、斜井和竖井

施工防排水分为洞外防排水和洞内排水。

新奥法：用薄层支护手段来保持围岩强度，控制围岩变形，以发挥围岩的自承载能力，并通

过施工监控量测来指导隧道工程的设计与施工。

新奥法施工的基本原则："少扰动、早支护、勒量测、紧封闭"。

现场监控量测制定计划的条件：隧道的地质地形条件、支护类型和参数、施工方法以及有关

条件。

监控量测的内容：工程地质与支护状况的观察、隧道地表沉降量测、隧道净空变化量测、围

岩内部位移量测。

必须进行的项目：洞内观察、净空变化、拱顶沉降。

隧道施工作业方式：顺序作业、平行作业和流水作业

施工进度计划的表现形式：横道图（优点：较简单、直观、易懂、容易编制；缺点：工序的

相互关系不明确，施工日期和地点无法表示）、垂直图（优点：工程项目的相互关系、施工

的紧凑程度和施工速度十分清楚；缺点：反映不出某项工作提前或推迟完成对整个计划的影

响程度，反映不出哪些工程是主要的，不能明确表达出哪些是关键工作）、网络图（优点：

能反映施工进度，各个工序、项目之间的关系，可使用计算机进行优化；缺点：不如垂直图

直观）

围岩跟支护结构的相互作用：在极限位移范围内，围岩允许的位移大了，所需的支护阻力就

小，而应力重分布所引起的后果大部分由围岩所承担，围岩允许的位移小了，所需的支护阻

力就大，围岩的承载能力则得不