隧道施工技术 课件全套 入门任务1了解隧道常识 - 21案例实训教学安排

入门任务一：了解隧道常识知识目标了解：隧道及地下工程历史、现状和发展方向；认识：隧道工程特点；理解：隧道工程基本概念，工程理论要点学习任务回答下列问题（口头回答50%，书面回答）：1、隧道——，2、围岩——，3、支护——4、隧道工程理论——，5、隧道工程设计——，6、隧道工程施工——；7、隧道施工方法——，8、隧道施工技术——，9、隧道施工管理——。10、隧道结构是有哪几部分组成的？11、隧道的种类、规模和工程特点？12、隧道及地下工程的两大理论体系其核心内容是如何表述的？有何区别？13、现代隧道施工技术的发展方向表现在哪些？教学资源PPT课件001，本学习资料方法建议处理本学习资料，或阅读、听取PPT讲解旋转木马、搭档拼图、扩展小组、关键词标注、传话筒、引导文、三明治、交换答案等学时建议4一、隧道的定义隧道——建筑在地下的通道建筑物。

工程中还常将未加支护的毛洞称为坑道。

围岩——指坑道周围一定范围内， 对坑道稳定有影响的那部分岩体 或表述为：坑道周围一定范围内， 受隧道工程施工和车辆 荷载影响的那部分岩体支护——为维护围岩稳定而施作的人工结构人工结构部分,也是辅助部分,可以选择天然结构部分,也是主体部分,不可替代明暗交界处的结构部分功能性构造部分二、隧道的结构组成对待围岩，要象对待朋友一样，爱护它、保护它、帮助它！！！1.围岩2.支护3.洞门4.附属设施避车洞、下锚段、人行横洞(铁路)紧急停车带、人/车行横通道(公路)排水沟槽系统、电缆管槽系统通风巷道系统初期支护(外层衬砌)后期支护(内层衬砌)隧道三、隧道的种类按隧道的作用划分按所处地质条件划分按埋置的深度来划分按所在的位置来划分交通隧道输水隧道市政隧道矿山隧道土质隧道石质隧道浅埋隧道深埋隧道山岭隧道水下隧道(地层中)水底隧道(河床上)地铁隧道行业习惯专业性划分隧道的种类1、按长度划分，公路(铁路)长度在：短隧道500m及以下中长隧道500m以上至1000m（铁路隧道500m～3000m）长隧道1000m以上至3000m（铁路隧道3000m～10000m）特长隧道3000m以上（铁路隧道10000m以上）2、按断面划分，断面积在：小断面10m2及以下中等断面10m2以上至50m2大断面50m2以上至100m2特大断面100m2以上四、隧道的规模1、主体结构埋设于地面以下

因此，隧道周围区域的工程地质和水文地质条件对隧道施工是否能够顺利进行，起着重要的、甚至是决定性的作用。地质条件不同，则施工方案会有较大的差异

五、隧道的工程特点2、是一个狭长的建筑物

作业面受限，施工速度比较慢，往往使一些长大隧道的工期也比较长，成为新建线路上控制工程。可提前开始施工3、可以常年全天候稳定地安排施工

与桥梁和线路工程相比，隧道施工受昼夜更替、季节变换、气候变化等自然条件的影响较小4、地下工程施工环境较差，施工中还可能进一步恶化

例如爆破产生有害气体、喷射混凝土产生粉尘等。必须采取有效措施加以改善，如人工通风、照明、防尘、排水等，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5、建成困难，建好困难，一旦建成要更改就更困难

隧道是一种埋设于地下的大型隐蔽工程，所以在规划和设计中，应认真研究隧道与线路之间的关系、详细调查隧道区域地质等问题；在施工过程中，要每一道工序都严格按有关规定进行，确保隧道工程质量达到标准要求，当工期与质量发生冲突时，应优先保证工程质量6、运输不便，物资供应困难 隧道大多穿越崇山峻岭，工地一般都位于偏僻的深山峡谷之中，往往远离已有交通线，规划隧道工程时应予考虑的问题之一六、几个相关概念1、隧道工程设计——工程规划活动目的——开拓并持续安全应用地下通道空间。三个阶段：建筑设计、结构设计、施工设计勘察：地形、地质、地物、水文；确定：隧道位置、平、纵、横；判定：围岩级别；选定：支护材料、结构形式；指定：质量标准；建议：施工方案。2、隧道工程施工——建筑活动

是指按照规定的使用目的、规定的设计要求、规定的技术标准，使用适当的人员、资金、机械、材料，运用适当的施工方法、施工技术和施工管理，在指定的地层中修建隧道及地下洞室建筑物。3、隧道施工方法——工序的组合

——开挖和支护的方法。

是指为达到规定的使用目的、规定的设计要求、规定的技术标准，按照建筑物的结构组成将其建造过程分解为一系列工序（作业），然后将这些工序按照时间、空间、功能和技术关系进行适当的组合，使用一定的人员、材料、机械、资金，运用一定的技术措施和管理措施，使各项作业按照一定的程序完成，并最终建成建筑物的方法。如:矿山法、新奥法、明挖法、盖挖法、盾构法、掘进机法、沉埋法。4、隧道施工技术——手段和措施

是指在各种建筑环境条件下隧道施工过程中，所需的各项技术手段和措施。如：开挖技术(方法)、掘进技术(方式)、出渣运输技术；初期支护(锚杆、喷射混凝土、钢拱架)技术、洞内模筑衬砌技术；隧道施工测量技术、围岩动态量测与监控技术；基坑围护技术；防水技术、供水排水技术、供电用电技术；地质勘探与超前地质预报技术；机械配套和联合作业技术；劳动力组织和各工种的协调技术；材料采购和质量检验技术、成品质量检验和控制技术；施工场地和生活设施规划技术；废水处理技术、防尘排烟技术、隔音降噪技术等环境保护技术；施工安全和职业安全技术等；塌方处理技术；隧道穿越膨胀土、黄土、软土、流砂、岩溶、涌水、瓦斯、高地温、高应力地层等特殊地质地段时所需的特殊技术。如在软弱地层中的超前小导管注浆或长管棚帷幕注浆加固和堵水技术；在承压水地层中的防突水技术；在含瓦斯地层中的防突瓦斯和防爆技术；在高地温地层中的降温技术；在高应力地层中的应力释放技术等5、隧道施工管理——过程方法

是以履行施工合同为目的，建立和运行隧道施工管理体系，并在运行的过程中加以改进的过程方法。即对施工过程的计划、实施、检查、改进(PDCA)的程序和方法。

管理工作内容：施工方案选择、施工方法选择、施工技术选择；施工进度控制、施工质量控制、施工成本控制；施工场地布置；施工人员聘用和培训、工程材料和能源采购和供应、施工机械购置和配备；环境保护、职业健康与安全保护等项。

施工管理对象：人事管理、材料管理、机械管理、技术管理、质量管理、经济管理、安全管理等方面6、隧道工程理论——基本策略的核心表述

是人们对隧道及地下洞室工程问题的基本认识(即概念)、力学模型的模拟建立、工程措施的选择原则以及工艺流程的设计思想的总和或核心表述。它体现人们对工程问题的基本认识和解决工程问题的基本策略。1、两大理论的发展过程及其核心表述

20世纪以来，在大量的地下工程实践中,人们普遍认识到：隧道及地下洞室工程的核心问题，都归结在两个关键工序上。七、隧道及地下工程理论简介开挖支护如何开挖，才能更有利于洞室的稳定和便于支护如何支护，才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖既相互促进又相互制约围岩稳不稳？比岩体好不好挖？更为重要两个关键工序传统隧道工程理论——松弛荷载理论（20世纪20年代提出）

核心内容表述：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支承。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。

代表性的人物：太沙基(K.Terzaghi)和普氏(M·лромобьяконоб)等人。松弛荷载理论是在总结传统矿山法的原理的基础上提出来的，它类似于地面工程考虑问题的思路，已经发展到一个相当的水平，至今仍被广泛地应用着。现代隧道工程理论——围岩承载理论（20世纪50年代提出）

核心内容表述：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。

代表性人物：腊布希维兹(K.V.Rabcewicz)、米勒-菲切尔(Miller-Fecher)、芬纳-塔罗勃(Fenner-Talobre)和卡斯特奈(H·Kastener)等人。围岩承载理论是在总结新奥法的原理的基础上提出来的，它已经脱离了地面工程考虑问题的思路，而更接近于地下工程实际，近半个世纪以来已被广泛接受和推广应用，并且表现出了广阔的发展前景。陈小雄命名见论文2、两大工程理论的比较说明理论比较项松弛荷载理论围岩承载理论认识

围岩虽然有一定的承载能力，但极有可能因松弛的发展而致失稳，结果是对支护结构产生压力作用。视围岩为荷载的来源，采取直观的方法和结构来承受围岩压力，以期维持围岩的稳定。更注意结果和对结果的处理，不得不被动接受开挖坑道后围岩的任何变化结果。

围岩虽然可能产生松驰破坏而致失稳，但在松弛的过程中围岩仍有一定的承载能力，具有三位一体特性。视围岩为结构的主体和承载的主体，对其承载能力不仅要尽可能地利用，而且应当保护和增强。更注重过程和对过程的控制，应主动控制开挖坑道后围岩的变化过程。工程措施支护

根据以往工程对围岩稳定性的经验判断，进行工程类比，确定临时支撑参数。考虑到隧道开挖后，围岩很可能松弛坍塌，常用型钢或木构件等刚度较大的构件进行临时支撑，盾构是临时支撑的最佳形式。待隧道开挖成型后，逐步将临时支撑撤换下来，而用单层衬砌作为永久性衬砌。

根据量测数据提示的围岩动态发展趋势，确定初期支护参数。为了控制围岩松弛变形的过程，维护和增强围岩的自承载能力，获得坑道的稳定，常用锚杆和喷射砼等柔性构件组合起来加固围岩，必要时可增加超前锚杆或钢筋网甚至钢拱架甚至于预注浆，称为初期支护。然后采用砼或钢筋砼内层衬砌承受后期围岩压力并提供安全储备。初期支护、内层衬砌与围岩共同构成隧道的复合式承载结构。开挖

常用分部开挖，以便于构件支撑的施作。钻爆法或中小型机械掘进。

常用大断面开挖，以减少对围岩的扰动。钻爆法或大中型机械掘进。优缺点1.构件临时支撑直观、有效，容易理解，工艺简单，易于操作；

2.当围岩松散破碎甚至有水时，需满铺背材，也能奏效；

3.临时支撑的拆除既麻烦又不安全，不能拆除时，既浪费又使衬砌受力条件不好；

4.一般必须在开挖后再支撑，故一次开挖断面的大小受围岩稳定性好坏的限制，因而开挖与支护之间的相互干扰较大，施工速度较慢。1.锚喷初期支护按需设置，适应性强，工艺较复杂，对围岩的动态量测要求较高；

2.当围岩松散破碎甚至有水时，需采用辅助方法(如超前锚杆、超前管棚、超前下导管注浆、超前深孔帷幕注浆等)来支持，才能继续施工；

3.初期支护无须拆除，施工较安全，支护结构受力状态较好；

4.由于采用了一系列初期支护措施，故一次开挖断面可以加大，因而减少了开挖与支护之间的相互制约，给快速掘进提供了较为便利和安全的条件，施工速度较快。力学原理土力学。视围岩为散粒体，计算其对支撑或衬砌产生荷载的大小和分布状态。结构力学。视支撑和衬砌为承载结构，检算其内力，并使之受力合理。建立的是“荷载－结构力学体系”，以最不利荷载作为衬砌结构的设计荷载。但衬砌实际工作状态很难接近其设计工作状态。以往据此所作的大比例隧道结构－荷载模型试验，并无多大参考价值。岩体力学。视围岩为具有弹－塑性的应力岩体，分析计算围岩在开挖坑道前后的应力－应变状态及变化过程。并视支护为应力岩体的边界条件，起调节和控制围岩的应力－应变的作用，检验作用的效果并使之优化。建立的是“围岩－支护力学体系”，以实际的应力－应变状态作为支护的设计状态。实际工作状态较易接近设计工作状态。理论要点1.开挖隧道后，围岩产生松弛是必然的，但产生坍塌却是偶然的，故应准确判断各类围岩产生坍塌的可能性大小；

2.围岩的松弛和坍塌都向支撑或衬砌施加压力，故应准确判断压力的大小和分布；但在实际中以上两种判断的准确程度很难把握。

3.为保证围岩稳定，应根据荷载的大小和分布，设计临时支撑和永久衬砌作为承载结构，并使承载结构受力合理；但实际上只能以最不利荷载作为设计荷载。

4.尽管承载结构是按承受最不利荷载来设计的，但它是在开挖后才施作的，故为保证施工的顺利进行，应尽可能地防止围岩的松动和坍塌。1.围岩是主要承载部分，故在施工中应尽可能地减少对围岩的扰动，以保护其固有承载能力；2.初期支护主要用来加固围岩，它应既允许围岩承载能力的充分发挥，又能防止围岩因变形过度而产生失稳。故初期支护应先柔后刚，适时、按需提供；3.围岩的应力－变形动态预示着它是否能进入稳定状态，因此以量测作为手段掌握围岩动态，进行施工监控，或据此修改支护参数；4.整体失稳通常是由局部破坏发展所致，故支护应该能够既加固局部以防止局部破坏，又全面约束围岩以防止整体失稳，从而使支护与围岩共同构成一个力学意义上的封闭的稳定的承载环。八、隧道工程的发展方向1、加强隧道地质勘探和预报技术研究施工阶段应将超前地质预测、预报纳入正常的施工工序中，避免发生突水、突泥、坍方等重大工程事故常用方法：地质素描、地质雷达、TSP探测法、红外探水、超前钻探（水平钻探、竖直钻探、导坑超前探）2、加强量测技术及预报分析技术研究准确判断围岩稳定程度和发展趋势，预报围岩动态和指导施工、保障安全，防止隧道施工发生重大工程事故发生3、加强对隧道施工机械化与成本关系的研究在我国人力资源丰富的条件下，机械化达到什么程度，才是技术、经济、工期、投资、社会等各方面都可以接受的平衡点，机械化程度与隧道工程投资(或施工成本)的关系如何4、加强对山岭隧道掘进技术的研究山岭隧道钻爆掘进技术主要依赖凿岩机械和爆破材料。注重开发研究更安全、高效、环保的爆破器材，推广应用高效、节能的凿岩机械，总结出更为优化的爆破方法，提高钻爆掘进速度5、加强对初期支护的有效和耐久性的研究

完善初期支护施工工艺、加强初期支护施工质量控制、提高初期支护的有效性，保证工程质量、保证施工安全； 在隧道设计、施工中，如何保证支护结构（尤其是初期支护结构）的可靠度和耐久性，已经在我国高速铁路隧道工程技术讨论中明确提出，成为摆在我国隧道工作者面前的一个重要问题6、加强对内层衬砌整体性、防水性能的研究在高速铁路和高速公路线上的隧道中，为增强衬砌的整体性，已经不再允许先作墙拱后作仰拱，也不再允许将仰拱分成左右两幅施作，而是明确要求“完全顺作”。“仰拱栈桥技术”的推广应用已势在必行。浙江省余杭市安吉县天荒坪抽水蓄能电站工程，输水隧道衬砌采用整体滑动模板技术取得成功；满铺塑料防水板、防水混凝土可形成多重结构防水，应注重提高其防水的有效性；“分区隔离防排水技术”，可区分地下水的埋藏的条件的不同，提高全隧道防水效果，降低防排水成本7、加强对地层改良技术的应用研究在极度软弱破碎甚至富含有压地下水的围岩条件下，常规的锚喷支护技术或超前支护技术已不能奏效。应特别加强地层改良技术如注浆加固技术、冷冻固结技术、超前小导管或超前管棚注浆加固技术的应用及其有效性研究，提高在不良地质条件下隧道施工的安全性；8、加强对现代管理方法的应用研究在隧道施工过程中，采用现代管理方法，可以提高机械工作效率、减少各种能耗、降低工人劳动强度、提高施工速度、缩短施工工期、确保工程质量、降低施工成本；9、促进勘察、设计、施工一体化趋势如何使隧道支护结构更有效、更合理、更经济。需要业主、设计、施工、监理、政策各方面的密切协作、认真研究请完成基本练习请观看施工录像入门任务二：认识隧道构造

（初期支护、二次衬砌）图2-5锚喷支护（系统锚杆+喷射混凝土+钢筋网）干(潮)喷湿喷混合喷厚度5cm～25cm强度C15～C20可加钢筋网或钢纤维1、喷射混凝土系统锚杆局部锚杆超前锚杆长度2.5m～6.0m间距0.8m～1.5m直径Φ22～Φ282、锚杆3、钢拱架花钢拱架型钢拱架

钢拱架加工初期支护内层衬砌请观看施工录像请完成基本练习入门任务二：认识隧道构造知识目标认识：隧道建筑物的空间形态、结构类型、结构组成和构造特征（包括隧道平面、纵断面、横断面，初期支护、内层衬砌）学习任务认读：隧道设计图回答下列问题（口头回答50%，书面回答）：1、单层衬砌——，2、复合衬砌——，3、拼装衬砌——；4、初期支护（内层衬砌）——，5、后期支护（内层衬砌）——；6、锚喷支护——，7、超前支护——，8、地层改良——；9、锚杆——，10、喷射混凝土——，11、钢拱架——。12、隧道支护结构有哪几种类型？其力学意义有何区别？13、隧道洞门有哪几种结构类型？14、隧道附属设施有哪几种？隧道附属设施的标高设计要求？教学资源PPT课件002，本学习资料隧道设计图：01马尾井隧道、03谭家坝隧道、07梅子潭隧道09土地坡隧道、13斑竹林隧道、15双连拱隧道方法建议处理本学习资料，或阅读、听取PPT讲解旋转木马、搭档拼图、扩展小组、关键词标注、传话筒、引导文、三明治、交换答案等学时建议4隧道支护

结构类型单层衬砌主要是采用混凝土或钢筋混凝土就地模筑按传统松弛荷载理论设计，并按矿山法施工因其比较厚实,也称之为“整体式衬砌”结构层次单一、形状比较复杂受力不太合理，已经很少使用拼装衬砌将衬砌分解为管片,工厂预制,现场拼装可以按松弛荷载理论设计为单层衬砌也可以按现代围岩承载理论设计为内层衬砌配合盾构施工，速度快，能立即承受荷载受力状态较好，整体性较差，防水性能较差在富水、软弱地层中，应用和发展前途好但需要有较多的特殊技术支持复合衬砌由初期支护和内层衬砌两大部分组成初期支护以喷射砼和锚杆作为最基本的组合按现代围岩承载理论设计，并按新奥法施工层次较多，对地层条件的适应性强工艺较复杂内层衬砌以就地模筑砼为主形状简单，结构受力合理，使用广泛川藏公路二郎山隧道隧道支护结构模拟图图2-3-a复合衬砌（铁路单线，单位cm）图2-1直墙式衬砌（铁路单线，单位cm）图2-2曲墙式衬砌（铁路单线，单位cm）单层衬砌图2-3-b

复合衬砌（公路双车道，单位cm）

公路路面隧底填充仰拱Φ22砂浆锚杆L=3.0m梅花形布置纵向间距1m环向间距1mC20喷射混凝土厚20cm预留变形量，10cm塑料防水板C25模筑混凝土衬砌图2-4-a复合衬砌（多线连拱）C20喷射钢纤维混凝土厚20cm

预留变形量，10cm

塑料防水板

C25模筑钢筋混凝土内层衬砌Φ25砂浆锚杆L=3.5m梅花形布置纵向间距1m环向间距1m705064645520205220503104405020050855165520165830350995张海湾隧道图2-4-b复合衬砌（铁路单线圆形断面，单位cm）图2-5锚喷支护（系统锚杆+喷射混凝土+钢筋网）干(潮)喷湿喷混合喷厚度5cm～25cm强度C15～C20可加钢筋网或钢纤维1、喷射混凝土系统锚杆局部锚杆超前锚杆长度2.5m～6.0m间距0.8m～1.5m直径Φ22～Φ282、锚杆3、钢拱架花钢拱架型钢拱架

钢拱架加工初期支护内层衬砌图7-18

超前锚杆加固前方围岩

开挖面坍塌失稳示意图图7-20超前小导管注浆加固围岩图7-19超前管棚预支护围岩(长管棚)图7-21管棚注浆注浆套拱及导管开挖后暴露的小导管图2-7端墙式洞门、雁列山隧道、福建鼓山隧道图2-8削竹式洞门、喇叭口洞门（珠海板障山隧道）图2-9柱式洞门川藏公路上二郎山隧道寺铺尖隧道图2-8翼墙式洞门、青海九里隧道、重庆歌乐山隧道图2-11图2-10台阶式洞门、内昆铁路岩角1号隧道深圳罗沙公路

梧桐山隧道图2-12厦门

仙岳山市政隧道图2-6洞口环框、世界第一最高海拔隧道-风火山隧道图2-15紧急停车带及方向转换场设置示意图图2-14避车洞（小避车洞）图2-16弹簧软管盲沟引排局部渗水图2-17渗滤布盲沟汇集引排大面积渗水图2-18塑料板防水层图2-19排水沟、电缆槽排水沟、电缆槽质量检验图2-20

射流式风机通风图2-21混合通风请观看施工录像请完成基本练习入门任务三：认识围岩的稳定性

1任务分配教学内容教学情境时间安排教师引导教师向学生简单介绍隧道围岩的工程性质，布置教学任务并进行引导、检查和评价。PPT课件3施工录像2、160分钟学生学习1、成洞的三种情形及影响围岩稳定的因素？自然成拱作用？2、岩体力学性质的影响因素有哪些？有哪几项结论？3、岩体的力学性质是从哪几个方面反映的？4、何谓岩体的流变特性？何谓岩体的强度特性？5、岩体的结构分为哪几类？其破坏特征如何？6、岩体垂直应力一般特性有哪些？岩体水平应力一般特性有哪些？7、围岩的破坏失稳形态有哪几种？8、对围岩稳定性的定性解释有哪几个方面？9、围岩的稳定性分级的目的和原则？获取信息小组讨论120分钟+10、完成书面基本练习。Lotschberg隧道地质剖面图Piora向斜勘查平洞及钻孔

围岩稳不稳坑道稳不稳决定着判断围岩的稳定能力认识

围岩所处的地质环境研究

围岩的工程性质分析

影响围岩稳定的因素掌握

这些因素是如何影响一、围岩稳定的影响因素分析（一）

成洞的三种情形是最希望的经常要做的要尽量避免有时不需要任何支护就可以获得稳定的洞室有时则需要加以支护才能获得稳定的洞室由于支护不及时或不足而导致围岩坍塌堵塞洞室1、围岩工程地质条件2、隧道工程结构条件3、隧道工程施工条件

围岩所处的原始应力状态围岩的破碎程度和结构特征

围岩所处的地质构造环境地下水的作用等条件

指隧道所处的位置坑道形状（尤其是顶部形状）坑道的断面大小等条件

施工方法（扰动程度）施工速度（围岩的暴露时间）支护的施作时间、时机支护的力学性能支护与围岩的协调状态（二）

围岩稳定的

影响因素不同的地质环境条件不同工程性质的围岩不同的影响因素不同的影响机理不同的影响程度隧道的稳定与安全必要又充分经济又合理的工程措施最终获得区分岩体

好不好挖开挖方法掘进方式——在漫长的地质历史中，经过造岩、构造变形和次生蜕变而形成的地质体。结构面结构体（岩块）填充物主要研究内容定义范围或组成——指坑道周围一定范围内，对坑道稳定有影响的那部分岩体。围岩内边界

—在坑道的周边外边界

—有无相互影响稳定能力影响因素支护措施（三）围岩与岩体的区别及研究内容岩体隧道侧面图隧道正面图洞室围岩围岩原状岩体开挖岩体围岩原状岩体围岩围岩开挖岩体（一）岩体的变形特性岩体受拉后立即沿结构面发生断裂或脱离，表现为抗拉能力很低或者根本没有抗拉能力。这种特性显然不能为工程所应用，故不必过多研究，但它对工程是有害的，因此应极力避免应用。1、岩体的受拉变形特性二、岩体的工程性质2、岩体的受压变形特性1、压密阶段（OA）2、弹性阶段（AB）3、塑性阶段（BC）4、破坏阶段（CD）典型应力——应变曲线3、岩体的受剪变形特性岩体受剪时的变形特征主要受结构面控制。首先沿结构面滑动变形。然后结构体受剪变形，进而被剪断。（二）岩体的强度特性1、岩体的抗压强度比岩石的抗压强度低得多。2、岩体的抗压强度具有明显的各向异性。（如图）1、岩体的抗压强度单轴抗压强度107.7MPa2、岩体的抗剪强度岩体抗剪强度主要受岩体内结构面的性质和形态所控制。即结构面的产状、分布、规模、密集程度、空间组合形式和表面形态，填充物的性质和充填状况含水情况等，均直接而显著地影响着岩体的抗剪强度。岩体的岩性、构造、风化程度、含水性等因素对岩体的抗剪强度也有一定的影响。（三）岩体的结构特征及其分类岩体的结构特征是指结构体、结构面及填充物的特征总和。具体包括结构体的形状、大小，结构面的产状、分布、规模、密集程度、空间组合形式和表面形态，填充物的性质和充填状况、含水情况等。岩体的结构特征对岩体的工程力学性能有着重要影响，继而影响岩体的破坏形态。1、岩体的结构特征2、岩体的结构分类（见课本表3.1）岩体的结构类型a)整体块状b)层状c)碎裂d)散体整体块状结构碎裂结构构造相对轻微的厚层状与大型岩体，节理少，含水少。构造相对强烈的互层或风化型岩体，节理多，切割破碎，含水多。层状结构散体结构构造中等的中厚层或薄层状岩体，节理发育，含水情况较复杂。构造变动强烈地带或剧烈风化带，节理多且乱，隔水。1、脆性破坏整体状和巨块状岩体，其结构完整，岩质坚硬，在一般工程开挖条件下，大多表现出很强的稳定能力，仅偶尔产生局部掉块。当地应力很高时，则可能发生坑道周边岩石成大小不等的碎片状射出，并伴有响声，工程中将这种现象成为“岩爆”。岩爆属于脆性破坏。（四）岩体的破坏失稳形态2、块状运动块状或层状岩体，受少数结构面切割，其块间或层间结合力较弱，在应力作用下，向坑道方向运动。可能逐渐形成块体滑动、转动，以及块体挤出、塌落、倾倒等失稳现象。塌落的往往只是局部，其规模一般不会太大。3、弯曲折断层状岩体尤其是有软弱夹层的互层岩体，结构面较发育，层间结合力差，易于错动，抗弯折性能较低。洞顶岩体受自重应力作用易产生下沉弯曲，进而张裂、折断，形成塌落；边墙岩体在侧向水平应力作用下向坑道方向变形挤入甚至滑塌。碎裂结构或散体结构的岩体随挖随塌，或不挖自塌，基本不能自稳。即使利用初期支护使其勉强不坍塌，但其塑性变形也长时间不能停止，具有很强的流变性。4、松动解脱和塑性变形局部塌方拱形冒落松动解脱和塑性变形的表现（五）岩体工程性质的结论1、结论既不是简单的弹性体也不是简单的塑性体而是较复杂的弹塑性体岩体变形特性

强度特性

结构特征分析2、具体表现岩体的变形特性不同于结构体或结构面，而是呈现为“四个阶段”。整体性较好的岩体接近弹性体，破碎及松散岩体偏向于塑性体。岩体的变形不是瞬间完成的，而是随着时间逐渐达到终值，具有流变特征。岩体的强度具有明显的“各向异性”。岩体的结构特征对其力学性质有着重要影响，继而影响着岩体的破坏形态。三、岩体的原始应力状态工程实践和研究表明，岩体在开挖前总是处在相对平衡和稳定状态之中，称为“原始应力状态”。在开挖坑道后，围岩出现松弛和位移、甚至坍塌破坏等现象，与岩体的原始应力状态有着密切的关系。岩体中任意一点处的应力是平衡的

初始应力状态（一次应力状态）洞室形成前:洞室形成后:形成自由变形空间

重分布应力（二次应力状态）围岩向洞内松胀变形引发围岩应力重新调整开挖稳定后:围岩自己稳定，或是人工支护结构的帮助下获得稳定达到新的应力平衡和稳定状态（三次应力状态）四、围岩的应力历程五、围岩稳定性的力学解释1、围岩二次应力状态与其强度能力的关系。岩体的“强度破坏和有限的变形”，只是围岩坍塌失稳的“必要条件”。2、围岩二次应力状态与其变形能力的关系。“变形过度”才是围岩坍塌失稳的“充分条件”。3、围岩局部稳定性与整体稳定性的关系。在一定的工程结构条件下和一定的施工条件下，岩体的“强度破坏和整体变形过度”才是围岩整体坍塌失稳的“充要条件”。3、隧道结构条件与围岩稳定性的关系

（1）坑道横断面形状与围岩稳定性的关系自然界地层中的天然洞室，其顶部形状都趋向于形成拱形。

（2）坑道横断面大小与围岩的稳定性的关系坑道断面越大，围岩的相对稳定性越低；反之则相对稳定。4、隧道施工条件与围岩稳定性的关系

（1）开挖方法的影响施工应尽可能地采用大断面开挖，以简化围岩应力重分布的过程，减少对围岩稳定性的不利影响。

（2）开挖面的支承作用的影响施工中应尽可能地对“开挖面的支承作用”加以充分利用。

（3）掘进方式的影响应视围岩条件尽可能地选用对围岩扰动小的破岩方式。

（4）施工速度的影响施工中应及时做初期支护，控制围岩变形。

（5）风化作用的影响施工中应尽可能早地封闭围岩表面，缩短围岩暴露时间，避免围岩急速风化，保持围岩的稳定能力。小结1、影响围岩稳定的因素（围岩地质条件、隧道结构条件、隧道施工条件）2、岩体的变形特性和强度特性（流变特性和各向异性）3、岩体的结构特征（整体块状、层状、碎裂状和散体状）4、围岩的应力历程（从原始到一次再到二次应力状态）5、围岩的破坏失稳形态（脆性破坏、块状运动、弯曲折断、松动解脱和塑性变形）6、围岩稳定性的力学解释（总结了围岩的稳定性与围岩的强度和变形、隧道结构条件、隧道施工条件等因素的关系）请完成作业练习请观看施工录像入门任务三：认识围岩的稳定性

2任务分配教学内容教学情境时间安排教师引导教师向学生简单介绍隧道围岩的工程性质，布置教学任务并进行引导、检查和评价。PPT课件360分钟学生学习11、围岩的稳定性分级的目的和原则？12、铁路（公路）隧道设计规范将隧道围岩稳定性分为几级（类）？国家标准GBJ86-85《锚杆喷射混凝土支护技术规范》将隧道围岩稳定性分为几级（类）？获取信息小组讨论120分钟+13、完成书面基本练习。一、分级的目的和原则

为了工程应用的便利，有必要将围岩按其稳定性的好坏（能力的强弱）划分为有限个级别，以便于进行工程类比。（一）分级的目的（二）分级的原则１、分级目的明确、形式简单、级数适中；２、分级指标清晰、便于识别，易于区分；３、分级数据易得、便于定量，易于划分；二、隧道围岩稳定性分级《铁路隧道设计规范》推荐的围岩稳定性分级方法是：以围岩的结构特征、完整状态、岩体强度和围岩的弹性波速度（Vp）作为基本分级指标，将围岩划分为Ⅰ～Ⅵ共六个基本级别；然后适当考虑地下水和地应力对围岩稳定性的影响程度，对基本级别予以适当修正，确定出围岩稳定性的最后级别。（一）公路、铁路隧道围岩稳定性分级方法及分级表围岩级别围岩主要工程地质条件围岩开挖后的稳定状态(单线隧道断面围岩弹性纵波速度Vp(km/s主要工程地质特征结构特征和完整状态Ⅰ硬质岩，饱和单轴抗压强度RC＞60MPa，受地质构造运动影响轻微，节理不发育，无软弱面或夹层，层状岩体为厚层，层间结合良好呈巨块状整体结构围岩稳定，无坍塌，可能产生岩爆＞4.5Ⅱ硬质岩，RC＞30MPa，受地质构造运动影响较重，节理较发育，有少量软弱面（或夹层）和贯通微张节理，但其产状及组合关系不致产生滑动，层状岩体为中层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象，或为硬质岩石偶夹软质岩石呈大块状砌体结构暴露时间长，可能会出现局部小坍塌，侧壁稳定，层间结合差的平缓岩层，顶板易塌落3.5～4.5软质岩，RC≈30MPa，受地质构造运动影响轻微，节理不发育，层状岩体为厚层，层间结合良好呈巨块状整体结构Ⅲ硬质岩，RC＞30MPa，受地质构造运动影响严重，节理发育，有层状软弱面或夹层，但其产状及组合关系尚不致产生滑动，层状岩体为薄层或中层，层间结合差，多有分离现象，或为硬、软质岩石互层呈块、碎(石)状镶嵌结构拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍塌2.5～4.0软质岩，RC=5～30MPa，受地质构造运动影响较重，节理较发育，层状岩体为薄层、中层或厚层，层间结合一般呈大块状砌体结构Ⅳ硬质岩，Rc＞30MPa，受地质构造运动影响很严重，节理很发育，层状软弱面或夹层已基本被破坏呈碎石状压碎结构拱部无支护时可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定1.5～3.0软质岩，RC=5～30MPa，受地质构造运动影响严重，节理发育呈块、碎(石)状镶嵌结构土：1、略具压密或成岩作用的黏性土及砂类土；2、一般钙质、铁质胶结的碎、卵石土、大块石土；3、黄土(Q1，Q2)l、2呈大块状压密结构，3呈巨块状整体结构表3-2铁路、公路隧道围岩稳定性基本分级表1、坑道横断面大小对围岩稳定性级别的影响2、坑道横断面形状对围岩稳定性级别的影响3、施工方法对围岩稳定性级别的影响（二）对分级中不便考虑的影响因素的处理Ⅴ石质围岩位于挤压强烈的断裂带内，裂隙杂乱，呈石夹土或土夹石状呈角(砾)碎(石)状松散结构围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，浅埋时易出现地表下沉(陷)或坍塌至地表1.0～2.0一般第四系的半干硬～硬塑的黏性土，及稍湿至潮湿的一般碎、卵石土、圆砾、角砾及黄土（Q3，Q4）非黏性土呈松散结构，黏性土及黄土呈松软结构Ⅵ软塑状黏性土及潮湿的粉细砂等黏性土呈易蠕动的松软结构，砂性土呈潮湿松散结构围岩极易坍塌变形，有水时土砂常与水一齐涌出，浅埋时易坍塌至地表＜1.0（饱和土＜1.51、本分类适用于矿山、铁路、水电、建工和军工等部门的地下工程锚喷支护设计。2、本分类采用多因素定性与定量指标相结合的分类方法。虽然分类表中没有给出岩体质量系数，但由于分类表中给出了岩石单轴抗压强度和岩体完整性指标，所以，实际上也等于给出了岩体质量系数。3、岩体结构类型的划分，主要考虑了岩体结构体的块度尺寸，见下表。岩体结构类型整体状结构块状结构碎裂镶嵌与碎裂状结构散体状结构块度尺寸(以结构面平均间距表示)＞0.8m0.4～0.8m0.2～0.4m＜0.2m三、国家标准GBJ86-85《锚杆喷射混凝土支护技术规范》围岩分类法4、地质构造影响程度和结构面发育情况参见有关表格。5、对Ⅲ、Ⅵ类围岩，当地下水较发育时，应根据地下水类型、水量大小、软弱结构面多少及其危害程度，适当降级。6、对Ⅱ、Ⅲ类围岩，当洞轴线与主要断层或软弱夹层夹角小于30°时，应适当降级。7、划分围岩类别通常分为两个阶段：勘察阶段初步划分围岩类别与施工阶段详细划分围岩类别。四、其它分类方法1、岩石坚固性系数（f）分类法和岩体坚固性系数（fm）分类法2、泰沙基岩体荷载高度（hq）分类法；泰沙基岩体荷载高度（hq）分类法虽然简单、直观、易于理解，但经验性很强，也不够精确和严密。这种分类法奠定了松弛荷载理论的基础。3、岩石质量（RQD）分类法和岩体质量（Q）分类法；4、围岩自稳时间（Ts）分类法；5、弹性波速度（Vp）分类法；6、岩体质量应力比（S）分类法（总参工程兵1984年9月《坑道工程》围岩分类）。岩体质量应力比（S）分类法是比较完善的分类法，它既考虑到了岩体质量即岩体结构特征和强度特性的影响，又考虑到岩体所在的地层应力的客观存在和影响。请完成作业练习请观看施工录像入门任务四：理解隧道设计任务分配教学内容教学情境时间安排教师引导教师向学生简单介绍隧道位置选择的基本原则、结构设计的基本原则，布置教学任务并进行引导、检查和评价。PPT课件4隧道设计图30分钟学生学习1、隧道在线路上的作用表现在哪几个方面？2、隧道总体平面、纵断面、横断面设计原则有哪些？3、曲线隧道为什么要进行净空加宽？铁路曲线隧道的净空加宽办法？4、隧道衬砌断面的拟定方法？5、隧道支护设计原则、设计程序、结构类型6、工程实际中锚喷支护的设计方法如何？国标GBJ—提供支护参数表的作用是什么？7、《隧道设计规范》提供的工程类比设计参数取值范围？及选择原则？获取信息小组讨论60分钟+8、完成书面基本练习。复习、相关概念1、隧道工程设计——工程规划活动目的——开拓并持续安全应用地下通道空间。三个阶段：建筑设计、结构设计、施工设计勘察：地形、地质、地物、水文；确定：隧道位置、平、纵、横；判定：围岩级别；选定：支护材料、结构形式；指定：质量标准；建议：施工方案。隧道在线路上的作用：穿越分水岭，缩短线路长度降低线路拔起高度，减缓线路坡度穿过稳定山体，避开不良地质条件三个阶段：隧道建筑设计：根据其在交通线上的作用，根据地形、地质条件，选择隧道位置，并进行隧道平面、纵断面和横断面设计隧道结构设计：根据隧道所穿越地层的工程地质条件即围岩的稳定能力，拟定相应的支护参数，并提出相应的施工方案隧道结构参数：衬砌的内轮廓（即净空）、结构轴线、截面厚度；结构形式、材料种类隧道平纵横设计原则：平面“宜直不宜弯”纵断面“宜坡不宜平”，尽可能采用单坡型横断面“大小够用，形状受力合理，施工方便”洞口位置选择原则：早进晚出，避开沟心避开不良地质条件学习资料4-1隧道横断面设计一、隧道建筑限界和净空机车车辆限界：

在统计了机车和车辆横断面最大轮廓尺寸的基础上，

考虑机车车辆技术改造预留空间需要，

以及考虑列车装载规章允许的扩大货物后，

都不允许超出的界限。

公路汽车限界同理。

A=机车车辆限界

=机车车辆最大轮廓尺寸

+机车车辆技术改造预留空间一、隧道建筑限界和净空建筑接近限界：

为保证行车安全，路线上所有的建筑物和设备

（包括电力、通风、照明、安全、监控及内装）

都不允许侵入的范围

B=建筑接近限界

=A

+线路铺设误差

+线路变形和位移

+列车运行振动、摇动、摆动

+允许的货物超限尺寸。一、隧道建筑限界和净空隧道建筑限界：

为保证行车安全，路线上所有的建筑物

都不得侵入的范围

C=隧道建筑限界

=B

+设备最大尺寸

+设备安装误差

+衬砌施工误差

+衬砌变形和位移一、隧道建筑限界和净空a)铁路隧限1-甲、乙b)铁路隧限2-甲、乙图4-1铁路隧道建筑限界

《铁路隧道设计规范》（TB10003-2001）一、隧道建筑限界和净空c)专用公路d)一般公路图4-1公路隧道建筑限界《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）

一、隧道建筑限界和净空隧道净空：轨面（路面）以上衬砌内轮廓线所包围的空间D=直线隧道净空

=C+结构受力合理

+形状便于施工

+降低空气动力效应（高速铁路）图4-2高速铁路、高速公路隧道建筑限界公路曲线隧道的净空加宽《公路工程技术标准》（JTJ002—97）第3.0.12的规定：按公路等级进行加宽，当隧道位于平面曲线半径等于或小于250m的地段时，应在曲线内侧加宽。双车道路面的加宽值如表4-1所列。曲线隧道的净空加宽

原因：

1、由于曲线外轨超高引起车体内倾所要求的加宽值

2、由于车体平移所要求的加宽值

办法：

分段加宽；不同断面的衔接处，可以用错台，也可以在短距离内渐变表4-1公路平曲线隧道加宽取值（m）

加宽类别汽车轴距加前悬m曲线半径m250～200200～150150～100100～70150.40.60.81.0280.60.70.91.235.3+8.80.81.01.52.0加宽类别汽车轴距加前悬m曲线半径m70～5050～3030～2525～2020～15151.21.41.82.22.5281.52.0———35.3+8.82.5———注：单车道路面加宽按表列数值的二分之一采用；四级公路和山岭重丘的三级公路采用第1类加宽值；其余各级公路采用第3类加宽值。对不经常通行集装箱运输半挂车的公路，可采用第2类加宽值。铁路曲线隧道的净空加宽隧道内层衬砌或单层衬砌断面拟定原则拟定原则： 大小够用为度，形状受力合理、施工方便

结构形状： 高拱形受压结构

最小厚度： 是一个限制性要求，而不是设计值

设计厚度： 应按其承受后期围岩压力的大小来确定

一、支护的作用和结构设计的基本原则1、支护的作用：基于对围岩“三位一体特性”的认识，隧道工作者进一步认识到：围岩是工程加固的对象，支护只是加固的手段；围岩是隧道结构体系的基本承载部分，支护是隧道结构体系的辅助承载部分；围岩是不可替代的天然的结构主体，支护是可以选择的人工的结构部分；“支护”——是用来“帮助”围岩获得稳定的人工结构。这正是现代隧道围岩承载理论解决隧道工程问题的思路。学习资料4-2隧道支护结构设计2、支护结构设计的基本原则：基于对“围岩与支护的基本关系”的认识，人们针对围岩稳定能力不足的工程实际，提出了利用“支护”来“帮助”围岩获得稳定的隧道支护结构设计的基本原则和隧道施工的工程措施：围岩不稳，支护帮助；遇强则弱，遇弱则强；按需提供，先柔后刚；量测监控，动态调整。入门任务五：认识隧道施工方法任务分配教学内容情境教材时间安排教师引导教师向学生简单介绍隧道的基本（常规）施工方法、基本程序和技术要领，布置教学任务并进行引导、检查和评价。PPT课件540分钟学生学习1、传统矿山法（背板法）基本的程序？优缺点及基本原则有哪些？2、新奥法（NATM）施工的基本程序？基本原则有哪些？3、需要采用超前支护或预先进行地层改良的情形有哪些？4、明挖法分为哪几种？适用条件如何？5、盖挖法的种类、施作顺序？盖挖法的优点、盖挖法的适用条件？6、盾构的种类、优缺点及适用的地层条件？7、掘进机法的工作原理、优缺点？8、掘进机的种类及适用的地层条件？9、沉埋法的主要施工程序、适用条件及优点？小组讨论案例：厦门翔安海底隧道施组设计60分钟+10、完成书面基本练习。2、隧道工程施工——建筑活动

是指按照规定的使用目的、规定的设计要求、规定的技术标准，使用适当的人员、资金、机械、材料，运用适当的施工方法、施工技术和施工管理，在指定的地层中修建隧道及地下洞室建筑物。3、隧道施工方法——工序的组合

——开挖和支护的方法。

是指为达到规定的使用目的、规定的设计要求、规定的技术标准，按照建筑物的结构组成将其建造过程分解为一系列工序（作业），然后将这些工序按照时间、空间、功能和技术关系进行适当的组合，使用一定的人员、材料、机械、资金，运用一定的技术措施和管理措施，使各项作业按照一定的程序完成，并最终建成建筑物的方法。

如:矿山法、新奥法、明挖法、盖挖法、盾构法、掘进机法、沉埋法。

复习、几个相关概念4、隧道施工技术——手段和措施

是指在各种建筑环境条件下隧道施工过程中，所需的各项技术手段和措施。如：开挖技术(方法)、掘进技术(方式)、出渣运输技术；初期支护(锚杆、喷射混凝土、钢拱架)技术、洞内模筑衬砌技术；隧道施工测量技术、围岩动态量测与监控技术；基坑围护技术；防水技术、供水排水技术、供电用电技术；地质勘探与超前地质预报技术；机械配套和联合作业技术；劳动力组织和各工种的协调技术；材料采购和质量检验技术、成品质量检验和控制技术；施工场地和生活设施规划技术；废水处理技术、防尘排烟技术、隔音降噪技术等环境保护技术；施工安全和职业安全技术等；塌方处理技术；隧道穿越膨胀土、黄土、软土、流砂、岩溶、涌水、瓦斯、高地温、高应力地层等特殊地质地段时所需的特殊技术。如在软弱地层中的超前小导管注浆或长管棚帷幕注浆加固和堵水技术；在承压水地层中的防突水技术；在含瓦斯地层中的防突瓦斯和防爆技术；在高地温地层中的降温技术；在高应力地层中的应力释放技术等施工方法的种类1、矿山法——是传统的施工方法， 日本称为“背板法PBM—PolingBoardMethed”； 我国称为“钻爆法DBM—DrillingandBlastingMethod”；或称为“暗挖法UCM—UndercuttingMethod”2、新奥法——是现代的施工方法，山岭隧道最常用 我国称为“锚喷构筑法”； 奥地利称为NATM—NewAustrianTunnellingMethod3、明挖法(CCM—CutandCoverMethod)4、盖挖法5、盾构法(SDM—ShieldDrivenMethod)6、掘进机法(TBM—TunnelBoringMachine)7、沉埋法(沉管法ITTM—ImmersedTubeTunnellingMethod)施工方法及其适用条件施工方法地层条件矿山法(背板法)新奥法(锚喷构筑法)明挖法盖挖法盾构法掘进机法沉埋法山岭隧道适用最常用浅埋段适用软岩段适用适用浅埋隧道(软岩、土质)可用加特殊措施适用适用适用适用水下隧道(水下地层中)硬岩段适用软岩段适用水底隧道(水下河床上)适用新奥法（NATM）施工施工程序竣工制定施工方案开挖初期支护内层衬砌施工准备是否获得稳定？是否符合管理基准？量测监控防水隔离层必要时需超前支护或预先进行地层改良改变开挖方法修改施工方案修改支护参数否是测量放线开挖通风排烟出渣运输初期支护挂防水板邦扎钢筋模筑混凝土衬砌衬砌效果新奥法施工的四项基本原则1、少扰动，是指在进行隧道开挖时，要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。因此要求能用机械开挖的就不用钻爆法开挖；采用钻爆法开挖时，要严格地进行控制爆破；尽量采用大断面开挖，以减少对围岩的扰动次数；根据围岩类别、开挖方法、支护条件选择合理的循环掘进进尺；自稳性差的围岩，循环掘进进尺应短一些；支护要尽量紧跟开挖面，缩短围岩应力松弛时间。隧道施工中采用大断面短进尺开挖，和光面或预裂控制爆破掘进（破岩），就是减少对围岩的扰动的具体措施；2、早锚喷，是指开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态。这样做一方面是为了使围岩不致因变形过度而产生坍塌失稳；另一方面是使围岩变形适度发展，以充分发挥围岩的自承能力。必要时可采取超前预支护，甚至注浆加固（地层改良）措施。隧道施工中根据围岩特征采用如喷射混凝土、锚杆、钢拱架和模筑混凝土衬砌等不同类型的支护，并及时调整支护时机、支护参数，以求达到最佳支护效果，就是这一原则的具体措施。3、勤量测，是指以直观、可靠的量测方法和量测数据来判断围岩(或围岩+支护)的稳定状态及动态发展趋势，评价支护的作用和效果，以便及时调整支护时机、支护参数、开挖方法、施工速度，确保施工安全和顺利进行。隧道施工中的量测不仅包括对围岩和支护的直接观察，更包括对围岩和支护变形和应力的专项测量。量测是掌握围岩动态变化过程的手段和进行工程设计、施工的依据，也是现代隧道及地下工程理论的重要标志之一。4、紧封闭，一方面是指采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减，尤其是对于易风化的软弱围岩。另一方面更为重要的是指要适时对围岩施作封闭形支护，使之形成“力学意义上的封闭的承载环”。这样做不仅可以及时阻止围岩的过度变形，保证隧道的稳定；而且可以使支护和围岩能进入良好的共同工作状态，以有效地发挥支护体系的作用。这一点在软弱破碎围岩地段，尤其重要。新奥法施工的四项基本原则请完成作业练习请观看施工录像实训任务一：超前地质预报任务分配教学内容情境教材时间安排教师引导教师向学生简单介绍隧道超前地质预报方法、技术；监控量测方法、技术；布置教学任务并进行引导、检查和评价。施工录象1、15PPT课件840分钟学生学习1、超前地质预报的目的？TSP超前地质预报可预测和分辨的地质现象有哪些？2隧道施工量测的目的是什么？3、隧道施工技术规范规定的主要量测项目有哪些？4、隧道施工技术规范规定的主要量测项目的量测方法如何？5、隧道施工量测项目的选择原则？6、测试断面、测线、测点、测孔的布设？量测期间及量测频率的确定？7、量测数据分析方法及反馈内容？小组讨论案例六：沪蓉西高速公路谭家坝隧道TSP预报50分钟+8、完成书面基本练习；研读实训案例十。（一）地质预测、预报的内容1、不同岩性、围岩级别变化的界面位置；2、断层及其影响带的位置、规模及其性质；3、软弱夹层的位置、规模及其性质；4、岩溶的位置、规模及其性质；5、含水构造的位置、规模及其性质；6、工程地质灾害可能发生的位置和规模。一、超前地质预报TSP超前地质预报原理模型表达超前水平钻探（二）地质预测、预报的常用方法1、常规地质法:预测、预报简单、直观，需要有较多的地质经验，且范围有限；2、物理勘探法:预测、预报范围较大，占用施工循环时间较少，需要专业的地质判读经验；3、钻探法:直接、可靠，超前性最好，是较好的预报手段，但费用较大。

施工中应该根据实际情况综合考虑、合理应用、相互补充和印证。1、常规地质法（地质素描）常规地质法:爆破开挖后及时查看掌子面地质状况(包括支护状况)，描绘地质图，通常称为地质素描。适用于:为近期开挖、支护提供预报(设平导时视超前正洞的长度)。一般应包括以下内容的描述：1）代表性测试断面的位置、形状、尺寸及编号;2）岩石名称、结构、颜色;3）层理、片理、节理、裂隙、断层等各种软弱面的产状、宽度、延伸情况、连续性、间距等；各结构面的成因类型、力学属性、粗糙程度、充填物质的成分和泥化、软化情况;4）岩脉穿插情况及其与围岩接触关系，软硬程度及破碎程度;5）岩体风化程度、特点、抗风化能力。6）地下水的类型、出露位置、水量大小、携带物及其对锚喷支护施工的影响等;9）溶洞等特殊地质条件描述;8）围岩松动、弯折、变形、岩爆、掉块、坍塌的位置、规模、分布和持续时间等情况;7）施工情况，包括开挖方式、方法，锚喷支护参数，及施工循环时间;10）初期支护喷射混凝土层开裂、起鼓、剥落情况，钢拱架变形情况;11）地质断面展示图(1:20～1:100)，或纵横剖面图(1:50～1:100)。必要时应附彩色照片。2、物理勘探法物理勘探法:用爆破、激振装置发生并向围岩内发射弹性波或电磁波，同时用仪器接收从围岩不同界面反射回的波，通过专业分析，判断并预报隧道前方的工程地质、水文地质情况。适用范围:探测掌子面前方和周围较大范围内的地质构造、洞穴、隐伏含水体等工程地质、水文地质条件。表8-1常用的物理勘探方法及适用范围方法名称适用范围电法直流电法超前探测隧道掌子面和侧邦的含水构造高密度电阻法探测岩溶、洞穴、地质界线电磁法地质雷达1.探测隐伏断层、破碎带；2.探测地下岩溶、洞穴；3.探测地层划分甚低频1.探测隐伏断层、破碎带；2.探测岩体接触带；3.含水构造及地下暗河等地震波法和声波法折射波法1.划分隧道围岩级别；2.测定岩体的纵波速度反射波法1.划分地层界线；2.探测隐伏断层、破碎带；3.探测地下洞穴；4.测定含水层分布隧道地震波法（TSP）1.划分地层界线；2.查找地质构造；3.探测不良地质体的厚度和范围瑞雷波法1.探测隐伏断层、破碎带；3.探测岩溶、地下洞穴红外线地下水探测1.探测局部地温异常现象；2.判断地下脉状流、脉状含水带、隐伏含水体等所在的位置3、钻探法钻探法是在工程建筑物的设计位置钻孔探查，来分析、判断地层变化、岩性差异、地层含水量等信息，进而预报工程地质条件，指导建筑设计和施工方案的制定。适用范围:钻探法是最直观、最可靠的超前预报手段适用于绝大部分地层条件。（一）量测目的1、提供监控设计的依据：①掌握围岩力学形态的变化和规律；②掌握支护的工作状态。2、指导施工，预报险情：①作出工程预报，确立施工对策；②监视险情，安全施工。3、校核工程理论，完善工程类比方法：

①为理论解析提供计算数据与对比指标；②为工程类比提供参考指标；③为地下工程设计与施工积累经验资料。4、工程运营期间的监控手段：

①掌握工程运营中的安全状况；②及时发现险情，及时采取相应的补救措施。二、量测与监控目的、仪器、内容和方法（二）量测仪器根据转换的物理效应不同，量测仪器可分为：机械式电测式光弹式物探式（三）量测内容1、现场观察：①开挖面附近的稳定性；②围岩构造情况；③支护变形与稳定情况；④校核围岩分类。2、岩体力学参数测试：①抗压强度Rb；④内摩擦角φ②变形模量E；⑤泊松比μ③黏聚力C；3、应力应变测试：①岩体原始应力；②围岩应力、应变；③支护结构的应力、应变；④围岩与支护之间的接触应力。4、压力测试：①支撑上的围岩压力；②地下水渗透压力(包括水量、水质测试)5、位移测试：①围岩位移及地表沉降；②支护结构位移及变形。6、温度测试：①岩体(围岩)温度；②洞内气温；③洞外气温。7、物理探测：①弹性波(声波)测试；②视电阻率测试Ps。（四）量测项目、频率（隧道施工技术规范规定表8-2

）项目分类序号项目名称方法及工具布置量测间隔时间1～15天16天～1个月1～3个月大于3个月必测项目1地质和支护状况观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察或描述；地质罗盘等开挖后及初期支护后进行每次爆破后进行2周边位移各种类型收敛计每10m～50m一个断面，每断面2～3对测点1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月3拱顶下沉水准仪、水准尺、钢尺或测杆每10m～50m一个断面1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月4锚杆或锚索内力及抗拔力各类电测锚杆、锚杆测力计及拉拔器每10m一个断面，每个断面至少三根锚杆续表8-2量测项目及量测频率选测项目5地表下沉水准仪、水准尺每5m～50m一个断面，每断面至少7个测点,每隧道至少2个断面，中线每5～50m一个测点开挖面距量测断面前后<2B时，1～2次/天；开挖面距量测断面前后<5B时，1次/天；开挖面距量测断面前后>5B时，1次/周。6围岩体内位移(洞内设点)洞内钻孔中安设单点、多点杆式或钢丝式位移计每5m～100m一个断面，每断面2～11个测点。1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月7围岩体内位移(地表设点)地表钻孔中安设各类位移计每代表性地段一个断面，每断面3～5个钻孔同地表下沉要求8围岩压力及两层支护间压力各种类型压力盒每代表性地段一个断面，每断面宜设15～20个测点1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月9钢支撑内力及外力支柱压力计或其它测力计每10排拱架支撑设一对测力计1～2次/天1次/天1～2次/周1～3次/周10支护及衬砌内应力、表面应力、及裂缝量测各类混凝土内应变计、应力计、测缝计及表面应力解除法每代表性地段一个断面，每个断面宜为11个测点1～2次/天1次/天1～2次/周1～3次/周11围岩弹性波速度测试各种声波仪及配套探头在有代表性地段设置（一）水准仪测拱顶下沉或地表下沉隧道开挖后，围岩位移是围岩动态的最显著表现，最能反映出围岩(或围岩加支护)的稳定性。由已知高程的临时或永久水准点，使用较高精度的水准仪，就可观测出隧道拱顶或隧道上方地表各点的下沉量及其随时间的变化情况。隧道底鼓也可用此法观测。通常这个值是绝对位移值。三、量测方法水准仪测拱顶下沉（二）收敛计测坑道周边相对位移1、量测原理

为量测方便起见，除对拱顶、地表下沉及底鼓可以量测绝对位移值外，坑道周边其它各点，一般均用收敛计量测其中两点之间的相对位移值，来反映围岩位移动态。2、收敛计1）收敛计一般由带孔钢尺，测微百分表，张力调节器，测点连接器组成；2）测点连接器有单向连接销式及球形铰接式两种。3）测点是将带销孔或圆球测头的长度为20cm～30cm的钢筋锚固于岩壁内，锚固方式同早强水泥砂浆锚杆。测头的位移即可代表岩壁表面该测点的位移；4）张力调节器有重锤式、弹簧式，应力环式。收敛仪测水平相对位移图8-1QJ-81型球铰连接弹簧式收敛计3、测试方法及注意事项1）开挖后尽快埋设测点，并测取初读数，要求12h内完成;2）测点应尽可能靠近开挖面，要求在2m以内;3）读数应在重锤稳定或张力调节器的指针稳定指示规定的张力值时读取;4）当相对位移值较大时，要注意消除换孔误差;5）测试频率应视围岩条件、工程结构条件及施工情况而定;6）整个量测过程中，应作好详细记录，并随时检查有无错误。记录内容包括：断面位置、测点(测线)编号、初始读数、各次测试读数、当时温度、以及开挖面距量测断面的距离等。4、数据整理

1）坑道周边相对位移计算式为：式中：

R0—初始观测值；

Ri—第i次观测值；

ui—第