地下施工技术

地下施工技术

一、绪论

1、地下工程的分类

按空间位置分：水平式、倾斜式、垂直式按形状分：洞道式、厅房式

按埋藏深度分：有深埋式、浅埋式

2、尽管分类措施繁多，但从施工角度来看，最重要的是所处位置的介质、空间位置和形

状、由于

他们直接决定着施工方案与措施、施工工艺与设备的选择。

3、三锚：锚喷、锚注、锚索

5、岩石和土可总称为岩土

矿物是构成岩石的细胞，岩石的性质很大程度上取决于它的矿物成分

按其成因，岩石刻分为岩浆岩、沉积岩、变质岩

6、用结实性系数f来表达岩石破坏的相对难易程度f=Rc/10

f称为普式岩石结实性系数，Rc是岩石饱和单轴抗压强度，根据f值的大小，将岩石分为十

级共15种，结实性程度越大，f值越大

7、围岩：就是地下工程开挖后所形成的空间周围的岩体、围岩既可以是岩体，乜可以是土

体。未经人开挖扰动的岩体称为原岩

围岩压力按其来压方向分为顶压、测压和底压；按其体现形式可分为松动压力、变形压力、

冲击压力和膨胀压力

二、水平岩石巷道施工

1、地下工程的施工,一般宜选用全断面法和正台阶法

2、基本施工方案包括：全断面一次开挖法、分断面两次开挖法、台阶工作面法、导坑施工

法

①全断面一次开挖法

是按整个设计掘进断面一次向前挖掘推进的施工措施

长处：可最大程度的运用洞内作业空间，工作面宽阔，能使用打型高效设备，加紧施工进度；

断面一次挖成，施工组织与管理比较简朴；能很好的发挥深孔爆破的优越性；通风、运送、排水

等辅助工作及多种管线铺设工作均较便利

缺陷：大断面隧道施工要使用粗笨昂贵的钻架；一次投资大；由于使用了大型机具，需要有

对应的施工便道、组装场地、检修设备以及能源等；当隧道较长、地址状况多变必须改换其他施

工措施时需要较多时间；多台钻机同步工作的噪音极大

该法重要用于围岩稳定、坚硬、完整、开挖后不需临时支护的I、II类围岩的石质巷道以及

高度不超过5m、断面不超过30m2的中小型断面巷道。

②分断面两次开挖法

将断面提成两部分，在全长范围内或一种较长的区段内先开挖好一种部分，再开挖另一部分

适于稳定岩层中断面较长、长度较短或规定迅速施工以便为另一隧道探清地址状况的隧道施

工

根据各分层施工次序不一样：上半断面先行施工法、下半断面先行施工法、先导洞后端面扩

挖法

③台阶工作面法：该法是将苍道端面提成若干个分层，各分层在一定距离内呈台阶状同步推

迟

特点：缩小了断面高度，不需粗笨的钻孔设备；后一台阶施工时有两个临空面，使爆破率更

高

按上下台阶的长度，台阶工作面分为长台阶（5倍于巷宽度以上）和短台阶（小与2倍巷道

宽度）；按台阶布置方式的不一样，可分为正台阶和反台阶两种措施

正台阶法，施工时首先掘上部弧形断面，然后逐一挖掘下面各部分。该法不仅合月于围岩稳

定性很好、开挖后不需或仅局部需临时支护的隧道，在土层隧道中也同样可用

④导坑施工法

导坑法即先以一种或多种小断面导坑超前一定距离开挖，随即逐渐扩大开挖至设计断面，并

相继进行砌筑的措施。该法重要适于地质条件复杂或断面特人的碉室或隧道工程

分类：中央下导坑施工法、中央上导坑施工法、上下导坑施工法、侧壁导坑施工法

中央下导坑施工法：

中央下导坑先墙后拱法：施工次序是先挑顶后开帮，在开帮的同步完毕砌墙工作。根据围

岩条件、断面大小可采用六部开挖法或三部开挖法。挑顶时要挖至拱部设计轮廓线，并考虑一定

预留沉降量

特点：将断面提成若干部分进行开挖，可容纳较多人员同步施工；除下导坑外，均有较多

的爆破临空面，爆破效果好；可运用棚架及岩堆完毕整个断面的钻眼爆破作业；棚架上石渣由漏

斗口漏入车内，省力、速度快。衬砌是先墙后拱持续施工，整体性好。

缺陷：由于需要几十米长的棚架，需要用大量木材、钢轨、棚架也易因爆破而损坏。工作

面拉开距离长，虽对配置劳动力有利，但围岩暴露时间长,对施工安全不利。

中央上导坑施工法

特点：拱圈衬砌及时，围岩暴露时问短，在软岩及土质隧道中可防止拱圈失稳与开裂。施

工干扰大,进度慢。衬砌整体性差，故较合用于围岩稳定性差及长度较短的隧道。

上下导坑施工法

长处：下部各工序均在拱圈保护下进行，施工安全；有两个导坑，通风、排水、运送、管线

布置等条件很好；能拉动工作面，便于使用小型工具；合用范围广，碰到地质状况变化，变换施

工措施较轻易。衬砌整体性差，工序多，干扰大，施工管理不便，上导坑人工扒岩劳动强度大。

侧壁导坑施工法

单侧壁导坑法：该法合用于IV、V级围岩的浅埋双线隧道。其特点是施工安全度较高,控制

地层变形很好，但施工进度较全断面法和台阶法慢，造价略高。

对于隧道宽度较大的多线公路隧道，假如围岩不稳定，侧向变形大，仅竖向设置中隔墙难以

保证隧道的稳定性时，就需采用交叉中隔墙施工法。与CD法相比，增长了横向支撑因此必须

采用台阶式开挖，该法施工安全度较高，控制地层变性很好，施工进度慢，造价较高。

双侧壁导坑法：

该法合用于土质隧道。特点是断面分块小，自上而下随挖随砌。因此，暴露时间短，对围岩

的扰动小，安全可靠。但工序多，进度慢，导坑多，造价高，通风排水困难。

3、提高装岩调车和运送机械化水平，是迅速掘进的重要措施。

机械装岩速度快，效率高，是目前重要的装岩方式。

按取岩构件名称分：铲斗式，耙斗式，蟹爪式，立爪式

按行车方式分：轨轮式，胶轮式，履带式以及履带与轨道兼有式

按驱动方式分：电动，风动，液压，内燃式

按卸岩方向分：后卸式。前卸式，侧卸式

4、地下工程施工运送的重要任务是运送砰石和进料，运送方式分为有轨运送和无轨运送。

有轨运送是铺设轨道，用轨道式运送车出肝和进料。专轨运送既适应大断面开挖的过程，也

合用于小断面开挖的过程，是一种适应性较强且较为经济的运送方式

无轨运送时采用多种无轨运送车或者皮带输送机出渣和进料。隧道施工基本上都兴用车辆运

送，矿山重要是皮带输送机运送

5、地下工程一般包括掘进、支护和安装三个大的环节

地下工程支护重要分为两类，笫一类为被动住户形式，笫二类是积极支护形式，即以锚杆支

护为主，意在变化围岩力学性能的系列支护形式

6、按锚固形式分有端头锚固、全长锚固

按锚固原理分，锚杆有机械锚固、粘结式锚固、自锚固

按材料分：金属锚杆，木质锚杆、化工锚杆。其中以金属锚杆为主

6、喷射混凝土支护是将一定配比的混凝土，用压缩空气以较高速度喷射到碉室岩面上，形

成混凝土支护层的一种支护形式。

喷射混凝土作用原理：充填黏结作用、封闭作用、构造作用

喷射混凝土材料重要由水泥、砂子、石子、水和速凝剂构成

喷砂浆时，水泥:砂子为1：(2-2.5),水灰比为0.4-0.55

喷射混凝土时，水泥：砂：石子为1:2:2或125:2,水灰比为04-0.5

按喷射料的干湿程度分：干湿机、潮喷机、湿喷机

7、锚喷联合支护：是指以锚杆和喷射混凝土为主体的一类支护形式的总称

锚杆+喷射混凝土二锚喷联合支护；锚杆+注浆二锚注支护；锚杆+钢筋网+喷射混凝土二锚网

喷联合支

常用的联合支护形式：锚喷支护、锚网喷~、锚喷钢架~、钢筋网壳~、锚注喷射混凝土〜

8、矿山巷道施工作业有两种措施：分次成巷施工法和一次成巷施工法

根据掘进和永久支护两大工序在时间和空间上的互相关系，一次成巷施工法又可分为掘支平

行作业、掘支次序作业和掘支交替作业

掘支平行作业方式的施工难易程度重要取决于永久支护的类型

掘进和永久支护次序作业是指掘进和永久支扩1两大工序在时间上按先后次序施工。

第三章立井施工

1、立井井筒一般要穿过表土层与基岩两个部分。表土稳定期可采用一般的人工挖掘施工;

表土松软、稳定性差时须采用特殊凿井措施（钻井、沉井）或特殊工法（注浆、冻结、帷幕1

2、在矿上，一般分为主井、副井个风井

主井专门用于提高矿物；副井用于提高人员、材料、设备和阡石等，同步也兼做风井

风井是专做通风用的井筒，风井除用于回风外，又为矿井的安全出口

3、立并按深度划分时：浅井、深井、超深井

4、立井井筒的断面形状一般以圆形和矩形颇多

5、立井井筒自上而下可分为井颈、井身和井底三部分

6、井筒正式掘进之前，需先在井口安装凿井井架，在井架上安装天轮平台和卸砰平台。同

步进行井筒锁扣施工，安设在风口盘，固定盘和吊盘

7、立井一般法施工的一般次序是：自上而下掘进，当井筒掘够一定深度后，再日下向上砌

壁，掘进和砌壁交替进行。每一段高内的工艺次序是先打眼放炮，再装岩出阡，最终进行砌壁

8、覆盖于基岩之上的第四纪冲积岩和岩石风化带统称为表土层

9、土为由骨架、水、空气构成的三相体

10、按土质构造性质，土层可归纳为如下四类：松散型土层、黏结性土层、大孔性表土、其

他特殊土层（重要包括膨胀土和岩石风化带）

11、按土的稳定性可将表土提成两大类：稳定表土层、不稳定表土层

12、井帮维护措施：减少水位法（在工程开挖时，采用工作面超前小井或降水钻孔措施来减

少水位\板桩法、井圈背板法、冻结法、其他措施（混凝土帷幕法、搅拌桩法、注浆法）

13、施工作业方式是指掘进、砌壁和井内永久设备安装三大工序在时间和空间上的不一样安

排方式。常用的有掘砌单行作业、掘砌平行作业、短断掘砌混合作业和掘砌安一次成井。目前使

用最多的是掘砌混合作业，另一方面是掘砌单行作业

14、反井施工法有一般反井法、吊罐反井法、爬罐反井法和钻井反井法

一般反井法是先在竖井中心开掘一种小断面反井,以方形木盘为支护，木盘自下而上随掘进

架设；为了安全，一般运用木盘将反井分隔成斤石间、提高间和梯子间

吊罐反井的施工工艺：钻孔、吊罐、提高绞车

爬罐反井法为风力驱动，风力规定0.6MPa以上。优于一般反井法和吊罐反井法

钻井反井法是运用钻机进行反井施工的一种比较先进的机械化施工措施。其工作原理是通过

安装在反井上部通道的钻机，用导孔钻头沿仓筒中心线向底部通道钻一种导孔，然后换上扩孔钻

头由下向上扩孔。扩孔结束后，拆除钻机，人工用钻眼爆破法自上而下进行刷大，最终自下而上

砌筑仓壁

15、沉井法最大问题是井筒的下沉速度和偏斜率不易控制。沉井的构造包括套井、刀脚、井

壁构造

第四章

1、有关倾斜坑道的倾角范围，没有明确的划分规定，大多以倾角超过5度，不不小于90

度视为倾斜坑道。在煤矿井下，将专门用于提高的倾斜巷道称为暗斜井。根据用途的不一样,矿

山中的斜井分为主斜井，副斜井，通风斜井。对于通达地面的斜井，T殳均由上向下施工

2、明槽挖掘有人工挖掘和机械挖掘两种方式

3、井筒表土段施工措施：全断面一次掘进法、中间导洞法、两侧导洞先墙后拱法、先拱后

墙施工

4、井筒围岩围护措施：板桩法、帷幕法、地面井点降水法、管棚法、冻结法

5、斜井冻结的钻孔布置形式有斜孔、立孔、立斜孔混合三种

第五章

1、掘进机按其构造特性和工作机构破岩方式的不一样分为：全断面掘进机?口部分断面掘进

机。

前者合用于直径为2.5~10m的全岩隧道，可一次切割出许多断面，且形状多为圆形，重要

用于工程涵洞和隧道的岩石掘进

后者一般合用于单轴抗压强度不不小于60MPa的煤、半煤岩和软岩水平巷道，一次仅能切

割一种断面，断面可以是矩形，梯形，拱形等，固在矿山中普遍使用

2、全断面岩石隧道挖掘机（TBM）:是一种合用于圆形断面隧道、采用滚压式切削盘在全

断面范围内破碎岩石，集破岩、装岩、转载、支护于一体的大型综合掘进机械

3、掘进机的基本施工工艺：刀回旋转破碎岩石，岩渣由刀盘上的铲斗运至掘进机的上方，

靠自重下落至溜渣槽，进入机头内的运渣胶带机，然后由带式输送机转载到矿车内，运用电动车

拉到洞外卸载。掘进机在推力的作用下向前推进，每掘够一种行程便根据状况对围岩进行支护。

4、全断面掘进机按掘进方式分：全断面一次掘进式，分次扩孔掘进式

按掘进机与否带有护壳分为：敞开式、护盾式

按掘进机的构造部件可分为机构和系统两大类

5、敞开式TBM是一种用于中硬岩及硬岩隧道掘进的机械

6、敞开式TBM的支撑分主支撑和后支撑。主支撑由支撑架、液压缸、导向杆和靴板构成

主支撑的形式分单T型支撑和双X型支撑

7、掘进机的工作部分由切削盘、切削盘支撑及其稳定部件、主轴承、传动系统、主梁、后

支腿及石渣输送带构成。其工作原理是支撑机构撑紧洞壁，刀回旋转，液压油缸推进，盘形滚刀

破碎岩石，出渣系统出渣而实现持续开挖作业

8、护盾式TBM按其护壳的数量分有单护盾、双护盾和三护盾三种，我国以双护盾掘进机

为多。双护盾为伸缩式，以适应不一样的地层，尤其合用于软岩且破碎、稳定相差或地质条件复

杂的隧道

9、全断面岩石掘进机的后配系统是实现TBM迅速掘进的重要构成部分，也是实现TBM机

械化和程度化的一种整体

10、后配套系统包括出渣运送系统、支护系统、通风系统、液压系统、供电系统、降温系统、

防尘系统、供水系统以及生活服务设施、小型维修等

11、全断面岩石隧道掘进机施工

(1)施工准备：技术准备、设备设施准备、材料准别、作业人员准备、施工场地布置、预

备洞出发洞

(2)掘进作业：起始端施工、正常推进、抵达出洞

(3)支护作业：隧道支护按支护时间分初期支护和二次衬砌支护，按支护形式有锚喷支护、

钢拱架支护、管片支护和模筑混凝土支护

(4)出渣与运送：掘进机施工的隧道内，可用的运送方式有：有轨列车运送、无轨车辆运

送、带式输送机运送、压气运送、水力运送

(5)通风除尘工作：TBM通风方式有压入式、抽出式、混合式、巷道式、主风机局扇并用

式。

掘进机施工的通风分：一次通风和二次通风。一次通风采用软风管，二次通风管来用硬质风

管

12、全断面岩石掘进机施工长处：迅速、优质、安全、经济

13、全断面岩石掘进机施工缺陷：a投资成本高b设计制造周期长c只合用于同一直径的隧

道d适应性差e需要有效的后配套排渣系统f维修困难g体积大，能耗大h只能掘进圆形断面

14、悬臂式掘进机是具有切割、装载、转运煤岩，并能自行，具有喷雾降尘等功能,有的还

具有支护功能，以机械方式破落煤岩的掘进设备，是矿山综掘机械化系统中的主力设备

15、悬臂式掘进机是一种运用装在一可俯仰、回转的悬臂上的切削装置切削岩石并形成所设

计断面形状的大型掘进机械。悬臂式掘进机重要靠悬臂上的切割头切割岩石

16、悬臂式掘进机重要用于硬度较小的岩层和断面高度适中的巷道或隧道

17、悬臂式掘进机的分类措施

按用途分：切割煤岩结实性系数f<4的叫做煤巷掘进机，切割煤岩结实性系数f=4〜8的叫

做半煤巷掘进机，切割煤岩结实性系数f>8的叫做岩巷掘进机。

按重量分：有特轻型、轻型、中型和重型

按工作机构切割煤岩的方式分：纵轴式、横轴式（纵轴式掘进机的切割头旋转轴线与悬臂轴

线垂直，横轴式掘进机的切割头旋转轴线与悬臂轴线重叠）

18、悬臂式掘进机重要由切割机构、装载机构、运送机构、行走机构、机架及回转台、液压

系统、电气系统、冷却灭尘供水系统以及操作控制系统等构成。

其中切割臂、回转台、装渣板、输送机、转载机、履带等为重要工作机构

19、悬臂式掘进机的选择机型重要是选择机器的尺寸、切割功率和质量

20、巷道断面是选择掘进机的重要参数，包括断面形状和断面大小

21、悬臂式掘进机的主切割运动是切割头的旋转和切割臂的水平或垂直摆动的合成运动

第六章

1、盾构机由通用机械和专用机构构成

2、盾构的外形重要有：圆形、双圆搭接型、三圆搭接型、矩形、马蹄形、半圆形或与隧道

断面相似的特殊形状等，但绝大多数为老式的圆形断面

3、盾构的基本构造重要有壳体、切削系统、推进系统、出土系统、拼装系统

4、盾构壳体从工作面开始可分为切口环、支承环、盾尾

5、切口形状有：垂直形、倾斜形、阶梯形

6、对人工掘削式盾构而言，掘削机构既鹤嘴锄、风镐、铁锹等；对半机械式盾构而言，掘

削机构即铲斗、掘削头；对机械式、封闭式盾构而言，掘削机构即切削刀盘。

7、刀盘与切口的位置关系有三种形式：刀盘位于切口环内，合用于软弱地层；刀盘外沿突

出切口环，合用于土质范围较宽，合用范围最广；

8、刀盘的纵断面形状有：垂直平面形、突芯形，穹顶形、倾斜形缩小型

9、刀盘的正面形状：轮辐形、面板形

10、掘削刀盘的支撑方式可分为中心支撑式、周围支撑式、中间支撑式

11、泥水排放系统由排泥泵、测量装置、中继排泥泵、泥水输送管及地表泥水储存池构成

12、管片拼装机设置在盾构的尾部，由举重臂和真园保持器构成

13、盾构机的类型按切削断面的形状分，有圆形和非圆形盾构；

按稳定掘削面的加压方式分：压气式、泥水加压式、削土加压式、加水式、泥浆式、加泥式

按盾构前方的构造分：敞开式、半敞开式、封闭式

按盾构正面对土体开挖与支护措施分：手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构、机械式盾

构

16、盾构的出洞进洞方式有临时基坑法、逐渐掘进法、工作井法

17、土体加固常用的措施有：深层搅拌桩法、降水法、冻结法、注浆法等

18、盾构推进作业包括：工作面掘削、盾构掘进管理、盾构姿态控制、壁后注浆充填

19、盾构的姿态包括推进的方向和自身的扭转

20、导致盾构偏向的原因：地质条件、机械设备、施工操作

21、隧道施工的两大基本程序|:掘进和衬砌支护

22、管片按位置不一样有原则管片（A）、邻接管片（B1封顶管片（K）

按形状分：箱形管片和平板型管片

按制作材料分：球磨铸铁管片、钢管片、复合管片、纲筋混凝土管片

隧道管片拼装按其整体组合，可分为通缝拼装、错筵拼装

针对盾构有无后退，可分为先环后纵和先纵后环拼装

按管片的拼装次序，可分为先下后上及先上后下拼装

23、管片衬砌的接健防水重要包括密封垫防水、嵌缝防水、螺栓孔防水

第七章

1、顶管施工系统中最重要的是顶管机?口顶进系统

2、顶管机有手掘式和机械式两类，机械式又分为泥水式、泥浆式、土压式、气压式、岩石

式

3、泥水平衡顶管机是指采用机械切削泥土、运用压力来平衡地下水压力和土压力、采用水

力输送弃土的泥水式顶管机，合用于巨卵石、软岩、中硬岩、硬岩土层，通过更换切削刀盘，也

能合用于一般土、硬质土、含卵石砂砾土层。

4、土压平衡顶管机按泥土仓中所充的泥土类型分：泥土式、泥浆式、混合式

按刀盘形状分：带面板刀盘式、无面板刀盘式

按有无加泥功能分：一般式、加泥式

按刀盘的机械传动方式：中心传动式、中间传动式、周围传动式

5、工作井的主顶装置由主顶油缸、主顶油泵、操纵台、油管构成

6、为防止顶管产生"磕头"和"昂首"现象，应加强顶管机状态的测量。

7、长距离管道的重要困难是：设置在顶进坑内的主千斤顶的顶推力有限，局限性以克服管

道长距离顶进时碰到的总阻力。

8、微型顶管一般是指口径在400mm如下。人无法进入管内作业的顶管施工。直要由切削

系统、激光导向系统、出渣系统、顶进系统、控制系统构成

9、微型管的压入方式按动力有：冲击式、旋压式、静压式。

按设备分有：气动矛法、夯管法、顶入法

10、钢筋混凝土管节接口有：平口、企口、承口

第八章

1、水下沉管隧道的整体构造是由管段基槽、基础、管段、覆盖层构成

2、沉管隧道管断面构造形式按制作材料分：钢壳混凝土管段和钢筋混凝土管段

按断面形状分有：圆形、矩形、混合型。按断面布局有：单孔式和多孔组合式

3、沉管隧道在纵断面上一般由敞开段、暗埋段、沉埋段以及岸边竖井等构成部分

4、干坞设计包括：干坞形式、位置的选择、深度、面积等规模大小确实定，坞坡、坞底、

坞首、坞门构造的设计

5、由于沉管预制管段采用浮运沉放的方式，因此对预制管段的对称均匀性和水密性规定高

6、管段的沉放方式大体分为吊沉法和拉沉法

吊沉法中又分为：分吊法、抗吊法、骑吊法

7、沉放作业的环节：初次下沉、靠拢下沉、着地下沉

8、水力压接法原理：运用在管段上的巨大水压力，使安装在管段前端面周围上的一圈胶垫

发生压缩变形，形成一种水密性