2012年二级建造师公路工程辅导：隧道施工技术

　　2B314012掌握隧道施工技术$lesson$

　　一、隧道施工的主要技术

　　隧道施工技术和方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件，并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。

　　二、隧道施工常用爆破方法

　　(一)概述

　　在山岭隧道施工中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖。隧道爆破通常采用掏槽爆破，即将开挖断面上的炮眼分区布置和分区顺序起爆，逐步扩大完成一次开挖，按照炮眼的位置、作用的不同有二种炮眼：即掏槽眼、辅助眼、周边眼。

　　(二)炮眼的布置方法

　　1.掏槽眼：掏槽眼的作用是将开挖面上适当部位先掏出―个小型槽口，以形成新的 临空向，为后爆的辅助炮开创更有利的临空面，达到提高爆破效率的作用。掏槽眼本身只有―个临空面，且受周围岩石的挤压作用，故常需要采用较大的爆药单位消耗K值和较 大的装药系数A值，以增大爆破粉碎区，并利用爆炸冲击波及爆炸产物作功，将岩石抛 掷出槽口。合理布置掏槽眼(掏槽炮)应掌握好炮眼的三度：深度、密度和斜度，并通过计算确定用药量及放炮顺序等。为保证掏槽炮能有效地将石渣抛出槽口，常将掏槽眼比设 计掘进进尺加深10～20cm，并采用反向边装药和用双雷管起爆。槽口尺寸常在1.0-2.5m2之间，要与循环进尺、断面大小和掏槽眼方式相协调。要求掏槽眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5m。

　　掏槽方式一般可分为斜眼掏槽和直眼掏槽两大类。斜眼掏槽的优点：可按岩层实际情况选择掏槽方式和掏槽角度，容易把石渣抛出槽口且掏槽眼数目较少。其缺点是眼浓度受坑道断面尺寸的限制，不便于多台钻机同时钻眼.钻眼方向难掌握准确。直眼掏槽的优点：便于多机同时钻眼和不受断面尺寸对爆破进尺的限制，适用于深孔爆破，从而为加快掘进速度提拱了有利条件，且掏槽石渣抛掷距离较短。目前现场多采用直眼掏槽。但其缺点是其炮眼数目较多，炸药单耗量K值电要加大，炮眼位置和垂直方向要求具有较高的精度，才能保证良好的爆破效果，因地质多变，几种掏槽方式可混合使用。直眼掏槽中多采用大直径空眼，其作用相当于为装药掏槽提拱临空面。并取得了良好的掏槽效果。一般在中硬和坚硬岩层中，当设计循环进尺为3.5m左右时.采用双宇孔形式最佳，对3.5―5.0m的深孔掏槽。宜采用三空孔形式;对3m以下的浅眼掏槽，则采用单空孔形式较好。为了保证掏槽炮眼爆炸后岩渣有足够的膨胀窨，一般要求眼体积为掏槽槽口体积的约10%一20%为宜。

　　2辅助眼：辅助眼的作用是进一步扩大槽口体积和爆破量，并逐步接近开挖断面形状，为周边眼创造有利的条件。辅助眼的布置主要由炮眼间距F值和最小抵抗线y值的确定，±要根据岩石软硬和药量多少。由土地试验确定。其布置原则可参照后述周边眼的布置原则进行，只是V、E值及单孔装药量q较大些。一般取E/V=0.6～0.8为宜。并宜采用孔底连续装药。辅助眼应由内向，逐层布置，逐层起爆，逐步接近开挖断面轮廓形状。

　　3.周边眼：周边眼的作用是一种辅助炮眼，目的是成型作用。周边眼爆破后使坑道断面达到设计的形状和尺寸。周边眼的位置一般是沿着设计轮廓线均匀布置，其炮眼间距①最小抵抗线长度均比辅助眼小，目的是使爆破出坑道的轮廓较为平顺和控制超欠挖量。为了保证开挖面平整，辅助眼及周边眼应使其眼底落在同―垂直面上，必要时应根据实际情况调整炮眼的深度。

　　(三)光面爆破法

　　1.概述：光面爆破是通过调整周边眼的各爆破参数，使爆炸先沿各孔的中心连线形成贯通的破裂缝，然后内围岩体裂解，并向临空面方向抛掷。这种爆破在围岩中产生的裂缝较少，使爆破后的岩石表面能按设计轮廓线成型，表面较平顺，超欠挖很小。

　　2.光面爆破的技术要求：根据围岩特点合理选择周边眼间距和周边的最小抵抗线。严格控制周边眼的装药量，应使用药量沿炮眼全长合理分布，并合理选择炸药品种和装药

　　3.光面爆破的分区起爆顺序：掏槽眼一辅助眼一周边眼一底板眼。辅助眼则应由里向外逐层起爆。

　　(四)预裂爆破法

　　预裂爆破法的分区起爆顺序为：周边眼一掏槽眼一辅助眼一底板眼

　　(五)毫秒爆破法

　　毫秒爆破法是以毫秒雷管严格按一定顺序起爆炸药包组，使爆破前后阶段的时间间隔极其短促，以毫秒计算。爆破产生的岩石破坏作用力(应力波或冲击波)可以叠加，促使岩石易于被炸碎。同时，前后段爆破传递到围岩内部的冲击波又相互干扰和相互抵消，使冲击波对围岩的振动破坏大为减弱。毫秒破坏一般有两个方法：一是用毫秒雷管和毫秒起爆器(用延长仪器控制延发时间);另―方法是使用毫秒雷管起爆。

　　三、新奥法施工方法

　　(一)新奥法

　　新奥法是新奥地利隧道施工方法的简称，是采用喷锚技术，监控量测等并与岩石力学理论构成的一个体系而形成的一种新的工程施工方法。

　　(二)新奥法的施工顺序

　　在坑道开挖后，在岩体松散破坏之前，及时修筑一层柔性薄壁衬砌(第一次衬砌)，通过施工中的量测监视，确定围岩变形稳定之后，修筑防水层及第二次衬砌。

　　(三)新奥法施工的基本原则

　　少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭。

　　(四)隧道开挖

　　1.全断面开挖法：全断面开挖法是按设计开挖断面一次开挖成型。

　　(1)全断面开挖法的优缺点：

　　1)全断面开挖有较大的工作空间，适用于大型配套机械化施工，施工速度快，因单工作面作业，便于施工组织和管理。一般应尽量采用全断面开挖法。但开挖面大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，因此要求且有较强的开挖、出渣能力和相应的支护能力。

　　2)采用全断面开挖，则有较大的断面进尺比(即开挖断面面积与掘进进尺之比)，可获得较好的爆破效果，且爆破对围岩的震动次数较少，有利于围岩的稳定。但每次爆破震动强度却较大，因此要求进行严格的控制爆破设计，尤其是对于稳定性较差的围岩。

　　(2)采取全断面法开挖时应注意以下事项：

　　1)摸清开挖面前方的地质情况，随时准备好应急措施(包括改变施工方法)，以确保施工安全。尤其应注意突然发生的地质条件恶化，如地下泥石流。

　　2)各工序使用的机械设备务求配套，以充分发挥机械设备的使用效率和各工序之间的协调进行，在保证隧道稳定安全条件下，提高施工速度。

　　3)在软弱破碎围岩中使用全断面法开挖时，应加强对辅助施工方法的设计和作业检查，以及对支护后围岩的动态量测与监控。

　　2.台阶开挖法

　　台阶开挖法一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型。也有采用台阶上部弧形导坑超前开挖的。

　　(1)台阶开挖法的优缺点

　　1)台阶开挖法可以有足够的工作空间和适当的施工速度。但上下部作业有干扰。

　　2)台阶开挖虽增加对围岩的扰动次数，但台阶有利于开挖面的稳定。尤其是上部开挖支护后，下部作业就较为安全，但应注意下部作业时对上部稳定性的影响。

　　(2)台阶开挖时应注意以下事项

　　1)台阶长度要适当。按台阶长短可分为长台阶、短台阶、微台阶，选用何种台阶，应根据两个条件来确定：其一是初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩稳定性愈差，闭合时间要求愈短;其二是上半断面施工时开挖、支护、出渣等机械设备所需的空间大小的要求。

　　2)解决好上：、下半断面作业的相互干扰问题。微台阶基本上是合而为一工作面进行同步掘进;长台阶基本亡拉开，干扰较小;而短台阶于扰就较大，要注意作业组织;对于长度较短的隧道，可将上半断面贯通后，再进行下半断面施工。

　　3)下部开挖时，应注意上部的稳定。若围岩稳定性较好，则可以分段顺序开挖;若围岩稳定性较差，则应缩短下部掘进循环进尺;若稳定性更差，则可以左右错开，或先拉中槽后挖边帮。

　　3.分部开挖法

　　分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖，，故也可成为坑超前开挖法。常用的有上下导坑超前开挖法等。

　　(1)分部开挖法的优缺点

　　1)分部开挖因减少了每个坑道的跨度(宽度)，能显著增强坑道围岩的相对稳定性，且易于进行局部支护，因此它主要适用于围岩软弱破碎严重的隧道或设计断面较大的隧道中。分部开挖由于作业面较多，各工序相互干扰较大，且增加了对围岩的扰动次数，若采用钻爆掘进，则更不利于围岩的稳定，施工组织和管理的难度也较大：

　　2)导坑超前开挖，有利于提前探明地质情况，并予以及时处理。但若采用的导坑断面过小，则施工速度就较慢。

　　(2)分部开挖时应注意以下事项：

　　1)因工作面较多，相互干扰大，应注意组织协调，实行统一指挥。

　　2)由于多次开挖对围岩的扰动大，不利于围岩的稳定，应特别注意加强对爆破开挖的控制。

　　3)应尽量创造条件，减少分部次数，尽可能争取用大断面开挖。

　　4)凡下部开挖，均应注意上部支护或衬砌的稳定，减少对上部围岩及支护、衬砌的扰动和破坏，尤其是边帮部位开挖时。

　　(五)喷射混凝土

　　1.喷射作业应分段、分片由下而上顺序进行，每段长度不宜超过6m。

　　2.一次喷射厚度应根据设计厚度和喷射部位确定，初喷厚度不得小于4～6cm。

　　3.喷射作业应以适当厚度分层进行，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。

　　4.回弹率应予控制，拱部不超过4e%，边墙不超过30%，挂钢筋网后，回弹率限制可放宽5%。

　　(六)锚杆支护的施工

　　1.锚杆安设作业应在初喷混凝土后及时进行。

　　2.钻孔前应根据设计要求定出孔位，钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直。

　　3.灌浆作业：注浆开始或中途暂停超过30min时，应用水润滑灌浆罐及其管路浆孔口压力不得大于0.4MPa。

　　4.锚杆可以采用早强水泥砂浆锚杆和楔缝锚杆(包括胀壳式锚杆)。

　　(七)二次衬砌

　　二次衬砌的施作，应在围岩和锚杆支扩变形墓本稳定后进行。围岩变形较大，流变特性明显时，应加强初期支护并及早施作仰拱和二次衬砌。

　　四、传统的矿山法施工

　　(一)传统的矿山法施工的基本原则

　　传统的矿山法施工是以钻爆法开挖与钢木支撑的一项传统的施工技术。施工的基本原则可以归纳为“少扰动、早支撑、慎撤换、快衬砌”。

　　(二)开挖

　　1.先墙后拱法亦可称为顺作法。它通常是在隧道开挖成形后，再由下至上施作模筑混凝土衬砌。开挖可以采用全断面法、台阶法或导坑超前法。这种方法常用于较为稳定的围岩条件。但当围岩稳定性较差或隧道断面较大时，则可以先将墙部开挖成形并施作边墙衬砌后，再将拱部开挖成形并完成拱部衬砌，如侧壁导坑法及洞柱法等。这种方法也可用于围岩更为软弱破碎松散的浅埋隧道中。先墙后拱法的施工速度较快，施工各工序及各工作面之间的相互干扰较小;衬砌的整体性好，受力状态较好。

　　2.先拱后墙法亦称为逆作法。它是先将隧道上部开挖成形并施作拱部衬砌后，再开挖下部并施作边墙衬砌。先拱后墙法施工速度较慢，上部施工较困难。但上部完成后，下部施工就较安全和快捷。由于先拱后墙，使得衬砌的整体性较差，受力状态不好。且拱部衬砌沉降量较大，要求的预留沉落量较大，增加了开挖工作量。

　　五、明挖法

　　是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。

　　六、盖挖法

　　是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部的工程在封闭的顶盖下进行施工，主体结构可以顺作，也可逆作。

　　七、浅埋暗挖法

　　是参考新奥法的基本原理，开挖中采用多种辅助施工措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后即时支护，封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效地抑制围岩过大变形的一种综合施工技术。

　　八、山岭隧道的洞口、明洞与浅埋段施工技术

　　(一)洞口施工

　　隧道洞口各项工程应通盘考虑，妥善安排，尽快完成，为隧道洞身施工创造条件。隧道引道范围内的桥梁墩台、涵管、下挡墙等工程的施工应与弃渣需要相协调，尽早完成。

　　洞口支挡工程应结合土石方开挖一并完成。当洞口可能出现地层滑坡、崩塌、偏压时，采取相应的预防措施。开挖进洞时，宜用钢支撑紧贴洞口开挖面进行支护，围岩差时可用管棚支护，支撑作业应紧跟开挖作业，稳妥前进。

　　洞门衬砌拱墙应与洞内相联的拱墙同时施工，连成整体。如系接长明洞，则应按设计要求采取加强连接措施，确保与已成的拱墙连接良好。洞门端墙的砌筑与墙背回填应两侧同时进行，防止对衬砌边墙产生偏压。洞门衬砌完成后，及时处治洞门上方仰坡脚受破坏处。当边(仰)坟地层松软、破碎时，应采取坡面防护措施。

　　(二)明洞工程

　　1.当边坡能暂时稳定时，可采用先墙后拱法

　　2.当边坡稳定性差，但拱脚承载力较好，能保证拱圈稳定时，可采用先拱后墙法。

　　3.半路堑式明洞施工时.可采用墙拱交替法，且宜先做外侧边墙，继作拱圈，再做内侧边墙。 ’

　　4.当路堑式明洞拱脚地层松软，不能采用先拱后墙法施工时，可待起拱线以上挖成后，采用跳槽挖井法先灌注两侧部分边墙，再做拱圈，最后做其余边墙。

　　5.具备相应的机具条件时.可采用拱墙整体灌注。

　　6.明洞衬砌边墙基础和遮光棚支柱基础等应设置在稳固地基上。如边墙基础挖到设计标高后，地质情况及允许承载力与设计要求不符时，应及时进行处理。基础混凝土灌注前必须排除基坑内积水，并对基底进行固化处理。边墙基础应采用与边墙同级混凝土一次浇筑而成。

　　7.明洞衬砌完成后进行回填时，墙背回填应两侧同时进行。墙背与岩壁空隙不大时，可采用与墙身同级混凝土回填;空隙较大时，可采用片石棍凝土或浆砌片石回填密实。明洞拱背回填应对称分层夯实，回填至拱顶齐平后，应立即分层满铺填筑至要求高度。使用机械回填应待拱圈混凝土强度达到设计强度且由人工夯实填至拱顶以上1.0m后方可进行。拱背回填需作黏土隔水层时，隔水层应与边、仰坡搭接良好，封闭紧密，防止地表水下渗影响回填体的稳定。

　　8.明洞与暗洞衔接施工宜采用先拱后墙法。在仰坡暂时能稳定时，宜由内向外进行施工;在仰坡易坍塌的情况下，宜先将明洞拱圈灌筑到仰坡脚，再由内向外做洞内拱圈，并确保仰坡稳定。明洞与暗洞拱圈应连接良好。

　　(三)浅埋段工程

　　浅埋段和洞口加强段的开挖施工，应根据地质条件、地表沉陷对地面建筑物的影响及保障施工安全等因素选择开挖方法和支护方式，并应符合下列规定：

　　1.根据围岩及周围环境条件，可优先采用单侧壁导坑法、双侧壁导坑法或留核心小开挖法;围岩的完整性较好时，可采用多台阶法开挖。严禁采用全断面法开挖。

　　2.开挖后应尽快施作锚杆、喷射混凝土、敷设钢筋网或钢支撑。当采用复合衬砌时，应加强初期锚喷支护。V级以下围岩，应尽快施作衬砌，防止围岩出现松动。

　　3.锚喷支护或构件支撑，应尽量靠近开挖面，其距离应小于l倍洞跨。

　　4.浅埋段的地质条件很差时，宜采用地表锚杆、管棚、超前小导管、注浆加固围铲等辅助方法施工。

　　九、山岭隧道的排水与防护施工技术

　　隧道施工防排水设施应与营运防排水工程相结合。隧道施工防排水工作应按防、截、排、堵相结合的综合治理原则进十;。隧道施工前应根据工程地质、水文地质资料制定防排水方案。施工巾应按现场施工方法、机具没备等情况，选择不妨碍施工的防排水措施。隧道进洞前应先做好洞顶、洞门、辅助坑道门的地面排水系统，防止地表水的下渗和冲刷。施工中应对洞内的出水部位、水量大小、涌水情况、变化规仟、补给来源及水质成分等做好观测和记录，并不断改善防排水措施。当防排水设计不符合实际情况，设计中有遗漏或施工中有增减时.施工单位应及时提请变更设计。

　　(一)施工防排水

　　隧道两端洞口及辅助坑道洞(井)口应按设汁要求及时做好排水系统;覆盖较薄和渗透性强的地层，地表积永应及早处理。洞内顺坡排水，其坡度应与线路坡度一致，洞内反坡排水时，必须采取机械抽水。洞内有大面积渗漏水时，宜采用钻孔将水集中汇流引入排水沟。其钻孔的位胃、数量、孔径、深度、方向和渗水量等应作详细记录，以便在衬砌时确定拱墙背后排水设施的位冒，洞内涌水或地下水位较高时，可采用井点降水法和深井降水法处理。严寒地区隧道施工排水时.宜将水沟、管埋设在冻结线以下或采取防寒保温措施。洞顶上方设有高位水池时应有防渗和防溢水没施。当隧道覆盖层厚度较薄且地层小水渗透性较强时。水池位置应远离隧道轴线。

　　(二)结构防排水施工

　　1.洞内永久性防排水结构物施工时.防排水结构物的断面形状、尺寸、位置和埋设深度应符合设汁要求。衬砌背后设置排水暗沟、盲沟和引水管时，应根据隧道的渗水部位和开挖情况适当选择排水设施位置，并配合衬砌进行施工。设在衬砌背后和隧底的纵横向排水设施，其纵横向坡应平顺，并配合其他作业同时施工;当隧底岩层松软有裂隙水时，应视具体情况加深侧沟或中心水沟的沟底，或增没横向盲沟，铺没渗水滤层及仰拱等。衬砌背后采用压注水泥砂浆防水时，压浆地段混凝土衬砌达设计强度70%时，方可进行压浆，如遇流沙或含水土质地层，不宜采用水泥砂浆作防水层;注浆地段衬砌背面宜用干砌片石回填紧密，并每隔20m左右用lm厚浆砌片石或混凝七作阻浆隔墙，分段进行压浆。压浆顺序从下而上，从无水、少水的地段向布水或多水处。从下坡方向往上坡方向，从两端洞口向洞身中间压浆。隧道衬砌采用防水混凝土时，必须经现场试验达到规定要求后方可使用。

　　2.衬砌的施工缝和沉降缝采用橡胶止水带或塑料止水带防水时，止水带不得被钉子、钢筋或石子刺破。在固定止水带和灌筑混凝土过程中应防上止水带偏移。应加强混凝土振捣，排除止水带底部气泡和空隙，使止水带和混凝土紧密结合。

　　3.复合式衬砌中防水层的施工应满足下列要求：防水层应在初期支护变形基本稳定后，尽二次衬砌施作前进行。防水层可在拱部和边墙按环状铺设，并视材质采取相应的接合方法。开挖和衬砌作业不得损坏防水层，当发现层面有损坏时应及时修补。防水层纵横向一次铺设长度应根据开挖方法和设计断面确定。铺设前，宜先行试铺，并加以调整。防水层在下一阶段施工前的连接部分，应保护好，不得弄脏和破损。防水层属隐蔽工程.二次衬砌灌筑前应检卉防水层质量，做好接头标记，并填写质量检查记录。

　　4.停车带与正洞连接处的防排水工程应与正洞同时完成，其搭接处应平顺，不得有破损和折皱。

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