隧道工程讲义.doc

隧道工程施工技术一、隧道工程基础知识1、隧道组成(1)种类：隧道通常指用作地下通道的工程建筑物，一般可分为两大类，一类是修建在岩层中的，称为岩石隧道；一类是修建在土层中的，称为软土隧道岩石隧道修建在山体中的较多，故又称山岭隧道；软土隧道常常修建在水底和城市立交，故称为水底隧道和城市道路隧道埋置较浅的隧道，一般采用明挖法施工，埋置较深的隧道则多采用暗挖法施工用作地下通道的有道路隧道、水底隧道、城市道路隧道、地下铁道、铁路隧道和航运隧道等2)组成：隧道是地下工程建筑物，为保持坑道岩体的稳定，保证行车安全，通常需要修建主体建筑物和附属建筑物前者包括洞身衬砌和洞门，后者包括通风、照明、防排水、安全设备等洞身衬砌的作用是承受围岩压力，结构自重及其他荷载，防止围岩风化，崩塌和洞内的防水、防潮等洞门的主要作用是防止洞口坍方落石、保持仰坡和边坡的稳定通风照明、防排水、安全设备等的作用是确保行车安全、舒适2、围岩分类(1)道路隧道是道路穿越山岭修建的工程结构物，它与周围的岩(土)体(一般简称为围岩)有密切关系，相互影响、相互作用不同的围岩在修建隧道时会有不同的地质现象会表现出不同的稳定性为满足工程设计、施工等的需要，对于各种不同的具体要求，例如爆破、支护、挖掘、编制定额等，把与这些不同的要求相应的地质条件归类，这就是围岩分类。

2)分类中主要考虑下述三个分类指标：1)坑道围岩的结构特征和完整状态，即围岩被各种结构面切割的破碎程度及其组合状态； 2)岩石的物理力学性质，即坑道围岩的岩石强度、物理、水理性质，在分类中主要是岩石单轴饱和极限强度较有意义，以＝30作为软、硬岩的分界指标，<5的岩(土)体属于半岩质，或略具有结构强度的土体； 3)地下水的影响分类中采用了“遇水降级”的经验处理方法，即视围岩性质、地下水性质及大小、流通条件、浸润情，况等考虑，将围岩类别适当降级，一般情况按降1级考虑仅在软岩、水理性质差的、极度破碎的、地下水又经常存在的情况下可降2级；Ⅲ类围岩中的软岩，在涌水量较大时可考虑．降2级，划为工类对于Ⅵ类及V类围岩，因水的影响小，一般情况下可不作降级处理3)道路隧道根据《公路隧道设计规范》( 026—1990)中围岩分类方法，可分为6类进行工程设计3、 隧道施工的主要技术(1)盾构法 1)盾构法是指用暗挖法掘进并使用装配式被覆结构构筑隧道的一种方法用这种方法构筑隧道时，掘进作业是在盾壳的保护下进行的，盾壳的前部有刃口及切削设备，盾尾有拼装装配式管片衬砌结构的起重设备及密封件这种方法特别适宜于在软土地层中构筑隧道，因此在构筑城市隧道或水下隧道时常用此种方法。

2)盾构法按照挖掘方式及构造类型归纳见表1B4140122)新奥法 1)施工顺序：当开挖面稳定时，施工顺序是开挖一柔性衬砌+施工量测(位移、应力等量测)一防水层一第二次衬砌当开挖面不稳定时，施工顺序是开挖弧形导坑一第一次柔性衬砌(拱)一开挖核心及侧壁+第一次柔性衬砌(边墙)一开挖仰拱部分并修筑仰拱一施工量测(位移、应力等量测)一防水层一第二次衬砌坑道开挖后，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，此即为复合衬砌施工方法(新奥法)2)该法特点： ①支护为联合型复合衬砌，支护作业分两步，坑道开挖后迅速修筑早期柔性支护，用以岩体初期变形，这种变形在初期发展较快，经量测确定围岩充分稳定后，修筑防水层及第二次衬砌； ②第一次柔性支护与围岩共同工作，并允许有限制的变形，防止产生强大的松散土压，第二次衬砌基本上是不承载的； ③如设锚杆则可提高原岩体的岩体强度； ④以施工量测信息控制施工程序，并根据量测信息检验、修改和完善支护体系的设计 (3)矿山法 1)漏斗棚架法 该施工方法也称为下导坑先墙后拱法或称六部开挖法：开挖下导坑；拉槽；挑顶开挖；两侧扩大开挖；向下刷帮；刷帮至底面水平。

该法常用于围岩较稳定的坑道施工，一般适用于Ⅵ～Ⅳ类围岩石质隧道该法将断面分成若干部分进行开挖，工作面拉开，可容纳较多人员同时施工，适合于工作面小和空间窄小的地下施工、且无大型机具的情况 该法衬砌施工是先墙后拱，因此衬砌质量较好施工中对于个别岩块松动，因有棚架，可便于架设临时支护但该法由于每个开挖口需要60～?0延米的漏斗棚架，需有大量木材、钢轨，棚架也易因爆破而损坏，刷帮至底面水平易损坏风水管设备，工作面拉开距离长，虽对配备劳力有利，但围岩暴露时间过长，对施工安全不利 2)反台阶法 该法由棚架漏斗法发展而来当坑道开挖后，围岩稳定，不需要临时支护，如Ⅵ、V类围岩，且无大型装渣等施工机具时，可采用该法因道路隧道跨度较大，漏斗棚架需大量木材、钢材该法施工既能使工序减少、施工干扰少、下部断面可一次挖至设计宽度、空间大、便于出渣运输和布置管线，又能节省大量材料 3)正台阶法 当围岩稳定性较好，开挖后不需或仅需局部临时支护的坑道，且有能力较强的装渣出渣机具设备，可使用正台阶法施工施工顺序为先挖上部弧形断面(高一般为2．0～4．0m)，然后开挖下部分，下部分亦分若干个台阶，装渣机械有足够能力时，因尽量减少分层，以一次开挖为宜，这可使开挖面平整，便于爆破，减少翻渣工作量。

该法工序少，干扰少，爆破效果好但在围岩条件变化太大时而需变换为其他施工方法时，则比较困难 4)全断面开挖法在围岩稳定、完整，开挖后不需要有临时支护，施工有大型机具设备的情况下，可采用全断面开挖法该法的特点是：工序简单，断面一次挖成，能够较好地发挥深眼爆破的优越性，提高钻爆效果；各工序干扰少，空间大，便于大型机具设备的应用；各种管线铺设便利并较少被爆破损坏，运输、通风、排水等条件均较有利；便于施工组织和施工管理但是由于运用大型机具，需要相应的施工便道、组装场地、检修设备、足够的能源，因此该法的应用往往受到条件限制而且隧道较长，地质情况多变时，交换施工方法需要较长时间该法一般适用于V、Ⅵ类围岩的石质隧道施工 5)上下导坑先拱后墙法 该法有两个导坑，先挖上部断面，然后把拱圈修筑好，在拱圈保护之下开挖下部断面，然后在修筑边墙等 该法最大的优点是施工安全设两个导坑，运输、通风、排水、管线路布置都易解决，能拉开工作面，便于使用小型机具遇地质条件变化，变换施工方法较易但马口开挖影响进度，并使衬砌质量低，整体性差，边墙与拱脚处封口不易密实该法工序多、干扰大、施工管理不便，两个导坑也增加开挖费用该法适用于Ⅵ、Ⅲ类围岩的石质或土质的道路隧道施工。

6)下导坑先导后墙法 该法以下导坑领先，然后类似漏斗棚架法又称为蘑菇开挖法后面步骤与上下导坑先拱后墙法相同由于介于漏斗棚架法和上下导坑先拱后墙法之间，故有漏斗棚架法出渣的优点，也具有上下导坑先拱后墙法安全的优点不过该法消耗木材钢轨较多，架易爆破受损，挖马口还影响施工进度，衬砌的整体性也差该法适用于Ⅳ、V类围岩的道路隧道施工 7)品字形导坑先拱后墙法 在下部两侧开挖下导坑，顶部布置上导坑，呈品字形上导坑沿两帮扩大，挖完拱部围岩后既砌拱圈，然后向下挖出拱圈部分，修筑边墙衬砌，最后开挖核心，在开挖之前，它可作为临时支护的基础 该法工作面较多，施工干扰少，保留核心有利于支撑和施工安全，进度也较快；但有三个导坑，造价较高，衬砌整体性能也差，变换施工方法较难该法适用于V～Ⅲ类围岩石质道路隧道施工 8)侧壁导坑法 断面下部两侧开挖导坑，挖后即灌注边墙下部，达到强度要求后再开挖上面第二层导坑，接着灌注边墙上部待两侧边墙修筑好后，在开挖上导坑，并沿两帮扩大，核心部分暂时保留，待砌筑拱圈之后，最后挖除核心，并砌筑仰拱此法安全可靠，坑道暴露时间短，开挖面小，对围岩扰动少，留核心土能使支撑材料节省并较可靠。

衬砌先墙后拱，质量较好但施工进度慢，导坑多造价高，通风排水困难此法适用于I、Ⅱ类围岩土质道路隧道二、 熟悉隧道施工测量技术1、 隧道施工测量技术(1)一般规定 1)控制测量的精度应以中误差衡量，最大误差(极限误差)规定为中误差的两倍 2)隧道施工时应做好下列工作： ①长隧道设置的精密三角网或精密导线网，应定期对其基准点和水准点进行校核； ②洞外水准点、中线点应根据隧道平纵面、隧道长度等定期进行复核，洞内控制点应根据施工进度设定 3)洞内施工隧道测量，桩点必须稳定、可靠，且通视良好水准点应设于不易损坏处，并加以妥善保护测量仪器、工具在使用前应作检校，保证仪器具的技术状态符合使用要求使用光电测距仪时，应按其使用规定要求进行’ 4)隧道平面控制测量的精度、隧道内两相向施工中线在贯通面上的极限误差、由洞外和洞口内控制测量误差引起在贯通面产生的贯通误差影响值、洞内导线测角、量距的精度以及两洞口水准点间往返测高差不符值，均应符合交通部现行的《公路隧道勘测规程( 063)》的规定 5)隧道竣工后应提交贯通测量技术成果书、贯通误差的实测成果和说明、净空断面测量和永久中线点、水准点的实测成果及示意图 (2)洞内施工测量 1)洞内导线应根据洞口投点向洞内作引伸测量，洞口投点应纳入控制网内，由洞口投点传递进洞方向的联接角测角中误差，不应超过测量等级的要求，后视方向的长度不宜小于300m。

导线点应尽量沿路线中线布设，导线边长在直线地段不宜短于200m；曲线地段不宜短于70m无闭合条件的单导线，应进行二组独立观测，相互校核： ①用中线法进行洞内测量的隧道，中线点间距直线部分不宜短于100m；曲线部分不宜短于50m ②当用正倒镜延长直线法或曲线偏角法检测延伸的中线点时，其点位横向偏差不得大于5 2)特长隧道、长隧道及采用大型掘进机械施工的隧道，宜用激光设备导向 3)供导坑延伸和掘进用的临时点可用中线法标定，其延伸长度在直线部分不应大于30m；曲线部分不应大于20m，串线法的两吊线间距不宜小于5m用串线法标定开挖面中线时，其距离可用皮尺丈量 4)开挖前应在开挖断面标出设计断面尺寸线，开挖工作完成后应及时测量并给出断面图采用上下导坑法施工的隧道，上部导坑的中线每引伸一定距离后，应与下部导坑的中线联测一次，用以校核上部导坑的中线点或向上部导坑引点 5)供衬砌用的临时中线点，必须用经纬仪测定，其间距可视放样需要适当加密，但不宜大于10m 6)衬砌立模前应复核中线和高程，标出拱架顶、边墙底和起拱线高程，用设计衬砌断面的支距控制架立拱模和墙模立模后必须进行检查和校正，确保无误 7)洞内散设路线应由洞口高程控制点向洞内布设，结合洞内施工情况，测点高距以200～500m为宜。

洞内施工用的水准点，应根据洞外、洞内已设定的水准点，按施工需要加设为使施工方便，在导坑内拱部、边墙施工地段宜每100m设立一个临时水准点，并定期复核 (3)贯通误差的测定及调整1)贯通误差的测定应按下列要求进行： ①采用精密导线测量时，在贯通面附近定一临时点，由进测的两方向分别测量该点的坐标，所得的闭合差分别投影至贯通面及其垂直的方向上，得出实际的横向和纵向贯通误差，再置镜于该临时点测求方位角贯通误差 ②采用中线法测量时，应由测量的相向两方向分别向贯通面延伸，并取一临时点，量出两点的横向和纵向距离，得出该隧道的实际贯通误差 ③水准路线由。