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1、土土木木工工程程施施工工第九章 隧道施工 隧道是在山体中开凿或地层中修建的通道。修建隧道时，先按照设计尺寸在地层中挖出土石，以形成符合设计和规范要求的隧道断面轮廓，并及时进行必要的支护和衬砌，以控制围岩的变形，确保隧道安全。隧道衬砌一般包括拱圈、边墙、仰拱等部分。隧道施工的主要工序有开挖、出碴、支护和衬砌。本文重点介绍隧道的开挖方法、支护及衬砌施工。土土木木工工程程施施工工主要内容第一节 主要施工方法第二节 隧道掘进 一、凿岩爆破 二、出 渣第三节 隧道支护和衬砌一、模筑混凝土衬砌施工二、锚喷支护施工三、复合衬砌施工(新奥法)第四节 塌方事故的处理 土土木木工工程程施施工工第一节 主要施工方法
2、开挖顺序说明：1.全断面开挖 2.锚喷支护 3.灌筑衬砌 一、全断面法 在围岩稳定、完整，开挖后不需临时支护，施工有大型机具设备的情况下，可采用全断面开挖法。该法特点是：开挖断面与作业净空大，便于大型机具设备的应用，工序简单，各工序干扰少，断面一次挖成，能够较好地发挥深孔爆破的优越性，提高钻爆效果；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；便于施工组织与施工管理。但是由于应用大型机具，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。适用范围：IVVI类围岩的石质隧道施工。土土木木工工程程施施工工 第一节 主要施工方法二、台阶法 台阶法
3、按上台阶超前长度分为长台阶法(台长50m以上)、短台阶法(台长550m)和微台阶法(35m)三种。采用长台阶法时，上下部可配属同类较大型机械平行作业，当机械不足时也可交替作业。当遇短隧道时，可将上部断面全部挖通后，再挖下半断面。该法施工干扰较少，可进行单工序作业。短台阶或微台阶二种方法可缩短仰拱封闭时间，改善初期支护受力条件，但施工干扰较大，当遇软弱围岩时需慎重考虑，必要时应采用辅助开挖措施稳定开挖面，以保证施工安全。适用范围：IVII类较软或节理发育的围岩。开挖顺序说明：1.上半部开挖 2.拱部锚喷支护 3.拱部衬砌 4.下半部中央部开挖 5.边墙部开挖 6.边墙锚喷支护及衬砌 土土木木工工
4、程程施施工工第一节 主要施工方法三、台阶分部法 台阶分部法是将开挖面分成环形拱部、上部核心及下部台阶三部分，根据地质好坏，将环形拱部断面分成一块或几块开挖。环形开挖进尺一般不应过长，以0.51.0m为宜。台阶分部法的主要优点：与微台阶法相比，其台阶可以加长，一般可取1倍洞跨；与侧壁导坑法相比，其机械化程度较高，施工速度可加快；核心土及下部开挖在拱部初期支护的保护下进行，施工安全性好。适用范围：IIIII类围岩或一般土质围岩地段。开挖顺序说明：1.上弧形导坑开挖 2.拱部锚喷支护 3.拱部衬砌 4.中核开挖 5.下部开挖 6.边墙锚喷支护及衬砌 7.灌筑仰拱 土土木木工工程程施施工工第一节 主要
5、施工方法开挖顺序说明：1.下导坑开挖 2.上弧形导坑开挖 3.拱部锚喷支护 4.拱部衬砌 5.设漏斗，随着推进开挖中核 6.下半部中部开挖 7.边墙部开挖 8.边墙锚喷支护衬砌四、上下导坑法 此法设有两个导坑，先挖出上部断面，然后把拱圈修筑好，在拱圈保护之下开挖下部断面，然后再修筑边墙等。上导坑位置应考虑到围岩压力增长有可能顶部支撑不能拆除，在永久支护修筑之前支撑有一定沉落，因此支撑需架设在设计轮廓线外，并根据地质情况预留沉落量。沉落量的大小，土质隧道为3060cm，石质隧道为2040cm。该法最大优点是施工安全。设两个导坑，运输、通风、排水、管线路布置等都易解决，能拉开工作面，便于使用小型机
6、具。遇地质情况变化，变换施工方法较易。缺点是马口开挖影响进度，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。适用范围：IIIII类围岩。土土木木工工程程施施工工第一节 主要施工方法五、上导坑法 上导坑法是导坑法的一种，此法在隧道上部断面设有一个导坑，先挖出此断面，然后按顺序开挖其它部位。适用范围：IIIII类围岩的洞口段辅助开挖。开挖顺序说明：1.上导坑开挖 2.上半部其它部位开挖 3.拱部锚喷支护 4.拱部衬砌 5.下半部中部开挖 6.边墙部开挖 7.边墙锚喷支护及衬砌土土木木工工程程施施工工 第一节 主要施工方法六、侧壁导坑法
7、 侧壁导坑法包括单侧壁导坑法和双侧壁导坑法。与台阶法开挖相比，侧壁导坑法尤其是双侧壁导坑法开挖引起的地表下沉量较小，因此特别适用于扁坦大跨度浅埋隧道开挖。施工时，需注意临时支护结构要坚固可靠、及时，必要时用“先撑后挖”方式进行开挖(如插板法等)。该法优点是安全可靠，坑道暴露时间短，开挖面小，对围岩扰动小。衬砌为先墙后拱，质量较好。但施工进度慢，导坑多，造价高，通风排水困难。适用范围：地质条件较差、断面大、地表沉降需要控制的场合。单侧壁导坑法 双侧壁导坑法 (中壁墙法)注:图中数字为开挖顺序。土土木木工工程程施施工工第二节 隧道掘进a垂直楔形掏槽1-掏槽眼；2-辅助眼；3-帮眼；4-顶眼；5-底
8、眼一、凿岩爆破 凿岩爆破是隧道施工中较关键的基本作业，其主要内容包括炮眼参数确定及炮眼布置、装药、起爆等。1、常用的掏槽类型 锥形掏槽、楔形掏槽、单向掏槽和直线形掏槽。四角锥形掏槽 土土木木工工程程施施工工第二节 隧道掘进式中：N炮眼数量；q单位用药量，一般取=1.12.4kg/m3；s开挖断面积，m2；a装药系数，一般取a=0.50.8；g每延米药卷的炸药重量，kg/m。2、炸药用量 炸药用量与岩性、炸药威力、断面大小、临空面多少、炮 眼直径、炮眼深度等都有关。般情况下，先参考经验数据，或用经验公式计算，或用炸药消耗定额估计等方法，初步确定炸药用量，然后在现场试验，通过十几次试验，即可调整到
9、较合理的炸药用量。3、炮眼数目 炮眼数应根据岩石强度、地质构造、自由面数(临空面数)、坑道断面尺寸、炸药性质、炮眼布置、炮眼直径、炮眼长度等因素确定，同时，还应通过试验检验和调整初步设计。计算公式为：土土木木工工程程施施工工第二节 隧道掘进4、炮眼深度 炮眼深度是指炮眼眼底至临空面的距离。炮眼深度与掘进进度有关，合理的炮眼深度对提高掘进速度和炮眼利用率都有较大影响。确定炮眼深度有下列几种方法：（1）根据导坑断面尺寸及围岩条件确定：l=(0.50.8)B 式中：l炮眼深度，即眼底至开挖面之距离；B导坑高或宽，取其中小者；（2）按每一掘进循环所要求的进尺数及实际的炮眼利用率来确定：式中：l炮眼深度
10、，m；l0每一掘进循环的计划进尺数，m；h炮眼利用率，一般要求不低于85，计算时可取0.85。（3）参考经验数据确定炮眼深度。土土木木工工程程施施工工 5、炮眼直径 炮眼直径与岩性、炸药威力、断面大小、临空面多少等有关。合理的炮眼直径应是在相同条件下，掘进速度快、爆破质量好的孔径，同时需考虑经济因素，在施工中可由试验而得。6、炮眼布置 炮眼布置，按其作用的不同，分掏槽眼、辅助眼和周边眼三种。炮眼的布置方法通常有下列几种：直线形布眼、多边形布眼和弧形布眼等。(a)(b)直线形布眼多边形布眼弧形布眼第二节 隧道掘进(c)(d)土土木木工工程程施施工工第二节 隧道掘进二、出 渣 隧道掘进中，装渣运输
11、作业在一定条件下会成为影响掘进速度的重要因素。装渣运输由四个环节组成：装(装车)、调(调车)、运(运输)、卸(卸渣)。1.装渣 装渣机具应与运输车辆配套，应能发挥机具的较高效率，从而提高装渣速度。装渣能力应与每次开挖土石方量及运输车辆的容量相适应。2调车 运输作业的效率，与车辆调度有很大关系。有轨运输时，开挖面应有调车设备，以加快空车调入。3运输 运输是把石渣运到洞外，并在指定地点弃渣，此外，洞内需要的材料、机具等(如洞内用混凝土集料、支撑材料、回填材料、施工用机具)需运入洞内指定地点。运输方式分有轨式和无轨式，应根据隧道长度、开挖方法、机具设备、运量大小等选用。4卸渣 卸渣应根据弃渣场地形条
12、件、弃渣利用情况、车辆类型，妥善布置卸渣线，卸渣应在卸渣线上依次进行。此外，卸渣宜采用自动卸渣或机械卸渣设备，并应有专人指挥。卸渣场地应修筑永久排水设施和其他防护工程，确保地表径流不致冲蚀弃渣堆。轨道运输卸渣时，卸渣码头应搭设牢固，并设挂钩、栏杆，轨道末端应设置可靠的挡车装置。土土木木工工程程施施工工第三节 隧道支护和衬砌一、模筑混凝土衬砌施工模筑混凝土衬砌施工 1.清理场地，架设模板 施工场地在灌注混凝土之前需清理干净，作好中线、开挖断面等的检查工作，对不符合要求的欠挖，则应予以凿除。拱部模板铺设在拱架上。在架设拱脚时拱脚每侧加宽510cm，拱顶加高5cm。墙架的构造型式应简单、便于拆装，墙
13、架可结合工作平台考虑。拱架或墙架的间距应根据围岩情况、跨度大小及衬砌厚度等因素确定。跨度和荷载较大时，应适当减小间距，并在灌注混凝土时沿拱架径向设置若干临时支撑，保证拱架在受荷时不致产生过大变位。灌注方向灌注方向辐射状拱圈灌注 2.混凝土工艺 灌注混凝土应两边对称分层灌注和捣固，超挖部分亦同时在两侧对称回填。拱圈衬砌由两侧拱脚向拱顶对称灌注，间歇及封顶的层面应成辐射状。土土木木工工程程施施工工 3.养护及拆模二、锚喷支护锚喷支护施工施工 1.锚杆安设 锚杆安设作业应在初喷混凝土后及时进行，孔位、孔径、孔深及布置形式应符合设计要求，杆件露出岩面的长度不应大于喷层厚度，各种锚杆的施工要求详见公路隧
14、道施工技术规范。2.喷射混凝土的施工 喷射混凝土的工艺流程大致分为干喷、潮喷和湿喷。木盒钢拱架预留缺口模板缺口支撑千斤顶预留缺口拱顶死封顶方法已砌边墙边模板立带已砌拱圈拱与墙连接处的墙顶封口第三节 隧道支护和衬砌土土木木工工程程施施工工第三节 隧道支护和衬砌干喷工艺流程湿喷工艺流程 喷射机 水 喷 头 速凝剂 细骨料 粗骨料 压缩空气 水 泥 搅拌机 喷 头 压缩空气 喷射机 水 水 泥 粗骨料 细骨料 搅拌机 外加剂 速凝剂 三、复合衬砌施工复合衬砌施工 本法是以喷混凝土、架设锚杆作为主要支护手段的一种施工方法。当开挖面稳定时，施工顺序是：开挖断面进行第一次柔性衬砌施工量测(位移、应力等量测
15、)修筑防水层进行第二次衬砌。当开挖面不稳定时，施工顺序是：开挖弧形导坑进行拱部的第一次柔性衬砌开挖核心及侧壁进行边墙的第一次柔性衬砌开挖仰拱部分并修筑仰拱施工量测(位移、应力等量测)修筑防水层进行第二次衬砌。土土木木工工程程施施工工第四节 塌方事故的处理一、造成塌方的原因及预防措施 塌方一般是地质不良、设计定位不当、施工方法不正确等原因引起的。地质条件是造成塌方的基本因素，施工是引起塌方的直接因素。穿越断裂褶皱带，或穿越严重风化破碎带、堆积层等，容易产生塌方。地下水往往也是重要因素，地下水丰富易造成塌方。对于塌方应以防为主。首先要认真做好勘查工作，此外，隧道位置选择应尽量避绕不良地质区段，洞口
16、位置选择要慎重，施工设计、支护设计要合理，要符合实际情况。塌方是有一定征兆的，应当在施工中注意观察。观察到异常情况，应认真分析，交接班时要交待清楚，作好准备，及时处理。二、塌方处理 处理塌方应按“小堵清，大塌穿”及“治塌先治水”的原则进行。小塌方以清为主，大塌方宜采取先护后挖的方法，谨慎施工。通顶塌方是大塌方的极端情况，此时还需处理地表塌陷穴口，需把陷穴口支紧，以防继续扩大。陷穴口四周挖排水沟，防止地表水汇集塌陷坑，并用粘土类材料填实四周裂缝。穴口上方宜搭雨棚，以防雨雪灌入塌方体。地层极差时，在陷穴口附近地面应打设地表锚杆，洞内可采用管棚支护和钢架支撑。土土木木工工程程施施工工第四节 塌方事故的处理12345679AAA-A2002004048大规模塌方处理实例（单位：cm）注：1-第一次注浆；2-第二次注浆；3-第三次注浆；4-管棚；5-塌线；6-塌体；7-初期支护；8-注浆孔；9-混凝土封堵墙