隧道工程第6章隧道施工方法.pptx

1、第六章第六章 隧道施隧道施工方工方法法第一节第一节 隧道施工方法概述隧道施工方法概述第二节第二节 主要开挖方法主要开挖方法第三节第三节 新奥法的基本概念新奥法的基本概念第一节第一节 隧道施工方法隧道施工方法概述概述一、隧道施工基本概念二、隧道施工方法的分类及其选择三、矿山法概述1隧道工程施工隧道工程施工隧道工程施工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的建筑活动。隧道施工过程通常包括：在地层中挖出土石，形成符合 设计断面的坑道，进行必要的支护和衬砌，控制坑道围

2、岩变形，保证隧道施工安全和长期安全使用。1）隐蔽性大隐蔽性大2）作业的循环性强）作业的循环性强 3）作业空间有限作业空间有限4）作业的综合性作业的综合性5）施工是动态的施工是动态的6）作业环境恶劣作业环境恶劣7）作业的风险性大作业的风险性大 8）气候影响小气候影响小隧道施工具有以下特性：2隧道施工方法隧道施工方法隧道施工方法是开挖和支护等工序的组合*隧道施工方法主要研究在不同地下建筑环境条件下，修建不同建筑形式的隧道时，对建造过程的施工工序的 划分、作业程序的设计、施工技术的选择，以及对人员、材料、机械、资金的综合调配与应用。*在隧道施工中最重要的是选择合理的施工方法。常用的施工方法有：传统矿

3、山法（日本称为背板法）、新 奥法(NATM）、明挖法、盖挖法、盾构法（Shield）、掘 进机法、沉埋法。混凝土衬砌模板台车混凝土衬砌模板台车盾构法施工技术：插刀盾构法；盾构法施工技术：插刀盾构法；土压平衡盾构法；泥水盾构法；土压平衡盾构法；泥水盾构法；复合式盾构法；顶管法。复合式盾构法；顶管法。2007年年7月月26日，在南京日，在南京地铁二号线汉中门工地，工人地铁二号线汉中门工地，工人 们在顺利出洞的盾构机旁挥舞旗帜。们在顺利出洞的盾构机旁挥舞旗帜。辽宁省大伙房水库输水工程全断面隧道掘进机辽宁省大伙房水库输水工程全断面隧道掘进机西康铁路秦岭隧道西康铁路秦岭隧道线线(左线左线)隧道使用隧道使

4、用2台台8.8米敞开米敞开 式掘进机（式掘进机（TBM）由隧道两端相向施工。）由隧道两端相向施工。沉管法施工技术：沉埋管段法；悬浮管段法。沉管法施工技术：沉埋管段法；悬浮管段法。3.隧道施工技隧道施工技术主要研究解决上述各种隧道施工方法所需的技术 方案和措施（如开挖、掘进、支护和衬砌施工方 案和措施）、隧道穿越特殊地质地段时（如膨胀 土、黄土、溶洞、塌方、流沙、高地温、岩爆、瓦斯地层等）的施工手段、隧道施工过程中的通 风、防尘、防有害气体及照明、风水电作业的方 式方法和对围岩变化的量测监控方法。二、隧道施工方法分类及其选择（一）隧道施工方法的分类（二）隧道施工方法的适用条件（三）隧道施工方法的

5、选择原则(山岭隧道施工方法(矿山法(钻爆法)TM)l掘进机法(TBM)(明挖法地下连续墙法隧道施工方法浅埋及软土隧道施工方法盖挖法浅埋暗挖法l盾构法(Shieldl盾构法lA法(N山l新奥法(传统矿（一）隧道施工方法的分类水底隧道施工方法(沉管法（二）隧道施工方法的适用条件（三）隧道施工方法的选择原则选择施工方法时需考虑的基本因素大体上可归纳为：1、施工条件施工条件2、围岩条件岩条件3、隧道断面隧道断面积4、埋深埋深5、工期工期6、环境条件境条件三、矿山法概述“矿山法”因其最早应用于坑道采矿而得名。矿山法又 因其采用“钻眼爆破”方式破岩，故隧道工程中也称之 为“钻爆法”。“传统矿山法”“新奥法

6、”全断面开挖法台阶开挖法分部开挖法荨第二节第二节 主要开挖方法主要开挖方法隧道开挖的基本原则在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下，选择 恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。第二节第二节 主要开挖方法主要开挖方法一、开挖轮廓线、预留变形量、开挖面的支撑作用二、开挖方法的种类与选择原则三、全断面开挖法四、台阶开挖法五、分部开挖法一、开挖轮廓线、预留变形量、开挖面的一、开挖轮廓线、预留变形量、开挖面的支撑作用支撑作用1、开挖、开挖轮廓廓线的确定与的确定与预留留变形量形量2、开挖面的支承作用、开挖面的支承作用1、开挖、开挖轮廓廓线的确定与的确定与预留留变形量形量考虑到开挖坑道后，围

7、岩因失去部分约束而产生向坑道 方向的收缩变形，施工开挖轮廓线应在设计开挖轮廓线 的基础上适当加大，保证围岩变形完成后，坑道断面大 小仍能满足设计要求（保证衬砌厚度）。这部分加大量 称为预留（围岩）变形量。2、开挖面的支承作用、开挖面的支承作用隧道施工作业最前端的横断面称为“开挖面”或“掌子面”开挖面前方将被挖出而尚未挖除的岩体，对已开挖区段的 围岩起着一定的约束作用，这种约束作用称为“开挖面 的支承作用”。二、开挖方法的种类与选择原则1、开挖方法的种、开挖方法的种类2、隧道开挖方法的、隧道开挖方法的选择原原则三、全断面开挖法全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然 后修建衬砌的施工方法。图

8、6-2 全断面开挖法1-全断面开挖法;2-锚喷支护;3-模筑混凝土衬砌三、全断面开挖法三、全断面开挖法（一）全断面法施工的顺序（二）适用条件（三）全断面法施工特点（四）全断面开挖法的技术要点（一）全断面法施工的顺序隧道掘进正规循环作业横道图(1)施工准备完成后，用钻孔台车钻眼，然后装药，联 接起爆网路；(2)退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；(3)进行通风、撒水，排烟、降尘；(4)排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土；(5)用装碴机将石碴装入矿车或运输机，运出洞外；(6)安设边墙锚杆和喷混凝土；(7)必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；(8)开始下一轮循环；(9)在初次支护

9、变形稳定后，或按施工组织中规定日期 灌注内层衬砌。（二）适用条件（1）全断面法适用于岩层覆盖条件简单、岩质较均匀的硬 岩中，如级围岩，在用于级围岩时，围岩应具备从 全断面开挖到初期支护这段时间内，保持其自身稳定的条 件。（2）必须具备大型施工机械，有钻孔台车或自制作业台架 及高效率装运机械设备。（3）隧道长度或施工区段长度不宜太短。根据经验，这个 长度不应小于1km。否则采用大型机械化施工的经济性差。（三）全断面法施工特点优点：（1）开挖断面与作业空间大、干扰小（2）有条件充分使用机械，减少人力（3）工序少，便于施工组织与施工管理，改善劳 动条件（4）开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩 稳

10、定缺点：采用全断面开挖，每次爆破震动强度较大，因此要 求进行分段装药，严格控制爆破设计，尤其是对于 稳定性较差的围岩。因开挖面大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作 量相对较大，因此要求具有较强的开挖、出碴能力 和相应的支护能力。四、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。台阶开挖法主要适用于围岩稳定性较好，但 隧道断面较大的条件下，或者隧道断面不太大，但围岩稳定性较差的条 件下。台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖四、台阶开挖法（一）长台阶法（二）短台阶法（三）超短台阶

11、法（微台阶法）采用何种台阶法？(1)初次支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合 时间要求越短；(2)上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工 场地大小的要求。（一）长台阶法这种方法是将断面分成上半断面和下半断面两部分进行 开挖，上下断面相距较远，一般上台阶超前50m以上 或大于5倍洞跨。1、长台台阶法的作法的作业顺序序A、上半断面开挖：用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破，地层较软时亦可 用挖掘机开挖。安设锚杆和钢筋网，必要时加设钢支撑、喷射混凝 土。用推铲机将石碴推运到台阶下，再由装载机装入车 内运至洞外。根据支护结构形成闭合断面的时间要求，必要时在 开挖上半断面后，可建筑临时底拱，形成上

12、半断面的临时 闭合结构，然后在开挖下半断面时再将临时底拱挖掉。B、下半断面开挖 用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破。装碴直接运至洞外。安设边墙锚杆(必要时)和喷混凝土。用反铲挖掘机开挖水沟。喷底部混凝土。C、待初期支护的变形稳定后，或根据施工组织所规定的日期敷设防水层（必要时）和建造内层衬砌。2、优缺点及适用条缺点及适用条件件适用范围较全断面法广泛，凡是在全断面法中开挖面不能 自稳，但围岩坚硬不要用底拱封闭断面的情况，都可采用 长台阶法，一般适用于地质条件较差的、级围岩。上下部作业有一定的干扰，因此台阶长度适当长一些，一般 考虑至少为50m，但台阶长度过长，如大于100m，则增加 了轨道的铺设长度，

13、同时其通风排烟、排水的难度也大大增 加这样反而降低了施工的综合效率，因此推荐台阶长度为50-80m。（二）短台阶法这种方法也是分成上下两个断面进行开挖，只是两个断面 相距较近，一般上台阶长度小于5倍，为10-15m，即1-2倍开挖宽度，上下断面采用平行作业。短台阶法的作业顺序和长台阶相同。短台阶法主要是考虑拉开工作面，减少干扰，因此台阶长 度不宜过短。上台阶一般采用少药量的松动爆破，出渣采 用人工或小型机械转运至下台阶，一般不考虑有轨运输。因此台阶长度又不宜过长，如果超过15m，则出渣所需的 时间显得过长。优缺点及适用条件：短台阶法可缩短支护结构闭合的时间，改善初次支护的受力 条件，有利于控制

14、围岩变形。是新奥法施工中经常采用的方 法。适用：级围岩，尤其适用于地质条件差的-级围岩。缺点是上台阶出碴时对下半断面施工的干扰较大，不能全 部平行作业。过渡坡道的位置可设在中间，也可交替地设在两侧。过渡 坡道法通用于断面较大的双线隧道中。（三）超短台阶法（微台阶法）超短台阶法是将设计坑道断面内的岩体分为上半断面、下半断面2部分，在一个作业循环内同时挖除，并始终保 持上半断面超前于下半断面形成一个台阶的开挖方法，也 称为“微台阶开挖法”。适用于、级围岩，一般为3-5m的台阶长度，采用交 替作业。1、超短台、超短台阶法施工作法施工作业顺序序2、优缺点及适用条缺点及适用条件件3、台台阶开挖法的技开挖

15、法的技术要点要点钢筋网或接长钢支撑，喷边墙混凝土（必要时加喷拱部混 凝土）。开挖水沟、安设底部钢支撑，喷底拱混凝土。灌筑内层 衬砌。安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑，喷拱部混凝土。用同一台机械开挖下半断面至一个进尺。安设边墙锚杆、用一台停在台 阶下的长臂挖掘 机或单臂掘进机 开挖上半断面至 一个进尺。1、超短台、超短台阶法施工作法施工作业顺序序2、优缺点及适用条缺点及适用条件件将上、下半断面合为一个作业面同步开挖，与全断面开挖 法基本相同，可以有足够的工作空间和较快的施工速度。台阶开挖法将隧道下半断面滞后开挖，掌子面始终保留一 个微台阶，既有利于开挖面的稳定和围岩的稳定，也给上部 提供了一个工作平

16、台，便于上部进行各项作业。台阶开挖法既可以采用大型施工机械，也可以采用中小型施 工机械，其出渣、进料运输方面也与全断面开挖法基本相同。台阶开挖法在遇到前方围岩地质条件的突变（如突变为软弱 破碎、突水、泥石流或溶洞）时，其防御性要好一些，相对于 全断面开挖法而言，可以避免造成较大的损失，并且可以比较方便地转换为留核心土环形开挖法或其他分部开挖法。采用超短台阶法施工时应注意以下问题：在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可采用辅助施工措施，如向围岩中注浆或打入超 前水平小钢管，对开挖面进行预加固或预支护。缺点是上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相 互干扰较大生产效率较低，施工

17、速度较慢。五、分部开挖法分部开挖法是开挖软弱岩层或土层隧道的一种施工方法，主要适用于隧道断面较大或围岩稳定性较差的条件下。它 将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖。先行开挖形成的坑道称为 “导坑”,“导坑超前开挖法”导坑的作用主要是超前探察前方岩体的工程地质条件。五、分部开挖法（一）台阶分部开挖法（环形开挖留核心土法）（二）单侧壁导坑法（三）双侧壁导坑法，又称眼镜工法（四）中洞法（洞柱法）（五）中隔壁法（CD）（六）交叉中隔壁法（CRD）（一）台阶分部开挖法（环形开挖留核心土法）（一）台阶分部开挖法（环形开挖留核心土法）1、开挖面分部形式、开挖面分部形式2、施工作、施工作业顺序序3

18、、施工要求、施工要求4、优缺点及适用条件缺点及适用条件用人工或单臂进机开挖环形拱部。安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑、喷混凝土。在拱部初次支护保护下，用挖掘机或单臂掘进机开挖 核心土和下台阶，随时接长钢支撑和喷混凝土、封底。根据初次支护变形情况或施工安排建造内层衬砌。1、开挖面分部形式、开挖面分部形式2、施工作、施工作业顺序序3、施工要求、施工要求开挖进尺为0.52.0m，不宜过长。上部核心土和下台阶的距离，一般双线隧道为1倍洞跨，单线隧道为2倍洞跨。开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢架支撑，每两榀钢 架之间采用连续钢筋连接，并加锁脚锚杆；核心土面积不小于整个断面的50%；当围岩地质条件差，自稳时间

19、较短时，开挖前在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护；二次衬砌采用先墙后拱法施作。简单明了，施工易行，不需要特殊的机械设备，减少施工投入；开挖工作面稳定性好；与超短台阶法相比，台阶长度可以加长，减少 上下台阶施工干扰；与下述的侧壁导坑法相比，施工机械化程度较高，施工速度可加快。开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，这些都有可 能使围岩变形增大。因此，它常要结合辅助施工 措施对开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固。适用条件：级围岩单线和级围岩双线 4、优缺点及适用条件缺点及适用条件优点：缺点：（二）单侧壁导坑法1、开挖面分部形式、开挖面分部形式2、施工作、

20、施工作业顺序序3、优缺点及适用条件缺点及适用条件出口侧壁导坑台阶法施工 上台阶上台阶侧壁导坑侧壁导坑下台阶下台阶1、开挖面分部形式、开挖面分部形式2、施工作、施工作业顺序序开挖侧壁导坑，并进行初次支护(锚杆加钢筋网、或 锚杆加钢支撑、或钢支撑，喷射混凝土)，应尽快使导坑 的初次支护闭合；开挖上台阶，进行拱部初次支护，使其一侧支承在 导坑的初次支护上，另一侧支撑在下台阶上；开挖下台阶，进行另一侧边墙的初次支护，并尽快 建造底部初次支护，使全断面闭合；拆除导坑临空部分的初次支护；建造内层衬砌。单侧壁导坑法是将断面横向分成3块或4块，每步开挖的 宽度较小，而且封闭型的导坑初次支护承载能力大，所 以，

21、单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控 制的软弱松散围岩中。3、优缺点及适用条件缺点及适用条件（三）双侧壁导坑法，又称眼镜工法1、开挖面分部形式、开挖面分部形式2、施工作、施工作业顺序序3、施工要求、施工要求4、优缺点及适用条件缺点及适用条件宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围 岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定,一 般为30-50m。1、开挖面分部形式、开挖面分部形式双侧壁导坑法施工核心土开挖双侧壁导坑法施工2、施工作、施工作业顺序序开挖一侧导坑，并及时地将其初次支护闭合。相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初次支护。开

22、挖上部核心土，建造拱部初次支护，拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上。开挖下台阶，建造底部的初次支护，使初次支护全断面闭合。拆除导坑临空部分的初次支护。建造内层衬砌。3、施工要求、施工要求侧壁导坑高度以达到起拱线为宜；侧壁导坑形状应接近于椭圆形断面，导坑断面为整个断面 的1/3；侧壁导坑领先长度一般为3050m，以开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布不影响另一侧导坑为原则；导坑开挖后应及时进行初期支护，并尽早封闭成环。4、优缺点及适用条件缺点及适用条件双侧壁导坑法具有控制地表沉陷好，施工安全等优点，但速 度较慢，成本较高。适用于级围岩双线或多线隧道掘 进。当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特

23、别差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。（四）中洞法（洞柱法）中洞法适用于双连拱隧道。采用先开挖中洞并支护，在中洞内施作隧道中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法。中洞法施工要求：中洞法开挖高度应大于中墙高度1m，开挖宽度应大于5m；中洞开挖长度根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑，一般为5080m；对长度200300m的短隧道可先贯通中洞，然后再施工两侧 侧洞；中洞开挖后应及时施作初期支护，再分段灌筑中墙混凝土，每一纵向段长度为410m，在中墙混凝土达到设计强度后方 可拆模，并进行临时横向支撑。中洞拱部开挖中隔壁法施工要求：各部开挖时，周边轮廓尽量圆顺，减小应力集中；各部的底部

24、高程应与钢架接头处一致；每一部的开挖高度为35m；后一侧开挖应全断面及时封闭；左右两侧纵向间距一般为30-50m；中隔壁设置为弧形或圆弧形。（五）中隔壁法（CD）适用于V级围岩浅埋双线隧道。应满足：设置临时仰拱，步步成环；自上而下，交叉进行；中隔壁及交叉临时支护，在灌注二次衬砌时，应逐段拆 除。（六）交叉中隔壁法（CRD）适用于级围岩浅埋的双线或多线隧道。采用交叉中隔壁法施工，除满足中隔壁法的要求外，尚第三节第三节 新奥法的基本概念新奥法的基本概念一、新奥法（NATM）概述二、新奥法施工的基本程序三、新奥法施工的基本原则四、新奥法与传统的矿山法的主要区别五、需要采用超前支护或预先进行注浆加固的

25、情形荨一、新奥法（NATM）概述“新奥法”，即奥地利隧道施工新方法，是奥地利隧道学家腊 布希维兹教授在总结锚喷支护技术的基础上首先提出的，简 称为NATM(New Austrian Tunnelling Method）、它是以 控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，采用锚杆和喷射混凝 土作为初期支护，把理论、量测和经验结合在一起，达到坑 道的基本稳定，待隧道开挖成形后，再逐步地施作内层衬砌 作为安全储备，以保持隧道长期稳定的施工方法。同时又是 一系列指导设计和施工的原则。新奥法主要采用锚杆和喷射混凝土作为维护围岩稳定的初期支 护，以帮助围岩获得初步稳定，施作后的锚喷支护即成为永久 性承载结构的一部

26、分而不予拆除，然后在此基础上再施作内层 衬砌作为安全储备（内层衬砌也称为后期支护）。初期支护、内层衬砌与围岩三者共同构成了永久的隧道结构承载体系。二、新奥法施工的基本程序三、新奥法施工的基本原则“少扰动、早支护（锚喷）、勤量测、紧封闭”（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。（2）早支护（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。（3）勤量测，是指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围 岩（或围岩加支护）的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调 整支护形式、开挖方法，确保施工安全和顺利进行。（4）

27、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，而且可以使支护和 围岩能进入良好的共同工作状态。（四）新奥法与传统的矿山法的主要区别新奥法与传统的矿山法的主要区别在于支护方式的不同。新奥法的锚喷初期支护与传统矿山法的钢木构件临时支撑 相比较，具有显著的灵活性、及时性、密贴性、深入性、柔韧性、封闭性等工程特点。这不仅仅是技术手段上的不同，更重要的是对工程问题认 识的不同、理论解释的不同和施工原则的不同。它强调采用锚喷支护，而不大量采用钢、木支撑；强调要 及早闭合支护环；提倡采用复合式衬砌，而不是采用刚度 较大的单层衬砌；要求加强施工量测等。它是人们对隧道 及地下工程问题认识和理解的一次重要进步，也是人们对 隧道及地下工程理论的继承和发展。