高速铁路路隧道工程技术.ppt

1、隧道施工技术客运专线隧道的特点客运专线隧道的特点在高速运行的条件下，对隧道技术的要求，主要是空气动力学特性方面的。其次才是由于断面的扩大和长大隧道的增加，使得隧道施工难度增加。客运专线隧道的特点客运专线隧道的特点客运专线线上的隧道不同于一般的铁路隧道，当高速列车在隧道中运行时要遇到空气动力学问题，主要表现为空气动力效应所产生的新特点及现象。为了降低及缓解空气动力学效应，除了采用密封车辆及减小车辆横断面积外，必须采取有力的结构工程措施，增大隧道有效净空面积及在洞口增设缓冲结构；另外还有其它辅助措施，如在复线上双孔单线隧道设置一系列横通道；以及在隧道内适当位置修建通风竖井、斜井或横洞。为了降低隧道

2、的空气动力效应，增大隧道有效净空面积是较好的结构工程措施，也是当前世界各国高速铁路发展的总趋势。客运专线隧道的特点客运专线隧道的特点 客运专线线隧道的横断面较大，隧道受力和衬砌混凝土的地质环境复杂，且列车运行速度较高，隧道维修有一定的时间限制，对隧道衬砌的安全性、耐久性和抗渗防水性、抗冻性性能要求提高。对耐久性、等耐久性指标应严格控制。复合衬砌和整体式衬砌比喷锚衬砌安全，且永久性好，故永久性衬砌一般不采用喷锚衬砌。目前，世界隧道界对喷锚衬砌做为永久性衬砌尚有不同看法，随着对喷锚技术的不断深入研究和技术质量的不断提高，喷锚衬砌的应用也会更加广泛。但在目前情况下，特别在高速铁路隧道中仍不宜采用喷锚

3、衬砌。客运专线隧道的特点客运专线隧道的特点 大断面隧道的受力情况不利，尤以隧道底部较为复杂，隧道拱脚和边墙脚处的应力集中更严重，需要对边墙底与仰拱连接处进行加强，并要求有更高的围岩强度或更好的地基承载力。客运专线隧道的特点客运专线隧道的特点隧底结构由于在长期列车重载作用及地下水侵蚀的影响下极易产生破坏，从而引起基底沉陷、道床翻浆冒泥等病害，不但增加养护维修工作量，而且严重影响运营安全，尤其是高速铁路对隧道底部的强度较普通铁路要求更高，且高速铁路隧道的断面跨度较大，因此要求高速铁路对底板厚度和仰拱、底板混凝土强度要求提高。客运专线隧道的特点客运专线隧道的特点除围岩的整体性外，围岩自身强度对客运专

4、线大断面隧道施工方法的确定、隧道的稳定与安全有较大影响。开挖后，隧道周边围岩出现更大范围的塑性化和更大的变形，围岩自稳所要求的围岩强度更高。产生拱作用要求的埋深更深，浅埋隧道的松弛压力更大，浅埋隧道的辅助施工措施要求更强。隧道拱顶更不稳定，拱顶围岩存在拉应力区，拱顶岩块崩塌的可能性更大客运专线隧道的特点客运专线隧道的特点 隧道渗漏水的危害主要会引起洞内金属设备及钢轨锈蚀、隧道衬砌丧失承载力、隧底翻浆冒泥破坏道床或使整体道床下沉开裂、有冻害地区的隧道衬砌背后积水引起衬砌冻胀开裂、衬砌漏水会引起衬砌挂冰而侵人净空。从运营安全上对隧道防排水要求提高。客运专线隧道的特点客运专线隧道的特点 为减低养护维

5、修工作量、保障运营安全对隧道病害的监测、诊断及评定、整治技术需求。隧道施工隧道施工隧道施工关键控制点1以确定合理的初期支护参数、控制塌方，保证隧道施工经济合理、结构安全。2以隧道防排水施工达到预期目的、不产生渗漏水现象保证营运安全。3以隧道净空、宽度、平面和纵面指标满足设计、施工规范要求，保证工程外观及内在质量。支护参数设计 岩石在开挖成洞后，由于受力结构平衡体系的破坏和应力的重分布，应及时采取支护，在隧道的设计过程中都要进行支护参数设计，如何选定既安全有效又节省的支护参数，对隧道塌方的预防和结构的长期稳定起着不可忽视的作用。由于地质围岩的分类只是一个定性的概念，不是定量的，同一类围岩，其结构

6、产状不尽相同，其自稳能力就不一致，此时支护参数的设计尤为重要，支护参数过大，增加工程的投入，支护参数过小，相同类别围岩自稳能力较差可能因支护强度不够，或要求更换支撑造成地应力再一次重分布，而引起塌方。新奥法概念新奥法概念 新奥法是六十年代奥地利专家腊布希维兹总结前人在隧道施工中累积的经验后所提出来的一套隧道设计、施工的新技术。1948年提出，并于1962年奥地利第八届土力学会议（萨尔茨堡）得到正式命名的隧道施工方法。新奥法就是施工过程中充分发挥围岩本身具有的自承能力，即洞室开挖后，利用围岩的自稳能力及时进行以喷锚为主的初期支护，使之与围岩密贴，减小围岩松动范围，提高自承能力，使支护与围岩联合受

7、力共同作用。新奥法概念新奥法概念奥地利国家地下空间委员会1980年提出的新奥法“定义”：“新奥地利隧道修建方法(简称新奥法)遵循这样一个原理，即通过发挥(activation)围岩承载环的主动作用，使围岩(岩土体)成为承载结构”。同普氏理论用围岩最终形成的天然平衡拱来描述围岩的自承能力不同，新奥法强调可以主动地通过恰当的围岩支护手段来激发围岩的承载能力，将围岩组织成“承载环“。新奥法概念的提出确实促进了传统的隧道修建技术从设计到施工的全面革新。新奥法概念新奥法概念 2000版中国土木工程指南第八篇隧道及地下工程中是这样定义和诠释“新奥法”的：“当隧道埋深超过一定限度后，常用暗挖法施工。暗挖法最

8、初采用传统的矿山法。20世纪中叶创造了新奥法，此法尽量利用围岩的自承能力，用柔性支护如锚喷支护控制围岩的变形及应力重分布，使达到新的平衡，目前已用于修建各种用途的隧道。”“新奧法施工的基本思想是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工。”这些文字应该是对新奥法比较权威的注解。新奥法新奥法遵循原则（1）应当考虑岩体的力学特性。（2）应当在适宜的时机构筑适宜的支护结构，避免在围岩中出现不利的应力应变状态。（3）为使围岩形成力学上十分稳定的支承环结构，必须构筑

9、一个闭合的支护结构。（4）由现场量测监控围岩动态。新奥法与喷锚支护的关系新奥法与喷锚支护的关系喷锚支护只是一种支护手段，并且新奥法中的喷锚支护手段在理论上也有它自己的独立体系。从理论上讲，隧道力学理论分成两个体系。一是松动压学派，一是粘、弹、塑性理论学派。松动压学派是以研究作用于隧道支护结构上的荷载-松动压为中心来解决支护结构设计问题的。粘、弹、塑性理论学派是以研究围岩中应力再分配为中心来解决隧道支护结构设计问题的。新奥法理论属于粘、弹、塑性理论学派的第二分支，因此，没有松动压的概念。新奥法所使用的支护手段新奥法所使用的支护手段 新奥法所使用的支护手段中，除了喷锚支护外，还有钢拱支架、U型可缩

10、性支架、钢筋网、二次模注砼等，在特殊情况下，还要配合使用注浆加固、冻结加固等特殊手段，并且这些支护手段的最终目的是约束围岩变位，使围岩和支护结构共同形成支承结构。另外，新奥法构筑支护手段的时间效应和空间效应对形成支承环结构、保障围岩稳定有很重要的意义。施工经验表明，采用喷锚支护如果忽视时间效应和空间效应，不仅达不到预期效果，甚至会造成工程事故。施工动态设计与地面结构物不同，隧道开挖前所提出的设计在严格意义上说只能称做“预设计”。根据对隧道开挖过程中围岩和支护系统力学行为的量测来论证和调整设计参数也是隧道设计中的一个十分重要的环节。在隧道工程监测和信息化设计方面，中国在发展以位移测试为主体的隧道

11、施工监测系统以及监测信息的反馈理论方面都有长足的进展。挪威法介绍挪威法介绍NTM：NorwegianMethodofTunneling）简单地说就是由正确的围岩评价、合理的支护参数和高性能的支护材料三部分组成的一种经济而安全的隧道施工方法，它适用于公路隧道、铁路隧道、水工隧洞及大型地下工程。挪威法介绍挪威法介绍正确的围岩评价体系主要是采用Q系统。即用巴顿法进行围岩分级。而合理的隧道支护结构参数，是通过隧道施工中的观测和量测记录所求出的Q值来选择的，其中包括各种支护结构体系的数值解析检算。挪威法介绍挪威法介绍 在支护体系上的最大特点是把一次支护作为水久衬砌，只是在运营后，如果有涌水、冰霜等危害的

12、情况下，才修筑二次衬砌。通常一次支护是采用高质量（4050MPa）的湿喷钢纤维混凝土和全长粘结型高拉力耐腐蚀的锚杆，而湿喷钢纤维混凝土的回弹量很小，通常仅为46。挪威法介绍挪威法介绍Q系统：Q值围岩评价法是70年代初（1974年），由巴顿（N.Barton）等人提出来的一种隧道围岩分级方法。在欧洲各国应用较广。虽然近二十几年隧道的支护技术有了很大的发展，特别是高质量的钢纤维混凝土的开发，并在隧道中得到了广泛的应用，但作为挪威法基本特征之一的Q系统隧道围岩评价法变化却不大，仅仅对岩体应力变量SRF进行了修正（1993年），即SRF考虑了埋深增加时的岩爆及软岩的膨胀性。挪威法介绍挪威法介绍Q值隧道

13、围岩分级体系：1.将围岩分为6级(O.0011000)2.岩体的变形系数分为3级（O.0550GPa）3.抗剪强度分为2级(0.120MPa)。挪威法介绍挪威法介绍RQD为岩石质量指标，Jn为节理组数，Jr为节理粗糙度系数，Ja为节理蚀变系数，Jw为裂隙水降低系数，SRF为应力降低系数。挪威法介绍挪威法介绍第一个商数(RQD/Jn)代表岩体的结构，也是岩块大小和由不同节理组形成的楔形岩块大小的一个量值。第二个商数(Jr/Ja)代表节理壁或充填料的粗糙度和摩擦特点。挪威法介绍挪威法介绍参数SRF是衡量以下这些项目的一个量值：(1)在开挖通过剪切带和含粘土挤压岩层情况下的松散荷载；(2)稳固岩层中

14、的岩石应力；(3)塑性不稳固岩层中的挤压荷载。挪威法介绍挪威法介绍当以上的6个参数确定以后，就可以根据该式计算出Q值，由Q值就可确定围岩等级。根据围岩的等级就可决定隧道支护的规模和水准，N.Barton等人(1974年)最初提出的Q系统，支护主要是采用加网喷混凝土S(mr)。1978年以后,钢纤维喷混凝土S(Fr)已作为商品投入使用，到1984年已完全代替S(mr)。挪威法介绍挪威法介绍Q系统的经验支护设计系统的经验支护设计N.Barton等人根据近l250个永久地下结构物的施工记录整理结果给出了经验设计方法，该方法是通过一张综合考虑各因素的图来选择隧道支护参数。该图的横轴是Q值，围岩类别示于

15、图的上侧，纵轴表示隧道的宽度或高度被表示安全系数的ESR除之的量S。挪威法介绍挪威法介绍Q系统的支护设计卡(1993)挪威法介绍挪威法介绍根据横轴Q和纵轴S的数值，将这张图划分成9个不同类型的支护区。实际应用时，当我们决定了Q值和S值后，即可由Q值和S值在图上确定一点，看这一点落在图中的哪个区域，即可确定隧道支护类型。挪威法介绍挪威法介绍NTM和和NATM的区别的区别新奥法比较适用于软弱围岩。在软弱围岩中修建隧道，节理和超挖不是主要问题，无论人工或机械开挖，均能形成光滑轮廓，围岩能够形成完整的承载环，利用围岩作隧道的主要承载结构，是新奥法的理论核心，实践中必需做到。因此，新奥法强调围岩监测，根

16、据监测结果决定二次支护施作时间和结构形式。挪威法介绍挪威法介绍NTM和和NATM的区别的区别NTM则更适用于硬岩。在硬岩中修建隧道，无论用钻爆法或掘进机开挖，节理和超挖都占主导地位。在此条件下，锚杆调动围岩强度的动力最强。因此，挪威法以锚杆作隧道主要支护手段。由于很可能超挖，因此，不宜使用钢拱架或网构拱架。由于节理充填物引起围岩不均匀，可能引起围岩失稳，因此要求用喷混凝土或喷钢纤维混凝土对系统锚杆补强。隧道施工方法施工方法简介隧道施工中，开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一。钻爆法仍然是中国目前应用最广、最成熟的隧道修建方法。客运专线隧道开挖常用的方法有全断面法、台阶法、CD工法、CRD工法、

17、双侧壁导坑工法。在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、埋置深度、支护条件、施工条件、环境条件、工期要求、工程量、机械配备能力、施工安全、经济性等相关因素进行综合分析，采用恰当的开挖方法，尤其应与支护条件相适应。施工方法简介从工程造价和施工速度考虑，施工方法选择顺序应为：全断面法正台阶法台阶设临时仰拱中隔墙法交叉中隔墙法双侧壁导坑法。从施工安全考虑，顺序正好反过来。在当前的施工实践中，采用最多的方法是台阶法，其次是全断面法。在大断面隧道中，单侧壁导坑（小隔壁法）和双侧壁导坑（眼镜法）采用较多，由于施工机械的发展和辅助工法的采用，施工方法有向更多地采用全断面法，特别是全断面

18、法与超短台阶法结合的发展趋势。施工方法简介隧道施工的基本技术原则因为围岩是隧道的主要承载单元，所以要在施工中充分保护和爱护围岩。避免过度破坏和损伤遗留围岩的强度，使暴露的围岩尽量保留既有的质量，是最重要最基本的原则。为了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制的变形。变形的控制主要是通过支护阻力(即各种支护结构)的效应达到的。施工方法简介隧道施工的基本技术原则在施工中，必须进行实地量测监控，及时提出可靠的、足够数量的量测信息，以指导施工和设计。在选择支护手段时，一般应选择能大面积的、牢固的与围岩紧密接触的、能及时施设和应变能力强的支护手段。要特别注意，隧道施工过程是围岩力学状态不断变化的过程

19、。减少开挖分部，也就有可能减少因分部过多而引起的围岩内的应力变化和围岩松弛。施工方法简介隧道施工的基本技术原则在任何情况下，使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。为保证二次衬砌的质量和整体性，在任何情况下，都应采用先墙后拱的施工顺序。在隧道施工过程中，必须建立设计施工检验地质预测量测反馈修正设计的一体化的施工管理系统，以不断地提高和完善隧道施工技术。全断面开挖法全断面开挖法是指将整个隧道开挖断面一次钻孔、一次爆破成型、一次初期支护到位的隧道开挖方法。全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，施工操作比较简单，便于施工组织和管理，较分部开挖法减少了爆

20、破震动次数。但由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每个循环工作量较大，每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求具有较强的开挖、出渣能力和相应的支护能力。隧道施工隧道施工全断面开挖法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，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。全断面法一次开挖成形，开挖跨度较大，高度较高，隧道周边围岩出现更大范围的塑性化和更大的变形，隧道拱脚和墙脚处的应力集中更严重，隧道拱顶更不稳定，围岩自稳所要求的围岩自身强度较高。全断面开挖法对于硬岩隧道，由于其自身强度一

21、般比较高，所以围岩自身强度并不是影响隧道稳定与安全的决定因素，可通过采取超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助施工措施进行超前预加固，从而提高围岩的整体性。对于软岩隧道，由于其自身强度一般偏低，各种超前预加固措施对于围岩自身强度提高幅度有限，自身强度往往成为影响隧道稳定与安全的控制因素。隧道施工全断面开挖法全断面法主要适用于级硬岩地层和级软岩地层。对于级硬岩地层，在采取超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助施工措施加固后，也可采用全断面法施工，但应根据具体围岩情况适当缩短开挖进尺。浅埋段、偏压段和洞口段不宜采用全断面法开挖。隧道施工台阶开挖法台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，具有上下

22、断面两个工作面或多个工作面，分步开挖。其优点是灵活多变、适用性强，有足够的作业空间和较快的施工速度，能较早地使支护闭合，有利于开挖面的稳定性和控制其结构变形及由此引起的地面沉降。缺点是上下部作业有互相干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，台阶开挖会增加对围岩的扰动次数等。隧道施工台阶开挖法台阶法适用于、级围岩地层和洞口段、偏压段、浅埋段的级硬岩地层和、级软岩地层，但应视具体情况采取超前大管棚、超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助施工措施进行超前加固，并根据工程实际、地层条件和机械条件，选择合适的台阶方式。根据地层条件和机械配备情况，台阶法又可分为正台阶法、中隔墙台阶法等。隧道施工台阶开挖

23、法正台阶上下两部分步开挖法将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度一般控制在11.5倍洞径，但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，支护形成封闭结构。若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施。一般采用人工和机械混合开挖法，即上半断面采用人工开挖、机械出碴，下半断面采用机械开挖出、机械出碴。有时为解决上半断面出碴对下半断面的影响，可采用皮带运输机将上半断面的碴土送到下半断面的运输车中。隧道施工台阶开挖法正台阶分步开挖留核心土法该法适用于较差的地层，上台阶取1倍洞径左右环形开挖，留核心土，用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面，用网构钢拱架做初期支护，拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。当隧

24、道断面较高时，可以分多层台阶法开挖，但台阶长度不允许超过1.5倍洞径。隧道施工台阶开挖法中隔墙台阶法开挖当工作面地层自稳能力较差，上台阶开挖后拱脚支撑在未开挖岩体上的自稳时间较短且开挖断面跨度较大时，可采用中隔墙台阶法（通常配合临时仰拱使用）。通过中隔墙的分载作用，减轻两侧拱脚的压力，降低地表沉陷值，以确保施工安全。采用中隔墙台阶法开挖时，上台阶开挖长度一般控制在1.5倍洞径内，并辅之以超前小导管注浆加固地层，留核心土环形开挖等措施。由于中隔墙的限制，一般上台阶采用人工开挖，人工出碴至下台阶，下台阶采用机械开挖、机械出碴。隧道施工隧道施工台阶开挖法中隔墙台阶法施工示意台阶开挖法台阶开挖时应注意

25、台阶长度要适当。选用长台阶还是短台阶、微台阶，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。还应注意解决好上、下半断面作业的相互干扰问题，尤其是短台阶干扰较大，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。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。隧道施工单侧壁导坑法单侧壁导坑法是指在隧道断面一侧先开挖一导坑，并始终超前一定距离，再

26、开挖隧道断面剩余部分，变大跨断面为小跨断面的隧道开挖方法。单侧壁导坑法主要适用于地层较差、断面较大，采用台阶法开挖有困难的，可采用人工配合机械开挖的、级围岩地层。隧道施工单侧壁导坑法采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上。为了稳定工作面，须采取超前大管棚、超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助施工措施进行超前加固。一般采用人工开挖、人工和机械配合开挖、人工和机械配合出碴。断面剩余部分开挖时，可适当采用控制爆破以免破坏已完成导坑的临时支护。隧道施工隧道施工中隔墙法中隔墙法也称CD工法(CenterDiaphragm)，是以台阶法为基础，将隧道断面从中间分成左右部分，使上、下台阶左

27、右各分成2或多部分，每一部分开挖并支护后形成独立的闭合单元。中隔墙法通过隧道断面中部的临时支撑隔墙，将断面跨度一分为二，减小了开挖断面跨度，使断面受力更合理，从而使隧道开挖更安全、可靠。中隔墙法主要适用于地层较差的、级围岩地层、不稳定岩体和浅埋段、偏压段、洞口段。一般采用人工开挖、人工和机械配合出碴。可适当采用控制爆破，以免破坏已完成的临时支撑隔墙。隧道施工中隔墙法采用该法进行隧道开挖时，台阶长度一般为11.5倍洞径(此处洞径取分部高度和跨度的大值)。先开挖一侧断面的最后一步与后开挖断面的第一步间应拉开11.5倍洞径的距离。为了稳定工作面，须采取超前大管棚、超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅

28、助施工措施进行超前加固。隧道施工隧道施工交叉中隔墙法交叉中隔墙法也称CRD工法(CrossDiaphragm)。当CD工法仍不能保证围岩稳定和隧道施工安全要求时，可在CD工法的基础上对各分部加设临时仰拱，将原CD工法先开挖中壁一侧改为两侧交叉开挖、步步封闭成环而改进发展的一种工法交叉中隔墙法最大特点是将大断面施工化成小段面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期围岩变形，每个步序受力体系完整。施工大量实例资料的统计结果表明，CRD工法比CD工法减少地表下沉近50%。但CRD工法施工工序复杂、隔墙拆除困难、成本较高、进度较慢。CRD工法各分部间应拉开一定的距离，距离以保证掌子面稳定为准，一般为1

29、1.5倍洞径(此处洞径取分部高度和跨度的大值)，但在能保证掌子面围岩稳定的情况下，可适当缩短距离，以保证操作空间要求。隧道施工交叉中隔墙法CRD工法适用于特别破碎的岩石、碎石土、卵石土、圆砾土、角砾土及黄土组成的级围岩和软塑状黏性土、潮湿的粉细砂组成的级围岩及较差围岩中的洞口段、偏压段、浅埋段等。为了稳定工作面，采用CRD工法施工时，须采取超前大管棚、超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆、掌子面封闭等辅助施工措施进行超前加固。一般采用人工开挖、人工和机械配合出碴。可适当采用控制爆破，以免破坏已完成的临时支撑隔墙和临时仰拱。隧道施工隧道施工双侧壁导坑法双侧壁导坑法是双侧壁导坑超前中间台阶法的简称，也

30、称眼镜（睛）工法，也是变大跨度为小跨度的施工方法。双侧壁导坑法双侧壁导洞法以台阶法为基础，将隧道断面分成双侧壁导洞和上、下台阶4部分，将大跨度分成3个小跨度进行作业，其双侧壁导洞尺寸以满足机械设备和施工条件为主确定。该工法工序较复杂，导坑的支护拆除困难，钢架连接困难，而且成本较高，进度较慢。隧道施工双侧壁导坑法双侧壁导坑法主要适用于断面很大、地层较差的、级围岩地层、不稳定岩体和浅埋段、偏压段、洞口段。采用该法开挖时，双侧壁导坑超前的距离相等或不等。为了稳定工作面，经常和超前预注浆等辅助施工措施配合使用。一般采用人工、机械混合开挖，人工、机械混合出碴。隧道施工双侧壁导坑法施工时，应先开挖两侧的侧

31、壁导洞，在导洞内施工完支护后再开挖上台阶，当隧道跨度大而地层条件较差时，上台阶也可采用中隔墙法或环形留核心土法开挖后并及时施工初期支护结构，在拱、墙的保护下，逐层开挖下台阶至基底，并施工仰拱或底板。施工过程中，左右侧壁导洞错开不小于15m，这是基于在开挖中引起导洞周边围岩应力重新分布不影响已成导洞而确定的。上、下台阶之间的距离，视具体情况，按台阶法确定。隧道施工隧道施工双侧壁导坑法隧道施工双侧壁导坑法铣挖法铣挖法是近年来兴起的一种新的施工方法，它通过采用一种叫铣挖机的设备，安装在任何类型的液压挖掘机上，高效替代挖斗、破碎锤等通用配置，应用于隧道掘进及轮廓修正的施工方法，适用于各种地质条件。在中

32、低硬度的岩石如风化岩、凝灰岩中最大可达到2540m3/h（随岩石的密度、破碎度不同而不同）。可以快速准确的修整构造物轮廓，应用在隧道开挖中，不但可以解决令施工单位头疼的欠挖问题，还进而降低施工单位“宁超勿欠”，所引起的成本增大问题。隧道施工预切槽法机械预切槽法是用专用的预切槽机沿隧道横断面周边预先切割或钻一条有限厚度的沟槽，在硬岩中，切槽可作为爆破的临空面，起爆顺序与传统爆破相反，不是由里向外而是由外向里逐层起爆，这种方法可以显著降低钻爆法施工的爆破振动速度。在松散地层中，切槽后立即向槽内喷入混凝土，在开挖面前方形成一个预筑拱，随后才将切槽所界定的掌子面开挖出来，这样就能有效地减少因掌子面开挖

33、而产生的围岩变形与地表沉降，并使开挖工作能在预筑拱保护下安全高效进行。隧道施工台阶七步开挖法洞身开挖采用台阶七步开挖法施工，是指在隧道开挖过程中，分七个开挖面，以前后七个不同的位置相互错开同时开挖，然后分部同时支护，形成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业方法，形成开挖及施作初期支护，混凝土仰拱紧跟下台阶及时施作构成稳固的初期支护体系。隧道施工隧道施工台阶七步开挖法隧道施工台阶七步开挖法隧道施工全断面岩石隧道掘进机（TBM）法全断面岩石隧道掘进机（TBM）法全断面岩石隧道掘进机（TBM）是开挖的岩石隧道断面基本能自稳，且系常压式、刀盘式机头的平洞掘进机。TBM施工法的优点在于施工速

34、度快，能缩短工期，但只从开挖的可能性来考虑，还不能确定能否采用。如果岩质相同，TBM施工法没有超挖量，与钻爆施工法相比，周边围岩也不松弛，那么，即使需要支护也只需轻型的即可，在减少衬砌混凝土量等费用方面也具有很大优点。但地质条件不适合于TBM施工法时，即在破碎带、膨胀性围岩以及大涌水带等条件下，TBM的掘进就比较困难，即使是最高性能的机械有时也会延误工期，这时可用钻爆法辅助做好该区段开挖和通风，TBM再向硬岩掘进，所以钻爆法和TBM法可混合使用互相取长补短。隧道施工隧道施工全断面岩石隧道掘进机（TBM）法隧道掘进机概念隧道掘进机概念 当隧道长度过长时，用常规钻爆法进行隧道施工将需要相当长的工期

35、，隧道掘进机法施工则适合长隧道施工的需要。隧道掘进机英文名称是TunnelBoringMachine，简称TBM。根据国外实践证明：当隧道长度与直径之比大于600时，采用TBM进行隧道施工是经济的。TBM最大的优点是快速。其一般速率为常规钻爆法的310倍。此外，采用TBM施工还有优质、安全、有利于环境保护和节省劳动力等优点。由于TBM提高了掘进机速率，工期大为缩短，因此在整体上是经济的。TBM的缺点主要是对地质条件的适应性不如常规的钻爆法；主机重量大；前期订购TBM费用较多；要求施工人员技术水平和管理水平高；对短隧道不能发挥其优越性。由于科学技术的不断迅猛进步，现在TBM可以适应较为复杂的地质

36、条件，从松散软土到极坚硬的岩石都可以应用，使用范围日益广泛。隧道掘进机的分类隧道掘进机的分类隧道掘进机的针对性很强，不同的地质条件需要不同的掘进机，也就产生了不同的掘进机。-有的适用于软土，又称为盾构机(ShieldMachine)-有的适用于岩石，称硬岩隧道掘进机（TBM）。-既能在岩石又能在软土中掘进的两用混合掘进机，已应用于英吉利海峡隧道法国侧隧道施工以及我国连接香港九龙和新界的西铁隧道施工。盾构法适用于软土地区埋深大的隧道工程，可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管线密集区的下部。盾构是这种施工方法中最主要的施工机具，它是一个既能支撑地层压力又能在地层中推进的钢筒结构体-隧道掘进机

37、。目前，盾构法建造的隧道主要用于水底公路隧道、地铁区间隧道、电力电讯隧道、市政管线隧道和进水排水隧道等地下工程。隧道掘进机在我国的应用隧道掘进机在我国的应用 自1978年我国实行改革开发以来，已有甘肃省引大入秦工程、山西省万家寨引黄工程和陕西省秦岭铁路隧道工程等项目引入国外大型TBM进行隧道施工，取得了成功。西安安康铁路秦岭线隧道全断面掘进机(TBM)的成功应用，我国铁路隧道施工技术水平又有了新的突破。秦岭隧道为两座平行的单线隧道，是我国目前最长的单线铁路隧道，其中线隧道全长18.46Km，最大埋深1600m，岩石平均抗压强度达150MPa。秦岭线隧道断面直径8.8m，复合式衬砌，采用掘进机施

38、工，实现了掘进、出碴工序机械化，掘进速度高、超挖少，对围岩扰动少，改善作业环境，为我国今后铁路长隧道快速施工创造了新的经验。长隧道长隧道TBM施工中的问题施工中的问题（1）超前地质探测问题超前地质探测问题由于长隧道在施工前的地质勘查不可能做得十分详尽，因此，常常在施工中出现一些不可预见的地质灾害，例如涌水、岩溶、瓦斯、断层、膨胀岩、高地应力、围岩大变形等。因此，TBM在掘进过程中，必须有超前地质探测的保证。我国在60年代修建的成昆铁路全线共有415座隧道,其中发生涌水问题的占93.5。在危地马拉的RioChixoy水电站的27km长的供水隧道中,因遇到岩溶,一台TBM被埋在一个侵蚀洞穴。委内瑞

39、拉的Yacambu隧道长27km,其围岩收敛变形每分钟达到20cm,致使TBM无法完成掘进而停工。万家寨引黄工程南干7#隧洞遇到摩天岭大断层（影响带长达300m）,因进行工程处理而延误工期达3个月之久。因此,TBM在掘进过程中,必须有超前地质探测的保证。长隧道长隧道TBM施工中的问题施工中的问题（2）长隧道工程质量的检查验收问题长隧道工程质量的检查验收问题TBM施工长隧道具有快速高效的特点。但是，对这些长隧道施工质量的检查验收通常靠利用回弹仪、钻孔抽查等常规手段。这些手段不能对隧道全线的工程质量作出全面完整可靠的检验。瑞士安伯格测量技术有限公司研制出TS360型系列隧道扫描器满足了隧道全线工程

40、检测的需要。长隧道长隧道TBM施工中的问题施工中的问题（3）安全问题安全问题TBM在长隧道中施工，万一发生事故，施工人员是难以迅速撤离出隧道的。因此，TBM必须配备可靠的安全保护系统。总的来讲，TBM施工的事故远比钻爆法小。TBM施工中发生水、火灾害的风险不大,但是丹麦GreatBelt工程隧道4台TBM在施工中就遇到了罕见的水、火灾害。幸运的是这两次事件均未造成人员伤亡,特别需要指出的是严重的火灾持续了17小时,周围温度高达700左右,优秀的防爆系统和安全保护系统自动启动,防爆紧急电源开始工作,自动氧气罩的供给,保证了施工人员的安全撤离。这个实例强有力地说明TBM施工必须有可靠的安全保护系统

41、,同时也充分地说明只要采用了可靠的安全保护系统,TBM的施工安全是可以得到保证的。长隧道长隧道TBM施工中的问题施工中的问题（4）长隧道的出口长隧道的出口当隧道采用TBM独头掘进长度超过20Km，又无条件增设支洞或竖井时，将会由于向洞外出闸运距加长，向洞内运送人员、物资时间增加等原因，而降低TBM的效率。同时，万一洞内发生意外事故，增加人员的危险性。因此，通常在单条隧道情况下，大约需要每隔10Km15Km设置一出口。长隧道长隧道TBM施工中的问题施工中的问题（5）TBM的部件储备的部件储备长隧道采用TBM时，TBM的一些零部件容易磨损，需要更换。因此，必须有一定数量的易损部件的储备，否则会导致

42、停机待料，延误工期，造成损失。通常部件库存量应是整机数量的10%，其供应系统应有充足的货源，完善的库房，良好的运输和通讯条件以及高效的管理人员。监测检测技术监测检测技术监测检测监测检测对于隧道工程，承载结构变化最直观的就是产生位移，可以利用不同的量测方法和量测仪器得到承载结构位移及内力的变化。通过以往获得大量的承载结构变形及内力量测结果，可以得出承载结构变形及内力变化与承载结构稳定之间的规律。结合已有的工程量测资料，利用类比法可以确定现有承载结构受力变化是否安全。隧道监控量测的实施运用，便是通过种种量测方法得到准确的承载结构变化的相关数据，利用数学方法进行分析，通过类比可以得出一定的结论。量测

43、工作是新奥法构筑隧道非常重要的一环。监测检测监测检测新奥法量测工作的作用或目的为：掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计，指导施工；预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然；积累资料，为以后的新奥法设计提供类比依据；为确定隧道安全提供可靠的信息；量测数据经分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证施工安全和隧道稳定。隧道检测技术的主要内容按隧道修建过程分，其主要内容包括：材料质量检测、超前支护与预加固围岩施工质量检测、开挖质量检测、初期支护施工质量检测、防排水质量检测、施工监控量测、混凝土衬砌质量检测、通风检测、照明检测等。监测检测监测检测材料检测隧道工程的常用原

44、材料有：衬砌材料、支护材料、防排水材料。支护材料包括锚杆、喷射混凝土和钢构件等，防排水材料包括注浆材料、高分子合成卷材、排水管和防水混凝土等。施工质量检测主要内容包括：超前支护及预加固、开挖、初期支护、防排水和衬砌混凝土质量检测。监测检测监测检测支护质量主要指锚杆安装质量、喷射混凝土质量和钢构件质量。对于锚杆，施工质量检测的内容有锚杆的间排距、锚杆的长度、锚杆的方向、注浆式锚杆的密实度、锚杆的抗拔力等。对于喷射混凝土，施工中应主要检测其强度、厚度和平整度。对于钢构件，则要检测构件的规格与节间连接、架间距、构件与围岩的接触情况以及与锚杆的连接。此外，对支护背后的回填密实度也要进行探测。其中，用锚

45、杆拉拔仪、扭力扳手等检测锚杆抗拔力，用锚杆质量检测仪、锚杆密实度检测仪检测锚杆砂浆密实度和长度，用凿孔、隧道激光断面仪、摄影机、混凝土测厚仪、地质雷达、超声波检测仪等检测支护结构厚度，用地质雷达、超声波检测仪检测支护结构缺陷及支护结构背后空洞。监测检测监测检测衬砌混凝土质量检测包括衬砌的几何尺寸、衬砌混凝土强度、混凝土的完整性、混凝土裂缝、衬砌背后的回填密度和衬砌内部钢架、钢筋分布等的检测。其中外观尺寸容易用直尺量测，混凝土强度及其完整性则需用无损探测技术完成，混凝土裂缝可用塞尺等简单方法检测，衬砌背后的回填密实度和衬砌内部钢架、钢筋分布等可采用地质雷达法和钻孔法检测。监测检测监测检测按用途可

46、分类1工程测试：为保证施工过程中隧道的稳定和有效地进行施工控制而必须进行的测试项目。如：隧道拱顶下沉、隧道收敛等。2检验测试：为保证和检验隧道工程质量而进行的测试项目。如：锚杆抗拔力及密实度检测、断面测量、支护结构厚度及缺陷检测等。监测检测监测检测按测试内容分类按测试内容可分为：1围岩状态（包括原岩应力、松弛范围等）测试；2荷载（围岩压力及支护层间压力）测试；3支护结构状态（包括支护结构内力、位移等）测试。监测检测监测检测测试项目及手段测试项目及手段测试项目及手段1隧道周边位移及断面：精密水准仪、收敛计、全息摄影机、隧道断面仪。2围岩内部位移：钻孔多点位移计（机械式、电磁式）、地面挠度仪。3浅

47、埋隧道地面沉降：精密水准仪、全断面沉降仪、激光扫平仪。一般用水平仪量测，量测精度1mm。监测检测监测检测测试项目及手段测试项目及手段4原始地应力：水劈裂、应力解除、声发射、钻孔应力（应变、变形）计。5岩体破坏状态：岩体声波测试仪。6超前地质预报：浅层地震仪。7围岩压力及支护层间压力：压力传感器。8支护结构内力：混凝土应变仪（钢弦式、电阻式）。9锚杆轴力：（应变式、钢筋计）量测锚杆。监测检测监测检测测试项目及手段测试项目及手段 10结构厚度：混凝土测厚仪、地质雷达、超声波检测仪。11结构缺陷及支护结构背后空洞：地质雷达、超声波检测仪。12抗拔力：锚杆拉拔仪。13锚杆砂浆密实度：锚杆密实度检测仪。

48、监测检测监测检测隧道变形量测隧道变形（位移）是隧道围岩和支护结构力学形态变化最直接最明显的反映，也是影响围岩和支护稳定各因素的综合反映，并且变形也是在工程中最容易获取和最直观的信息，是铁路隧道监控量测的必测项目。监测检测监测检测地表下沉量测控制要点：浅埋隧道洞顶地表下沉量测应在隧道尚未开挖前就开始进行，借以获得开挖过程中全位移曲线。测点和拱顶下沉量测布置在同一断面上。测点纵向间距与隧道埋深和开挖宽度有关，横向测点一般布置在46倍洞室宽范围，隧道中线附近密些，外侧渐稀，间距为25m。在开挖影响范围以外设置23个水平基点。监测检测监测检测净空变化量测和拱顶下沉量测，应在同一断面上进行。以水平基线量

49、测为主，必要时设置斜基线。对以下情况要调整量测的断面位置、间隔、频率：a对膨胀性地质，地层长期不稳定时：缩短间隔、增加频率；b早开挖或迟缓开挖时：调整断面位置、缩短间隔、增加频率；c隧道的总长发生变化时：调整断面位置、增长或缩短间隔；d地质良好，且是同样连续时：增长间隔、减少频率；e地质变化显著时：调整断面位置、增长或缩短间隔、增加或减少频率；f能很快取得测定值时：增长间隔、减少频率。拱顶下沉量测测点，一般布置在拱中和两侧拱腰，每断面布置三点，当受通风管阻碍或有其他障碍时，可适当移动位置。水准基点一般设在拱顶，选择在围岩稳定地段设置。监测检测监测检测净空变化量测和拱顶下沉量测控制要点围岩稳定性

50、判别标准问题，不仅同围岩类别以及其他地质因素有关，而且还同施工方法、支护手段等人为因素有关，是比较复杂的。因此，在评价围岩稳定程度时应根据工程的具体情况采用下述三种判别标准综合分析，以确定比较符合实际的标准。监测检测监测检测围岩稳定性判别标准围岩稳定性判别标准根据实测位移或预计最终位移值判别：在隧道开挖过程中若发现量测的位移总量超过某一临界值时，或者根据已回归函数预计最终位移将超过某一临界值时，表明围岩难以稳定，需要加强支护。监测检测监测检测围岩稳定性判别标准围岩稳定性判别标准根据位移变化速率判断位移变化速率大于某临界值时则认为围岩未稳定，反之则认为围岩已经达到基本稳定。可根据工程特点和围岩条