1、6,隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG,第六章 隧道施工方法, 6.1 隧道施工方法概述, 6.2 主要开挖方法, 6.3 新奥法的基本概念, 6.4 岩土控制变形分析工法简介, 6.5 隧道洞口施工, 6.1 隧道施工方法概述,一、 隧道施工基本概念,1.隧道施工 是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技术和施 工管理的总称。 2.隧道施工过程通常包括：在地层中挖出土石，形成符合设计轮廓尺寸的坑道；进行必要的初期支护和砌筑最后的永久衬砌，以控制坑道围岩变形，保证隧道施工安全和长期地安全使用。,3.隧道施工方法分类：, 矿山法：因最早应用于矿石开采而得名，它包括传统方法和新奥
2、法。由于在这种方法中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。有时为了强调新奥法与传统矿山法的区别，而将新奥法从矿山法中分出另立系统。 掘进机法：包括隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，简写为TBM）法和盾构掘进机法。沉管法、顶进法、明挖法：是用来修建水底隧道、地下铁道、城市市政隧道等，以及埋深很浅的山岭隧道。,明挖法,顶管法,沉管法施工技术：沉埋管段法；悬浮管段法。,西康铁路秦岭隧道线(左线)隧道使用2台8.8米敞开式掘进机（TBM）由隧道两端相向施工。,2007年7月26日，在南京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。,隧道施工工法的对
3、比,4、施工方法选择需要考虑的因素 工程的重要性一般由工程的规模、使用上的特殊要求，以及工期的缓急体现出来；地质和水文条件 包括围岩级别、地下水及不良地质现象等；围岩级别是对围岩工程性质的综合判定，对施工方法的选择起着重要的甚至决定性的作用； 施工技术条件和机械装备状况实践证实，施工条件是决定施工方法的最基本因素，它包括一个施工队伍所具备的施工能力、素质以及管理水平。, 施工中动力和原材料供应情况； 隧道横断的形状和尺寸 隧道的埋深：隧道的埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关，在同样的地质条件下，由于埋深不同，施工方法也有很大差异。 工期：工期决定了在均衡生产的条件下，对应配备的开挖、运输等综
4、合生产能力的基本要求，即对施工均衡速度、机械化水平和管理模式的要求。工程投资与运营后的社会效益和经济效益； 有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。,应该看到隧道施工方法的选择，是一项“模糊”的决策过程，它依赖于有关人员的学识、经验、毅力和创新精神。对于重要工程则需汇集专家们的意见，广泛论证。必要时应当开挖试验洞对理论方案进行实践验证。从目前我国公路隧道发展趋势来看，在今后很长一段时间内，将以采用新奥法为主，这也符合世界潮流。,5、隧道施工技术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
5、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。,6、隧道施工管理隧道施工管理是以按期完成合同为目的，研究隧道施工管理体系的建立、运行和改进，以及过程的计划（plan）、实施（do）、检查（check）、改进（action）（PDCA循环，又称质量环，是管理学中的通用模型）的方法和程序。 按照管理的对象可以将隧道施工管理分为：人事管理、材料管理、机械管理、技术管理、质量管理、经济管理、安全管理等方面。,二、山岭隧道常规施工方法,又称矿山法，因最早应用于矿石开采而得名，由于在这种方法中，多数情况下
6、都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。有时候为了强调新奥法与传统矿山法的区别，而将新奥法从矿山法中分出另立系统。 习惯上将采用钻爆开挖加钢木支撑的施工方法称为“传统的矿山法”，采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称为“矿山法”或“钻爆法”。 1.传统的矿山法 它是凿眼爆破、以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成形后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式衬砌作为永久性支护的施工方法。,木构件支撑耐久性差和对坑道形状的适应性差，支撑撤换工作既麻烦又不安全，且对围岩有所扰动，因此，目前已很少采用。 钢构件支撑强度高、刚度大和对坑道形状的适应性好等优点，采用较多但也存在撤换时不完全，若不撤换时成本
7、高，以及与围岩非面接触支撑的缺点。 钢木构件支撑类似于地上的“荷载结构”力学体系。维持坑道稳定很直观和奏效，也容易被施工人员理解和掌握。常被应用于不便采用锚喷支护的现代隧道中或处埋坍方等。 2矿山法 隧道是围岩和支护组成的体系，应充分保护围岩，发挥其自身的承载能力，维护其稳定性；只有充分掌握隧道的围岩条件，才能有合理的隧道设计与施工。,施工手段由人力、小型机械化、半机械化到机械化施工。人力施工指锤、钎、镐、纯人工作业方式；小型机械化系指风动凿岩机钻眼、人力或小型装渣机装渣、人力或电瓶车牵引、小矿车运输、人力或机械搅拌混凝土、人力灌注衬砌的施工模式；半机械化施工系指采用气腿式风动凿岩机或凿岩台车
8、钻眼、轨行铲斗式装渣机装渣、矿车有轨运输或汽车无轨运输等，其主要特点是机械设备配套；机械化施工系指采用以台车钻眼、挖装运机械化作业、喷锚支护机械化作业、混凝土衬砌机械化作业、注浆机械化作业等为特征的施工模式。 施工技术上更加重视施工地质调查工作，超前地质预报的技术更加丰富和有效，光面控制爆破技术获得了广泛应用。喷锚支护技术已成为隧道施工支护的基本方式，实现了在硬岩、软弱破碎围岩、松散砂土等各类围岩中的良好喷锚支护。,在材料方面如ZM型系列早强砂浆锚杆、ZP型早强喷射混凝土新材料，纤维喷射混凝土降低喷射混凝土回弹和粉尘的混凝土增黏剂等；在工艺方面干喷、潮喷、湿喷混凝土都获得了成功应用。在软弱破碎
9、围岩中，形成了超前支护技术、地层预加固技术，以及多分部和各分部支护及时封闭技术等，这对现代矿山法的技术进步十分重要。, 6.2 新奥法, 6.2.1 新奥法名称由来与产生的历史背景,新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法，即New Austrian Tunneling Method，缩写为NATM，是由奥地利学者L.V.Rabcewiez、L.Muller等教授创建于上世纪五十年代，在1963年正式命名为新奥地利隧道工程方法。它的产生是基于以下背景：,(1) 锚杆支护在20世纪初出现,(2) 喷射混凝土机在20世纪40年代末研制成功,(3) 岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据, 6.2.2
10、新奥法的基本概念,核心内容是充分发挥围岩的自承能力。,对新奥法的误解,新奥法,以控制爆破（光面爆破、预裂爆破等）为开挖方法；,以喷锚作为主要支护手段；,通过监测控制围岩变形，动态修正设计参数和变动施工方法。,把新奥法理解为隧道开挖与支护的方法,误以为采用了锚喷支护就是新奥法,对施工监控量测不够重视,对新奥法正确认识,新奥法是修建隧道一种基本理论，是包含设计与施工内容的隧道工程新概念。,新奥法使用锚喷支护是为了达到保护围岩强度、控制围岩变形、实现发挥围者自承能力的目的。,只有采用施工监控量测才能掌握围岩变形动态，做到控制变形。,锚杆、喷射混凝土和施工量测是新奥法的三大要素。, 6.2.3 新奥法
11、施工的要点,1) 在隧道的整个支护体系中，围岩是承载结构的一部分，施工中要合理利用围岩的自承能力，保持围岩的稳定；,2) 隧道开挖时，应尽可能减轻对隧道围岩的扰动或尽可能不破坏围岩的强度。,3) 允许围岩有一定的变形，初期支护应尽量做成柔性的，以便与围岩紧密接触，共同变形和共同承载，充分围岩的自身承载作用。,4) 洞室开挖后及时施作初期支护，封闭围岩表面，抑制围岩体的早期变形，待围岩稳定后，再进行二次衬砌，但遇软弱围岩特别是洞口段衬砌要紧跟。,5) 隧道的几何形状必须满足在静力学上作为圆筒结构的计算条件，因此,要尽可能使结构做得圆顺(如做成圆形或椭圆形的),不产生突出的拐角,避免产生应力集中现
12、象。同时,尽早使衬砌结构闭合(封底)，以形成承载环；,6) 对隧道周边进行位移收敛量测是施工过程中必不可少的一个重要环节，从现场量测反馈信息及时修改设计和施工方案。,7) 对外层衬砌周围岩体的渗水，要通过足够的“排堵措施”予以解决，如在两层衬砌之间设置中间防水层等。, 6.2.4 新奥法施工方法,1. 全断面法,全断面法全称为“全断面一次开挖法”，即按隧道设计断面轮廓一次开挖成型的方法，即一次钻孔，一次爆破成型、一次初期支护到位，如图6-3所示。,全断面法常适用于III级硬岩的石质隧道，可采用深孔爆破施工。IV 级满足从开挖到初支时间内自身稳定也可以采用。,开挖断面一次成型,三臂凿岩台车开挖,
13、适用条件 全断面法适用于岩层覆盖条件简单、岩质较均匀的硬岩中。必须具备大型施工机械。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。,1-全断面开挖；2-锚喷支护；3-模筑混凝土,图6-3 全断面施工方法,优点：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，工序少，干扰少，便于施工组织与管理，采用深孔爆破时，可加快掘进速度，对围岩的震动次数较少，有利于围岩稳定。,缺点：是由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每,循环工作量相对较大，要求施工单位有较强的开挖、出渣与运输及支护能力，采用深孔爆破时，产生的爆破震动较大，对钻爆设计和控制爆破作业要求较高。, 钻眼，装药
14、、联接导火线； 人机退出，引爆炸药，开挖出整个隧道断面； 排除危石（找顶）； 喷射拱圈混凝土，必要时安设拱部锚杆； 用装碴机将石碴装入运输车辆，运出洞外； 喷射边墙混凝土，必要时安设边墙锚杆； 根据需要可喷第二层混凝土和隧道底部混凝土； 开始下一轮循环； 通过量测判断围岩和初期支护的变形，待基本稳定后，施作二衬砌。,全断面施工工序,全断面开挖法工作面设备布置,机械化施工的关键 三条主要作业线：（1) 开挖作业线 钻孔台车、装药台车、大型装碴机与运载车 (2) 锚喷作业线 混凝土喷射机、喷射机械手、运输进料设施 (3) 模注混凝土衬砌作业线 混凝土拌合、混凝土输送、防水层作业、衬砌模板问题： 地
15、质条件变差时，大型机械怎么办？,1) 加强对开挖面前方的工程地质和水文地质的调查。,2) 各工序机械设备要配套。,3) 加强各种辅助施工方法的设计和施工检查。,4) 重视和加强对施工操作人员的技术培训 。,5) 在选择支护类型时，应优先考虑锚杆和喷射混凝土、挂网、拱架等支护型式。,全断面施工注意问题,2. 台阶法,是新奥法中适用性最广的施工方法，适用于双线隧道、级围岩，单线隧道级围岩亦可采用，但支护条件应予以加强。 它将断面分成分成上下两个断面或上中下三个断面分别进行开挖，如图6-4所示，随着台阶长度的调整，它几乎可以用于所有的地层。根据台阶的长度，它有长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种方式。
16、全断面法与短台阶法相结合的方法是目前隧道施工方法发展的趋势。,适用条件：跨度较大，围岩较破碎的情况。 选择何种台阶法，取决于以下条件： 形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短，台阶必须缩短； 上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备对施工场地大小的要求。效率高，则可以缩短支护闭合时间，台阶可适当加长。,1上半部开挖 2拱部喷锚支护 3下半部中央部开挖 4 边墙部开挖 5边墙部喷锚支护 6衬砌,图6-4 台阶施工方法,1) 长台阶法 如图6-5a，上、下开挖断面相距较远，一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞宽。施工时，上、下部可配备同类机械进行平行作业。当机械不足时也可用一套机械设
17、备交替作业，即在上半断面开挖一个进尺，然后再在下断面开挖一个进尺。当隧道长度较短时，亦可先将上半断面全部挖通后，再进行下半断面施工，习惯上又称为“半断面法”。,长台阶法的作业顺序为： 上半断面开挖：用钻孔台车钻眼、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。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。,优缺点及适用条件：有足够的工作空间和相当的施工速度；上部开挖支护后，下部作业就较为安全；相对于全断面法来说，长
18、台阶法一次开挖的断面和高度都比较小，只需配备中型钻孔台车即可施工；上下部作业有一定的干扰； 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。,（2）短台阶法 如图6-5b，这种方法也是分成上下两个断面开挖，两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍但大于11.5倍洞宽，或550m，上下断面基本上可以采用平行作业。短台阶法能缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。当遇到软弱围岩时需慎重考虑，必要时应采用辅助施工措施稳定开挖工作面，以保证施工安全。,图6-5 台阶法,掘进方向,掘进方向,B,2,1,B,2,(1,1.5)
19、B,1,2,2,1,2,B,1,a),5B,1,1,2,掘进方向,b),c),a)长台阶法 b)短台阶法 c)超短台阶法,问题：台阶缩短对施工进度有何不利？答：上台阶存渣面积减小，往下台阶推渣次数增多。解决办法：增加平行作业的时间，有利于加快进度。 皮带运输机 过渡坡道 、钢结构跳板(仰拱先做) 、石碴坡道(仰拱后做)见下面的相片,短台阶施工注意： 初期支护的全断面闭合应在距开挖面30m以内，或距开挖上半断面开始的30天内完成；初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合 ； 研究在保证施工机械正常工作的前提下台阶的最小长度。,(3) 超短台阶法 如图6-5c，这是一种适于在软弱地层中开挖的施工方法，
20、一般在膨胀性围岩及土质地层中采用。为了尽快形成初期闭合支护以稳定围岩，上下台阶之间的距离进一步缩短，上台阶仅超前35m，不能平行作业，只能采用交替作业，上下台阶相隔太近，施工干扰大，施工进度会受到很大的影响。 在软弱围岩中采用超短台阶法施工时应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可对围岩采用预加固或预支护措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小导管等。,超短台阶法施工作业顺序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；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、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
21、设底部钢支撑，喷底拱混凝土。灌注内层衬砌。,问题：能否下台阶先进？ 答：反台阶法 。 速度快 ；不安全 淘汰！,台阶法优点：开挖作业空间大和较快的施工速度，有利于稳定，上部开挖支护后，下部作业较安全。对地质变化的适应性较强，工序转换较容易，并能较早地使初期支护闭合，有利于控制沉降。 缺点：上下部作业互相干扰，台阶开挖增加对围岩扰动次数。,下半台阶开挖需要注意： 下半断面开挖（落底）应在上半断面初期支护基本稳定后进行，单侧落底或双侧交错落底，避免上部初期支护两侧同时悬空； 下部边墙开挖后要及时喷砼，暴露时间愈长愈不安全；侧槽一次开挖长度不宜太长，靠近边墙范围应手工开挖和扒碴，严禁使用重型机械，以
22、免对围岩过大扰动、破坏围岩和初期支护系统的整体稳定性。量测工作必须及时，当发现速率增大，应立即进行底（仰）拱封闭，或缩短进尺，加强支护，分割掌子面等。,三台阶法,短台阶法,长台阶法,1) 台阶数不宜过多，台阶长度要适当，一般以一个台阶垂直开挖到底，保持平台长2.5m3m为好 。,2) 个别破碎地段可配合喷锚支护和挂网施工。,3) 上部开挖时，因临空面较大，易使爆破面渣块较大，不利于装渣，应适当密布中小炮孔。,3) 采用台阶法开挖关键问题是台阶的划分形式。台阶划分要求做到爆破后渣量较大，钻孔作业面与出渣运输干扰少。,台阶法注意问题,3. 分部开挖法,又称环形开挖留核心土法，适用于一般土质或易坍塌
23、的软弱围岩地段。上部留核心土可以支挡开挖工作面，增强开挖工作面的稳定，施工安全性较好。一般环形开挖进尺为0.5m1.0m，不宜过长，上下台阶可用单臂掘进机开挖，开挖和支护顺序如图6-6所示。,台阶分部开挖法,图6-6 台阶分部开挖法,优点：与超短台阶法相比，台阶的长度可以加长，相当于短台阶法的台阶长度，减少了上下台阶的施工干扰，施工速度可加快。而且较侧臂导坑法的机械化程度高。,缺点：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，将可能使围岩变形增大，需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。,适用于围岩稳定性较差（如软弱松散围岩），隧道跨度较大
24、，地表沉陷难于控制地段。该法确定侧壁导坑的尺寸很重要，一般侧壁导坑的宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以到起拱线为宜，导坑可分二,7,1,5,8,3,4,2,6,掘进方向,7,4,3,1,3,2,图6-7 单侧壁导坑法,1侧壁导坑开挖 2 侧壁导坑锚喷支护及设置中壁墙临时支撑 3 后行部分上台阶开挖 4 后行部分下台阶开挖 5 后行部分喷锚支护 6 拆除中壁墙 7 灌筑仰拱8 灌筑洞周衬砌,次开挖和支护，不需要架设工作平台，人工架立钢支撑也较方便，开挖和支护顺序如图6-7所示。,单侧壁导坑法,优点：是通过形成闭合支护的侧导坑将隧道断面的跨度一分为二，有效地避免了大跨度开挖造成的不利影响，明显地提高
25、了围岩的稳定性。 缺点：是因为要施作侧壁导坑的内侧支护，随后又要拆除，增加了工程造价。,又称眼镜工法，适用于在软弱围岩中，当隧道跨度更大（如三车道公路隧道等）或因环境要求，且要求严格控制地表沉陷地段，地表沉陷仅为短台阶法的1/2 。开挖和支护顺序如图6-8所示。,导坑尺寸拟定的原则同单侧壁导坑法，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑应错开开挖，以避免在同一断面上同时开挖而不利于围岩稳定。,双侧壁导坑法,2,3,1,3,4,7,掘进方向,6,4,3,8,5,1,7,2,6,1,2,图6-8 双侧壁导坑法,1侧壁导坑开挖 2 侧壁导坑锚喷支护及设置中壁墙临时支撑 3 后行部分上台阶开挖
26、 4 后行部分下台阶开挖 5 后行部分喷锚支护 6 拆除中壁墙 7 灌筑仰拱8 灌筑洞周衬砌,双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多一点，对围岩的扰动次数增加，且初期支护全断面闭合的时间延长，但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工期间变形几乎不发展。该法施工安全，但进度慢，成本高。,三线大跨隧道双侧壁导坑法施工,(右上)运用“双侧壁导坑法”修建国内第一大跨双连拱的公路隧道最大开挖跨度32.6米的京珠高速公路五龙岭隧道，1998年10月开工，1999年11月全隧贯通,（左下）国内第一座海底储气工程汕头LPG工程，1997年10月开工，1999年12月建成,问题：1.双侧导坑的开挖是对开还是错开
27、？为什么？ 答：应错开挖，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。一般间距710m。 避免在同一断面上同时开挖的总跨度过大。,左侧壁上部开挖；左侧壁上部锚杆、喷射混凝土层、钢支撑等初期支护，及侧壁临时支撑,右侧壁上部开挖,右侧壁上部锚杆、喷射混凝土层、钢支撑等初期支护、及侧壁临时支撑,左侧壁下部开挖,仰拱左幅浇筑,左侧壁下部锚杆、喷射混凝土层、钢支撑等初期支护、及侧壁临时支撑,右侧壁下部开挖,右侧壁下部锚杆、喷射混凝土层、钢支撑等初期支护、及侧壁临时支撑,核心土下部开挖,仰拱右幅浇筑,核心土上部开挖,拱部中央锚杆、喷射混凝土、钢支撑等初期支护,撤除双侧壁临
28、时结构，铺设防水板,仰拱中央部浇筑，形成仰拱整体结构,中隔壁法（CD法）,CD（center diaphragm）法是将隧道断面左右一分为二，先挖一侧，并在隧道中部设立利用钢支撑及喷混凝土为临时支撑隔墙，当先开挖一侧超前一定距离后，再开挖另一侧的隧道开挖方法。变大跨为小跨、变大断面为小断面，施工安全，可靠。工序较多，作业空间小，适应小型机械作业，施工进度较慢。适合于-级围岩和浅埋、偏压及洞口段。,必要爆破时，应控制药量，避免损坏中隔墙。临时中隔墙型钢支撑规格应与初期支护所采用的一致。每步台阶长度控制在3-5m，步步封闭成环。增加中隔墙，并采用超前大管棚、超前锚杆、超前注浆小导管、超前预注浆等一
29、种或多种辅助措施进行超前加固，成本增加较大。,左侧壁上部开挖（先行）,左侧壁上部锚杆、喷射混凝土层、钢支撑等初期支护及侧壁临时支撑,左侧壁下部开挖,左侧壁下部锚杆、喷射混凝土层、钢支撑等初期支护及侧壁临时支撑,右侧壁上部开挖（后行）,右侧壁上部锚杆、喷射混凝土层、钢支撑等初期支护及侧壁临时支撑,右侧壁下部开挖,右侧壁下部锚杆、喷射混凝土层、钢支撑等初期支护及侧壁临时支撑,中隔壁法施工示意图,撤除中隔壁，浇筑仰,上图是中隔壁法吗，为什么？,不严格的中隔壁法-实为台阶法，左右半幅同时开挖,交叉中隔壁法CRD （cross diaphragm）法,将隧道分侧分层进行开挖，分部封闭成环。每开挖一部均及
30、时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁、安装底部临时仰拱。一侧超前的上、中部，待初期支护完成且喷射混凝土达到设计强度70%以上时再开挖隧道的另一侧的上、中部，然后开挖一侧的下部，最后开挖另一侧的下部，左右交替开挖。,CRD法施工图示,适用于断层破碎带、碎石土、卵石土、圆砾土、湿陷性黄土、全风化的花岗岩地层的级围岩及较差围岩中的浅埋、偏压及洞口段等。,CRD工法超浅埋大跨度施工技术, 6.2.5 新奥法施工中可能发生的问题及处 理措施,新奥法施工的基本原则：是根据围岩性质允许产生适量的变形，但又不使围岩松动失稳。根据实践经验，将新奥法中经常出观的一些异常现象及应采取的措施列于表6-1中。,表6-1
31、 施工中的现象及处理措施,注：A指进行比较简单的改变就可解决问题的措施； B指包括需要改变支护方法等比较大的变动才能解决问题的措施。, 6.2.6 新奥法与传统矿山法的区别,新奥法与传统矿山法的基本施工程序看上去大致相同，但实际上对隧道结构产生的效果却截然不同。现将二者的主要区别列于表6-2。,表6-2 传统矿山法与新奥法施工的区别, 6.3 新奥法的施工技术, 6.3.1 新奥法施工程序,否,修改施工方案,改变开挖步骤、顺序,修正支护参数,是,确定施工方法,施工准备,开 挖,现场监控量测,初期支护,防水层,二次衬砌,竣 工,采用新奥法施工的隧道，施工时应视其规模、地质条件以及安全合理施工的要
32、求，充分利用现场量测信息指导施工，根据已建立的量测管理基准，对隧道的施工方法、断面开挖步骤及顺序、初期支护的参数等进行合理调整。其主要施工程序如图6-9所示。,图6-9 新奥法施工程序,是否符合管理基准, 6.3.2 新奥法施工基本原则,少扰动,新奥法施工基本原则,早支护,勤量测,紧封闭,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；,是指开挖后及时施作初期喷锚支护，使围岩的变形进入受控制状态；,指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式和开挖方法，确保施工得以安全和顺利地进行；,指要尽快形成对围岩的
33、封闭形支护，这样做可以有效控制围岩变形，使得支护和围岩共同进入良好的工作状态。, 6.4 隧道岩土控制变形分析工法简介, 6.2.1 基本原理,岩土控制变形分析工法（A.DE.CO-RS）是20世纪80年代意大利教授在隧道预支护工艺基础上，将隧道开挖过程中的变形状况按三维空间进行考虑，结合大量理论和试验研究形成的。该工法适应各种围岩条件，特别是浅埋松软地层、变形控制要求高的隧道工程。传人我国后有人称之为“新意大利法”。,该工法认为，隧道掘进时对隧道周边及前方一定范围的围岩产生扰动，改变了围岩原始应力状态，围岩由三轴应力逐渐转变为平面应力状态，开挖面及前方一定范围内围岩应力重分布。,开挖后围岩变
34、形在扰动区域内提前发生，大小取决于开挖后的应力状态和围岩强度及变形特征。变形大小关系到地表沉降甚至隧道开挖面的失稳，这时有三种基本情况可能发生，如图6-4-1所示。,当开挖面前方围岩的应力状态处于弹性范围内时，在开挖轮廓线附近产生弹性变形，称为“拱部效应”，这时开挖面处于稳定状态；如果开挖后围岩处于弹塑性状况，开挖轮廓四周及开挖面将朝隧道内产生塑性变形，“拱部效应”将从开挖轮廓周围往外移到地层中，但此“转移”只能通过足够的支护措施来实现和控制；如果开挖后围岩产生破坏滑移的应力状态，围岩大变形随之产生，围岩极不稳定，“拱部效应”难以形成，极易引起坍塌。这时必须采取人工支护措施协助围岩形成“拱部效
35、应”。隧道“拱部效应”的形成及其位置取决于开挖后围岩的变形特征及其大小。,隧道开挖扰动后周边及前方围岩所产生的变形分为掌子面前方围岩预收敛变形、掌子面围岩挤压变形及开挖后洞室围岩收敛变形三类，如图6-4-2所示。各种变形及失稳表现均与掌子面前方围岩的强度有关；变形反应从掌子面前方围岩变形开始，逐渐沿隧道向后发展，形成预收敛、挤压和收敛变形，收敛变形是最后阶段；可以通过控制超前围岩的变形（挤压变形、预收敛变形）来控制隧洞总变形，措施是增加超前核心围岩的强度。充分了解围岩状况，要研究隧道开挖时是否存在“拱部效应”以及如何采取适当的开挖和支护措施（包括预支护措施）来形成“拱部效应” 。为此该工法形成
36、一套工作程序，如表6-4-1所示。, 6.4.2 实施要点,分为两个实施阶段：在设计阶段完成地质勘察、诊断及处理措施设计；施工阶段边作业边监控量测，优化调整，使开挖面和洞身结构体系形成平衡，保持稳定。 （一）设计阶段 1地质岩性勘测（勘测） 详细地质调查和勘测，了解围岩地质及地质力学特征，尽可能获取围岩强度及变形参数 (c， ，E)，以便分析围岩变形规律。将隧道各地段围岩进行分类(A、B、C三类)，每一类围岩具有相似的地质及地质力学特征。 2开挖过程围岩变形行为预测（诊断） 预测各围岩在开挖过程中的变形行为。根据围岩的上述资料，及理论计算结果，预测各围岩在未采取支护措施下围岩和掌子面体系的稳定
37、性。,判定隧道哪些地段属于：稳定的体系（围岩变形在弹性范围内）；短期稳定体系（围岩变形在弹塑性范围内，失稳主要表现为掌子面及周边局部脱落）；不稳定体系（变形在滑动破坏范围，失稳表现为掌子面滑动及隧道塌方）。 即将各地段围岩归纳为图6-4-1及图6-4-2的三种类别。可运用特征曲线法、三维数值模型分析围岩应力状态，还可计算不同施工阶段的静力学效应以及掌子面挤压变形和不同条件下掌子面的滑动状态。该工法列出了判定A、B、C三类围岩的各项条件（表6-4-2）。,3确定开挖方法及稳定支护措施（处治） 假定各段隧道具有同样的应力应变形态，确定措施（预支护及普通支护）保证在开挖轮廓四周形成“拱部效应”，控制
38、隧道变形。 确定采用何种开挖方法（含开挖每步进尺）最适于产生“拱部效应”，保证隧道长期及短期稳定的施工工艺。非隧道掘进机( TBM)开挖的情况下，可以遵循下述原则：尽量采用全断面掘进。即便困难条件下，可通过围岩保护和加固，以便有效利用大型机械，并能高速、安全掘进。开挖后，采取必要的预加固、预支护及初期支护措施以减小变形、防止塌方 。 稳定性体系简单的初期支护措施； 不稳定体系前方大范围预加固或预支护，加固及保护围岩核心。,短期稳定体系普通支护或预支护。目前，采用较多的稳定围岩的方法如图6-4-3所示。施作二衬（钢筋）混凝土，尽快浇注仰拱以阻止开挖产生的极速变形。不同类别地层采用不同断面形状及尺
39、寸，弹塑性平面及三维有限元模型分析施工及运营阶段受力情况。制定施工计划，包括各工序的距离、工作循环及每日进尺等。拟定监控量测方案验证设计及地质条件变化时对应措施。,（二）施工阶段 1施工作业 承包人通过现场勘察及附加测试确定设计文件的有效性及可行性，必要时改进。按拟定的施工方案作业，控制隧道的变形。 2监控量测 监控和施工同时进行，监测地层真正反应。反应以变形现象表现出来。为此，在开挖面前方、开挖面上方及后方安装合适的监测点。监测项目如图6-4-4所示，图中为预收敛变形；为挤压变形；为收敛变形。隧道出现短期稳定或不稳定，而隧道的极限荷载允许，可在开挖前方特定断面安装多点垂直仪器以监测预收敛。采
40、用纵向滑动测微计测取开挖面上的挤压变形值。收敛变形则用常规方法量测。施工完后仍要监测，以保证整个隧道服务寿命期间的安全。,3设计调整 通过监测，决定是否继续按设计的断面和施工方案进行施工，或对某些措施进行调整，以保证开挖面和洞周围岩之间的稳定平衡，确保隧道安全建成。, 6.4.3 与新奥法的比较,新奥法成就及缺陷：围岩视为支护承载体系的一部分；采用锚喷支护技术控制隧道的收敛变形；强调系统监控量测以了解围岩的变形反应；只注意开挖后的收敛变形，忽视前方核心土变形；对预支护认识不足；适合处理低至中度困难应力强度条件下隧道开挖，对恶劣的地层，浅埋地面环境控制要求高的地段，有局限性。初期支护稳定之后再施
41、作二次衬砌，在不良地质中机械地利用这一原理常导致不良后果。,我国对掌子面稳定作用也有一定的认识。很早就运用注浆技术加固前方及周边的地层；土质隧道中拱部常环状开挖，预留核心土以防止掌子面坍塌；在松散破碎岩体中利用超前小导管注浆及管棚技术以保护开挖面前方地层等。 意大利及南欧国家把水平旋喷拱、预切槽及管棚等预支护的应用称为“先进的新奥法”，认为扩大了新奥法的运用范围。 新意法是归纳了大量施工经验，通过近代岩土力学三维分析和实验研究加以升华提炼的，对施工中围岩变形的控制比新奥法更为全面，如图6-4-5所示。该工法能在宽广的围岩类型及各种应力应变条件成功运用，在极其困难的地质和变形控制要求条件下还能保
42、证一定的进度，是继新奥法之后隧道修建理念的又一新进展。, 6.5 隧道洞口施工, 6.5.1 洞口地段的一般概念,隧道施工的洞口地段，是指隧道进口（或出口）附近对隧道施工有影响的地段。一般情况下，可将洞口浅埋段划分为洞口段，见图。,注：H为深浅埋分界处覆盖层厚度，约为2 2.5倍天然拱高度。或1-2倍最大洞径, 6.5.2 洞口段施工注意事项,隧道洞口工程主要包括边仰坡土石方、边仰坡防护、路堑挡护、洞门圬工、洞口排水系统、洞口检查设备安装和洞口段洞身衬砌等。洞门结构一般在暗洞施工一段以后再做。边仰坡防护应及时作好。, 6.5.2 洞口段施工注意事项,先清理洞口边仰坡有可能滑塌的表土及危石。刷坡
43、应自上而下逐段开挖。 不采用深眼大爆破开挖边仰坡。洞口圬工基础必须置于稳固的地基上，强度不足应加固。洞门厚度内的衬砌应与洞身衬砌同时施工，连成整体。 端墙砌筑与回填应两侧对称同时进行，以防衬砌产生偏压。 洞口应设置加强衬砌段，其长度一般不小于5m。, 6.5.3 洞口的施工方法,洞口段施工中最关键的工序就是进洞开挖。洞口段施工方法的确定取决于诸多因素，如地质条件、地形条件、施工机具配备情况、洞外相邻建筑的影响、隧道自身构造特点等。其中最主要的是地质条件。,全断面法进洞 当洞口段围岩为级，地层条件良好时，一般可采用全断面直接开挖进洞，初始10m20m区段的开挖，应将爆破进尺控制在2m3m。洞口3
44、m5m区段可以挂网喷混凝土及设钢拱架予以加强，其余施工支护一般采用素喷混凝土支护，视情况也可在拱部设置局部锚杆。,台阶法进洞 当洞口段围岩为级，地层条件较好时，可采用台阶法进洞。爆破进尺控制在1.5m2.5m。施工支护采用系统锚杆和钢筋网喷射混凝土，必要时设置钢拱架加强施工支护。,其它进洞方法 当洞口段围岩为级及以上，地层条件很差时，还可考虑采用环形开挖留核心土法、侧壁导坑法或下导坑法等。开挖进尺应控制在1.0m以下，宜采用人工开挖，必要时才采用弱爆破。施工支护必须紧贴开挖工作面，然后才能进行开挖，随挖随支。施工支护采用网喷混凝土，系统锚杆；钢拱架纵向间距为0.51.0m，必要时可施做临时仰拱。开挖完毕后及早施作钢筋混凝土衬砌。,若洞口有坍方、落石的威胁，或仰坡不甚稳定，还可用接长明洞的方式进洞。,
