隧道施工技术作业文档格式.docx

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③长度在1000m以上至3000m为长隧道（铁路隧道3000m-10000m）；

④长度在3000m以上为特长隧道（铁路隧道10000m以上）

2）我国铁路隧道的开挖断面等级划分为：

①断面积在10㎡及以下为小断面；

②断面积在10㎡以上至50㎡为中等断面；

③断面积在50㎡以上至100㎡为大断面；

④断面积在100㎡以上为特大断面。

特点

1）隧道工程主体结构埋设于地面以下，因此，隧道周围区域的工程地质和水文地质条件对隧道施工是否能够顺利进行，起着重要的、甚至决定性的作用。

地质条件不同，则施工方案会有较大的差异。

2）隧道是一个狭长的建筑物，作业面受限，施工速度比较慢。

往往使一些长大隧道的工期也比较长，成为新建线路上控制工程。

3）与桥梁和线路工程相比，隧道施工受昼夜更替、季节变换、气候变化等自然条件的影响较小，因此一般均可以常年全天候稳定地安排施工，但在浅埋区段受地下水影响明显时，应注意规避。

4）地下工程的施工环境较差，在施工过程中还可能进一步恶化。

5）隧道是一种埋设于地下的大型隐蔽工程，建成困难，建好困囊，一旦建成要更改就更困难。

6）隧道大多穿越崇山峻岭，工地一般都位于偏僻的深山峡谷之中，往往远离已有交通线，运输不便，物资供应困难。

3、现代隧道施工技术的几个基本概念

1）隧道工程设计

隧道工程设计是出于开拓并持续安全应用地下通道空间的目的，勘察地形、地质、地物等环境条件，确定隧道位置，并根据隧道围岩自稳能力的强弱，选择确定为保持隧道稳定所需提供帮助的多少——即需要的加固围，以及选择确定支护的材料种类、结构形式、力学性能、参与时机、施作方法、监测方法、质量标准等支护技术参数，并评估支护的有效性和经济性的一系列工程规划活动。

2）隧道工程施工

隧道工程施工是指按照规划的使用目的、规划的设计要求、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。

3）隧道施工方法

隧道施工方法是开挖和支护等工序的组合。

隧道工程常用的施工方法有：

新奥法（NATM）、明挖法、盖挖法、盾构法（Shield）、掘进机法、沉埋法。

4）隧道施工技术

隧道施工技术是指在各种建筑环境条件下隧道施工过程中所需的各项技术手段和措施。

5）隧道施工管理

隧道施工管理是以履行施工合同为目的，建立和运行隧道施工管理体系，并在运行的过程中加以改进的过程方法。

6）隧道工程理论

隧道工程理论是人们对隧道及地下洞室工程问题的基本认识（即概念）、力学模型的模拟建立、工程措施的选择原则以及工程流程的设计思想的总和或核心表达。

4、隧道及地下工程的两论体系其核心容是如何表述的？

有何区别？

“松弛荷载理论”的核心容是：

稳定地岩体有自稳能力，不产生荷载；

不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。

这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定围由于松弛并可能塌落的岩体重力。

“围岩承载理论”的核心容是：

围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力；

不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。

两种理论的根本区别是：

在开挖坑道后或预计围岩稳定能力不足时，传统的松弛荷载理论由于当时的技术、材料的限制和对围岩认识的不透，主要着力研究如何对围岩施加外部的支撑（包括临时性的钢木构件和永久性的混凝土初衬），即更注意结果和对结果的处理。

亦即将围岩视为荷载的来源，继而被动接受了开挖坑道后围岩的任何变化结果，并采取直观简单的方法和结构来承受围岩压力，以期维持围岩的稳定。

而现代“围岩承载理论”则是由于新技术、新材料的成功应用和对围岩认识的加深，主要着力研究如何对围岩施加部的加固，即更注重过程和对过程的控制。

亦即将围岩视为隧道的结构主体和承载主体，继而主动控制开挖坑道后围岩的变化过程，并采取积极有效地方法和措施以加固围岩，以期充分利用围岩固有的自稳能力。

5、现代隧道施工技术的发展方向表现在哪些方面？

1）加强对施工中隧道地质勘探和预报技术研究

加强对施工中隧道地质勘探和预报技术的研究和应用，避免发生突水、突泥、坍方等重大、特大工程事故，在今后隧道施工中将更为重要和突出。

2）加强对围岩动态量测技术及预报分析技术研究

隧道施工阶段，在凭经验不能准确有效地判断围岩稳定程度及其发展趋势时，量测就是对围岩稳定程度和发展趋势进行准确判断的有效手段，更是预报围岩动态和指导施工、保障安全的可靠依据。

3）加强对隧道施工机械化与成本关系的研究

在我国人力资源丰富的条件下，机械化达到什么程度，才是技术、经济、工期、投资、社会等各方面都可以接受的平衡点，机械化程度与隧道工程投资（或施工成本）的关系如何，是值得深入研究的问题。

4）加强对山岭隧道掘进技术的研究

开发更高效环保爆破器材，推广应用高效节能的凿岩机械。

5）加强对初期支护技术及其耐久性的研究

完善初期支护施工工艺（如使用液压凿岩台车钻眼等），提高初期支护的有效性，是保证施工质量、保证施工安全的基本条件。

如何保证结构的可靠度，尤其是如何保证初期支护具有足够的耐久性。

6）加强对提高层衬砌施工速度及其整体性、防水性能的研究

在高速铁路和高速公路线上的隧道中，为增强衬砌的整体性，已经不再允许先作墙拱后作仰拱，而是明确要求“完全顺作”，也不再允许将仰拱分成左右两幅施作。

防水方面采取“多重防水技术”。

“分区隔离防排水技术”。

7）加强对注浆加固（地层改良）技术的应用研究

应特别加强地层改良技术如注浆加固技术、冷冻固结技术、电渗固结技术、超前小导管或超强管棚注浆加固技术的应用研究，以提高在不良地质条件下隧道施工的安全性，具有十分重要的意义。

8）加强对隧道施工现代管理方法的应用研究

9）促进勘察、设计、施工一体化趋势

在隧道施工过程中根据实际围岩动态来进行支护设计当然是最经济、合理和有效地。

勘察、设计、施工一体化的做法。

任务二：

认识隧道结构

单层衬砌——主要是采用混凝土或钢筋混凝土为材料就地模筑而成，也称为“模筑衬砌”结构层次单一、形状比较复杂，受力不太合理，已经很少使用。

复合衬砌——由初期支护和层衬砌组成。

拼装衬砌——是将衬砌分解为管片，进行工厂预制，然后运到现场安装。

它既可以按传统松弛荷载理论设计为单层衬砌，也可以按现代围岩承载理论设计为衬砌，是一种有一定发展前途的衬砌形式。

立即承载荷载，施工速度快，但整体性差，受力状态不太好，防水性能较差，在富水地层需要有较多的支持措施。

初期支护——初期支护是帮助围岩获得初步稳定，并保证隧道施工期间的安全，以便挖除坑道岩体的一系列支护结构和工程措施。

后期支护（层衬砌）——层衬砌一般是在施作初期支护并使围岩变形基本稳定后再施作的。

锚喷支护——锚喷支护是初期支护最基本的结构形式，也是在常规条件下的隧道工程中使用最多的工程措施。

锚喷支护就是锚杆（系统锚杆和局部锚杆），加喷射混凝土（素喷、网喷或钢纤维喷射混凝土），有时加设钢拱架（型钢拱架或格栅钢架）的组合。

超前支护——针对掌子面前方围岩（包括将被挖出的岩体）而采用的一系列支护措施。

地层改良——注浆加固是为了改良松散地层的工程力学性能，而将适宜的胶结材料按一定的注浆工艺注入到松散地层中的工程措施。

也称为“地层改良”。

锚杆——锚杆或锚索是用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。

喷射混凝土——以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌合料与水汇合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上并迅速凝结而成的细石混凝土。

钢拱架——钢拱架因其整体刚度和强度均较大，对围岩松弛变形的限制作用更强，可及时阻止有害松动，也可以承受已发生的松弛荷载，保证坑道稳定与安全，还可以作为超前支护的反支点。

6、隧道支护结构有哪几种类型？

其力学意义有何区别？

单层衬砌，复合衬砌，拼装衬砌。

初期支护是帮助围岩获得初步稳定，并保证隧道施工期间的安全。

层衬砌主要是承受后期围岩压力并提供安全储备，保证隧道的长期稳定和行车安全。

7、隧道洞门有哪几种结构类型？

洞口环框、端墙式洞门、翼墙式洞门三种

8、隧道附属设施有哪几种？

安全避让设施（大小避车洞）、排水设施和电力及通讯信号的安放设施等。

还有一些专门的构造设备。

如洞门的检查梯、仰坡的截水沟、洞变压器洞库、电力牵引接触网的绝缘梯车间、无人值守增音室等。

9、隧道附属设施的标高设计要求？

对于10km以上的特长隧道还应考虑设置方向装换场地（或称回车道设置）。

隧道紧急停车带的间距一般可取为500-800m。

超过2km以上的隧道必须考虑设置宽2.5m、长25-40m的紧急停车带，间隔约为750m。

除了长度在100m以下，且常年干燥无水的地层以外，一般水文地质条件下的隧道均应设置排水设施。

任务三：

认识围岩稳定性

9、成洞的三种情形及影响围岩稳定地因素？

1、围岩工程地质条件：

主要是指围岩所处的原始应力状态；

围岩的破碎程度和结构特征；

围岩的强度特性和变形特性；

地下水的作用等条件。

2、隧道工程结构条件：

主要是指隧道所处的位置；

坑道的形状（尤其是顶部形状）；

坑道的大小（跨度和高度）等条件。

3、隧道工程施工条件：

主要是指施工方法（即对围岩的扰动程度）；

施工速度（即围岩的暴露时间）；

支护的施作时间（即其发挥作用的时机）；

支护的力学性能及其与围岩的接触状态。

自然成拱作用？

即自然界地层的天然洞室，其顶部形状都趋向于形成穹隆形（拱形）

10、地质体——工程地质学中将这些地质界面称之为结构面，将这些块体称之为结构体，并将岩体看作是由结构面和结构体组成的具有结构特征的地质体。

岩体——岩体是在漫长的地质历史中，经过造岩、构造变形和次生蜕变而成的地质体。

围岩——指坑道周围一定围，对坑道稳定有影响的那部分岩体。

结构体——工程地质学中将这些地质界面称之为结构面，将这些块体称之为结构体。

结构面——工程地质学中将这些地质界面称之为结构面。

填充物——？

结构特征——指结构体、结构面及填充物的特征总和。

具体包括结构体的形状、大小，结构面的产状、分布、规模、密集程度、空间组合形式和表面形态，填充物的性质和充填状况、含水情况等。

11、岩体力学性质的影响因素有哪些？

变形特性、强度特性和结构特征。

有哪几项结论？

1、岩体的变形特性既不同于岩石（结构体），也不同于结构面，而是呈现为“四个阶段”；

2、岩体的变形都不是瞬间完成的，而是表现为或强或弱的“流变特性”；

3、岩体的抗压强度比岩石的抗压强度低得多，且具有明显的“各向异性”；

4、岩体的抗剪强度主要受岩体结构面的性质和形态所控制；

5、岩体的结构特征对其力学性质有着重要影响，继而影响着岩体的破坏形态。

12、岩体的力学性质是从哪几个方面反映的？

岩体的变形特性、强度特性和结构特征。

13、何谓岩体的流变特性？

无论是受压或是受剪，岩体的变形都不是瞬间完成的，而是随着时间的增长逐渐达到最终值的。

岩体变形的这种时间效应，称之为岩体的“流变特性”。

何谓岩体的强度特性？

14、岩体的结构分为哪几类？

1）整体块状结构2）层状结构3）碎裂结构4）散体结构

15、岩体原始应力的一般特性有哪些？

多面性和地壳构造运动的多样性。

16、岩体垂直应力一般特性有哪些？

岩体垂直应力随深度增加而增大，并且主要表现为自重压应力。

岩体水平应力一般特性有哪些？

1）水平应力有明显的区域性。

2）水平应力有强烈的方向性。

3）水平应力大多数为压应力，且随深度增加而增大。

17、应力场——

岩体中任何一点都受到“地应力”的作用，即岩体肯定总是存在于一定的“应力状态”之中。

工程中将岩体存在的应力状态称为“应力场”。

应力重分布——

将应力状态的改变称之为“应力重分布”。

围岩的应力历程——

指在隧道施工过程中，应力岩体从一次应力场经历二次应力场，到达三次应力场这样一个应力状态改变的过程。

围岩的二次应力场和位移场——

将改变过程中的应力状态称为“二次应力场”。

18、围岩的破坏失稳形态有哪几种？

1）脆性破坏2）块状运动3）弯曲折断4）松动解脱5）塑性变形

19、对围岩稳定性的定性解释有哪几个方面？

1）围岩二次应力状态与其强度能力的关系2）围岩二次应力状态与其变形能力的关系3）围岩局部稳定性与整体性的关系4）隧道结构条件与围岩稳定性的关系5）隧道施工条件与围岩稳定性的关系。

20、围岩的稳定性分级的目的和原则？

目的：

为了工程应用的便利，有必要将围岩按其稳定性的好坏（能力的强弱）划分为有限个级别，以便于进行工程类比。

原则：

1、分级目的明确、形式简单、级数适中；

2、分级指标清晰、便于识别，易于区分；

3、分级数据易得、便于定量，易于划分；

21、铁路（公路）隧道设计规将隧道围岩稳定性分为几级（类）？

划分为Ⅰ-Ⅵ共六个基本级别

22、国家标准GBJ86-85《锚杆喷射混凝土支护技术规》将隧道围岩稳定性分为几级（类）？

六级

任务四：

理解隧道设计

23、隧道在线路上的作用表现在哪几个方面？

穿越分水岭，缩短线路长度；

降低线路拔起高度，减缓线路坡度；

穿过稳定山体，避开不良地质条件，获得线路稳定。

24、隧道总体平面、纵断面、横断面设计原则有哪些？

宜直不宜曲，宜坡不宜平，尽量做大

25、机车车辆限界——是在统计了机车和车辆横断面最大轮廓尺寸的基础上，考虑机车车辆技术改造预留空间需要，以及考虑列车装载规章允许的扩大货物后，都不允许超出的界限。

直线建筑物接近限界——

隧道建筑限界——铁路/公路线上所有的建筑物不得侵入的围。

净空——铁路（公路）隧道净空是指轨面（路面）以上衬砌轮廓线所包围的空间。

26、隧道净空确定依据？

隧道净空的大小应以不侵入隧道建筑限界为准。

27、曲线隧道为什么要进行净空加宽？

1）由于曲线外轨超高引起车体倾所要求的加宽值

2）由于车体平移所要求的加宽值

28、铁路曲线隧道的净空加宽办法？

当隧道位于平面曲线半径等于或小于250m的地段时，应在曲线侧加宽。

29、隧道衬砌断面的拟定方法？

第一是选定衬砌断面的大小，即确定所需轮廓（即净空）的尺寸大小，保证车辆安全通过；

第二是选定衬砌（指单层衬砌或层衬砌）断面计算轴线的形状，调整并保证衬砌结构受力合理且形状简单；

第三是选定单层衬砌或层衬砌的厚度，检算并保证衬砌结构有足够的强度、刚度和稳定性。

30、隧道支护设计原则？

“围岩不稳，支护帮助，遇强则弱，按需提供，先柔后刚，量测监控，动态调整”。

设计程序？

1、根据隧道使用年限及重要性，确定安全系数。

2、在满足直线建筑限界要求、功能要求和构造要求，保证隧道净空大小够用的条件下，依据围岩稳定能力的强弱、岩体结构类型、围岩压力的作用和分布状态，应用工程类比方法，初步拟定支护结构的横断面几何形状和尺寸等各项支护参数。

3、然后应用理论计算方法检算支护结构力及围岩应力，并调整横断面几何形状和尺寸，使支护受力状态及围岩应力分布均趋于合理。

4、在施工过程中队“围岩-支护”结构体系的力学动态进行必要而有效的现场监控量测，以验证各项参数的合理性，发现和控制施工过程中出现的不良状况，并依据实际状况的变化对相应的支护参数乃至施工方案予以及时调整和修改。

结构类型？

（一）初期支护（外层衬砌）1、锚喷支护（常规支护）2、超前支护（特殊支护）3、改良地层（特殊措施）

（二）层衬砌（后期支护、二次衬砌）

31、工程实际中锚喷支护的设计方法如何？

在工程材料、施工工艺和受力合理性等方面表现出明显的特点和优越性能。

32、《隧道设计规》提供的工程类比设计参数取值围？

常用喷混凝土厚度一般在5cm-20cm之间，有时也用到25cm。

锚杆间距在表中已有显示，锚杆间距一般不宜大于其长度的一半，Ⅱ-Ⅲ级围岩中锚杆间距宜为1.0m左右，且不得大于规规定的最大间距。

任务五：

认识隧道施工方法

33、隧道施工方法有哪几类？

1）矿山法2）新奥法3）明挖法4）盖挖法5）盾构法6）掘进机法7）沉埋法

适用条件及选择原则？

表5-1隧道施工方法及其使用条件

矿山法

（背板法）

新奥法

（锚喷构筑法）

明挖法

盖挖法

盾构法

掘进机法

沉埋法

山岭隧道

适用

适用、最常用

浅埋段适用

软岩段适用

使用

浅埋隧道（软岩、土质）

可用

加特殊措施适用

水下隧道（水下地层中）

硬岩段适用

隧道施工方法的选择原则是：

应根据实际隧道工程上述三个方面的条件，尤其是围岩工程地质条件，充分研究、综合考虑，选择适当的施工方法，并根据各方面条件的变化及时调整和改变施工方法。

所选施工方法必须与围岩的自稳能力和被挖除岩体的坚硬程度相适应，并尽量减少对围岩的扰动、尽量保持围岩的自稳能力不显著降低、尽量利用围岩自稳能力、有效保证围岩稳定。

所选施工方法必须与工程地质条件的变化相适应。

所选施工方法必须与隧道断面大小、形状、以及洞室的组合情况相适应。

所选施工方法必须与施工技术水平相适应，并能够满足施工安全的要求、满足作业空间的要求、满足施工速度的要求、满足施工成本控制的要求、满足工程质量的要求、满足环境保护的要求、满足施工组织和管理方面的要求。

34、传统矿山法（背板法）基本的程序？

优缺点及基本原则有哪些？

优缺点：

矿山法将围岩与单层衬砌之间的关系等同于地上工程的“荷载（围岩）-结构（衬砌）”力学体系。

它作为一种维持坑道稳定的措施，是很直观和奏效的，也很容易被施工人员理解和掌握。

但由于衬砌的实际工作状态很难与设计工作状态达成一致，以及存在的临时支撑难以侧换等一些问题，在一定程度上限制了它的发展和应用。

矿山法施工的基本原则可以归纳为“少扰动、早支撑、慎撤换、快衬砌”。

35、新奥法（NATM）施工的基本程序？

图5-2新奥法施工的基本程序

基本原则有哪些？

“少扰动、早锚喷、勤量测、紧封闭”。

36、新奥法与传统的矿山有何异同点？

都是采用钻研爆破方式掘进，但二者支护方式有着显著地不同，二者的施工原则和理论解释也不同。

37、需要采用超前支护或预先进行地层改良的情形有哪些？

当隧道围岩坚硬完整时，或=或者围岩虽然比较软弱破碎，当地应力不很大，埋置深度较大时，隧道上覆岩体的自然成拱作用较好，工作面稳定，既不易受地面条件的影响，围岩松弛变形也不致于波及地表。

38、明挖法分为哪几种？

按照对边坡维护方式的不同，浅埋明挖法可分为放坡明挖法、悬臂支护明挖法、围护结构加支撑明挖法。

39、盖挖法的种类、施作顺序？

按照盖板下土体挖除和主体结构施作的顺序，浅埋盖挖法可以分为盖挖顺作法和盖挖逆作法。

“盖挖顺作法”是在盖板的保护下由上至下逐层分块挖除并逐次分段施作隧道衬砌结构。

“盖挖逆作法”是在盖板的保护下，逐层分块挖除并逐次施作隧道衬砌结构。

盖挖法的优点、盖挖法的适用条件？

三、盖挖法的优点

由于优先安排盖板施作，可以快速恢复地面原状，从而最大限度地减少施工对地面交通和生活的干扰；

又由于有盖板的保护，从而使得地下施工更为安全。

四、盖挖法的适用条件

盖挖法主要使用于城市地铁特浅埋隧道及地下工程中，尤其适用于地铁车站等地下洞室建筑物的施工。

其中盖挖顺作法主要适用于单层地铁车站施工；

盖挖拟作法主要适用于多层地铁车站施工。

但应当注意的是，采用盖挖逆作法施工时，应特别注意结构体系受力状态的转换，以保证结构受力状态良好。

40、盾构的种类、优缺点及适用的地层条件？

盾构的类型很多，可按盾构的断面形状，挖掘方式，盾构前部构造和排水与稳定开挖面方式进行分类。

按盾构断面形状可分为：

圆型、拱型、矩形和马蹄形四种。

圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，衬砌拼装简便，可采用通用构件，易于更换，因而应用较广泛。

按挖掘方式可将分为：

手工挖掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种。

按盾构前部构造可将分为：

敞胸式和闭胸式二种。

按排除地下水与稳定开挖面的方式可分为：

人工井点降水、泥水加压、土压平衡式的无气压盾构；

局部气压盾构；

全气压盾构等。

随着隧道与地下工程的发展，盾构机械的种类越来越多，适用性也越加广泛。

一般而言，盾构法主要适用于软弱地质条件下进行暗挖法施工，最适于在松软含水地层中修建隧道，如在江河中修建水底隧道，在城市中修建地下铁道及各种市政设施。

有资料显示，盾构法一般适宜于长隧道施工，对于短于750m的隧道被认为是最不经济的。

常用盾构的性能和适用条件见表5-2.

表5-2常用盾构的性能和使用的地层条件

构造

类型

挖掘

方式

盾构名称

出土措施及开挖面稳定措施

适用的地层条件

附注

敞

胸

式

盾

构

手

工

挖

掘

普通盾构

临时挡板支撑千斤顶

稳定性尚可的松散地层

根据需要加以气压、人工井点降水及其它地层加固等辅助

棚式盾构

将开挖面分成几层，利用砂的安息角和棚的摩擦阻力使开挖面稳定

无压力砂