1、 华通路桥集团有限公司隧道施工培训资料（路桥项目）路桥管理部2012 年 2 月隧 道一、概念是埋置于地层中的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。1970 年国际经济合作与发展组织召开的隧道会议，综合各种因素对隧道下的定义：以某种用途在地面下用任何方法按照规定形状和尺寸修筑的断面面积大于 2m2的洞空叫隧道。二、分类：种类繁多，不同的角度有不同的分类：1、从地质条件分：（1）土质 （2）石质2、从埋置深度分：浅埋和深埋。3、从所在位置分：山岭隧道、水底隧道和城市隧道。4、从分类比较明确的还是按隧道的用途：、交通隧道a、 （铁路隧道）我国是多山国家，山地、丘陵、高原占全国面积的 2/3，公
2、路，铁路穿越往往遇到山岭障碍，高速公、铁路，因此高速运行的路面设计纵坡一般不大于 2%，路基通过常难上升到越岭所需要的高度，又要符合高速要求必须用隧道解决，当前国内成功的范例很多，如：川黔线，凉风垭，成昆线，沙木拉达，大秦线，都军山等。b、公路隧道：公路的限制坡度和最小曲线半径没有铁路严格，过去我国在山区修公路为节省工程造价，常常是宁愿绕行，也不愿修费用昂贵的隧道。因此过去公路隧道不是太多，随着社会的发展，高速公路逐渐出现高度要求路顺直平缓，路面宽敞，也必须用隧道解决，近几年公路隧道逐渐多起来了。c、水底隧道：当交通线需横跨河道时，一般架桥或轮渡，但在城市区域，河道通航需较多的净空，而两端引道
3、需占用城市宝贵的地方，此时采用水底隧道既不影响通航也避免风暴天气轮渡中断的情况，而且战时不致暴露交通设施，为此近十几年横跨黄浦、长江、珠江都修了不少水底隧道。d、地下铁道：大城市交通拥挤，车辆堵塞，地铁是一种大量运送乘客的城市交通设施，目前国家多座省城都在筹建和拟建。e、航运隧道：当运河需越过分水岭时，高程阻碍成为十分困难问题，一般要绕行很长距离或层层设船闸，建设投资大，如果修一座航运隧道把分水岭两边河道沟通起来，既可以缩短航程，又可省船闸费用，船只可迅速顺直驶过，航运条件大大改善。、水工隧道a、引水隧洞 发电机组产生动力资源b、尾水隧洞 发电机组的排水通道c、导流洞或泄洪隧洞d、排沙隧洞、市
4、政隧洞是城市为安置各种不同市政设施而修造的孔道，由于城市不断发展，工商业日趋繁荣，人民生活水平逐步提高，对公共事业的要求也越来越高，许多城市不得不利用地下空间尤其是西部山区城市，如：重庆涪陵地下商场，青岛火车站地下商场等。a、给水隧道自来水管网b、污水隧道排到市外 c、管路隧道煤气、暖气热水，一般把管路设置在地下孔道中d、线路隧道输送电力、通讯电缆e、人防隧道备战用，防空袭、矿山隧道从山体以外通向矿床a、运输巷道b、给水巷道c、通风巷道三、隧道工程历史及发展我国最早有文字记载的石门“隧道”陕西汉中褒谷口内，公元 13 世纪 66 年用作交通的史徽毫县城内地下道。公元 7 世纪唐初记载了火药的制
5、法，传入伊斯兰国家，13 世纪传入欧洲，17 世纪奥地利的工业家首先把火药用于开矿，我国 1970 年建成黄浦江水底隧道，2001 年挪威造成拉达尔公路隧道长 24.5km，是边界上最长的公路隧道。四、隧道设计与计算理论的发展修前要设计，包括位置、支护结构及附属设施日本 192 几年修清水岭隧道长 9.7km，两端都有展线才得以穿越山岭，197 几年修新清水岭高程降低量 13.4km，到 197 几年上新干线修清水岭达 22.22km，两端展线全部去掉。 1、支护系统的组成和类型施工临时支座在 20 世纪中叶前，大量木支撑，导坑用梁、柱门架扩大用扇形支撑，我国由于早年钢材缺乏，到 20 世纪中
6、叶仅用木支撑，20 世纪 50 年代，新奥法（NATM）将喷锚支护作用提升到一个新的理论高度。新奥法：1963 年由奥地利学者拉布兹维齐教授命名即以控制爆破点或机械开挖为主要掘进手段， 以锚杆喷射砼为主要支护方法，理论测量和经验相结合的一种施工方法。将喷锚支护的作用提升到一个新的理论高度，并迅速广泛采用。日本在松散地层中用型钢拱加喷砼作为初期支护效果很好，我国在 70 年代末用格栅或钢拱支撑加喷砼，随着不良地层施工技术的发展，小导管注浆超前预支护和地层加固技术已广泛应用，现在发展到旋喷拱，管棚支护已成功，我国也在研究试验。作为永久支护结构的衬砌，类型不断发展。150 年前，先人用石块衬砌边墙圬
7、工砌筑与岩石紧密接触，也用过陶土砖作拱圈，开始水泥用于地面建筑中使用后，隧道工作者不愿意用，因为凝固慢不能立即承压，由于钢拱架的采用和砼工艺的改进（加速凝剂）目前已成衬砌的主要材料。（高铁 250km/h，双线净空面积 92m2,350km/h，有效净空 100m2）五、我国隧道工程的发展与现状1、交通隧道，目前我国铁路在数量总长度上已处于领先地位，据统计 1949 年-2005年共建成铁路隧道 6874 座，总延长米 4158km， 1949 年以前 664 座/156km，至 2005年现建成隧道共计 7538 座/4314km，其中大于 5km 为 53 座，2006 年在建 1785
8、座/2164km，计划修客货共线铁路 2100km，特快 760km/h，这些数字说明中铁光辉历程和美好前进。（1）国际隧道协会，断面分类标准：100m 2以上为特大断面；50-100m 2为大断面；10-50m2为中等断面；3-10m 2为小断面；2-3m 2为极小断面。（2）长度：特长隧道3000m，长隧道1000m，中长隧道500m，短隧道500m我国目前特长隧道为京广铁路大瑶山 14.294km，秦岭（陕西）18.456km，兰新线乌鞘岭 20.050km，昆仑山隧道是世界上最长多年冻土隧道 1686m，新建成的青藏铁路关角山高铁隧道 32km，建成的石太客专隧道长 27.839km。
9、我国公路隧道截止 2002 年总数 1782 座，长 704km，已建成的福建美菰岭隧道长5.3km，湖南雪峰山公路隧道长 7km，四川泥巴山公路隧道长 8km,陕西秦岭终南山公路隧道长 18.4km 是世界亚洲第一长公路隧道。水利水电隧道 20 世纪 70 年代后，发展较快，小浪底、葛洲坝、三峡明显特点：不断大型化，体现在引水洞埋深增加，导流泄洪断面增大，跨度增大，边墙增高，如锦屏二级引水隧道埋深 2600m，与世界第一法国谢木兰隧道 2620m 相近，二滩电站导流洞断面达 403m2，在长度方面，91 年建成的太平驿引水隧道达 10km，在建的辽宁大伙房引水隧道全长 85km。随着国家经济
10、的持续发展，国力不断增强，高技术的不断发展，我国隧道发展前景十分广阔。青岛-黄岛的海底隧道在勘测设计，琼州海峡隧道在可行性研究，上海-崇明-启东的江底隧道正在设想。86-96 年 10 年间，全国 31 个特大城市区域实际规模扩大 50.2%，不能无限制蔓延扩张，只能走内海发展道路（地下工程） 。六、大力推进中国隧道建设技术的创新与发展。中国已成为名副其实的隧道大国，积累了丰富的建设经验，但质量技术水平与世界先进水平还存有差距。要不断创新、开拓、学习、吸取、引进大力推动我国隧道技术的进步。1、推动城市隧道和水下隧道技术的发展目的：减少拆迁，减少对既有建筑物的影响，大大降低噪声。2、提高隧道机械
11、化施工水平，减轻劳动强度：以先进的设备代替人工，改善作业环境，实现文明施工。3、提高隧道防排水技术，减少隧道病害：进行合理的防排水设计，把好排水材料关，进一步提高防排水施工工艺，推广可维护排水系统确保不渗不漏。4、推进信息化施工，发展超前地质预报技术，加强动态设计与科学施工管理。5、隧道防灾救援措施系统化：随着隧道加长的不断发展，应加强防灾技术的研究，使之措施系统化。6、做好洞口景观设计：尽量减少对环境的影响，减少洞口边坡、仰坡开挖，保护洞口植被和生态，做好洞口与周围景观的协调设计。第二章 隧道工程地质环境及围岩分级我国 20 世纪 60 年代从西部修隧道经验教训中总结出一句话:一个隧道工程师
12、，半个地质工程师的名言，如隧道工程师不掌握地质科学不是完整的隧道工作者。一、工程地质调查与测绘1、技术规范及总体要求：（1）查明通过段的地形、地貌、地层、岩性、构造。查明岩层组合形式，土质隧道应查明土成因类型，结构成分密实、潮湿程度。（2）是否通过煤层、膨胀性地层及有害矿体层等。对通过膨胀土层应预测对洞身的影响，对有害气体或放射性物质的含量要作出评价。（3）查明不良地质、特殊地质对隧道的影响，特别是洞门的位置，边坡、仰坡的影响提出措施意见。（4）查明附近井、泉的分布，分析隧道地区水文地质条件，判明地下水类型水质来源，预测分析涌出量。（5）对深埋隧道应作地温升温预测，对岩层坚硬、致密、性脆、构造
13、应力集中应考虑岩爆的可能性（距地表 10-35mm 以内） ，恒温层每下深 100m 温度增加 3。（6）分段判定围岩的级别（7）岩石分化等级：a、未风化：所有矿物及胶结构颜色新鲜，全部为构造裂隙，无风化裂隙。b、轻微风化：颜色暗淡、原有结构未变，节理面稍有风化。c、重分化：矿物失去光泽，矿物改变颜色，结构破坏有风化夹层，完整性较差。d、严重风化：变色，原有结构破坏，裂隙面已破坏，完整性很差。e、极严重风化：可用于捏碎。（8）围岩的分类（铁路标准）：、硬质岩石：饱和抗压极限大于 60Mpa,受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱或夹层，层状厚，层间结合良好，呈巨块整体结构，稳定无坍塌，如埋深过
14、深可产生岩爆。、硬质岩石 Rb30Mpa，受地质影响轻微，节理较发育，有少量软弱面或夹层，呈大状砌体结构，如暴露时间长可能出现局部小坍塌。、硬质岩石30Mpa，受地质构造影响严重，有层状软弱面或夹层，组合不当但不致产生滑动，层状岩为薄层节理或中层，层间结构较差，多有分离现象，拱部无支护时可致中小坍塌，爆破振动过大易塌。级、软质岩石 Rb=5 Mpa-30Mpa，受地质构造影响严重，节理软发育，层状薄，结合差，多有分离现象，拱部无支护可产生中小坍塌，爆破振动过大易塌。级、石质围岩位于较强烈的断裂带，裂隙杂乱土夹石或石夹土，围岩易坍塌，处理不当会引起大坍塌，浅埋时易出现地表下沉。级、石质围岩位于挤
15、压极强的断裂带内，呈角砾、砂、泥松软体，围岩极易坍塌变形，有水时土砂常与水涌出，浅埋时易坍至地表（通天洞） 。二、勘测与测试工作要求：1、长度大于 3000m 的-500-700m 钻一勘探孔，条件允许应进行地震勘探，测隧道与岩体的弹性波速度。2、钻探深度应达到设计高程以下 2-3m，迂溶洞的暗河不良地质适当加探。3、遇到地下水，作为记录与观测，探明水层的位置与厚度，并取水样做水质分析，判明对砼是否有侵蚀性。4、为了解隧道通过的岩石土壤的力学性质应取样进行试验，对膨胀性岩石土壤应做矿物含量的分析。5、地质超前预报的内容隧道所在地区地质分析与客观地质预报，隧道洞身不良地质及灾害实地质预报和重大地
16、质灾害临警预报。（1）宏观地质预报：主要是预报开挖面前方围岩的级别和稳定性，及时修改设计调整支护类型预报涌水量大小及对环境地质与工程的影响。（2）灾害地质超前预报：主要是预报开挖前方岩性变化和不良地质的范围以及突水、坍塌、岩爆，有害气体地质发生的概率，提出预防措施，提出施工对策。（3）重大地质灾害临警预报：针对开挖前方有不能引发的大突水、突泥、坍塌、冒落、变形、瓦斯爆炸等重大灾害，主要预报深大富水断裂，极软层，煤系地层，评判危害程度，提出对策方案。地质超前预报的方法有：地质分析法、超前平行导坑预报法、超前水平钻孔法、物理探测法。a、 （TGP12 地质预报系统，前方 100-150 米的岩性变
17、化，断层、破碎带、岩溶发育带、空洞等。b、TSP 超前预报系统c、水平声波反射法d、地质雷达法e、红外探水法等6、岩体的基本工程性质隧道是在岩体中开挖的空洞，再加以一定的支护结构形成的。岩体的性质对隧道工作情况有直接影响。自然界中的岩体是处于天然应力环境中的地质体，均受着地心引力的作用因而处于受力状态中，对于地壳岩体来说，它经历了长期的地壳运动，自然处于更复杂的受力状态，这种状态是指岩体在天然状态下所具有的内在应力，也叫初始应力，也有人叫地应力。天然的地下岩体经过多次地壳运动，受到相当大的外力作用，岩层产生大的塑性变形，使得岩体积存了一定的应力，称它为构造应力。构造应力往往与深埋有关，它随着深
18、度增加而增加。就构造应力一般来讲，水平应力大于垂直应力，在坚硬脆性的岩体中往往积累大量的能量，从而形成很强的内应力，这也是深埋地下工程开挖过程中岩爆现象的主要原因。7、岩石的坚硬程度将岩浆岩、沉积岩、变质岩三大岩素按岩性、力学参数、耐风化能力划分为硬质岩和软质岩。硬质岩分五级，即：a、极硬岩b、硬质岩c、较软岩d、软岩e、极软岩其中强度在 60Mpa 以上的围岩完整性较好，开挖后在较长时间内稳定不会坍塌，而 30Mpa 是岩能否作建材的限界，5Mpa 是否是岩石的限界即是否叫“岩” 。第三章 隧道线路及断面设计隧道是铁路、公路穿越山岭时用来克服高程障碍的一种建筑物，是整条线路的组成部分同迂回绕
19、线的方法相似，可以缩短线路长度，改善线路的平纵断面高差，为日后的运输运营提供了有利条件。但它相对造价较高，施工难度大，施工进度比较慢。1、隧道是埋置在岩层内的结构物，它受岩体的包围，周围岩层地质条件对隧道结构形式，施工方法有决定影响。如何避开不良地质区域，如何拟定克服不良地质的措施是选择隧道位置时必须谨慎考虑的问题。2、在断层构造地区，断层带中的岩体呈破碎状态，称为断层破裂体，当严重挤揉时成为泥状，强度很低，往往是地下水通道。3、不良地质a、滑坡：山坡地带，由于地下地面水冲刷脚，山坡土体在重力作用沿某一软弱面整体下滑叫滑坡b、崩塌地区：山坡陡峻地段，山体裂隙受风化而破碎，脱离母岩，成块从斜坡翻
20、滚坠落叫崩塌地区c、岩堆地区：岩石经过风化作用，分解和剥离成大小不一的块体，从山坡上滚下，堆积在山坡较平缓或坡角处，形成无粘结力的堆积体叫岩堆地区d、泥石流：山顶积聚的土壤和砾石受洪水的浸融成为流体，顺山沟或峡谷而下，来势凶猛，破坏力较大。e、溶洞地区：碳酸盐类岩石（灰岩、白云岩）在水力作用下和水的化学作用下，溶蚀形成各种岩溶现象，溶洞分有水和无水，无填充和有填充。f、瓦斯地区：在煤系地层中，蕴藏着甲烷 CH4 和 CO2有害气体，隧道开挖时，有害气体溢出，轻致人窒息，重则引起爆炸。g、地下水：多由地表水渗透形成，岩层的裂隙水溶洞中的岩溶水，开挖时涌入坑道给施工后期养护带来困难，应避开富水区。
21、4、隧道的长度：进出口洞门墙外表面与线路轨顶面标高的长度。5、洞口：是隧道唯一暴露在外的部分，是整个隧道的薄弱环节，由于洞口地质条件差多为严重的风化堆积体，若地形倾斜又易造成浅埋测压，应注意以下几方面：a、不宜设在垭口的中心或沟底低洼处。b、应避开不良地段，如断层、滑坡、岩堆、岩溶、流砂、泥石流、盐岩、多年冻土、雪崩、冰川以及地表水汇集处。c、减少洞口路堑段的长度，加长隧道提前进洞。d、洞口线路与等高线正交，正面进入山体，洞口结构物不致受偏侧压力。e、傍山进洞，只能斜交进洞，其交角不要小于 45.f、对于通过河滩水库范围时，洞口标高应高于洪水加波浪高度，防止洪水灌进洞内。g、为确保洞口安全，边
22、坡仰坡不宜开挖过高。防止建成通车边坡石块滚落而加修接长明洞（缩短隧道，多挖路堑是不明智的） 。h、洞口遇有水沟或水渠，应拉槽开沟，架桥或涵洞以排泄水流。6、公路隧道设计规范规定，高速一级公路的隧道设计应为上、下行分离式的独立双洞，其间距因地质条件、围岩类别有直接关系。类最小间距 隧道净宽的 1 倍类最小间距 隧道净宽的 1.5 倍类最小间距 隧道净宽的 2 倍类最小间距 隧道净宽的 2.5 倍类最小间距 隧道净宽的 3.5 倍类最小间距 隧道净宽的 4.5 倍7、隧道断面划分标准a、超小断面3m 2b、小断面 3-10m 2c、中断面 10-50m 2d、大断面 50-100m 2e、超长断面
23、100m 28、a、机车车辆限界：指机车车辆最外轮廓的限界尺寸。b、基本建筑限界：各种建筑物和设备均不得侵入轮廓线。c、隧道建筑限界：包围基本建筑限界外部的轮廓线，还要加大一些，留出少许空间，安装通讯信号、照明、电力设备等。9、隧道设计类别与尺寸（铁路）a、蒸汽与内燃牵引单线：高 6m,宽 4.5mb、双线蒸汽与内燃牵引：高 6m，宽 8.5mc、电力牵引内线双线：高 6.55m，宽 8.5md、200km 客货电力牵引单线：高 7.3m，宽 4.5m200km 客运专线：高 7.25m，宽 3.45m200km 客货双层集装箱：高 7.76m，宽 3.45me、双线电牵：高 7.7m，宽 8
24、.5mf、双线客运共线：高 8.15m，宽 11.5mg、350KM 客专：高 8.78m，宽 12.6m10、公路隧道：（1）最小对向交通为二车道，超过二车道应设两条各为单向交通的二车道。（2）超过 2km 的长隧道，各国在 150m-750m 间隔上设加宽带， （宽 2.5m，长 25m）超过 10km 隧道设 U 型回车场。（3）城市隧道考虑到故障车的停车，路面宽度应为 8-8.5m。（4）长度在 1km 下的隧道应设行人通道，自行车道宽度 1m，人行宽度 0.75m，为保证安全应高出行车道 0.25m。11、隧道衬砌断面的初步拟定。（1）选定净空的形状。（2）选定截面厚度（3）圬工截面
25、的最小厚度：a、砼 拱状 20cm 边墙 20cm 仰拱 20cm挡土墙（洞门翼墙和洞门）30cmb、浆片 只能用于边墙 50cm，洞门 50cm，其余必须用砼。12、双单线隧道的选择在满足空气动力学要求的前提下，双线断面比单断面更有利一些，法国比较的结果，在列车 300km/h 情况下，两单线的总断面面积 140m2，双线断面面积 100m2.13、单洞双线/A 和双洞单线/B 方案比较：（1）施工难度及风险 A：断面大在软弱围岩中发生坍塌的机会多，易变形，风险大。B：断面小，坍塌变形相对少，风险小。（2）运营通风 A：难以利用活塞风 B：充分利用（3）防火救灾 A：发生火灾，救援难，运出中
26、断B：发生火灾，可利用另一条救援（4）空气动力学影响： A：相对小 B：相对大（5）工程投资： A：较低 B：较大，高 20-40%第四章 隧道结构构造一、开挖后的隧道为保持围岩的稳定性，都要进行支护和衬砌。支护的主要方式：锚杆、钢架、钢筋网、喷射砼。衬砌的主要方式：整体式砼衬砌、拼装式衬砌、喷射砼衬砌及复合式衬砌等，并根据围岩的类别采用不同的衬砌厚度，其形式有直墙式和曲墙式。1、整体式衬砌（1）直墙式：适用于地质较好以垂直围岩压力为主，水平围岩压力较小的情况。主要适用于公路、级围岩，由拱圈、竖直边墙和铺底组成。（2）曲墙式：适用于地质较差，有较大水平压力围岩类的情况，主要适用级以下的围岩。由
27、拱圈、曲边墙、底板或仰拱组成。 （无地下水、基础不产生沉降可不设仰拱）。仰拱：以抵御底部围岩压力，防止衬砌下沉，并使衬砌形成一个环状的封闭整结构叫仰拱，目的提高衬砌的承载能力。2、装配式衬砌将衬砌分成若干块构件（这些构件由工厂或现场预制）运到道内用人工机械拼装成一环接一环的衬砌。特点：成环后，立即受力，便于机械施工，改善劳动条件，节省劳力，由于装配式要有一定的机械设备，工艺复杂，整体防渗性差，未能推广。3、锚喷式衬砌：是临时支护，又作为永久结构的形式，具有及时、方便、经济效益显著的特点，特别喷射纤维砼得到广泛应用（使用在隧道较短或重要性较低工程中） 。4、复合式衬砌：把衬砌分为二层及以上的同一
28、形式、方法、材料，目前大都采用内外两层衬砌。复合衬砌已成为世界各国隧道衬砌的主流。复合衬砌是先在开挖好的洞壁表面喷射一层早强砼（有时施作锚杆）凝固成形后形成薄层柔性支护结构（称初期支护）它既能容许围岩有一定的变形，又能限制产生有害变形，其厚度 5-20cm，为防地下水流入，渗入隧道，在二衬之间设防水层。材料类型有：喷防水涂料，聚乙烯防水卷材，聚异丁烯片，氯乙烯薄膜等。复合衬砌的极限承载能力比同厚度的单层砼衬砌可提高 15-25%。时速 350km 双线铁路排水型复合衬砌设计参数：喷射砼厚度：8-10cm；锚杆长 2.5m；间距 11；围岩较差的间距：0.81m；围岩较好的间距：1.51m。二衬
29、： 拱墙：35cm 仰拱：30-65cm，视围岩类别加钢筋预留变形量：3-15cm（根据围岩 3-5cm,10-15cm 不同）复合衬砌可以满足初期支护，施作及时刚度小易变形的要求，且与围岩密贴，能保护加固围岩，充分发挥围岩的自承作用，二衬后表面光滑平整可防止外层风化，装饰内壁增加安全感，是一种合理形式。目前是铁、公路隧道施工的主要结构方式。二、洞门及明洞1、洞门作用：减少土石方开挖量，稳定边坡、仰坡，引离地表水，装饰洞口。2、洞门的形式（1）环框式：石质坚硬，地形陡峻，无排水要求。（2）端墙式：（一字式） 最常见的洞门形式，它适用于地形开阔、地层基本稳定的洞口。石质较稳定，由端墙和洞门顶排水
30、沟组成。端墙作用：抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡稳定。洞门顶排水沟用来排除仰坡流水。（3）翼墙式（八字式）：洞口围岩较差，山体纵向推力较大，可以在端墙式洞门双侧设翼墙，起抵抗山体纵向推力作用，翼墙顶与仰坡的延长面相一致，其上设水沟，将洞门顶汇集水用水沟排至路堑侧沟内。（4）柱式门洞：当地形较陡，仰坡有下滑可能，又因地形地质条件不能设翼墙，在端墙中设 4 个较大柱墩以增加端墙的稳定性。（5）台阶式洞门：当洞门位于傍山侧坡，为缩短隧道长度、减少挖方，可采用洞门与中线交角不小于 45的斜交式洞门，应整体灌注，由于受力复杂，施工困难，只有十分必要才会采用。（6）喇叭式洞门：为减少高速列车的空气
31、动力学效应，一般单线隧道设喇叭口洞口缓冲同时兼作洞门，由于洞口受力复杂，除受横向垂直及水平荷载外，还受纵向推力，所以铁路设计规范规定，单线洞口应设不小于 5m 长的模筑砼加强衬砌，双线适当加长。3、明洞（1）明洞是隧道的一种变化形式，用明挖法修筑，把岩体挖开在露天修筑衬砌。一般修在隧道的进出口处，当遇到地质差，洞顶覆盖层薄，用暗挖法难以进洞或路堑边坡有落石危及行车安全，均需修明洞。（2）形式：常用最多的拱式和棚式两种。a、拱式A、路堑式对称型，它适用路堑边坡处于对称或接近对称，边坡岩层基本稳定，仅防止边坡有少量坍塌、落石或由于洞口岩石破碎、覆盖较薄，难以用暗挖法修建。B、路堑式偏压型，明洞两侧
32、边坡高差较大、不对称，承受荷载不对称，拱圈等截面边墙为直墙式，外侧边墙加厚大于内侧。G、半路堑式偏压型，地形倾斜，低侧处路堑有较宽敞的地面供回填土、石以增加明洞抵抗侧向压力。拱圈等厚内侧边墙等厚为直墙式，外侧边墙不等厚为斜墙式。H、半路堑式单压型，适用于傍山洞口，因外侧地形狭小，地面陡峻，无法回填土石，以平衡内侧压力。内侧边墙为等厚直墙，拱圈等截面，外侧边墙设耳墙。b、棚式A、盖棚式：由内墙、外墙及钢筋砼盖板组成的简支结构，其上回填土石，保护盖板不受山体、落石冲击，这种明洞内侧应置于稳固的基础之上，一般为重力式墩台结构，厚度较大抵抗山体侧向压力。B、刚架式明洞：当地形狭窄，山坡陡峻，基岩埋置较
33、深，而上部地基稳定较差时为了使基础置于基岩上且减小基础工程。主要由外侧钢架，内侧重力式墩台结构，横顶梁，底横撑及钢筋砼盖板组成。G、悬臂式棚洞：对稳定而陡峻的山坡，外侧地形难以满足一般棚洞的要求且落石严重。内墙为重力式，上端接悬臂式横梁，其上铺盖板，悬臂必须伸入稳定的基层内。隧道的附属建筑一、防排水二、避车洞（间隔 300m） （420m 设一大洞）三、电力及通讯设施四、通风、照明五、紧急停车带（间隔 500-800m）大于 600m 隧道设一处宽 3m40m六、空气动力学问题当高速列车或汽车高速进入隧道，原来占据着空间的空气被排开，空气的粘性以及隧道壁面和列车表面的摩阻使得被排开的空气不能像
34、隧道外那样及时顺畅地沿列车两侧及上部形成绕流，于是前方的空气受到压缩，后方的空气形成一定的负压，产生压力波动过程，这种压力波动又以声速传播至隧道口形成反射波，回传叠加产生一系列复杂的空气动力学效应。解决办法：合理设置辅助坑道（斜井、竖井、横洞）（1）缓解瞬变压力的波动程度，竖井效果较佳，计算竖井距洞口的最佳位置，在单线隧道隔墙上开设孔洞，也可缓解瞬变压力。（2）正切洞口加帽沿。（3）拱形缓冲结构上两侧开侧窗。我国地域辽阔，地形复杂，一、二种洞口形式不能满足不同要求，要求隧道工作者加大研究力度，早日出台多种形式，满足发展需要。第五章 隧道支护的基本方法及原理随着人类的进步与科学的发展，人们认识到
35、地下结构与地层是一个受力整体。20 世纪中期以后，随着岩体力学形成一门学科，对围岩的弹性、弹塑性、粘弹性的答案逐渐明确。现代支护理论的形成与发展首先是喷锚支护结构的大量使用，它可在围岩松动前进行加固，新奥法是典型代表，尤其是现场监控量测的应用，发展成为一门科学、信息化设计（也叫现场监控设计法） 。一、围岩压力与分类1、松动压力：由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构上的压力叫松动压力。2、形变压力：形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支护的抑制，围岩对支护结构形成的接触压力。3、膨胀压力：由应力解除围岩吸水，引起围岩的膨胀对支护的压加力叫膨胀压力。4、冲击压力：围岩中本身积累大
36、量的弹性变形能，隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量突然释放所产生的压力叫冲击压力。二、影响围岩压力的因素：隧道开挖过程中，由于受到开挖的约束，其附近围岩不能立即释放全部瞬时弹性位移这种现象叫开挖面的空间效应，这种效应的范围一般为 1-1.5 倍洞径内，设置支护可减少围岩位移值。因此尽快支护封闭岩层，待围岩变形基本稳定后再作二次衬砌，可减少二衬围岩的压力。1、深埋、浅埋隧道判定原则通常大于 2.5 倍坍方高度值为深埋，小于 2 倍坍方高度值为浅埋根据泰沙基公式，覆盖层 20m2-2.5 倍洞径属深埋，覆盖层 8m2-2.5 倍洞径属浅埋。浅埋隧道围岩松动压力比深埋隧道大，因而靠近洞口段洞身衬砌需
37、要加强。2、隧道支护结构承受的荷载（1）主动荷载，包括围岩松动压力，支护结构自重（2）附加荷载，温差应力，灌浆压力，冻胀力，地震力等。（3）被动荷载，支护对围岩的变形引起的围岩对支护的束力。3、隧道支护结构的计算方法（1）假定抗力图形法：根据多次计算的经验，掌握某种断面形式的衬砌在某种荷载作用的变形规律。（2）弹性地基梁法：是将衬砌结构看成置于弹性地基上的曲梁或直梁。弹性地基上抗力按温克尔假定的局部变形理论求解，适合于直墙式隧道。（3）弹性支承法：将弹性抗力作用范围 90-120为脱离区的连续围岩，离散成若干条互不相关的岩柱，将主动围岩压力简化为节点荷载衬砌结构的内力计算采用矩阵力法编程序进行
38、计算。地下结构的设计目前还处于理论分析与工程经验类比相结合的阶段，经验类比还占有较大分量，在目前常用的几种计算模型中，荷载结构模型可以说是简化程度最高又较实用的模型。目前做到现有认识和现有假设的基础上，尽可能考虑各种参数变异性的影响，使衬砌结构的失效概率满足统一标准要求。4、岩体力学方法（1）由于隧道施工技术的飞速发展，已有可能再隧道开挖后立即给围岩以必要的约束、抑制其变形，避免围岩产生过度变形而引起坍塌。开挖引起的应力重分布可由围岩和支护共同承受，从而达到新应力的平衡。（2）力学的思路及基础知识。洞室开挖前，围岩处于初始应力状态，它是稳定的。开挖后，地应力自我调整相应位移，如小于岩体强度，岩
39、体仍是稳定的，无须支护结构的支撑能力。反之，围岩出现松弛，就要修筑支护给围岩以反力约束，达到围岩的稳定。 （大于半径为 5 倍为深埋，小于半径 4 倍的为浅埋）第二节 信息反馈方法由于围岩性质的复杂，加上施工人为因素的影响，在隧道工程中无论事前调查和试验做的多细致，支护的实际受力及变形往往难以与力学模型分析的结果一致。为支护结构的安全、合理、经济，在施工期间进行监控测量，及时收集支护所产生的位移和应力变化信息，并依据方案进行修改，这一方法叫信息反馈法，又称监控法。1、位移速度的分类隧道开挖，围岩断面受应力，侧压力，引力等地质条件原因产生变形位移直至稳定，位移速由大到小递减，直至基本稳定。（1）
40、 变速急剧阶段变形速率大于 1mm/天（2）变速速度缓解阶段变形速率大于 1-0.2mm/天（3）基本稳定阶段变形速率小于 0.2mm/天2、隧道失稳的经验先兆局部砖石坍塌或层状劈裂，喷层大量开裂，累计位移量已达到极限位移的 2/3，且仍未收敛减缓的迹象，每日位移量超过极限位移量 10%，洞室变形异常加速，即无法施工，干扰变形速率也加大。3、二次衬砌应注意的各种因素与事项：（1）明确砼结构的使用环境与环境作用等级。（2）明确砼结构的设计使用年限。（3）明确砼与结构耐久性有关的构造措施。（4）明确砼原材品质要求，配合比的主要参数及技术指标。（5）确定砼、钢筋保护层的厚度。（6）确定应采取的防腐蚀
41、措施。（7）确定结构使用过程中的检测、养护、维修措施。4、衬砌支护的注意事项：（1）对初期支护所需原材料都应进行耐久性检验。（2）在腐蚀性较强的地区，喷射砼强度等级应不低于二衬。（3）喷射砼的强度应满足 28d 所达到的标准要求，且一天的抗压强度不宜小于10Mpa。（4）锚杆应采全长灌浆式，并设垫板，在腐蚀环境中应用耐腐蚀纤维锚杆。（5）出护内设钢架，靠围岩侧的保护层不应小于 4cm。第六章 隧道施工方法矿山法山岭隧道施工方法掘进机法明挖法、盖挖法隧道施工方法 浅埋及软土隧道施工方法浅埋暗挖法、盾构法深埋法水底隧道施工方法盾构法随着隧道工程理论及施工工艺的不断发展，人们逐渐认识到隧道是围岩和支
42、护组成的体系，应充分保围岩，充分发挥围岩自身的承载能力，维护围岩的稳定性。隧道的设计与施工，与围岩的条件密切相关，只有充分掌握了解隧道围岩的条件，才有合理的设计与施工。一、围岩的主要施工方法：1、全断面开挖方，适用于、类围岩。2、台阶法3、环形开挖留核法4、单侧壁导坑法5、双侧壁导坑法另还有中洞法，中隔壁法等。二、全断面开挖方：1、适用于公路-级围岩应具备的机械设备：钻孔台车、装药台车、有轨或无轨运输、砼喷射机、作业平台及锚杆灌浆设备。砼拌合作业厂、砼运输车、砼输送泵、防水层作业平台衬砌台车。2、施工特点：（1）开挖断面与作业空间大，干扰小。（2）有条件充分发挥机械效能。（3）便于组织与管理劳
43、动条件改善。（4）开挖一次成型对围岩扰动少，有利于围岩稳定。三、台阶法1、长台阶法（台阶长度大于 100m）因开挖断面小利于开挖面的稳定。适用范围较广，一般适用公路、围岩，且无大型开挖运输设备，工期不受限制时使用。2、矩形台阶开挖法：适用、级围岩，台阶长度 15-10m，上台阶施工时，采用小药量爆破，出碴采用人工或小型机械至下台阶。短台阶可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩变形。缺点：对下部断面施工干扰大，不能全部平行作业。3、微台阶法：适用于较软弱围岩，台阶长度 3-5m，由于上下断面较近，机械设备集中，作业干扰大，生产效率低，施工速度慢。4、分部开挖法：包括核心法，单
44、、双侧壁导坑法等，都源于分部开挖法，作业时一定弄清围岩类别，围岩较好可开挖长些，围岩较弱要酌情减短。5、新奥法的概念与施工原则（1） 、概念：由奥地利学者腊布塞维奇提出，1954 年首次应用于伊姆斯特电站输水隧洞，是以喷射砼、锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩变形充分发挥围岩自承能力的施工方法。（2）基本原则：可归纳为 12 个字“少扰动、早支护、勤测量、紧封闭”a、少扰动：能用机械开挖不用爆破，采用钻爆法时要控制爆破。b、早支护：及时施作早期锚喷支护，使围岩的变形进入受控状态。c、勤量测：以可靠的量测方法评价判断围岩的稳定状态，以便调整支护形式和开挖方法。d、紧封闭：采取喷射砼等防护措施
45、，避免围岩因长时间外露而导致强度和稳定的衰减，另一方面适时对围岩作封闭形支护，这种可以阻止围岩变形，使支护的和围岩同时进入良好工作状态。新奥法 1970 年后被人们了解与接受。1980 年后再隧道设计中被贯彻，1988 年国家颁布新奥法指南 ，随着新奥法在中国被广泛应用，逐步形成了具有特色的浅埋暗挖法。“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测”十八字诀，大大丰富和发展了新奥法原理。隧道岩土控制变形工法简介20 世纪 80 年代由意大利教授提出工法认为，隧道掘进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使围岩变形，这种变形分为三种：掌子面围岩挤压变形，掌子面前方围岩预
46、收敛变形及开挖后洞室围岩收敛变形，可以通过控制超前围岩的变形达到控制隧道总变形，具体措施是通过加固手段增加超前核心围岩的强度。一、工法实施要点:1、设计阶段进行详细的地质调查和勘测，掌握围岩的强度及变形参数。2、开挖过程对围岩变形行为进行量测诊断。3、确定开挖方法及稳定支护措施。（1）尽量采用全断面开挖，以便有效利用大型机械并能高速、安全。（2）开挖后，根据围岩类别，采取必要的预加固、预支护及初期支护措施，以减少变形，防止坍方。（3）施作二次衬砌，必要时用钢筋砼。（4）施工承包单位应有足够应付风险能力。通过量测监控及现场勘察，可以对设计进行优化，然后按拟定的方案认真作业，选用各种方法与手段控制
47、隧道的变形。二、变形分析工法与新奥法的比较：众所周知，新奥法是隧道施工理念的一大进步。它的成就：是将围岩也视为支护承载体系的以部分，采用喷锚支护技术控制隧道的收敛变形。新奥法的原理之一是初期支护稳定之后再施作二衬，在不良地质中机械地利用这一原理常导致不良后果。意大利的变形分析工法归纳了大量实践经验，通过近代岩石力学三维分析和实验研究加以升华提炼，它对隧道施工中围岩变形的控制更为全面。这种工法能在极为宽广的围岩类型及各种应力应变条件成功运用。不少南美国家运用后，在极困难的地质和变形条件下，能顺利建成隧道且还能保证一定的进度，可以认为围岩变形控制分析工法是继新奥法之后隧道修建理念的又一进展。隧道洞
48、口施工洞口是隧道的咽喉，常规上讲，洞口地段地层较破碎，多属堆积，严重分化或节理裂隙发育的松软岩层，稳定性较差。当岩层层面坡度与洞门主墙开挖坡度相近时，容易产生纵向推滑力。一般讲，洞口山体覆盖层较薄，一旦坍塌可能通天，若处于山谷一侧或傍山时，又会产生侧向压力。因此在开挖时应谨慎小心，随挖随撑，并尽快做好衬砌。一、洞口段施工注意事项：1、清理洞口上方、侧方可能坍塌的表土、灌木及危石，平整洞顶地表，开沟洞口边坡，仰坡天沟，使山体水排出作业区之处。2、洞口施工宜避开雨季和融雪期，在进洞作业施工中不得进行深眼或集中爆破，以免影响边坡、仰坡的稳定。3、洞口圬工基础必须置于稳固的地基之上，如地基强度不足可采
49、用扩大基础或压浆等加固办法。4、洞门挡墙应与洞身挡墙一同浇筑，以保证挡墙的良好连接，洞门端墙的砌筑与回填应两侧同时进行，防止对砌筑产生侧压。5、洞门段洞身施工时，应根据地质地表、岩石类别制定开挖方法和支护方式，并且模筑不少于 5m 的砼加强段，以提高污工的整体性。6、洞门完成后，洞门以上仰坡、脚受破坏处应及时处理，如地层破碎，宜作浆砌片石防护。二、洞口的施工方法：1、洞口围岩级以下时（铁路标准）可采用全断面开挖爆破，进尺应控在 2-3 米。施工支护：于拱部做局部锚杆，边墙拱部采用喷素砼支护，洞口 3-5 米区段可以掛网喷砼及设钢拱架予以加强。2、洞口围岩-级，可采用正台阶法进洞，不短于 20m 爆破进尺控制在 1.5-2.5m，支护采用拱墙系统锚杆和钢筋网喷射砼，必要时加钢拱架。3、洞口围岩 3-5 级（-）地层条件较差，宜采用上断面长台阶法进洞，上断面先进 50m 拉中槽落底，在保证岩体稳定条件下再进行边墙扩大及底部开挖，上部开挖进尺控制在 1.5m，严格控制药量，施工支护超前锚杆与系统锚杆掛网喷射砼，拱部安设钢拱架支护间距 0.5-1m 并及早做砼衬砌。4、洞口段围岩为级以下地层条件较差时，可采用分
