隧道施工交流提纲

1 隧道施工技术交流提纲

（2010年1月）

第一部分 隧道施工技术

一、隧道施工方法的演变

１.最早岩石隧道开挖采取原始的火烧水泼，简易工具凿岩，效率低，不讲成型，没有初支二衬，长度很短，安全没有保障。

2.我国二十世纪五、六十年代采用钢钎大锤，打眼放炮，分部施工，小推车人工出渣，木材支撑（漏斗棚架，蘑菇法等），人工甩大锹混凝土入模，先墙后拱或先拱后墙，施工效率低，能施工的隧道断面小、长度短，对复杂地质没有手段，以成昆、湘黔铁路隧道设计施工为代表。那个年代安全事故多，号称每根轨枕就代表一个人牺牲。

3.二十世纪八十年代在衡广复线大瑶山隧道（双线14km）引进新奥法施工原理，开创我国隧道设计施工新的里程碑，充分利用围岩开挖后的自稳性能，台车打眼，装载机配合自卸汽车出渣，及时施做初期支护（喷射混凝土、钢支撑、钢筋网、锚杆等组合成临时支护结构），采用模板台车、泵送混凝土入模施做二衬混凝土。同时长大隧道的排水、

2 通风、测量等技术得到开发应用。关键是开挖、初支、二衬设备的机械化的配套，提高效率。到目前新奥法还是山岭隧道施工的主流。在九十年代，根据中国人多、劳动力报酬低的特点，对开挖、铺底等工艺进行了改进，开发了人工开挖台架、过轨梁等设备，提高效率、增加就业、降低成本。安全事故已经少了很多了，90年代初期1km有1个人死亡，后来就很少了，管理得好就没有死亡事故。

4.二十世纪九十年代中期，随着国外隧道施工效率的急剧提高，我国在西康铁路秦岭Ⅰ线隧道（18.14km）引进两台敞开式硬岩掘进机（TBM），月进尺平均250米以上，是钻爆法的两倍以上，且长距离通风问题得到较好解决，效率较高，但费用较大，且对地质条件要求高。安全有保障。当然也出过事故，但那是管理不到位。

5.二十世纪末至今，随着北京、广州、上海等城市地铁项目、越长江、黄河、珠江等水底隧道及特长引水隧道工程项目的大量开工，针对砂卵石地层、黄土、硬岩等不同地质，从国外大量引进了各种不同类型的盾构设备。盾构主要采用密闭空间气压、液压平衡原理维持开挖面稳定，机械切削岩体，管道或列车运输出渣，拼装式二衬，效率高、施工环境好，但对机械设备与地质相适应要求高，技术含量高。安全有保障。

6.浅埋暗挖法是北京地铁施工期间我国自主开发总结的

3 施工方法，在埋深浅、地面保护要求高、不中断交通等条件下，采用分部施工的方法，核心是步步成环。是成熟的施工方法。安全有风险可以采取措施控制。

二、 隧道及地下工程面临对的十个技术领域

1.钻爆法施工技术：快速单线120m／月、双线150m／月，应变能力强、以排为主，向以堵为主、以排为辅过渡。

2.浅埋、超浅埋暗挖法施工技术：穿越各种软岩、土质隧道。

3. TBM全断面掘进机施工技术：开敞式、单护盾法、双护盾法大TBM；小TBM加钻爆法；主要用于硬岩。

4.盾构法施工技术：插刀盾构法；土压平衡盾构法；泥水盾构法；复合式盾构法；顶管法

５.沉管法施工技术：沉埋管段法；悬浮管段法。（浅埋管段建设关键技术：①干坞制造②管段制造③通风竖井施工④水下基槽开挖⑤浮运与就位⑥接头联接方式⑦注浆⑧回填与防护⑨引道的浅埋暗挖法施工技术）

6.辅助工法：注浆法（单液、双液）；管棚法；超前小导管法；水平旋喷法；冻结法；降水法（轻型井点、深井泵降水）；降水回灌法。

7.地下深基坑围护结构施工技术：地下连续墙法；钻孔桩法；人工挖孔桩法；咬合挤压钻孔桩法；锚钉墙法；SMW

4 法；水泥搅拌桩法；高压旋喷法；粉喷桩；钢板桩。

8.地铁车站施工技术：暗挖法（柱洞法、中洞法、侧洞法、CD法。CRD法、眼镜法）；敞口明挖法；钢支撑法、锚索法。盖挖法；盖挖逆筑法；盖挖半逆筑法。

9.环境保护施工技术：防沉降技术、防水技术、文明施工无燥音、无粉尘施工技术、弃碴利用造田技术。

10.高新技术改造、提高隧道施工质量技术：不留后患耐久性施工技术；非接触量测技术；高性能防水砼施工技术；各种复杂地层、各种工法机械配套快速施工技术；自动化管理指挥、控制系统等。

三、隧道设计施工新的理念

经过近二十多年实践及研究，总结了一些新的理念保证隧道施工和运营安全

1.超前地质预报作为一个工序

1）具体地质决定隧道的具体施工和方案，弄清地质，选择与之相适应的施工方法和措施，才能够确保安全；

2）将超前地质预报纳入工序管理，按照“物探先行，钻孔验证，有掘必探，先探后掘”的原则组织施工，是隧道施工安全的保证。物探与钻探相结合，是准确无误地探明前方地质状态的技术保证，组合方案：TSP+直流电法+水平钻探；

5 3）目前，地质超前预报工作在预测的准确性上离施工要有一定的差距。对风化破碎带的预报准确性高，通常在60%以上，而对富水地层的预测，准确率为30-70%左右。涌水预测仍是隧道地质预报工作中的薄弱环节，涌水量的准确性更低，对物探的异常区域进行钻探验证是必要手段。

2.一次支护承受全部荷载，二衬作为储备

加强初期支护，更加强了施工过程的安全，对高速铁路而言，更能保证耐久性（100年）。

3.作好隧道防水确保隧道结构和运营安全

1）全工序防水全工序、全过程防水包括：①围岩注浆堵水（全断面帷幕注浆、周边帷幕注浆、径向注浆、局部堵水注浆等）②初支喷射混凝土防渗；③施工缝、变形缝防水；④防水层及排水系统施工；⑤混凝土自防水；⑥二衬背后回填注浆堵水。

2）复合衬砌结构，一次支护与二次衬砌之间防水隔离层，无钉铺设，无纺布后面设系统排水盲管；

①针对盾构法施工隧道而言，盾构隧道采用拼装式砼块，对防水、结构耐久性不利，钢筋锈蚀腐蚀失效在前，不易更换，容易从薄弱环节失稳；

②二衬防水的问题，强调的是妥善解决初支表面的少量渗漏水，给预留远期通道，适应水量变化；

3) 中部排水沟不利于结构安全

6 ①削弱二衬封闭成环，或断开；

②一般长隧道，长隧道地质复杂，覆盖厚，地应力大。

4.隧道宜近不宜联，可采用小间距隧道，尽量不用双联拱、多联拱

1）中隔墙防水不好解决；

2）增大跨度，增加施工难度，加大了不安全因素；

3）小间距隧道，注意弱爆破、短进尺、早封闭、强支护、勤量测，把握好二衬施作时间。（单线隧道间距一般不小于30米）

5.动态设计，动态施工，动态管理，尊重施工信息，保证安全

很多坍方事故原因在管理环节，具体情况往往是，当遇到地质变化段时，由于管理程序原因动态设计不能及时跟进，造成现场应急措施不力，在手续完善过程中错过了最佳处理时机。目前受地质勘察技术方法、手段及设计深度的限制，很难完全准确判定隧道工程地质条件和围岩特性。事实上，实践中也没有必要那么做，否则极大幅度增加设计周期和投资。因此，就决定了隧道施工的一个显著特点就是加强动态管理，其中，动态设计是一个重要方面。在隧道施工中，时间与空间是一对矛盾，一般来说，当空间效应解决后隧道施工的安全就彻底解决了，但做任何工作都需要时间，往往在锁定空间之前时间效应就发生了作用，坍方也就形成了。

7 施工单位的责任是，在施工过程中加强地质预测及支护变形量的监测的动态管理，及时做出风险判定，作为主体提出设计变更申请。业主、监理和设计等其他管理单位及时响应。失效是关键，一个操作性强、分工明确、协调有力、有办事时间限制的变更设计程序文件是确保隧道施工安全的重要保证。

6.实事求是，确定合理工期、造价确保隧道施工和结构安全；

对隧道而言，工期是由各工序时间组成，各工序的多少和时间长短是由地质条件和施工资源决定的，是个科学的真实，如果过分强调夸大资源的主观能动性，就会造成坍方等重大安全事故，得不偿失。这方面的教训是很多的，所以对不良地质，不坍就是进度，就是安全。地质相对较好地段，也不能人为赶工赶出事故来。合理造价，保证合理投入，是安全的重要保证。节约投资，人为提高围岩级别，是安全的重大隐患。

7.一次支护有钢筋网、钢拱架、喷混凝土组成，钢架接头联结处设锁脚锚杆

根据施工单位偷工减料的现象，对结构进行评估研究，认为系统锚杆可以取消，但目前只有西安地铁一号线暗挖黄土段有这样的设计，正在施工。但钢架接头联结处设锁脚锚杆是个很好的对付变形办法，经常使用。

8 8．网构钢架代替工字钢

开挖初期围岩松动变形有一个时间段，网构钢架与喷混凝土在这个时间内强度和承受压力是逐渐的，能够与围岩变形时间段匹配，另外工字钢背后一般喷不到，易发生漏水。

9．强调初喷

开挖后围岩松动圈厚度1—1.5米，纵向承载拱1倍洞径。初喷可以维持短期安全，复喷跟上，不能落后于1倍洞径以外。

10．注重应急演练。

11．文明施工形成一种文化。

四、隧道施工方法概述

1.隧道总体施工方案

开挖——初支——仰拱——边基——拱墙二衬——后续沟槽。

1）仰拱铺底超前；

2）二衬时机或距开挖面长度，合理距离。

2. 隧道施工方法

1）大的开挖（掘进）方法：钻爆(浅埋暗挖法) （7种施工方法10种辅助工法）、TBM(盾构) 法 、和沉管法等。

2）选择施工方法原则:隧道施工，由于作业面狭窄的限制，工序之间干扰大，作业环境差等特点，存在不安全因素多，

9 因此在确保施工安全的条件下，选择施工方法时间，应遵循以下原则：

①施工方法应根据地质情况、围岩级别，并结合隧道长度、机具设备情况、断面大小、工期要求、衬砌类型、施工技术水平等因素，结合考虑确定；

②优先采用全断面或少分部的开挖方法，以减少工序干扰，便于机械施工，改善作业环境，保证施工安全；

③对地质条件变化较大的隧道，选择施工方法应从实际出发，尽量考虑对地质变化的适应性，避免变更施工方法，打乱施工程序，影响安全；

④要有保证安全和质量的具体措施，同时采用新技术、新设备、新工艺。

3）适合隧道围岩级别的开挖方法

主要开挖方法有7种：

① 全断面：Ⅰ—Ⅳ级适用，优点是工序简单，作业面宽敞，施工干扰少，运输通风、排水畅通，施工速度快，安全。

1ⅡⅤ 说 明1、全断面开挖；Ⅱ、初期支护；3、隧道底部开挖（捡底）;Ⅳ、底板（仰拱）浇筑；Ⅴ、拱墙二次衬砌。3Ⅳ

10 全断面法施工工序示意图

②台阶法：台阶法一般适用于单线Ⅳ～Ⅴ级围岩隧道施工，双线Ⅲ～Ⅳ级围岩隧道施工。

根据地层条件、断面大小和机械配备情况，台阶法可分为两台阶或三台阶。

台阶法具有分层作业，相互干扰少，配合台架开挖效率高的特点，目前应用最广。

台阶长度过短或过长均不利于开挖面的稳定，而是存在一个合理值。根据施工经验，一般为隧道开挖宽度的1倍洞径左右。

台阶长度之所以定为1倍洞径（D），因为在1倍洞径区段周围地层产生横向和纵向两个承载拱的作用，这对开挖是有利的，台阶长度超过1倍洞径将失去纵向承载拱受力结构，仅有横向平面承载拱受力结构。

上台阶若选用大于1.5倍洞径的长台阶，在开挖时纵向变位大，上台阶断面形状不利于受力，而且容易引起周围地层松动，塑性区增大，造成拱脚附近受力大而使其失去稳定性。

上台阶若过短，小于1倍洞径，因洞内纵向破裂面超过工作面，易造成洞顶土体下滑，引起工作面不稳定，所以软弱地层不能采用短台阶法施工，但是若用硬岩爆破法施工时，为了便于风钻打眼，可设置超短台阶。