中交隧道工程施工关键技术（进出洞施工、衬砌施工及光面爆破技术）

主要内容：

一、隧道工程分类及目前国内施工现状
二、隧道洞口及进出洞施工
三、隧道开挖方法及安全步距控制
四、隧道支护、衬砌施工
五、隧道防排水施工
六、隧道施工通风
七、不良地形及地质段的隧道施工
八、超前地质预报和监控量测
九、光面爆破技术
十、隧道施工的机械化配套技术
十一、当前市场环境下隧道施工管理的几点建议

一、隧道工程分类及目前国内施工现状

1、隧道定义及结构组成

（1）隧道定义
当人工建筑处于地表下，结构长度方向的尺寸大于宽度和高度并具有联通A、B两点的功能，且具有一定规模的截面积大小时，称之为“隧道”，隧道开挖后所建的人工结构包括支护结构及承重结构：超前支护、初期支护、防排水系统、二次衬砌。

（2）隧道结构
隧道是地下工程建筑物，为保持隧道岩体的稳定，保证行车安全，通常需要修建主体建筑物和附属建筑物。前者包括洞身衬砌和洞门，后者包括通风、照明、防排水、安全设备等。洞身衬砌的作用是承受围岩压力，结构自重及其他荷载，防止围岩风化，崩塌和洞内的防水、防潮等。洞门的主要作用是防止洞口坍方落石、保持仰坡和边坡的稳定。通风照明、防排水、安全设备等的作用是确保行车安全、舒适。隧道的结构形式可用横、纵断面图来表示。

纵断面
根据隧道施工阶段，即开挖支护状态，将隧道已二次衬砌段称为安全区；初期支护段称为临时安全区；开挖掌子面未支护段称为非安全区。非安全区非必要情况不要停留。
隧道坍塌主要因掌子面或左右边墙滑移引起坍塌，另外一个重要部位即在临时安全区内发生回头塌。发生回头塌的主要原因为：支护强度不够或支护不到位、中下台阶、仰拱一次性开挖进尺过大、围岩徐变、沉降变形累计到一定程度等情况，当支护结构无法支撑时将引起坍塌。初期支护背后空洞也是诱发回头塌的一个因素。

横断面
以铁路客专隧道通用图为例：隧道140°范围划分为拱部，仰拱、边墙部位划分见下图。约定俗成的叫法：从小里程往大里程方向，左侧为左线，右侧为右线。

（3）隧道围岩类别
隧道是道路穿越山岭修建的工程结构物，它与周围的岩(土)体(一般简称为围岩)有密切关系，相互影响、相互作用。不同的围岩在修建隧道时会有不同的地质现象会表现出不同的稳定性。为满足工程设计、施工等的需要，对于各种不同的具体要求，例如爆破、支护、挖掘、编制定额等，把与这些不同的要求相应的地质条件归类，这就是围岩分级。围岩分级中主要考虑下述三个指标：
①隧道围岩的结构特征和完整状态，即围岩被各种结构面切割的破碎程度及其组合状态；
②岩石的物理力学性质，即围岩的岩石强度、物理、水理性质，在分级中主要是岩石单轴饱和极限强度Rb较有意义，以Rb＝30MPa作为软、硬岩的分界指标，Rb<5MPa的岩(土)体属于半岩质，或略具有结构强度的土体；
③地下水的影响。分类中采用了“遇水降级”的经验处理方法，即视围岩性质、地下水性质及大小、流通条件、浸润情况等考虑，将围岩类别适当降级，一般情况按降1级考虑。仅在软岩、水理性质差的、极度破碎的、地下水又经常存在的情况下可降2级；Ⅳ级围岩中的软岩，在涌水量较大时可考虑．降2级，划为Ⅵ级。对于Ⅰ级及Ⅱ级围岩，因水的影响小，一般情况下可不作降级处理。

2、隧道工程分类

（1）、按照隧道所处的地质条件分类：分为土质隧道和石质隧道。
（2）、按照隧道的长度分类有下表几种：

（3）、按照国际隧道协会（ITA）定义的隧道的横断面积的大小划分标准分类有以下几种：

（4）、按照隧道所在的位置分类：分为山岭隧道、水底隧道和城市隧道。
（5）、按照隧道埋置的深度分类：分为浅埋隧道和深埋隧道。
（6）、按照隧道的用途分类：分为交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿山隧道、军工人防、水利等。

3、主要施工方法介绍

(1) 矿山法
主要是采用钻爆法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。因借鉴矿山开拓巷道的方法而命名。用矿山法施工时分部开挖至设计轮廓，并随之修筑衬砌。当地层松软时，则可采用简便挖掘机具进行，并根据围岩稳定程度，在需要时应边开挖边支护。分部开挖时，断面上最先开挖导坑，再由导坑向断面设计轮廓进行扩大开挖。分部开挖主要是为了减少对围岩的扰动，分部的大小和多少视地质条件、隧道断面尺寸、支护类型确定。在坚硬地层中围岩稳定性好，可以减少分块、减少工序，有利于使用大型机具，加快施工进度。如遇松软、破碎地层，须分部开挖，并及时设置临时支撑，以防止土石坍塌。
主要方法有漏斗棚架法、上下导坑法、蘑菇形开挖法。

(2) 新奥法
新奥法施工基本原理是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以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结构的监控、测量来指导地下工程的设计与施工。其基本要点归纳如下：
（1）充分保护围岩，采用光面爆破控制开挖轮廓线，尽量减少对围岩的扰动。
（2）充分发挥围岩的自承能力，允许并控制围岩的变形。
（3）尽快使支护结构闭合，以改善支护结构的受力性能。
（4）加强监测，根据监测数据指导施工。
新奥法基本原则可扼要地概括为“光面爆破 、锚喷支护 、监控量测”。

(3) 挪威法
该工法是在新奥法的基础上完善、补充和发展，其特点是通过施工过程中的观察和量测求出Q值进行围岩分级，根据岩体质量预测支护需求，施工中只对重要断面进行监测，用于适度调整支护参数及类型。挪威法施工特性可以归结为以下几点：
(1)适用岩体或非常破碎岩体、含粘土岩层，地应力可导致岩块剥落情况。
(2)开挖方法大幅员和特殊外形地下洞室、短隧道采用钻爆法开挖；中等断面、长隧道、硬岩采用掘进机（TBM）开挖；含粘土地层采用轻型机械或风动工具开挖。
(3)遇到流变软弱围岩，一次支护和永久支护二者联合作用，共同受力。
(4)施工进尺快，施工安全、事故和返工极少，施工环境改善。
(5)传统的新奥法最适用于开挖后可以形成完整的承载岩环的岩盘，而较不适合节理极度发育或过度破碎的围岩，在软弱地层中局限于采用机械或风镐开挖，工效较低。而挪威法则普遍适用于节理发育与极度松散地层，对于隧道含黏土夹层、断层破碎带、膨胀岩土以及其他不良地质特殊地段采用挪威法施工是较理想的。

(4) 新意法
该工法又称为岩土控制变形分析（ADECO-RS——新意法）施工工法，是通过对隧道工作面超前核心围岩的勘察、量测，预报围岩的应力-应变形态，据此信息化设计支护措施，确保隧道安全穿越复杂地层和实现全断面开挖的一种设计、施工指导方法。该方法适用于浅埋、大断面、风险较高的穿越水底及敏感建筑物、以及软弱围岩或土质容易出现掌子面失稳的隧道，本工法在武广客专浏阳河隧道下穿河底段成功应用。
工艺原理——由于新奥法重视的是开挖后围岩的径向位移和变形，其内涵就是保护围岩，充分调动和发挥围岩的自承能力。而根据国外的研究表明，隧道掌子面挤出变形也是隧道开挖后产生变形反应的主要表现形式，其主要发生在超前核心土内。挤出变形的大小取决于超前核心土的强度、变形特性及其所处的原始应力场，挤出变形发生在隧道掌子面的表面，沿隧道水平轴方向发展，其几何形状大概呈轴对称（掌子面鼓出），或在掌子面形成螺旋状突出。

投稿会员：芳华