[从业资格考试]隧道工程复习资料

第一章隧道工程的定义：隧道是一种修建在地下，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通过的工程建筑物。最终使用于地表面下，不论以任何方式建造的所需形状和尺寸的空间，内部净空断面在2平方米以上。隧道工程的类型：1、按用途划分：交通隧道（公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、人行隧道）、矿山巷道（运输巷道、通风巷道、采掘巷道、其它巷道）、国防工程（指挥所、防空洞、武器库、物资库）、水利工程（输水隧洞、发电厂房）、工商业（厂房、商场、图书馆、仓储）。2、按地质条件划分：土质隧道、岩质隧道、土石混合。3、按埋置深度划分：浅埋隧道、深埋隧道。4、按所处环境位置划分：山岭隧道、城市隧道。5、按施工方法划分：明挖隧道（明挖顺作、明挖逆作）、暗挖隧道（矿山法、机械法）、矿山法（传统矿山法、新奥法）、机械法（掘进机法、盾构法、顶推法）、沉埋法6、按结构形式参数划分：断面形式（圆形断面、矩形断面、马蹄形断面）、断面大小（小断面、大断面、特大断面）、长度（短隧道、中隧道、长隧道、特长隧道）、结构分离（分离式隧道、小净距隧道、连拱隧道）山岭隧道的主要功能：既可使线路顺直，避免许多无谓的展线，缩短线路，又可以减小坡度，使运营条件得以改善，从而提高牵引定数，多拉快跑。山岭隧道的特点：1、克服高程障碍2、裁弯取直（缩短线路）3、避开不良地质地段4、避开其他重要建筑或工程等隧道工程的功能：克服高程障碍、克服平面障碍、避开不良地质、避开其它障碍（路线交叉、重要建筑、景区、水利工程）、避开不良气候（台风暴雨、山区泥石流、高寒风雪）隧道工程的优点：缩短路线，降低能。耗节约土地。保护环境。提高交通服务水平。隧道工程的缺点：造价高、难度大、风险高、维修困难。隧道工程基本建设流程：可行性研究（技术可行性、经济可行性）、初步设计（初步勘测、方案设计）、施工图设计（详细勘测、详细设计）、施工、交工、竣工勘察设计的概念：1、勘察设计是指推荐建设方案，查明、分析、评价地质地理环境特征和工程地质条件，对技术、经济、环境、土地利用等方面进行综合分析、论证，编制设计文件，以及现场配合的活动。2、一般情况下勘察设计采用两阶段勘察设计程序，包括初步设计阶段和施工图设计阶段。对于存在重大技术难题的复杂工程，则采用三阶段勘察设计程序，包括初步设计、技术设计和施工图设计三个阶段。隧道工程勘察的基本内容：1、隧道工程调查 1、隧道线路确定2、洞口位置选择地质调查后应提供的主要资料：1、概述2、地形地质说明3、应交付的图文（线路地形图，洞口附近地形图，地质平面图，地质纵断面图，洞口附近地质纵断面图和洞口附近地质横断面图若干，说明书）隧道工程勘察设计的基本流程：1、两阶段勘察设计基本流程：初步设计，施工图设计2、三阶段勘察设计基本流程：初步设计，技术设计，施工图设计各阶段勘察设计工作目的：1、初测（初勘）：初步设计提供资料，应完成的勘测工作有：隧道所在地区自然条件的调查、对周围环境影响调查、工程地质及水文地质勘查、地形测量、导线测量等。2、定测（详勘）：是根据有关单位批准的初步设计文件及审核意见，在初测基础上进一步核对、落实、深化相关勘测资料，对复杂地质问题给出可靠性结论，为施工图设计提供资料。3、初步设计：是根据初勘资料，选择几个可行方案进行方案性设计，其目的在于：选择最优工程方案，进一步分析技术可行性，为编制预算提供依据。4、施工图设计：根据详勘资料，对初步设计评审批准的方案进行详细设计，其目的在于：为施工提供具有可操作性的设计文件，为施工招投标、施工行为、施工管理、交竣工验收提供依据。隧道工程勘察的主要内容：1、地形资料2、水文地质资料3、用地及环境资料4、气候气象资料5、文化、风俗资料6、灾害资料7、类似工程资料8、国防要求隧道工程总体设计的主要内容：1）平面线形设计2）纵断面线形设计3）洞口位置设计隧道工程总体设计关键技术：1）地质条件对隧道工程的影响：常见地质类型：单斜、褶曲、断层。主要不良地质类型：（断层）、滑坡、崩塌、松散堆积、泥石流、岩溶及含盐、含煤地层、地下水发育2）隧道洞口位置的选择（应遵循的原则：早进晚出）隧道洞口的特征：埋深浅、风化强、受水系影响隧道洞口位置选择的重要性：关系隧道洞门结构受力、关系隧道进洞施工难易、 关系洞门及洞口段维护难易其它考虑因素：避开冲沟；选择山体稳定、地质较好、地下水不丰富；注意防洪或水库蓄水标高；尽量不要扰动原生坡面；避免高边坡；考虑施工场地；考虑生态环境保护。1）越岭隧道垭口位置的选择：（应考虑的主要因素：垭口位置的选定、隧道高程的确定）1、从降低越岭线标高、缩短线路和隧道长度的角度看，路线宜选择垭口通过；2、垭口位置通常是地质构造作用强烈的部位，地质条件通常较差，并伴有冲沟及地表水；3、在同一垭口，路线高程越高，隧道长度越短，展线越长；反之，隧道越长，展线越短。2）傍山隧道平面线位的选择：傍山隧道的特点：1、依山傍水修建时，施工中容易破坏山体平衡，造成各种病害；2、因是在山体表层范围内修建隧道，常常遇到崩塌、滑坡、错落、松散堆积及泥石流等不良地质现象，地质情况较为复杂；3、一般埋深较浅，属浅埋隧道和短隧道群，洞身覆盖薄、易产生不对称的偏压情况；4、河道狭窄，水流湍急冲刷力强，对山坡稳定和隧道安全威胁较大。线位确定原则：a保证最小覆盖层厚；b尽量内靠c注意周围既有建筑对隧道稳定的影响d尽可能“裁弯取直”隧道结构构成：1、隧道主体建筑隧道主体建筑结构：（为了保证隧道稳定和行车安全而修建的基本建筑结构。）隧道洞口段（洞门结构，明洞结构）、隧道洞身段2、隧道附属建筑（为了进一步提高隧道的耐久性、安全性和舒适性而修建的辅助设施，包括安全避让设施、交通设施、通讯设施、通风照明设施、防排水设施、防灾救灾设施，等等。）避险设施、通风设施、照明设施、消防设施、交通设施、景观设施、其它设施建筑限界：为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围。净空：隧道衬砌内轮廓线所包围的空间，根据“隧道建筑限界”确定的。轮廓线：围岩或支护衬砌结构表面所形成的轮廓。包括开挖轮廓线、初期支护内轮廓线、衬砌内轮廓线（净空）。铁路隧道建筑限界与净空：机车车辆限界→超限货物车辆接近限界→隧道建筑限界→隧道衬砌内轮廓隧道纵坡的形式：单坡（多用于线路的紧坡地段或是展线的地区及河谷隧道中，可以争取高程）和人字坡（多用于越岭隧道、大长隧道，尤其是越岭隧道。）限制坡度：对于车辆的行驶，线路的坡度以平坡最好，既不要冲坡也不要带制动行驶，产生的废气最少，这对于封闭的隧道是最有利的，为满足排水需要，最小坡度不宜小于千分之3，一般情况下，最大坡度不宜大于3%。 对于铁路而言，不同的线路等级有不同的限坡，隧道内线路的最大允许坡度应在明线最大限制坡度上乘以一个折减系数。曲线隧道加宽的原因：列车在曲线上行驶时，由于车体内倾和平移，使得所需横断面积有所增加，为了保证列车在曲线隧道中安全通过，隧道中曲线段的净空必须加大。曲线隧道加宽计算：D内1=12/8RD内2=HE/150=2.7E(E=0.76V平方/R)D外=4400/RD总=8450/R+2.7E（单线）D中=8450/R+1.2E（双线）D偏=（D内+D外）/2D偏内=200+（D中+D外-D内）/2D偏外=200+（D中+D内-D外）/2横断面设计基本步骤：建筑限界（线路设计标准）→内轮廓线（附属设施的布置、富余量，形状优化）→初期支护内轮廓线（衬砌承载能力校核，二次衬砌厚度）→围岩内轮廓线（初期支护承载能力校核，初期支护厚度）→开挖轮廓线（围岩变形幅度，预留变形量）隧道横断面常见类型：单心圆与三心圆、直墙与曲墙隧道支护衬砌结构的作用1、承受围岩压力、地下水压力2、保证围岩稳定、行车安全3、降低通风阻力4、提高照明质量5、改善驾驶员行车心理隧道衬砌结构类型整体式衬砌、复合式衬砌、装配式衬砌（管片衬砌）、单层喷锚支护整体式衬砌（就地灌注混凝土衬砌）工艺流程：先立模，再灌注，然后养生，最后拆模。特点：对底层条件的适应性较强，易于按需要成型，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌台车等。1）整体式混凝土直墙式：适用于地质条件较好，属于1,2,3级围岩。2）曲墙式衬砌：适用于地址比较差，岩体松散破碎，强度不高，又有地下水，侧向水平压力也相当大的情况。装配式衬砌(是指由若干在工厂或现场预先制备的构件运入坑道内，然后用机械将他们拼装成一环接着一环的衬砌。)工艺流程：盾构机开挖—管片装配—注浆锚固结构特点：不需养生；管片制作环境好、质量易控制；速度快；复合式衬砌（目前山岭隧道大多采用复合式衬砌）工艺流程：开挖—锚喷支护—防水层—二次衬砌结构特点：符合现代隧道力学理论；整体性好；防水性能改善；外观好单层锚喷支护（地质条件好，路线等级不高）工艺流程：开挖—锚喷支护结构特点：密贴、施工速度快连拱衬砌 将两隧道之间的岩体用混凝土取代，形成双洞拱墙相连的一种结构形式。一般只适用于长度不超过500米的短隧道。主要衬砌材料衬砌材料要求：强度、耐久性、（抗冻、抗渗、抗腐蚀）主要材料类型：混凝土、钢筋混凝土、型钢混凝土、片石混凝土、锚杆+喷射混凝土洞门结构的作用减少洞口土石方开挖量、稳定边坡、引流地表水、装饰洞门、减光作用环框式洞门适用于Ⅵ类或Ⅰ级围岩，地形陡峻而又无排水要求结构特点：不承载，加固洞口；减少雨后洞口滴水；简单装饰端墙式洞门适于地形开阔，岩质基本稳定的Ⅰ～Ⅲ级围岩。结构特点：能有效抵抗山体纵向推力。翼墙式洞门适用于山体纵向推力较大,洞口地质较差的Ⅳ级及以上的围岩，增加洞门的抗滑动和抗倾覆能力。柱式洞门适用于地形较陡，地质条件较差，仰坡可能下滑，而又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时。结构特点：在端墙中部设置两个断面较大的柱墩，增加了端墙的稳定性，结构雄伟。削竹式洞门适用于洞口段有较长的明洞衬砌，由于洞门背后一定范围内是以回填土为主，山体的推滑力不大；地形相对比较对称和不太陡峻。特点：1洞口边仰坡开挖量少；2减少对植被的破坏和有利于保护环境；3适用各种围岩类别台阶式洞门适用于洞门处于傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为减小仰坡高度及外漏坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式。斜交式洞门当线路方向与地形等高线斜交时，也可将洞门做成与地形等高线一致，使洞门左右可以仍保持近似对称。明洞（明挖法修建的隧道。）按明洞是否部分敞开：封闭式明洞和棚洞按明洞横断面形状：拱形、矩形及其它按地形：对称路堑、偏压路堑、半路堑对称路堑明洞适用于路堑边坡对称或接近对称，边坡岩层基本稳定，仅防边坡有少量坍塌、落石，或用于隧道洞口破碎，覆盖层较薄而难以用暗挖法修建的隧道。偏压路堑明洞特点：承受不对称荷载，拱圈为等截面，边墙外侧厚度视所处位置的地质和地形情况而定。适用于两侧边坡高差较大的不对称路堑。半路堑明洞特点：地形低的一侧低于隧道高度，一般设置挡墙或加厚衬砌结构，并通过反压回填平衡偏压。适用于明洞两侧高差很大的情况。 盖板式棚洞当基岩层完整，坡面较陡，地下水不大，采用重力式内墙开挖量较大时，可采用钢筋混凝土锚杆式内墙钢架式棚洞当地形狭窄，山坡脚都，基岩埋深较深而上部地基稳定性较差时，为了使基础置于基岩上且减少基础工程，可采用钢架式外墙。悬臂式棚洞结构特点：内墙为重力式，上端接悬臂式横梁，其上铺以盖板，在盖板的内端设平衡重来维持结构受外荷载作用下的稳定性。适用：陡峻的稳定山坡，外侧地形难以满足一般棚洞的地基要求，且落石不太严重的情况。隧道附属建筑避险设施、通风设施、照明设施、消防设施、交通设施、景观设施、防排水铁路隧道附属设施避车洞、通风照明、防排水电力通信公路隧道附属设施紧急停车带、各种洞室、通风照明、防排水、交通监控铁路隧道大小避车洞的作用：当列车通过隧道时，为了保证洞内行人、维修人员及维修设施的安全，需要在隧道两侧边墙上均匀交错的修建洞室，用于躲避列车，称为避车洞。大避车洞在碎石道床的隧道内，每侧相隔300m布置一个大避车洞，在整体道床的隧道内，因人员待避车比较方便，且维修工作量小，故每侧相隔420m布置一个大避车洞。当隧道长度在300-400m时，可在隧道中间布置一个大避车洞。隧道长度在300m以下时，可不布置大避车洞，如果两端洞口接桥或路堑，当桥上无避车台或路堑两边侧沟外无平台时，应与隧道一并考虑布置大避车洞。小避车洞布置时应结合大避车洞考虑，有大避车洞的地点就不再设置小避车洞。同时，还应注意不得将避车洞设于衬砌断面变化出、不同衬砌类型衔接处或变形缝处。如隧道临近有农村市镇，估计由隧道通行的人较多，或曲线半径小，视距较短时，小避车洞还可以加密。隧道通风的目的稀释有害气体、稀释隧道内的粉尘、保持隧道内的氧气含量、降低隧道内的湿度隧道通风的类型划分按照通风动力划分：自然通风、机械通风按照空气流动方向：纵向通风、横向通风、半横向通风、混合式通风按交通类型划分通风方式：铁路隧道通风方式（洞口风道式；喷嘴式；竖井、斜井通风；射流式通风）公路隧道通风方式【纵向通风（射流风机、风道式和喷嘴式、竖井送、排风）、横向通风、半横向通风（送风式、排风式）、混合式通风】隧道照明的目的缓解或消除黑洞效应和白洞效应、缓解驾驶员视觉适用滞后问题、解决烟雾导致能见度下降问题、解决眩光失能问题黑洞效应 白天进入隧道时，由于隧道内、外的亮度差别极大，所以，从隧道外部看照明不充分的隧道入口时，会看到长隧道的黑洞现象与短隧道的黑框现象。白洞效应白天，汽车穿过较长的隧道而接近出口时，由于出口外部亮度较高，出口看上去是个白洞。司机的视觉出现较强的眩光，因而视觉产生不舒服的感觉眩光夜间，隧道出口看上去是黑洞而不是亮洞，造成分辨外部道路的线型及障碍物困难隧道洞口减光措施1）遮阳棚2）遮阳格栅3）从接近段起点起，在路基两侧种植常青树；4）采用削竹式洞门形式；5）大幅坡面绿化；6）洞口采用端墙形式时，墙面宜采用冷色调，其反射率应小于0.17。水对围岩和支护衬砌结构的不利影响增大围岩容重产生水压力产生膨胀力（膨胀性围岩）→增大荷载产生冻胀力（寒区隧道）软化围岩加速围岩风化冲蚀衬背围岩→降低承载力侵蚀支护结构水对隧道施工的不利影响引发施工灾害：涌水、突泥、塌方降低施工效率：洞内排水，增加工作量；洞内积水，降低作业效率；积水或潮湿，降低设备效率威胁人员健康水对隧道运营的不利影响恶化运营环境：降低设备效率，缩短寿命；引起渗漏水，侵蚀衬砌结构；威胁运营及司乘人员健康威胁运营安全：水雾造成能见度降低；渗漏水导致路面湿滑；引起电力系统漏电或火灾隧道工程防排水的特点与难点1）隧道工程整体处于地下水环境中，防水难度大2）隧道施工环境恶劣，难以做到精细化施工3）隧道隐蔽工程多，检测和维修都非常困难4）防排水系统设计存在缺陷隧道工程防排水原则与要求总体处置与原则：应当与永久防排水相结合，地表水及早处理，以防排截堵相结合，因地制宜综合治理的原则进行基本原则：《隧规》隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理” 的原则，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。具体而言：防水——设不透水层防止穿透，如防水板、防水混凝土排水——排走进入隧道区域内的水，如各种排水管截水——防止水进入隧道区域，如截水沟堵水——堵塞渗水通道，如注浆、止水条等基本要求：1）高速公路、一级、二级公路隧道：拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水；有冻害地段的隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结；车行横通道、人行横通道等服务通道拱顶不滴水，边墙不淌水。2）三级、四级公路隧道：拱部、边墙不滴水，路面不积水，设备箱洞不渗水；有冻害地段的隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结。3）当采取防排水工程措施时，应注意保护自然环境。当隧道内渗漏水引起地表水减少，影响居民生产、生活用水时，应对围岩采取堵水措施，减少地下水的渗漏。隧道常用防排水工程措施：排水（盲沟，泄水口，排水沟）地表截排水沟（浆砌片石；砂浆抹面）初支半圆排水管（弹簧+PVC）环向排水盲管（弹簧排水盲管）拱脚纵向排水管（开孔PVC波纹管）横向排水管（PVC波纹管）排水边沟或中央排水管（开孔混凝土管或PVC波纹管）防水（喷射砼防水、塑料防水板防水、模筑砼防水、防水涂料防水、注浆堵水）围岩注浆（地表注浆；洞内注浆）专用防水层（土工布+防水板；复合防水板）衬砌混凝土防水（减水剂防水混凝土、引气防水混凝土、膨胀水泥防水混凝土）施工缝止水条（橡胶；缓膨胀橡胶）隧道围岩定义隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩（土）体或隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩(土)体。隧道围岩的工程性质物理性质：质量指标（密度、容重等）：岩石单位体积(包括岩石中孔隙体积)的质量和重量称为密度和容重。可分为：天然密度、饱和密度、干密度、颗粒密度等。孔隙指标（孔隙率等）：岩石试样中孔隙体积与试样体积的百分比称为孔隙率。孔隙体积与固体体积的比值称为孔隙比。水理指标（吸水率、含水率、饱水率等）：含水率是天然状态下岩石中水的重量与岩石干重量的百分比。吸水率是干燥岩样在室温和一个大气压下吸入水的重量与岩石干重量的百分比。饱水率是岩石在强制饱和状态下岩样的最大吸入水的重量与岩石干重量的百分比。饱水系数是吸水率与饱水率的百分比。其它指标（膨胀性、软化性、抗冻性等）：膨胀性 是岩石浸水后体积增大的性质，用膨胀率和膨胀力衡量。渗透性是在水压力作用下，岩石孔隙和裂隙透过水的能力，用渗透系数衡量。软化性是岩石与水相互作用时强度降低的特性，用软化系数衡量。抗冻性是岩石抗冻融破坏的性能，用抗冻系数衡量。力学性质：强度指标（抗拉、抗剪、抗压等）变形特性（压缩变形、剪切变形、流变等）围岩在隧道工程中具有三位一体特性:围岩是修建隧道的介质，是构成隧道的基本材料和环境;围岩是产生围岩压力的原因，是隧道结构的荷载来源；围岩同时可以分担一部分围岩压力，还是承载结构。围岩对隧道设计施工的影响:隧道开挖难易程度;隧道开挖后的稳定程度；隧道支护结构承受荷载的大小。影响隧道围岩稳定性的因素自然因素（地质条件）：岩体结构特征：岩体结构特征是指岩体的破碎程度或完整状态。●破碎程度：裂隙率、裂隙间距。●完整状态：整块状、大块状等。结构面性质和空间组合特征：结构面成因、结构面光滑程度、结构面充填状态、结构面规模、结构面密集程度岩石的力学性质：岩石的工程性质是多方面的，一般主要指岩石的强度或坚固性。在岩体结构状态成为控制围岩稳定的主要因素时，强调岩石强度意义是不大的。岩石强度在完整的岩体中是起主要作用的。初始地应力场：●初始应力是隧道围岩变形、破坏的根本作用力。●已初步将初始应力考虑进围岩分级之中。在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。地下水：●使岩质软化，强度降低，对软岩尤为明显，对土体则可促使其液化或流动；●有软弱结构面的围岩，会冲走充填物或使夹层液化，减少层间摩阻力促使岩块滑动；●在某些围岩中，如石膏、岩盐和蒙脱石为主的粘土岩中，遇水后产生膨胀，在未胶结或弱胶结的砂岩中可产生流砂和潜蚀。人为因素（设计施工因素）：隧道形状和尺寸：形状方面（一般情况）:圆形断面受力较好，稳定性好；高度跨度比（简称高跨比）越大越容易稳定；断面圆顺可以避免应力集中，有利于围岩稳定；特殊地应力状态则需要具体分析。尺寸方面: 断面越大，稳定性越差隧道埋深：埋深较浅时，随着埋深的增加，隧道由浅埋逐步进入深埋，围岩自稳能力增大；埋深很大时，随着埋深的增加，初始应力场随之增大，可能出现岩爆、大变形问题，围岩稳定性可能下降。支护类型和时间施工方法：开挖方法与扰动强度：普通爆破法、控制爆破法；矿山法、盾构法或掘进机；断面划分与扰动次数：大断面、小断面；分部开挖。围岩分级根据一个或几个主要指标将无限的岩体划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩归为一类，将全部围岩划分为若干类，这就是隧道围岩稳定性分类，或简称为围岩分类。岩体应力应变曲线：压密阶段，弹性，塑性，破裂破坏。围岩分级的目的①作为选择施工方法的依据；②进行科学管理及正确评价经济效益；③确定结构上的荷载；④给出衬砌结构的类型及其尺寸；⑤制定劳动定额、材料消耗标准基础等；围岩压力是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。围岩压力影响因素1）地质因素：原始应力状态、岩石力学性质、岩体结构面等。2）工程因素：施工方法、支护设置时间、支护本身刚度、隧道断面形状等。围岩分级方法今后发展趋势1）分级应主要以岩体为对象2）分级应与地质勘探手段有机的联系起来（波速是反映岩性与岩体结构的一项综合指标，波速越高，围岩越好。）3）分级要有明确的工程对象和工程目的4）分类宜逐渐定量化围岩分级因素岩石坚强程度岩石完整性地下水初始地应力现行铁路隧道围岩分级基本理论：“以岩体构造和岩性特征为代表的”的综合指标分级方法基本方法：按围岩稳定性由好至差划分为ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ级基本流程：基本分级（岩石坚硬程度、岩体完整程度、围岩弹性波测试）—————修正基本分级（地下水、地应力）========最终围岩分级围岩压力的形成及类型原岩→（开挖）→毛洞→（支护）→稳定洞室 初始地应力：自重应力构造应力地下水压力温度应力围岩压力：松动压力形变压力膨胀压力冲击压力围压压力的理论计算方法(A)普氏压力拱理论基本前提：松散并具有一定粘性的围岩中；埋深较大；压力拱的概念：在具有一定粘结力的松散介质中开挖隧道后，其上方会形成一抛物线状的天然拱，这实质上就是在松散介质、裂隙岩层中开挖坑道时的破坏范围。而作用在支护上的竖向压力就是这个破坏范围（天然拱）以内的松动岩体的重量。压力拱的受力特征：(1)在任何一截面上无弯矩作用；(2)拱脚能保持稳定而不致产生水平滑动。确定压力拱高度：hk=b/f似摩擦系数f的概念及其确定：（似摩擦系数f又称为普氏系数）将具有一定粘性的松散围岩视为无粘性的松散体。(1)具有粘性时的抗剪强度→(2)无粘性松散体的抗剪强度→按照普氏压力拱理论，确定普氏系数、普氏压力拱高度后，即可计算作用在隧道支护结构上的围岩压力。通常将竖向压力视为均布压力，侧向压力为梯形分布。理论假设与受力特征：围岩为散粒体;形成两个主动滑动面；竖向压力均匀分布；侧压力与竖向压力成正比；(B)太沙基理论铁路、公路隧道围岩压力规范确定方法1）等效荷载（s围岩级别；围岩容重；宽度影响系数；B坑道宽度；当B<5m时，i=0.2当B>5m时，i=0.1） 1）等效荷载高度2）深浅埋判别（矿山法施工下，1~3级围岩，4~6级围岩）深埋隧道（H>=Hp）浅埋隧道（hqhq时，计算时要考虑滑面上阻力的影响。围岩压力实测方法1）直接测量法：直接量测支护结构上的围岩压力，主要是采用在支护结构背后埋设压力盒的方法。用这种方法所测得的围岩压力实际上是围岩与支护结构之间的接触应力。它可能是围岩的松动压力，也可能是一种既包含松动压力又包括因支护结构变形而引起的围岩抗力。2）间接量测法靠量测支护结构的应变，从而推算出作用在其上的围岩压力的方法，是一种间接量测方法。为此，需要在支护结构内埋设各种应变量测元件，例如：钢弦式应变计，差动电阻式应变计，混凝土应变砖等。岩体力学模式求解方法解析法数值法特征曲线法剪切滑移破坏法隧道工程的受力特点1)荷载的模糊性（初始地应力复杂；扰动范围、程度；受工法、时间影响；存在围岩弹性抗力）2)结构的模糊性（围岩也是承载结构、围岩范围不明确、围岩承载能力不明确）3)参数的模糊性（非均质、非连续、各向异性）隧道结构分析的基本流程 围岩等级的确定→支护衬砌结构参数的确定→围岩和结构力学参数的确定→围岩和结构的应力应变分布→围岩和结构的分析、评价（反馈调整修正第一二步）隧道结构力学计算的理论体系1)荷载—结构模型（适用于：过分松弛、坍塌围岩）◆以支护结构作为承载主体和计算分析对象；  ◆围岩对支护结构的作用体现为两点：①围岩压力；②围岩弹性抗力。围岩自身承载力间接考虑。  ◆采用结构力学方法计算。2)地层—结构模型（适用于：围岩具有自稳和承载能力）◆支护结构与围岩视为一体，同为承载结构和计算分析对象，且以围岩作为承载主体；◆支护结构约束围岩的变形；◆采用岩体力学方法和数值计算；◆围岩体现为形变压力。隧道结构分析评价的主要方法1)结构力学法2)岩石力学法3)监测评估法隧道结构体系的计算模型1）结构力学模型（采用结构力学方法计算适用于：模筑砼衬砌）特点：以支护结构作为承载主体威严对支护结构的作用间接的体现为：围岩压力，围岩弹性抗力2）岩体力学模型（适用于：锚喷支护）特点：支护结构与围岩视为一体，共同承受荷载，且围岩作为承载主体支护结构约束围岩变形，采用岩体力学计算方法，围岩体现为形变压力直刚法直接刚度法又叫矩阵位移法，以结构节点位移为基本未知量，连接在同一节点各单元的节点位移应该相等，并等于该点结构节点位移，同时作用于某一结构节点的银河在必须与该节点上作用的各单元节点力平衡衬砌结构分析的荷载结构法（1）荷载结构法的基本原理将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载的主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，与其对应的计算模型称为荷载—结构模型。（2）隧道衬砌结构的受力变形特征围岩对衬砌变形起双重作用：围岩产生主动压力使衬砌变形，又产生被动压力阻止衬砌变形。这种效应的前提条件是围岩与衬砌必须全面地紧密地接触。（3）隧道衬砌结构承受的荷载a）主动荷载主要荷载（围岩压力、结构自重、水压力、车辆荷载）附加荷载（温度荷载、冻胀力、地震力）b）被动荷载围岩弹性抗力（4）几种主要的荷载结构模型a）主动荷载模型b）主动荷载+被动荷载模型 c）实测荷载模型（5）结构力学法流程1）基本原理：采用结构力学中的矩阵位移法。2）基本流程：模型简化（将隧道衬砌结构沿其轴线简化为细杆）→单元划分（将细杆离散为依靠节点相互关联的杆系；将支撑和弹性抗力简化为支撑链杆和弹簧单元。）→荷载处理和施加（将作用在隧道结构上的分布荷载静力等效地转化为节点上的集中力。）→单元分析（以单元为对象建立单元坐标系，构建节点位移和节点荷载之间的关系，以单元刚度矩阵的形式表示。）→整体分析（以整体为对象建立整体坐标系，构建全部节点位移和节点荷载之间的关系，以整体刚度矩阵的形式表示。然后进行求解，得到节点位移。）→评价分析（以节点位移为基础，求解其它物理量，进行评价。）地层结构法的基本原理隧道开挖所引起的应力重分布由围岩和支护结构体系共同承担，从而达到新的应力平衡；由于支护结构阻止围岩变形，必然要受到围岩给予的作用力而发生变形，这种作用力和围岩的松动压力极不相同，它是在支护结构与围岩共同变形过程中对支护施加的压力，称为“形变压力”。形变压力的大小和分布规律不仅与围岩的特性有关，而且还取决于支护结构的变形特性（刚度）。地层结构法的主要计算方法解析法数值法特征曲线法剪切滑移破坏法地层结构法的数值分析流程1）为什么要采用数值分析方法岩土介质的复杂性非均质非连续各向异性本构关系复杂工程结构的多样性复杂形状复杂边界条件施工工序多样2）常用的数值分析方法有哪些边界单元法原理：根据边界积分原理，建立求解域内的未知函数与边界值之间的关系，将求解域内的微分方程变换成求解边界积分方程。进一步将边界离散为有限大小的边界单元，并在边界单元上求解积分方程，同样可以把积分方程变换成求解关于边界节点未知量的代数方程组，然后，由边界上的值可求解域内任一点的函数值。特点：数值分析的离散化仅在边界上3）有限单元法基本流程问题的界定与简化离散化单元插值 单元分析，建立平衡方程系统（整体）分析，建立结构平衡方程求解系统（整体）方程，计算单元位移其它物理量的计算与分析工程问题分析与评价5）数值分析方法探讨可信度问题：A）计算的准确性与精度是不用怀疑B）应用于隧道与地下工程中，计算结果往往与实际有一定的距离有限元法获得的围岩稳定计算结果的可靠性，取决于以下几个因素：岩体参数取值的可靠性和准确性，主要是初始地应力和岩体的物理力学参数。围岩力学本构模型（即应力—应变关系）选用的正确性。有限元网格的正确剖分和非线性计算的收敛情况。围岩与支护结构稳定性判定标准的准确性。特殊条件的模拟技术问题：不连续面（结构面）的模拟层状岩体的模拟锚杆的模拟动态施工模拟（应力释放问题）洞门结构基本计算方法按照挡土墙处理①主动土压力按库仑理论进行计算；②无论墙背仰斜或直立，土压力的作用方向均假定为水平；③不考虑被动土压力。④取最不利位置的墙体条带计算，称为“检算条带”。条带宽度一般为1m，最不利位置～墙体最高点。洞门结构基本计算检算内容①墙身偏心及强度；（水平基底（B水平基底宽度）；倾斜基底）②绕墙趾的抗倾覆性(墙趾～墙身外表面与基底面的交点)；(My为垂直稳定力矩，Mo水平倾覆力矩，Ko倾覆稳定系数）③沿基底滑动的稳定性；(水平基地；Kc滑动稳定系数；垂直力之和；f基底摩擦系数；墙后主动土压力之和)④基底应力检算。（水平基底时，；时）⑤墙身截面偏心距和应力（偏心距；应力） 洞门结构计算检算条带的选择端墙式和柱式洞门截面强度截面偏心程度地基强度基底偏心程度基底滑动可能性翼墙式洞门a．检算翼墙时取洞门端墙墙趾前之翼墙宽1m的条带“Ⅰ”，按挡土墙检算偏心、强度及稳定性；b．检算端墙时取最不利部分“Ⅱ”作为“检算条带”，检算其截面偏心和强度；c．检算端墙与翼墙共同作用部分“Ⅲ”的滑动稳定性。有偏压的翼墙式洞门a．检算“Ⅰ”、“Ⅲ”部分中高者作为“检算条带”，检算其偏心、强度及稳定性；b．取“Ⅱ”部分作为“检算条带”，检算截面偏心及强度；c．取“abcde”部分作为端墙与挡墙共同作用检算其稳定性。挡翼墙式洞门取“Ⅰ”、“Ⅱ”部分（翼墙式和单侧挡墙式只取“Ⅰ”部分）端墙与挡墙或翼墙共同作用，检算其整体稳定性；翼墙的计算，取“Ⅲ”部分（按2.5m墙长之平均高度作为计算高度），按挡土墙检算偏心、强度及稳定性。隧道施工方法总揽明挖施工明挖法：将隧道上覆岩土体、围岩全部开挖，敞开浇筑隧道结构后重新回填形成暗埋隧道结构的施工方法。特点及适用条件：施工条件好，质量容易保证。适用于埋深浅，地面周边无道路和建筑物的情况。周边有建筑物时，应采取较强围护结构。盖挖法（盖挖顺作法、盖挖逆作法）：将隧址地表浅层开挖后迅速施工临时或永久盖板，在盖板的覆盖和保护下开挖岩土体，最终建成隧道的施工方法。按照隧道结构的施做顺序分为顺作法和逆作法。特点及适用条件：影响地表的时间短，施工条件较好，质量较容易保证。适用于城市内埋深浅，地面条件复杂，有道路、广场等不宜长期阻断、占用的情况。沉埋法：（管段预制、基槽处理→管段浮运→管段拼装→固定覆盖）在河底或海底浅埋隧道中，先在干坞内预支隧道管段，浮运至隧址区，将管段沉入到预处理好的水下地基中进行拼装、固定和覆盖的施工方法。特点及适用条件：可使水下隧道埋深很浅，管段质量容易保障，工艺要求很高。适用于埋深很浅、流速不大的海底或河底隧道。暗挖施工矿山法（传统矿山法、新奥法）：矿山法：采用钻孔爆破、人工、普通机械开挖围岩，然后施做隧道支护结构的施工方法。根据支护机理不同，可分为传统矿山法和新奥法。传统矿山法： 以松弛荷载理论为基础，隧道开挖后立即用木、型钢等进行刚性支撑，开挖一定长度后，撤换临时支撑，立模一次性浇筑整体式衬砌的施工方法。新奥法：以“岩承理论”为基础，以柔性支护（主要为锚喷支护）为主要手段，通过监控量测和优化设计，使围岩和支护结构发生适度可控的变形，既保护围岩的自稳能力，又充分发挥围岩承载能力的一种隧道修建方法。机械法（盾构法、掘进机法、顶进法）：盾构法：采用盾构机进行隧道施工的一种方法。特点及适用条件：机械化程度高、安全性好、质量容易控制、设备昂贵。适用于软土、土质、软岩地区的规模较大的工程。隧道掘进机法：采用隧道掘进机进行隧道施工的方法。特点及适用条件：机械化程度高、安全性好、质量容易控制、设备昂贵。适用于中硬岩中的规模较大的工程。顶进法：采用顶推设备将预制管段向前推进的隧道施工方法。特点及适用条件：机械化程度高、安全性好、质量容易控制。适用于软土中的中小断面的隧道。浅埋隧道施工方法：1、明挖法（放坡开挖，悬臂支护开挖，围护有支撑开挖）优点：可机械化施工，速度较快，施工较简单，质量有保证，安全可靠缺点：开挖及回填土方量大，对于有支撑的围护，支撑工艺较复杂2、地下连续墙（又可分为现浇地下连续墙，预制地下连续墙，排桩地下连续墙）优点：地下连续墙既可以作基坑开挖的围护结构，也快作为地下结构的一部分，由于其墙体刚度大，防渗性能好，能适应软土质条件，工程施工对周围土体扰动小，对周围建筑物影响小，施工振动小，噪音低，在狭窄场地也能安全施工。缺点：在钻孔或挖槽中要用泥浆护壁，防止坍塌，应随不同地质条件选用不同的挖槽机器，及护壁措施，有的需大型吊装设备，或施工速度较慢。3、盖挖法优点：结构水平位移小，结构板可作为基坑开挖的支撑，节省临时支撑，缩短占道时间，减小对地面的干扰，受外界气候影响小。缺点：出土不方便，板墙柱施工按头多，防水处理，工效低速度慢，结构框架形成之前，中间立柱能够支撑的上部荷载有限。4、浅埋暗挖法优点：是参考新奥法的基本原理，开挖中多用多种辅助措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，及时支护，封闭成环，与围岩共同形成联合支护体系，能有效的抑制围岩过大变形。缺点：应与其他方法进行经济技术比较，施工中必须严格控制地表的变形沉陷，要求要刚性支护或地层改良，也可按不同地质条件通过试验段的施工来指导设计施工。导坑定义：先行开挖，为后续开挖提分工施工便利的坑道。作用：1、为后续工作面创造临空面，提高爆破效果2、查明前方地质情况。3、排除地下水 2、铺设三管两线：水管，压缩风管，通风管，电线，运输线3、改善施工通风条件。隧道工程施工特点1、施工全过程受制于地质条件2、大型隐蔽工程3、施工环境差4、多处偏远山区5、工作面很少6、施工不受气候影响影响施工方法因素1、工程重要性2、工程地质与水文地质条件3、施工技术水平4、施工动力和原材料供应材料5、工程投资和运营后社会效益和经济效益6、对环境保护要求7、施工单位习惯做法新奥法施工基本原则少扰动，早喷锚，勤测量，紧封闭矿山法施工基本原则少扰动，早支撑，慎撤撸，快衬砌新奥法的基本假定围岩为均质、各向同性的连续介质；只考虑围岩自重的初始应力场；洞室为圆形，不考虑支护结构；洞室埋深较大，简化为无限体中的圆孔问题。新奥法原理的要点1、承载体系：支护结构+围岩2、少扰动围岩3、既允许又限制围岩变形4、复合衬砌式5、初期支护应尽量做成柔性6、要尽可能是结构圆顺7、进行有效的监控量侧8、通过“排堵措施”解决衬砌渗水新奥法理念要点核心思想：充分保护围岩的自稳能力；充分利用围岩的承载能力。实现方法：通过围岩和支护结构的适度可控变形来实现。技术手段：锚喷柔性支护；监控量测；动态设计施工。实现目标：合理的结构刚度；合适的施做时机。新奥法的施工方法1、全断面法 优点：工序少，互相干扰少，便于组织施工和管理，工作空间大，便于开展大型机械化施工，开挖一次成型，对围岩的扰动小，有利于围岩的稳定，施工进度快，是矿山法中进度最快的施工方法。1、台阶法（长台阶法，短台阶法，超短台阶法）共同特点：初期支护能尽快闭合。长台阶法：适用于范围较全断面法广泛，当全断面缺乏大型机械，或者短隧道施工调用大型机械不划算时，都可以考虑改用长台阶法，长台阶法一般用于1~3级围岩中的双线铁路隧道，或4级围岩中的单线铁路隧道，一级公路隧道中开挖宽度相当的隧道。短台阶法缺点是长度有限，出渣时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业，可以用于稳定性较差的围岩，主要用于5,、6级围岩。超短台阶法适用于在软弱地层中开挖的施工方法，一般在爆破施工难度较大的地层（如膨胀性围岩、地质底层等）中采用。2、分布开挖法（环形开挖留核心土法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法）环形开挖留核心土法（台阶分部开挖发、留核心土法）优点：开挖工作面稳定性较好，施工安全性好，施工速度可加快。适用于一般土质易坍塌的软弱围岩。单侧壁导坑法优点是明显的提高了围岩的稳定性，缺点是提高工程的造价。适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩。双侧壁导坑法特点是施工安全，但是进度慢，成本高。适用于在软弱围岩中，当隧道跨度更大，或因为环境要求，对地表沉陷需严格控制时。4、其它施工方法（中隔墙法，交叉中隔墙法）适用于软弱底层的施工方法，特别是对于控制地表沉陷有更好的效果，一般主要用于城市地铁隧道施工中。新奥法的施工工序（关键方法：信息化设计施工）新奥法相对传统矿山法的优势新奥法与传统矿山法相比，除了能节省大量木材外，还能及时施作，因而能够有效的控制围岩变形，并充分发挥围岩的承载能力，强调闭合支护使得新奥法更符合岩体力学的原则，有利于稳定围岩，控制爆破比常规爆破要优越得多，他能按设计要求有效的形成开挖轮廓线，并能将爆破对围岩的扰动降低到最低的程度，新奥法的分块在同样的条件下都要少于传统的矿山法，这是因为采用了喷锚支护的缘故。同时因为没有了矿山法中纵横交错的密布的木支撑，使得新奥法施工的工作空间大为扩展，给施工创造了有利条件。新奥法存在的难点无法计算和评价围岩的自稳能力和承载能力无法界定不同围岩条件下的柔性支护 无法计算围岩自稳能力和承载能力的发挥程度无法快速获取围岩与支护结构受力、变形信息无法快速应用量测结果评价和优化支护体系及其施工方法辅助施工措施（预支护措施、预加固措施）在钻爆发施工过程中，隧道随时可能会遇到开挖工作面不能自稳，或地表沉陷过大的情况，为了确保隧道工程顺利进行和施工安全，必须采用一定的工程措施对底层进行支护或预加固。称之为辅助施工措施。预支护措施：预留核心土，喷射混凝土封闭开挖工作面，超前锚杆，管棚，临时仰拱封底。预加固措施：顶注浆加固地层，地表锚喷与加固。洞口施工最关键的工序最关键的工序是进洞开挖。进洞开挖可采用的主要施工方法：1、全断面法进洞2、台阶法进洞3、其他进洞方法山岭隧道洞口施工的特点A）埋深浅B）地质条件差C）受地表水影响D）可能存在偏压E）要考虑环境、景观影响F）工序循环在准备、磨合阶段山岭隧道进洞施工方案1、刷坡进洞直接大刷坡进洞（洞口植被清表、边仰坡清危、边仰坡刷坡、边仰坡锚喷、切坡进洞）先拱后墙半明半暗进洞（上台阶拱圈明挖、拱圈初期支护、下台阶边墙暗挖、边墙初期支护、全断面二次衬砌、拱顶回填覆盖）2、不刷坡进洞强支护零开挖进洞（必要的地表加固、套拱及管棚施工、小断面小扰动开挖、洞内强支护、全断面二次衬砌）明洞暗做（明洞段回填、明洞段加固、明洞段暗挖、暗洞施工）掏槽先墙后拱强支护小扰动措施洞外强支护（地表注浆、地表锚固）洞内强超前（管棚加套拱、超前小导管）洞内小扰动（小断面、小进尺、人工、机械开挖或弱爆破）辅助措施（施工监控、地质预报）山岭隧道洞口段支护措施直接大刷坡进洞→边坡锚杆、锚索先拱后墙半明半暗进洞→边坡喷射混凝土强支护零开挖进洞→地表围岩注浆明洞暗做→超前小导管掏槽先墙后拱→地下连续墙钻爆发施工工序开挖，出渣，支护，衬砌为基本作业提供必要施工条件，并直接为基本作业服务的作业为辅助作业隧道爆破炮眼的种类 掏槽眼：（斜眼掏槽（垂直楔形掏槽、锥形掏槽）、直眼掏槽、螺旋掏槽）作用是爆破时让其最先起爆，为临近炮眼的爆破创造条件。辅助眼：扩大掏槽炮眼炸出的槽口，为周边炮眼的爆破创造空间。周边眼：作用是在于炸出一个合适的爆破轮廓爆破作用的影响分区压缩粉碎区（R1）抛掷区（R2）破坏区（R3）振动区（R4）装药结构正向装药将起爆药卷放在眼口第二个药卷位置上，雷管聚能穴朝向眼底，并用炮泥堵塞眼口。这种装药结构过去使用得较多。反向装药将起爆药卷放在眼底第二个药卷位置上，雷管聚能穴朝向眼口。国内外实践证明，反向装药结构能提高炮眼利用率；减少瞎炮率；减小石碴块度；增大抛掷能力和降低炸药消耗量。炮眼越深，反向装药的效果越好。光面爆破光面爆破是通过正确确定周边眼的各爆破参数，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的震动和破坏，尽可能维持围岩原有完整性和稳定性的爆破技术。光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼——辅助眼——周边眼——底板眼预裂爆破：预裂爆破实质上是光面爆破的一种，其爆破原理与光面爆破相同，只是分区起爆顺序不同。预裂爆破的分区起爆顺序为：周边眼——掏槽眼——辅助眼——底板眼。采用光面爆破和预裂爆破技术的作用作用是减少减小对围岩的扰动，爆破出理想的开挖轮廓。1、采用光面爆破的作用是尽可能保存围岩自身原有的承载能力，改善衬砌结构的受力状况；围岩壁面平整，较小了应力集中和局部落石现象，增加施工安全度；减小超挖和回填量，若与锚喷支护相结合，能节省大量混凝土数量，降低工程造价，加快施工进度。2、采用欲裂爆破的作用是较小单孔装药量，炸药分布比较均匀，对围岩的破坏扰动更小。隧道施工产生超欠挖的主要原因:1、围岩层理与节理2、测量放样误差3、炮眼开挖位置的准确性4、凿岩机体构造的影响5、爆破方法与参数控制超欠挖的主要措施1、根据地质条件选择合适的爆破方法和钻爆参数2、光面爆破应使用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的炸药3、测量放样要正确 1、加强钻孔技术管理、提高钻孔精度2、建立健全开挖、测量、爆破质量管理检查制度隧道洞内运输方式1、有轨运输优点：基本上不排出有害气体，对空气污染较轻，设备构造简单，容易制作，占用空间小而且固定等。缺点：轨道铺设较复杂，维修工作量大，调车作业复杂，开挖面延伸轨道影响正常装渣作业等。2、无轨运输优点：不需要铺设复杂的运输轨道，具有运输速度快，管理工作简单，配套设备少等。缺点：由于内燃机排放废气，对洞内空气污染较为严重，尤其在长隧道中使用时，需要强大的通风设备。装渣方式与机械人工、机械装渣，主要为机械按机械类型：轮式和履带式、翻斗式、蟹爪式、挖斗式、铲斗式监控量测的目的和意义目的：为评价围岩和支护结构的安全性提供依据为优化支护参数和施工方法提供依据为隧道运营养护收集资料为其它工程积累数据和经验为隧道科学研究提供数据意义：对于保证施工安全具有重要意义对降低工程造价有重要意义对实现新奥法理念有重要意义对隧道运营养护具有重要意义对于特殊工程设计和施工有重要指导意义对其它工程具有借鉴参考意义监控量测的内容及方法1、工程地质与支护状况的观测2、隧道地表沉降量测（在地表测试范围内埋设沉降量测点）3、隧道净空变化量测，位移量测（采用隧道金控变化测定计来进行）4、围岩内部位移测量（采用位移计测量）1、监测监视+测量+测试必测项目（保证施工安全，针对各种隧道简单、易实施）洞内、外观察周边位移拱顶下沉地表下沉选测项目（设计施工优化，代表性或特殊地段复杂、专业性强）围岩内部位移支护衬砌结构的压力与应力 锚杆轴力爆破震动围岩弹性波测试水压、水量测试1、控制分析+决策+评估监控量测的基本流程1、分析隧道工程特点，确定监测需求2、制定监测方案，订购各种仪器设备3、埋深测点或传感器4、观察、测量及测试5、分析、评估和决策（安全预警、优化建议、处治建议、效果反馈）6、资料汇编（服务运营）山岭隧道施工的特点A）地质信息不充分B）作业环境恶劣C）工序复杂D）隐蔽工程多，质量要求高山岭隧道施工的基本流程施工准备超前支护开挖初期支护防水层二次衬砌路面山岭隧道施工的常见问题A）围岩结构大变形或坍塌B）内轮廓不满足要求（侵限）C）结构裂损D）渗漏水E）强度不足山岭隧道开挖的基本要求高质量开挖的特点开挖轮廓符合设计，超挖小，无欠挖爆破强度低，围岩扰动强度小开挖次数少，围岩扰动次数少爆破下来的岩体块度适中，便于装渣运输高质量开挖的重要性有利于保证围岩稳定有利于保障工程质量有利于降低工程造价山岭隧道开挖工法一览1、全断面法（ 适用：稳定性很好、跨度不大的隧道。围岩稳定性差时，应采取预加固等辅助措施。）1、分部开挖1）台阶法上下台阶法（适用：围岩稳定性较差的隧道。围岩越差，台阶长度越短。）台阶分部法（下台阶分部法（适用：用上下台阶法可能导致上部支护失稳的围岩。）、上台阶分部法（适用：围岩松软，可以人工或机械开挖；稳定性差，掌子面可能纵向滑落。））2）导洞法侧壁导洞法（适用：围岩稳定性较差的大跨度隧道。）双侧壁导洞法（适用：围岩稳定性很差的大跨度隧道。）中导洞法和三导洞法超前支护的概念超前支护是指在隧道围岩稳定性不能满足开挖、支护作业的安全要求时，在开挖前先对掌子面前方岩土体进行预支护或预加固的工作。超前支护的作用防止掌子面坍塌防止开挖过程坍塌防止支护过程坍塌超前支护的主要类型围岩注浆超前管棚（注浆）超前小导管（注浆）超前锚杆（注浆）冻结法围岩注浆的概念围岩注浆是指通过一定的机械设备和工艺手段，将配制好的浆液压入岩土体中，用于固结松散颗粒和节理裂隙,充填、封堵渗水通道的地层改良工作。围岩注浆的作用机理与类型1、围岩加固注浆(胶结不连续岩土体；挤密、换填、固结。)常压渗入注浆高压劈裂注浆高压压密注浆高压旋喷注浆2、围岩堵水注浆（封堵各种渗水通道）3、隧道工程注浆地表注浆洞内围岩注浆（洞周超前注浆、掌子面超前注浆、洞周径向注浆）管棚的概念管棚是环向布设在隧道开挖轮廓线以外、用直径较大、长度较长的钢管构成的，以较小的外插角向前插入岩土体中的一种超前支护结构。管棚的作用机理利用大直径钢管的刚度利用长钢管的穿透性利用环向小间距形成棚护利用前后两端形成梁效应 管棚的施工顺序套拱基础开挖套拱工字钢架设孔口管及钢筋安装立模浇筑套拱钻孔安装钢管注浆、封堵管棚质量控制要点先套拱后钻孔钻孔角度钢管连接质量超前小导管：主要利用刚度，起到棚护作用超前锚杆：主要利用抗拉能力，起到加固围岩作用初期支护常用手段喷射混凝土锚杆钢支撑钢筋网初期支护作用与要求保持围岩稳定，约束围岩变形控制围岩压力的释放，并承担部分围压压力为防水层施工提供良好条件强度、刚度、平整度喷射混凝土的作用机理填平围岩表面，减少应力集中封闭围岩表面，阻止围岩风化与其它支护手段共同承载喷射混凝土的特点施工速度快强度形成快与围岩密贴无需模板喷射混凝土施工工艺喷射工艺干喷：将砂石水泥按一定比例干拌均匀投入喷射机，同时加入速凝剂，用高压空气将混合料送到喷头，再在该处与高压水混合后以高速喷射到岩面上。湿喷：用湿喷机压送拌和好的混凝土，在喷头出添加液态速凝剂，再喷到岩面上。潮喷：将砂石料预加水，时期浸润成潮湿状，再加水泥拌和均匀，从而降低上料和喷射时的粉尘，其工艺流程同干喷。混合喷工艺流程：喷射混凝土的施工准备 施喷作业喷射混凝土的养护钢纤维喷射混凝土工艺喷射顺序（分块、分层）喷射混凝土质量控制要点超挖回填不规范厚度不足回弹料重复使用平整度不满足要求锚杆的作用机理直接悬吊组合梁作用内压加固作用直接抗剪作用注浆加固作用锚杆支护效应1、悬吊效应2、组合梁效应3、加固效应锚杆种类1、机械式锚杆：结构构造简单、容易加工、施工安装方便2、粘结式锚杆：在整个钻孔壁上岩体与杆体紧密连接，具有较高的锚固力，抗冲击和抗震动性能好，对围岩的适应性强，而且结构简单，加工安装方便，价格便宜。3、自进式中空注浆锚杆：具有抗剪强度高，防塌孔，注浆饱满，操作简便施工快速和锚固质量好的优点，目前被广泛应用。锚杆施工质量控制要点锚杆长度和数量注浆饱满度锚固力分布钢支撑作用机理柔性支护的刚度补充超前支护的后支点钢支撑常见类型格栅工字钢U型钢钢管钢支撑质量控制要点拱脚（基底）牢固连接圆顺、牢固二次衬砌的作用承受围岩压力、地下水压力保证围岩稳定降低通风阻力 提高照明质量改善驾驶员行车心理二次衬砌施工工艺初期支护内轮廓检查处理防水层铺挂衬砌基础清理模板检查混凝土浇筑拆模养生二次衬砌施工缝防水止水条防水背贴式止水带防水中埋式止水带防水膨胀性围岩及其特性膨胀性围岩：含有大量亲水矿物（如蒙脱石）的岩体或处于高地应力状态的岩体，吸水或开挖后体积显著膨胀的围岩。特征：吸水膨胀失水崩解卸荷膨胀显著流变特性膨胀性围岩对隧道的危害围岩开裂：吸水或卸荷可导致膨胀开裂；失水干缩也可导致崩解、开裂。隧道下沉：（承载力低）围岩大变形：（挤出、收敛、底鼓或坍塌）结构大变形：（裂损或大幅下沉、收敛）膨胀性围岩隧道的施工对策放：挖小断面释放高应力；增大预留变形量，允许发生较大变形。抗：强支护手段（永久的或临时的）岩溶现象及类型岩溶现象：可溶性岩层，如石灰岩、白云岩等，在水的作用下产生沟槽、空洞以及地表陷穴等现象。溶洞类型：死、活干、湿大、小岩溶对隧道的危害涌水突泥 塌方难以跨越结构不安全隧道遇到溶洞时常用处理方法：引、堵、越、绕引：遇到暗河或者溶洞有水流时，宜排不宜堵。应在查明水源流向及其与隧道位置的关系后，用暗管、涵管或者小桥等设施宣泄水流，或开凿泄水洞降水排出洞外。堵：对已停止发育、路径较小、无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及填充情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石回填封闭；或加深边墙基础，加固隧道底部。越：当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，课加深该侧的边墙基础通过。隧道底部遇有较大溶洞并有水流时，可在隧道底部以下砌筑圬工承重墙，支撑结构，跨越而过，在承重墙内应该套设涵管引排溶洞水。隧道过墙部分遇到较大、较深溶洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙部位或隧道底以下筑拱跨过。隧道穿过大型溶洞，情况复杂时，可根据情况，采用边墙梁、行车梁等，由设计单位负责进行特殊设计后再施工。绕：个别溶洞处理耗时且困难时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道前方的施工，以节省时间，加快施工进度，同时处理溶洞。绕行开挖迂回导坑时，应于溶洞保持一定的间距，以防止洞壁失稳塌方控制措施喷射混凝土封闭塌体喷射混凝土封闭塌腔表面堆载回填塌体注浆临时支撑塌方影响段塌方加固措施超前管棚或超前小导管围岩注浆塌腔内锚杆塌方处治辅助措施塌腔分层、分时段回填小断面、短进尺、少扰动结构加强、防排水加强软弱地基隧道的概念底部围岩承载力不足的隧道。软基隧道存在的问题设计计算时一般验算隧道整体结构，对施工过程缺乏考虑；公路和铁路隧道相关勘察设计和施工规范无有明确要求；工程实践中地基承载力不足问题时有发生。软基隧道的界定基本定义：地基承载力不能满足要求；具体理解：与施工工序相关 与时间相关是一个相对概念软弱地基隧道的常见病害1）整体下沉2）不均匀沉降3）底鼓4）支护结构损伤5）渗漏水6）路面破坏7）路面错台8）地表沉降及开裂9）其它软弱地基隧道的处治方法辅助导坑的作用A）增加作业面，加快施工速度、缩短工期B）改善施工条件、减少施工干扰C）合理布设管线、线路辅助导坑的类型A）横洞适用于傍山隧道（必须地形允许），施工方便，利用方便，为辅助导坑优选方案B）平行导坑工程量大，一般适用于地质条件十分复杂的隧道，起到提前探明地质的作用C）斜竖井隧道施工辅助作业内容施工通风与防尘压缩空气供应施工供水与排水施工供电与照明等施工通风的目的A）冲淡和更换有害气体B）保证新鲜空气的供给C）降低粉尘浓度D）降低洞内温度施工通风方式A）风管式通风设备简单，灵活方便，易于拆卸，但由于断面小，随着管路的加长，通风阻力将增大风管式通风是用软管作风道，又可分为压入式、抽出式和混合式三种型式。B）巷道式通风适用于有平行导坑的长隧道，特点是通过最前面的横通道，是正洞和平行导坑组成一个循环风流系统，在平导坑口附近安装通风机，将污浊空气由平行导坑抽出，新鲜空气由正洞流入，形成循环风洞。C)风墙式通风 这种通风方式是利用隧道成洞部分空间，用砖砌或木板隔出一条风道，代替大直径风管，以缩短风管长度，而又能增大供风量满足通风要。压缩空气作用压缩空气——称高压气，即经空气压缩机后的具有一定压力的空气。要保证风动机械设备正常运转，压缩空气必须具有足够的风量和风压。空压机站组成空压机；配电设备；储风缸（俗称风包）；送风管及其配件；循环水池（用于冷却空压机）。高压风管直径选择要求能通过计算的最大供风量；送风管末端的风压不小于0.6Mpa，以保证高压风通过胶管到达风动机械后仍能保持0.5Mpa的风压，即风压损失为0.1Mpa施工供水A）用水量估计施工用水量应根据工程情况、机械用水量、施工进度、施工人员人数、气候等确定。B）供水方式施工供水来源常用的有：山上自流水或泉水；河水；钻井取水。由上述水源自流引导或用水泵提升至蓄水池存储，并通过管路送达使用地点。C）供水设备配置蓄水池：水池位置应选择在基底坚固的山上，并避开隧道洞顶，以防止水池下沉开裂和漏水渗入隧道，造成山体滑动或洞内塌方。水池与工作面的高差，以达到开挖面的水压不小于0.3MPa为准蓄水池容积的确定：若利用高山自流水供水，水源流量大于用水高峰耗水量时，则水池容积约为20～30m3；若水源流量小于耗水量时，则需根据每台班最大耗水量，并考虑必要贮备，计算水池容积。洞内施工排水类型顺坡排水：两侧开挖排水边沟，顺路线排出。反坡排水：分段开挖反坡侧沟；较长距离开挖集水坑。施工组织设计施工组织设计是针对施工过程的复杂性，用系统的思想并遵循技术经济规律，对拟建工程的各阶段、各环节以及所需的各种资源进行统筹安排的计划管理行为。施工组织设计目的保证工程按设计要求的质量、计划规定的进度和低于设计预算或合同价格的成本，安全顺利地完成施工任务。施工组织设计要求1）实现人力、资金、材料、机械和施工方法的合理安排；2）建设项目能够连续、均衡、协调的进行施工，满足工期、质量、投资等方面的要求。隧道施工组织设计阶段与类型划分1、初步施工组织设计投标阶段：根据设计文件和单位情况2、指导性施工组织设计施工准备阶段：根据现场情况进行修订3、实施性施工组织设计施工阶段：根据实际工程量、人员、机械，地形地质条件详细确定 施工组织设计主要内容1）工程概况2）现场地形、地貌、地质和水文资料3）编制依据及原则4）施工准备及临时设施5）任务划分、工期和劳动力组织6）机械配备情况7）主要施工方案8）特殊地段施工方案9）通风、排水、供电10）新技术、新工艺11）方针目标及技术保障措施12）质量、安全保障体系隧道施工的岩爆围岩表免费阿生爆裂声，并有大小不等的片状岩块弹射剥落出来，这种现象称为岩爆。产生岩爆的决定性因素主要是因为在埋深较深的岩层中岩层脆性且储存有足够的能量（地应力很大）随着施工爆破扰动原岩，岩体受到破坏，在掌子面附近突然释放潜能，产生脆性破坏，起决定因素是岩性条件和地应力的大小隧道掘进机的施工特点优点掘进机制施工特点是掘进速度快、机械化程度高、显著改善施工环境，劳动条件好、节省劳动力、围岩扰动小、对环境影响小等。缺点：主机重量大，运输不方便，安装工作量大，需要现场有良好的运输、装卸条件以及40T~100T的大型起重设备，特别对地质条件的适应性不如常规钻爆法。全断面掘进机的类型和基本构造全断面掘进机的类型：开敞式掘进机、护盾式掘进机。基本构造：掘进刀盘，护盾，驱动组件，出渣运送机，推进千斤顶。全断面掘进机的破岩机理掘进时，切削刀盘上的滚刀沿岩石开挖面滚动，刀削刀盘均匀的对每个滚刀施加压力，形成对岩面的滚动挤压，刀削刀盘每转动一圈，就会贯入岩面一定深度，在滚刀刀刃与岩石接触处，岩石被挤压成粉末，从这个区域开始，裂缝向相邻的切割槽扩展，进而形成片状石渣，从而实现破岩。全断面掘进施工时如何进行围岩支护掘进施工时全断面掘进机中，护盾式掘进机一般采用圆形管片衬砌，衬砌分为5~7块管片，在洞内拼装完成的，当围岩允许承载力低，撑靴不能支撑岩面时，可利用尾部推力千斤顶，顶推已安装的管片获得推进反力，开敞式掘进机施工时，可先施作初期支护，然后浇灌二次模筑混凝土永久性衬砌，即复合式衬砌，其底部为预制仰拱块。为何地质超前预报对掘进机法施工特别重要在掘进机施工中也会发生一些意外的事故，甚至较大事故，如开挖面大规模塌方造成机件被埋，洞壁围岩变形卡主机体，突发大量涌水淹没机体和工作面等，造成这些事故的主要原因是事先地质勘察不明，施工地质预报不及时，由此造成了严重的施工延误，工程费用也增加很大，因而要引起高度重视地质超前预报。高铁隧道产生的空气动力学效应产生瞬变压力，微气压波等空气动力学效应 阻塞比阻塞比是采用列车横断面积与隧道横断面积的比值如何克服空气动力学的不良效应影响1.扩大隧道断面和减小阻塞比2.设置洞口缓冲结构（采用斜切式洞口）3.设置通风竖井4.修建平行辅助隧道施工进度图横道图，垂直图，网络图隧道施工作业方式顺序作业，平行作业，流水作业隧道病害主要原因地下水，围岩的恶化，设计有不合理的地方，施工未按设计要求进行隧道病害的整治内容衬砌裂损和洞内漏水衬砌发生裂损后整治措施1.衬砌背后压浆加固2.嵌补3.套拱4.嵌钢拱架5.全拱更换6.增设仰拱或水平支撑7.锚喷加固隧道检查工作项目1.洞口及其附近的检查2.洞门检查3.洞内检查