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隧道复习资料

隧道施工技术

第一章 绪论
一、 隧道与隧道工程
二、 隧道的分类
三、 隧道的构成与隧道施工技术的发展
一、1.隧道：指修筑在地下或山体内部两端有出入口供车辆、行人、水流及管道线等通过的管道。
2.我国目前隧道状况：
（1）铁路隧道
（2）长大隧道 （≥10km）
（3）地下铁
3.隧道的优点
（1）利用隧道可以实现各种运输线路，直线穿越山岭而不必盘山绕岭。
（2）不占用地面空间。
二、隧道的分类
1．按隧道所处的地质条件：土质隧道、石质隧道。
2. 按隧道的长度分： 短隧道： （铁、公：L≤500m）；
中长隧道： （铁：500m＜L≤1000m）
（公：500m＜L≤1000m）
长隧道： （铁：3000m＜L≤10000m）
（公：1000m＜L≤3000m）
特长隧道： （铁：＞ 10000m）
（公：＞3000m）
3.按断面积的大小分：极小断面隧道、小断面隧道、中等断面隧道、大断面隧道、特大断面隧道。
4.按隧道所在的位置：山岭隧道、水底隧道、城市隧道。
5.按隧道埋置深度：浅埋隧道、深埋隧道。
6.按隧道的用途：交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道
交通隧道：铁路 公路 水底 城市隧道
水工隧道：引水 排水 导流或泄洪 排沙隧道
市政隧道：给水 污水 管路 人防隧道
矿山隧道：运输 巷道 给水 通风隧道
7.按隧道的截面形状分：圆形 椭圆形 矩形 双孔 双层 马蹄形
三、隧道的构成和隧道施工技术的发展
1．隧道的构成：
（1）主体结构：围岩 支护
初期支护：喷射混泥土、锚杆、钢筋网、喷射钢纤、维混泥土、钢支撑等结构组合
2.隧道施工技术的发展
（1）矿山法：钻孔—装药—爆破—通风—出渣
先拱后墙法，先墙后拱法
（2）明挖法：在露天的路堑地面上或是从地表向下开挖的基坑内先修筑衬砌结构物，然后敷设外贴或防水层再回填覆盖土石。
明挖法施工工序：降低地下水位—边坡支护—土方开挖—结构施工及防水工程。
（3）掘进机法：利用隧道掘进在岩石地层中暗挖隧道的一种方法。
（4）盾构法：将盾构机械在地中推进。
（5）沉管法：施工顺序在船台上或干坞中制作隧道管道；‚管道两端用临时封墙密封后滑移下水；ƒ将管道拖运到隧道的设计位置„下沉管道…连接管道†拆封墙

第二章 围岩分级与围岩压力
一、 围岩分级
原岩：未经人工扰动的岩体。
围岩：隧道开挖后对其稳定性或定量指标。
指标：物理力学参数、自稳能力、所能承受的极限荷载。
基本分类因素：（如：坚硬完整度等）→岩体基本质量
分类修正因素（如地下水等）

岩体物理参数
围岩类别 围岩加固支护措施
自稳能力
分类因素
第Ⅰ类：与岩石有关的系数、强度、变形模量等。
第Ⅱ类：与地质构造有关。
第Ⅲ类：与地下水有关要素。
由第Ⅰ类因素：
（1） 岩石强度
（2） 岩石的物性指标为基础
岩体的完整性：
基本质量指标：BQ=90+3Rc+250Kv
Rc：岩体单轴饱和抗压强度。
Kv：岩体的完整系数。
Ⅰ、BQ＞550
Ⅱ、450＜BQ＜550
Ⅲ、350＜BQ＜450
Ⅳ、250＜BQ＜350
Ⅴ、BQ≤250
铁路围岩分类：以围岩稳定为基础，按弹性纵坡速度。
二、 围岩压力
（1） 影响因素：a、岩体初始状态应力分布；
b、岩体的物理力学性质；
c、岩体结构；
d、工程性质；
e、支护结构类型和支护时间。
松土压力的四个阶段：
（1） 变形阶段：顶板开始沉陷，出现拉断裂纹
（2） 松土阶段：裂纹扩张，结构松动
（3） 塌落阶段：结构逐步坍落
（4） 成拱阶段：
2.围岩压力的计算
（1）深埋、浅埋隧道的判定原则Hp=（2－2.5）ha
Hp：深埋隧道与浅埋隧道的分界的埋深
ha：隧道实际塌方体统计平均高度
单线：ha=0.41×1.79
双线：ha=0.45×α41w
w：开挖宽度影响系数。以B=5m为基准t=1m时，
w=1+i（B－5），当B＜5，i=0.2 当B＞5，i=0.1
（2）深埋隧道的围岩压力
Ⅰ、垂直均布压力作用q=δ∙h 当h≤ha时，q=γ∙h
e1= γhτ，e2=γτ（h+ht），τ=tan（45°－σ2）2

第三章 隧道的基本构造
一、 隧道主体建筑物
1、 直线隧道净空
2、 洞身衬砌：
（1） 模板砌筑混泥土整体衬砌。优点：对地质条件适应性强，易于按照需要成形。曲墙式使用条件：地质条件较差，土层软散，强度低
（2） 装配式衬砌：将预制节段运输拼装完成后即可受力
（3） 锚喷支护
（4） 复合式衬砌
喷锚支护与混泥土衬砌
‚喷锚支护与喷射混泥土
ƒ钢拱喷射混泥土与混泥土
„装配式衬砌和混泥土衬砌
3、 衬砌材料
要求：足够的强度、刚度、稳定性，在某些情况下具有抗渗性、抗冻性等。
（1） 混泥土：优点：抗压强度高，整体性好，施工方便，抗渗性好，可掺加化学试剂。
（2） 锚喷混泥土：强度高；‚施工效率高；ƒ受力性能好；„省去支架模板，经济。
（3） 锚标：机械型，粘结型。
（4） 钢筋混泥土
（5） 石料：经济、就地取材、渗水性差、强度低、施工效率低。
4、 明洞
（1） 拱式明洞
适用条件：类型：路堑式拱式明洞，半路堑式拱式明洞
（2） 棚式明洞
适用条件：山坡外侧路堑低下，山坡坍方落石数量少，山体侧压力大
（3） 箱形明洞
道床：轨枕下面路基面上铺砌的石磕，道磕外面层。
盲沟：在路基或地基内设置的充填碎砾石等粗粒材料，并铺以滤层的排水、截水暗沟。

第四章 隧道施工方法
第一节 概述
一、 选择施工方法的原则：
（1） 施工安全
（2） 结合设计文件及环境条件来选择
（3） 在地质变换频繁考虑变化性，必要时作出调整
（4） 尽量采用新工艺，新技术，设备等。
第二节 新奥法
1、新奥法三个过程：设计，施工，量测。
2、新奥法实施过程的基本要点：
（1） 开挖尽量采用光面爆破成预裂爆破采用大断面或较大断面开挖减少扰动；
（2） 充分发挥围岩的支护作用；
（3） 根据围岩采用不同的支护类型和参数及时施作密贴于围岩的类性喷射混泥土和锚形杆初期支护以控制围岩变形；
（4） 尽量使隧道周边轮廓圆顺避免棱角突变处应力集中；
（5） 在施工过程中对围岩和支护的动态观察、量测，合理安排施工方法，工序，进行设计变更，保证施工质量。
3、新奥法施工原则：
（1） 充分考虑岩体的力学性质；
（2） 在适当时机构造适当的支护，避免出现不利的应力、应变状态；
（3） 对软弱岩层必须结构筑一个闭合的支护结构；
（4） 由现场量测监控围岩动态，根据允许变形量求得最适合的支护结构。
4、锚喷层【喷射层】
（1） 防护加固围岩，使围岩强度提高
（2） 改善围岩的受力状态
5、锚杆
（1） 悬吊作用
（2） 减跨作用，减少柔压跨径
（3） 锚杆组合作用
（4） 挤压加固作用
6、量测
（1） 掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计、指导施工
（2） 预见事故和险情以便于及时采取补救措施
（3） 积累资料为以后的设计提供类比依据
7、量测内容
（1） 隧道内的目测观察
（2） 隧道内空的变位测量
（3） 拱顶下沉量
（4） 锚杆下拉力
8、当稳定性不能达到要求时：
（1） 加强支护
①加密锚杆 ②加厚混泥土层 ③采用临时仰拱
（2） 当地质水文发生变化
① 更改设计参数
9、新奥法的优点：
（1）充分发挥围岩自身能力；
（2）减小了混泥土的厚度，较经济；
（3）施工工艺简单，机械化程度高。
第三节 隧道开挖方法
一、 全断面法
1、 适用条件：①围岩坚硬 ②隧道长度长
2、 施工工序：施工准备→钻眼→装药连接引爆网路→爆破边墙初期支护←拱部初期支护←清除爆渣通风
3、 优点：①便于机械化作业 ②施工效率高 ③扰动次数少
缺点：①对围岩的扰动大 ②稳定性低
二、 台阶法【长台阶法、短台阶法、超短台阶法】
1、 长台阶法：（L﹥50m或L﹥5d）
施工顺序：施工准备→钻眼装药→引爆上半断面→拱部支护→钻眼装药→爆破→边墙支护
优点：①有足够的工作空间 ②开挖面较全断面法稳定
缺点：①需要支护闭合时间较长
2、 短台阶法：（1–1.5d<L<5d或5m<L<50m）
适用条件：Ⅰ—Ⅴ级围岩，尤其Ⅳ—Ⅴ级
优点：①缩短支护闭合时间 ②有利于控制隧道收敛速度（收敛：隧道周边各点趋向于围岩中心变形）
3、 超短台阶法：（L：3—5m）
（1） 施工工序：开挖上半断面→拱部支护→开挖下半断面→边墙支护→开挖水边→放仰拱→二次衬砌
（2） 适用条件：软弱地基，膨胀特工
（3） 优点：闭合时间短，利于稳定
缺点：干扰大，效率低
三、 分部开挖法
1、 台阶分部开挖法
优点：①施工安全 ②开挖断面稳定性好 ③机械化效率高
2、 单侧壁导坑法
3、 双侧壁导坑法
适用条件：Ⅴ—Ⅵ级围岩浅埋
优点：闭合，施工安全
4、 中隔壁法
第四节 洞口和明洞施工
1、 部分明挖拱墙交错法
① 先做外侧边墙法 ②挖开灌边墙法
2、 施工工序：挖槽→灌注槽边混泥土→下放钢筋→灌注部分边墙混泥土→开挖拱部上→拱部→四填土→开挖下部剩余→作剩余墙体。
第五节 浅埋暗挖法
一、 实施过程
将钢管打入地层→注入水泥化学浆液加固→短进尺开挖（0.5～1.0m）→初期支护→防水层→二期支护。
三、 适用范围
优点：①适用广 ②断面形式多 ③较盾构法经济 ④不占用地面空间
第五章 隧道开挖
第一节
钻眼→装药→引爆→出渣。
钻眼爆破的满足条件：（1）形状、尺寸符合要求，岩向平整，误差符合要求。（2）扰动小
第二节 爆破的一般知识
一、 炸药的性能
1、 敏感度：对外界能的需要程度
2、 爆力
3、 猛度
4、 殉爆距离
二、起爆方法和起爆材料
1、火雷管起爆法
2、电雷管起爆法
3、导爆索起爆法
4、导爆管起爆法 塑料导爆管——非电雷管起爆系统
第三节 隧道的爆破设计
一、 炮眼布置
1、掏槽眼 2、辅助眼 3、周边眼
二、炮眼的布置原则和方法
1、最好（小抵抗线）装药重心到自由面的最短距离
2、掏槽形式：斜眼掏槽
三、钻爆设计内容
1、炮眼数量
①掘进面大小和岩石坚固性系数N=3.33fs2
② 根据每循环的炸药量和每个炮眼装药量N=ksαγ
2、爆破参数
单位消耗量，总消耗量
单位消耗量：爆破每立方米原岩所需的炸药量
3、 炮眼深度
（1） 一般取握进高度的0.5—0.8倍
（2） 采用机具机械化程度不高时1.5—3.0m
（3） 大型机械：5m
（4） 装药结构
第六章 支护
第一节 初期支护
一、 喷射混泥土
1、 喷射方式：①干喷 ②湿喷
① 干喷：
优点：操作简单、早期强度高。
缺点：混泥土拌合不均匀，作业面灰大。
② 湿喷：

优点：混泥土拌合均匀、灰面大
缺点：不易操作，机械化程度高，传递距离不易控制
影响混泥土质量和力学性质的因素：水泥标号，水灰比，骨料，添加料，搅拌机，喷射方式。

2、 喷射混泥土的材料和组成
材料：①水泥：≧32.5MPa ，≧42.5MPa （特殊）；②砂子：中砂、粗中砂、细度模数≧2.5%；③石子：碎石、卵石、最大粒径≦13d管；④速凝剂：液体≦5%水泥用量；⑤水。

（1） 配合比和水灰比：
配合比
水泥
砂子
石子
拱部
1
2
1.5—2.0
边墙
1
2—2.5
2.0—2.5
水灰比
0.4——0.6之间
3、 喷射混泥土的机械设备
（1） 混泥土喷射机
① 双罐式 ② 转盘式 ③ 转体式 ④ 螺旋式
（2） 搅拌机：强制式
（3） 空气压缩机
（4） 机械手：手部运动机构控制系统
4、 喷射混泥土施工
（1） 施工准备：材料，机具，场地
（2） 喷射：
① 喷嘴到岩面的距离和喷射角度；
② 喷射厚度及喷射间歇时间；
③ 喷射分区与喷射顺序。
（3） 堵管问题处理
（4） 喷枪头操作注意事项
（5） 喷射混泥土的养护
（6） 喷射混泥土的质量检查
二、钢纤维喷射混泥土
三、锚杆
1、锚杆支护原理：①悬吊 ②组合 ③加固
2、锚杆的种类：①机械式锚固锚杆 ②黏结式锚固锚杆
3、锚杆的布置：①局部布置 ②系统布置
4、锚杆的施工：①砂浆锚杆 ②中空注浆锚杆
四、钢架支撑
1、型钢钢架
2、格栅网构钢架
第十二章 盾构
一、 定义：是一种钢制活动防护装置，是通过软弱含水层，特别是河底、海底以及城市中心修筑隧道的一种机械。
优点：（1）施工安全；（2）干扰小；（3）受干扰小；（4）施工管理容易机械化程度高；（5）不受季节影响。
二、盾构的构成：
1、盾构壳体：切口环、支撑环、盾尾
2、开挖系统：刀盘、螺旋输送机
3、推进系统
4、衬砌拼装系统：杠杆式拼装机
三、盾构的种类
1、全敞开式盾构
特点：掘削面敞露挖掘是干状态出土效率高用于稳定土层，对于自稳性差的冲积地层辅以压气降水，注浆加固等措施。
（1） 手掘式盾构;（2）半机械式盾构；（3）机械式盾构
2、半敞开式盾构
（1）挤压式盾构；（2）网格式盾构
3、闭胸式盾构
（1）局部气压盾构；（2）泥水加压平衡盾构；（3）土压平衡盾构；（4）复合式盾构机。
4、异形式盾构
（1）多圆断面盾构；（2）方形盾构
四、盾构法施工程序：课本P213页。
补充说明：计算题：围岩压力计算课本P18页例题1—1
曲线隧道净空加宽计算课本P22页过程。

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