中国隧道及地下工程修建技术.ppt.ppt

中国隧道及地下工程修建技术,王梦恕二一年七月,目 录,第一章 总论开创性地提出中国隧道及地下工程设计施工的基本原则，形成较完整的中国隧道修建法。第二章 钻爆法隧道施工技术系统论述了钻爆法隧道施工的新理念及四条主要作业线（钻爆开挖、运输、初期支护、二次衬砌作业线）和三条辅助作业线（施工通风、防水、测量量测作业线）。第三章 特殊围岩隧道施工与地质灾害防治要点针对各种不良地质条件，提出针对性的施工措施，同时强调应开展综合超前地质预报。第四章 浅埋暗挖施工技术进一步完善拓展了其应用范围，尤其是特殊条件下的浅埋暗挖隧道施工，包括邻近既有线、桩基托换、有水条件下等复杂条件。第五章 明挖法设计与施工针对近年施工中出现的安全风险，优化了围护结构、支撑体系设计参数，提出了开挖支护、主体结构施工的关键控制技术。第六章 开敞式岩石掘进机与复合衬砌施工明确了山岭隧道施工应优先采用开敞式掘进机，不宜采用双护盾掘进机。,第七章 盾构法设计与施工对盾构机选型及设计关键点、设计的主要理念和方法、施工关键技术进行全面论述。第八章 沉埋管段隧道修建技术论述了干坞工程、管节制作、基槽开挖与回填、管节浮运、沉放、对接、基础处理等施工关键技术。第九章 辅助施工方法对注浆法、降水法、岩溶地区释能降压法等进行论述，首次提出先注浆后冷冻法、释能降压法。第十章 水下隧道分析了选择水下隧道的优势，对各种条件下的水下隧道施工方法进行了对比分析。第十一章 隧道及地下工程建设风险管理分析了建设工程各阶段的风险及现阶段风险管理存在的问题，提出了隧道及地下工程安全风险管理需进一步研究的问题。重点提出了明挖法、浅埋暗挖法、盾构法及水下隧道钻爆法施工风险管理的要点。,第一章 总论,人类正面临着人口、土地、能源、水资源、环境、气候六大挑战。我们必须把控制人口，节约能源，保护环境放在重要位置。为此，我们必须优化经济结构，合理利用资源、协调地区发展、提高人口素质，彻底清除贫困。地下工程建设是最符合上述可持续发展要求的建设领域之一。随着城市规模不断扩大，人口增多，有大量的交通、房屋要建，我们每天都看到大片良田被钢筋混凝土所取代。这种摊煎饼扩大城市发展模式是与可持续发展目标相违背的落后的发展模式。能否把地面沃土多留点给农业生产和居住环境，把地下岩土多开发点给道路交通、工厂和仓库，从而将城市向地下空间发展成为人类在地球上做为安全舒适生活的第二个空间，地下空间作为人类唾手可得的资源已摆在我们面前，这个问题是值得我们重视的。,第一节 中国将是引领世界隧道及地下工程修建技术的国家,今天，中国已是世界上隧道及地下工程规模大、数量最多、地质条件和结构形式最复杂、修建技术发展速度最快的国家，技术水平与建设成就必将走在世界前列：首先，随着我国经济建设的高速发展，高速增长的资源流动性和速度需求，使得全国交通路网建设呈现迅猛的发展态势。路网设计中出现了大量的深埋长大山岭隧道和浅埋城市地下铁道，隧道穿越地层的复杂程度加剧，建设难度更大；大量高速路网的兴建，对隧道设计标准有了大幅提高，隧道修建技术面临新的挑战，需要大量的研究与创新；其次，改革开放政策使得国际交流广泛增长，我国与世界各国间的交通联系也在加强。拟建的我国西大门的欧亚大陆桥（图1-1），将使我们与东南亚、中东、欧洲的距离大大缩短，而泛亚铁路（图1-2）则是昆明至新加坡境内的一条国际通道，是我国通往东南亚各国的铁路通道。这些联接邻国的国际大通道需要大量的隧道穿越。,图1-1 欧亚大陆桥规划示意图,图1-2 泛亚铁路国际通道,隧道既是铁路、公路、城市地铁等交通路网的重要组成部分，也是地下空间利用的基本形式。由于其占地少，无污染、使用可再生能源等优点，隧道与地下工程被誉为“绿色工程”。1996年4月在美国华盛顿召开的“国际隧协第22届年会和学术讨论会”，重点讨论了隧道及地下工程在可持续发展战略中的重要性。会上，确定了隧道及地下工程在国民经济发展中的重要地位，确定了二十一世纪地下工程是作为资源开发的世纪，地下空间是人类生存活动的第二个空间。一些有识之士已把对地下空间开发利用作为解决城市资源与环境危机的重要措施，作为解决我国可持续性发展的重要途径。可以预测，21世纪末将有1/3的世界人口将工作、生活在地下空间中。大量隧道及地下工程项目的建设，为多种施工方法的应用提供了广阔的舞台。建设过程将广泛吸纳世界各国先进的建设理念、方法与技术；引进大量先进的机械设备，并在此基础上实现自主创新、设计与制造。今后通过在工程建设实践的过程中不断创新，必将逐步形成具有我国特色的隧道与地下工程修建的许多方法与技术体系，使我国隧道与地下工程修建技术进入跨越性发展的轨道，成为引领世界隧道及地下工程修建技术的国家。,一、我国隧道及地下工程建设成就与发展,自1888年我国修建的第一条隧道狮球岭隧道以来，经过120余年艰难曲折的发展历程，中国隧道修建技术从大瑶山双线铁路隧道开始采用新原理、新方法、新结构、新技术、新设备、新工艺全面建成开始，已步入了世界先进水平的行列，在勘测设计、施工、运营、科研等方面取得了许多重大的成就和创新。经济建设的快速发展为地下工程描绘了广阔的发展前景。随着城市人口密度的加大和工业化进程的加快，为缓解或从根本上解决由此带来的城市交通压力，修建公路、铁路、地下铁道等交通工程，已成为世界各国解决上述问题的主要途径。秦岭隧道、乌鞘岭隧道、秦岭终南山隧道、太行山隧道等一批越岭特长交通隧道已经建成；跨越水域的武汉长江隧道、上海崇明岛隧道、南京长江隧道、厦门翔安海底隧道、青岛海底隧道等内陆水域及海域隧道也已建成，琼州海峡隧道、港珠奥桥隧大通道、渤海湾桥隧工程正在规划；北京、南京、西安、成都、深圳、广州、郑州、青岛等30多个城市的地铁正处在建设与规划的热潮中；辽宁省直径8米的大伙房水库输水隧道长度达到85.32km，已建成投入使用，这条隧道已成为目前世界上已经建成的最长隧道。规模宏大的葛州坝、三峡、溪洛渡等水电站的建成，说明我国在修建大型复杂地下工程中的技术水平已位居国际前列。可以自豪地说，中国已经跻身世界隧道大国的行列。而且，大量工程的修建已证明：我国已经成为世界上隧道数量最多、发展速度最快、地质条件与施工环境最复杂、隧道结构型式多样的国家。,二、几个值得思考与探索的问题,埋深大、隧道长、修建难度加大是目前及今后较长时期隧道及地下工程建设普遍面临的问题，有众多的新难题需要攻克。隧道及地下工程作为一个学科，已由大量的工程实践奠定了其牢固的学科发展基础，在实践的基础上，目前已发展成为横跨多学科领域的大学科。“中国隧道及地下工程修建技术”的理论、技术和方法正在逐步形成。但是，在其发展的过程中，还需要解决一系列认识和实践中的问题。目前，在城市地下空间利用与交通隧道修建范畴，有必要对以下问题进行研究与探索：1、城市地下空间利用的规划问题；2、城市地下空间规划的评价方法与评价标准问题；3、地质调查经费投入比例与地质调查技术研究问题；4、建设方案评价及动态设计理念问题；5、降低工程造价的途径问题。,第二节 隧道及地下工程的种类,地下工程的类型是多种多样的，依照地下工程的功能不同，可将地下工程分为交通运输、城市地下空间开发、能源开发与储藏、防御减灾四大类。根据所处地域位置及功用不同归纳起来有以下九种：山岭隧道；城市地下铁路；城市地铁、城际铁路；水下隧道；城市地下空间利用；地下环境工程；地下油气库；水利工程；地下军工设施。,第三节 隧道与地下工程建设特点及研究方法,隧道与地下工程的建设特点主要表现为建设工程构筑体处于地质体中、建筑基础理论研究尚不成熟，处于以经验设计和工程类比法为主的建筑现状，建设过程复杂，影响因素多、涉及范围广、建设过程不确定因素多，建设过程需与建设环境相谐调等特点。这些特点使得其对工程问题的研究方法涉及领域广泛，方法层次更多，更复杂。总结一切科学技术资料和一切发明创造所取得的成功经验，继承前人关于方法论研究的成果，建立起各门具体科学和工程技术的方法论系统，才能推进科学技术的发展。当这些传统的方法、理论还指导不了复杂的现场时，我们突出“工程类比法”，做为新建工程的参考坐标，比模拟试验要强上百倍，可信度要高上百倍。地下工程的研究方法包含了地理学、地质学、物理学、化学、数学、机械学、系统科学、复杂性科学的方法。各方法间依据宿体问题的不同，处于不同的方法层次，在同一问题系统中是相互关联的有机整体。了解研究地下工程问题的方法及历史，有助于我们开阔思路，在解决实际工程问题时能灵活运用、合理选择、有效总结。,第四节 围岩强度及压力理论研究,任何技术领域的发展水平和速度均与其基础理论的研究水平密切相关，隧道与地下工程岩体相关的基础理论的研究与发展紧密相关，在很大程度上制约着工程建设和地学研究的水平。在长期的工程实践中人们逐渐认识到，工程岩体的组成和结构的多变性、复杂性远没有被认识。关于围岩强度理论的研究可分为以下两个阶段：第一阶段：岩土基本力学特征研究阶段；第二阶段：岩体结构力学特征研究阶段岩体力学学科建立。围岩压力理论是隧道与地下工程进行支护结构设计计算的基础理论之一，是确定支护结构荷载的理论依据。隧道与地下工程建设历史始终伴随着对围岩压力理论的研究，一些来源于工程实践与试验的经验公式，在以往的工程建设中发挥了重要的作用，有的经验公式至今仍在使用，但时至今日，对围岩压力的研究仍未达到理论的高度，需要深入研究，以建立起隧道与地下工程建设围岩压力理论，完善其理论体系。常用的确定围岩压力的方法主要为：1、软弱松散体压力理论；2、围岩垂直压力理论；3、围岩侧压力理论；4、现行设计围岩压力的计算。,第五节 隧道与地下工程设计理论与方法,隧道与地下工程结构设计理论的发展至今已有百余年的历史，它与岩、土力学的发展有着密切关系。土力学的发展促使着松散地层围岩稳定和围岩压力理论的发展，而岩石力学的发展促使围岩压力和地下工程结构设计理论的进一步飞跃。随着新型地下结构的出现，岩土力学、测试仪器及计算机技术和数值分析方法的发展，地下工程结构设计理论正在逐步形成一门完善的学科理论。目前为止，地下工程结构设计理论的发展大概经历了三个阶段：第一阶段，古典设计理论阶段；第二阶段，荷载结构理论(散体压力理论)阶段；第三阶段，连续介质理论阶段(共同作用理论阶段)。在地下工程结构计算理论研究的发展过程中，后期提出的计算方法一般并不否定前期的研究成果。鉴于岩土介质的复杂多变性，这些计算方法一般都有各自的适用场合，但都带有一定的局限性。目前，我国在地下工程的结构计算中，采用较多的仍是以散体压力理论为基础的荷载-结构法，原因是，一方面该理论发展时间较长，应用中有较多经验，另一方面，该计算理论形式简单，比较容易为工程设计人员所掌握。,一、设计理论,目前，地下工程结构设计及计算方法中主要有两种理论体系：一是传统的结构-荷载理论，它是延用地表工程建筑的成熟理论，主要观点是将围岩视为荷载，人工的建筑结构作为支撑体，用以承受围岩荷载。这种观点的典型代表有：土压力理论、承载拱理论；二是围岩-结构理论，主要观点是视围岩为工程结构的一部分，具有承担部分荷载的能力。两种理论体系由于其产生的社会基础不同，各自在特定的历史时期为我国的经济建设发挥了应有的作用，直到目前，工程界尚未对地下工程的设计理论有如地面建筑工程设计理论那样高的认同度，呈现出多种设计理论并存的地下工程结构设计格局，这一事实也从另一个角度说明了地下工程所处的复杂环境，促使设计理论仍处于培育与生长阶段，远未达到成熟的程度，处于多种理论和方法共存的局面。随着大量地下工程的兴建，人们对地下工程的认识也在不断深化。涌现出以岩体力学、工程地质力学、弹性力学等为基础的综合性的现代工程力学的重要分支，具代表性的有地下结构力学、隧道围岩稳定分析理论、开挖系统控制论等各个方面。,二、设计方法,隧道及地下工程结构的设计方法主要有：工程类比法、荷载-结构法、地层结构法、信息反馈法、综合设计法、和针对地震荷载的动力设计法七种类型。国际隧道协会于1978年曾成立结构设计模型研究组(Working Group on Structural Design Models，收集和汇总了各国会员目前采用的地下结构设计方法，如表l-7所列。经过总结，国际隧协会认为，目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下四种设计模型：（1）工程类比法：以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比设计的方法；（2）收敛-约束法：也称特征曲线法。以现场量测和室内试验为主的实用设计方法；（3）荷载-结构法：以作用、反作用模型，采用结构力学理论进行设计的方法。例如弹性地基圆环计算、弹性地基框架计算、温克尔假定的链杆法等计算方法；（4）连续介质模型：包括解析法和数值法。数值计算法目前主要是有限单元法。每种设计模型或方法各有其适用的场合，也各有自身的局限性。由于地下结构的设计受各种复杂因素的影响，围岩变形破坏机制与相应理论还不成熟，因此，工程类比法和链杆法是目前主要的设计方法。,三、盾构管片设计计算方法的思考,盾构是一种挖掘隧道用的工程机械，盾构法已成为地下隧道工程施工的主要施工方法之一。迄今为止，全世界已累计生产了各种类型的盾构机8000多台，包括从直径15cm的最小微型隧道盾构到直径15.84m的巨型盾构。作为盾构隧道支护的管片衬砌，不管是在单层衬砌形式下作为唯一的永久结构承载或双层衬砌形式下与二衬复合承载，都是隧道的唯一或主要承载结构，直接关系到结构的使用功能、安全性和耐久性。现阶段国内已经有了大量工程实践经验，在此基础上，有必要对其受力形态和相关的计算方法进行的评述和思考。首先，盾构隧道和常见的地下工程一样，也涉及到结构本体和地层之间相互作用关系的拟合问题，常用的有两种模型：地层-结构模型和荷载-结构模型。另外，在盾构隧道中管片作为一个多接头的预制拼装混凝土构件（极少数为钢构件或铸铁构件），拼装是其施工工艺和结构受力的一个最主要特征。其结构形式不同于我们常见的矿山法隧道或眀挖法隧道，结构既不是均质的，也不是连续体，这就造成计算模型和方法的复杂化。具体说来，管片衬砌环的不同分块、接头的不同构造、环与环间接头的不同分布都对结构的受力和变形产生不同的影响，因此实际分析中对管片接头的不同拟合方式就形成了多种不同的计算方法。其中，以荷载-结构模型为基础的修正惯用设计法和梁-弹簧模型法应用最为广泛。,四、洞门及洞口段设计,在洞门及洞口段设计上，由洞门、明洞和洞口内浅埋段组成。19世纪50年代初以端墙式和翼墙式两种挡土结构，明洞则以拱形为主。洞门形式有端墙式、柱式、翼墙式、耳墙式、台阶式等。洞门的设计主要考虑功能的需要，从力学和安全的角度出发，按标准图模式，为适应地形变化作一些小修改，而在结构形式上创新少。几十年来，洞门的结构形式未发生多大变化，仍以端墙式和翼墙式为主，因此，需要修建一段路堑进洞，必要时还要加筑洞口挡墙、翼墙等挡土结构，以保持边、仰坡的稳定。这种做法不可避免地造成对洞口山体稳定性和植被产生破坏，设计要考虑生态和环保的有关要求。随着人们对环保意识的提高和隧道施工技术的进步，已出现一大批不开挖边、仰坡的洞口结构形式。采用隧道早进晚出，设计了许多凸出式、无洞门的结构形式，极大地减少了施工对山体的扰动破坏，对保持洞口山体稳定和保护环境有重要意义。洞门的设计，已不仅仅停留在结构的功能上，而是应将环境、美学、力学融为一体，使洞门的设计与周围环境融为一体，形成一道美丽的风景，洞门设计力求达到建筑学、园林学、环境美学和力学的完美统一。,第六节 我国隧道及地下工程建设理念与要点,一、建设理念地下工程是不可逆工程，不具备拆除重建的条件，因此必须是遗产工程。不允许是遗憾工程和灾害工程。地下工程是风险性很大的工程，必须实事求是，科学地进行风险性评估。必须进行信息化动态反馈设计。通过不同围岩的改进，进行支护参数的调整，确保施工安全，不改变设计的观点是违背地下工程特点的。合理工期、合理造价、合理合同、合理施工方案，是检验隧道建设是否符合科学发展观的四条标准。注重风险责任主体与风险转化。重视铁路线路选线。进入城市必须进入地下，修建地下联络线和地下车站。车站设计采用客货分离，“客内货外”。两个单洞线间距应尽量减小，以节约地下空间，并便于施工通风。,二、设计原则,两个单线隧道方案优于单洞双线隧道方案：可实现不需任何斜、竖井即可进行特长、长隧道的安全与快速施工。不破坏山体环境，对建设过程和建成后的运营都会带来很大方便，尤其在软弱、岩溶、煤系、浅埋、大变形地层施工中，在减少施工风险和工程投资方面都将更加有益。包括单洞双线加贯通平导的设计方案。隧道纵坡设置：应注重避灾、排水，禁止在岩层交界面上选线，进城市应按深埋选线，减少对环境和运营的破坏。隧道辅助导洞设置：应利用平导增设工作面，不设斜竖井施工；深层岩溶及富水地区，应增设泄水洞；采用平行双洞射流通风模式，可解决长大隧道不设斜、竖井施工通风难题；施工分标段应考虑施工通风的方式，从隧道中部分标段优点很多。支护结构设计原则：初期支护是保证施工安全的关键，要有足够的刚度和强度，二次混凝土衬砌作为安全储备。,三、施工方法,在隧道修建方法中，根据不同的结构用途、水文地质条件、周边环境要求、安全风险分析、成本投入、工程规模、我国特色等条件，根据支护结构设计理论的不同，诞生出不同设计、施工特点的中国隧道及地下工程修建方法：分为钻爆法、浅埋暗挖法、明挖法、掘进机法、盾构法、沉埋管段法和辅助工法七种主要施工方法。,第二章 钻爆法隧道施工技术,钻爆法是我国隧道及地下工程设计与施工的常用方法，它能实现快速修建，特别是在克服复杂环境条件的快速施工能力上，有很多优势。,第一节 综述,工程地质和水文地质条件对隧道施工的成败起着重要甚至是决定性的作用。隧道施工需要附加地开挖竖井、斜井、横洞等辅助工程来增加工作面，加快隧道施工速度。同时施工中要加强管理、合理组织、避免相互干扰。洞内设备、管线路布置应周密考虑，妥善安排。重视地下施工环境改善，以保证施工人员的身体健康，提高劳动生产率。,一、施工特点,二、施工方法选择原则,选择施工方法时，要考虑的因素有如下几方面：（1）工程的重要性，一般由工程的规模、使用上的特殊要求，以及工期的缓急体现出来；（2）隧道所处的工程地质和水文地质条件；（3）施工技术条件和机械装备状况；（4）施工中动力和原材料供应情况；（5）工程投资与运营后的社会效益和经济效益；（6）施工安全状况，（7）有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。应该看到隧道施工方法的选择，是一项“模糊”的决策过程，它依赖于有关人员的学识、经验、毅力和创新精神。对于重要工程则需汇集专家们的意见，广泛论证。必要时应当开挖试验洞对理论方案进行实践验证。,三、钻爆法开挖隧道的发展趋势,（1）隧道的长度越来越长；（2）勘察设计向综合化、现代化方向发展；（3）钻爆法施工适用范围不断扩大；（4）钻爆施工开挖不断向大断面少分部开挖转变，与之相适应的支护技术正飞速发展；（5）施工新技术的应用；（6）隧道施工设备向大型机械化发展；（7）加强隧道施工现代化管理；（8）建立风险评估机制，加强风险管理，对风险进行有效控制、规避，保证施工安全是当前隧道工程的发展方向；（9）注重环境保护，减少环境污染。,第二节 钻爆法隧道施工技术要点,一、进行综合性的超前预报，并将其纳入正常的施工工序；二、初期支护要强，承受全部荷载，二次衬砌作为安全储备；三、尽可能多采用网构钢拱架，少用型钢拱架；四、软弱地层取消系统锚杆，只在拱架接头处设锁脚锚管；五、软弱及有水地层采用潮喷混凝土，不提倡采用湿喷混凝土；六、无钉铺设防水板，采用复合式衬砌形式；七、无纺布后部设置系统排水盲管，取消中部排水沟；八、软弱围岩宜采用正台阶法施工，台阶长度为11.5洞径；九、大断面硬岩隧道宜采用小导坑超前爆破开挖法施工；十、隧道不宜采用预裂爆破，而应采用光面爆破；十一、长大双洞隧道宜采用巷道式射流通风技术。,第三节 钻爆法隧道施工,进行隧道开挖前，必须先探明隧道工程地质和水文地质情况，然后结合设计开挖断面尺寸、埋深等情况综合确定开挖步骤和循环尺寸，开挖轮廓要考虑预留变形量、施工误差等因素。按照开挖断面分布情形，开挖方法可分为：全断面开挖法，台阶开挖法，分部开挖法。隧道施工应满足安全环保、工艺先进、质量优良、进度均衡、节能降耗的要求，本着“安全、有序、优质、高效”的指导思想，按照“保护围岩、内实外美、重视环境、动态施工”的原则组织施工。其施工方法的选择应遵循以下原则：（1）确保施工安全，改善施工环境。（2）应根据设计文件、施工调研情况、地质围岩级别，结合隧道长度、断面大小、纵坡情况、衬砌方法、工期要求、装备水平、队伍素质等综合因素决定。（3）对于地质变换频繁的隧道，应考虑其适应性，便于工序调整转换。（4）应尽量采用新技术、新工艺、新设备、新材料。,一、钻爆开挖作业线,（5）掌握应用好光爆、初支、量测施工三要素。（6）突出快速施工，考虑时空效应，做到“5个及时”，即及时支护、及时封闭、及时量测、及时反馈、及时修正。如何正确选择施工方法，应根据实际情况综合考虑，但必须符合快速、安全、质量及环境的要求，达到规避风险，加快施工进度与节约投资的目的。全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖成形，再施作支护和衬砌的隧道开挖方法，一般适用在地质条件好的、级围岩，也可用在单线铁路隧道级围岩地段。浅埋段、偏压段和洞口段不宜采用。台阶法施工是将隧道结构断面分成两个或几个部分，即分成上下两个断面或几个断面，分部进行开挖的隧道开挖方法。该法适用于铁路双线隧道、级围岩，单线隧道级围岩亦可采用，但支护条件应予以加强。该法具体可分为正台阶法、环形开挖预留核心土开挖法等。在隧道洞口地段，施工时要结合洞外场地和相邻工程的情况全面考虑，妥善安排，及早施工，制订完善的进洞方案，洞门端墙处的土石方，应视地层稳定程度、施工季节和隧道施工方法等选择合理的施工方法，为隧道洞身施工创造条件。洞口工程施工前，应进行工艺设计，对施工的各工序进行必要的力学分析，以确定隧道洞口边仰坡土石方开挖及防护、防排水工程、洞门及洞口段衬砌、背后回填的施工方法和施工顺序。,钻爆开挖是隧道开挖的关键环节，是计划进度、工期、材料等的依据，其工作质量的好坏对隧道的成本、进度质量影响最大，开挖前应根据隧道工程地质条件、开挖断面、开挖方法、循环进尺、钻眼机具、爆破材料和出渣能力等因素进行钻爆设计，然后严格按照钻爆设计进行钻眼、装药、接线和引爆。为了实现隧道的快速掘进，应重点抓好两项作业即开挖和运输，隧道内的运输工作量很大，包括在开挖面上装渣并运出洞外弃土场；另外，还要从洞外运进大量材料。根据统计分析，出渣作业在整个作业循环中所占的时间约40%60%，因此，出渣运输能力的强弱在很大程度上影响着隧道的施工进度。目前，国内隧道施工常用的运输作业线有三种模式：（1）有轨装渣、有轨运输模式，适用小断面隧道。（2）无轨装渣、有轨运输模式，适用中断面隧道。（3）无轨装渣、无轨运输模式，适用大断面隧道。对于铁路隧道装运作业线，其发展趋势是以大功率装载机装渣、反铲配合，大容量运输车运输为主。运输分为有轨和无轨两种形式，无轨采用25t以上运输车，有轨采用16m3以上梭式矿车。双线隧道一般以无轨运输为主，两台装载机装渣。单线隧道独头长度大于1km以上的，可进行有轨和无轨运输的经济比较后，再确定运输方式。一般而言，单线隧道独头长度超过3km的均应采用有轨运输。目前，有轨运输设备基本达到全面的国产化，但其一次性投入较大，且管理较无轨运输复杂。,装运作业线机械设备选型配套原则：（1）设备的外形尺寸：机械设备的外形尺寸要保证其在单线隧道的作业空间内运转自如，交叉作业的机械设备应能满足相互之间安全距离的要求。（2）机械动力性能、生产能力：每种机械设备的生产能力应与其他机械相匹配，并满足施工总工期的要求；机械动力性能要满足隧道的坡度、每循环工作量及施工环境的要求。（3）机械适应能力强：所选的机械设备尽量适应不同的施工方案及多种环境的作业要求。（4）机械选配的经济性：在保证工期要求的同时，应尽量降低总的设备投入成本，并选择节能型的设备。（5）机械设备的防爆性能：隧道施工中有可能会遇到煤层及瓦斯，则机械设备应考虑采用防爆型电力设备，内燃机械不能进入工作面施工。（6）机械的通用性、维修性好：同类机械设备应尽量采用同一厂家、同一型号的设备，以加强设备的通用、互换。国产设备质量能基本达到要求时，尽量选用国产设备，保证设备配件充足、维修方便快捷。（7）选用低污染、低噪声设备：通风是长大隧道施工中的难题，洞内设备应选用低污染甚至无污染设备，以减少施工中的空气污染源，提供一个良好的施工环境。,二、装运作业线,隧道施工中的装渣作业应根据隧道的断面大小、施工方法、机械设备及施工进度等要求综合考虑，装渣机械的选型应能满足在开挖面内高效装渣作业，装渣能力应与开挖能力及运输能力相匹配，并保证装运能力大于最大开挖能力。装渣机械应具有移动方便，污染小，易于维修的特点。同时，应对装渣机械实行强制保养制度，装渣宜采用铲装机、隧道挖装机、立爪装岩机等电动装渣设备。当隧道长度小于500m时，也可采用轮式正铲侧卸装载机进行装渣。当采用立爪式轨行装岩机装渣时，应使轨道紧跟开挖面；在距开挖面7080m范围内应铺设轨道，轨枕可采用120型槽钢代替，并应与钢轨连接成整体。隧道洞内运输方式分为有轨和无轨两种，应根据隧道长度、开挖方法、机具设备、运量大小等选用相应的运输方式。有轨运输设备是铺设小型钢轨轨道，用轨道式运输车出渣进料。有轨运输大多数采用电瓶车或内燃机车牵引，有少量为人力推运，采用斗车或梭式矿车运送石渣，是一种适应性强且较为经济的运输方式。无轨运输是采用无轨运输车出渣和进料。其优点是机动灵活，不需要铺设轨道，适用于弃渣场离洞口较远和道路纵坡度较大的场合。其缺点是由于大多采用内燃车辆，作业时在整个洞中排出废气污染洞内空气，故适用于大断面开挖和中等长度的隧道施工中，并应注意加强洞内通风。运输设备的配套应首先考虑隧道施工环境的要求，根据技术条件与经济条件选择设备型号，在这一前提下应尽可能的选择运输量大的运输设备；在数量确定上应保证装渣设备随时保持装渣作业，不能出现装渣设备等车现象。,为了有效地约束和控制围岩的变形，增强围岩的稳定性，防止塌方，保证施工和运营作业的安全，必须及时、可靠地进行临时支护和永久支护。临时支护的种类很多，按材料的不同和支护原理的不同，有木支撑、钢支撑、钢木混合支撑、钢筋混凝土支撑，锚杆支护、喷射混凝土支护、锚喷联合支护等。永久支护一般是采用混凝土衬砌。各种临时支护的合理选用与围岩的稳固程度有关。一般来说，级围岩不需临时支护，级围岩采用锚杆支护，、级围岩采用喷射混凝土支护、锚杆喷混凝土联合支护、锚杆钢筋网喷混凝土联合支护，、级围岩采用喷射混凝土钢支撑联合支护或其他支撑支护。对于级及其以上围岩，可以先挖后支，支护距开挖面距离一般不宜大于510m；、级围岩随挖随支，支护需紧跟工作面；级围岩先支后挖。如条件合适，应尽量将临时支护与永久支护结合采用。初期支护一般指喷射混凝土支护，必要时可采用钢纤维喷射混凝土，配合使用钢筋网、钢架或采用辅助施工措施的支护。在隧道初期支护完成后，为防止围岩不致因暴露时间过长而风化、松动和坍落，降低围岩稳定性，需要开展二次衬砌。衬砌的结构类型和尺寸，应根据使用要求、工程地质条件、围岩类别、埋置位置及施工条件等，通过工程类比和结构计算分析确定。必要时，还应通过试验论证确定。深埋隧道二次衬砌施作，一般情况下应在围岩和初期支护变形基本稳定后进行。二次衬砌施工的顺序是仰拱超前、边墙基础超前，最后是边墙、拱整体浇筑。,三、初期支护与二次衬砌作业线,隧道施工通风是为了送进新鲜空气，排出有害气体，降低粉尘浓度，改善工作环境，保证工人健康和施工安全，提高劳动生产率。目前，隧道施工采用的通风方法有扩散通风、引射器通风、机械通风、利用辅助坑道通风等几种方式。隧道通风方式应根据隧道长度、施工方法和设备确定。一般都是在施工方案确定了以后，才能确定独头掘进的长度和通风长度，然后才能计算工作面风量。选择施工通风设备的程序是：确定通风方式计算风量选择风管计算通风阻力选择通风机。选择风管直径的主要依据是送风量与通风距离。另外，还要考虑隧道断面大小，以免风管无法布置或易被机械或车辆撞坏、刮破。选择风管，除了考虑技术上可行之外，还要考虑在经济上合理。应根据工程实际情况进行全面分析，但一般通风量在满足洞内各项作业需要的最大风量的基础上，通风机还应有50%的备用能量。从目前的现状看，由于国内目前还没有一套系统的符合国情的隧道施工通风的设计理论和计算方法，也没有针对不同施工条件的通风系统设计规范和技术标准，多数施工单位和设计部门在考虑施工设计时，还没有把施工通风作为一个需要认真考虑的重要技术环节来对待，因此，在实际施工中还存在许多问题，针对以上问题应在加强管理、优化匹配、防漏降阻的基础上进行综合治理。,第四节 钻爆法隧道施工辅助作业线,第五节 长大隧道快速施工,长大隧道施工主要包括条主要作业线（钻爆作业线、装运作业线、初期支护作业线、二次衬砌作业线），以及两条辅助作业线（通风作业线、防排水作业线），在隧道开挖的工艺流程中，测量放线、爆破通风、找顶等工序较为简单，耗用时间较短，比较容易管理，且循环进尺的多少受这些工序的影响较少。而钻孔、装药、装运渣等在每开挖循环中所占的时间比例很大，是开挖工作中的关键工序，是最重要因素。而对于长大隧道，由于其具有工程量大、作业空间小、地质条件复杂等特点，装运作业线、通风作业线成为比一般隧道施工更难解决好的难题，也是直接影响长大隧道快速施工的主要因素。在隧道施工中，如何迅速将开挖的石渣运到洞外，是制约隧道施工进度的决定性因素之一，尤其是独头掘进的长大隧道，出渣往往是影响隧道掘进速度的关键因素。,一、施工难点,长大隧道出渣应优先采用无轨运输，其特点是机动灵活，不需要铺设轨道，适应于弃渣场地离洞口较远和道路纵坡较大的场合。无轨运输多为燃油式动力、自卸车，一般要求选用级重自重比大、体形尺寸较小、机动灵活、自卸、配有废气净化器、能与装渣机能力相配套的运输车，可提高整体作业能力，达到长大隧道快速施工的目的。对于独头掘进的隧道，施工通风直接影响施工进度。目前，隧道施工钻爆掘进的能力很强，在一般中、硬岩层里隧道单口可以达到月进 左右，掘进速度很少会成为隧道施工的制约因素，而通风则是影响掘进速度的重要因素。因为，随着隧道长度的不断增加，管道漏风系数增大，使供风量减小，工作面动态风压不足；管道安装不平顺，阻力增大，压力损失增多；风机布置数量多、功率大，经常移拆风机风流方向不易控制；存在污风循环等问题。同时，由于洞内的各种作业台架、模板台车等机械形成通风障碍，检底和剥皮，放炮经常炸烂风管，这些地方造成了相当大的通风阻力和漏风，使得新鲜空气还没有送到工作面时大部分已在中途漏掉了，从而出现动态风压或动态供风量不足，供风质量较差，直接影响施工。,二、辅助坑道的设置原则,为了加快隧道施工速度，实现多工作面平行交叉施工，改善通风条件、施工排水、不良地质地段等隧道施工时，通常需要设置辅助坑道来满足这些需求。一般辅助坑道包括：平行导坑、横洞、斜井（坡度2224）、斜坡道（坡度68）、竖井等。辅助坑道的断面尺寸应根据用途、运输要求、地质条件、支护类型、设备外形尺寸及技术条件、人行安全及管路布置等因素确定。辅助坑道设置原则：反对长隧短打；提倡设置平行导坑。平行导坑相对于设置斜、竖井，贯通式平导对地层的破坏程度要小得多，洞内的施工环境也远优于斜、竖井。同时，设置平导可以增开开挖工作面，在超前正洞一定距离后，以横通道的方式拐入正洞开创新的工作面，实现多工作面平行作业，空车从正洞进，经横通道进入平导，运渣车走平导，这样正洞和平导之间形成一进一出的单向行车，加快了行车速度，提高了运渣能力，大大缩短了正洞的掘进时间，加快了正洞的快速掘进速度。有平导可使正洞掘进速度提高2倍；斜井仅能提高正洞的开挖速度，不宜进行衬砌作业；竖井更少，一般不予提倡，尤其当竖井深度大于40m以后，速度更慢。斜坡道或横洞不同于斜井，等同于无轨运输，在有条件的地方可采用，但一般不提倡。设置平导还可以实现长大隧道的施工通风。,特殊围岩是指在隧道修建过程中在支护结构设计、辅助施工措施、安全保护措施以及自然环境保护等方面需进行特别处理的、级围岩。从已建隧道的地质情况看，隧道穿越的特殊围岩主要有瓦斯、高地应力、岩溶及高水压围岩、湿陷性黄土、膨胀岩、断层破碎带及松散岩堆体、流沙、高原冻土等多种围岩，在隧道工程建设过程中需要采取特殊的设计与施工措施。在钻爆法施工中，安全、优质、快速、不留后患地修建地下工程是隧道与地下工程建设追求的目标。在特殊围岩中，要达到这一目标，需要同时解决两方面的问题：一方面要摸清特殊围岩在隧道周边的分布及其水文地质与工程地质条件，对可能出现的地质灾害严重程度、灾害类型及性质进行预测；另一方面要进行针对性的结构与施工设计，制订切实有效的施工方案与技术措施，对建设过程加以控制，使其向有利于建设目标的方向发展，两者缺一不可。特殊地质的隧道施工，必须重点在灾害性地质问题的超前预报以及施工防治技术上加大措施。在总结以往工程实践经验与理论研究成果基础上认为，隧道施工地质超前预报应采用多手段多因素的综合预报方法，进行短距离（3050）、洞周12倍洞径范围内的预报。,第三章 特殊围岩隧道施工及地质灾害防治要点,特殊围岩涉及岩体与土体两大类型，其工程质量的判别需在基本围岩分级的基础上，针对其特殊性，采用相应的指标与标准来进行。目前，还没有形成专门针对特殊围岩（土体）的统一的判别方法与分级标准。在特殊围岩隧道施工中，地质风险极大的工程必须进行地质超前预报，并采取地质灾害预防与治理措施，建立进行施工地质超前预报的工序和工艺。随着地下工程建设速度的快速增长大量长大深埋隧道被设计与修建在复杂地质中，隧道施工地质超前预报工作不能满足施工防灾需要，应加快地质预报相关理论与技术的研究。主要的研究方向有：深层次地质信息提取及高精度预测模型的建立；地质灾害数据库的建立及地质专家知识模型与系统的研究；灾害环境联合预测及定量评价方面的研究；地质假说理论的可检验性方面的研究；地质预报成果的定量化、智能化、可视化的研究；高效率、高可信度的隧道地质探测与监测技术设备的研究。,第一节 特殊围岩隧道施工概述,隧道施工中地质灾害的防治是施工风险控制的一个重要方面，地质预报与施工控制技术是防治工作的两大关键。目前，这两方面的研究虽已有了一些成果，但距离系统、全面、标准化的要求还有较大差距，需要从理念、方法、技术与管理多个层面去开展研究与实践。目前，隧道施工地质超前预报工作存在以下几方面的问题：一是预报工作主要仍局限于对地质条件的预报，对地质灾害的分析方法研究不够；二是对开挖后围岩的变形及稳定性一般未作进一步的分析和预报；三是分析预报的方法单一，对地质灾害的评估与灾害控制管理标准没有建立起一套较完整的技术方法体系。在总结前人研究成果与工程实践的基础上，对隧道施工地质超前预报工作提出如下观点与建议：（1）施工地质超前预报的范围应与工程影响范围一致。（2）探测的内容为围岩的岩性、结构、构造、水体、不良地质等的空间尺度、分布及力学特征，并进行量化，以便于分析处理。（3）预报工作以突泥突水、大规模坍塌、岩溶、大变形、有害气体（瓦斯）等危及隧道稳定与施工安全的内容为中心。对探测结果的工程性质分析应以地质力学、岩体力学理论与方法为基础，并结合工程施工过程的动态力学特性进行分析，最终给出地质灾害的概率预报成果。（）提高地质编录效率，建立地质编录各类地质灾害数据库。,（）加快研究我国自主设计制造的地质预报仪器。（）地质预报方法应采用多源协同预报的理念。（）开展超前监测技术的试验研究。随着大量长大山岭隧道的兴建，隧道涌水引起局部环境问题日益突出，施工防治问题也是一个亟待解决的难题。隧道施工对涌水的控制难度主要表现在预报难和治理难两个方面。施工地质超前预报技术对复杂地质体的探测精度还较低、预报内容还较少，不能满足施工要求。作为涌水治理的主要技术，围岩加固与注浆堵水技术也同样经历了长期的科学研究与实践，但深埋长隧道的大量兴建，使得治