公路工程施工技術(shù) 第8章 隧道工程

第8章隧道施工技術(shù)知識(shí)框架概述

隧道工程是指在交通線路的修建過(guò)程中為穿越山體或河流、海洋或既有建筑物或構(gòu)筑物而修筑具有出入口供汽車(chē)、火車(chē)、行人通行的地下建筑物。1970年，國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）召開(kāi)的隧道會(huì)議綜合了各種因素，對(duì)隧道所下的定義為：“以任何方式修建，最終使用于地表以下的條形建筑物，其空洞內(nèi)部?jī)艨諗嗝嬖?m2以上者均為隧道。”8.1.2隧道的分類(lèi)隧道的分類(lèi)隧道工程所涉及的工程范圍較為廣泛，可以根據(jù)不同的分類(lèi)方法將隧道分為不同種類(lèi)，具體分類(lèi)內(nèi)容如下所示：（1）根據(jù)隧道頂部上覆圍巖能否能形成壓力拱（自然拱）將隧道分為淺埋隧道和深埋隧道，不同種類(lèi)的巖石種類(lèi)其臨界深度也是不一樣的，一般采用塌方平均高度hq的2~2.5倍為深淺埋的臨界高度。（2）按照隧道所處地理位置可分為山嶺隧道、淺埋及軟土隧道、水底隧道等。（3）按照隧道所處的地層情況可分為巖石隧道或巖質(zhì)隧道、土質(zhì)隧道或軟土隧道隧道的分類(lèi)（4）按照隧道用途分類(lèi)可分為交通隧道、市政隧道、水工隧道和礦山隧道等。（5）按隧道斷面形式分類(lèi)：主要有圓形斷面隧道、多心圓斷面隧道、馬蹄形斷面隧道、矩形斷面隧道等斷面形式。（6）按隧道的長(zhǎng)度分類(lèi)：隧道長(zhǎng)度是指進(jìn)出口洞門(mén)端墻面之間的距離，以端墻面或斜切式洞門(mén)的斜切面與設(shè)計(jì)內(nèi)軌頂面的交線同線路中線的交點(diǎn)計(jì)算。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70-2-2014），公路隧道按其長(zhǎng)度可分為四類(lèi)：全長(zhǎng)3000m以上為特長(zhǎng)隧道；全長(zhǎng)1000m以上至3000m為長(zhǎng)隧道；全長(zhǎng)500m以上至1000m為中隧道；全長(zhǎng)500m以下為短隧道。（7）按上下行隧洞間的距離可分為：分離式隧道、小凈距隧道和連拱隧道（見(jiàn)）。概述8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成隧道結(jié)構(gòu)是由主體結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)組成的。其中主體結(jié)構(gòu)包括隧道洞門(mén)及洞身襯砌部分。為了滿(mǎn)足隧道的使用功能，隧道除應(yīng)由主體結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)具有其他的一些設(shè)施，包括緊急停車(chē)帶、人行橫道、洞內(nèi)排水系統(tǒng)、電力電纜系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等。一、主體結(jié)構(gòu)（一）洞門(mén)隧道兩端洞口處的結(jié)構(gòu)部分稱(chēng)為洞門(mén)。它是在隧道洞口利用圬工材料等修筑用以保護(hù)洞口穩(wěn)定、引離地表水、并對(duì)周?chē)h(huán)境起到裝飾作用的支擋結(jié)構(gòu)物。其主要作用是：減少洞口土石方的開(kāi)挖量；穩(wěn)定邊仰坡；引離地表水及裝飾洞口的作用。洞門(mén)通常按照其結(jié)構(gòu)構(gòu)造分為端墻式洞門(mén)、翼墻式洞門(mén)、削竹式洞門(mén)、柱式洞門(mén)、環(huán)框式洞門(mén)及遮光棚式洞門(mén)等。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成（二）洞身襯砌隧道開(kāi)挖后，為了避免隧道變形或巖石風(fēng)化，都需要修建支護(hù)結(jié)構(gòu)，即襯砌。從隧道襯砌施工工藝方面將隧道襯砌的形式分為噴錨支護(hù)、裝配式襯砌及整體式襯砌。1.噴錨支護(hù)噴錨支護(hù)常用的材料有噴射混凝土（有時(shí)加鋼筋網(wǎng)或鋼纖維）、錨桿和鋼拱架。一般可根據(jù)地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)形式的變化組合使用。（1）噴射混凝土。噴射混凝土是以壓縮空氣為動(dòng)力，將摻有速凝劑的混凝土拌合料與水合成為漿狀，噴射到坑道的巖壁上凝結(jié)而成的。噴射混凝土分為干噴、潮噴、濕噴三種，以濕噴工藝較優(yōu)。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成（2）錨桿或錨索。錨桿或錨索是用金屬或其他抗拉強(qiáng)度較高的材料制成的一種桿狀構(gòu)件，并使用某些機(jī)械裝置或黏結(jié)介質(zhì)，將其安設(shè)在隧道及地下工程的圍巖體中或其他工程結(jié)構(gòu)體中，利用桿端錨頭的膨脹作用，或利用灌漿黏結(jié)，增加巖體的強(qiáng)度和抗變形能力從而提高圍巖的自穩(wěn)能力。2.裝配式襯砌裝配式襯砌是構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)或工廠預(yù)制，然后將構(gòu)件運(yùn)進(jìn)坑道內(nèi)再進(jìn)行拼裝成一環(huán)接著一環(huán)的襯砌。其特點(diǎn)是襯砌拼裝后能夠立即受力，便于機(jī)械化施工，改善勞動(dòng)條件，節(jié)省勞力。目前多在盾構(gòu)法施工的隧道內(nèi)使用。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成3.整體式襯砌整體式襯砌是指就地灌注混凝土施工襯砌，也稱(chēng)模筑混凝土襯砌。其施工工藝流程為：立?！鷿仓B(yǎng)護(hù)→拆模。模筑襯砌的特點(diǎn)是：對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)，易于按需要成形，整體性好，抗?jié)B性強(qiáng)，并適用于多種施工條件，如可用木模板、鋼模板或襯砌模板臺(tái)車(chē)等，整體式襯砌按照不同的圍巖類(lèi)別采用不同的襯砌厚度。4.復(fù)合式襯砌目前，公路隧道均采用以“初期支護(hù)、防水層及二次襯砌（整體式襯砌）”組成的復(fù)合式結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖8?2）。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成（1）初期支護(hù)隧道是埋藏于地面以下的條形建筑物，被巖土體圍繞。在隧道周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)，對(duì)洞身的穩(wěn)定有影響的巖（土）體，即由于受開(kāi)挖影響而發(fā)生應(yīng)力狀態(tài)改變的巖（土）體，我們稱(chēng)之為圍巖。隧道在巖土體開(kāi)挖后，自身很難保持穩(wěn)定，為了達(dá)到洞室穩(wěn)定及施工安全的目的，而在洞室開(kāi)挖后對(duì)洞室圍巖采取的支撐、加強(qiáng)作用的構(gòu)件和其他處理措施總稱(chēng)為支護(hù)?，F(xiàn)代隧道施工技術(shù)采取的支護(hù)手段通常有噴射混凝土、掛網(wǎng)噴射混凝土、鋼拱架、錨桿噴射混凝土及其聯(lián)合支護(hù)。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成（2）防水層防水層為不透水表面光滑的高分子防水卷材，它不但起到將地層滲水拒于二次襯砌之外的防水作用，而且對(duì)初期噴射混凝土及二次襯砌模筑混凝土來(lái)說(shuō)，還起到隔離與潤(rùn)滑作用，使初期支護(hù)噴射混凝土對(duì)二次襯砌混凝土的約束應(yīng)力減少，從而避免模筑混凝土產(chǎn)生裂縫，提高了二次襯砌混凝土的防水抗?jié)B能力。防水層通常由兩部分組成，緩沖墊層與防水板。防水板采用厚度1.5mm以上的EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）或ECB（乙烯、醋酸乙烯與瀝青共聚物），緩沖墊層一般采用質(zhì)量大于400g/m2的無(wú)紡布。（3）二次襯砌二次襯砌一般采用整體式鋼筋混凝土襯砌。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成（4）仰拱填充隧道仰拱通常是弧形，而車(chē)輛行駛面是有一定斜率的平面，因此需要采用建筑材料將仰拱上方和路面結(jié)構(gòu)間的空間進(jìn)行填充，常用的仰拱填充材料為水泥混凝土。

（5）路面結(jié)構(gòu)路面結(jié)構(gòu)主要有兩種，即水泥混凝土路面和瀝青混合料路面。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成二、附屬結(jié)構(gòu)（一）緊急停車(chē)帶緊急停車(chē)帶的間隔，主要根據(jù)故障車(chē)的可能推動(dòng)距離確定。一般很難確定距離的大小，如小車(chē)較卡車(chē)滑行距離長(zhǎng)，人力推動(dòng)也較省力；下坡較上坡滑行距離長(zhǎng)，推動(dòng)也省力。在隧道內(nèi)一般取500~800m。汽車(chē)專(zhuān)用隧道取500m，隧道長(zhǎng)度大于600m時(shí)應(yīng)在中間設(shè)置一處?；旌辖煌ㄋ淼廊?00m，隧道長(zhǎng)度大于900m時(shí)應(yīng)在中間設(shè)置處。緊急停車(chē)帶的有效長(zhǎng)度，應(yīng)滿(mǎn)足停放車(chē)輛進(jìn)入所需的長(zhǎng)度，一般進(jìn)入需20m，最低值為15m，寬度一般為3.0m。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成（二）行車(chē)橫道和行人橫洞行車(chē)橫道與隧道正洞應(yīng)該形成一個(gè)小于90°的夾角，單向交通的隧道采用45°~60°夾角。隧道長(zhǎng)度在1000m~1500m時(shí)宜在隧道中間設(shè)一處。行人橫洞是在分離式單向交通的雙洞隧道中，當(dāng)一個(gè)隧道內(nèi)發(fā)生事故時(shí)，汽車(chē)無(wú)法立即疏散，事故內(nèi)車(chē)輛的乘客可通過(guò)行人橫洞疏散。行人橫道的凈空為2.5m（高）×2m（寬），設(shè)置間距可取250m，并不得大于500m。（三）防排水系統(tǒng)1.防水措施常用的防水措施有噴射混凝土、塑料防水板方法、模筑混凝土襯砌防水、防水涂料防水等。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成（1）模筑混凝土襯砌防水內(nèi)層襯砌采用就地澆筑的混凝土本身具有防水功能。（2）塑料防水板防水在內(nèi)外層襯砌之間敷軟聚氯乙薄膜、聚異丁烯片等防水卷材，塑料板防水一般厚度為1.2mm。防水層接縫處，一般用熱氣焊接，或用電敏電隨焊接，也可采用適當(dāng)?shù)娜軇┳鋈芙夂附?，以達(dá)到防水的目的。（3）涂料防水在隧道內(nèi)表面涂刷防水涂料，如乳化瀝青、環(huán)氧焦油等，使在隧道內(nèi)表面形成不透水的薄膜。（4）防水砂漿抹面在普通砂漿中摻入防水劑，從而提高砂漿抹面的防水性能。目前應(yīng)用較多的是防水砂漿主要有氯化鐵砂漿和氯化鈣防水砂漿。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成（1）模筑混凝土襯砌防水內(nèi)層襯砌采用就地澆筑的混凝土本身具有防水功能。（2）塑料防水板防水在內(nèi)外層襯砌之間敷軟聚氯乙薄膜、聚異丁烯片等防水卷材，塑料板防水一般厚度為1.2mm。防水層接縫處，一般用熱氣焊接，或用電敏電隨焊接，也可采用適當(dāng)?shù)娜軇┳鋈芙夂附樱赃_(dá)到防水的目的。（3）涂料防水在隧道內(nèi)表面涂刷防水涂料，如乳化瀝青、環(huán)氧焦油等，使在隧道內(nèi)表面形成不透水的薄膜。（4）防水砂漿抹面在普通砂漿中摻入防水劑，從而提高砂漿抹面的防水性能。目前應(yīng)用較多的是防水砂漿主要有氯化鐵砂漿和氯化鈣防水砂漿。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成2.排水排水常利用“排水盲溝→泄水管→排水溝”的形式進(jìn)行隧道的排水。這種方法主要是將襯砌背后的水引入盲溝內(nèi)匯集，然后通過(guò)與盲溝連接的泄水管將水從盲溝引入隧道內(nèi)的排水溝，最后從排水溝排走。3.截水截水是將流向隧道的地表水或地下水截?cái)?，從而使水改路。?duì)于地表水應(yīng)設(shè)置地表排水溝、截水溝將水引離隧道；對(duì)于地下水主要采用設(shè)置導(dǎo)坑、泄水洞或井點(diǎn)降水等方法。4.堵水在隧道施工、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，當(dāng)有滲漏水時(shí)，常采用噴射混凝土、注漿和防水混凝土襯砌等方法堵水進(jìn)行堵水。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成（四）施工縫、變形縫施工縫，也稱(chēng)循環(huán)縫。隧道襯砌混凝土施工所產(chǎn)生的冷接縫，是防水薄弱環(huán)節(jié)之一，也是隧道中最易發(fā)生滲漏的地方。隧道襯砌施工縫處理不好，不僅會(huì)造成襯砌混凝土裂縫及洞內(nèi)漏水，嚴(yán)重影響隧道的正常使用和行車(chē)安全，進(jìn)一步還會(huì)降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性。為防止由于襯砌不均勻下沉而引起的裂損，在地質(zhì)條件變化顯著、襯砌受力不勻地段，應(yīng)設(shè)置沉降縫；為防止由于溫度變化劇烈或混凝土凝結(jié)時(shí)的收縮影響而引起的襯砌開(kāi)裂，應(yīng)設(shè)置伸縮縫，以上兩種結(jié)構(gòu)縫統(tǒng)稱(chēng)為變形縫。變形縫應(yīng)采用柔性材料做防水處理。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成（五）通風(fēng)設(shè)施公路隧道的通風(fēng)方式大體可分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種。自然通風(fēng)是利用洞內(nèi)的天然風(fēng)流和汽車(chē)運(yùn)行所引起的活塞風(fēng)（交通風(fēng)）來(lái)達(dá)到通風(fēng)的目的。機(jī)械通風(fēng)則是在自然通風(fēng)不能滿(mǎn)足要求時(shí)，設(shè)置一系列通風(fēng)機(jī)械，通過(guò)送入或排出空氣來(lái)達(dá)到通風(fēng)目的。8.1.3隧道的結(jié)構(gòu)及其組成（六）隧道內(nèi)部裝飾在公路隧道或城市地鐵內(nèi)，為了增加隧道內(nèi)的美觀，提高能見(jiàn)度，吸收噪聲和改變隧道內(nèi)的環(huán)境，內(nèi)部裝飾有時(shí)是非常必要的。內(nèi)部裝飾具有保持隧道內(nèi)的亮度、減少襯砌對(duì)汽車(chē)尾氣的吸收、防止襯砌的腐蝕、吸收噪聲等作用。常見(jiàn)的內(nèi)部裝飾類(lèi)型有粉刷、涂料、塑料裝飾或黏貼各種裝飾材料等。8.2隧道施工方法隧道施工方法是開(kāi)挖與支護(hù)等工序的組合。隧道施工過(guò)程通常包括：在地層內(nèi)挖出士石，形成符合設(shè)計(jì)斷面的坑道，進(jìn)行必要的支護(hù)和襯砌，控制坑道圍巖變形，保證隧道施工安全和長(zhǎng)期安全使用。隧道施工技術(shù)主要研究解決上述各種隧道施工方法所需的技術(shù)方案和措施（如開(kāi)挖掘進(jìn)、支護(hù)和襯砌施工方案與措施）；隧道穿越特殊地質(zhì)地段時(shí)（如膨脹土、黃土、溶洞塌方、流沙、高地溫、巖爆、瓦斯地層等）的施工手段；隧道施工過(guò)程中的通風(fēng)、防塵及防有害氣體的方式方法和對(duì)圍巖變化的量測(cè)監(jiān)控方法。8.2.2隧道施工方法的選擇8.2.2隧道施工方法的選擇8.2隧道施工方法一、定義“新奧法”簡(jiǎn)稱(chēng)為NATM（NewAustrianTunnellingMethod），即新奧地利隧道施工方法。新奧法概念是奧地利學(xué)者拉布西維茲（L.V.Rabcewicz）教授于20世紀(jì)50年代提出的，它以隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起，作為主要支護(hù)手段的一種施工方法，經(jīng)過(guò)一些國(guó)家的許多實(shí)踐和理論研究，于60年代取得專(zhuān)利權(quán)并正式命名。之后新奧法在西歐、北歐、美國(guó)和日本等許多地下工程中獲得極為迅速的發(fā)展，已成為現(xiàn)代隧道新技術(shù)標(biāo)志之一。NATM于20世紀(jì)60年代傳到我國(guó)，70年代末80年代初在我國(guó)得到迅速發(fā)展?？梢哉f(shuō)，目前我國(guó)幾乎所有重點(diǎn)、難點(diǎn)的地下工程都使用了新奧法，新奧法幾乎成為在軟弱破碎圍巖地段修筑隧道的一種基本方法。8.2隧道施工方法二、新奧法施工工藝特點(diǎn)（1）新奧法與傳統(tǒng)支護(hù)理念的區(qū)別傳統(tǒng)支護(hù)理念認(rèn)為隧道圍巖是一種荷載，應(yīng)使用加強(qiáng)的襯砌結(jié)構(gòu)支護(hù)松動(dòng)圍巖。而新奧法將圍巖視為隧道承載構(gòu)件的一部分，圍巖既是荷載，又是承載結(jié)構(gòu)；（2）保護(hù)隧道圍巖自身的承載能力（3）允許圍巖發(fā)生一定的變形（4）重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、現(xiàn)場(chǎng)圍巖分級(jí)和監(jiān)控量測(cè)工作8.2隧道施工方法新奧法適用范圍（1）具有較長(zhǎng)自穩(wěn)時(shí)間的中等巖體（2）弱膠結(jié)的砂和石礫以及不穩(wěn)定的礫巖；（3）強(qiáng)風(fēng)化的巖石；（4）剛塑性的黏土泥質(zhì)灰?guī)r和和泥質(zhì)灰?guī)r；（5）堅(jiān)硬黏土，也有帶堅(jiān)硬夾層的貓土；（6）微裂隙、但很少黏土的巖體；（7）在很高的初應(yīng)力場(chǎng)條件下，堅(jiān)硬的和可變堅(jiān)硬的巖石。8.2隧道施工方法在下述條件下應(yīng)用新奧法時(shí)，必須與一些輔助方法相配合：（1）有強(qiáng)烈地壓顯現(xiàn)的巖體；（2）膨脹性巖體（要與仰拱與底部錨桿相配合）；（3）在一些松散巖體中，要與鋼背板相配合；（4）在蠕動(dòng)性巖體中，要與凍結(jié)法或預(yù)加固法等相配合。在下列圍巖中應(yīng)慎用新奧法：（1）大量涌水的巖體；（2）由于涌水會(huì)產(chǎn)生流沙現(xiàn)象的圍巖；（3）極為破碎，錨桿鉆孔、安裝都極為困難的巖體；（4）開(kāi)挖面完全不能自穩(wěn)的巖體等。8.2隧道施工方法在下述條件下應(yīng)用新奧法時(shí)，必須與一些輔助方法相配合：（1）有強(qiáng)烈地壓顯現(xiàn)的巖體；（2）膨脹性巖體（要與仰拱與底部錨桿相配合）；（3）在一些松散巖體中，要與鋼背板相配合；（4）在蠕動(dòng)性巖體中，要與凍結(jié)法或預(yù)加固法等相配合。在下列圍巖中應(yīng)慎用新奧法：（1）大量涌水的巖體；（2）由于涌水會(huì)產(chǎn)生流沙現(xiàn)象的圍巖；（3）極為破碎，錨桿鉆孔、安裝都極為困難的巖體；（4）開(kāi)挖面完全不能自穩(wěn)的巖體等。8.2隧道施工方法施工原則“圍巖不穩(wěn)，支護(hù)幫助，遇強(qiáng)則弱，遇弱則強(qiáng)，按需提供，先柔后剛，監(jiān)控量測(cè)，動(dòng)態(tài)調(diào)整”。根據(jù)以上解決問(wèn)題的基本思路和支護(hù)設(shè)計(jì)的基本原則，作為一種施工方法，新奧法施工的基本原則可以歸納為“少擾動(dòng)，早錨噴，勤量測(cè)，緊封閉”。這四項(xiàng)基本原則的具體含義解釋如下：8.3.3施工工藝流程8.3隧道新奧法施工技術(shù)一、洞口施工與進(jìn)洞方法常見(jiàn)的隧道進(jìn)洞方法有超前小導(dǎo)管進(jìn)洞和超前管棚進(jìn)洞（圖

8?8）兩種，無(wú)論采用哪種進(jìn)洞方法都必須先在洞口位置設(shè)置鋼筋混凝土套拱（圖

8?9），并在套拱內(nèi)按設(shè)計(jì)要求預(yù)埋導(dǎo)管（孔口管），以便向洞內(nèi)施作小導(dǎo)管或長(zhǎng)管棚。8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)二、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)常用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法主要有：隧道地震預(yù)報(bào)法（TunnelSeismicPrediction，簡(jiǎn)稱(chēng)TSP）和地質(zhì)雷達(dá)法。（一）TSP地質(zhì)超前預(yù)報(bào)8.3隧道新奧法施工技術(shù)（二）地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)主要由控制單元、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及電源、光纜、通信電纜、觸發(fā)盒、測(cè)量輪等輔助元件組成。8.3隧道新奧法施工技術(shù)三、超前支護(hù)必須堅(jiān)持“先支護(hù)（或強(qiáng)支護(hù)）、后開(kāi)挖、短進(jìn)度、弱爆破、快封閉、勤測(cè)量”的施工原則，并做好詳細(xì)的施工記錄。8.3隧道新奧法施工技術(shù)（一）超前錨桿錨固前方圍巖1.構(gòu)造組成超前錨桿是沿開(kāi)挖輪廓線，以稍大的外插角，向開(kāi)挖面前方安裝錨桿，形成對(duì)前方圍巖的預(yù)錨固，在提前形成的圍巖錨固圈的保護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)8.3隧道新奧法施工技術(shù)2.性能特點(diǎn)及適用條件超前錨桿支護(hù)的柔性較大，整體剛度較小。雖然可以與系統(tǒng)錨桿焊接以增強(qiáng)其整體性，但對(duì)于圍巖應(yīng)力較大時(shí)，其后期支護(hù)剛度就有些不足。此類(lèi)超前支護(hù)主要適用于地應(yīng)力不大，地下水較少的軟弱圍巖的隧道工程中，如土砂質(zhì)地層、弱膨脹性地層、流變性較小的地層、裂隙發(fā)育的巖體及斷層破碎等，淺埋無(wú)顯著偏壓的隧道，也適宜采用中小型機(jī)械施工。8.3隧道新奧法施工技術(shù)（二）管棚超前支護(hù)前方圍巖1.構(gòu)造組成管棚支護(hù)是利用鋼拱架沿開(kāi)挖輪廓線以較小的外插角，向開(kāi)挖面前方打入鋼管或鋼插板構(gòu)成的棚架來(lái)形成對(duì)開(kāi)挖面前方圍巖的預(yù)支護(hù)的一種支護(hù)方式（圖8?15）。采用長(zhǎng)度小于10m的鋼管稱(chēng)為短管棚；采用長(zhǎng)度為10~45m且較粗的鋼管稱(chēng)為長(zhǎng)管棚；采用鋼插板（長(zhǎng)度小于10m）的稱(chēng)為板棚。8.3隧道新奧法施工技術(shù)

管棚因采用鋼管或鋼插板作縱向預(yù)支撐，又采用鋼拱架作環(huán)向支撐，其整體剛度較大，對(duì)圍巖變形的限制能力較強(qiáng)，且能提前承受早期圍巖壓力。因此管棚法特別適用于圍巖壓力來(lái)得快、來(lái)得大、對(duì)圍巖變形及地表下沉有較嚴(yán)格要求的軟弱破碎圍巖隧道工程中。如土砂質(zhì)地層、強(qiáng)膨脹性地層、強(qiáng)流變性地層、裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶、淺埋有顯著偏壓等圍巖的隧道中。

此外，在一般無(wú)膠結(jié)的土及砂質(zhì)圍巖中，采用插板封閉較為有效；當(dāng)遇到流塑狀巖體或巖溶?chē)?yán)重流泥地段或地下水豐富的巖層，采用管棚與圍巖內(nèi)注漿相結(jié)合的手段加固圍巖，也是行之有效的方法。8.3隧道新奧法施工技術(shù)（三）超前小導(dǎo)管注漿1.構(gòu)造組成超前小導(dǎo)管注漿是在開(kāi)挖前，先用噴射混凝土將開(kāi)挖面5m范圍內(nèi)的坑道封閉，然后沿坑道周邊向前方圍巖內(nèi)打入帶孔小導(dǎo)管，并通過(guò)小導(dǎo)管向圍巖壓注起膠結(jié)作用的漿液，待漿液硬化后，坑道周?chē)鷰r體就形成了有一定厚度的加固圈（圖8?16）。在此加固圈的保護(hù)下即可安全地進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。若小導(dǎo)管前端焊一個(gè)簡(jiǎn)易鉆頭，則可鉆孔、插管一次完成，稱(chēng)為自進(jìn)式注漿錨桿。8.3隧道新奧法施工技術(shù)（三）超前小導(dǎo)管注漿1.構(gòu)造組成超前小導(dǎo)管注漿是在開(kāi)挖前，先用噴射混凝土將開(kāi)挖面5m范圍內(nèi)的坑道封閉，然后沿坑道周邊向前方圍巖內(nèi)打入帶孔小導(dǎo)管，并通過(guò)小導(dǎo)管向圍巖壓注起膠結(jié)作用的漿液，待漿液硬化后，坑道周?chē)鷰r體就形成了有一定厚度的加固圈（圖8?16）。在此加固圈的保護(hù)下即可安全地進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。若小導(dǎo)管前端焊一個(gè)簡(jiǎn)易鉆頭，則可鉆孔、插管一次完成，稱(chēng)為自進(jìn)式注漿錨桿。2.性能特點(diǎn)及適用條件超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)是通過(guò)小導(dǎo)管對(duì)圍巖進(jìn)行注漿加固，漿液被壓注到巖體裂隙中并硬化后，不僅將巖塊或顆粒膠結(jié)為整體起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道滲流的通道，起到了堵水作用。因此，超前小導(dǎo)管注漿不僅適用于一般軟弱破碎圍巖，也適用于地下水豐富的軟弱破碎圍巖。8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)（四）超前深孔帷幕注漿1.超前注漿深孔預(yù)注漿一般可超前開(kāi)挖面30~50m，可以形成有相當(dāng)厚度和較長(zhǎng)區(qū)段的筒狀加固區(qū)，從而使得堵水的效果更好，也使得注漿作業(yè)的次數(shù)減少，它更適用于有壓地下水及地下水豐富的地層中，可采用大中型機(jī)械化施工。如果隧道埋深較淺，則注漿作業(yè)可在地面進(jìn)行；對(duì)于深埋較大的隧道可利用輔助平行導(dǎo)坑對(duì)正洞進(jìn)行預(yù)注漿，這樣都可以避免與正洞施工的干擾，縮短施工工期。2.注漿范圍圖8?17為圍巖注漿加固范圍示意圖，即形成筒狀加固區(qū)。要確定加固區(qū)的大小，即確定圍巖塑性破壞區(qū)的大小，可以按巖體力學(xué)和彈塑性理論計(jì)算出開(kāi)挖坑道后圍巖的壓力重分布結(jié)果，并確定其塑性破壞區(qū)的大小，也就是應(yīng)加固區(qū)的大小。8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)四、隧道開(kāi)挖（一）隧道開(kāi)挖的方法在隧道的開(kāi)挖過(guò)程中，不同的開(kāi)挖方法對(duì)保持圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)有直接而重要的影響，正確的開(kāi)挖方法能夠很好地適應(yīng)地質(zhì)條件及其變化，并能保持圍巖的穩(wěn)定。新奧法常用的開(kāi)挖方法有全斷面法、臺(tái)階法、環(huán)形開(kāi)挖留核心土法、CD法（中隔墻法）、CRD法（交叉中隔壁法）和側(cè)壁導(dǎo)坑法。1.全斷面法全斷面法主要適用于較好圍巖，全斷面開(kāi)挖法施工操作比較簡(jiǎn)單，為了減少對(duì)地層的擾動(dòng)次數(shù)，在采取局部注漿等輔助施工措施加固地層后，也可采用全斷面法施工（圖8?18）。全斷面開(kāi)挖法有較大的作業(yè)空間，有利于采用大型配套機(jī)械化作業(yè)，提高施工速度，且工序少，便于施工組織和管理。但由于開(kāi)挖面較大，圍巖穩(wěn)定性降低，且每個(gè)循環(huán)工作量較大，對(duì)于巖質(zhì)隧道每次深孔爆破引起的震動(dòng)較大，因此要求進(jìn)行精心的鉆爆設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格控制爆破作業(yè)。8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)2.臺(tái)階法臺(tái)階法是隧道施工最為常用的一種方法（圖8?19），因其開(kāi)挖步序少，施工速度快而易于為工程技術(shù)人員所采用。8.3隧道新奧法施工技術(shù)根據(jù)臺(tái)階長(zhǎng)度不同，又劃分為長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法和微臺(tái)階法三種。施工中采用哪一種臺(tái)階法，要根據(jù)兩個(gè)條件來(lái)決定，第一是對(duì)初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖越差，要求閉合時(shí)間越短，第二是對(duì)上部斷面施工所采用的開(kāi)挖、支護(hù)、出渣等機(jī)械設(shè)備需要施工場(chǎng)地大小的要求。對(duì)軟弱圍巖，主要考慮前者，以確保施工安全；對(duì)較好圍巖，主要考慮如何更好地發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率，保證施工中的經(jīng)濟(jì)效益，因此只考慮后一條件。8.3隧道新奧法施工技術(shù)3.環(huán)形開(kāi)挖留核心土法環(huán)形開(kāi)挖留核心土法常用于VI級(jí)圍巖單線和V~Ⅵ級(jí)圍巖雙線隧道掘進(jìn)。施工順序?yàn)椋喝斯せ騿伪劬蜻M(jìn)機(jī)開(kāi)挖環(huán)形拱部，架立鋼支撐，掛鋼絲網(wǎng)，噴射混凝土。在拱部初期支護(hù)保護(hù)下，開(kāi)挖核心土和下半部，隨即接長(zhǎng)邊墻鋼支撐，掛網(wǎng)噴射混凝土，并進(jìn)行封底。根據(jù)圍巖變形，適時(shí)施作二次襯砌.環(huán)形開(kāi)挖留核心土法（圖8?21）施工開(kāi)挖工作面穩(wěn)定性好，施工較安全，但施工干擾大、工效低。在土質(zhì)及軟弱圍巖中使用較多，在大秦線軍都山隧道黃土段等隧道施工中均有應(yīng)用。8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)4.CD法和CRD法CD法也稱(chēng)中隔墻法，主要適用于地層較差和不穩(wěn)定V~Ⅵ級(jí)巖體，且地面沉降要求嚴(yán)格的地下工程施工。當(dāng)CD法仍不能滿(mǎn)足要求時(shí)，可在CD法的基礎(chǔ)上加設(shè)臨時(shí)仰拱，即所謂的CRD法（也稱(chēng)交又中隔墻法）。CRD法的最大特點(diǎn)是將大斷面施工化成小斷面施工，各個(gè)局部封閉成環(huán)的時(shí)間短，控制早期沉降好，每個(gè)步序受力體系完整。因此，結(jié)構(gòu)受力均勻，形變小。另外，由于支護(hù)剛度大，施工時(shí)隧道整體下沉微弱，地層沉降量不大，而且容易控制。8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)5.側(cè)壁導(dǎo)坑法側(cè)壁導(dǎo)坑法分單側(cè)壁導(dǎo)坑和雙側(cè)壁導(dǎo)坑（圖8?24），以雙側(cè)壁導(dǎo)坑法為例來(lái)說(shuō)明。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法也稱(chēng)眼睛工法，是變大跨度為小跨度的施工方法，其實(shí)質(zhì)是將大跨度分成三個(gè)小跨度進(jìn)行作業(yè)，主要適用于地層較差、斷面很大的公路隧道及地下工程。該法工序較復(fù)雜，導(dǎo)坑的支護(hù)拆除困難，有可能由于測(cè)量誤差而引起鋼架連接困難，從而加大了下沉值，而且成本較高，進(jìn)度較慢。一般采用人工和機(jī)械混合開(kāi)挖，人工和機(jī)械混合出渣。8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)實(shí)踐證明：選擇合理的施工方法，可以安全地施工隧道，并將地表沉降控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。因此，選擇一種合理的施工方法是工程成敗的關(guān)鍵。綜合國(guó)內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)，基于經(jīng)濟(jì)性及工期考慮，其施工方法選擇的順序?yàn)椋喝珨嗝娣ā_(tái)階法→環(huán)形開(kāi)挖預(yù)預(yù)留核心土法CD法→CRD法→側(cè)壁導(dǎo)坑法。從安全性角度考慮，順序正好相反。在工程實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小、地面環(huán)境等因素從施工方法的可實(shí)現(xiàn)性、安全性、工期、適應(yīng)性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性六個(gè)方面綜合考慮，選擇施工方法。8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)（二）隧道開(kāi)挖的方式開(kāi)挖方式是指對(duì)隧道范圍內(nèi)巖體的挖除方式（破巖方式），常用的公路隧道開(kāi)挖方式有人工開(kāi)挖、機(jī)械挖掘及鉆眼爆破開(kāi)挖三種。1.人工開(kāi)挖8.3隧道新奧法施工技術(shù)2.機(jī)械挖掘機(jī)械挖掘有兩方面含義：大型綜合機(jī)械和一般機(jī)械。大型綜合機(jī)械指的是TBM與盾構(gòu)。一般機(jī)械常見(jiàn)的是挖掘機(jī)和獨(dú)臂鉆。它們均采用機(jī)械方式切削破碎巖土并挖除坑道范圍內(nèi)的巖土。8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)五、初期支護(hù)初期支護(hù)一般有噴射混凝土、錨桿、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)等以及它們的組合組成，其應(yīng)緊跟隧道開(kāi)挖作業(yè)面及時(shí)施作，結(jié)合監(jiān)控量測(cè)成果，及時(shí)封閉成環(huán)，保證施工安全。（一）噴射泥凝施工噴射混凝土是在地下工程施工中，為盡快使開(kāi)挖土體面穩(wěn)定的一種支護(hù)措施。它借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣作動(dòng)力，將水泥、砂、石子、水配合的拌和料，并摻加速凝劑，通過(guò)高壓管高速?lài)娚涞绞車(chē)娒嫔希揽扛咚賴(lài)娚鋾r(shí)集料的反復(fù)連續(xù)撞擊壓密混凝土硬化而成，使噴射的混凝土能夠在幾分鐘內(nèi)終凝，且強(qiáng)度增長(zhǎng)快，并與其他支護(hù)措施如錨桿、鋼筋網(wǎng)聯(lián)合形成支護(hù)整體共同承受拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，大幅度地提高工作面土體的承載力，并快速穩(wěn)定。8.3隧道新奧法施工技術(shù)8.3隧道新奧法施工技術(shù)五、初期支護(hù)初期支護(hù)一般有噴射混凝土、錨桿、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)等以及它們的組合組成，其應(yīng)緊跟隧道開(kāi)挖作業(yè)面及時(shí)施作，結(jié)合監(jiān)控量測(cè)成果，及時(shí)封閉成環(huán)，保證施工安全。（一）噴射泥凝施工噴射混凝土是在地下工程施工中，為盡快使開(kāi)挖土體面穩(wěn)定的一種支護(hù)措施。它借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣作動(dòng)力，將水泥、砂、石子、水配合的拌和料，并摻加速凝劑，通過(guò)高壓管高速?lài)娚涞绞車(chē)娒嫔?，依靠高速?lài)娚鋾r(shí)集料的反復(fù)連續(xù)撞擊壓密混凝土硬化而成，使噴射的混凝土能夠在幾分鐘內(nèi)終凝，且強(qiáng)度增長(zhǎng)快，并與其他支護(hù)措施如錨桿、鋼筋網(wǎng)聯(lián)合形成支護(hù)整體共同承受拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，大幅度地提高工作面土體的承載力，并快速穩(wěn)定。8.3隧道新奧法施工技術(shù)（4）噴射混凝土完成后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，其養(yǎng)護(hù)應(yīng)符合下列規(guī)定：①混凝土噴射終凝2h后，應(yīng)采用養(yǎng)護(hù)臺(tái)架進(jìn)行濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)日時(shí)間不得少于14d。②黃土或其他土質(zhì)隧道，以噴霧養(yǎng)護(hù)為宜，以防止噴水過(guò)多軟化下部土層。③隧道內(nèi)環(huán)境氣溫低于5℃時(shí)，不得進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)。（5）噴射混凝土在冬期施工時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：①?lài)娚渥鳂I(yè)區(qū)的氣溫不應(yīng)低于5℃，在結(jié)冰的巖面上，不得噴射混凝土②混合料進(jìn)入噴射機(jī)料斗前溫度不應(yīng)低于5℃。③對(duì)液體速凝劑進(jìn)行加熱處理，溫度不應(yīng)低于10℃（最佳為20℃）。④?chē)娚浠炷翉?qiáng)度未達(dá)到6MPa前，不應(yīng)使其受凍。8.3隧道新奧法施工技術(shù)（二）鋼筋網(wǎng)施工在噴射混凝土中增設(shè)鋼筋網(wǎng)，可以防止受?chē)娒嬗捎诔惺車(chē)娚淞Χ?，減少回彈量、噴射混凝土層的開(kāi)裂，增強(qiáng)初期支護(hù)的整體作用，通常與錨桿或鋼架焊接成一體。鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)應(yīng)符合下列要求：（1）鋼筋網(wǎng)宜在初噴混凝土后鋪掛，使其與噴射混凝土形成一體，底層噴射混凝土的厚度不宜小于4cm。（2）砂土層地段應(yīng)先鋪掛鋼筋網(wǎng)，沿環(huán)向壓緊后再?lài)娀炷?。?）采用雙層鋼筋網(wǎng)時(shí)，第二層鋼筋網(wǎng)應(yīng)在第一層鋼筋網(wǎng)被混凝土覆蓋后鋪設(shè)，其覆蓋厚度不應(yīng)小于3cm。（4）鋼筋網(wǎng)可利用風(fēng)鉆氣腿頂撐，以便貼近巖面，鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿或其他固定裝置連接牢固，與鋼架綁扎時(shí)，應(yīng)綁在靠近巖面一側(cè)。（5）噴射混凝土?xí)r，應(yīng)調(diào)整噴頭與受?chē)娒娴木嚯x、噴射角度，以減少鋼筋振動(dòng)，降低低回彈，并保證鋼筋網(wǎng)噴凝土保護(hù)層厚度不小于4cm（6）噴射中如有脫落的石塊或混凝土塊被鋼筋網(wǎng)卡住時(shí)，應(yīng)及時(shí)清除。8.3隧道新奧法施工技術(shù)（三）錨桿施工錨桿（索）是用金屬或其他高抗拉性能的材料制作的一種桿狀構(gòu)件，錨桿是噴錨支護(hù)中的一個(gè)重要組成部分，在噴錨聯(lián)合支護(hù)中起著主要作用。8.3隧道新奧法施工技術(shù)1.普通水泥砂漿錨桿普通水泥砂漿錨桿是以普通水泥砂漿作為黏結(jié)劑的全長(zhǎng)黏結(jié)式錨桿，其構(gòu)造如圖8?30所示。8.3隧道新奧法施工技術(shù)2.早強(qiáng)水泥砂漿錨桿3.早強(qiáng)藥包內(nèi)錨頭錨桿不管用什么類(lèi)型的藥包，其設(shè)計(jì)、施工基本一致。8.3隧道新奧法施工技術(shù)4.縫管式錨桿縫管式錨桿是一種全長(zhǎng)錨固，主動(dòng)加固圍巖的新型錨桿，它立體部分是一根縱向開(kāi)縫的高強(qiáng)度鋼管，當(dāng)安裝于比管徑稍小的鉆孔時(shí)，可立即在全長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)孔壁施加徑向壓力和阻止圍巖下滑的摩擦力，加上錨桿托盤(pán)托板的承托力，從而使圍巖處于三向受力狀態(tài)。8.3隧道新奧法施工技術(shù)5.楔縫式內(nèi)錨頭錨桿8.3隧道新奧法施工技術(shù)6.脹売式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨索脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨索主要由機(jī)械脹売式內(nèi)錯(cuò)頭、錨索（鋼絞線）外錨頭以及灌注的黏結(jié)材料等組成，其構(gòu)造見(jiàn)圖8?34所示。8.3隧道新奧法施工技術(shù)（四）鋼拱架施工鋼拱架是在隧道開(kāi)挖初期支護(hù)期間，為使圍巖保持穩(wěn)定而按照隧道開(kāi)挖輪廓線布設(shè)的由鋼筋格柵或型鋼、鋼軌等制成的支護(hù)骨架結(jié)構(gòu)，鋼架安裝后可達(dá)到支撐圍巖穩(wěn)定、限制圍巖變形的目的，它通常與鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等結(jié)合共同受力。目前公路工程隧道施工中采用的鋼拱架主要以格柵拱架（圖8?35a）和型鋼拱架（圖8?35b）為主。8.3隧道新奧法施工技術(shù)七、仰拱和仰拱填充施工仰拱是二次襯砌的底部，仰拱填充是為行車(chē)道建立的一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。仰拱及仰拱填充（圖8?36）通常初期支護(hù)后施工，且宜超前拱墻混凝土施工，其超前距離宜保持在3倍以上的拱墻循環(huán)作業(yè)長(zhǎng)度。8.3隧道新奧法施工技術(shù)六、防水隔離層8.3隧道新奧法施工技術(shù)六、防水隔離層8.3隧道新奧法施工技術(shù)六、防水隔離層8.3隧道新奧法施工技術(shù)八、模筑二次襯砌拱墻（一）施工條件在隧道初期支護(hù)完成后，為防止圍巖不致因暴露