隧道施工方法

第六章隧道施工方法教學基本要求：1、了解山嶺隧道的基本施工方法及其適用范圍；2、了解洞口及不良地質條件下隧道施工采取的對策與方法。3、掌握新奧法的概念及其要點；4、掌握錨噴支護設計的步驟；5、掌握錨桿、噴射混凝土的支護原理；6、了解新奧法中支護和圍巖共同作用原理的力學概念；7、掌握錨噴支護的的施工方法與步驟；8、了解錨噴支護的力學性能及檢測方法。第一節(jié)山嶺隧道施工法一、山嶺隧道工程特點施工過程為：在地層中挖出土石，形成符合設計輪廓尺寸的坑道；進行必要的初次支護和砌筑；最后的永久襯砌，以控制坑道圍巖變形，保證隧道長期的安全使用。

隧道工程的特點如下：（1）整個工程埋設于地下。（2）隧道是一個狹長的建筑物，一般有進口、出口兩個工作面。隧道的施工速度比較慢，工期也比較長。需要開挖豎井、斜井、橫洞等輔助工程來增加工作面，加快隧道施工速度。

另外，隧道斷面較小，工作場地狹長，有些工序只能順序作業(yè)，有些工序可以沿隧道縱向開展，平行作業(yè)。因此，要求施工中加強管理、合理組織、避免相互干擾。洞內設備、管線路布置應周密考慮，妥善安排。隧道施工機械應當結構緊湊、堅固耐用。

（3）地下施工環(huán)境較差（甚至會惡化），須采取有效措施，使施工場地合乎衛(wèi)生條件，并有足夠的亮度，以保證施工人員的身體健康，提高勞動生產率。（4）施工工地一般都位于偏遠的深山峽谷之中，往往遠離既有交通線，運輸不便，供應困難。（5）山嶺隧道埋設于地下，一旦建成就難以更改。二、隧道施工方法及其選擇隧道施工方法：礦山法（傳統(tǒng)的礦山法和新奧法）、掘進機法、沉管法、頂進法、明挖法等。礦山法：因用于礦石開采而得名，它包括傳統(tǒng)方法和新奧法。多數情況下都需要采用鉆眼爆破來進行開挖，又稱為鉆爆法。有時將新奧法從礦山法中另立系統(tǒng)。

掘進機法：包括隧道掘進機法和盾構掘進機法，前者應用于巖石地層，后者主要應用于土質圍巖，尤其適用于軟土、流砂、淤泥等特殊地層。沉管法和頂進法：用來修建水底隧道、城市市政隧道等。明挖法：主要用來修建埋深很淺的山嶺隧道或城市地鐵隧道。選擇施工方案時，考慮的因素：

(1)工程的重要性，一般由工程的規(guī)模、使用上的特殊要求及工期的緩急體現(xiàn)出來；

(2)隧道所處的工程地質和水文地質條件；

(3)施工技術條件和機械裝備情況；

(4)施工中動力和原材料供應情況；

(5)工程投資與運營后的社會效益和經濟效益；

(6)施工安全狀況；

(7)有關污染、地面沉降等環(huán)境方面的要求和限制。隧道施工方法的選擇，是一項“模糊”的決策過程，它依賴于有關人員的學識、經驗、毅力和創(chuàng)新精神。三、隧道施工方法山嶺隧道:指為穿越山嶺而開鑿的隧道，一般為巖石隧道，故常常采用礦山法施工，即用鉆眼爆破方法開挖巖石，并修筑支護結構，有時也可采用機械破巖進行開挖。山嶺隧道施工可選擇:

全斷面一次開挖、全斷面二次開挖、臺階式開挖、導洞法開挖等施工方法。一般宜優(yōu)先選用全斷面法和正臺階法，對地質條件變化較大的隧道，選擇施工方法時要考慮有較大的適應性，以便在圍巖變化時易于變換施工方法。一、全斷面一次開挖法全斷面一次開挖法是利用鉆眼爆破法或全斷面掘進機，在整個設計斷面上一次向前挖掘推進的施工方法。從隧道鉆爆法的發(fā)展趨勢看，全斷面施工將是優(yōu)先被考慮的施工方法。按照隧道設計輪廓線一次爆破成型的施工方法叫全斷面法。它的施工順序如下：①用鉆孔臺車鉆眼，然后裝藥、連接導火線；②退出鉆孔臺車，引爆炸藥，開挖出整個隧道斷面；③排除危石，安設拱部錨桿和噴第一層混凝土；④用裝碴機將石碴裝入礦車，運出洞外；

⑤安設邊墻錨桿和噴射混凝土；⑥必要時可噴拱部第二層混凝土和隧道底部混凝土；⑦開始下一輪循環(huán)；⑧在初次支護變形穩(wěn)定后或按施工組織中規(guī)定日期，灌注內層襯砌。

全斷面一次開挖法的優(yōu)點是：可最大限度地利用洞內作業(yè)空間，工作面寬敞，能使用大型高效設備，加快施工進度；斷面一次挖成，施工組織與管理比較簡單；能較好地發(fā)揮深孔爆破的優(yōu)越性；通風、運輸、排水等輔助工作及各種管線鋪設工作均較便利。全斷面一次開挖法的缺點是：要使用笨重而昂貴的鑿巖臺車或鉆架；一次投資大；同時由于使用了大型機具，需要有相應的施工便道、組裝場地、檢修設備以及能源等；當隧道較長、地質情況多變而必須改換其他施工方法時需要較多時間；多臺鉆機同時工作時的噪聲極大。

全斷面開挖法適應條件:一般認為，該法主要用于圍巖穩(wěn)定、堅硬、完整、開挖后不需臨時支護的I～III級圍巖的巖石隧道，以及高度不超過5m、斷面不超過30平方米的中小型斷面隧道。二、分斷面兩次開挖法該法是將斷面分成兩個分層（或部分），從上向下（或從下向上）或利用導坑在全長范圍內或一個區(qū)段內逐個分層（部分）施工。開挖好一個分層（部分）再開挖另一個分層（部分）。適應條件：它適合于穩(wěn)定巖層中斷面較大、長度較短或者要求快速施工以便為另一隧道探清地質情況的隧道施工。根據各分層（部分）施工順序不同分為三種：

（1）上半斷面先行施工法（2）下半斷面先行施工法（3）先導洞后全斷面擴挖法1、上半斷面先行施工法該法的特點：開挖面高度不大；不需笨重的鉆架；遇松軟地層時可迅速地改變開挖方法；下分層開挖時運碴和鉆孔可平行作業(yè)，進度快；下分層爆破有兩個臨空面，效率高、成本低。2、下半斷面先行施工法下半斷面先行施工法在斷面開挖完成后即可進行襯砌。上部斷面可以站在碴堆上鉆孔（水平孔）或從隧道地板向上鉆垂直孔。在不采用對頭施工的隧道中，下部掘通后，上部可從兩個洞口組織鉆孔和裝巖作業(yè)。該法的特點是：和上半斷面先行施工法類似，襯砌施工、排水、排矸都更方便。一般只在一定地質條件下及沒有鉆架或使用鉆架不經濟時使用。3、先導洞后全斷面擴挖法

該法先沿隧道的中線、按全長開挖導洞，然后再擴挖至設計斷面。導洞的位置要根據具體條件確定，可位于隧道底板或頂板或中部（拱基線水平）。導洞可用掘進機或鉆爆法挖掘。

先導洞后全斷面擴挖該法優(yōu)點:主要可對隧道范圍內的地質情況進行連續(xù)地調查；以便對支護系統(tǒng)做修正和方便后續(xù)工程的進行；該法可正確評價擴大作業(yè)的時間和費用；有利于通風以及涌水和瓦斯的預防與排放等。因此，該法目前被認為是一種能提高掘進速度的好方法。米花嶺隧道先導洞后全斷面擴挖施工布置1一門架式鑿巖臺車；2一挖裝機；3一梭式礦車4一蓄電池電機車三、臺階法施工

該法是將隧道斷面分成若干（一般為2～3）個分層，各分層呈臺階狀同時推進施工。這種方法的最大特點是縮小了斷面高度，不需笨重的鉆孔設備。按臺階布置方式的不同，臺階法可分為:

正臺階法反臺階法（一）正臺階法

該法為最上分層工作面先超前施工，又稱下行分層施工法。施工時首先掘上部弧形斷面（高一般為2m～2.5m），然后逐一挖掘下面各部分。采用正臺階施工法要注意以下幾點：（１）要根據具體條件合理確定上、下分層的錯距、距離過大，上分層出碴困難；過小上分層鉆眼不便。在分層數目少、分層斷面大、使用較大型的施工機械時或者有其他輔助坑道時，錯距可適當加大。（２）在裝碴、鉆孔機械能力足夠時，應盡量減少分層數。人工翻碴時，臺階數可多些。上部臺階斷面鉆眼可與下臺階翻碴工作同時作業(yè)。臺階較短（3m～5m）時也可以采用上下分層同時鉆眼、一次爆破的開挖法。（３）要根據圍巖穩(wěn)定情況及永久襯砌的形式合理確定掘砌之間的協(xié)調關系。錨噴支護時施工比較靈活，現(xiàn)澆混凝土襯砌時，一般襯砌工作落后于下分層掘進一定距離（十幾米或幾十米）。（二）反臺階法反臺階法又叫上行分層施工法。該法施工能使工序減少，施工干擾小，下部斷面可一次挖至設計寬度，空間大，便于出碴運輸和布置管線，能節(jié)省大量材料，適合于圍巖穩(wěn)定、不需臨時支護、無大型裝碴設備的情況。四、導坑法施工導坑法是以一個或多個小斷面導坑超前一定距離開挖，隨后逐步擴大開挖至設計斷面，并相繼進行砌筑的方法。中央下導坑導坑法按導坑位置不同分為:上下導坑中央上導坑

兩側導坑（一）中央下導坑施工法導坑位于隧道的中部并沿底板掘進。當導坑掘至預定位置后，再行開幫、挑頂，完成永久支護工作。

1．中央下導坑先墻后拱法

該法的施工順序是先挑頂后開幫，在開幫的同時完成砌墻工作。

適應條件:適用于圍巖較穩(wěn)定的隧道施工，一般為I-II級圍巖石質隧道。六部開挖法又稱漏斗棚架法如下圖:其下導坑①宜超前一定距離（一般超過50m），隨后架設漏斗棚架，向上拉槽②和挑頂③。②部和③部之間的距離一般為15m～20m，③部開挖完后立即進行刷幫，開挖④、⑤、⑥部。最后按先墻后拱的順序襯砌澆筑。該法除下導坑和左右兩幫（①和③部）外，其余各部位的巖碴均可經由漏斗漏到棚下的斗車內，再運出洞外。圍巖條件允許時，可將①部與②部合并、③部與④部合并、⑤部與⑥部合并，即成為三部開挖法，使工序大為簡化。漏斗棚架結構如圖3—5所示。漏斗棚架結構圖該法的施工特點是：優(yōu)點:可容納較多人員同時施工；且可以小型機械為主施工，既可利用棚架作腳手架；棚架上石碴又可由漏斗口漏人車內，省力、速度快。缺點:但該法由于需要幾十米長的棚架，需用大量木材、鋼軌；爆破也易損壞棚架和風水管路；圍巖暴露時間較長，對施工安全不利。（二）中央上導坑施工法適應條件:隨挖隨砌的Ⅲ、Ⅳ級圍巖的巖石及土質隧道。導坑①超前開挖并架臨時支撐，隨后落底②，更換導坑支撐。最后依次擴大兩側③，并立即進行砌筑。如巖質差、斷面大，也可將導坑再分成幾個小斷面進行挖掘，先挖頂部后挖兩幫并進行臨時支撐，最后挖掉中間部分。土質隧道中，中間部分⑤可分三層進行。注意:中央上導坑施工法施工時為防止兩側內移，可在拱腳處架設橫撐梁（也叫卡口梁）；或在中上部設橫撐（過河撐）。上導坑先拱后墻法兩側墻⑥、⑧采用馬口開挖，每側開挖完成后立即砌墻。馬口開挖分對開馬口和錯開馬口兩種，如圖3—8a所示（括號內數字為錯開馬口）。馬口長度以4m～8m為宜，松軟破碎圍巖可小于4m。對開馬口即兩幫馬口同時相對開挖，適合于石質較好的隧道；錯開馬口即兩幫馬口相錯開挖，適合于石質松軟、破碎的隧道。

在巖石條件較差時，也可采用三步或四步跳躍法，如圖3—8b所示（括號內數字為四步跳躍法）。對開馬口可不必來回跳躍，不會打壞對面邊墻、風水管路及腳手架等不必多次拆裝，可加快邊墻施工速度。（a）－馬口形式；（b）－三步（四步）跳躍法1、2、3、4一馬口開挖順序；5一拱圈施工縫中央上導坑施工法的特點是：

拱圈襯砌及時，圍巖暴露時間短；施工干擾大，進度慢；襯砌整體性差，故較適合于圍巖穩(wěn)定性差及長度較短（300m以內）的隧道。（三）上下導坑施工法（P146）適應條件:該法適用于Ⅲ類及Ⅳ級圍巖的石質或土質隧道施工。1．施工順序下導坑①超前上導坑②30m～50m，對于短隧道或石質差的隧道，這一距離還可小一些。其他工序拉開的距離以互不干擾、盡量縮短為原則。兩個導坑挖好后，先擴大上部斷面，并把拱圈修筑好，然后在拱圈保護下開挖下部斷面，最后修筑邊墻。上下導坑先拱后墻法施工順序圖中部挖去后，開始挖砌邊墻，應采取以下措施：（1）拱腳懸空后需加強臨時支撐，圍巖穩(wěn)定性差時，拱腳應設置托梁。（2）拱圈是分段澆灌的，段與段之間有施工縫，為避免挖邊墻時使整段拱圈懸空，邊墻應采用馬口開挖。（3）砌筑拱圈時適當加厚拱腳處的襯砌，使部分拱腳支撐在圍巖上，以保證拱圈不下沉。2．上下導坑施工法施工特點該法最大優(yōu)點是下部各工序均在拱圈保護下進行，施工安全；有兩個導坑，通風、排水、運輸、管線布置等條件較好；能拉開工作面，便于使用小型工具；適用范圍廣，遇到地質情況變化，變換施工方法較易；但襯砌整體性差，馬口開挖影響進度且有可能引起拱圈下沉；工序多，干擾大，施工管理不便，上導坑人工裝碴勞動強度大。（四）兩側導坑施工法1．品字形導坑先拱后墻施工法適應條件:該法適用于III～IⅤ級圍巖石質多線隧道施工.開挖順序:先開挖呈品字形布置的導坑①、②，再在上導坑②擴大拱部③、④，矸石從漏斗漏至①中的斗車內運出，挖完拱部圍巖后即砌拱圈Ⅴ，在拱圈保護下開挖邊墻部分⑥，并砌筑邊墻Ⅶ。最后開挖核心⑧部和⑨部。品字形導坑先拱后墻施工法優(yōu)點:該法工作面較多，施工干擾小，一般不需要支撐或需簡單的支撐，保留核心有利于支撐和施工安全，出碴運輸方便，兩個下導坑可用裝巖機裝碴。拱部擴大的大量巖碴可經由漏斗漏至下導坑的斗車內運出。核心部分⑧及⑨部可用大型機械全斷面開挖，也可分臺階開挖。缺點:是導坑較多，襯砌整體性差，核心爆破時會影響下導坑運輸及其他工序，遇到地層條件變化時，更換其他施工方法較難。2．側壁導坑先墻后拱法適應條件:該法適用于V、VI級圍巖土質隧道.當圍巖比較穩(wěn)定時，側導坑可寬些，以留出運輸通道。但圍巖不穩(wěn)定、圍巖壓力大時，或者在松軟含水層處，導坑寬度就要盡量小些。上導坑尺寸不宜過大，開挖時也要考慮抬高量（30cm～40cm）；不良地段要短開挖（5m～10m）、強支撐、快襯砌。

側壁導坑先墻后拱法

該法的特點:斷面分塊小，自下而上隨挖隨砌。因此，暴露時間短，對圍巖的破壞擾動小，安全可靠。但是工序多，進度慢，導坑多，造價高，通風排水困難。四、新奧地利隧道施工法

——巖石地層的新奧法施工1、新奧法施工特點以往，人們認為在地層中開挖坑道必然要引起圍巖塌陷掉落，開挖的斷面越大，塌陷的范圍也越大。因此，傳統(tǒng)的隧道結構設計方法是將圍巖看成是必然要松弛塌落，而成為作用于支護結構上的荷載。

傳統(tǒng)的隧道施工方法是隨挖隨用鋼材或木材支護，然后，從上到下或從下到上砌筑剛性襯砌。20世紀

60

年代以來，人們對開挖隧道過程中所出現(xiàn)的圍巖變形、松弛、崩塌等現(xiàn)象有了更深的認識，提出新的、經濟的隧道施工方法創(chuàng)造了前提。

1963年，新奧地利隧道施工法(NewAustriaTunnelingMethord)簡稱新奧法（

NATM）正式出臺。

新奧法與傳統(tǒng)的礦山法區(qū)別：傳統(tǒng)的礦山法施工是把地層壓力視作外力荷載，新奧法是把圍巖和支護結構作為一個統(tǒng)一的受力體系，圍巖是荷載的來源，又是支護結構體系的一部分，圍巖和支護結構相互作用。

新奧法施工的基本思想是：充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，采用以錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時對圍巖進行加固，約束圍巖的松弛和變形，并通過對圍巖和支護結構的監(jiān)控、量測來指導地下工程的設計與施工。新奧法的主要特點如下（P149）：a、充分保護圍巖，減少對圍巖的擾動。因為巖體是隧道結構體系中的主要承載單元，所以在施工中必須充分保護圍巖，盡量減少對它的擾動。

b、充分發(fā)揮圍巖的自承能力。為了充分發(fā)揮巖體的承載能力，應允許并控制巖體的變形。一允許變形，使圍巖中能形成承載環(huán)；二又必須限制它，使巖體不致過度松弛而喪失或大大降低承載能力。

在施工中應采用能與圍巖密貼、及時砌筑又能隨時加強的支護結構，如錨噴支護等。能通過調整支護結構的強度、剛度和它參加工作的時間（包括底拱閉合時間）來控制巖體的變形。c、盡快使支護結構閉合。為了改善支護結構的受力性能，施工中應盡快使之閉合，而成為封閉的筒形結構。另外，隧道斷面形狀要盡可能地圓順，以避免拐角處的應力集中。d、加強監(jiān)測，根據監(jiān)測數據指導施工。在施工階段進行現(xiàn)場量測，及時提出量測信息（如坑道周邊的位移或收斂、接觸應力等）并及時反饋信息，用來指導施工和修改設計。新奧法的基本原則可扼要地概括為“少擾動、早噴錨、快封閉、勤量測”。2、新奧法施工方法新奧法施工，按其開挖斷面的大小及位置，基本上又可分為全斷面法、臺階法、分步開挖法三大類及若干變化方案。（1）全斷面法全斷面法注意問題：摸清前方的地質情況，隨時準備好應急措施（包括改變施工方法等），以確保施工安全；各種施工機械設備務求配套，以充分發(fā)揮機械設備的效率；加強各項輔助作業(yè)，尤其加強施工通風；加強對施工人員的技術培訓。（2）臺階法臺階法分為長臺階法、短臺階法和超短臺階法。

采用何種臺階法，要根據以下條件：①初次支護形成閉合斷面的時間要求，圍巖越差，閉合時間要求越短；②上斷面施工所用的開挖、支護、出碴等機械設備施工場地大小的要求。

在軟弱圍巖中應以快封閉為主，兼顧后者，確保施工安全；在圍巖條件較好時，主要考慮如何發(fā)揮機械效率，保證施工的經濟性。

A、長臺階法

長臺階法是將斷面分成上半斷面和下半斷面兩部分進行開挖，上、下斷面相距較遠，一般上臺階超前50m

以上或大于5倍洞跨。施工時上下部可配同類機械進行平行作業(yè)。當隧道長度較短時，可先將上半斷面全部挖通后，再進行下半斷面施工，即為半斷面法。

長臺階法的作業(yè)順序如下：①上半斷面施工。用兩臂鉆孔臺車鉆眼、裝藥爆破(地層較軟時可用挖掘機開挖)、安設錨桿和鋼筋網（必要時加設鋼支撐、噴射混凝土）、用推鏟機將石碴推運到臺階下，再由裝載機裝入車內運至洞外。

根據支護結構形成閉合斷面的時間要求，必要時在開挖上半斷面后，可建筑臨時底拱，形成上半斷面的臨時閉合結構，然后在開挖下斷面時再將臨時拱底挖掉。從經濟上來看，應改用短臺階法。

②下半斷面施工。用兩臂鉆孔臺車鉆眼、裝藥爆破、裝碴運至洞外、安設邊墻錨桿（必要時）和噴混凝土、用反鏟挖掘機開挖水溝、噴底部混凝土。

開挖下半斷面時，其炮眼布置方式有兩種：平行隧道軸線的水平眼、由上臺階向下鉆進的豎直眼（插眼）如圖所示。水平眼主要布置在設計斷面輪廓線上。插眼的爆破效果較好，但爆破時石碴飛出較遠，容易打壞機械設備。

③待初次支護的變形穩(wěn)定后，或根據施工組織所規(guī)定的日期敷設防水層（必要時）和建造內層襯砌。長臺階法與全斷面法比較：一次開挖的斷面和高度都比較小，只需配備中型鉆孔臺車即可施工，對開挖面的穩(wěn)定有利。適用范圍較全斷面法廣。

B、短臺階法

這種方法也是分成上下兩個斷面進行開挖，只是兩個斷面相距較近，一般上臺階長度小于5倍但大于1～1.5倍洞跨。上下斷面采用平行作業(yè)。短臺階法的作業(yè)順序和長臺階相同。

適用條件：適用范圍很廣，V-I級圍巖都能采用，尤其適用于V、IV級圍巖，是新奧法施工中主要采用的方法。

特點：縮短支護結構閉合的時間，改善初次支護的受力條件，有利于控制隧道收斂速度和量值。缺點是上臺階出碴時對下半斷面施工的干擾大，不能全部平行作業(yè)。采用短臺階法時注意：初次支護全斷面閉合要在距開挖面30m以內，或距開挖上半斷面開始的30天內完成；初次支護變形、下沉顯著時，要提前閉合，要研究在保證施工機械正常工作前提下臺階的最小長度。

C、超短臺階法

分成上下兩部分，但上臺階僅超前3～5m；采用交替作業(yè)。

施工順序為：用一臺停在臺階下的長臂挖掘機開挖上半斷面至一個進尺；安設拱部錨桿、鋼筋網或鋼支撐；噴拱部混凝土。用同一臺機械開挖下半斷面至一個進尺；安設邊墻錨桿、鋼筋網或接長鋼支撐，噴邊墻混凝土（必要時加噴拱部混凝土）；開挖水溝、安設底部鋼支撐，噴底部拱混凝土；灌注內層襯砌。超短臺階法適用條件：膨脹性圍巖和土質圍巖、要求及早閉合斷面。

由于該法初次支護全斷面閉合時間更短，有利于制圍巖變形，在城市隧道施工中能更有效地控制地表沉陷，也適用于機械化程度不高的各級圍巖地段。超短臺階法的缺點：上下斷面相距太近，機械設備集中，作業(yè)時間相互干擾較大，生產效率較低，施工速度較慢。超短臺階法施工時注意：在軟弱圍巖中施工時，必要時采用輔助施工措施，如向圍巖中注漿或打入超前小導管，對開挖面進行預加固或預支護，或留核心土。所有臺階法施工中，開挖下半斷面時注意：①下半斷面的開挖（又稱落底）和封閉應在上半斷面初次支護基本穩(wěn)定后進行，或采取其他有效措施確保初次支護體系的穩(wěn)定性（如擴大拱腳、打拱腳錨桿、加強縱向聯(lián)接等，采用單側落底或雙側交錯落底，避免上部初次支護兩側拱腳同時懸空）。

②下部邊墻開挖后立即噴射混凝土，并按規(guī)定做初次支護。③量測工作必須及時，以觀察拱頂、拱腳和邊墻中部位移值，當發(fā)現(xiàn)速率增大，應立即進行底（仰）拱封閉。（3）分部開挖法分部開挖法可分為臺階分部開挖法、單側壁導坑法、雙側壁導坑法。A、臺階分部開挖法

又稱環(huán)形開挖留核心土法，一般將斷面分成環(huán)形拱部（圖a中的1、2、3）、上部核心土（圖a中4）、下部臺階（圖a中5）等3部分。環(huán)形拱部可分成幾塊交替開挖。環(huán)形開挖進尺為0.5-1.0m，不宜過長。上部核心土和下臺階的距離，一般雙線隧道為1倍洞跨，單線隧道為2倍洞跨。作業(yè)順序為：用人工或單臂掘進機開挖環(huán)形拱部；架立鋼支撐、噴混凝土；在拱部初次支護下，用挖掘機或單臂掘進機開挖核心土和下臺階，隨時接長鋼支撐和噴混凝土、封底；根據初次支護變形情況或施工安排建造內層襯砌。拱形開挖高度較小或地層松軟，錨桿不易成型，施工中不設或少設錨桿。

因上部留有核心土支擋著開挖面，而且能迅速及時地建造拱部初次支護，開挖工作面穩(wěn)定性好。此方法適用于一般土質或易坍塌的軟弱圍巖。

優(yōu)點：與超短臺階法相比，臺階長度可以加長，減少上下臺階施工干擾；與側壁法相比，施工機械化程度較高，施工速度快。注意：雖核心土增強開挖面的穩(wěn)定，但開挖中圍巖要經多次擾動，斷面分塊多，支護結構形成全斷面封閉的時間長，這些有可能使圍巖變形增大。常需采用輔助施工措施對開挖工作面及其前方巖體進行預支護或預加固。

B、單側壁導坑法一般將斷面分成側壁導坑、上臺階、下臺階3塊。一般側壁導坑寬度不宜超過0.5

倍洞寬，高度以到起拱線為宜，導坑分二次開挖和支護。在短隧道中可選挖通導坑而后再開挖臺階。上、下臺階的距離參照短臺階法或超短臺階法。

施工作業(yè)順序：開挖側壁導坑，并初次支護（錨桿加鋼筋網或錨桿加鋼支撐或鋼支撐，噴射混凝土），應盡快使初次支護閉合；開挖上臺階，拱部初次支護，使其一側支承在導坑的初次支護上，另一側支承在下臺階上；開挖下臺階，進行另一側邊墻的初次支護，并盡快建造底部初次支護，使全斷面閉合；拆除導坑臨空部分的初次支護；施作內層襯砌。適用條件：跨度大，地表沉陷難于控制的軟弱松散圍巖。C、雙側壁導坑法又稱眼鏡工法。當跨度很大，地表沉陷要求嚴格，圍巖特差，單側壁導坑法難以控制圍巖變形時，可采用雙側壁導坑法。實測表明，雙側壁導坑法引起的地表沉陷為短臺階法的1/2。

此法一般是將斷面分成左、右側壁導坑，上部核心土，下臺階4塊。導坑寬度不超過斷面最大跨度的l/3。左、右導坑錯開的距離應據開挖一側導坑引起圍巖應力重分布的影響不致波及另一側已成導坑的原則來確定。

作業(yè)順序為：開挖一側導坑，及時初次支護閉合；相隔適當距離后開挖另一側導坑，并建造初次支護；開挖上部核心土，建造拱部初次支護，拱腳支承在兩側壁導坑的初次支護上；開挖下臺階，建造底部的初次支護，使初次支護全斷面閉合；拆除導坑臨空部分的初次支護；施作內層襯砌。

特點：開挖斷面分塊多，擾動大，初次支護全斷面閉合的時間長；但每個分塊都是在開挖后立即各自閉合的，所以在施工中間變形幾乎不發(fā)展。施工安全，速度較慢，成本較高。4、施工中可能發(fā)生的問題及其對策新奧法施工的基本原則是，根據圍巖性質允許產生適量的變形，但又不使圍巖松動塌落。根據實踐經驗，將新奧法中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象及應采取的措施列于表中，措施A

指進行比較簡單的改變就可解決問題的措施，措施B

指包括需要改變支護方法等比較大的變動才能解決問題的措施。第二節(jié)新奧法施工技術一、隧道施工應遵循的基本原則它是以控制爆破或機械開挖為主要掘進手段，以錨桿、噴射混凝土為主要支護方法，理論、量測和經驗相結合的一種施工方法，同時又是一系列指導隧道設計和施工的原則。施工中遵循的基本技術原則是：(1)圍巖是隧道的主要承載單元，在施工中充分保護和愛護圍巖。(2)為了充分發(fā)揮圍巖的結構作用，應容許圍巖有可控制的變形。(3)變形的控制主要是通過支護阻力(即各種支護結構)的效應達到的。(4)在施工中必須進行實地量測監(jiān)控，這是“新奧法”的重要組成部分。(5)在選擇支護手段時，一般應選擇能大面積的、牢固的與圍巖緊密接觸的、能及時施設和應變能力強的支護手段。(6)隧道施工過程是圍巖力學狀態(tài)不斷變化的過程。(7)隧道斷面能在較短時間內閉合是極為重要的。(8)施工過程中，必須建立設計-施工檢驗-地質預測-量測反饋-修正設計的一體化的施工管理系統(tǒng)，提高和完善隧道施工技術。隧道施工的基本原則概括：“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”。二、新奧法的施工工序三、錨噴支護原理（一）錨噴支護與現(xiàn)代支護理論

1、噴射混凝土：利用壓縮空氣或其他動力，將按一定配比拌制的摻有速凝劑的混凝土混合物沿管路輸送至噴頭處，以較高速度垂直噴射于受噴面，依賴噴射過程中水泥與骨料的連續(xù)撞擊、壓密而形成的一種混凝土。它是將按一定配比拌制而成的水泥裹砂砂漿和以粗骨料為主的混合料，分別用砂漿泵和噴射機輸送至噴嘴附近相混合后，高速噴到受噴面上所形成的混凝土。噴射混凝土可以單獨用于地下支護，也可以和其他結構組合起來形成地下支護。

2、錨噴支護：是一種組合支護，它是將噴射混凝土、錨桿、鋼筋網噴射混凝土、鋼拱架噴射混凝土結構組合起來的支護形式?？梢愿鶕煌瑖鷰r的穩(wěn)定狀況，采用錨噴支護中的一種或幾種結構的組合。

錨噴支護是現(xiàn)代支護理論（或新奧法)原則的物質基礎，現(xiàn)代巖石力學是現(xiàn)代支護理論的理論支柱。概括起來有以下四個方面：☆在決策地下工程修建方法，要確保維護圍巖穩(wěn)定這一基本目標?？梢哉f確保巖層穩(wěn)定是地下工程順利修建的前提條件，它既是一個大原則和出發(fā)點，又是工程的最終驗收標準。一定要：(1)做好工程地質勘察工作。工程地質勘察要貫穿于錨噴支護設計與施工的全過程，它既可為錨噴支護設計、施工提供依據，又能為修改設計和指導施工提供信息。(2)洞室開挖會破壞圍巖原有的平衡，導致圍巖失穩(wěn)，要控制開挖引起的應力重分布不使開挖空間達到喪失穩(wěn)定的程度。(3)不同巖層的自穩(wěn)時間差別很大，對軟弱巖層要及時采取適當的支護形式，防止巖層垮落。(4)選擇對巖層局部擾動較小的施工方法，有利于巖層的整體穩(wěn)定。盾構法、切割法比鉆爆法擾動小，控制爆破（光面爆破、預裂爆破）比普通爆破擾動小。要把支護與圍巖視作統(tǒng)一的承載結構，認真地研究支護與圍巖共同工作的機理和力模型。傳統(tǒng)支護理論與現(xiàn)代支護理論在設計觀念上差別表現(xiàn)在：(1）對圍巖和圍巖壓力的認識上：傳統(tǒng)支護理論認為圍巖壓力是由洞室塌落的巖層松散形成的，支護只要承擔這些松散體壓力，就能維持圍巖穩(wěn)定。對松散體是正確的。而現(xiàn)代支護理論認為所有結構性巖層都具有一定的自穩(wěn)能力。作用于支護上的壓力，在圍巖沒有喪失穩(wěn)定以前，是阻止圍巖變形所形成的變形壓力，圍巖全喪失穩(wěn)定以后才轉化為松散體壓力。(2）在圍巖與支護的關系上：傳統(tǒng)支護理論把圍巖與支護分開研究。圍巖當作荷載支護作為承載結構，建立所謂荷載-結構體系。這種認識實質上是認為支護對控制圍巖變形、松動、垮落無能為力。而現(xiàn)代支護理論把圍巖與支護視作不可分割的統(tǒng)一體，二者組成“圍巖-支護”體系而共同參與工作。支護結構不僅能承受所謂“圍巖荷載”，同時也有助于維護圍巖穩(wěn)定，支護在限制圍巖變形的過程中，具有某種主動性。

(3）計算簡圖上：傳統(tǒng)支護理論與一般地面結構沒有本質差別，首先要確定作用于支護上的荷載，然后按一般結構進行計算，簡圖如圖a；而現(xiàn)代支護理論計算簡圖如圖b。荷載是巖體地應力，它由圍巖與支護共同承擔。只有在巖體開挖后的瞬間把支護加上才有可能，只有錨噴支護才能采用這樣的計算簡圖。（因為錨噴支護是緊貼巖面的，不僅快速也沒有回填在實踐工程中，一些隧道由于超挖嚴重，在二次支護后留下回填空間的做法，顯然違背了現(xiàn)代支護理論的要求，留下了工程隱患。）☆在圍巖與支護的統(tǒng)一體中，圍巖所占的比重最大，起的作用也最大，它是承載地應力主體，對隧道穩(wěn)定起著決定性的作用。必須注意：(1）重視巖體的整體穩(wěn)定，不要把隧道修在滑坡體中，隧道口不要大削坡，盡量做到小開口早進洞。(2）選擇支護時機、支護強度、預應力大小，控制圍巖產生有限的應力松弛或進入塑性狀態(tài)，又不致大規(guī)模喪失穩(wěn)定，有效地調動圍巖的自承自穩(wěn)能力。(3）支護作用僅限于調整圍巖應力、阻止局部失穩(wěn)、控制圍巖變形、實現(xiàn)某種運營功能的手段，過強的支護對于維護圍巖穩(wěn)定并無必要?！钏淼佬藿ǖ娜^程始終堅持監(jiān)控量測，預測隧道的穩(wěn)定性和最終位移，進行反饋分析。它是了解圍巖與支護的工作狀態(tài)，評價隧道開挖方案和支護時機的合理性，支護結構參數選擇的正確性的基本依據，也是修改設計參數，決定新的支護形式和支護參數，或進行第二次支護的基本依據。錨噴支護、現(xiàn)場量測、光面爆破構成了新奧法的三大技術支柱，是現(xiàn)代支護理論賴以實現(xiàn)的物質基礎。不是說在實際工程中只要采用以錨噴支護為代表的三項技術，就是實現(xiàn)了新奧法。只有在設計施工全過程中認真地實施上述原則，同時采用這三項技術的地下工程作業(yè)，才算真正的新奧法施工，才能獲得工程質量與經濟效益的完美統(tǒng)一。四、錨噴支護特點

1、及時性由于工藝本身的原因，它能支護及時迅速，加之噴射混凝土的早強和全面密貼性能，保證支護的及時性和有效性。

及時性能給圍巖提供支護抗力，改善圍巖應力狀態(tài)，使圍巖由二向應力狀態(tài)變?yōu)槿驊顟B(tài)，從而使圖應力圓右移。巖體抗剪強度上移，提高了巖體的穩(wěn)定性。

2、緊貼性粘結力一般可達7MPa?？僧a生三種作用：(1)“聯(lián)鎖”作用。將被裂隙分割的巖塊粘聯(lián)在一起，保持了巖塊間咬合。(2)“復合”作用。圍巖與支護結成一個復合體，保證二者在徑向和切向上都共同工作。有利于圍巖和支護承載能力的發(fā)揮。結構上可以認為噴層與圍巖是剛性支座接觸，在等荷載作用下，彎矩值減小。(3)“增強”作用。噴射混凝土射入圍巖裂隙，充填圍巖凹穴，與圍巖緊密粘貼，提高了圍巖的強度，減少了圍巖應力集中。

3、柔韌性錨噴支護屬柔性支護。雖噴射混凝土是一種脆性材料，但由于施工工藝上的特點，噴射混凝土與巖體緊密粘貼，使它有可能噴得很薄，所以呈現(xiàn)一定柔性，此柔性可通過分次噴層的方法進一步發(fā)揮。錨桿也屬柔性支護，因其加固的巖體，可以允許巖體有較大的變形而不破壞，甚至能同被加固的巖體作整體移動，并且仍能保持相當大的支護抗力。

分析曲線：

巖石特性曲線—從彈塑性理論分析：地下洞室開挖后，在圍巖不致松散的前提下，維護洞室穩(wěn)定所需的支承抗力隨塑性區(qū)的增大而減少。

支護特征曲線：如果支護太“剛”，不能充分利用地層抗力而使支護承受相當大的徑向荷載；反之，如果支護太“柔”，則會導致圍巖松動，形成松動壓力，也會使支護上所受的荷載明顯增大。結論：錨噴支護易調節(jié)圍巖變形，能有控制地允許圍巖塑性區(qū)有適度的發(fā)展，以發(fā)揮圍巖自承能力。實踐表明，錨噴支護的柔性“卸壓”作用，對發(fā)揮圍巖的自承力和改善支護結構的受力狀態(tài)是十分有利的。

4、深入圍巖內部加固錨桿能深入巖體內部一定深度加固圍巖。按一定方式、間距布置的錨桿群（系統(tǒng)錨桿），可以提高圍巖錨固區(qū)的強度和整體性，改善圍巖應力狀態(tài)，制止圍巖松動，它與圍巖結合成承載圈，充分調動和增強圍巖的自承能力。

5、支護組合和設置時間的靈活性（1）錨噴支護的類型和參數可根據各段不同的地質條件隨時調整。洞室圍巖地質條件千變萬化，錨噴支護可隨時調整參數。另外，錨噴支護易于實施圍巖整體破壞整體加固、局部破壞局部加固的原則，以適應不同的需要和大幅度地降低工程費用。（2）支護組合和設置時間的可分性錨噴支護的設置可以一次完成，也可以分次完成。這樣的工藝特征有利于支護實現(xiàn)“先柔后剛”，逐步增強”的效果，更好地發(fā)揮圍巖自承能力，也有利于發(fā)揮噴層的強度、節(jié)省支護材料用量。（3）廣泛的適用性

6、密封性由于噴射混凝土的及時性和緊貼性，因此能及時封閉圍巖的暴露面，阻止圍巖的潮解和風化。對于保護和抑制膨脹性巖層和易風化巖層的強度過度喪失有特別的效果。五、錨噴支護結構類型、設計、施工錨噴支護是指錨桿支護、噴射混凝土支護以及它們與其他支護結構的組合。類型有：錨桿支護；噴射混凝土支護；錨桿噴射混凝土支護；鋼筋網噴射混凝土支護；錨桿、鋼網、鋼架噴射混凝土支護；錨桿、鋼網噴射混凝土支護；）預應力錨桿、鋼網噴射混凝土支護。錨噴支護作用原理１.錨桿支護作用原理（1）懸吊作用原理（２）組合梁作用原理組合梁實質是把層狀巖體看成一種梁．用錨桿將各層巖石錨固成組合梁，層間摩擦阻力增大，從而增加了組合梁的抗彎強度和承載能力(3）擠壓加固作用原理拱形壓縮帶作用1-錐形體壓縮區(qū)2-連續(xù)壓縮帶錨噴支護的施工1.錨桿施工要求（１）錨桿應均勻布置，在巖面上排成矩形或菱形，錨桿間距不應大于錨桿長度的1/2，以有利于相鄰錨桿共同作用；（２）錨桿方向控制；（３）錨桿眼深與作業(yè)規(guī)程和所使用的錨桿相一致；（４）錨桿眼必須用壓氣吹凈孔底巖粉、碎渣和積水保證錨固質量；（５）錨桿直徑應與錨固力的要求相適應；（６）保證錨桿有足夠的錨固力。2.錨桿施工工藝（１）鋼筋砂漿錨桿；(先灌后錨和先錨后灌）材料配合比；鉆孔；注漿與安裝錨桿。（２）樹脂錨桿；（３）內注漿錨桿。樹脂錨桿安裝工藝錨噴支護工藝流程六、錨桿（一）錨桿類型1、全長粘結型錨桿：如普通水泥砂漿錨桿、早強水泥砂漿錨桿、中空注漿錨桿、自鉆式注漿錨桿。2、端頭錨固型錨桿,按結構可分為：機械式內錨頭（如楔縫式錨桿、倒楔式錨桿、脹殼式錨桿）粘結式內錨頭（水泥砂漿內錨頭，快硬水泥卷內錨頭，樹脂藥包內錨頭）3、摩擦型錨桿（如縫管式錨桿、楔管式錨桿、水脹錨桿）4、預應力錨桿：☆隧道工程的永久支護必須采用全長粘結型錨桿和預應力注漿錨桿。其他型式錨桿通常只能作為臨時支護，只有證明全孔注漿飽滿的才能用于永久支護。（二）隧道及邊坡工程中常用的幾種錨桿

1、水泥砂漿錨桿水泥砂漿錨桿由水泥砂漿、桿體、墊板和螺母組成。桿體可以用帶肋鋼筋或高強度玻纖樹脂實心或空心管。墊板可以用金屬材料，也可以用工程塑料。

特點：具有結構簡單，加工、安裝方便，價格便宜，對圍巖的適用性強，具有一定錨固力，使用較廣泛。安裝后要有一個養(yǎng)護過程不能承載。工藝簡陋，易導致注漿不密實。沿海發(fā)達地區(qū)已被中空注漿錨桿取代。砂漿錨桿結構

2、早強水泥砂漿錨桿與水泥砂漿錨桿的唯一區(qū)別是注漿材料。早強砂漿由硫鋁酸鹽早強水泥、砂、早強劑配制而成，一般在2～4h就具有50kN左右的錨固力。在軟弱、破碎、自穩(wěn)時間短的圍巖中顯示出一定的優(yōu)越性。

3、快硬水泥卷內錨頭錨桿由快硬水泥卷（錨固劑）、桿體、墊板、螺母、排氣管組成。

快硬水泥卷的構造如圖所示，由快硬水泥、濾紙筒、玻璃纖維紗網組成。有三個主要參數：：快硬水泥卷直徑，與鉆孔相配合，比鉆孔直徑小6～

8mm，以利水泥卷推送。

L：快硬水泥卷總長度。該值由內錨固段長度l確定，按下式計算：

式中：d―鉆孔直徑；―桿體直徑；k―富余系數，取1.05～

1.1。

4、中空注漿錨桿與水泥砂漿錨桿的最大差別是所用桿體不同，水泥砂漿錨桿采用帶肋鋼筋，為實心桿體。中空注漿錨桿采用冷軋左旋螺紋桿體，為空心管。中空注漿錨桿利用桿體中空管道進行注漿，漿液直達孔底，能保證注漿飽滿。注漿錨桿分無壓注漿和壓力注漿，注漿時采用封堵技術的為壓力注漿，否則為無壓注漿。

5、自鉆式注漿錨桿在中空注漿錨桿的前端安裝一個鉆頭就成為自鉆式注漿錨桿，它由中空桿體4、墊板2、螺母1、連接器5、排氣管3和鉆頭6組成。自鉆式錨桿適于鉆孔過程易塌孔，而且必須采用套管跟進的復雜地層。

這種錨桿將鉆孔、注漿及錨固等功能一體化，在隧道超前支護系統(tǒng)及高地應力、大變形隧道的變形控制等工程中均取得良好效果。但是價格較高，使用范圍受到限制。普通內注式注漿錨桿結構端錨內注式注漿錨桿結構

楔縫式內錨頭錨桿D-鉆孔直徑；φ-錨桿桿體直徑；δ-錨桿桿體楔縫寬度；b-楔塊端頭厚度；α-楔塊的楔角；h-楔塊長度；h1-楔頭兩翼嵌入鉆孔壁長度；n-楔縫兩翼嵌入鉆孔壁深度A楔塊桿體墊板螺母h1hadnDδφ

脹殼式內錨頭鋼絞線預應力錨索1-導向帽；2-六棱錨塞；3-外夾片；4-擋圈；5-頂簧；6-套管；7-排氣管；8-粘結砂漿；9-現(xiàn)澆混凝土支墩；10-墊板；11-錨環(huán)；12-錨塞；13-錐筒；14-頂簧套筒；15-托圈123456789101112131415內錨固（頭）段張拉段外錨固（頭）段玻璃鋼錨桿

礦用錨索

高強度塑料托盤

樹脂錨固劑

金屬網

普通中空錨桿錨桿間距Ｄ取以下兩式較小者：錨桿長度Ｌ取以下兩式較大者：自進中空注漿錨桿鋼質漲殼中空注漿錨桿

七、預應力描桿（索）預應力錨桿由外錨頭、錨桿體和內錨固段組成，統(tǒng)稱預應力錨固體系。圖的外錨頭由鋼筋混凝土墊墩、鋼墊板、巖錨錨板、夾片和導向鋼管等部件組成，它是實現(xiàn)張拉和鎖定的裝置。八、噴射混凝土支護

1、噴射混凝土的設計強度要求噴土的設計強度等級不應低于C15；對于豎井及重要隧道和斜井工程，噴射混凝土設計強度不應低于20；噴射混凝土1d齡期的抗壓強度不應低于5MPa。鋼纖維噴射混凝土的設計強度等級不應低于C20，其抗拉強度不應低于2MPa，抗彎強度不應低于6MPa。

2、噴射混凝土支護厚度噴射混凝土支護厚度，最小不應低于50mm，最大不宜超過200mm。由于噴射混凝土收縮較大，若其厚度小于50mm，噴層中的粗骨料含量少，更容易引起收縮開裂。噴層過薄也不足以抵抗巖塊的移動，常出現(xiàn)局部開裂或剝落。近年，對噴射混凝土支護使用情況的調查結果也表明，支護局部開裂剝落者，其厚度多在50mm以下。故有噴射混凝土支護厚度不小于50mm的規(guī)定。噴層具有一定的柔性。特別在軟巖中的初期支護，如果噴層過厚，會產生過大的變形壓力，導致噴層破壞，這是不經濟的。在這種情況下，配置鋼筋和調整錨桿參數不僅能滿足支護抗力要求，而且也比較經濟。因此，規(guī)定噴射厚度一般不應超過200mm。

3、鋼纖維噴射混凝土鋼纖維噴射混凝土的一系列性能都優(yōu)于普通噴射混凝土，特別是它具有良好韌性（即從加荷開始直至試件完全破壞所作的總功，常以荷載撓度與橫坐標軸所包絡的面積表示），約比素噴混凝土提高10～50倍，抗沖擊能力約比素噴混凝土提高380倍。故在膨脹巖體高地應力隧洞和受上層施工影響的地下工程中，宜采用鋼纖維噴射混凝土支護。鋼纖維噴射混凝土用的鋼纖維應遵守下面規(guī)定：普通碳素鋼纖維的抗拉強度不得低于380MPa。鋼纖維的直徑宜為0.3～0.5mm。當纖維體積百分率不變時，纖維直徑增大，則纖維在混凝土中的分布間距也增大；反之，纖維直徑越小，纖維間距也隨之減小。纖維間距越小，對混凝土裂縫擴展的約束能力也就越強，使混凝土的各種性能更能得到強化。但纖維直徑太小，使纖維添加和鋼纖維混凝土的攪拌和施工發(fā)生困難。其最佳直徑約為0.3～0.5mm。長度宜為20～25mm，最長不要超過25mm。鋼纖維的摻量宜為干混合料重量的（3～6)％。鋼纖維噴射混凝土所用水泥標號不宜低于32.5級，骨料粒徑不宜大于10mm，粒徑越大，鋼纖維分布的均勻性越差。噴砂漿支護；(10--10mm;C7.5)

噴射混凝土支護；(30--200mm;C15,C20)

錨噴支護；錨噴網支護；(150*150mm;2.5—10mm;>30mm)

錨注噴射混凝土支護。噴射混凝土支護結構

噴射混凝土施工

1.噴射混凝土施工工藝

干式噴射法

噴射混凝土施工可分為：潮式噴射法

濕式噴射法

注漿施工工藝流程細骨料粗骨料水泥攪拌機干式噴射機速凝劑壓縮空氣水噴頭

干噴工藝流程１－濕石子；２－濕砂子；３－篩子；４－磅秤；５－攪拌機；６－水泥；７－篩子；８－運料小車；９－料盤；１０－上料機；１１－噴射機；１２－雙水環(huán)；１３－噴頭；１４－水箱；１５－壓氣包；１６－電源；１７速凝劑潮噴法噴射混凝土工藝流程圖細骨料

粗骨料

水泥

水

外加劑

攪拌機

濕式

噴射機

壓縮空氣

速凝劑

-

濕噴工藝流程

2.噴射混凝土的機具設備轉子２型混凝土噴射機ＨＰＣ－Ｖ型混凝土噴射機ＰＣ５Ｂ型混凝土噴射機混凝土噴射機

混凝土濕噴機

3.噴射混凝土的主要工藝參數（１）工作壓力；（２）水壓；（３）水灰比