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1、论山岭公路隧道工程施工山岭公路隧道工程施工 （讲义）论山岭公路隧道工程施工 1概述公路隧道施工是指：隧道工程开挖、初期支护、防排水、复合衬砌以及监控量测、施工工艺技术和施工管理的总称。根据隧道穿越地层的不同地质条件，设计的断面形式、长度，以及物质、技术等资源配备情况。公路隧道工程的施工方法大致分为以下几类：1.1 山岭公路隧道施工方法：1）矿山法：即传统的井巷钻爆法及钢木支撑技术。2）新奥法：应用喷锚技术，允许有限变形，加强监控量测，信息反馈，调整参数，使围岩和初期支护共同成为承载结构的一部分。3）掘进机法：大功率高效掘进机。山岭隧道用的较少。1.2 浅埋及软土隧道施工方法：1）明挖法及浅埋暗

2、挖法；2）地下连续墙法；3）盖挖法；4）盾构法及半盾构法；1.3 水下（江河、湖海）隧道施工方法1）预制管段沉埋法，沉管法；2）盾构法；本文在此结合合川入城隧道工程施工实际情况，重点阐述山岭公路隧道的施工方法。1.4 隧道施工方法的选择隧道施工方法的选择，主要依据工程地质条件和水文地质条件，结合隧道的设计长度，衬砌断面的类型，隧道的使用功能及施工技术水平，人员、物资、设备等资源因素，综合考虑研究确定。一般而言，结合企业的综合施工能力，在山岭公路隧道的施工中，大多采用新奥法施工。结合新奥法施工原理，工程地质和设计情况，及资源配备条件，合川入城隧道工程采用新奥法施工。1.5隧道施工技术隧道施工技术

3、是为各分部分项工程和工序环节，提供切实可行的专项技术方案和控制措施，以及隧道穿越不良地质地段的施工技术手段和方法，同时在隧道施工中有关通风防尘，有害气体、风、水、电供应、施工照明及排水等处理措施，围岩变化及监控量测等方面，针对每个环节提出不同的解决方法。1.6隧道施工管理 隧道工程的施工管理，主要为技术管理（含施工组织设计、专项施工方案、施工场地总平面布置，施工技术交底措施、工程技术资料、竣工资料编制等管理）计划管理（含施工进度计划及控制，原材料供应计划，劳动力供应计划，机具设备配备计划等）、质量管理（质保体系建立、原材料的检验试验、工序检验报验，工序过程抽查与检验。质量事故的处理等）、安全管

4、理（含安全保证体系，安全生产制度，安全操作规程，安全教育培训，责任制及奖罚措施等）经济管理等方面的管理工作。2公路隧道新奥法施工2.1 新奥法的基本概念新奥法是奥地利隧道施工方法的一种简称。新奥法概念是奥地利学者腊布希维兹教授于20世纪50年代提出的。它是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射砼组合在一起，作为主要支护手段，通过监测控制围岩变形，便于充分发挥围岩的自承能力的一种施工方法（不仅仅是一种施工方法）。在经过奥地利、瑞典和意大利等国的许多隧道与地下工程的实践和理论研究及科学论证后，于20世纪60年代取得专利，正式命名为“新奥法（NATM）”，已成为现代隧道工程新技术的标

5、志之一。新奥法是一个具体应用岩体动态性质较完整的力学概念，其科学性较过去的（如传统的松弛荷载理论）隧道施工方法科技含量高。因此不能单纯将它仅仅看成是一种施工方法或是一种支护方式。不能片面的理解采用了锚喷支护，就认为是采用了新奥法施工。事实上新奥法施工的内容及范围相当广泛和深入。它既包括了隧道工程设计，又包括了隧道工程施工，还包括了隧道和地下工程科究范畴的一项大系统工程。2.2 新奥法施工的特征 新奥法应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用喷锚技术为主要支护手段，并及时进行支护，达到控制围岩的有限变形和松弛，使围岩变成为支护体系的组成部分。并通过对围岩和支护结构的测量、监控、分

6、析、反馈，从而及时调整相关参数，正确的指导隧道和地下工程设计与施工。新奥法的特征之一是采用现场监控量测信息指导施工。通过对隧道施工中量测数据的采集，对开挖面的地质情况观察等手段，进行预测、预报和分析反馈，及时对隧道施工方法，断面开挖步骤及顺序，初期支护参数参数等进行合理的调整，以保证隧道围岩稳定，确保施工安全。确保工程质量和隧道造价的合理性。2.3 新奥法施工的基本原则根据隧道和地下工程采用新奥法施工的经验，隧道施工的基本原则可概括为“少扰动，早锚喷，勤量测，紧封闭”四项基本原则。2.3.1 少扰动指隧道开挖时，必须严格控制和尽量减少对围岩的扰动次数，扰动强度，扰动的持续时间和范围，以使开挖出

7、的周边符合设计成型要求。因此，可采用机械挖掘的就不采用钻爆开挖。采用钻爆开挖时，必须先做钻爆参数设计，严格控制爆破规模。尽量采用大断面光面爆破，增加爆破的自由面，减少爆破夹制力对围岩造成的破坏。根据断面的大小，选择合理的循环进尺。自稳性差的不良地质段尽量采用短进尺，支护紧跟开挖面。以缩短围岩应力松弛裸露风化的时间。2.3.2 早喷锚对已开挖暴露的作业面，应及时的进行地质描述和施作初期的锚喷支护，经初期支护加固后，使围岩的变形得到有效控制，而不致于因变形过度造成坍塌失稳，以达到围岩变形适度而充分发挥围岩的自承能力。对于不良地质破碎地段，必要时可采用超前预支护的辅助施工措施，防止开挖后围岩失稳，丧

8、失自承能力。合川项目洞口部采用了超前大管棚和注浆小导管的超前预支护措施，效果好、进洞顺利安全。2.3.3 勤量测在隧道施工全过程中，应对围岩周边位移、收敛进行现场监控量测，并及时反馈，修正设计参数，指导施工或改变施工方案。按规范的量测方法和量测数据分析信息/反馈，通过对施工中地质的观察，进行预测和评估围岩与支护的稳定性，判断其动态的发展趋势，并根据建立的量测管理基准，及时调整隧道的施工方法，断面开挖的步骤及顺序、初期支护的设计参数等，确保施工安全和工程质量。2.3.4 紧封闭对自稳性较差的软弱破碎地质围岩地段，除考虑采用超前预支护外，开挖后必须及早施作封闭式支护。如喷射砼，锚喷砼等防护措施，这

9、样可以避免围岩暴露时间长，而产生围岩掉块应力松弛，风化降低岩石强度，引起围岩失稳，经封闭处理后可以使支护与围岩尽早形成共同工作的状态。2.4山岭隧道工程新奥法施工程序。3隧道新奥法施工常用方法 隧道工程采用新奥法施工的常用方法，大致可分为全断面法、台阶法、分部开挖法及若干变化方案。3.1全断面法按设计开挖断面，一次全断面开挖成型。该法适用于类级围岩。3.2台阶法台阶法是将设计断面分成上半断面和下半断面，分二次开挖成型。此法多用于级围岩。台阶根据不同的地质情况，分别为长台阶法、短台阶法和微台阶法。其区别在于上台阶的施工长度取值有所不同。 长台阶法一般上台超前50m以上。该法施工干扰较少，上下台阶

10、均可单独作业，机械设备不足时，也可交替作业。 短台阶法：上台阶长度一般为550m内，适用于于级围岩。 微台阶法：上台阶长度仅超前34m，适用于级围岩。采用台阶法开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度，有利于开挖面的稳定，上台阶支护后，下部作业较安全。但上下分部开挖支护作业，互相干扰，下部开挖时对上部的稳定性有影响，台阶多次放炮会增加对围岩和初期支护的扰动。合川入城隧道根据地质条件及施工资源的配备，采用了长台阶法，减少了上台阶施工的相互干扰，施工进度较快。 3.3分部开挖法对地质条件较差的或土质隧道，采用分部开挖法，地下工程开挖，断面特别大，也可采用分部开挖法。分部开挖大致可分为五种形式：台阶分

11、部开挖法，上下导坑法，上导坑超前开挖法，单侧壁导坑法，双侧壁导坑法。在实际施工中应结合地质条件，设计断面的形式、长度，施工技术水平、人员、设备、物资等资源的配备的条件，全面综合考虑，采用某种形式的分部开挖法。4隧道施工主要环节技术控制在隧道施工建造全过程中，隧道施工的主要环节为:钻爆开挖，出渣运输，初期支护过程中的钢拱架、锚杆、钢筋网、喷射砼，防水排水，砼二衬中的钢筋，预留预埋、模筑砼浇筑，电缆边沟及路面工程，洞门工程等。针对上述主要环节，须进行技术工艺控制。 隧道施工中的辅助施工环节：如供风、供水、供电、照明、通风防尘、施工排水以及施工准备工作中的生产设施布置，如拌和站、钢筋加工及拱架加工房

12、等，在此不细述。施工测量及监控量测也不在此细述。4.1钻爆开挖技术控制措施1) 根据开挖断面的形式，编制钻爆方案，并根据实际爆破效果，调整和修正爆破参数，使之趋于合理。2) 断面按参数布孔，严格控制孔径、孔深、孔距、角度，特别是周边孔和掏槽孔要精确控制，确保开挖成型、超欠挖控制在允许范围内。3) 按爆破参数装药、装管、连线起爆，严格控制掏槽孔、辅助孔、周边孔、底孔的起爆顺序，单孔装药量，确保光面爆破设计周边成型。4) 采用光面爆破时，根据不偶合系数采用小直径药卷，控制周边孔距E和周边孔的最小抵抗线V，并根据岩石的软硬级别，确定适应的相对距E/V系数，装药集中度过小时，药卷间距过大时，采用导爆索

13、起爆，光面爆破系数推荐表。参数岩石种类岩石抗压强度Rb（Mpa）装药不偶合系数D周边孔间距E(cm)周边孔最小底标线V(cm)相对距E/V周边眼装线集中度Q(Kg/m)硬岩601.251.5055-7070850.81.00.30-0.35中硬岩30601.502.00456060750.81.00.20-0.30软岩302.002.5030-5040-600.50.80.07-0.154.2 装渣与运输作业技术控制公路隧道装渣与运输一般采用侧翻装载机,配合自卸汽车运输出渣,采用挖掘机处理安全及清底。1）挖掘机处理掌子面安全时，对于设计边线欠挖的围岩不能强行硬挖，确保断面成型，欠挖时需人工补炮

14、处理；2）运渣车辆在洞内行驶，倒车时不能砸撞初期支护，防水板、二衬钢筋以及二衬砼，注意半成品的保护。4.3 初期支护技术控制措施1）采用格栅钢架或I字钢架，必须按设计尺寸加工制作，进行预拼装并检查各部尺寸及加工质量，是否符合设计及规范要求的标准；2）按测量提供的中线、标高进行拱架安装，控制安装间距5cm，铅锤度小于2.严禁侵入二衬界限内。3）控制锚杆钻孔的孔距、孔深和角度，尽量与岩面垂直。锚杆按设计长度下料，杆尾与拱架焊接。并不要露出喷射砼表面。4）药卷锚杆锚固剂浸药时间恰当，无气泡时取出，逐节装填至锚孔内，其装填量以锚杆安装至孔底溢出为准。一般2025的锚杆，装锚固剂药卷的长度为锚杆孔深的7

15、0%即可。锚杆插入时注意旋转，使其充分搅拌均匀。5）砂浆锚杆和中空注浆锚杆所用砂浆标号不低于C20，采用中细过筛砂，优先使用普通硅酸盐水泥。其配合比一般为水泥：砂：水=1：11.5：0.450.5，6）喷射砼用料质量检验必须合格，水泥优先选用Po.42.5普通硅酸盐水泥，粗骨料粒径不大于1.5cm，细骨料采用中粗砂，细度模数大于2.5。含水率控制在57%之间。速凝剂为水泥用量的34%。7）喷射砼拌料时严格按配合比计量投料，拌和时间不少于2分钟。一般采用普通Po.42.5水泥，配合比为水泥：砂：石子=1：22.5：22.5。8）喷射砼设计厚度较大时，必须分层喷射至设计厚度。一般情况下边墙每层厚控

16、制在57cm，拱部控制在34cm为宜。分层喷射的间隔时间，一般在砼终凝后再进行复喷，喷射砼的终凝时间与采用的速凝剂品种有关，与温度有关。采用红星一型速凝剂时，510min后可复喷。9）喷射时，操作手应严格控制水灰比在0.40.45为宜，喷嘴的角度与岩面垂直，距岩面0.81.2m为宜。喷射时先下后上，呈螺旋或S型移动前行。4.4 防水与排水技术控制 公路隧道工程的防排水系统一般由高分子自粘防水板，环向透水管，纵向透水管，横向排水管，排水边沟或中心水沟组成。1）环向透水管按设计的间距布置于喷射砼表面。根据喷射混凝土表面的渗水情况，间距也可适当调节。特别是在开挖时，如遇到较大股水流时，可将排水管置于

17、初期支护内侧。2）在小边墙砼浇筑前，设置纵向排水管和纵向防水板（小边墙后纵向设一幅，以便与环向防水板搭接），纵向排水管的设置，重点控制与环向和横向排水管的连接。连接采用塑料三通，接头处用无纺布和宽胶带扎紧，防止混凝土浇筑时脱落和堵塞管口。3）横向排水管严格按设计间距布置，并与纵向排水管连接牢固。如设计为中心排水沟时，必须在施工仰拱砼前预埋，并将口部封实防止砼入侵。如设计为侧边沟时，将管头直接引入沟内。4）防水板铺挂时，严格控制边口搭接长度和松紧度。采用塑料防水板焊接时，其搭接的宽度不小于10cm，两侧的焊缝宽度不小于2.5cm。采用自粘防水板粘结时，搭接长度不小于10cm，粘缝宽度不小于5cm

18、。喷射砼表面的钢筋头，锚杆割除，对凹凸不平部位修凿补平，防止防水板破损。5）二衬施工时的止水条、止水带安装位置准确、牢固。4.5 仰拱及拱墙二衬砼技术控制1）仰拱、拱墙二衬所用钢筋、水泥、砂子、石子、外加剂等原材料，必须有出厂合格证明文件，入场按批量进行抽检，合格材料投入使用，不合格材料清退出场。砼按配合比严格计量投料，控制拌和时间不少于2min。2）仰拱与填充砼分开施作，特别是有钢筋砼的仰拱，应在浇筑强度达到70%以上时，才可施工填充砼。同时施作时，仰拱与填充砼不同标号，应先超前5米以上距离，先作仰拱，后作填充。严格控制标高，水沟边沟位置。3）小边墙施工，严格保护排水系统，不得将排水管弯曲、

19、堵塞，损坏防水板。拱墙钢筋焊接时，采用石棉板阻隔，防止焊渣烧坏防水板。4）钢模台车必须按照测量给出的中线、标高，进行铺轨和就位，并根据围岩的级别预留一定的沉落量，防止侵占建筑界限。预留量不大于5cm。5）二衬砼的浇筑从两侧由下至上分层对称下料浇筑，每层下料的高度不超过50cm，并按钢模台车的入料窗口由下至上下料。进行平仓振捣时，插棒均匀，快入慢出，无气泡为止，不漏振，不过振。6）与二衬同时施作的沉降缝止水带，施工缝的止水条，以及为后期机电设备安装工程所设置预留预埋件及孔洞。要特别的控制里程位置，安装的部位、尺寸、标高。绝不能漏作，错位作。5、结束语公路隧道施工课题大，细节多，内容广泛，深入细致

20、。本文仅就山岭隧道新奥法施工做初步的认识和理解，以及在隧道工程施工中就主要施工环节的技术控制，结合类似工程的经验与一般常规作法，作了初浅的表述，不对之处，敬请指正。参考文献：1、公路隧道施工 人民教育出版社 2008年1月 第9次印刷 2、隧道 上册、下册 中国铁道出版社 2007年8月 第8次印刷3、公路隧道施工技术规范 JTJ0042-944、锚杆喷射混凝土支护规范 GB5008620015、钢筋混凝土施工及验收规范 GBJ204附件：1、相关隧道施工照片图1 项目部驻地全貌图2 长管棚施工图3 上台阶开挖图4 下台阶开挖图5 初期支护图6 喷射混凝土施工图7 监控量测图8 地质雷达超前预

21、报2、合川区入城隧道（B标）监控量测报告 09年8月3日至9月6日 中间路桥隧道公司合川项目部 2009年9月9日 图1 项目部驻地全貌 图2 长管棚施工图3 上台阶开挖图4 下台阶开挖图5 初期支护图6 喷射混凝土施工图7 监控量测图8 地质雷达超前预报附件2 编号：ZB009合川区入城隧道（B标）监控量测报告(09年8月31日至9月6日)重庆大学二九年九月1概况合川属亚热带湿润气候区，具冬暖夏热、春早夏长、秋雨连绵之特点。据合川气象站196ll990年资料，多年平均气温为18，极端最低气温-3.7（1961年1月17日），极端最高气温为43.4（2006年7月17日），多年平均降雨量为11

22、24.3毫米，降雨主要集中在每年59月份，降雨量占全年总降雨量的70，多年平均相对湿度84，多年平均蒸发量802.4mm。嘉陵江流域洪水主要由暴雨形成，与暴雨分布特性一样，年最大洪峰多发生在7、8、9月。入城隧道建设工程西起合川城区希尔安大道，东接盐井镇沙溪片区，设计为城市主干道1级，路线全长3.67公里，其中：隧道长1.81公里，道路长1.86公里。隧道为双向四车道，全线设计车速每小时60公里，采用沥青砼路面结构，预算总投资3.24亿元。入城隧道沿线地形起伏较大， 多为浅丘地形、丘陵沟相间。 地面坡角多在520之间,局部为5070。隧道呈东西向展布,其地貌形态及特征受地质构造和岩性制约，受岩

23、性控制砂岩形成平顶状山岭，进口段位于西侧斜坡地带，地面高程233.0274.0m，坡角1030。出口段位于东侧斜坡地带，地面高程260310m，地形坡角1030。监测的主要目的是监测围岩的变形情况，掌握围岩变化动态，对围岩的稳定性做出评价；通过收集可反映施工过程中围岩与支护体系动态变化的信息，对它们进行分析处理，验证支护衬砌设计效果，提供修改设计和施工方法的依据，确定二次衬砌的施作时间。我单位于2009年6月9日进场并开始监测工作。利用JM-67型钢尺收敛计，对布置在隧道中的各监测断面进行净空相对位移量测，并计算出其拱顶下沉位移量，当收敛情况异常时，及时发出通报，以保证安全施工。针对右洞左上方

24、边仰坡的滑动情况，我们利用尼康高精度全站仪对边坡的稳定状态进行沉降监测，及时对危险情况预警。2监测依据本次监测执行的主要技术指标和依据是：1公路隧道施工技术规范JTJ 042942公路隧道设计规范 JTG D7020043 岩土工程实验监测手册4 合川区入城隧道施工图设计林同棪国际（重庆）工程咨询有限公司3边坡沉降监测隧道出口段边坡稳定性较差，右洞出口段斜上方边坡已发生滑动。滑动区滑动速率受降雨影响很大，降雨期间滑动量很大。本周内无降雨，滑动区无明显滑动。滑动区外的其他区域相对稳定，沉降变化很小。4围岩收敛监测监测组已布置20个监测断面，通过使用JM-67型钢尺收敛计量测各点之间的距离，通过计

25、算从而得知各断面的水平收敛以及拱顶下沉情况，从而快速有效地为判断隧道围岩的稳定性提供依据。 在开挖上台阶时，先布置1号、2号和3号测桩。测桩1和2在起拱线附近，3号测桩位于拱顶。开挖下台阶后，在施工地面上1.5m左右增设一条测桩4和5，5个测桩位于同一竖直平面。可以通过c、d长度的变化得出水平收敛情况，同样可以根据a、b、c长度变化或e、f、d长度变化的情况推导拱顶下沉量。41 左洞收敛情况左洞各监测断面的收敛情况如表4.0所示，本周重点监测断面的收敛情况如图4. 1 4.10所示。下台阶开挖后及时进行了水平收敛下测线的布设，随即进行了监测。表4.0 合川入城隧道左洞围岩收敛监测断面编号桩号监

26、测项目埋点时间累计变化量/mm围岩情况Z-001ZK2+400拱顶下沉7月2日1.21趋于稳定水平收敛（上测线）7月2日0.28趋于稳定水平收敛（下测线）8月9日1.28趋于稳定Z-002ZK2+375拱顶下沉7月2日0.94趋于稳定水平收敛（上测线）7月2日0.36 趋于稳定水平收敛（下测线）8月14日0.95趋于稳定Z-003ZK2+360拱顶下沉6月9日8.31趋于稳定水平收敛（上测线）6月9日13.15趋于稳定水平收敛（下测线）8月14日0.52 趋于稳定Z-004ZK2+340拱顶下沉6月18日9.58趋于稳定水平收敛（上测线）6月18日8.42趋于稳定水平收敛（下测线）8月20日0

27、.09 收敛中Z-005ZK2+320拱顶下沉6月23日6.62趋于稳定水平收敛（上测线）6月23日10.07趋于稳定水平收敛（下测线）8月30日0.19 收敛中Z-006ZK2+290拱顶下沉7月4日5.20趋于稳定水平收敛（上测线）7月4日7.32趋于稳定Z-007ZK2+245拱顶下沉7月16日3.96 趋于稳定水平收敛（上测线）7月16日2.81 趋于稳定Z-008ZK2+200拱顶下沉7月30日3.46 变化较小水平收敛（上测线）7月30日2.77 变化较小Z-009ZK2+165拱顶下沉8月15日2.22 变化较小水平收敛（上测线）8月15日1.87 变化较小Z-010ZK2+12

28、5拱顶下沉8月26日2.44 收敛中水平收敛（上测线）8月26日1.10收敛中图4.1 ZK2+375拱顶下沉情况注：zk2+375断面从7月2日开始累计，8月15测得下断面开挖后的拱顶下沉情况图4.2 ZK2+360拱顶下沉情况 图4.3 ZK2+340拱顶下沉情况图4.4 ZK2+320拱顶下沉情况图4.5 ZK2+200断面水平收敛情况图4.6 ZK2+200断面拱顶下沉情况图4.7 ZK2+165断面水平收敛情况图4.8 ZK2+165断面拱顶下沉情况图4.9 ZK2+125断面水平收敛情况图4.10 ZK2+125断面拱顶下沉情况42 右洞收敛情况右洞各监测断面的收敛情况如表4.1所

29、示，本周重点监测断面的收敛情况如图4.114.19所示。下台阶开挖后及时进行了水平收敛下测线的布设，随即进行了监测。表4.1 合川入城隧道右洞围岩收敛监测断面编号桩号监测项目埋点时间累计变化量/mm围岩情况Y-001YK2+430拱顶下沉7月2日2.00趋于稳定水平收敛（上测线）7月2日0.36趋于稳定水平收敛（下测线）8月19日0.89 趋于稳定Y-002YK2+415拱顶下沉6月9日7.89趋于稳定水平收敛（上测线）6月9日11.05趋于稳定水平收敛（下测线）8月27日0.39 变化较小Y-003YK2+395拱顶下沉6月18日9.97趋于稳定水平收敛（上测线）6月18日9.81趋于稳定水平收敛（下测线）8月28日0.23趋于稳定Y-004YK2+370拱顶下沉6月24日7.90趋于稳定水平收敛（上测线）6月24日12.02趋于稳定Y-005YK2+332拱顶下沉7月5日5.07趋于稳定水平收敛（上测线）7月5日9.00趋于稳定Y-006YK2+294拱顶下沉7月15日4.57趋于稳定水平收敛（上测线）7月15日3.69趋于稳定Y-007YK2+250拱顶下沉7月29日4.23 趋于稳定水平收敛（上测线）7月29日2.13 趋于稳定Y-008YK2+205拱顶下沉