1、隧道工程施隧道工程施 工工隧道施工技術 一、隧道施工概述一、隧道施工概述 1.隧道施工方法的分類：隧道施工方法的分類： （1）山嶺隧道施工方法）山嶺隧道施工方法 礦山法（鉆爆法）礦山法（鉆爆法）傳統礦山法、新奧法傳統礦山法、新奧法 掘進機法掘進機法 （2）淺埋及軟土隧道施工方法）淺埋及軟土隧道施工方法 明挖法、地下連續墻法、蓋挖法、淺埋暗挖法、盾構法明挖法、地下連續墻法、蓋挖法、淺埋暗挖法、盾構法 （3）水底隧道施工方法）水底隧道施工方法 沉埋法、盾構法沉埋法、盾構法 2.隧道施工技術和管理需解決的問題隧道施工技術和管理需解決的問題 （1）隧道施工技術主要研究的問題）隧道施工技術主要研究的問題

2、 各種隧道施工方法所需的技術方案和措施（如開挖、各種隧道施工方法所需的技術方案和措施（如開挖、掘進、支護和襯砌）；掘進、支護和襯砌）； 隧道穿越特殊地質地段時（如膨脹土、黃土、溶洞、隧道穿越特殊地質地段時（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；塌方、流沙、高地溫、巖爆、瓦斯地層等）的施工手段； 隧道施工過程中的通風、防塵、防有害氣體及照明、隧道施工過程中的通風、防塵、防有害氣體及照明、風水電作業的方式方法和對圍巖變化的量測監控方法。風水電作業的方式方法和對圍巖變化的量測監控方法。 （2）隧道施工組織主要解決的問題）隧道施工組織主要解決的問題 解決施工組織設計（

3、如施工方案的選擇、施工技術措解決施工組織設計（如施工方案的選擇、施工技術措施、場地布置、進度控制、材料供應、勞力及機具安排等）施、場地布置、進度控制、材料供應、勞力及機具安排等）和施工中的技術管理、計劃管理、質量管理、經濟關理、和施工中的技術管理、計劃管理、質量管理、經濟關理、安全管理。安全管理。 3.隧道各種施工方法簡介隧道各種施工方法簡介 （1）山嶺隧道施工的）山嶺隧道施工的礦山法礦山法 山嶺隧道施工的礦山法因最早應用于采礦坑道而得山嶺隧道施工的礦山法因最早應用于采礦坑道而得名。它在多數情況下需要鉆眼爆破進行開挖，故又稱鉆爆名。它在多數情況下需要鉆眼爆破進行開挖，故又稱鉆爆法。其施工適用范

4、圍廣，不受隧道斷面尺寸和形狀限制，法。其施工適用范圍廣，不受隧道斷面尺寸和形狀限制，對各類圍巖均適用，工藝成熟，經驗豐富。對各類圍巖均適用，工藝成熟，經驗豐富。 傳統礦山法（即鉆爆開挖加鋼木構件支撐）以木或傳統礦山法（即鉆爆開挖加鋼木構件支撐）以木或鋼構件作為臨時支撐，待隧道開挖成形后，逐步將臨時支鋼構件作為臨時支撐，待隧道開挖成形后，逐步將臨時支撐撤換下來，代之以整體式厚襯砌作為永久性支護。撐撤換下來，代之以整體式厚襯砌作為永久性支護。 新奧法即奧地利隧道施工新方法（新奧法即奧地利隧道施工新方法（New Austrian Tunnelling methodNATM)，它是鉆爆它是鉆爆開挖加錨

5、噴支護的施工方法。開挖加錨噴支護的施工方法。 （2）山嶺隧道施工的掘進機法）山嶺隧道施工的掘進機法 隧道掘進機施工法是用隧道掘進機切削破隧道掘進機施工法是用隧道掘進機切削破巖，開鑿巖石隧道的施工方法。巖，開鑿巖石隧道的施工方法。 與鉆爆法開挖隧道施工過程相比，掘進機與鉆爆法開挖隧道施工過程相比，掘進機施工的過程是連續的，具有隧道工程施工的過程是連續的，具有隧道工程“工廠工廠化化”的特點。其優點為機械化程度高，安全、的特點。其優點為機械化程度高，安全、勞動強度低，對地層擾動小，襯砌支護質量勞動強度低，對地層擾動小，襯砌支護質量好，通風條件好等；其缺點為對地質條件的好，通風條件好等；其缺點為對地質

6、條件的依賴性大，設備的型號一旦確定，開挖斷面依賴性大，設備的型號一旦確定，開挖斷面尺寸不可改變，一次性投資大等。尺寸不可改變，一次性投資大等。 掘進機切削破碎巖石機理掘進機切削破碎巖石機理： 掘進時盤形刀沿巖石掘進時盤形刀沿巖石開挖面滾動，同時通過大開挖面滾動，同時通過大刀盤均勻地在每個盤形刀刀盤均勻地在每個盤形刀上對巖面施加壓力，形成上對巖面施加壓力，形成滾動擠壓切削而實現破巖。滾動擠壓切削而實現破巖。大刀盤每轉動一圈，將貫大刀盤每轉動一圈，將貫入巖面一定深度，在盤形入巖面一定深度，在盤形刀刀刃與巖石接觸處，巖刀刀刃與巖石接觸處，巖石被擠壓成粉末，從這個石被擠壓成粉末，從這個區域開始，裂縫向

7、相鄰的區域開始，裂縫向相鄰的切割槽擴展，進而形成片切割槽擴展，進而形成片狀石渣。狀石渣。 （3）淺埋隧道的明挖法施工）淺埋隧道的明挖法施工 明挖法施工的隧道（有時稱明洞，明挖法施工的隧道（有時稱明洞，其主體結構施工與地面上工程相似。其主體結構施工與地面上工程相似。南京玄武湖隧道為城市湖底隧道，采用南京玄武湖隧道為城市湖底隧道，采用淺埋明挖法施工。淺埋明挖法施工。 基坑支護方法基坑支護方法 陸地段：陸地段： 中央路西側，采用鉆孔灌注樁垂直支護加砼內撐，止水中央路西側，采用鉆孔灌注樁垂直支護加砼內撐，止水采用水泥土攪拌樁帷幕。采用水泥土攪拌樁帷幕。 中央路東側，采用中央路東側，采用SMW工法垂直支

8、護加鋼管內撐。工法垂直支護加鋼管內撐。 湖底段：湖底段： 一般段采用放坡大開挖，梁洲段單側垂直支護采用水泥一般段采用放坡大開挖，梁洲段單側垂直支護采用水泥土攪拌樁加旋轉土釘支護新技術。土攪拌樁加旋轉土釘支護新技術。 主體結構關鍵施工工藝主體結構關鍵施工工藝 施工段的劃分和施工順序的安排：以每施工段的劃分和施工順序的安排：以每90m的伸縮縫的伸縮縫為界，為界，45m處設置寬處設置寬1m的后澆帶，的后澆帶，45m中分三倉澆筑砼。中分三倉澆筑砼。 高約高約7m厚厚1m的外側墻采用無對拉螺栓的支模技術，的外側墻采用無對拉螺栓的支模技術，其中有：其中有：H型鋼組合桁架外楞、型鋼組合桁架外楞、H型鋼外楞、

9、工字鋼組合桁型鋼外楞、工字鋼組合桁架外楞以及外用施工電梯標準節組合的外楞等形式。架外楞以及外用施工電梯標準節組合的外楞等形式。 優化砼配合比和大體積砼和超長砼結構的信息化施工控優化砼配合比和大體積砼和超長砼結構的信息化施工控制技術。制技術。 各種部位及接縫的防水技術等。各種部位及接縫的防水技術等。 （4）淺埋隧道的蓋挖施工）淺埋隧道的蓋挖施工 蓋挖法是先蓋后挖，即先以臨時路面或結構頂板維持地蓋挖法是先蓋后挖，即先以臨時路面或結構頂板維持地面暢通再向下施工。面暢通再向下施工。 蓋挖逆作法蓋挖逆作法用剛度更大的圍護結構取代原鋼樁，用用剛度更大的圍護結構取代原鋼樁，用結構頂板作為路面系統和支撐，結構

10、施工順序為自上而下挖結構頂板作為路面系統和支撐，結構施工順序為自上而下挖土后澆筑側墻樓板至底板完成。土后澆筑側墻樓板至底板完成。 蓋挖半逆作法蓋挖半逆作法施工順序為：圍護結構施工順序為：圍護結構-頂板頂板-挖土到挖土到基坑底基坑底-底板及側墻底板及側墻-中板及側墻。中板及側墻。 蓋挖法施工優點為：結構的水平位移小，結構板作為基蓋挖法施工優點為：結構的水平位移小，結構板作為基坑開挖的支撐，節省了臨時支撐，縮短占道時間，減少地面坑開挖的支撐，節省了臨時支撐，縮短占道時間，減少地面干擾，受外界氣候影響小。缺點為：出土不方便，板墻柱施干擾，受外界氣候影響小。缺點為：出土不方便，板墻柱施工接頭多需防水處

11、理，結構框架形成前中間立柱能夠支承上工接頭多需防水處理，結構框架形成前中間立柱能夠支承上部荷載有限。部荷載有限。 蓋挖施工主蓋挖施工主要的幾種類型：要的幾種類型：蓋挖順作法、蓋蓋挖順作法、蓋挖逆作法、蓋挖挖逆作法、蓋挖半逆作法、蓋挖半逆作法、蓋挖順作法和蓋挖逆順作法和蓋挖逆作法的組合、蓋作法的組合、蓋挖法與暗挖法的挖法與暗挖法的組合、蓋挖法和組合、蓋挖法和盾構法的組合。盾構法的組合。 蓋挖的主要施工措施蓋挖的主要施工措施： a.對中間臨時柱，蓋挖順作法施工時，大多采用對中間臨時柱，蓋挖順作法施工時，大多采用在永久柱兩側單獨設置臨時柱；蓋挖在永久柱兩側單獨設置臨時柱；蓋挖 逆作法施工時，逆作法施

12、工時，多將臨時柱與永久柱合二為一。多將臨時柱與永久柱合二為一。 b.逆作法施工時，結構內襯墻及立柱由上而下分段施工，逆作法施工時，結構內襯墻及立柱由上而下分段施工，砼施工縫的處理十分重要。砼施工縫的處理十分重要。施工縫的接頭形式施工縫的接頭形式施工縫處理方法施工縫處理方法 （5）淺埋隧道的暗挖法施工）淺埋隧道的暗挖法施工 淺埋隧道暗挖法施工可參考新奧法的基本原理，開挖中淺埋隧道暗挖法施工可參考新奧法的基本原理，開挖中采用多種輔助措施加固圍巖，充分調動圍巖的自承能力，開采用多種輔助措施加固圍巖，充分調動圍巖的自承能力，開挖后及時支護，封閉成環，使其與圍巖共同作用形成聯合支挖后及時支護，封閉成環，

13、使其與圍巖共同作用形成聯合支護體系，有效抑制圍巖過大變形。護體系，有效抑制圍巖過大變形。 采用暗挖法應與明挖法、蓋挖法、盾構法等充分比較后采用暗挖法應與明挖法、蓋挖法、盾構法等充分比較后決定。決定。 （6）水底或深埋隧道的盾構法施工）水底或深埋隧道的盾構法施工 盾構法施工是以盾構這種施工機械在地面以下暗挖盾構法施工是以盾構這種施工機械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法，其構思是由法國工程師布魯諾隧道的一種施工方法，其構思是由法國工程師布魯諾（Brunel)在船板上蛀蟲鉆孔的啟示下于在船板上蛀蟲鉆孔的啟示下于1818年提出。年提出。 盾構（盾構（Shield)是一個既可支承地層壓力又可以在地是一個

14、既可支承地層壓力又可以在地層中推進的活動鋼筒結構。鋼筒的前端設置有支撐和開層中推進的活動鋼筒結構。鋼筒的前端設置有支撐和開挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有頂進所需的千斤頂；挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有頂進所需的千斤頂；鋼筒尾部可以拼裝預制或現澆隧道襯砌環。鋼筒尾部可以拼裝預制或現澆隧道襯砌環。 盾構每推進一環距離，就在盾尾支護下拼裝（或現盾構每推進一環距離，就在盾尾支護下拼裝（或現澆）一環襯砌，并向襯砌外圍的空隙中壓注水泥砂漿，澆）一環襯砌，并向襯砌外圍的空隙中壓注水泥砂漿，以防隧道及地面下沉。以防隧道及地面下沉。 盾構推進的反力由襯砌環承擔。盾構施工時先修建盾構推進的反力由襯砌環承擔。盾構施

15、工時先修建一豎井，在豎井處安裝盾構，盾構開挖出的土體由豎井一豎井，在豎井處安裝盾構，盾構開挖出的土體由豎井通道送出地面。通道送出地面。盾構法施工的優點：盾構法施工的優點：可在盾構支護下安全地開挖、襯砌；可在盾構支護下安全地開挖、襯砌；掘進速度快。盾構推進、出土、拼裝襯砌均機械化掘進速度快。盾構推進、出土、拼裝襯砌均機械化施工，勞動強度低；施工，勞動強度低；施工時不影響地面交通與設施，穿越河道時不影響施工時不影響地面交通與設施，穿越河道時不影響通航；通航；施工中不受季節，風雨等氣候條件影響；施工中不受季節，風雨等氣候條件影響；施工中沒有噪聲和振動，對周圍環境沒有干擾；施工中沒有噪聲和振動，對周圍

16、環境沒有干擾；在松軟含水土層中修建埋深較大的長隧道更具技術在松軟含水土層中修建埋深較大的長隧道更具技術和經濟的優越性。和經濟的優越性。q盾構機的組成盾構機的組成盾體（前體、中體及后體三部分組成，又稱切盾體（前體、中體及后體三部分組成，又稱切口環、支承環和盾尾）口環、支承環和盾尾）刀盤與刀具刀盤與刀具螺旋輸送機螺旋輸送機推進千斤頂推進千斤頂管片安裝器管片安裝器注漿系統注漿系統后配套拖車后配套拖車激光導向系統激光導向系統項目名稱技術參數備注整機設 備 總 長 75000mm盾 殼 長 度 7500mm總 重 530t盾體外 徑 6250mm總 長 度 7565mm前體 + 中 體：4280mm盾尾

17、外露部分：3285mm重 量 92t 前 體 95t 中 體 40t 盾 尾土 壓 傳 感 器 7土倉5個，螺旋機2個盾尾密封形式三排鋼絲刷型后配套拖車拖車號主要安裝設備1又名橋架，主要連接后拖車和盾體，前端由油缸連接在管片安裝器上2控制室，注漿泵，砂漿罐，小配電柜，兩臺監視器等3主驅動系統液壓站（含油箱，冷卻站），膨潤土注射泵，膨潤土罐等4主配電柜，泡沫泵及泡沫箱，三個油脂注射裝置等5兩臺電動空壓機，主變壓器，水管卷筒等6風筒，電纜卷筒q 盾構機制造盾構機制造國外廠商：國外廠商： 德德 國國 海瑞克、維爾特海瑞克、維爾特 意大利意大利 拉瓦特拉瓦特 日日 本本 三菱、小松公司三菱、小松公司

18、法法 國國 FCBFCB、FMTFMT 國內廠商：國內廠商：上上 海海 隧道股份公司、滬東造船廠、江南造船廠隧道股份公司、滬東造船廠、江南造船廠廣州廣州重型機器廠重型機器廠造價及使用壽命：造價及使用壽命： 德國土壓平衡盾構機造價德國土壓平衡盾構機造價: 6000: 6000萬人民幣萬人民幣/ /臺，臺，使用壽命約為使用壽命約為6 610km10km； 日本產盾構機約為：日本產盾構機約為：40004000萬人民幣萬人民幣/ /臺，臺， 使用使用壽命約為壽命約為4 46km6km。盾構機工作內景。盾構機工作內景。龍門吊洞口洞口端頭井端頭井墻洞口洞口發射架反力架負環管片負環管片鋼支撐盾構機油壓系統管

19、片吊運及安裝臨時架1、施工總體順序框圖否是盾構機是否過站或調頭始發端頭加固盾構機下井盾構機就位檢測、調試出洞段掘進正常掘進進洞段掘進盾構機過站（調頭）過站（調頭）后二次始發出洞段掘進正常掘進進洞段掘進盾構機解體、吊出及外運始發架安裝、 洞內準備反力架安裝洞門圍護結構鑿除洞門圍護結構鑿除洞門密封安裝盾構接收架安裝洞門密封安裝2 下井及始發下井及始發井下始發井下始發后配套車架電瓶拖車盾構機組裝按圖中標志序號進行按序組裝1、電瓶拖車2、管片車3、管片車4、5#拖車5、4#拖車6、3#拖車7、2#拖車8、1#拖車9、連接橋10、螺旋輸送機11、盾尾12、中體13、前體14、刀盤15、反力架螺旋輸送機始

20、發座車站襯墻250t履帶吊車掘進方向刀盤(14)中體后體前體反力架刀盤鋪鋼板始發井平面尺寸不小于7.5m11.5m，井下始發結構長度不小于80m。地面始發地面始發拖 車 3 拖 車 6電 瓶 拖 車 拖 車 二 拖 車 一 鋪 鋼 板刀 盤反 力 架前 體后 體中 體(14)刀 盤掘 進 方 向250t履 帶 吊 車車 站 襯 墻始 發 架螺 旋 輸 送 機盾 構 機 組 裝 按 圖 中 標 志序 號 進 行 按 序 組 裝1、 電 瓶 拖 車2、 管 片 車3、 管 片 車4、 5#拖 車5、 4#拖 車6、 3#拖 車7、 2#拖 車8、 1#拖 車9、 連 接 橋10、 螺 旋 輸 送

21、機11、 盾 尾12、 中 體13、 前 體14、 刀 盤15、 反 力 架小于小于80m80m始始發發架架中中體體下下井井始發架始發架前前體體下下井井中體中體前體前體后后體體下下井井與與中中體體連連接接螺螺旋旋輸輸送送機機安安裝裝螺旋輸送機螺旋輸送機刀盤下井安裝刀盤下井安裝1 12 23 3洞門鑿除與洞門密封安裝洞門鑿除與洞門密封安裝洞門密封洞門密封洞門洞門盾構始發（俯視）盾構始發（俯視）盾體盾體負環管片：需負環管片：需在掘進在掘進100m左左右拆除右拆除反反力力架架在盾構組裝調試完畢、在盾構組裝調試完畢、反力架安裝加固完畢、反力架安裝加固完畢、洞門鑿除與洞門密封洞門鑿除與洞門密封安裝完畢后

22、，即可進安裝完畢后，即可進行始發。行始發。反力架反力架盾構始發（平視）盾構始發（平視）3 掘進掘進n開挖面穩定：依靠土倉土壓與開挖面的土壓、水開挖面穩定：依靠土倉土壓與開挖面的土壓、水壓相平衡。壓相平衡。n出土方法 刀盤開挖刀盤開挖土體進入土倉土體進入土倉螺旋輸送機螺旋輸送機輸送至皮帶輸送機輸送至皮帶輸送機碴土車碴土車運至井口運至井口龍龍門吊吊至碴土池門吊吊至碴土池隧隧道道通通風、風、管管線線布布置置走道板走道板進水管進水管通風管通風管出水管（循環）出水管（循環）排污管排污管高壓電纜高壓電纜運輸軌道運輸軌道4.管片安裝n管片在預制廠預制，待檢驗合格后運至施工現場。管片在預制廠預制，待檢驗合格后

23、運至施工現場。n隧道內徑為隧道內徑為5.4m5.4m，管片為單層裝配式襯砌，管片厚度管片為單層裝配式襯砌，管片厚度300mm300mm，寬度寬度1.5m1.5m，分塊數為分塊數為6 6塊，即塊，即1 1塊封頂塊（塊封頂塊（K K塊），塊），2 2塊鄰接塊（塊鄰接塊（B B、C C塊），塊），3 3塊標準塊（塊標準塊（A1A1、A2A2、A3A3塊）。塊）。n管片之間及襯砌環間的連接方式：按力學特性可分為管片之間及襯砌環間的連接方式：按力學特性可分為剛性剛性連接及柔性連接（使用較多）。連接及柔性連接（使用較多）。 n柔性連接分為：柔性連接分為：彎螺栓連接（使用較多）彎螺栓連接（使用較多）、直螺栓

24、連接、直螺栓連接、斜螺栓連接和榫槽加銷軸。斜螺栓連接和榫槽加銷軸。n襯砌環有襯砌環有楔形襯砌環（左轉彎環、右轉彎環）與直線襯砌楔形襯砌環（左轉彎環、右轉彎環）與直線襯砌環環 ，拼裝方式有通縫拼裝和錯縫拼裝（一般均為）。，拼裝方式有通縫拼裝和錯縫拼裝（一般均為）。一般僅在聯絡通道一般僅在聯絡通道處使用處使用盾尾中體前體支撐座刀盤盾構機主機撐板頂升油缸滾子鋼板5 盾構機過站注：盾體過站利用托架承載平移，外置千斤頂推進； 后配套過站用卷揚機整體牽拉。 泥水加壓盾構泥水加壓盾構 泥水加壓盾構由盾殼、開挖機構、推進機構、送排泥水加壓盾構由盾殼、開挖機構、推進機構、送排泥漿機構、拼裝機構和附屬機構等組成。

25、泥漿機構、拼裝機構和附屬機構等組成。 泥水加壓盾構施工時的工作過程為：開啟刀盤驅動泥水加壓盾構施工時的工作過程為：開啟刀盤驅動液壓馬達，驅動轉鼓并帶動切削刀盤轉動。開啟送泥泵，液壓馬達，驅動轉鼓并帶動切削刀盤轉動。開啟送泥泵，將一定濃度的泥漿泵入送泥管壓入泥水室中。在開啟盾將一定濃度的泥漿泵入送泥管壓入泥水室中。在開啟盾構千斤頂，使盾構向前推進。此時切削刀盤上的刀切入構千斤頂，使盾構向前推進。此時切削刀盤上的刀切入土層，切下的土渣與地下水順著刀槽流入泥水室中，土土層，切下的土渣與地下水順著刀槽流入泥水室中，土渣經刀盤與攪拌器的攪拌成為濃度更大的泥漿。隨著盾渣經刀盤與攪拌器的攪拌成為濃度更大的泥

26、漿。隨著盾構不斷推進，土渣量不斷增加，泥水不斷注入，泥水室構不斷推進，土渣量不斷增加，泥水不斷注入，泥水室的泥漿壓力逐漸增大，當泥水室的泥漿壓力足以抵抗開的泥漿壓力逐漸增大，當泥水室的泥漿壓力足以抵抗開挖面的土壓力與地下水壓力時，開挖面保持相對穩定而挖面的土壓力與地下水壓力時，開挖面保持相對穩定而不坍塌。不坍塌。 只要控制進入泥水室的泥漿量和渣土量與泥水室排出只要控制進入泥水室的泥漿量和渣土量與泥水室排出的泥漿量相平衡，開挖工作就能順利進行。的泥漿量相平衡，開挖工作就能順利進行。 泥水加壓盾構的優點為適用范圍大，多用于含水率泥水加壓盾構的優點為適用范圍大，多用于含水率較高的砂質、砂礫石層、江河、海底等特殊的超軟地層較高的砂質、砂礫石層、江河、海底等特殊的超軟地層中。能獲得其他類型盾構難以達到的較小的地表沉陷與中。能獲得其他類型盾構難以達到的較小的地表沉陷與隆起。隆起。 泥水加壓盾構的操作比較容易，可實現遠距離遙控。泥水加壓盾構的操作比較容易，可實現遠距離遙控。 泥水加壓盾構的缺點為：由于切削刀盤和泥水室泥泥水加壓盾構的缺點為：由于切削刀盤和泥水室泥漿的阻隔，不能直接觀察到開挖面的工作情況，對開挖漿的阻隔，不能直接觀察到開挖面的工作情況，對開挖面的處理和故障排除不利。在粘土層中開挖，泥水分離面的處理和故障排除不利。在粘土層中開挖，泥水分離困難。泥水加壓盾構在目前各類盾構中價格