隧道工程施工基本知识

（参照西南交大关宝树的《隧道工程施工要点集》章节编写） 一. 隧道工程支护 1。坑道稳定性 稳定状态分类 ① .坑道充分稳定：

指由于岩体强度高（R 〉60MPa）、完整（裂隙间距>1。0m）、不易松弛（如坚硬的花岗岩、石灰岩等）,开挖坑道后在长时间内有足够的自稳能力和自支护能力.

在种状态下无需任何人工支护而能维持稳定,无坍塌、偶尔有掉块。在特殊情况下会出现岩爆现象。 ② 。坑道稳定：

指由于在大块状结构的岩体及整体状的中硬岩（R >30MPa）中会爆破、岩块结合松弛而产生局部掉快，但不会坍塌，坑道稳定具有一定的自支护能力。

在种状态下层间结合差的平缓岩层，顶板可能弯曲、断裂此时应采取局部支护.

③ .坑道暂时稳定：

指由于在具有碎（石)块（石)状结构的围岩中，开挖坑道后常常呈现不同程度的坍塌现象，坍塌后坑道常呈拱形，处于暂时稳定状态。

暂时稳定时间有常有短，在外界（如爆破、支撑顶替、回填不及时等）和内部（如地下水等）的影响下，会丧失稳定，必须采取人工支护措施。

④. 坑道不稳定：

指由于在块石土、堆积土等围岩中，坑道在不支护条件下难以开挖，随

挖随塌，处于不稳定状态。

围岩无自支护能力或自支护时间极短，此时应采取可靠的人工支护措施。 2.坑道支护定义

围岩自支护——指围岩自身具有的支护能力。

人工支护——通过加固的方法来提高围岩的自支护能力或控制自支护能力的

降低。

3.坑道支护分类

自支护 小导管注浆 超前支护 管棚 坑道支护 锁脚锚杆 一次支护 围岩注浆 钢支撑

人工支护 初期支护 锚杆

喷射混凝土

二次支护(衬砌） 4。 人工支护作用

初期支护的作用是为了保证施工安全，减少坑道围岩的松弛，及时控制

地压的发展，控制围岩自支护能力的降低.充分利用围岩自身的自支护能力

二次衬砌的作用是为了维护坑道的正常和耐久性的基本结构。 5。人工支护类型(级别) ①.饰面支护（保护支护)：

机理:在利用围岩的自支护能力的基础上采取的一般保护措施。 适用：坑道充分稳定

目的:封闭岩面,防止围岩风化、掉块.

工法：一般在岩表面喷射2~3cm的水泥砂浆或5cm的喷射混凝土.

②.构造支护：

机理：在利用围岩的自支护能力的基础上采取的一种防止长期施工过程

中自支护能力降低的保护措施

适用：.坑道稳定

目的:进行防止自支护能力降低的一般保护性的薄型结构支护. 工法:5～8cm的喷射混凝土，如有掉块的可能时可设置一定长度的局部锚

杆。

③。承载支护：

机理：。 围岩的自支护能力较差但坑道暂时稳定，防止围岩失稳为了保

证施工安全而采取保护措施（此时施工阶段基本上是不承受荷载的。为初支变形基本收敛的地段，可后期进行二衬)

适用：坑道暂时稳定。

目的：进行一定的有承载能力的一次支护。

工法：一次支护采取10～15cm的喷射混凝土一定长度的系统锚杆。 二次支护采取基本上采取混凝土衬砌

④.特殊承载支护：

机理：围岩强度差自支护能力低，地表下沉,初支变形不收敛,坑道不稳定，

为了保证施工安全而采取超前支护的保证措施（此时施工阶段是承受荷载的.因为围岩自支护差，初支变形不能收敛,宜造成地表下沉和围岩坍塌，为了保证施工安全必须在收敛之前进行二衬的地段）

适用：坑道不稳定

目的：采用强有力的支护手段来保证施工安全

工法:用“先支后挖\"即先超前支护（如小导管等）在进行开挖，然后进行

初支(如钢支撑、喷射混凝土等）和二衬的施工方法。

5. 围岩分级、坑道稳定性、支护级别间关系

围岩级别 稳定性级别 支护级别 6。 掌子面

⑴. 掌子面工法作用

超前支护 ——是沿隧道外轮廓以低角度打设锚杆、单一钢管、钢筋等的方

式防止掉块，加固掌子面前方围岩、约束围岩的方法

单 管-—用于没有凝聚力的围岩,以防止拱顶松驰、崩啦。 钢 插 板——在崩塌性显著的围岩中，以较大面积支护拱顶的手段。 小导管注浆——是向掌子面附近的围岩注浆，以改善围岩状况，保证掌子面

稳的方法。

斜 锚 杆—-是在掌子面拱顶的围岩打入锚杆注浆锚固，提高掌子面的自稳

性的措施。

小管棚注浆——是向掌子面附近的围岩注浆，以改善围岩状况，保证掌子面

稳的方法。

正面喷砼 -—是防止掌子面松弛，提高掌子面的自稳性的措施.

Ⅰ 充分稳定 饰面 Ⅱ 稳定 结构 Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 暂时稳定 承载 不稳定 不承载 正面锚杆 ——是在有显著崩塌的情况下采用的防止掌子面的安全措施。， 留核心土 -—在掌子面中心留一部分原状土支撑掌子面，充分利用掌子面的

空间支护效应。

⑵。稳定掌子面工法

工 法 拱顶 掌子面 使 用 工 法 说 明 稳定 稳 定 材 料 单 管 超 锚 杆 前 支 小导管 护 钢插板 斜 锚 杆 短 管 棚 正面喷砼 正面锚杆 ○ ◎ ◎ ○ ◎ ○ ○ ○ ○ ◎ ◎ 钢 管 锚 杆 小导管 钢背板 锚 杆 管 棚 喷 砼 锚 杆 打入间距30~60cm，打入仰角5～30， 打入长度为进尺的2～3倍。 00打入仰角10～30，诸如水泥浆、水泥砂浆、水玻璃等，还可用高压(3Mpa）压注泡沫尿烷，压注压力约0。2～0.5Mpa。 钢插板为波形状（像房瓦形），宽度采用15cm，在拱部范围0120内，打入间距30cm，长度为1。2～1.6m. 0在掌子面拱部的斜上方以间隔30～80cm,插入角度30～060，锚杆长3~4 m,用水泥砂浆锚固。 方法同小导管。间隔30~60cm。 开挖后喷射砼3～10cm 锚杆长2～3 m，用水泥砂浆锚固. 00注:◎经常采用；○视情况采用. 7。喷射混凝土

①.喷射混凝土喷射混凝土的作用与效果 p189 ②.喷射方式 ⑴. 喷射方式分类 A.干喷： 细 骨 料 搅拌机 喷射机 喷嘴

粗 骨 料 水 泥 速凝剂 压缩机 水 B.湿喷：

细 骨 料 粗 骨 料 搅拌机 喷射机 喷嘴

水 泥 水 压缩机 速凝剂 ⑵. 喷射方式比较 项目方式 干 喷 法 湿 喷 法 混配 合 比 凝管理上的特性 土特 性 强 度 特 性 (初期强度 ) 压 送 能 力 施工性 根据喷射面的状况,W/C是在喷嘴出管理，而由由于机械性能的提高和改善，可以喷喷射工决定W/C。由于机械的改良，可以让W/C射低坍落度（降低W/C）的混凝土.喷有位小的变动.W/C之比较小（45%~55％).配比射混凝土是用拌合设备制造的.接近中，水/水泥比的调整会影响骨料的表面水率常灌注混凝土的情况。要对混凝土的和 喷嘴前添加的水量。喷射手的熟练程度也坍落度、空气量、强度等进行管理,也有影响。 要注意对喷射量、喷射压力的管理. 加水后的混凝土即可喷射，因W/C比较小，对为了确保施工性，W/C稍大些，初期强初期强度有利.粗骨料回弹量大，因此单位水度也稍低些。 泥用量也多。 水平:150～200m；垂直：100～150m 水平：150m;垂直:30～50m 不管哪种方式，压送距离最好短些 5～12 m/h 少 小 因水量可调,减少用水量可堵涌水量小的处所 根据水量，最好在2 h内 机械、管路可用空气清扫 3施 工 能 力 粉 尘 其 回 弹 涌 水 对 策 他 拌 制 时 间 作 业 性 8~20 m/h 多 大 因水量可调，堵涌水效果较差 根据水量，最好在1 h内 机械、管路要完全用水清洗 3⑶。 ③。速凝剂种类

矾土系（矿物系） 粉体 硫铝酸钙系(矿物系）

铝酸钠钙系（矿物系） 速凝剂 铝酸盐系 铝酸盐系 液体

水溶性铝酸盐系

速凝剂应根据围岩条件、喷射位置、气温条件增减. ④. 喷射混凝土配合比平均值（日本990年调查结果）

项 目 粗骨料最大尺寸(㎜） 细骨料率(s/a） 单位水泥用量(C) 水灰比(W/C） 速凝剂添加量(C×） 坍落度（％) 干 喷 1 0 ～ 1 5 ㎜ 6 1 。6 ％ 3 3 5 9 kg/m5 3 ％ 6 。7 ％ — 湿 喷 1 0 ～ 1 5 ㎜ 62 % 3 3 6 0 kg/m5 6 ％ 5 .9 % 8

⑤.

⑥

8。钢支撑及格栅

钢支撑——由型钢加工成需要形状，在现场拼装使用的一种刚性较大的支

护结构。该结构可独立发挥承载作用。

格 栅——由钢筋焊接加工成需要形状支护结构。该结构不能独立发挥承

载作用，只能与喷射混凝土共用才能发挥承载作用。

钢支撑及格栅的比较

支撑形式 钢支撑 优 点 缺 点 1.架设后能够立即承载,充分发挥其力学作用。 1.背后的混凝土不易填充密实，留有空隙。 2。加工比较容易，但要较大的加工设备； 2.重量大，架设安装困难. 3.安装构件连接比较简洁、方便。 3。钢支撑的变形和混凝土的变形不一致，混凝土易开裂。 1.架设后不能立即承载，必须与混凝土配和才1。 能充分发挥其力学作用。 2。加工容易，且不要大型的加工设备; 3。 .重量小，易架设安装。 4。因具有一定的柔性，能够适应围岩的变化. 5。 喷射混凝土能完全保裹格栅，整体性好，背后不易留下空隙. 格 栅 8。混凝土衬砌 ①②③④⑤⑥⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺≤≥≦≧≮≯<<〉 ⑴衬砌方法

衬砌方法和比较

方 法 适 用 断面封闭性 衬砌整体性 防 水 性 施 工 性 仰拱施工 衬砌变异 使 用 性 先 墙 后 拱 法 大多数隧道施工 及时封闭 整体性好 先 拱 后 墙 法 在软弱围岩隧道采用台阶法中可采用 不及时封闭 整体性差 仰拱 ⑵施工工艺

①。灌注和捣固方法

位 置 灌 注 工 艺 项 目 标 准 仰 拱 砼灌注坠落高度 1。5m以下 边 墙 一次灌注高度 40~50 cm左右 拱下部 流动距离 流动 捣 固 工 艺 项 目 标 准 捣固方法 内部捣固器 捣固器插入间隔 50 cm左右 捣固器的插入深度 下层砼中10cm左右 拱顶部 灌注方式 流动距离 向上灌注 10 m 左右 每处振动时间 捣固方法 5~15 s 左右 不捣固 A. 拱顶部砼灌注方法

Ⅰ。向上（设450~600仰角)灌注方法; Ⅱ。引拨灌注方法；Ⅲ.挤压（活

塞)灌注方法。

B. 砼灌注口的封堵方式

Ⅰ. 百叶窗封堵方式； Ⅱ.油缸封堵方式；Ⅲ. 潜望镜封堵方式。 ②。养生 养生方法：湿润

养生时间：（以平均气温150C）

普通水泥5d；早强水泥3d；其他7 d ③.拆模

拆模时间:达到2～3Mpa时隧道的衬砌能承受砼自重的强度。 多在2～20h左右拆模。 ⑶。配合比

①。强度： 配合强度 〉 设计强度

②.水灰比： 原则上 < 0。65 ③.坍落度、用水量、粗骨料粒径：

主要指标推荐值

坍 落 度 坍 落 度项 目 (㎜） 仰 拱 边墙、拱部 80 150～180 用 水 量 用 水 量 项 目 3（kg/m） 粗骨料最大尺寸 175 20～25㎜ 粗骨料最大尺寸 165 40㎜ 粗 骨 料 粒 径 采用最大值 项 目 （㎜） 素 砼、 40 钢筋砼仰供 ≯构件最小尺寸的1/4 钢 筋 砼 20 或 25

二. 围岩评价

1. 掌子面地质素描图的内容

①. 地质状态及其分布、性质和掌子面自稳性； ②. 围堰的软硬、裂缝间距及方向等围堰状态； ③. 断面的分布、走向、粘土化程度等； ④. 涌水地点、涌水量及其状态； ⑤. 软弱层的分布; ⑥. 其他。 2. 掌子面地质观察

掌子面地质观察记录表（中国铁路）

工程名称 岩性 指标 位 置 里 程 距洞口距离（m) 粘结力c =（MPa)；φ =（0) 电荷载强度 I b =（MPa） 泊松比 υ = 其它 评 定 岩石类型(名称） 单轴抗压极限强度 R b = （MPa) 变形模数E =（GPa） 天然容重γ =（KN/m3） 岩体完 整状态 说 明 地下水 渗水量（L/min·10m） ＜10 干燥或湿润 10～25 偶尔有水 25~125 经常渗水 初始应埋深 H = (m) 力状态 地质结构应力状态 其他 围 岩 级 Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 备 注 记录者 掌子面地质观察记录表（日本)

掌子面地质观察结果表（日本）

三. 防水板

防 水 板 性 能

项 目 品 种 乙烯三聚物沥 青 乙烯-醋酸乙烯共聚物 亨度 聚乙烯 高密度 聚乙烯 聚氯乙烯 ECB EVA LLDPE LDPE HDPE P型PVC 优等品 拉伸 断裂 热处理低温 强度 延伸率 变化率 弯折性 （MPa） （%） （%） ≥15。5 ≥20 ≥20 ≥16 ≥20 ≥15 ≥12 ≥560 ≥600 ≥600 ≥500 ≥600 ≥250 ≥200 ≤2.5 ≤2 ≤2 ≤2 ≤2 ≤2 —35 C 无裂纹 00抗渗 透性 —35 C 0。2Mpa/24h Q/SSJ·J02。01-—1999 无裂纹 无透水 0无透水 GB12952—-91 规 范 指 标

-20 C 0.2Mpa/24h ≤2。5 无裂纹 无透水