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实力和自支护实力。

在种状态下无需任何人工支护而能维持稳定，无坍塌、间或有掉块。在特殊状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，坑道稳定具有确定的自支护实力。 在种状态下层间结合差的平缓岩层，顶板可能弯曲、断裂此时应实行局部支护。

③ .坑道短暂稳定：

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

短暂稳定时间有常有短，在外界（如爆破、支撑顶替、回填不刚好等）和内部（如地下水等）的影响下，会丢失稳定，必需实行人工支护措施。

④. 坑道不稳定：

指由于在块石土、积累土等围岩中，坑道在不支护条件下难以开挖，随挖随塌，处于不稳定状态。

围岩无自支护实力或自支护时间极短，此时应实行牢靠的人工支护措施。

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2.坑道支护定义

围岩自支护——指围岩自身具有的支护实力。

人工支护——通过加固的方法来提高围岩的自支护实力或自支护实力的降低。 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平安，削减坑道围岩的松弛，刚好

地压的发展，围岩自支护实力的降低。充分利用围岩自身的自支护实力

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（爱惜支护）：

机理：在利用围岩的自支护实力的基础上实行的一般爱惜措施。 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实力的基础上实行的一种防止长期施工过程中自支

护实力降低的爱惜措施

适用：.坑道稳定

目的：进行防止自支护实力降低的一般爱惜性的薄型结构支护。

工法：5～8cm的喷射混凝土，如有掉块的可能时可设置确定长度的局部锚杆。

③.承载支护：

机理：. 围岩的自支护实力较差但坑道短暂稳定，防止围岩失稳为了保证施工

平安而实行爱惜措施（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：坑道短暂稳定。

目的：进行确定的有承载实力的一次支护。

工法：一次支护实行10～15cm的喷射混凝土确定长度的系统锚杆。 二次支护实行基本上实行混凝土衬砌

④.特殊承载支护：

机理：围岩强度差自支护实力低，地表下沉，初支变形不收敛，坑道不稳定，

为了保证施工平安而实行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，为了保证施工平安必需在收敛之前进行二衬的地段）

适用：坑道不稳定

目的：接受强有力的支护手段来保证施工平安

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 Ⅰ 充分稳定 饰面 Ⅱ 稳定 结构 Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 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——用于没有凝合力的围岩，以防止拱顶松驰、崩啦。 钢 插 板——在倒塌性显著的围岩中，以较大面积支护拱顶的手段。

小导管注浆——是向掌子面旁边的围岩注浆，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——是向掌子面旁边的围岩注浆，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。

正面锚杆 ——是在有显著倒塌的状况下接受的防止掌子面的平安措施。， 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 单 管 超 锚 杆 前 支 小导管 护 钢插板 拱顶 稳定 ○ ◎ ◎ 掌子面 使 用 稳 定 材 料 ○ ○ 工 法 说 明 00短暂稳定 承载 不稳定 不承载 打入间距30～60cm，打入仰角5～30， 钢 管 打入长度为进尺的2～3倍。 锚 杆 00打入仰角10～30，诸如水泥浆、水泥砂浆、水玻璃等，小导管 还可用高压（3Mpa）压注泡沫尿烷，压注压力约0.2～0.5Mpa。 钢插板为波形态（像房瓦形），宽度接受15cm，在拱部范围钢背板 0120内，打入间距30cm，长度为1.2～1.6m。 2 / 5

0斜 锚 杆 ○ ○ 锚 杆 在掌子面拱部的斜上方以间隔30～80cm，插入角度30～600，锚杆长3～4 m，用水泥砂浆锚固。 短 管 棚 ◎ ○ 管 棚 方法同小导管。间隔30～60cm。 正面喷砼 ◎ 喷 砼 开挖后喷射砼3～10cm 正面锚杆 ◎ 锚 杆 锚杆长2～3 m，用水泥砂浆锚固。 注：◎经常接受；○视状况接受。 7.喷射混凝土

①.喷射混凝土喷射混凝土的作用和效果 p1 ②.喷射方式 ⑴. 喷射方式分类 A.干喷： 细 骨 料 搅拌机 喷射机 粗 骨 料 喷嘴 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 依据喷射面的状况，W/C是在喷嘴出管理，而由于机械性能的提高和改善，可以喷凝管理上的特性 由喷射工确定W/C。由于机械的改良，可以让射低坍落度（降低W/C）的混凝土。喷土W/C有位小的变动。W/C之比较小（45%～55%）。射混凝土是用拌合设备制造的。接近特 配比中，水/水泥比的调整会影响骨料的表面常灌注混凝土的状况。要对混凝土的性 水率和 喷嘴前添加的水量。喷射手的娴熟程坍落度、空气量、强度等进行管理，度也有影响。 也要留意对喷射量、喷射压力的管理。 强 度 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，初期强特 性 初期强度有利。粗骨料回弹量大，因此单位水度也稍低些。 （初期强度 ） 泥用量也多。 施压 送 水平：150～200m;垂直：100～150m 水平：150m;垂直：30～50m 工能 力 不管哪种方式，压送距离最好短些 性 施 工 能 力 5～12 m3/h 8～20 m3/h 粉 尘 少 多 其 回 弹 小 大 涌 水 对 策 因水量可调，削减用水量可堵涌水量小的处所 因水量可调，堵涌水效果较差 他 拌 制 时 间 依据水量，最好在2 h内 依据水量，最好在1 h内 作 业 性 机械、管路可用空气清扫 机械、管路要完全用水清洗 ⑶.

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

速凝剂应依据围岩条件、喷射位置、气温条件增减。

④. 喷射混凝土协作比平均值（日本990年调查结果）

项 目 干 喷 湿 喷 粗骨料最大尺寸（㎜） 1 0 ～ 1 5 ㎜ 1 0 ～ 1 5 ㎜ 细骨料率（s/a） 6 1 .6 % 62 % 单位水泥用量(C) 3 5 9 kg/m3 3 6 0 kg/m3 水灰比(W/C) 5 3 % 5 6 % 速凝剂添加量(C×) 6 .7 % 5 .9 % 坍落度（%） — 8

⑤. ⑥

8.钢支撑及格栅

钢支撑——由型钢加工成须要形态，在现场拼装运用的一种刚性较大的支护结

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构。该结构可发挥承载作用。

格 栅——由钢筋焊接加工成须要形态支护结构。该结构不能发挥承载作

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。

用，只能和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 优 点 缺 点 钢支撑 1.架设后能够立刻承载，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.加工比较简洁，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、便利。 3.钢支撑的变形和混凝土的变形不一样，混凝土易开裂。 格 栅 1.架设后不能立刻承载，必需和混凝土配和才1. 能充分发挥其力学作用。 2.加工简洁，且不要大型的加工设备； 3. .重量小，易架设安装。 4.因具有确定的柔性，能够适应围岩的变更。 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。 8.混凝土衬砌 ①②③④⑤⑥⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺≤≥≦≧≮≯<<> ⑴衬砌方法 衬砌方法和比较

方 法 先 墙 后 拱 法 先 拱 后 墙 法 适 用 大多数隧道施工 在软弱围岩隧道接受台阶法中可接受 断面封闭性 刚好封闭 不刚好封闭 衬砌整体性 整体性好 整体性差 防 水 性 施 工 性 仰拱施工 仰拱 衬砌变异 使 用 性 ⑵施工工艺 ①.灌注和捣固方法

位 置 灌 注 工 艺 捣 固 工 艺 项 目 标 准 项 目 标 准 仰 拱 砼灌注坠落高度 1.5m以下 捣固方法 内部捣固器 边 墙 一次灌注高度 40～50 cm左右 捣固器插入间隔 50 cm左右 拱下部 流淌距离 流淌 捣固器的插入深度 下层砼中10cm左右 每处振动时间 5～15 s 左右 拱顶部 灌注方式 向上灌注 捣固方法 不捣固 流淌距离 10 m 左右 A. 拱顶部砼灌注方法

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：潮湿

养生时间：（以平均气温150C）

一般水泥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.协作比

①.强度： 协作强度 > 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：

主要指标举荐值

坍 落 度 用 水 量 粗 骨 料 粒 径 项 目 坍 落 度（㎜） 项 目 用 水 量 （kg/m3） 项 目 接受最大值 (㎜) 仰 拱 80 粗骨料最大尺寸 素 砼、 40 20～25㎜ 175 钢筋砼仰供 ≯构件最小尺寸的1/4 边墙、拱部 150～180 粗骨料最大尺寸 40㎜ 165 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；

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④. 涌水地点、涌水量及其状态； ⑤. 软弱层的分布； ⑥. 其他。 2. 掌子面地质视察

掌子面地质视察记录表（中国铁路）

工程名 位 置 里 程 评 定 称 距洞口距离（m） 岩性 岩石类型（名称） 粘结力c =（MPa）；φ =（0） 指标 单轴抗压极限强度 R b = （MPa） 电荷载强度 I b =（MPa） 变形模数E =（GPa） 泊松比 υ = 自然容重γ =（KN/m3） 其它 岩体完 整状态 说 明 地下水 渗水量（L/min·10m） ＜10 干燥或潮湿 10~25 间或有水 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

三. 防水板 防 水 板 性 能

项 目 拉伸 断裂 热处理低温 抗渗 强度 延长率 变更率 弯折性 透性 品 种 （MPa） （%） （%） 乙烯三聚物ECB 沥 青 ≥15.5 ≥560 ≤2.5 乙烯—醋酸EVA 乙烯共聚物 ≥20 ≥600 ≤2 LLDPE 0 ≥20 ≥600 ≤2 -35 C 0.2Mpa/24h 无裂纹 无透水 Q/SSJ·J02.01--1999 亨度 LDPE 聚乙烯 ≥16 ≥500 ≤2 高密度 HDPE 聚乙烯 ≥20 ≥600 ≤2 聚氯乙烯 P型PVC 0优等品 ≥15 ≥250 ≤2 -35 C 无裂纹 无透水 GB12952--91 0规 范 指 标 ≥12 ≥200 ≤2.5 -20 C 0.2Mpa/24h 无裂纹 无透水

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掌子面地质视察记录表（日本）掌子面地质视察结果表（日本）