隧道工程施工概述

隧道工程施工概述

1.1隧道工程施工技术发展状况

我国是一个多山国家，山地面积占 2/3 以上，高原起伏，群山连绵，崇山峻岭密布，水系发育，江河纵横，地质复杂，构成交通运输网建设的障碍。随着我国经济建设的高速发展，高速增长的资源流动性需求，使得我国交通路网建设呈现迅猛的发展态势，隧道工程在交通路网中的比重越来越大，复杂的地质条件与施工环境，从衡广复线大瑶山双线铁路隧道开始采用新原理、新方法、新结构、新技术、新设备、新工艺全面建成开始，中国隧道施工技术日臻成熟，已步入了世界先进水平的行列，在勘测设计、施工、运营、科研等方面取得了许多重大的成就和创新。

我国铁路隧道发展几个里程碑工程。

沙木拉达隧道：全场 6379m，是当时中国最长的铁路隧道，1966 年贯通。隧道的施工中采用

了轻型机具，分部开挖的“小型机械化”施工，修建速度达到了每月“百米成洞”的水平。

大瑶山隧道：全长 14294m,采用新奥法原理设计与施工，配套大型机械化作业。改变了中国传统的风钻等小型机具作业为主的模式。

秦岭隧道：全长 18456m，采用敞开式全断面掘进机（TBM）施工，标志着中国铁路隧道机械

化施工跨入世界先进行列。

乌鞘岭隧道：全长 20050m,双洞单线隧道，钻爆法施工，建筑长度上升到 20km 行列,工期仅

用30 个月。

太行山隧道：全长 27839m,双洞单线，设计时速 250km/h。2007 年12 月24 日贯通，是我国

目前已建成的最长山岭隧道。

关角隧道：全长 32645m,双洞单线，隧道设计长度达到 30km 行列。

我国代表性公路隧道工程。

陕西秦岭终南山公路隧道单洞长18.02km，双洞共长36.04km，2007 年1 月20 日通车。是

世界第一座最长的双洞高速公路隧道。

四川大相岭泥巴山隧道全长10007m，2011 年12 月24 日，实现双线贯通。

湖南雪峰山隧道全长7039m，位于上海到瑞丽高速公路湖南邵阳至怀化路段之间，为双洞双车道

隧道，2007 年11 月19 日通车，是当时全国高速公路第三长隧道。

我国代表性海底隧道。

胶州湾隧道：全长7800 米，双向6 车道。2010 年4 月28 日全线贯通。

厦门翔安海底隧道，全长8695m，2010 年4 月26 日中国大陆第一条海底隧道厦门翔安海

底隧道建成通车。

我国代表性输水隧道工程。

大伙房水库特长隧洞：一期工程隧洞全长85.32km，2009年9月21日，顺利实现贯通输水。1.2隧道工程施工特点

隧道工程是属于地下结构物，地下结构是多种多样的，构筑地下结构的施工方法和技术也是多种多样的。施工技术形成与发展和地下结构物自身以及所处地层地质的特点有关。隧道工程施工特点：

1.隐蔽性强，地层地质未知因素多。

2.作业空间有限，工作面狭窄，施工工序干扰大。

3.施工过程作业的循环性强，因隧道工程是纵长的，施工严格地按照一定顺序循环作业，如开挖就必须按照“钻孔—装药—爆破一通风一出渣”的顺序循环。

4.施工作业的综合性强，在同一工作环境下进行多工序作业(掘进、支护、衬砌等)。

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5.施工过程的地质力学状态是变化的，围岩的物理力学性质也是变化的，因此施工也应是动态的。

6.作业环境恶劣，施工噪声大，粉尘、烟雾，潮湿，光线暗，地质条件差及安全问题等给施工人员带来了不利的工作环境。

7.作业风险性大。风险性是和隐蔽性和动态性相关联的，在施工过程中，施工人员必须随时关注隧道施工的风险性。

1.3隧道工程施工方法

在隧道修建方法中，根据不同的结构用途、水文地质条件、周边环境要求、安全风险分析、成本投入、工程规模以及我国国情等条件，根据支护结构设计理念的不同，产生了不同设计、施工特点的隧道施工方法。

目前在公路、铁路、水工隧道施工中常采用的方法有：

1．明挖法。

2.矿山法(钻爆法)：台阶法、全断面法、分部开挖法。

3.浅埋暗挖法。

4.掘进机法(TBM 或盾构法)。

5.沉埋管段法。

明挖法和浅埋暗挖法主要用于市政工程施工中，主要针对结构埋深浅、穿越软弱地层、环保要求高、施工难度大等特点，强调保护、提高围岩自承能力，主要采取注浆、降水、管棚、冷冻等辅助工法，因对辅助工法进行了说明，对明挖法和浅埋暗挖法未对单独描述。

1.4隧道工程施工技术

隧道施工技术，主要是研究解决隧道工程施工的技术方案和技术措施，，隧道工程施工过程中的爆破、衬砌、支护、通风、防尘、防瓦斯、防有害气体，及照明、水、风和电的作业方式及操作技术标准和要求，围岩变化的测量监控方法等等。

隧道施工技术的发展方向：施工机械化，各道工序逐步实现机械化，以设备保工艺、以工艺保质量、以质量保安全；工序标准化，各道工序都建立标准，严格按标准作业；构件工厂化，管片、仰拱块、混凝土搅拌、钢拱架、预埋件、连接件等尽量厂制；施工信息化，采用物探、钻探等手段探明地质情况、采用监控量测技术有效掌握施工过程中地质变化，以保证隧道施工安全。

1.4.1掘进技术

1．人工开挖

人工开挖是一种比较原始的掘进方法，主要适用黄土隧道，或破碎松散岩石及土质隧道。一般是采用轻型手持式风镐，十字镐等手持工具进行开挖，采用小型机具出砟。

人工开挖对围岩扰动小，能有效地保护围岩，防止围岩受扰过大而产生坍方，但开挖速度慢，工人劳动强度大。

2．钻爆开挖

钻爆开挖是通过机械钻孔，用炸药爆破坑道范围内的岩体、采用大型机械设备出砟的方法。钻爆法对围岩的扰动破坏较大，一般适用于石质隧道。

3．机械开挖

①单臂掘进机开挖，是采用装在可移动式机械臂上的切削头来破碎岩体。单臂掘进机掘进对围岩的扰动破坏小，故一般适用于稳定性差的软岩隧道及土质隧道中。

②TBM 掘进机（含盾构）掘进，TBM 掘进机的破岩机理是挤压，切削破岩；出砟一般采用- 2 -

大型矿车或皮带机运输方式。采用掘进机施工具有快速，连续作业、机械化程度高、安全、劳动强度小、对地层扰动小，衬砌支护质量可控，通风条件好，减少辅助工序等优点。

1.4.2支护技术

隧道开挖后，改变了岩体的应力状态，岩体产生了趋向隧道内的变形位移。当围岩变形量过大时，会造成围岩失稳，直至坍塌，因此，隧道开挖后应及时进行支护。目前支护的方法主要有复合式衬砌支护结构和管片支护结构两种方法，其中复合式衬砌结构为锚喷支护（初期）+二次衬砌支护。

锚喷支护是从 80 年代起采用的一种围岩支护手段。采用锚喷支护可以充分发挥围岩的自承能力，提高了作业的安全性和作业效率。主要有以下支护形式：

1.锚杆支护。

2.钢支撑、锚喷联合支护。

3.喷射砼支护。

4.浇筑混凝土衬砌。

1.4.3辅助施工技术

对不能自稳或自稳时间短的浅埋、偏压、软弱地层及岩溶、断层破碎带等特殊不良地质，施工中可采取相应的辅助施工技术，提前或在施工过程中加固围岩，以确保施工安全，常用的辅助施工措施主要有：

1.地面砂浆锚杆（洞口浅埋段）。

2.超前锚杆（超前小导管）注浆。

3.超前管棚。

4.水平旋喷。

5.玻璃纤维锚杆（掌子面）。

6.超前帷幕幕注浆或全断面注浆。

7．降水。

8．冻结法。

1.4.4监控量测技术

监控量测是隧道信息化施工的核心内容之一，通过现场量测获得的围岩和支护结构体系状态的相关数据（信息），通过数据（信息）整理和分析，判断围岩和支护结构体系的稳定性及工作状态，并优化施工方法和修正支护参数以指导设计和施工。量测的内容主要包括变形监测和应力监测。

1.4.5超前地质预报技术

隧道工程的特点之一是地质条件的不确定性，因此，通过技术手段在施工过程中对作面前方的地质进行超前预报是确保隧道安全的关键措施之一，目前常用的超前地质预报技术有物探和钻探两大类，实施中多以两方法结合，按照“物探先行，钻探验证”的原则组织实施。目前已作为施工工序纳入施工组织进行管理。

1.4.6防排水技术

隧道防排水施工一般应达到“防水可靠、排水通畅、经济合理”的目的。对水资源保护有严格要求的隧道，防排水应采取“以堵为主、限量排放”的原则。在环境敏感地区以及水量过大

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影响施工时，应通过围岩注浆控制排放流量。排水施工应注重将防水板背后的水流引入排水沟，避免诱发衬砌水压力。

1.隧道防水

目前隧道的防水常规作法是：在隧道初期支护和二次衬砌之间施作防水层。二次初砌选择采用防水混凝土。重视接缝防水，在变形缝和施工缝间设止水带、止水条；对管片衬砌，提高管片自防水性能，并在接缝处设防水条。防水施工应保证防水板的铺设质量以及衬砌接头止水带的安装质量。

2．隧道排水

隧道施工排水结合实际情况引水归槽，集中引排，设置排水系统，确保排水畅通，主要排水形式有：顺坡排水、反坡排水、钻孔排水、辅助坑道（或洞室）排水等。

隧道结构排水主要是通过安装环向排水盲管、纵向排水盲管将隧道衬砌背后渗水引入洞内侧沟或中心排水沟，最后排出洞外。

1.5隧道工程施工组织设计

施工组织设计是保证工程按设计要求的质量、进度和成本，安全顺利地完成施工任务的关键施工策划。它贯穿于工程从准备阶段，施工阶段到竣工验收阶段整个全过程。

1.5.1施工准备

施工准备主要包括：施工机构组织设置、技术准备及现场基本条件准备

①施工中可根据工程的规模、重要性等布置施工现场和设置组织机械。确定机构的原则是：机构精简，分工明确，责任到人。现行隧道施工中，施工机构一般为项目经理部。

②技术准备工作主要有：熟悉、审查图纸及有关设计资料，了解设计意图，对总体布置、工程的结构形式和特点都要认真研究，并对相应资料进行交接、复核。

③在施工现场范围内，必须具备的基本条件有：修通道路，接通施工用水、用电，架设通讯

线路，平整施工现场，搞好临时房屋，简称：“三通一平”。

1.5.2施工组织设计

编制施工组织设计应通过全面的调查研究，按照建设项目的工期要求和投资计划，有计划地合理组织和安排好工期、施工方案、施工方法，并提出劳动力、材料、机具设备等生产资源的合理配置。

各阶段的施工组织设计及内容主要有：初步施工组织设计是在隧道工程设计阶段，由勘测设计单位编制，并编入相应的设计文件；指导性施工组织设计和实施性施工组织设计均由施工单位编制，并用于指导施工。

编制施工组织设计的依据原则主要是法令性文件、相关的合同书及投标书。在编制的过程中我们要遵守一定的程序，要按施工的客观规律、协调和处理好各个因素的关系，用科学的方法进行编制。

1.5.3施工方案选定

根据实际情况选用合理的开挖方式，适宜的运输方法，采取可靠的支护措施以及相配套的机

械设备、劳动力与材料，结合施工进度计划经过技术、经济、工期的比较，择优确定。

1.5.4施工场地布置

施工场地布置主要有弃碴场地及卸碴道路的布置、大宗材料的堆放场地和料库的布置、生产- 4 -

房屋和生产设施的布置、生活房屋的布置、污水处理设施布置。

1.弃渣场地及卸渣道路的布置

处理弃砟的原则：一是变废为用，把弃渣用于路基填方或用于弃渣造田，另一个是变有害为无害，就是当必须占用农田时，力争把废渣场变为耕地，以此补弃渣占用的耕地。

2.大宗材料的堆放场地和料库的布置

大宗材料的存放地点应考虑材料运进工地方便，易于卸车，并靠近使用地点。

3.生产房屋和生产设施的布置

要特别注意防洪、防砸、防沉陷、防塌埋。

4.生活房屋的布置

条件许可时，生活用房与生产用房应分设，保持一定距离，保证工作与生活安全有效。

5.污水处理设施布置

污水处理池一般布置在洞口附近，以使洞内排出的污水经处理达标后排放，生产及生活垃圾堆放及处理设施放在生产区和生活区，使产生的垃圾及时收集并处理。

1.5.5施工进度计划

施工进度计划主要包括两个方面的内容：一是研究科学组织施工，合理加快施工速度的基本途径；另一方面是施工进度与计划的表现形式。施工进度计划一般采用施工进度图的形式表示，施工进度图又有横道图法、斜率图法和网络图法等表现形式。

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