开云Kaiyun官方网站课件PPT教学课件完整版课件全册课件全套课件整套课件全书课件完整版PPT全册PPT全套PPT整套PPT全书PPT完整版教案电子教案全册电子教案全书电子教案教学课件课件汇总课件汇集

　　全 册 课 件 延迟符 隧道工程全套课件 隧道工程 隧 道 工 程 学习情境一 隧道的认知 隧 道 工 程 第一章 隧 道 的 常 识 ★知识目标： 认识隧道的组成，了解隧道工程的历史、现状和发展方向；掌握隧道的概念、种类及不同类型隧道的作用、特点。 ★能力目标： 能对隧道工程现状和发展趋势有一定的了解，掌握不同类型隧道的作用及特点。 隧 道 工 程 第一节 隧道的构造及作用 隧道的定义： 以任何方式修建，最终使用于地表面以下的条形建筑物，其空洞内净 空断面在2平方米以上者均为隧道。 2. 隧道的组成 隧道 洞身 洞门 主体建筑物 附属建筑物 通风 照明 防排水 安全设备 洞身 洞门 隧 道 工 程 隧道纵断面的构造形式 隧道的进口外称为“洞门”； 洞门上被挖掉的原覆盖物体的部分称为“仰坡”； 仰坡面延长线与隧道底线的交点称为“开挖点”； 隧道顶部至地表面的距离称为“覆盖层厚”； 已建承重结构的部分，称为“安全部分”； 兴建临时支撑结构的部分，称为“临时安全部分”； 未建支撑结构的开挖工作面，称为“不安全部分”； 从未支撑处正向前开挖的部分，称为“开挖工作面” 隧 道 工 程 隧道开挖横截面示意图 开挖孔洞约上部1／3的部分，称为“拱部”； 约中部1／3的部分，称为“洞身” ； 约下部1／3的部分，称为“洞底”； 洞身及洞底的对称中心部分，称为“核心土”； 开挖后对应于拱部上边缘人工结构的弧线部分， 称为“拱圈”； 洞身对应的人工结构弧线边缘部分，称为“侧墙”或侧拱； 洞底对应的下边缘人工结构的弧线部分，称为“仰拱” 隧 道 工 程 世界隧道工程的发展 第二节 隧道的发展概况 隧道技术的进步，是在进入罗马时代以后，随着测量技术的出现，人们利用棚架支撑岩层和卷扬提升土石，从两端洞口开挖隧道，数量较多的各种用途的隧道和水工隧道开始增多，隧道技术有了一定进步，尤其是约公元7世纪发明了火药，1679年法国拉恩开得克运河隧道开挖，获得极大成功，从此隧道挖掘技术得到飞速的发展。19世纪的产业，隧道开挖出现了各种新方法，迎来了近代隧道开挖技术的新曙光。隧道技术的发展越来越先进。世界各国开始修建了各种各样的隧道，包括铁路隧道、公路隧道、海底隧道，随着盾构的出现，又开始修建各种地铁设施。隧道进入了一个崭新的时代。 隧 道 工 程 世界各国已建成的部分长度大于10km的公路隧道 序号 国家 隧道名称 隧道长度/m 1 日本 Hida 10 750 2 中国 秦岭终南山隧道 18 020 3 法国 Le Tunnel Est 10 000 4 中国 坪林（Pinglin） 12 900 5 挪威 Laerdal 24 510 6 挪威 Gudvanga 11 428 7 日本 Kan-etsu（关越Ⅱ） 11 010 8 意大利 Gran Sasso(东向) 10 176 9 瑞士 St.Gotthard 16 918 10 奥地利 Arlberg 13 972 隧 道 工 程 我国隧道工程的发展 在全国解放以后，我国公路隧道数量仅有30多座，其总长约为2.5km左右，其平均长度不足百米。建国之初，正处于国民经济恢复时期。在短短的三年内，全国原有铁路线上被破坏了和发生了病害的所有隧道都一一修复。在成渝线座隧道，在宝天线座隧道，并完成了天兰线座隧道，使当时支离破碎，断断续续的铁路完全修整好。为改变国家的经济布局，发展内地和山区的经济，先后修建了数十条隧道比重较大的山区铁路，使得我国在铁路隧道的数量和施工技术上都有了较大发展：逐渐掌握了隧道建筑的近代技术，从人力为主体的施工转向以机械开挖为主体的施工，技术上有了质的飞跃。 隧 道 工 程 我国部分特长公路隧道 序 号 隧道名称 长度(m) 位 置 车道数 通风方式 1 秦岭终南山隧道 18 020 陕西 2×2 3竖井分段纵向式 2 大坪里隧道 12 290 甘肃 2×2 2竖井分段纵向式 3 包家山隧道 11 500 陕西 2×2 3斜井分段纵向式 4 宝塔山隧道 10 391 山西 2×2 竖斜井送排式纵向通风 5 泥巴山隧道 9 985 四川 2×2 斜井+竖井分段纵向式 6 麻崖子隧道 9 000 甘肃 2×2 斜竖井送排+射流风机纵向 7 龙潭隧道 8 700 湖北 2×2 立坑送排+射流风机纵向式 8 括苍山隧道 7 930 浙江 2×2 纵向式+半横流式(排烟) 9 米溪梁隧道 7 923 陕西 2×2 左(右)洞单井送排式通风 10 方斗山隧道 7 581 重庆 2×2 2座斜井送排式纵向通风 隧 道 工 程 我国部分水下公路隧道 序号 隧道名称 长度(m) 位置 车道数 通风方式 1 上海长江隧道(盾构) 8 955 上海 3×2 横向式 2 厦门海底隧道(钻爆) 5 960 福建 3×2 竖井送排+射流风机纵向式 3 南京长江隧道 3 825 南京 3×2 纵向式 4 武汉长江隧道(盾构) 3 630 湖北 2×2 横向式 5 外环越江隧道(沉管) 2 882 上海 4×2 纵向式 6 上中路隧道(盾构) 2 800 上海 2×2 横向式(双层双向) 7 复兴东路隧道(盾构) 2 785 上海 3×2 横向式(双层双向) 8 南京玄武湖隧道(盾构) 2 660 南京 3×2 纵向式 9 大连路隧道(盾构) 2 566 上海 2×2 横向式 10 珠江隧道(沉管) 1 238 广东 3×2 纵向式(道路、铁道并用) 隧 道 工 程 第三节 隧道的分类 隧 道 工 程 隧 道 工 程 第二章 隧道结构构造 ★知识目标： 认识隧道的洞身衬砌结构的类型和洞门的构造；明洞的类型和适用范围，认识隧道建筑物的构造特征（包括隧道平面、纵断面、横断面，初期支护、二次衬砌，）；掌握隧道运营的防排水措施和通风、照明系统。 ★能力目标： 能准确判断隧道洞门构造的类型、洞身衬砌，掌握防排水措施，通风、照明系统的设置。 隧 道 工 程 第一节 洞身衬砌与洞门构造 隧道工程中常将这种人工修筑的隧道支护结构称为“衬砌”。 洞身衬砌的类型 直墙式衬砌 曲墙式衬砌 圆形断面衬砌 矩形断面衬砌 偏压衬砌 喇叭口隧道衬砌 洞身衬砌的组合类型 整体式衬砌 拼装式衬砌 复合式衬砌 喷锚衬砌 隧 道 工 程 隧道洞门的作用 ： 隧道两端洞口处的结构部分称为“洞门” 1．减少洞口土石方开挖量 2．稳定边坡、仰坡 3．引离地表流水 4．装饰洞口 隧道洞门的类型 端墙式洞门 翼墙式洞门 台阶式洞门 削柱式洞门 遮光棚式洞门 喇叭口式洞门 隧 道 工 程 端墙式洞门 隧 道 工 程 翼墙式洞门 隧 道 工 程 台阶式洞门 隧 道 工 程 削竹式洞门 隧 道 工 程 喇叭口式洞门 隧 道 工 程 遮光棚式洞门 隧 道 工 程 第二节 明 洞 明洞是用明挖法修建的隧道，即当隧道埋置较浅时，先露天挖出沟槽，然后修筑结构物，最后再回填覆盖土石。 隧 道 工 程 明洞的类型 拱式明洞 棚式明洞 路堑对称型 路堑偏压型 半路堑偏压型 半路堑单压型 墙式棚洞 刚架式棚洞 柱式棚洞 悬臂式棚洞 隧 道 工 程 明洞基础 1.明洞衬砌基础和隧道衬砌基础一样，为防止侧沟及铺底施工开挖时影响边墙地基稳定，基础底标高不宜高于隧道侧沟沟底标高或路面基层标高，并应置于稳固的地基上。 2.当基岩埋深较浅时，基础可设置于基岩上；当基础位于软弱地基上时，可采用仰拱、整体式钢筋混凝土底板，也可采用桩基、扩大基础、基础加深和地基加固处理等措施。 3.外墙基础趾部应保证一定的嵌入基岩深度和护基宽度。在冻胀性土上设置明洞基础时，基底埋置深度应不小于冰冻线mm。当地基为斜坡地形时，地基可切割成台阶。 4.山区傍山沿河公路，设计明洞时，要考虑河岸冲刷可能影响基础稳定的地段，应 根据地形、地质、流速等情况，采取加固和防护措施。 5.明洞外边墙、棚洞立柱基础埋置深度在路面3m以下时（一般是指半路堑单压式明 洞的外侧边墙及立柱），在路基处设置钢筋混凝土横向水平拉杆或锚杆，或给立 柱加设横撑和纵撑，以减小墙底的转角，改善受力条件，增加墙柱约束，减小其 长细比的影响，以确保整个结构的整体性、外侧边墙及立柱的整体及局部稳定性。 隧 道 工 程 明洞填土 1.为防御落石、坍塌的需要而修建的明洞，明洞顶以上的危石应清除或作加固处理。 边坡防护处理以后不能绝对保证边仰坡不掉块，或有小规模的落石、崩坍的危害， 故保证明洞拱背一定的填土厚度，是为了不使落石、滚石直接作用在拱圈上，确保 拱圈安全。 2.当边坡有病害，未来可能发生较大的坍塌，而该隧道又处于地震烈度8度以上地 区，地震时增加了坍塌的数量，应酌情增加填土厚度，如洞顶设计填土厚度可采用 2.5～3.0m，设计填土坡度可为1:3～1:2。 3.当洞顶填土目的主要是为了支挡边坡的滑坍和为了防护山坡可能发生的大量塌方、 泥石流时，则应将边坡的稳定情况、边坡的刷坡情况结合设计回填坡度，综合分析 确定回填厚度，确保边坡和明洞的稳定与安全。 4.当明洞是为了保护洞口自然环境，则应将明洞完全伸出自然山坡坡面，以不破坏自 然地面及其景观为原则。开挖部分回填至原自然山坡坡度，必要时可在填土表面进 行植草。 5.明洞应重视拱背和墙背的回填，其中拱背回填是为了保护拱背及拱脚，增强拱脚的 固结，增加其稳定性，起加强的作用。 6.计算明洞墙背围岩主动土压力时，是按围岩计算摩擦角计算的，所以墙背回填料的 内摩擦角应不低于围岩的计算摩擦角，不然的话，实际墙背的侧压力较设计的要 大，影响结构安全。 隧 道 工 程 第三节 防水和排水 隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则 隧道衬砌、防水层具有一定的防水能力，能防止地下水透过防水层、衬砌结构渗入洞内。 “排”就是人为设置的 排水系统，将地下水 排出隧道。隧道应有 畅通的排水设施，将 衬砌背后、路面结构 层下的积水排入洞内 中心水沟或路侧沟。 “截”就是在隧道以外的地方将地表水和地下水疏导截流，使之不进入隧道的工程 范围内。 堵”即堵住地下水从衬砌背后渗入隧道内。 隧 道 工 程 一、防水措施 1．喷射混凝土防水。 2．塑料防水板防水。 3．模筑混凝土衬砌防水。 4．涂料防水。 5．防水砂浆抹面。 二、排水措施 “排”水是利用盲沟、泄水管、渡槽、中心排水沟或排水侧沟等将衬砌背后的地下水引入隧道内，再经由洞内水沟排走，以免造成隧道的病害。 1. 排水沟 排水沟承接泄水孔泄出的水，并将其排出隧道。 2. 盲沟 盲沟的作用是在衬砌与围岩之间提供过水通道，并使之汇入泄水孔。 3. 泄水孔 泄水孔是设于衬砌边墙下部的出水孔道，它是将盲沟流来的水直接泄入隧道内的纵向排水沟。 隧 道 工 程 隧 道 工 程 弹簧软管盲沟 渗滤布盲沟 隧 道 工 程 三、 截水措施 截水措施有：在地表水上游设截水导流沟，地下水上游设泄水洞或洞外井点降水。 隧 道 工 程 四、堵水措施 注浆堵水 2. 防止地表水的下渗。 隧 道 工 程 第四节 隧道的内装结构 一、内装 为了确保行车安全，在公路隧道中必须采取措施，使墙面亮度在长期的运营中保持在必要的水平以上，墙面须用适当的材料加以内装处理。内装可以改善隧道内的环境，提高墙面发射率，提高能见度和吸收噪声。 内装材料：块状混凝土材料、饰面板、镶板等质地致密材料 、瓷砖镶面材料、油漆材料。 二、顶棚 顶棚的反射率对提高照明效果有利，经过顶棚的反射光使路面产生二次反射，能明显地增加路面亮度。根据实际需要可以把顶棚做成平顶或者拱顶。在自然通风或诱导通风时，可以用拱顶。在半横向或横向通风时可以用平顶。 隧 道 工 程 三、路面 1.路面材料应具有抵御水的冲刷和含有化学物质的水的侵蚀能力。 2.因为车辆在隧道内的减速及制动次数较高，横向抗滑要求更高，以确保车体横向稳定。 3.隧道内环境差，交通组织相对困难，因此，对路面的要求是容易修补。 4.路面漫反射率高，颜色明亮，才能获得良好的照明效果。 四、噪声的消减 吸声材料应当具有内装材料的特性，吸声结构应当与内装相结合。目前可以使用的吸声材料较多，其中多空隙吸声材料是应用最广的基本吸声材料，如玻璃棉、矿棉、无机纤维材料及其成型板材等。利用吸声结构吸声的有：膜共振吸声结构、板共振吸声结构、腔共振吸声结构，如穿孔板式共振吸声结构等。 隧 道 工 程 第五节 营运通风 隧道通风的目的是通过改变隧道内空气的化学组成和气候条件，使之满足人员工作、车辆运行的卫生和安全要求，保证隧道正常运营。隧道通风主要是对一氧化碳（CO）、烟雾和异味等进行稀释。 道路隧道的通风设计是隧道总体设计的重要环节之一，应综合考虑交通条件、地形、地质条件、通风要求、环境保护要求，火灾时的通风控制、维护与管理水平、分期实施的可能性、建设与运营费用等。通风设计需要考虑的主要具体问题是：隧道内空气中有害物质的容许浓度；需风量的确定；判断自然通风的能力等。 隧 道 工 程 、空气中有害物质的容许浓度 我国《公路隧道照明设计细则》（JTG/T D70/2-01-2014）规定了隧道中有害气体和烟雾浓度以及风速应达到的设计标准。 CO设计浓度标准 隧道内CO和NO2设计浓度标准 正常交通时，隧道内CO设计浓度可按表2-7取值。 表2-7 CO设计浓度δCO 隧道长度（m） ≤1000 ＞3000 δCO（cm3/m3） 150 100 注：隧道长度为1000m＜L≤3000m时，可按线性内插法取值。 隧 道 工 程 2. 烟雾设计浓度标准 烟雾设计浓度K 3.异味稀释及其他要求 隧道空间最小换气频率不应低于每小时3次；采用纵向通风的隧道，隧道内换气风速不应低于1.5m/s。 通风设计时还必须考虑火灾对策，长度大于1000m的高速公路和一级公路隧道、长度大于2000m的二、三、四级公路隧道应设置火灾机械防烟与排烟系统。选用的隧道排烟风机，在环境温度为250oC情况下其连续运行时间不应小于60min。 设计速度vt（km/h） ≥90 ＜90 ＜60 ＜50 ≤30 烟尘设计浓度K（m-1） 0.0065 0.0070 0.0075 0.0090 0.0120* 隧 道 工 程 二、需风量计算 1. 按稀释CO浓度计算需风量 2. 按稀释烟雾浓度计算需风量 3. 稀释空气中异味的需风量 这是一项舒适性标准，即稀释空气中的异味，用隧道空间不间断换气频率次数度量。《公路隧道通风设计细则》（JTG/T D70/2-02—2014）所给定的换气次数是不低于每小时3次，其含义是每小时有等于隧道内3倍空间的新鲜空气通过隧道。 隧 道 工 程 三、通风方式 四、通风方式的选择 影响通风方式选择的因素：隧道长度、隧道交通条件、隧道所处地 层的地质条件、隧道所处地区的地形和气象条件。 隧 道 工 程 隧 道 工 程 隧 道 工 程 隧 道 工 程 隧 道 工 程 隧 道 工 程 第六节 营运照明 一、隧道照明的必要性 公路隧道的照明，是为了把必要的视觉信息传递给司机，防止因视觉信息不足而出现交通事故，提高驾驶上的安全性和增加舒适感。 二、隧道亮度曲线.照明区段的划分 隧 道 工 程 单向系统隧道照明系统分段图 隧 道 工 程 双向系统隧道照明系统分段图 隧 道 工 程 2.各区段照明亮度计算 （1）入口段 （2）过渡段 隧 道 工 程 3. 中间段 中间段各照明段长度及亮度取值 表2-21 表中所列数值是现行《公路隧道照明设计细则》（JTG/T D70/2-01—2014）给出的取值范围，其中还指出了问题，例如人车混合通行的隧道中，隧道中间段亮度不得低于2.0cd/m2，仅仅是圈定一个范围，实际设计中还要根据具体环境和人流等综合确定。对于隧道两侧墙面2m高范围内宜铺设反射率高的墙面材料的要求，目的是强调墙面反射的重要性，而如果选择有眩光效应的白色釉面瓷砖，那会适得其反，造成更坏的结果。可以通过提高饰面高度和增加顶棚亮度等手段进行灵活设计。 隧 道 工 程 （4）出口段 （5）洞外引道 当隧道处于无照明路段时，容易出现洞内外亮度反差引起的视觉偏差，故规定适当设置引道照明，以利于驾驶员提前察觉隧道状况或洞外道路状况。在以下路段可设置洞外引道照明： 隧道外引道曲线半径小于一般值的路段； 隧道设夜间照明且处于无照明路段的洞外引道； 隧道与桥梁连接处、连续隧道间的路段。 隧 道 工 程 三、洞外接近段的减光建筑与植被减光 遮阳棚、遮光棚、植被的减光作用 隧道工程 课程负责人：张 丽 隧 道 工 程 第二篇 公路隧道的勘察设计 隧 道 工 程 第 三章 隧 道 的 勘 察 ★知识目标： 了解隧道初步勘察和详细勘察的目的、任务、内容和主要方法及手段；了解建筑环境评价应完成的主要工作；熟悉隧道的工程地质勘察及水文勘察。 ★能力目标： 能进行隧道的初步勘察；能识读隧道的勘察报告。 隧 道 工 程 一、隧道勘察的几个阶段 可行性研究勘察 、初步勘察 、详细勘察 二、隧道勘察的的主要方法 （一） 收集研究即有资料 收集的资料一般应包括以下几个方面的内容： 1．地域地质资料 如地层、地质构造、岩性、土质等。 2．地形、地貌资料 如区域地貌类型及主要特征，不同地貌单元与不同地貌部位的工程地质评价等。 3．区域水文地质资料 如地下水的类型、分带及分布、埋藏深度、变化规律等。 4．各种特殊地质地段及不良地质现象的分布情况，发育程度与活动特点等。 5．地震资料 如沿线及其附近地区的历史地质情况，地震烈度、地震破坏情况及其与地貌、岩性、地质构造的关系等。 6．气象资料 如气温、降水、蒸发、温度、积雪、冻积深度及风速、风向等。 7．其他有关资料 如气候、水文、植被、土壤等。 8．工程经验 隧 道 工 程 （二）调查与测绘 1．工程地质调查 直接观察、访问群众。 2. 工程地质测绘 （1）无航拍资料。标测方法：目测法、半仪器法、仪器法。 工程地质测绘的基本方法：路线法、布点法、追索法 隧道工程地质测绘的路线法：观测路线的布置和观测 点的选择。 （2）有航摄资料。立体镜判释、实地调查测绘、绘制工程地质图。 （3）调查测绘内容 地形地貌、地层岩性、地质构造、第四纪地质、地表水及地下水、特殊地质、不良地质、地震、工程经验。 隧 道 工 程 三、隧道勘察的主要手段 隧 道 工 程 四、隧道的工程地质勘察 调查、测绘为主配合物探 调查地形、地貌、地质构造、地层岩性 特殊地质、不良地质 调绘、物探、坑探、槽探、 钻探等 隧 道 工 程 五、隧道的水文勘察 地下水涌水调查、枯水调查 六、隧道的建筑环境评价 （一）对现有生态环境保护的项目 水资源的保护、植被的保护、特殊保护区的保护、特殊地质段的保护、对环境污染的防治（污水防治、烟气污染防治、粉尘污染防治、噪声污染防治、振动防治、有害物质的防护)、弃渣处理。 （二）隧道工程周围环境现状的调查 地物地貌的调查 、地形地质的调查 、大气质量的调查、水体质量的调查、噪声振动的调查、生态资源的调查。 （三）预测环境影响 大气 、水质、噪声、振动、地表沉陷、地形、地质、植物、动物、自然景观 。 （四）环境影响的评价 （五）环境保护措施 水资源的防治、污水的防治、粉尘污染防治、对有害气体的防治、对噪声控制的防治、对振动的防治、对有害物质的防护、自然环境的保护。 隧 道 工 程 第 四章 隧 道 总体设计 ★知识目标： 了解隧道选址时主要应考虑哪些问题；熟悉隧道平面、纵断面设计时应注意的问题；熟悉隧道建筑限界、衬砌内轮廓线、实际开挖线的定义。 ★能力目标： 能识读隧道勘测设计文件的内容，能计算隧道施工设计图中各部分的工程量。 隧 道 工 程 第一节 隧 道 的 选 址 一、隧道方案与自然条件的关系 ①坡面正交型 ②坡面斜交型 ③坡面平行型 ④尾部进入型 ⑤深入谷地型 隧 道 工 程 二、越岭隧道的选址 1. 越岭隧道平面位置的选择 越岭隧道平面位置选择，主要是指隧道穿越分水岭的不同高程及不同方向的垭口选择，选择时要着重考虑在路线总方向上的垭口，地质条件和隧道长度，另外，还应考虑两侧展线的难易程度、线形和工程量的大小。 比选时应考虑： （1）优先考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，因为这种垭口在两侧具备有良好展线的横坡时，一般越岭隧道较短。 （2）虽远离线路总方向，但垭口两侧有良好的展线条件的河谷，又不损失越岭高程的垭口。 （3）隧道一般选在分水岭垭口两边河谷标高相差不多，并且两边河谷平面位置接近处。 （4）工程地质和水文地质条件良好的垭口。 隧 道 工 程 2. 越岭隧道标高选择 在选择越岭隧道标高时，考虑运营条件的改善和通过能力的提高，宜采用低标高方案，但必须进行地形、地质、施工、运营、经济技术等多种因素综合比较来确定最优隧道标高。 三、傍山隧道选址 1.傍山隧道在埋深较浅的地段，一定要注意洞身覆盖厚度问题。为保持山体稳定和避免偏压产生，隧道位置宜往山体内侧靠。 2.河岸存在冲刷现象或河道窄，水流急，冲刷力强的地段，要考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定的影响，隧道位置宜往山体内侧靠一些，有可能时最好设在稳定的岩层中，如图4.1-2 所示。 3.傍山隧道位置应考虑施工便道设置和既有公路的位置，应注意既有公路边坡的可能坍塌和施工便道对洞身稳定的影响，如图4.1-3所示。 4.线路沿山嘴绕行应与直穿山嘴的隧道方案进行比较。如山嘴地段地形陡峻，地质复杂，河岸冲刷严重，以路堑或短隧道通过难以长期保证运营安全时，应“截弯取直”以较长隧道方案通过。 隧 道 工 程 隧 道 工 程 隧 道 工 程 四、不良地质地段隧道位置的选择 1.滑坡、错落 由于滑坡、错落对隧道的危害很大，因而在隧道通过滑坡地区时，必须查明滑坡类型、范围、深度、滑动方向及发生发展原因和规律，地下水情况等。一般应避开滑坡体或错动体，或在可能滑动面以下一定深度通过，如图4.1-4所示。 隧 道 工 程 2．松散堆积层 山体岩石经风化、温度变化、冻融交替等作用逐渐崩解成碎块，在重力作用下，自山坡滚落至坡脚形成一种松散的碎石堆积层。这种堆积层常处在暂时稳定状态。一旦扰动，稳定即会丧失而造成崩坍。在这种地质条件下，隧道应避开不稳定、松散的堆积层，使洞身处于基岩中，并具有足够的安全厚度，如图4.1-5甲的位置上。 隧 道 工 程 在堆积体紧密稳定，且不得已时，隧道也可以穿过堆积体，但应避开堆积层中的软弱层面和堆积体与基岩的接触处(乙)通过，而应将隧道置于基岩(甲)或稳定的堆积体中，如图4.1-6 所示。 隧 道 工 程 3.泥石流 隧道通过泥石流地段时，应结合地质情况考虑泥石流沟的改道和最大下切深度，确保洞口和洞身的安全。隧道洞顶距基岩面或最大下切面要有一定的覆盖厚度，如图4.1-4 乙 的位置，隧道洞口应避开泥石流沟及泥石流可能扩展的范围。有困难时，可修建一段明洞，使泥石流在明洞顶通过。 五、隧道洞口位置选择 洞口位置选择的一般原则和要求： 1.洞口部分在地质上通常是不稳定的。应当考虑避开滑坡、崩塌、泥石流等不良地质地段。确定洞门位置时，对边、仰坡的稳定应着重考虑，并结合洞外相关工程和施工难易，通过技术经济比较确定，以免造成难以整治的病害，危及施工和运营安全。一般应设在山体稳定，地质条件好，排水有利的地方。隧道宜长不宜短，应“早进洞，晚出洞”，尽量避免大挖大刷，破坏山体稳定。 隧 道 工 程 2.洞口不宜设在沟谷低洼处和汇水沟处，如图4.1-7中的A线。沟谷洼地地势狭窄、施工不便，且防洪困难。另一方面沟谷附近一般地质较差，常会出现断层，冲积层等不良地质，而且地下水丰富。因此，一般宜将洞口移在沟谷地质条件较好的一侧有足够宽度的山嘴处，如图4.1-7中的B线.当洞口处为悬崖陡壁时，一般不宜扰动坡面和破坏地表植被及暴露风化破碎岩层。如果岩壁稳定，无崩塌或落石可能时，可以考虑贴壁，如图4.1-8所示。若有坍方可能时，则采用接长明洞的办法，将洞口推到坍方范围以外3—5m处，如图4.1-9所示。 隧 道 工 程 4.洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。在这种情况下，洞口位置选择余地较大，应结合洞外路堑、填方、弃渣场地，工期等具体情况确定，如图4.1-10所示。如果洞口位于堆积层上，为避免引起坍塌、滑坡、保持山体稳定，一般不宜大量清刷。需要时可接长明洞，以确保施工和运营安全。 隧 道 工 程 5.考虑洞口边仰坡不致开挖过高和洞口段衬砌结构受力，洞口位置宜与地形等高线(a)。特别是在土质松软、岩层破碎、构造不利的傍山隧道，更应注意。道路隧道一般不宜设计斜交洞门，见图4.1-1l(b)。若为斜交时，应尽可能加大斜交角度(一般不小于45o)，或采取工程措施，以降低垂直等高线方向的开挖高度。 隧 道 工 程 6.长大隧道在洞门附近考虑施工场地、弃渣场以及便道等的位置，对组织施工时的难度和进度有很大影响。 7.洞口附近有居民点时，考虑提前进洞，尽可能减少附近地上构筑物、地下埋设物与隧道的相互影响，以及减少对环境(农业、交通、居民生活)的影响。 8.当位于有可能被淹没的河滩、水库回水影响范围以内或山洪地区，洞口的路肩设计标高应为位于设计洪水位(包括浪高)以上0.5m，以免洪水浸人隧道。 9.预先考虑运营后，通风设备排出的废气和噪声对周围环境的影响程度和解决办法。 10.研究雪崩、阵风、风吹雪等对安全行驶的影响，考虑设置防雪工程、防风工程和防路面冻害工程的必要性。 总之，隧道洞口和洞身是不可分的整体，在位置选择时不能顾此失彼，应该同样的重视。 隧 道 工 程 第二节 隧道的几何设计 一、隧道的平面设计 隧道平面是指隧道中心线在水平面上的投影。隧道是线路的一个组成部分，因此，隧道的平面线形除应满足《公路工程技术标准》规定外，还应考虑到由于隧道内的运营和养护条件比洞外明线差的特点，应适当提高线形标准。如隧道平面线形原则上采用直线，避免曲线。当必须设置曲线时，其半径也不宜小于不设超高的圆曲线。 不设超高的圆曲线最小半径（m） 设计时速 （km/h） 路拱 120 100 80 60 40 30 20 ≤2.0﹪ 5500 4000 2500 1500 600 350 150 ＞2.0﹪ 7500 5250 3350 1900 800 450 200 隧 道 工 程 二、 隧道纵断面设计 隧道纵断面是隧道中心线展直后在垂直面上的投影。 隧道内线路坡度可设置为单面坡(即向隧道一端上坡或下坡)或人字坡(即从隧道中间向洞口两端下坡)两种，如图4.2-2所示。 隧 道 工 程 竖曲线最小半径与竖曲线最小长度 (m) 设 计 速 度（km/h） 120 100 80 60 40 30 20 凸形竖曲线 6500 3000 1400 450 250 100 凹形竖曲线 3000 2000 1000 450 250 100 竖曲线 隧 道 工 程 隧道净空断面横断面设计 隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括隧道建筑限界通风及其他所需的断面积。断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。 公路隧道建筑界限（单位：cm） 隧道建筑限界由行车道宽度W、侧向宽度L、人行道R或检修道J等组成。当设置人行道时，含余宽C。 隧 道 工 程 公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度（单位：m） 注：①三车道隧道除增加车道数外，宽度同表；增加车道的宽度不得小于3.5m。 ②连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道，但应设50cm（120km/h与100km/h时）或25cm（80km/h与60cm/h时）的余宽。 ③设计速度120km/h时，两侧检修道宽度均不宜小于1.0m；设计速度100km/h时，右侧检修道宽度不宜小于1.0m。 隧 道 工 程 1. 建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公路取4.5m。 2. 当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应设不小于25cm的余宽。 3. 隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡；当隧道为双向交通时，可取双面坡。坡度应根据隧道长度，平、纵线形等因素综合分析确定，一般可采用1.5﹪～2.0﹪。 4. 当路面采用单面坡时，建筑限界底边线与路面重合；当采用双面坡时，建筑限界底面线应水平置于路面最高处。 5.单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路标准修建。 隧道净空若小了，则不能保证车辆安全通行；净空若大了，则增加隧道开挖和衬砌工程数量，影响造价等，因此，必须从使用、经济和施工等方面综合考虑，并按公路等级确定隧道的建筑限界。 隧 道 工 程 公路隧道横断面示意图(单位：m) 隧 道 工 程 由于地质条件的关系，隧道宽度过大则不经济，施工上也增加难度，因此高速公路、一级公路一般应设计为上下行分离的两座独立隧道。两相邻隧道最小净距视围岩类别、断面尺寸、施土方法、爆破震动影响等因素确定，一般情况可按下表的规定选用。 分离式独立双洞的最小净距 围岩级别 I Ⅱ Ⅲ IV V VI 最小净距（m） 1.0× B 1.5× B 2.0× B 2.5× B 3.5× B 4.0× B 隧 道 工 程 隧道接线 隧道洞口连接线的平面及纵断面线形应与隧道线形相配合，应当有足够的视距和行驶安全。尤其在进口一侧，需要在足够的距离外能够识别隧道洞口。为了使汽车能顺利驶入隧道，驾驶员应提前知道前方有隧道。通常当汽车驶近隧道，但尚有一定距离时，驾驶员若能自然地集中注意力观察到洞口及其附近的情况，并保证有足够的安全视距，对障碍物可以及时察觉，采取适当措施，才能保证行车安全。把开始注视的点称为注视点，从注视点到安全视距点所需时间称为注视时间。从注视点到洞口采用通视线形极为重要。在洞口及其附近放人平面曲线 或是竖曲线的变更点时，应以不妨碍观察隧道，且保证有足够的注视时间为最低限度。具体规定按应按《公路隧道设计规范》（JTG D 70-2004）第 4.3.5 条 执 行 。 隧 道 工 程 三、 衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定 设计初砌断面主要解决内轮廓线个问题。 衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，力求开挖和衬砌的数量最小。衬砌内表面力求平顺(受力条件有利)，还应考虑衬砌施工的简便。 衬砌各截面厚度随所处地质条件和水文地质条件不同而有较大变化，并且与隧道的跨径、荷载大小、衬砌材料以及施工条件等有关。根据以往经验，拱圈可以采取等截面，也可采取在拱脚部分加厚20％～50％的变截面。仰拱厚度一般略小于拱顶厚度，但从施工和衬砌质量要求出发，一般不应小于规范规定的最小厚度，其值列于表4-5。 隧 道 工 程 截面最小厚度（cm） 表4-5 建筑材料类型 隧道衬砌和明洞 洞门端墙翼墙和洞门 拱圈 边墙 仰拱 挡土墙 混凝土 20 20 20 30 片石混凝土 40 35 40 浆砌粗料石或混凝土块 30 30 30 浆砌块石 30 30 浆砌片石 30 30 隧 道 工 程 （一）衬砌断面 1．衬砌内轮廓线 它是衬砌的完成线在内轮廓线之内的空间，即为隧道的净空断面。该线应满足所围成的断面积最小，适合围岩压力和水压力的特点，以既经济又适用为目的。 2．初砌外轮廓线 为保持净空断面的形状，衬砌必须有足够的厚度(或称最小补砌厚度) 的外缘线。为保证衬砌的厚度，侵犯该线的山体必须全部除掉，木质临时支撑或木模板等 也不应侵入，因此，该线．实际开挖线 为保证衬砌外轮廓，开挖时往往稍大，尤其用钻爆法开挖时，实际开挖线不可避免地成为不规则形状。因为它比衬砌外轮廓线大，所以又称为超挖线。超挖部分的大小叫超挖量，一般不应超过lOcm。实际上凸凹不平，这样lOcm的限制线只能是平均线，它是设计时进行工程量计算的依据。 隧 道 工 程 隧道断面轮廓线 隧 道 工 程 （二）道路隧道衬砌内轮廓线. 圆形断面的作图 圆形断面常常用于盾构法和水下隧道、膨胀性围岩以及接近圆形的山岭隧道 隧 道 工 程 2. 直墙式衬砌断面 围岩较好，一般不产生较大的侧压力，不需要设仰拱，可以采用直墙，此时隧道的净断面积最小 隧 道 工 程 （3）曲墙式衬砌断面（顶板以上设置通风道时） 隧 道 工 程 (三）衬砌断面几何尺寸的拟定 1.拟定衬砌内轮廓尺寸的各参数 内轮廓线计算图 隧 道 工 程 曲墙式边墙内径r3由参数H1及b1确定 隧 道 工 程 2.轴线与外轮廓线 隧 道 工 程 隧 道 工 程 隧 道 工 程 隧 道 工 程 隧 道 工 程 隧 道 工 程 第三节 隧道勘测设计文件的内容与组成 道路隧道勘测设计的成果是相应的设计文件，应按交通部颁发的《公路基本建设工程设计文件编制办法》和《公路隧道勘测规程》的要求进行。 定测结束后应提出隧道勘测说明书，其内容如下： 沿线隧道概况及自然概况。 工程地质(包括地震烈度资料)及水文地质情况。 3. 气象、环境和有关政策法令情况。 4. 施工条件(包括施工场地、工程设备、给排水、动力、施工道路、弃渣场建筑材料来源以及与附近建筑物或环境的关系等)。 5. 隧道方案(两个或两个以上)的比选情况和在设计中应注意的事项。 6. 对运营通风、运营照明和排水方式的选择建议。 7. 存在问题以及解决办法的建议，有关协议、纪要等。 8. 隧道线路方案平面图：比较方案(两条以上)应绘入图内，并附有方案比较说明，采用方案的理由。 9. 隧道线路地质平面图：显示地质构造、岩层产状、不同地质的分界线、水文地质情况、地物、地貌等。图中应绘出推荐方案。 隧 道 工 程 10. 隧道纵断面图：显示隧道全貌、埋置深度、地质(围岩类别、岩层产状、节理情况、不同地质分界线)和水文地质以及线路条件，图上除注明里程、地面标高外，尚应注明设计坡度，设计标高及线路曲线要素。绘制范围应包括两洞口以外与线路的接线点。图内还应显示钻孔、电探等位置。 11.隧道洞口地形平面图：显示边坡开挖情况，选定洞口位置，确定明洞长度，布置排水，施工场地及防护工程设施等 。 12. 洞口纵横断面图：显示洞口地形、地质(覆盖层厚度、岩层产状岩石节理情况、不同地质分界线)、水文地质以及仰坡开挖坡度等。 13.辅助坑道及运营通风风道工程所需地形纵横断面图：当预计设置辅助坑道时，应进行测绘，以显示辅助坑道附近的地形、地质与正洞的关系、具体位置、场地布置、运营通风机房、通风道风向转换阀等设施的位置、运营照明设施的设置位置、安全设施的位置。 14. 明洞纵横断面图：用以确定明洞长度、结构类型，施工方法、边仰坡以及防护处理等。当明洞受河岸冲刷或有不良地质现象时，施测范围应适当加宽，一般每5m左右施测一个横断面。 隧 道 工 程 对于长大隧道(2 000m以上)和地质复杂的隧道等，还应分工点编写隧道工点说明。主要内容是： 1．隧道位置的选定情况和选定洞口的意见； 2．地形、地貌、植被情况以及地质、水文地质简况； 3．洞身、洞口的特殊问题，以及有关工程的处理措施和意见； 4．场地布置、便道引入、弃渣处理及利用的情况和意见； 5．辅助坑道和运营通风的选定和设置意见； 6．施工设计中的注意事项。 除上述资料外，对长大隧道或复杂的隧道应将工程地质及水文地质调查成果附于说明书之后。 隧 道 工 程 施工图设计是以上述资料为基础的。较长隧道的施工图设计一般应包括： 1．隧道平面图：显示地质平面、隧道平面位置及路线里程和进出Vl位置等。设u形回车场、错车道、爬坡车道时，应显示其位置和长度。 2．隧道纵断面图：显示隧道地质概况、衬砌类型(有加宽或设u形回车场时，应显示加宽值及加宽段长度)、埋深、路面中心设计标高，有高路肩时显示路肩标高、设计坡度、地面标高、里程桩等。 3．隧道进口(出口)纵横断面图：显示设置洞门处的地形、地质情况、边仰坡开挖坡度及高度等。 4．隧道进口(出口)平面图：显示洞门附近的地形、洞顶排水系统(有平导时，与平导的相互关系等)、洞门广场的减光设计等。 5．隧道进口(出口)洞门图：显示洞门的构造、类型及具体尺寸，采用建筑材料、施工注意事项、工程数量等。有遮光棚等构造物时，应显示其与洞身连接关系及完整的遮光棚构造设计图。 6．隧道衬砌设计图：显示衬砌类型、构造和具体尺寸、采用的建筑材料、施工注意事项、工程数量等。设回车场、错车道、爬坡车道时应单独设计。 隧 道 工 程 7．辅助坑道结构设计图。 8．运营通风系统的结构设计图。 9．运营照明系统的结构设计图。 10．监控与管理系统的结构设计图。 11．附属建筑物的结构设计图。 在整个施工图设计文件中应有隧道设计说明书。对隧道概况(路线、工程地质、水文地质、气象、环境等)、设计意图及原则、施工方法及注意事项等作概括说明。中小隧道的设计内容酌减。 隧道工程 隧 道 工 程 第三篇 隧道施工 隧 道 工 程 第五章 山岭隧道矿山法施工 ★知识目标： 熟悉山岭隧道矿山法中传统矿山法和新奥法的施工工艺，重点掌握新奥法的施工工艺。熟悉隧道的基本开挖方法，熟悉爆破开挖法的作业过程，熟悉山岭隧道初期支护的一般工序流程，熟悉超前支护的措施，熟悉二次衬砌的施工工序及各部分的施工方法。 ★能力目标： 能根据隧道施工规范选择合理的山岭隧道的施工方案；能掌握山岭隧道矿山法的施工工序，掌握隧道的开挖方法、爆破开挖、初期支护、超前支护措施和二次衬砌方法。 隧 道 工 程 第一节 概 述 隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技术和施工管理的总称。 隧道施工技术主要研究解决上述各种隧道施工方法所需的技术方案和措施(如开挖、掘进、支护、衬砌方案和措施)；隧道穿越特殊地质地段时(如膨胀土、黄土、溶洞、塌方、流沙、高地温、岩爆、瓦斯地层等)的施工手段；隧道施工中的通风、防尘、防有害气体及照明、水电作业的方式方法和对围岩变化的监控方法。 隧道施工方法的选择主要依据工程地质条件、水文地质条件、埋深大小、隧道断面形状及尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能、施工技术条件和施工技术水平及工期要求等因素综合考虑确定。 隧道施工既有一般土建工程施工的特点，又有地下工程施工的特点。浅埋隧道往往采用先将地面开挖，修筑完成支护结构以后再回填土石的明挖法施工；深埋隧道则采用不开挖地面的暗挖法施工，即在地下开挖及修筑支护结构。因此研究隧道施工方法就是主要研究隧道的开挖与支护的施工程序及方法。 隧 道 工 程 隧 道 工 程 公路隧道施工，一般应根据隧道围岩工程地质条件、水文地质条件、工程建筑要求，机具设备、施工技术条件、施工技术水平、施工经验等多种因素和千变万化的地质情况等，选择行之有效的一种或多种施工方法，因为主要影响因素是围岩的地质情况（公路隧道围岩分级见表5-1）。 当围岩较稳定且岩体较坚硬时，施工往往采用先把隧道坑道断面开挖好，然后修筑支护结构，并且有条件时可以争取一次把全断面挖成。当围岩稳定性较差时，则需要随开挖随支撑，防止围岩变形及产生坍塌；开挖坑道后，为了防止风化影响，围岩不宜久露，需要及时修筑永久性支护结构，尤其坑道开挖的顶部，一般在上部断面挖成后先修筑拱圈，在拱圈的保护下再开挖坑道下部断面即称为先拱后墙法。当围岩地质条件较好时，衬砌修筑可以先修筑边墙再修筑拱圈，即为先墙后拱法施工。总之，在选择施工方法时，要根据各种因素和结合地质条件变化的实际情况，采取有效的施工方法。 隧 道 工 程 隧 道 工 程 一、山岭隧道施工方法 公路隧道多为山岭隧道，常用的施工方法为矿山法。矿山法因最早应用于采矿坑道而得名，在矿山中，多数情况下都需采用钻眼爆破进行开挖，故又称钻爆法。从隧道工程的发展趋势来看，钻爆法仍将是今后山岭隧道最常用的开挖方法之一。 在矿山法中，坑道开挖后的支护方法，大致可以分为钢木构件支撑和锚杆喷射混凝土支护两类。作为隧道施工方法，人们习惯上将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统的矿山法”；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“新奥法”。 （一）矿山法 传统的矿山法是人们在长期的施工实践中发展起来的，它是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成形后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式衬砌作为永久性支护的施工方法。 材料：木构件支撑（较少采用）、钢构件支撑。 隧 道 工 程 1.传统矿山法施工的基本原则是：少扰动、早支撑、慎撤换、快衬砌，即“十二字原则”。 隧 道 工 程 2．矿山法施工顺序 （1）先墙后拱法：又称为顺作法，它通常是在隧道开挖成形后，再由下至上施作模筑混凝土衬砌。 （2）先拱后墙法：又称为逆作法，它是先将隧道上部开挖成形并施作拱部衬砌后，在拱圈的掩护下面再开挖下部并施作边墙衬砌。 3．矿山法施工基本要求 （1）传统的矿山法施工，其各工序相互联系较密切，互相干扰较大，因此，应注意统一组织和协调，重点处理好开挖与支撑、支撑与衬砌、开挖与衬砌之间的相互关系。 （2）临时支撑容易受爆破的影响，因此在采用爆破法掘进时，除应注意严格控制爆破对围岩的扰动外，还应尽量减少爆破对支撑的冲击破坏。 （3）考虑到隧道开挖后，围岩的松弛变形、衬砌的承载变形、立模时放线和就位误差的存在，为了保证衬砌厚度及其净空不侵入建筑限界，在隧道开挖及衬砌立模时均须预留沉落量。 （4）采用先拱后墙法施工时，边墙马口(即指先拱后墙法施工时的边墙部位)开挖时左右边墙马口应交错开挖，不得对开。同一侧的马口宜跳段开挖，不宜顺开。先开马口，应开在边墙围岩较破碎的区段，且长度不能太长，一般不超过2～4m，并且及时施作边墙衬砌。后开的马口应待相邻边墙刹肩(即墙顶与拱脚封口)混凝土达到一定强度后方可开挖。马口开挖顺序还应与拱部衬砌施工缝、衬砌变形缝、辅助洞室位置统一考虑合理确定。马口开挖时，应严格控制爆破，以防止炸裂拱圈。采取以上措施的目的均是为了减少拱部衬砌下沉和防止掉拱。洞身开挖必须清除大块浮石。 隧 道 工 程 （5）矿山法隧道施工必须注意安全。在保证工程质量的前提下提高经济效益。除保证围岩的完整和稳定之外，施工时还必须配合开挖及时支护，确保施工安全。明洞和洞口工程土石开挖不得采用大爆破；石质陡坡应先加固再进洞，尽量保持原有仰坡稳定；松软缓坡开挖边坡时，应事先放出开挖线，由上而下进行随挖随支护。 （6）矿山法施工中，开挖应采用对围岩扰动小时的开挖方法。钻爆开挖时，应采用光面爆或预裂爆破技术。在软弱、含水围岩或浅埋等不易自稳的地段施工时，应有辅助施工措施，或进行预加固处理。此外，隧道施工防排水应与永久性防排水设施相结合。 （7）隧道开挖断面不宜欠挖。当石质坚硬完整时，允许拱部的个别凸出处(每平方米不大于0.1m2)凸出衬砌不大于5.0cm。拱脚和墙脚以上1m内严禁欠挖。 （二）新奥法 新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，原文是。New Austrian nlnnelling Method，简写为NATM，它是奥地利学者拉布希维(L．V．Rabcewicz)教授等在长期从事隧道施工实践中，从岩石力学的观点出发而提出的一种施工方法，与法国称为“收敛约束法”或一些国家称为“动态观测设计施工法”的原则是一致的。 隧 道 工 程 新奥法以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，以维护和利用围岩自稳能力为基点，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段，及时进行支护，以便控制围岩的变形与松弛，使围岩成为支护体系的一部分，形成了锚杆、喷射混凝土和隧道围岩组成的三位一体的承载结构，共同支承岩体压力。新奥法通过对围岩和支护结构的现场量测，及时反馈围岩一支护复合体系的力学动态及其变化状况，为二次支护提供合理的架设时机，通过监控量测及时反馈的信息来指导隧道的设计和施工。 新奥法的适用范围很广，从铁路隧道、公路隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房直到水电站的输水隧洞、矿山巷道等，都可采用新奥法施工。 新奥法的应用与发展，使隧道及地下洞室工程理论进入到现代理论的新领域和高水平阶段，从而使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程实际，即设计理论一施工方法一结构(体系)工作状态(结果)的一致，因此，新奥法已在隧道工程中得到了广泛的应用。 隧 道 工 程 1．新奥法施工程序 隧 道 工 程 2．新奥法施工的基本原则 “少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭” 隧 道 工 程 3．新奥法施工特点 （1）开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破，并尽量采用大断面或较大断面开挖，以减少对围岩的扰动； （2）隧道开挖后，尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩自身的支护作用； （3）根据围岩的特征，采用不同的支护类型和参数，适时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆初期支护，以控制围岩的变形和松弛； （4）在软弱破碎围岩地段．使断面及早闭合，以有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定； （5）二次衬砌是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩与支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度； （6）尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突变处应力集中； （7）通过施工中对围岩和支护结构的动态观察、量测，合理安排施工程序，进行隧道工程的信息化设计、施工与管理。 隧 道 工 程 二、隧道基本开挖方法 隧 道 工 程 隧 道 工 程 （一）全断面法 全断面法全称为“全断面一次开挖法”，即按隧道设计断面轮廓一次开挖成型的方法，如图5.1-3所示。 1-全断面开挖； 2-锚喷支护； 3-模筑混凝 全断面法主要适用于非浅埋的I～III级岩层覆盖条件简单、岩质较均匀的硬岩中。浅埋段、偏压段和洞口段不宜采用。全断面法具有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，钻爆施工效率较高，可采用深眼爆破，提高施工掘进速度，且工序少、便于施工组织和管理，较分部开挖法减少了对围岩的振动次数。 隧 道 工 程 2．全断面法施工工序 （1）施工准备完成后，用钻孔台车钻眼，然后装药，连接起爆网路； （2）退出钻孔台车，引爆，开挖出整个隧道断面； （3）进行通风、洒水，排烟、降尘； （4）排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土； （5）用装碴机将石碴装人矿车或运输机，运出洞外； （6）安设边墙锚杆和喷混凝土； （7）必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土； （8）开始下一轮循环； （9）在初次支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期灌筑内层衬砌 3．全断面法施工注意事项 （1）加强对开挖面前方的工程地质和水文地质的调查。 （2）各工序机械设备要配套。 （3）加强各种辅助施工方法的设计和施工检查。 （4）重视和加强对施工操作人员的技术培训，使其能熟练掌握各种机械和推广新技术，不断提高工作效率，改进施工管理，加快施工速度。 （5）在选择支护类型时，应优先考虑锚杆和喷射混凝土、挂网、拱架等支护形式。 隧 道 工 程 （二）台阶法 台阶法是适用性最广的施工方法，多适用于铁路双线隧道III、Ⅳ级围岩，单线隧道V级围岩亦可采用，但支护条件应予以加强。它将断面分成上半断面和下半断面两部分分别进行开挖。 根据台阶的长短，台阶法又包括为长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种，如图5.1-4所示。对于硬岩隧道宜采用全断面法与台阶法，分部开挖法适用于软岩隧道。 a）长台阶法； b）短台阶法； c）超短台阶法 隧 道 工 程 1．长台阶法 如图5.1-4a)所示，上、下开挖断面相距较远，一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞宽。施工时，上、下部可配备同类机械进行平行作业。当机械不足时也可用一套机械设备交替作业，即在上半断面开挖一个进尺，然后再在下断面开挖一个进尺。当隧道长度较短时，亦可先将上半断面全部挖通后，再进行下半断面施工，习惯上又称为“半断面法”。 1）长台阶法的作业顺序 （1）上半断面开挖 ①用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破，地层较软时亦可用挖掘机开挖； ②安设锚杆和钢筋网，必要时加设钢支撑、喷射混凝土； ③用推铲机将石碴推运到台阶下，再由装载机装入车内运至洞外； ④根据支护结构形成闭合断面的时间要求，必要时在开挖上半断面后，可建筑临时底拱，形成上半断面的临时闭合结构，然后在开挖下半断面时再将临时底拱挖掉。但从经济观点来 看，最好不这样做，而改用短台阶法。 隧 道 工 程 2．短台阶法 如图5.1-4b)所示，这种方法也是分成上下两个断面开挖，两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍但大于1～1.5倍洞宽，或5～50m，上下断面基本上可以采用平行作业。短台阶法能缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，当遇到软弱围岩时需慎重考虑，必要时应采用辅助施工措施稳定开挖工作面，以保证施工安全。 （1）短台阶法的作业顺序和长台阶相同。 （2）优缺点及适用条件。 由于短台阶法可缩短支护结构闭合的时间，改善初次支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值，所以适用范围很广，I～V级围岩都能采用，尤其运用于Ⅳ、V级围岩，是新奥法施工中经常采用的方法。 缺点是上台阶出碴时，对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业。 隧 道 工 程 隧 道 工 程 1）超短台阶法作业顺序 （1）用一台停在台阶下的长臂挖掘机或单臂挖掘机开挖上半断面至一个进尺； （2）安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑，喷拱部混凝土； （3）用同一台机械开挖下半断面至一个进尺。安设边墙锚杆、钢筋网或接长钢支撑、喷边墙混凝土(必要时加喷拱部混凝土)； （4）开挖水沟，安设底部钢支撑，喷底部仰拱混凝土，灌注内层衬砌。 若无大型机械也可采用小型机具交替地在上下部进行开挖，由于上半断面施工作业场地狭小．常需配置移动式施工台架，以解决上半断面施工机具的布置问题。 2）优缺点及适用条件 由于超短台阶法初次支护全断面闭合时间更短，更有利于控制围岩变形，尤其是上部开挖支护后，下部作业较为安全。 超短台阶法适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面的场合。当然，也适用于机械化程度不高的各级围岩地段。 缺点是上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰较大，生产效率较低，施工速度较慢。在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可对围岩进行预加固或预支护，如设置临时仰拱，向围岩中注浆或打入超前水平小导管等。 3．超短台阶法 如图5.1-4c)所示，这是一种适于在软弱地层中开挖的施工方法，一般在膨胀性围岩及土质地层中采用。 为了尽快形成初期闭合支护以稳定围岩，上下台阶之间的距离进一步缩短，上台阶仅超前3～5m，由于上台阶的工作场地小，只能将石碴堆到下台阶再运出，对下台阶会形成严重的干扰，故只能采用交替作业，因而施工进度会受到很大的影响。 隧 道 工 程 （三）分布开挖法 分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖，故也可称为导坑超前开挖法。分部开挖法可分为三种变化方案：台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法。 1．台阶分部开挖法(环形开挖预留核心土法） 台阶分部开挖法又称环形开挖留核心土法，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。上部留核心土可以支挡开挖工作面，增强开挖工作面的稳定，核心土及下部开挖在拱部初期支护下进行，施工安全性较好。一般环形开挖进尺为0.5～1.0m，不宜过长，上下台阶可用单臂掘进机开挖，开挖和支护顺序如图5.1-5所示。 1-上弧形导坑开挖； 2-拱部喷锚支护； 3-拱部衬砌； 4-中核开挖；5-下部开挖； 6-边墙部喷锚支护及衬砌； 7-灌筑仰拱； 隧 道 工 程 1）开挖面分部形式 一般将断面分成环形拱部、上部核心土、下部台阶等三部分。 2）施工作业顺序 （1）用人工或单臂进机开挖环形拱部。根据断面的大小，环形拱部又可分成几块交替开挖。 （2）安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑、喷混凝土。 （3）在拱部初次支护保护下，用挖掘机或单臂掘进机开挖核心土和下台阶，随时接长钢支撑和喷混凝土、封底。 （4）根据初次支护变形情况或施工安排建造内层衬砌。 3）优缺点及适用条件 在台阶分部开挖法中，因为上部留有核心土支挡着开挖面，而且能迅速、及时地建造拱部初次支护，所以开挖工作面稳定性好。和台阶法一样，核心土和下部开挖都是在拱部初次支护保护下进行的，施工安全性好。这种方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩中。 与超短台阶法相比，台阶长度可以加长，减少上下台阶施工干扰；而与下述的侧壁导坑法相比，施工机械化程度较高，施工速度可加快。虽然核心土增强了开挖面的稳定，但开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，这些都有可能使围岩变形增大。因此，它常要结合辅助施工措施对开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固。 隧 道 工 程 2．单侧壁导坑法 单侧壁导坑法适用于围岩稳定性较差(如软弱松散围岩)，隧道跨度较大，地表沉陷难于控制地段。 该法确定侧壁导坑的尺寸很重要，侧壁导坑尺寸如过小，则其分割洞室跨度增加，开挖稳定性的作用不明显，且施工机具开展工作不方便；如尺寸过大，则导坑本身的稳定性降低而需要增强临时支护，由于大部分临时支护都是要拆掉的，尺寸而导致工程成本增加。其开挖和支护顺序如图5.1-6所示。 1-侧壁导坑开挖； 2-侧壁导坑锚喷支护及设置中壁墙临时支撑； 3-后行部分上台阶开挖； 4-后行部分下台阶开挖； 5-后行部分喷锚支护； 6-拆除中壁墙； 7-灌筑仰拱； 8-灌筑洞周衬砌 隧 道 工 程 1）开挖面分部形式 一般将断面分成三块：侧壁导坑、上台阶、下台阶。侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用，并考虑机械设备和施工条件而定。一般侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以到起拱线为宜，这样，导坑可分二次开挖和支护，不需要架设工作平台，人工架立钢支撑也较方便。导坑与台阶的距离没有硬性规定，但一般应以导坑施工和台阶施工不发生干扰为原则，所以在短隧道中可先挖通导坑，而后再开挖台阶。上、下台阶的距离则视围岩情况参照短台阶法或超短台阶法拟定。 2）施工作业顺序 （1）开挖侧壁导坑，并进行初次支护(锚杆加钢筋网，或锚杆加钢支撑，或钢支撑，喷射混凝土，应尽快使导坑的初次支护闭合； （2）开挖上台阶，进行拱部初次支护，使其一侧支承在导坑的初次支护上，另一侧支撑在下台阶上； （3）开挖下台阶，进行另一例边墙的初次支护，并尽快建造底部初次支护，使全断面闭合； （4）拆除导坑临空部分的初次支护； （5）灌注内层衬砌。 3）优缺点及适用条件 单侧壁导坑法是将断面横向分成3块或4块，每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初次支护承载能力大，所以，单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。单侧壁导坑法的优点是通过形成闭合支护的侧导坑将隧道断面的跨度一分为二，有效地 置免了大跨度开挖造成的不利影响，明显地提高了围岩的稳定性。缺点是因为要施作侧壁导坑的内侧支护，随后又要拆除，增加了工程造价。 隧 道 工 程 3．双侧壁导坑法 双侧壁导坑法又称眼镜工法，采用先开挖隧道两侧导坑，及时施作导坑四周初期支护，必要时施作边墙衬砌，然后再根据地质条件、断面大小，对剩余部分采用二台阶或三台阶开挖的方法，其实质是将大跨度的隧道变为三个小跨度的隧道进行开挖，其开挖和支护顺序如图5.1-7所示。 1-侧壁导坑开挖； 2-侧壁导坑锚喷支护及设置中壁墙临时支撑； 3-后行部分上台阶开挖； 4-后行部分下台阶开挖； 5-后行部分喷锚支护； 6-拆除中壁墙； 7-灌筑仰拱； 8-灌筑洞周衬砌 隧 道 工 程 1）开挖面分部形式 一般将断面分成四块：左、右侧壁导坑、上部核心土、下台阶。导坑尺寸拟定的原则同前，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑应错开开挖，以避免在同一断面上同时开挖而不利于围岩稳定，错开的距离应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。亦可工程类比，一般取为7～10m施工作业顺序。 2）施工作业顺序 （1）开挖一侧导坑，并及时地将其初次支护闭合； （2）相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初次支护； （3）开挖上部核心土，建造拱部初次支护，拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上； （4）开挖下台阶，建造底部的初次支护，使初次支护全断面闭合； （5）拆除导坑临空部分的初次支护； （6）建造内层衬砌。 3）优缺点及适用条件 双侧壁导坑法开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面闭合的时间长，施工进度较慢，成本较高，但施工安全，每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工中间变形几乎不发展。尤其在控制地表下沉方面，优于其他施工方法。现场实测表明，双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的1／2。 此外，由于两侧导坑先行，能提前排放隧道拱部和中部土体中的部分地下水，为后续施工创造条件。因此城市浅埋、软弱、大跨隧道和山岭软弱破碎、地下水发育的大跨隧道可优先选用双侧壁导坑法。 在V～VI级围岩的浅埋、偏压及洞口段，也可采用此法施工。 隧 道 工 程 4．中隔壁法(CD法) 中隔壁法是将隧道断面左右一分为二，施工时应沿一侧自上而下分为二或三部分进行，每开挖一部均应及时施作锚喷支护、安设刚架、施作中隔壁，底部应设临时仰拱，中隔壁墙依次分步连接而成，当先开挖一侧超前一定距离后，再开挖中隔墙的另一侧。 CD法变大跨为小跨，使断面受力更合理，对减少沉降，保证隧道开挖安全、可靠具有良好的效果。该法适用于较差地层，如采用人工或人工配合机械开挖的IV～V级围岩的浅埋双线隧道和浅埋、偏压及洞口段。施工过程中，为保证初支稳定，除喷锚支护外，须增加型钢或钢格栅支撑，并采用超前大管棚、超前锚杆、超前注浆小导管、超前预注浆等一种或多种辅助措施进行超前加固，如图5.1-8所示。 由于地层软弱，断面较小，只能采用小型机械或人工开挖及运输作业，工序多，施工进度较慢。必要爆破时，应控制药量，避免损坏中隔墙。临时中隔墙型钢支撑规格应与初期支护所采用的一致。每步台阶长度可控制在3～5m。 隧 道 工 程 5．交叉中隔壁法(CRD法) CRD法的特点是各分部增设临时仰拱和两侧交叉开挖，每步封闭成环，且封闭时间短，以抑制围岩变形，达到围岩沉降可控，初期支护安全稳定的目的。该法除喷锚支护及增设足够强度和刚度的型钢或钢格栅支撑外，还应采用多种辅助措施进行超前加固，如图5.1-9所示。 采用交叉中隔壁法施工，除应满足中隔壁法的施工要求外，还应满足以下要求： （1）设置临时仰拱，步步成环； （2）自上而下，交叉进行； （3）中隔壁及交叉临时支护，在灌注二次衬砌时，应逐段拆除。 当采用中隔壁法(CD法)仍然无法保持围岩稳定和隧道施工安全时，可采用交叉中隔壁(CRD法)开挖。交叉中隔壁法(CRD法)适用于断层破碎带、碎石土、卵石土、圆砾土、湿陷性黄土、全风化的花岗岩地层的V～Ⅵ级围岩及较差围岩中的浅埋、偏压及洞口等。 隧 道 工 程 6. 中洞法 适用于双连拱隧道。采用先施作隧道中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法。施工要求：开挖高度应大于中墙高度1m，开挖宽度应大于5m。中洞开挖后应及时施作初期支护，再分段灌筑中墙混凝土，在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模，并进行临时横向支撑。 隧 道 工 程 第二节 爆破开挖法 一、爆破开挖法适用范围 （一）岩石的抗爆破性及分级 岩石的抗爆性(或抗钻性)是指岩石抵抗爆炸冲击波(或钻头冲击)破坏的能力。岩石的抗爆性主要取决于其物理力学性质，特别是岩石在动载作用下的变形性质和内聚力强弱，另外也受到岩体结构特征和地下水等因素的影响。隧道工程应按岩石的抗爆破性进行钻爆设计，并按其抗爆性选择凿岩机具。 国内外有研究资料建议采用岩石爆破性指数N作为分级指标，将岩石分为极易爆、易爆、中等、难爆、极难爆共五级，见表5-2。 隧 道 工 程 隧 道 工 程 （二）爆破开挖法适用范围 爆破开挖适应于当开挖覆盖表面为自然覆盖面，且人工建筑及设施较少，地下水压力小的情况下。在不同的岩层条件下爆破开挖的适应范围如图5.2-1所示。 与机械开挖方法相比，爆破开挖的主要优点为经济，进度也比较快。在砂岩及硬岩的地质条件下，由于岩石中夹杂着硬度很高的石英或硬石核，常常会夹卡切削刀具，在这种情况下，则适合采用爆破方法。爆破开挖的另一个优点是能适应各种开挖面形状。爆破开挖的主要缺点为由于爆破有时会引起岩石破碎、松动塌方、地下水涌入等不利情况，因此，在复杂、多变、岩石状态不清的地质条件下，不宜采用爆破开挖方法。另外，爆破的效果很大程度上取决于爆破方法，为了减少及避免不必要的损失，达到较好的预定爆破效果，对于不同的具体情况需采用不同的爆破方法。 隧 道 工 程 （三）爆破开挖法作业过程 爆破开挖主要包括以下7个作业过程：钻眼——装——填封——起爆——通风(通风的目的在于冷却爆破后的岩体，进行湿度与温度交换)一清除遗留和药包(清除遗留，避免未起爆的后续起爆而引起安全事故)一外运爆破下来的石碴。 二、炮眼的布置方式 （一）钻眼装药设备 （1）液压凿岩台车 将多台凿岩机安装在一个专门的移动设备上，实现多机同时作业，集中控制，称为凿岩台车。山岭隧道中多采用二臂、三臂和四臂。隧道内使用全液压凿岩台车及多功能台架如图5.2-2所示。 隧 道 工 程 隧道内液压台车作业 隧 道 工 程 隧 道 工 程 （2）支腿式液压凿岩机组配作业台架 液压凿岩机是以电力带动高压油泵，通过改变油路，使活塞往复运动，实现冲击作用。支腿式液压凿岩机组见图5.2-3。 支腿式液压凿岩机组 隧 道 工 程 （3）手持风钻配作业台架 多人多钻在作业台架上分层同时施钻，手持风钻需配备足够的空压设备为风钻提供动力。目前隧道使用较多的是多功能台架（见图5.2-4）和风动凿岩机（见图5.2-5）。 隧道作业中的多功能台架 风动凿岩机 隧 道 工 程 钻眼前应定出开挖断面中线、水平线和断面轮廓，布置炮眼。隧道爆破通常采用掏槽爆破，即将开挖断面的炮眼分区布置和分区顺序起爆，逐步扩大完成一次爆破开挖，炮眼依据位置和作用的不同分为三种：即掏槽眼、辅助眼、周边眼，如图5.2-6所示。这三种炮眼除共同完成一个循环进尺的爆破掘进外，分别各有其作用，因此各有不同的位置、长度、方向、间距的要求。 1～4为掏槽炮眼，5～10为辅助炮眼，其余为周边炮眼 隧 道 工 程 （二）掏槽眼的布置 合理布置掏槽眼应掌握好炮眼的三度：深度、密度和斜度，并通过计算确定用药量及放炮顺序等。 掏槽炮的作用：是将开挖面上适当部位先掏出一个小型槽口，以形成新的临翻面，为后爆的辅助炮开创更有利的临空面，达到提高爆破效率的作用。 掏槽方式一般可分为斜眼掏槽和直眼掏槽两大类，如图5.2-7、图5.2-8所示。 隧 道 工 程 隧 道 工 程 在采用分部开挖方式中，平行布置常采用如图5.2-9所示的方式，即爆破眼的方向相互平行，且与隧道的纵轴呈一定角度，这实际上是一种斜眼布置方式。 斜眼掏槽的优点：可按岩层实际情况选择掏槽方式和掏槽角度，容易把石碴抛出槽口，且掏槽眼数目较少。其缺点是孔眼深度受坑道断面尺寸的限制，不便于多台钻机同时钻眼，钻眼方向难准确掌握。斜眼掏槽和浅眼爆破，适用于人工施工或机械设备不足的施工条件。 直眼掏槽的优点：便于多台钻机同时钻眼和不受断面尺寸对爆破进尺的限制，适用于深孔爆破，从而为加快掘进速度提供了有利条件，且掏槽石碴抛掷距离较短。但缺点是其炮眼数目较多，单位消耗量k值也要加大，炮眼位置和垂直方向要求具有较高的精度，才能保证良好的爆破效果。当前国内外快速掘进的坑道，大多采用直眼掏槽和深眼爆破，可以节省大量辅助作业时间。 隧 道 工 程 （三）辅助眼的布置 辅助眼的作用是进一步扩大槽口体积和爆破量，并逐步接近开挖断面形状，为周边眼创造有利的爆破条件。 辅助眼的布置主要是指炮眼间距E值和最小抵抗线V值的确定。主要根据岩石软硬和用药量多少，由工地试验确定。其布置原则可按周边眼的布置原则进行，只是V、E值及单孔装药量q较大些，一般取E／V=0.6～0.8为宜，并宜采用孔底连续装药。辅助眼应由内向外，逐层布置，逐层起爆，逐步接近开挖断面轮廓形状。 （四）周边眼的布置 周边眼的作用是一种辅助炮眼，目的是成型作用。周边眼爆破后使坑道断面达到设计的形状和尺寸。周边眼的位置一般是沿着设计轮廓线均匀布置，其炮眼间距和最小抵抗线长度均比辅助眼小，目的是使爆破出坑道的轮廓较为平顺和控制超欠挖量。 当周边眼的底端位于岩质较松软或较破碎状时，炮眼口应放在设计轮廓线以内，眼底则应根据岩石抗爆破性来确定其位置，应将炮眼方向以3％～5％的斜率外插，这是为了控制超欠挖和便于下一循环钻眼时落钻开眼。对于中硬岩层可将周边眼放在设计轮廓线上；对于坚硬岩层可将周边眼放在设计轮廓线cm。 此外，为了保证开挖面平整，辅助眼及周边眼应使其眼底落在同一垂直面上，必要时应根据实际情况调整炮眼的深度。 隧 道 工 程 三、炮眼的大小及数量 炮眼的直径主要取决于卷的直径，通常用于隧道开挖的卷的直径在20～50mm之间。这主要取决于设计开挖面积的大小，两者之间的关系可用图5.2-10所示的经验曲线表示，即卷直径随着开挖面积的增大而增大。 隧 道 工 程 表5-3为在相同开挖面大小下当卷直径分别在25mm和40mm时，相应的炮眼数及工作量的比较，由表中可看出，当卷直径为25mm时，其开挖截面上的炮眼数及炮眼的总长度约为40mm的两倍。但是大直径卷的缺点为爆炸引起的振动时间长，对岩石的振动效应大。 隧 道 工 程 炮眼的长度主要取决于设计的爆破开挖进尺，它与岩石状态、开挖面的大小及形状等多种因素有关。因此，确定爆破进尺是与开挖面的设计联系在一起的。 当爆破进尺确定后，即可确定炮眼的长度，炮眼长度L与爆破进尺之间有如下的经验公式： 隧 道 工 程 炮眼的长度除了与爆破进尺、炮眼的布置形式有关以外，还受卷直径等其他因素影响，如表5-3所示，当药卷直径为25mm及40mm时，其相应的爆破有效率分别为97.5％和99.0％，即药卷直径较大时，爆破有效率高，炮眼长度近似等于爆破进度，从而减少钻眼工作量，经济。 如图5.2-11所示，设当爆破进尺度为2m，开挖面积为50m2时，对于中等开挖类岩石，其炮眼比量则约为2.2，相应2的炮眼数则为2.2×50=110个。 图5.2-11 炮眼比量与爆破进尺的关系 隧 道 工 程 的用量与爆破进尺、开挖面积、岩石强度、药卷直径等因素有关，通常的用量通过“比量”来确定。比量指开挖每立方米岩石所需的用量，比量的单位为kg／m3。比量与爆破进尺之间的关系为正比关系，并可通过图5.2-12加以说明。 图5.2-12 比量与爆破进尺的关系 隧 道 工 程 对于前面的例子，即对于中等可开挖岩石，当爆破进尺为2m、开挖面积为50m2时，所需炮眼约为110个，根据图5.2-13，其相应的比量约为0.75，则用量等于0.75×50×2.0=75kg。用量与开挖面的面积之间的关系可如图5.2-13所示，即它们之间成反比关系，比量随着开挖面积的增大而减少。 图5.2-13 比量与开挖面积的关系 用量还与卷直径有关(表5-3)，卷直径大的比量也较大，在相同的开挖目的下所需爆炸量也相应地较大，对于岩体产生的振动效应也增大，这是大直径药卷的缺点之一。 隧 道 工 程 四、光面爆破和预裂爆破法 （一）光面爆破法 光面爆破是通过调整周边眼的各爆破参数，使爆炸先沿各孔的中心连线形成贯通的破裂缝，然后使得内围岩体裂解，并向临空面方向抛掷，这种爆破在围岩中产生的裂缝较少，使爆破后的岩石表面能按设计轮廓线成型，表面较平顺，超欠挖很小。 隧 道 工 程 光面爆破的技术要求： （1）根据围岩特点合理选择周边眼间距和周边眼的最小抵抗线）严格控制周边眼的装药量，药量沿炮眼全长合理分布，并合理选择品种和装药结构。 （3）采用周边眼同时起爆。要求采用毫秒微差顺序起爆，应使周边爆破时产生临空面，同段的周边眼起爆时差应尽可能小；一般使用导爆索或高精度系列迟发电起爆效果最好。 （4）严格掌握钻眼作业，使三种炮眼的位置及方向准确无误，否则光面爆破的效果会明显降低，达不到光面爆破的目的。 （5）各光面爆破参数如周边眼间距E、最小抵抗线V、相对距E／V和装药集中度g 等，应采用工程类比法或根据爆破漏斗及成缝试验确定，爆破成缝试验可按照《公路隧道施工技术规范》附录B进行。在无条件试验时，可参照表5-5选用。 隧 道 工 程 隧 道 工 程 （二）预裂爆破法 预裂爆破法是在光面爆破法(又称缓冲爆破法)的基础发展起来的。预裂爆破法的分区起爆顺序为：周边眼一掏槽眼一辅助眼一底板眼。它是以预先爆破周边炮的办法，沿着设计轮廓线(也是周边眼之间)炸出一个贯通预裂缝，即预留光面层，从而把开挖部分的主体岩石与其外部围岩分割开，使紧随其后爆炸的掏槽炮和辅助炮爆炸时，其主体爆破产生的冲击波(应力波)的破坏作用被预裂面所隔断而受到大量衰减，因而更有效地减少了对围岩的扰动，所以预裂爆破法更适用于稳定性较差的软岩或破碎岩层中。 总而言之，硬岩宜采用光面爆破，软岩宜采用预裂爆破，分部开挖时可采用预留光面层光面爆破。当采用全断面开挖或台阶开挖时，应采用导爆管、毫秒起爆周边眼，不得采用火花起爆。开挖断面一次起爆时，如果秒的间隔时间小，周边眼的应与内圈炮眼的跳段起爆，二段炮眼之间起爆时差可取50～100ms。 隧 道 工 程 （三）毫秒爆破法 毫秒爆破法是隧道施工开挖的一项现代爆破新技术，其实质是以毫秒严格按一定顺序起爆包组，使爆破前后阶段的时间间隔极其短促，以毫秒计算。爆破产生的岩石破坏作用力(应力波或冲击波)可以叠加，促使岩石易于被炸碎；同时，前后段爆破传递到围岩内部的冲击波又相互干扰和相互抵消，使冲击波对围岩的振动破坏大为减弱。 毫秒爆破法具有下列优点： （1）满足光面爆破的技术要求，可以获得良好的爆破效果； （2）毫秒爆破对围岩的振动破坏最少；同时，可以减少滞炮和滞炮带来的麻烦； （3）把毫秒爆破一次爆破的总延长时间控制在130ms以内，即使岩层有瓦斯，瓦斯 也尚来不及泄出就爆破完毕，可提高掘进速度。 实现毫秒爆破一般有两个方法：一是用毫秒和毫秒起爆器(用延长仪器控制延发时间)；另一种方法是使用毫秒起爆。 隧 道 工 程 五、装药结构与起爆 （一）装药结构 装药结构是指继爆药卷和起爆药卷在炮眼中的布置形式。按起爆药卷在炮眼中的位置和的聚能穴的方向分为正向装药和反向装药；按其连续性则可分为连续装药和间隔装药。装药施工如图5.2-15所示。 隧 道 工 程 （二）起爆顺序与时差 （1）除预裂爆破的周边眼是最先起爆外，在同一个开挖断面上，起爆顺序是由内向外逐层起爆，这个起爆顺序可以用迟发的不同延发时间(段别)来实现。 （2）各层(卷)炮之间的起爆时差越小，则爆破效果越好，常采用的时差为40～200ms，称为微差爆破。 （3）内圈炮眼先起爆，外圈炮眼后起爆，为此，实际上常采用毫秒。在爆破时，掏槽炮与辅助炮之间的时差要稍微加大，以保证掏槽炮在此时差内将石碴抛出槽口，防止槽口堵塞，为后爆辅助炮提供有效临空面。 （4）内外圈中的同圈炮必须同时起爆，以保证同圈炮的共同作用的爆破效果。 （5）延发时间可由孔内控制或孔外控制。 六、出渣与运输 洞内出渣和运输是关系到隧道施工效率的关键工序之一。洞内运输工作量较大，它包括在开挖面上装渣并运到洞外弃土场卸掉(即装渣、出渣与卸渣)，还要从洞外运进混凝土拌合料、支撑、拱架、模板和轨道材料等。 出渣是隧道施工的基本作业之一，出渣作业能力的强弱在很大程度上影响隧道施工速度，因为出渣作业在整个作业循环中所占时间为40％～60％。出渣作业包括：装渣、出渣与卸渣三个环节。 隧 道 工 程 （一）装渣 1．装渣作业 装渣作业应符合下列技术要求： （1）选用能在隧道开挖面内发挥高效率的机械，其装渣能力与每次开挖土石方量及运输的容量相适应； （2）机械装渣作业应严格按操作规程进行，不得损坏已有的支撑或支护及临时设备； （3）采用有轨式装渣机械时，轨道应紧跟开挖，调车设备应及时向前移动，或采用梭式矿车、转载机等设备进行连续装渣； （4）漏斗装渣时，漏斗处应有防护设备和联络信号，装运结束后漏斗处应设安全盖； （5）在台阶或棚架上向下扒渣时，渣堆应稳定，防止滑坍伤人。 2．渣量计算 出渣量应为开挖时的松散体积，装渣数量可按下式计算： 隧 道 工 程 3．装渣机械 装渣机械类。