隧道及地下工程施工方法

隧道及地下工程施工方法，隧道及地下建筑工程施工时，须先开挖出相应的空间，然后在其中修筑衬砌。

施工方法的选择，应以地质、地形及环境条件以及埋置深度为主要依据，其中对施工方法有决定性影响的是埋置深度。埋置较浅的工程，施工时先从地面挖基坑或堑壕，修筑衬砌之后再回填，这就是明挖法。当埋深超过一定限度后，明挖法不再适用，而要改用暗挖法，即不挖开地面，采用在地下挖洞的方式施工。矿山法和盾构法等均属暗挖法。隧道及地下工程施工时有下列特点：①受工程地质和水文地质条件的影响较大；②工作条件差、工作面少而狭窄、工作环境差；③暗挖法施工对地面影响较小，但埋置较浅时可能导致地面沉陷；④有大量废土、碎石须妥善处理。隧道及地下工程的施工方法最初是采用矿山开拓巷道的方法，故称为矿山法，此法应用范围很广。19世纪，为修筑水底隧道，创制了盾构，经100多年的改进，盾构法成为在松软地层中常用的方法之一。为避免在水下施工，19世纪末又出现了沉管法，此法主要工序在地面上进行，优点显著，应用日益广泛。在敷设管道或设置地道时，为了不影响地面房屋和其他工程设施，用千斤顶将预制的管段或箱涵配合挖土向前顶进，这就是顶管法。用这种方法穿过街道、路堤等障碍物是很有效的。用沉井法（见地下工程沉井法施工）修筑地下建筑，具有占地面积小、挖土量少、施工方便、对周围设施影响较小等优点。近年来，已发展成一种在软土地层中修筑地下工业建筑物的方法。城市中用明挖法施工，打设板桩时会产生很大噪声和振动，因此发明了减轻公害的地下连续墙法。它用专门机械开挖深槽，应用触变泥浆护壁，然后在槽中灌筑水下混凝土，以形成地下连续墙来挡土，或作为地下结构的一部分。此法的优点是产生的噪声和振动都很小。地下工程的开挖工作很繁重，施工机械化要求特别迫切。随着机械制造及冶炼技术的进步，20世纪50年代制造出用硬合金刀具直接破岩的隧洞掘进机，实现了开挖工作的综合机械化，因此获得一定程度的推广。随着岩体力学的发展，在结合现场经验的基础上，20世纪中叶创造了新奥法。此法的主旨是尽量利用围岩的自承能力，用喷锚支护控制围岩的变形及应力重分布，使达到新的平衡。这样就把支护和围岩组成一整体结构，而其中的主要承载部分是围岩。此法是在软弱围岩中施工的有效方法。施工方法的发展，除了科技人员对于地下工程受周围介质的复杂影响逐渐加深认识以外，还有赖于系列化、自动化施工机械的研制和新材料的创造，使在开挖、运输和衬砌等作业中能综合运用，并形成新的施工方法，以缩短施工期限和保证工程质量。 2100433B

根据净空和外形要求以及水文、地质条件的不同，衬砌可以是圆形的、拱顶直墙形的、拱顶曲墙形的和穹顶圆筒墙形的，也有采用椭圆或其他腰圆形和矩形等断面形状及不同的断面尺寸。在软弱地层中，当洞底反力很大时，可以采用带仰拱的衬砌。衬砌厚度取决于隧道或地下结构的跨度和高度，其所承受的围岩压力和其他荷载的大小，以及围岩的变形特点，也与所选用的设计和施工方法有关。根据施工方法的不同，可以将衬砌分为：模筑衬砌、离壁式衬砌、装配式衬砌和喷锚支护等几种形式。

隧道及地下工程衬砌模筑衬砌

采用现场立模灌筑整体混凝土或砌筑砖石，与围岩之间的超挖部分可进行回填和灌浆，使与围岩紧贴。有拱顶半衬砌（边墙不作衬砌）、厚拱薄墙衬砌等几种形式。

隧道及地下工程衬砌离壁式衬砌

衬砌与岩壁相隔离，其间的空隙不回填。为保证结构的稳定性，多数情况都在拱脚处设置水平支撑，使该处衬砌与岩壁互相顶紧。离壁式衬砌也可以做成装配式的，以方便施工。这种衬砌多在稳定或基本稳定的围岩中采用，对防潮要求比较高的各类地下仓库尤为适合。

隧道及地下工程衬砌装配式衬砌

最常用的是圆形管片衬砌，由若干预制好的钢筋混凝土管片或混凝土砌块用拼装机械在隧道中装配而成。管片之间和相邻环管片间的接头多用螺栓连接，如采用砌块接头则多用镶榫错缝嵌合。管片衬砌是配合盾构或其他挖掘机械开挖施工而采用的。装配完成以后，一般要向管片背后压浆，以保证地层的稳定性。除圆形管片衬砌外，装配式衬砌还可以由若干钢筋混凝土构件拼装成各种断面形式。在装配式衬砌的内面，根据结构加固和防水要求，有时再加设一圈现浇的钢筋混凝土内衬，称为复合式衬砌。

隧道及地下工程衬砌喷锚支护

用锚杆喷混凝土或锚杆钢筋网喷混凝土来加固并支护围岩的一种新的衬砌形式。锚杆沿洞周按一定间距布置，深入围岩内相当深度，并用各种方式进行锚固。为增加锚固效果，对锚杆可预施应力。用新奥法施工时，喷锚通常作为一次支护，根据断面收敛的量测信息，在其内圈再整体模筑二次衬砌，也称为复合式衬砌。

隧道及地下工程明挖法

敞口开挖基坑，再在基坑中修建地下结构，最后用土石重新覆盖填实。

隧道及地下工程盾构法

用盾构开挖隧道的一种施工法。盾构为一个钢制圆筒，前部为切口环，目的为保护开挖面上工作人员的安全；中部为支承环，承受地层压力，安设千斤顶，并靠这些千斤顶将盾构向前推进。盾构内部空间用横向及竖向隔板分隔成小的工作室，并在隔板上安设辅助机具。后部盾尾部分是用来支撑坑道，并作为装配衬砌环的空间。修建时在开挖面上掘进衬砌的一环长度后，盾构可推进到挖好的空间内，并在盾壳保护下装配隧道衬砌。在含水淤泥地层中可采用压缩空气以稳定工作面。在日本以及其他国家，针对这类地层情况已经设计并推广了泥水盾构。其基本类型可分为两种，一种是泥水平衡式，一种是土压平衡式。泥水平衡盾构采用一个可以旋转的切削轮，可以在封闭于工作仓壁和隧道作业面之间的有压粘土泥浆中开挖地层；储气罐给泥浆保持需要的压力，借以控制地下水并稳定作业面。土压平衡盾构是在有土压的密封仓里切削地层，并用螺旋出土机排泥。盾构开挖法采用的衬砌类型有预制混凝土管片、刚性砌块和就地浇筑的钢纤维混凝土等。

隧道及地下工程地下连续墙法

是在地下铁道或其他地下结构的两个边墙位置处沿线路方向挖槽，灌注特制的泥水，以稳定槽壁，然后安放钢筋笼，灌筑混凝土边墙。在两侧边墙的保护下，可以挖开街道先修建结构顶盖，然后进行填实，恢复交通，再进行下部地层的开挖。此法优点是对地面交通的干扰时间短，范围小，对路边建筑物的影响也较小。意大利米兰地铁就是用此法修筑的典型例子。

隧道及地下工程矿山法

铁路、公路隧道和其他山岭隧道或地下建筑物一般均可采用矿山法施工。此法又可分为：①钻眼爆破法。位于各类岩石地层内的隧道，均可采用钻眼、装药、爆破的方法开挖。在硬岩中开挖隧道可采用凿岩台车钻眼，进行全断面开挖。②新奥法。20世纪30年代发展起来的新方法。其要义是以隧道围岩作为支护的主要手段。施工过程中尽量减少围岩的松动破坏，并在开挖后及时支护，以确保离临空面一定深度处的围岩内形成承载圈。支护设置有一个最佳时间：过早支护会使喷射混凝土和岩层间产生很大地层压力；过迟支护则围岩将因变形过度而松动。为了正确估计合理的支护时间，必须对开挖后的隧道围岩及时进行收敛量测。③掘进机开挖法。近年来得到了大力推广。掘进机是利用安装在机轴转盘上的刀具直接切削岩层。首先制造隧洞掘进机的是美国罗宾斯公司。中国已经制造了直径 5.8米的水工隧洞掘进机，使用效果良好。近年来隧道开挖后的支护有了很大的发展。喷锚支护为各种复杂地质条件下使用矿山法修建各种隧道提供了有效的支护。

隧道及地下工程其他方法

此外，修筑水底隧道时，可使用沉管法；在穿越铁路、道路、河流或建筑物时，可使用顶管法。修建地下池槽、地下厂房、仓库和各种地下井时，还可使用沉井法（见地下工程沉井法施工）。

隧道及地下工程隧道及地下工程

作者：陈志敏、欧尔峰、马丽娜

隧道及地下工程图书详细信息：

ISBN：9787302346098 　定价：58元

印次：1-1

装帧：平装

印刷日期：2014-1-17

出版社：清华大学出版社

隧道及地下工程图书简介：

本书主要介绍隧道及地下工程的基本概念和发展历程，特性及利用形态，选址与方案比选，平、纵断面设计，结构构造，地质环境，设计原理与方法，施工方法，施工组织设计与施工管理，养护维修，高速铁路隧道及大断面隧道和施工机械等内容。

本书可作为高等院校教学用书，还可供从事隧道及地下工程设计、施工及养护的工程技术人员参考。

隧道及地下工程前言

21世纪是地下空间大发展的世纪。随着我国国民经济的快速发展和西部大开发的深入推进，地下空间的开发和利用进入新的发展阶段，亟须大量的基础扎实、视野宽广的综合性工程技术人才。对于承担高素质人才培养重任的高等院校，不仅需要传授隧道与地下工程设计、分析理论与施工方法的基础知识，还应能够使学生理解这一领域的先进理念和科学思维方法。为了满足这一要求，作者编著了《隧道及地下工程》这本教材，供大家参考。

本教材全面介绍了隧道及地下工程的基本概念和发展历程、设计原理与施工方法，也介绍了其特性及利用形态、选址与方案比选、平纵断面设计、结构构造、地质环境、施工组织设计与施工管理、养护维修、高速铁路隧道及大断面隧道和施工机械。结合目前隧道及地下工程的发展，补充了不很多新理论、新技术。

本教材注重培养学生解决实际工程技术问题的能力。教材内容丰富，信息量大，知识结构系统，理论与实践并重，并将经典理论、方法与新方法、新技术相结合，引导学生掌握理论知识。

本教材为土木工程专业隧道及地下工程方向本科生教材，也可作为相关专业研究生和地下工程设计施工人员的参考书。

本教材的编写人员均具有丰富的教学经验，参加编写的有陈志敏、欧尔峰和马丽娜。李德武教授对全书进行了审阅，清华大学出版社的赵益鹏编辑也对本书的完善提出了大量宝贵意见和建议，在此深表感谢！

本教材在编写过程中，参阅了许多学者的著作，并吸纳了其中的一些成果，有些资料甚至出处不甚明了，在此对所有作者表示诚挚的谢意！

由于时间仓促和水平所限，如有错误或不妥之处，期望同行专家及阅读本书的读者提出批评意见和建议，以便在再版中得到改正和完善，作者表示衷心的感谢！

编者

2013年12月于兰州

隧道及地下工程目录

第1章绪论

1.1隧道及地下工程基本概念

1.2隧道及地下工程的分类及作用

1.2.1隧道工程的分类及作用

1.2.2地下工程的分类及作用

1.3隧道及地下工程的发展历程

1.3.1隧道及地下工程的发展历史

1.3.2我国隧道及地下工程的发展概况

1.3.3国外隧道及地下工程的发展概况

1.4本课程的研究内容及任务

习题

第2章隧道及地下工程特性及利用形态

2.1隧道及地下工程的特性

2.1.1工程特性

2.1.2空间特性

2.1.3经济性及可持续性

2.1.4隧道及地下工程的优缺点

2.2隧道及地下工程的利用形态

习题

第3章隧道及地下工程选址与方案比选

3.1规划原则

3.2调查和勘测

3.2.1调查

3.2.2勘测

3.3隧道工程选址及方案比选

3.3.1位置选择

3.3.2方案比较

3.3.3隧道洞口位置的选定

3.4其他地下工程选址

3.4.1地下铁道选址

3.4.2地下(商业)街、地下停车场选址

3.4.3伴随科学技术发展而利用的地下工程选址

3.4.4防御和减少灾害的地下设施选址

习题

第4章隧道及地下工程平、纵断面设计

4.1铁路隧道平、纵断面设计

4.1.1平面设计

4.1.2纵断面设计

4.2公路隧道平、纵断面设计

4.2.1平面设计

4.2.2纵断面设计

4.2.3连接线

4.3其他地下工程平、纵断面设计

4.3.1地下铁道

4.3.2地下街

4.3.3地下停车场

4.3.4地下综合体

4.3.5地下共同沟

习题

第5章隧道及地下工程结构构造

5.1隧道洞身衬砌

5.1.1衬砌类型

5.1.2衬砌结构构造

5.1.3衬砌的一般构造要求

5.2明洞

5.2.1拱式明洞

5.2.2棚洞

5.3隧道洞口景观与结构

5.3.1隧道洞口景观设计原则

5.3.2隧道洞门分类

5.4隧道附属建筑物

5.4.1通风建筑物

5.4.2避车洞

5.4.3防排水建筑物

5.4.4电缆槽及高低压供电

5.4.5伸缩缝、沉降缝与施工缝

5.5其他地下工程结构构造

习题

第6章隧道及地下工程的地质环境

6.1概述

6.2围岩的工程性质

6.2.1岩体的变形特性

6.2.2循环荷载作用下岩体的变形特性

6.2.3岩体的强度

6.2.4岩体的流变特性

6.2.5岩体结构分类及其破坏特征

6.3围岩的初始应力场

6.3.1围岩初始应力场的组成

6.3.2初始应力场的变化规律

6.3.3围岩初始应力场的确定方法

6.4地下洞室围岩分级的影响因素和指标

6.4.1影响围岩稳定性的主要因素

6.4.2围岩分级(类)的因素指标及其选择

6.4.3围岩分级(类)的发展方向

6.5国内外主要地下工程围岩分级（类）标准

习题

第7章隧道及地下结构设计原理与方法

7.1概述

7.2隧道及地下结构的设计原则与设计内容

7.2.1隧道及地下结构的形式的选择

7.2.2围岩与支护结构的相互作用机理

7.2.3支护结构的基本要求

7.2.4地下结构的设计内容

7.3隧道及地下结构体系的计算模型

7.3.1建立计算模型的原则

7.3.2常用的计算模型

7.4围岩压力

7.4.1围岩压力分类

7.4.2确定围岩松动压力的方法

7.5隧道及地下结构体系设计计算方法

7.5.1结构力学方法

7.5.2岩体力学方法

7.5.3以围岩分级为基础的经验设计方法

7.5.4监控设计方法

7.6隧道及地下结构有限元分析

习题

第8章隧道及地下工程的施工方法

8.1隧道及地下工程施工概述

8.1.1隧道及地下工程施工的基本概念

8.1.2隧道及地下工程施工的特点

8.1.3隧道及地下工程施工方法及其选择

8.1.4隧道及地下工程施工技术的发展

8.2开挖、钻爆和装渣运输

8.2.1开挖方法及掘进方式

8.2.2爆破施工技术

8.2.3装渣运输方法

8.3新奥法

8.3.1新奥法的概念与原则

8.3.2新奥法理论要点及施工要点

8.3.3新奥法适用范围

8.4新意法

8.4.1新意法概念

8.4.2相关概念

8.4.3新意法隧道设计施工程序

8.4.4新意法与新奥法的比较

8.5其他施工方法

8.5.1浅埋暗挖法

8.5.2挪威法

8.5.3明挖法

8.5.4盖挖法

8.5.5掘进机法

8.5.6盾构法

8.5.7沉管法

8.5.8顶进法

8.6施工监控量测与信息反馈

8.6.1量测元件及仪器

8.6.2现场监控量测设计

8.6.3量测数据的反馈

8.7超欠挖与塌方

8.7.1超挖与欠挖

8.7.2塌方

8.8防排水与通风防尘措施

8.8.1地下水控制

8.8.2通风

8.8.3防尘

8.9支护措施

8.9.1预支护措施

8.9.2初期支护措施

8.9.3二次衬砌

8.9.4辅助坑道

习题

第9章隧道施工组织设计与施工管理

9.1隧道施工组织设计

9.1.1隧道各阶段施工组织设计的内容

9.1.2隧道实施性施工组织设计编制依据、原则及程序

9.1.3隧道施工前的准备工作

9.1.4施工进度计划

9.1.5施工组织设计案例

9.2隧道施工管理

9.2.1隧道施工计划编制

9.2.2隧道施工技术管理

9.2.3隧道施工质量管理

9.2.4隧道施工经济管理

9.2.5隧道施工安全管理

习题

第10章隧道及地下工程养护维修

10.1隧道养护维修概述

10.1.1隧道及地下工程养护维修基本概念

10.1.2隧道及地下工程病害现状

10.1.3隧道养护面临的问题

10.1.4隧道病害检查

10.1.5隧道病害的原因

10.1.6隧道病害维修养护原则

10.1.7养护及维修措施

10.1.8安全性及稳定性评价

10.2隧道档案的建立

10.3隧道水害及整治措施

10.3.1水害的种类及其危害

10.3.2水害产生的原因

10.3.3水害的分级

10.3.4水害的整治措施

10.4衬砌裂损及整治措施

10.4.1衬砌裂损的类型

10.4.2衬砌裂损的特点

10.4.3衬砌开裂的分级

10.4.4衬砌裂损的整治措施

10.5衬砌侵蚀及整治措施

10.5.1衬砌侵蚀的种类及危害

10.5.2衬砌侵蚀的分级

10.5.3混凝土侵蚀的整治措施

10.6隧道冻害及整治措施

10.7地震后隧道维修措施

习题

第11章高速铁路隧道及大断面隧道

11.1概述

11.1.1高速铁路及大断面隧道概念

11.1.2高速铁路隧道及大断面隧道的特点

11.2高速铁路隧道空气动力学问题

11.2.1主要空气动力学效应

11.2.2瞬变压力

11.2.3微气压波

11.3高速铁路隧道缓解气动效应设计

11.4大断面隧道设计

习题

第12章施工机械

12.1装渣机械

12.2运输机械

12.3凿岩台车

12.4喷锚机械

12.5衬砌模板台车

12.6全断面隧道掘进机

12.7臂式隧道掘进机

12.8盾构机械

12.8.1分类、特点及适用范围

12.8.2机械化盾构的主要结构及工作原理

习题

参考文献