隧道综合项目施工关键技术作业.doc

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《隧道施工技术》课程习题集
任务一：理解隧道常识
解释名词
1、隧道——建筑在地下通道建筑物。工程中还常将未加护毛洞称为坑道。
2、围护——指坑道周边一定范畴内，对坑道稳定有影响那某些岩体。或表述为：坑道周边一定范畴内，受隧道工程施工和使用中车辆荷载影响那某些岩体。
3、支护——为维护围岩稳定而施作人工构造。
4、隧道工程理论——是人们对隧道及地下洞室工程问题基本结识（即概念）、力学模型模仿建立、工程办法选取原则以及工艺流程设计思想总和或核心表述。它体现人们对工程问题基本结识和解决工程问题基本方略。
5、隧道工程设计——是出于开拓并持续安全应用地下通道空间目，勘察地形、地质、地物等环境条件，拟定隧道位置，并依照隧道围岩自稳能力强弱，选取拟定为保持隧道稳定所需提供协助多少——即需要加固范畴，以及选取拟定支护材料种类、构造形式、力学性能、参加时机、施作办法、监测办法、质量原则等支护技术参数，并评估支护有效性和经济性一系列工程规划活动。
6、隧道工程施工——是指按照规定使用目、规定设计规定、规定技术原则，使用恰当人员、资金、机械、材料，运用恰当施工办法、施工技术和施工管理，在指定地层中修建隧道及地下洞室建筑物建筑活动。
7、隧道施工办法——隧道施工办法是开挖和支护等工序组合。
8、隧道施工技术——是指在各种建筑环境条件下隧道施工过程中所需各项技术手段和办法。
9、隧道施工管理——是以履行施工合同为目，建立和运营隧道施工管理体系，并在运营过程中加以改进过程办法。即对施工过程筹划、实行、检查、改进（PDCA）程序和办法。
简要回答：
1、隧道构造是有哪几某些构成？
隧道构造是由围岩、支护、洞口、附属设施四某些构成：

2、隧道种类、规模和工程特点？
种类：
行业习惯上常按隧道作用将其划分为交通隧道、输水隧道、市政隧道、矿山隧道四类。专业上按隧道所处地质条件来分，可以分为土质隧道和石质隧道；按埋置深度来分，可以分为浅埋隧道深埋隧道；按隧道所在位置来分，可以分为山岭隧道、水下隧道、水底隧道和地铁隧道等。
规模：
普通可从长度和断面两个方面来加以区别：
1）国内公路（铁路）隧道长度级别划分为：
①长度在500m及如下为短隧道；
②长度在500m以上至1000m为中长隧道（铁路隧道500m-3000m）；
③长度在1000m以上至3000m为长隧道（铁路隧道3000m-10000m）；
④长度在3000m以上为特长隧道（铁路隧道10000m以上）
2）国内铁路隧道开挖断面级别划分为：
①断面积在10㎡及如下为小断面；
②断面积在10㎡以上至50㎡为中档断面；
③断面积在50㎡以上至100㎡为大断面；
④断面积在100㎡以上为特大断面。
特点
1）隧道工程主体构造埋设于地面如下，因而，隧道周边区域工程地质和水文地质条件对隧道施工与否可以顺利进行，起着重要、甚至决定性作用。地质条件不同，则施工方案会有较大差别。
2）隧道是一种狭长建筑物，作业面受限，施工速度比较慢。往往使某些长大隧道工期也比较长，成为新建线路上控制工程。
3）与桥梁和线路工程相比，隧道施工受昼夜更替、季节变换、气候变化等自然条件影响较小，因而普通均可以常年全天候稳定地安排施工，但在浅埋区段受地下水影响明显时，应注意规避。
4）地下工程施工环境较差，在施工过程中还也许进一步恶化。
5）隧道是一种埋设于地下大型隐蔽工程，建成困难，建好困囊，一旦建成要更改就更困难。
6）隧道大多穿越崇山峻岭，工地普通都位于偏僻深山峡谷之中，往往远离已有交通线，运送不便，物资供应困难。
3、当代隧道施工技术几种基本概念
1）隧道工程设计
隧道工程设计是出于开拓并持续安全应用地下通道空间目，勘察地形、地质、地物等环境条件，拟定隧道位置，并依照隧道围岩自稳能力强弱，选取拟定为保持隧道稳定所需提供协助多少——即需要加固范畴，以及选取拟定支护材料种类、构造形式、力学性能、参加时机、施作办法、监测办法、质量原则等支护技术参数，并评估支护有效性和经济性一系列工程规划活动。
2）隧道工程施工
隧道工程施工是指按照规划使用目、规划设计规定、规定技术原则，使用恰当人员、资金、机械、材料，运用恰当施工办法、施工技术和施工管理，在指定地层中修建隧道及地下洞室建筑物建筑活动。
3）隧道施工办法
隧道施工办法是开挖和支护等工序组合。隧道工程惯用施工办法有：新奥法（NATM）、明挖法、盖挖法、盾构法（Shield）、掘进机法、沉埋法。
4）隧道施工技术
隧道施工技术是指在各种建筑环境条件下隧道施工过程中所需各项技术手段和办法。
5）隧道施工管理
隧道施工管理是以履行施工合同为目，建立和运营隧道施工管理体系，并在运营过程中加以改进过程办法。即对施工过程筹划、实行、检查、改进（PDCA）程序和办法。
6）隧道工程理论
隧道工程理论是人们对隧道及地下洞室工程问题基本结识（即概念）、力学模型模仿建立、工程办法选取原则以及工程流程设计思想总和或核心表达。它体现人们对工程问题基本结识和解决工程问题基本方略。
4、隧道及地下工程两大理论体系其核心内容是如何表述？有何区别？
“松弛荷载理论”核心内容是：稳定地岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定岩体则也许产生坍塌，需要用支护构造予以支撑。这样，作用在支护构造上荷载就是围岩在一定范畴内由于松弛并也许塌落岩体重力。
“围岩承载理论”核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定是有一种过程，如果在这个过程中提供必要协助或限制，则围岩依然可以进入稳定状态。
两种理论主线区别是：在开挖坑道后或预测围岩稳定能力局限性时，老式松弛荷载理论由于当时技术、材料限制和对围岩结识不透，重要着力研究如何对围岩施加外部支撑（涉及暂时性钢木构件和永久性混凝土初衬），即更注意成果和对成果解决。亦即将围岩视为荷载来源，继而被动接受了开挖坑道后围岩任何变化成果，并采用直观简朴办法和构造来承受围岩压力，以期维持围岩稳定。而当代“围岩承载理论”则是由于新技术、新材料成功应用和对围岩结识加深，重要着力研究如何对围岩施加内部加固，即更注重过程和对过程控制。亦即将围岩视为隧道构造主体和承载主体，继而积极控制开挖坑道后围岩变化过程，并采用积极有效地办法和办法以加固围岩，以期充分运用围岩固有自稳能力。
5、当代隧道施工技术发展方向体当前哪些方面？
1）加强对施工中隧道地质勘探和预报技术研究
加强对施工中隧道地质勘探和预报技术研究和应用，避免发生突水、突泥、坍方等重大、特大工程事故，在此后隧道施工中将更为重要和突出。
2）加强对围岩动态量测技术及预报分析技术研究
隧道施工阶段，在凭经验不能精确有效地判断围岩稳定限度及其发展趋势时，量测就是对围岩稳定限度和发展趋势进行精确判断有效手段，更是预报围岩动态和指引施工、保障安全可靠根据。
3）加强对隧道施工机械化与成本关系研究
在国内人力资源丰富条件下，机械化达到什么限度，才是技术、经济、工期、投资、社会等各方面都可以接受平衡点，机械化限度与隧道工程投资（或施工成本）关系如何，是值得进一步研究问题。
4）加强对山岭隧道掘进技术研究
开发更高效环保爆破器材，推广应用高效节能凿岩机械。
5）加强对初期支护技术及其耐久性研究
完善初期支护施工工艺（如使用液压凿岩台车钻眼等），提高初期支护有效性，是保证施工质量、保证施工安全基本条件。如何保证构造可靠度，特别是如何保证初期支护具备足够耐久性。
6）加强对提高内层衬砌施工速度及其整体性、防水性能研究
在高速铁路和高速公路线上隧道中，为增强衬砌整体性，已经不再容许先作墙拱后作仰拱，而是明确规定“完全顺作”，也不再容许将仰拱提成左右两幅施作。防水方面采用“多重防水技术”。“分区隔离防排水技术”。
7）加强对注浆加固（地层改良）技术应用研究
应特别加强地层改良技术如注浆加固技术、冷冻固结技术、电渗固结技术、超前小导管或超强管棚注浆加固技术应用研究，以提高在不良地质条件下隧道施工安全性，具备十分重要意义。
8）加强对隧道施工当代管理办法应用研究
9）增进勘察、设计、施工一体化趋势
在隧道施工过程中依照实际围岩动态来进行支护设计固然是最经济、合理和有效地。勘察、设计、施工一体化做法。

任务二：结识隧道构造
单层衬砌——重要是采用混凝土或钢筋混凝土为材料就地模筑而成，也称为“模筑衬砌”构造层次单一、形状比较复杂，受力不太合理，已经很少使用。
复合衬砌——由初期支护和内层衬砌构成。
拼装衬砌——是将衬砌分解为管片，进行工厂预制，然后运到现场安装。它既可以按老式松弛荷载理论设计为单层衬砌，也可以按当代围岩承载理论设计为内衬砌，是一种有一定发展前程衬砌形式。及时承载荷载，施工速度快，但整体性差，受力状态不太好，防水性能较差，在富水地层需要有较多支持办法。
初期支护——初期支护是协助围岩获得初步稳定，并保证隧道施工期间安全，以便挖除坑道内岩体一系列支护构造和工程办法。
后期支护（内层衬砌）——内层衬砌普通是在施作初期支护并使围岩变形基本稳定后再施作。
锚喷支护——锚喷支护是初期支护最基本构造形式，也是在常规条件下隧道工程中使用最多工程办法。锚喷支护就是锚杆（系统锚杆和局部锚杆），加喷射混凝土（素喷、网喷或钢纤维喷射混凝土），有时加设钢拱架（型钢拱架或格栅钢架）组合。
超前支护——针对掌子面前方围岩（涉及将被挖出岩体）而采用一系列支护办法。
地层改良——注浆加固是为了改良松散地层工程力学性能，而将适当胶结材料按一定注浆工艺注入到松散地层中工程办法。也称为“地层改良”。
锚杆——锚杆或锚索是用金属或其他高抗拉性能材料制作一种杆状构件。
喷射混凝土——以压缩空气为动力，将掺有速凝剂混凝土拌合料与水汇合成为浆状，喷射到坑道岩壁上并迅速凝结而成细石混凝土。
钢拱架——钢拱架因其整体刚度和强度均较大，对围岩松弛变形限制作用更强，可及时制止有害松动，也可以承受已发生松弛荷载，保证坑道稳定与安全，还可以作为超前支护反支点。
6、隧道支护构造有哪几种类型？其力学意义有何区别？
单层衬砌，复合衬砌，拼装衬砌。
初期支护是协助围岩获得初步稳定，并保证隧道施工期间安全。内层衬砌重要是承受后期围岩压力并提供安全储备，保证隧道长期稳定和行车安全。
7、隧道洞门有哪几种构造类型？
洞口环框、端墙式洞门、翼墙式洞门三种
8、隧道附属设施有哪几种？
安全避让设施（大小避车洞）、排水设施和电力及通讯信号安放设施等。尚有某些专门构造设备。如洞门检查梯、仰坡截水沟、洞内变压器洞库、电力牵引接触网绝缘梯车间、无人值守增音室等。
9、隧道附属设施标高设计规定？
对于10km以上特长隧道还应考虑设立方向装换场地（或称回车道设立）。隧道内紧急停车带间距普通可取为500-800m。超过2km以上隧道必要考虑设立宽2.5m、长25-40m紧急停车带，间隔约为750m。除了长度在100m如下，且常年干燥无水地层以外，普通水文地质条件下隧道均应设立排水设施。

任务三：结识围岩稳定性
9、成洞三种情形及影响围岩稳定地因素？
1、围岩工程地质条件：重要是指围岩所处原始应力状态；围岩破碎限度和构造特性；围岩强度特性和变形特性；地下水作用等条件。
2、隧道工程构造条件：重要是指隧道所处位置；坑道形状（特别是顶部形状）；坑道大小（跨度和高度）等条件。
3、隧道工程施工条件：重要是指施工办法（即对围岩扰动限度）；施工速度（即围岩暴露时间）；支护施作时间（即其发挥作用时机）；支护力学性能及其与围岩接触状态。
自然成拱作用？
即自然界地层天然洞室，其顶部形状都趋向于形成穹隆形（拱形）
10、地质体——工程地质学中将这些地质界面称之为构造面，将这些块体称之为构造体，并将岩体看作是由构造面和构造体构成具备构造特性地质体。
岩体——岩体是在漫长地质历史中，通过造岩、构造变形和次生蜕变而成地质体。
围岩——指坑道周边一定范畴内，对坑道稳定有影响那某些岩体。或表述为：坑道周边一定范畴内，受隧道工程施工和使用中车辆荷载影响那某些岩体。
构造体——工程地质学中将这些地质界面称之为构造面，将这些块体称之为构造体。
构造面——工程地质学中将这些地质界面称之为构造面。
填充物——？
构造特性——指构造体、构造面及填充物特性总和。详细涉及构造体形状、大小，构造面产状、分布、规模、密集限度、空间组合形式和表面形态，填充物性质和充填状况、含水状况等。
11、岩体力学性质影响因素有哪些？
变形特性、强度特性和构造特性。
有哪几项结论？
1、岩体变形特性既不同于岩石（构造体），也不同于构造面，而是呈现为“四个阶段”；
2、岩体变形都不是瞬间完毕，而是体现为或强或弱“流变特性”；
3、岩体抗压强度比岩石抗压强度低得多，且具备明显“各向异性”；
4、岩体抗剪强度重要受岩体内构造面性质和形态所控制；
5、岩体构造特性对其力学性质有着重要影响，继而影响着岩体破坏形态。
12、岩体力学性质是从哪几种方面反映？
岩体变形特性、强度特性和构造特性。
13、何谓岩体流变特性？
无论是受压或是受剪，岩体变形都不是瞬间完毕，而是随着时间增长逐渐达到最后值。岩体变形这种时间效应，称之为岩体“流变特性”。
何谓岩体强度特性？
14、岩体构造分为哪几类？
1）整体块状构造 2）层状构造 3）碎裂构造 4）散体构造
15、岩体原始应力普通特性有哪些？
多面性和地壳构造运动多样性。
16、岩体垂直应力普通特性有哪些？
岩体垂直应力随深度增长而增大，并且重要体现为自重压应力。
岩体水平应力普通特性有哪些？
1）水平应力有明显区域性。2）水平应力有强烈方向性。3）水平应力大多数为压应力，且随深度增长而增大。
17、应力场——
岩体中任何一点都受到“地应力”作用，即岩体必定总是存在于一定“应力状态”之中。
工程中将岩体存在应力状态称为“应力场”。
应力重分布——
将应力状态变化称之为“应力重分布”。
围岩应力历程——
指在隧道施工过程中，应力岩体从一次应力场经历二次应力场，到达三次应力场这样一种应力状态变化过程。
围岩二次应力场和位移场——
将变化过程中应力状态称为“二次应力场”。
18、围岩破坏失稳形态有哪几种？
1）脆性破坏2）块状运动3）弯曲折断4）松动解脱5）塑性变形
19、对围岩稳定性定性解释有哪几种方面？
1）围岩二次应力状态与其强度能力关系2）围岩二次应力状态与其变形能力关系3）围岩局部稳定性与整体性关系4）隧道构造条件与围岩稳定性关系5）隧道施工条件与围岩稳定性关系。
20、围岩稳定性分级目和原则？
目：为了工程应用便利，有必要将围岩按其稳定性好坏（能力强弱）划分为有限个级别，以便于进行工程类比。
原则：1、分级目明确、形式简朴、级数适中；
2、分级指标清晰、便于辨认，易于区别；
3、分级数据易得、便于定量，易于划分；
21、铁路（公路）隧道设计规范将隧道围岩稳定性分为几级（类）？
划分为Ⅰ-Ⅵ共六个基本级别
22、国标GBJ86-85《锚杆喷射混凝土支护技术规范》将隧道围岩稳定性分为几级（类）？
六级

任务四：理解隧道设计
23、隧道在线路上作用体当前哪几种方面？
穿越分水岭，缩短线路长度；减少线路拔起高度，减缓线路坡度；穿过稳定山体，避开不良地质条件，获得线路稳定。
24、隧道总体平面、纵断面、横断面设计原则有哪些？
宜直不适当曲，宜坡不适当平，尽量做大
25、机车车辆限界——是在记录了机车和车辆横断面最大轮廓尺寸基本上，考虑机车车辆技术改造预留空间需要，以及考虑列车装载规章容许扩大货品后，都不容许超过界限。
直线建筑物接近限界——
隧道建筑限界——铁路/公路线上所有建筑物不得侵入范畴。
净空——铁路（公路）隧道净空是指轨面（路面）以上衬砌内轮廓线所包围空间。
26、隧道净空拟定根据？
隧道净空大小应以不侵入隧道建筑限界为准。
27、曲线隧道为什么要进行净空加宽？
1）由于曲线外轨超高引起车体内倾所规定加宽值
2）由于车体平移所规定加宽值
28、铁路曲线隧道净空加宽办法？
当隧道位于平面曲线半径等于或不大于250m地段时，应在曲线内侧加宽。
29、隧道衬砌断面拟定办法？
第一是选定衬砌断面大小，即拟定所需内轮廓（即净空）尺寸大小，保证车辆安全通过；第二是选定衬砌（指单层衬砌或内层衬砌）断面计算轴线形状，调节并保证衬砌构造受力合理且形状简朴；第三是选定单层衬砌或内层衬砌厚度，检算并保证衬砌构造有足够强度、刚度和稳定性。
30、隧道支护设计原则？
“围岩不稳，支护协助，遇强则弱，按需提供，先柔后刚，量测监控，动态调节”。
设计程序？
1、依照隧道使用年限及重要性，拟定安全系数。
2、在满足直线建筑限界规定、功能规定和构造规定，保证隧道净空大小够用条件下，根据围岩稳定能力强弱、岩体构造类型、围岩压力作用和分布状态，应用工程类比办法，初步拟定支护构造横断面几何形状和尺寸等各项支护参数。
3、然后应用理论计算办法检算支护构造内力及围岩内应力，并调节横断面几何形状和尺寸，使支护受力状态及围岩应力分布均趋于合理。
4、在施工过程中队“围岩-支护”构造体系力学动态进行必要而有效现场监控量测，以验证各项参数合理性，发现和控制施工过程中浮现不良状况，并根据实际状况变化对相应支护参数乃至施工方案予以及时调节和修改。
构造类型？
（一）初期支护（外层衬砌）1、锚喷支护（常规支护）2、超前支护（特殊支护）3、改良地层（特殊办法）（二）内层衬砌（后期支护、二次衬砌）
31、工程实际中锚喷支护设计办法如何？
在工程材料、施工工艺和受力合理性等方面体现出明显特点和优越性能。
32、《隧道设计规范》提供工程类比设计参数取值范畴？
惯用喷混凝土厚度普通在5cm-20cm之间，有时也用到25cm。锚杆间距在表中已有显示，锚杆间距普通不适当不不大于其长度一半，Ⅱ-Ⅲ级围岩中锚杆间距宜为1.0m左右，且不得不不大于规范规定最大间距。

任务五：结识隧道施工办法
33、隧道施工办法有哪几类？
1）矿山法2）新奥法3）明挖法4）盖挖法5）盾构法6）掘进机法7）沉埋法
合用条件及选取原则？
表5-1 隧道施工办法及其使用条件
隧
道
施
工
方
法
地
层
条
件

矿山法
（背板法）
新奥法
（锚喷构筑法）
明挖法
盖挖法
盾构法
掘进机法
沉埋法
山岭隧道
合用
合用、最惯用
浅埋段合用

软岩段合用
使用

浅埋隧道（软岩、土质）
可用
加特殊办法合用
合用
合用
合用

水下隧道（水下地层中）

硬岩段合用

软岩段合用

合用
隧道施工办法选取原则是：应依照实际隧道工程上述三个方面条件，特别是围岩工程地质条件，充分研究、综合考虑，选取恰当施工办法，并依照各方面条件变化及时调节和变化施工办法。
所选施工办法必要与围岩自稳能力和被挖除岩体坚硬限度相适应，并尽量减少对围岩扰动、尽量保持围岩自稳能力不明显减少、尽量运用围岩自稳能力、有效保证围岩稳定。所选施工办法必要与工程地质条件变化相适应。所选施工办法必要与隧道断面大小、形状、以及洞室组合状况相适应。所选施工办法必要与施工技术水平相适应，并可以满足施工安全规定、满足作业空间规定、满足施工速度规定、满足施工成本控制规定、满足工程质量规定、满足环保规定、满足施工组织和管理方面规定。
34、老式矿山法（背板法）基本程序？

优缺陷及基本原则有哪些？
优缺陷：矿山法将围岩与单层衬砌之间关系等同于地上工程“荷载（围岩）-构造（衬砌）”力学体系。它作为一种维持坑道稳定办法，是很直观和奏效，也很容易被施工人员理解和掌握。但由于衬砌实际工作状态很难与设计工作状态达到一致，以及存在暂时支撑难以侧换等某些问题，在一定限度上限制了它发展和应用。
矿山法施工基本原则可以归纳为“少扰动、早支撑、慎撤换、快衬砌”。
35、新奥法（NATM）施工基本程序？

图5-2 新奥法施工基本程序
基本原则有哪些？
“少扰动、早锚喷、勤量测、紧封闭”。
36、新奥法与老式矿山有何异同点？
都是采用钻研爆破方式掘进，但两者支护方式有着明显地不同，两者施工原则和理论解释也不同。
37、需要采用超前支护或预先进行地层改良情形有哪些？
当隧道围岩坚硬完整时，或=或者围岩虽然比较软弱破碎，本地应力不很大，埋置深度较大时，隧道上覆岩体自然成拱作用较好，工作面稳定，既不易受地面条件影响，围岩松弛变形也不致于波及地表。
38、明挖法分为哪几种？
按照对边坡维护方式不同，浅埋明挖法可分为放坡明挖法、悬臂支护明挖法、围护构造加支撑明挖法。
39、盖挖法种类、施作顺序？
按照盖板下土体挖除和主体构造施作顺序，浅埋盖挖法可以分为盖挖顺作法和盖挖逆作法。
“盖挖顺作法”是在盖板保护下由上至下逐级分块挖除并逐次分段施作隧道衬砌构造。
“盖挖逆作法”是在盖板保护下，逐级分块挖除并逐次施作隧道衬砌构造。
盖挖法长处、盖挖法合用条件？
三、盖挖法长处
由于优先安排盖板施作，可以迅速恢复地面原状，从而最大限度地减少施工对地面交通和生活干扰；又由于有盖板保护，从而使得地下施工更为安全。
四、盖挖法合用条件
盖挖法重要使用于都市地铁特浅埋隧道及地下工程中，特别合用于地铁车站等地下洞室建筑物施工。其中盖挖顺作法重要合用于单层地铁车站施工；盖挖拟作法重要合用于多层地铁车站施工。但应当注意是，采用盖挖逆作法施工时，应特别注意构造体系受力状态转换，以保证构造受力状态良好。
40、盾构种类、优缺陷及合用地层条件？
盾构类型诸多，可按盾构断面形状，挖掘方式，盾构前部构造和排水与稳定开挖面方式进行分类。
按盾构断面形状可分为：圆型、拱型、矩形和马蹄形四种。圆形因其抵抗地层中土压力和水压力较好，衬砌拼装简便，可采用通用构件，易于更换，因而应用较广泛。
按挖掘方式可将分为：手工挖掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种。
按盾构前部构造可将分为：敞胸式和闭胸式二种。
按排除地下水与稳定开挖面方式可分为：人工井点降水、泥水加压、土压平衡式无气压盾构；局部气压盾构；全气压盾构等。
随着隧道与地下工程发展，盾构机械种类越来越多，合用性也越加广泛。普通而言，盾构法重要合用于软弱地质条件下进行暗挖法施工，最适于在松软含水地层中修建隧道，如在江河中修建水底隧道，在都市中修建地下铁道及各种市政设施。有资料显示，盾构法普通适当于长隧道施工，对于短于750m隧道被以为是最不经济。惯用盾构性能和合用条件见表5-2.
表5-2 惯用盾构性能和使用地层条件
构造
类型
挖掘
方式
盾构名称
出土办法及开挖面稳定办法
合用地层条件
附注
敞
胸
式
盾
构
手
工
挖
掘
普通盾构
暂时挡板支撑千斤顶
稳定性尚可松散地层
依照需要加以气压、人工井点降水及其他地层加固等辅助
棚式盾构
将开挖面提成几层，运用砂安息角和棚摩擦阻力使开挖面稳定
无压力砂性土地层
网络式盾构
运用土和钢制网状格栅摩擦阻力使开挖面稳定
硬塑性黏土、淤泥
半
机
械
挖
掘
反铲式盾构
手掘式盾构装上反铲式挖土机出土
稳定性较好硬土地层
旋转式盾构
手掘式盾构装上软岩掘进机出土
石质软岩
旋转刀盘式盾构
面板加单刀盘或多刀盘破岩
较稳定软岩、硬土地层
插刀式盾构
千斤顶顶推插板，机械或人工挖土
稳定性尚可硬土地层
闭
胸
式
盾
构
手
工
挖
掘
半挤式盾构
胸板局部开挖，依托千斤顶推力使土砂从开孔中挤出或自然流出
软塑性黏土、淤泥
需要时可增长辅助办法
全挤式盾构
盾构胸板无孔，不进土，完全挤入淤泥地层中
流塑性软土、淤泥
半
机
械
挖
掘
局部气压盾构
面板与隔板间加气压
有压水松软地层
不再加设其他辅助办法
泥水加压盾构
面板与隔板间加有压泥水
有压水冲击层、洪积层
土压平衡盾构
面板隔板间布满土砂，产生压力和开挖处地层压力保持平衡
软塑性淤泥、淤泥夹层
需要时可增长辅助办法
网络式挤压盾构
胸板为网络，土体通过网络孔挤入盾构
软塑性、流塑性淤泥
41、掘进机法工作原理、优缺陷？
破岩机工作原理是：运用立足于洞壁上支撑提供顶推反力，在顶推压力条件下旋转刀盘，带动盘刀在岩面上滚动，并以静压方式切削破岩，并在循环掘进过程中同步完毕对已暴露围岩初期支护。
二、全断面掘进机法优缺陷
虽然钻爆法仍是当前山岭隧道施工最普遍办法，并且是掘进机法不能取代。但随着掘进机技术发展和机械性能改进，掘进机法也体现出钻爆法不可比拟优缺陷。与矿山法等其他施工办法相比，掘进机法特点是其掘进、出渣、初期支护、管片衬砌可以同步进行，施工过程是持续，具备“工厂化”特点。因而掘进机法具备施工速度快、机械化限度高、工序简化紧凑、对底层扰动小、超欠挖量最小、洞内作业环境条件好、施工安全度高、工人劳动强度较小等长处。
但掘进机法受地质条件限制较大，它重要合用于岩体完整性较好地层中；隧道断面形状限制为圆形；一次性设备投资大；一台掘进机可以开挖断面尺寸（直径）固定，不可变化；整套机械使用寿命有限，需要在现场组装、拆缷，转移不便；需要有纯熟技术工人，对管理水平规定也更高。
42、掘进机种类及使用地层条件？
山岭隧道全断面掘进机（简称TBM）按护盾形式分为敞式、单护盾和双护盾三种。当前使用较多重要是开敞式和单护盾全断面掘进机，且重要应用于硬岩地层隧道掘进。开敞式掘进机重要合用于围岩稳定性较好坚硬完整石质岩体地层隧道中。单护盾掘进机重要合用于围岩稳定性不太好普通破碎软岩地层或硬土层隧道中。双护盾掘进机在硬岩及软岩中都可以使用，特别在围岩稳定性较差破碎软岩地层或硬土地层隧道中。
43、沉埋法重要施工程序、使用条件及长处？
沉埋法是先在隧址附近修建暂时干坞内或运用船厂船台预制管段，预制管段用暂时隔墙封闭起来；同步在设计隧道位置挖好水底基槽；然后将管段浮运到隧道位置上方；定位并向管段内灌水压载，使其下沉到水底及槽内；将相邻管段在水下连接起来并作防水解决；最后进行基本解决并回填覆土，打通暂时隔墙即成为水底隧道。
1、沉管法施工条件好。沉管隧道施工时，除接缝防水解决需要少数潜水进行水下作业外，管段预制在岸上或船坞上作业，别的基槽开挖、管段浮运、管段沉放、基本解决、覆土回填等重要工序都属于水上或水中作业，也无需气压作业，因而施工条件好，施工较为安全，从而避免了在水下地层中进行坑道开挖和支护作业及其各项困难，这一点是其他施工办法不可比拟。
2、沉管隧道可浅埋，与两岸道路衔接容易。由于沉管隧道可浅埋，与埋深较大盾构法施工隧道相比，沉管隧道路面标高可抬高，这样，与岸上道路很容易衔接，无需做较长引道，纵断面线型较好，线路条件也好。
3、对河床地质条件、水文条件适应能力强。由于沉管受到水浮力，作用于地基荷载较小，因而对各种地质条件适应能力较强。因而沉埋法施工隧道所需基槽深度较浅，相应基槽开挖和基本解决施工技术比较简朴。虽然是在深水中进行基槽开挖、管段浮运、沉放和基本解决作业，以及保证隧道构造稳定，对于潮差和流速影响也不难解决，如美国旧金山海湾地铁隧道水面至管段基底深达40.5m,比利时安特卫普斯尔德隧道处水流速度达3m/s，依然成功修建沉埋隧道。
4、沉管隧道可做成大断面多车道构造。由于采用先预制后浮运沉放施工办法，故可将隧道横向尺寸做大，一种公路隧道横断面可同步容纳4-8各车道，而盾构隧道施工时受盾构尺寸影响不也许将隧道横断面做得很大，普通为公路双车道隧道或铁路单线隧道。
5、沉管隧道防水性能好。由于每节预制管段很长，普通约100m左右（而盾构隧道预制管片每一环长度仅为1m左右），管段接缝数量很少，漏水机会与盾构管片相比成百倍减少。并且沉管接头采用水力压接法后，可达到滴水不漏限度，这一特点对水底隧道运营至关重要。
6、沉埋隧道施工工期短。由于岸上管段预制和水下基槽开挖可同步经行；并且每节预制管段很长，管段数量少，一条沉管隧道只用几节预制管段（广州珠江隧道只用5节预制管段，每节长22m-120m不等），管段浮运沉放也较快，对水上航运干扰较小，这就使沉管隧道施工工期与其他施工办法相比要短得多。特别是在水上航运繁忙河道上建设水底隧道，而管段预制地点又离隧道位置较远时。仍具备优势。
7、沉管隧道造价低。由于沉管隧道水底挖基槽土方数量少，并且比地下挖土单价低；管段预制整体制作与盾构隧道管片预制相比费用也低；管段接缝少，接缝解决费用就低。因而沉管隧道与盾构隧道相比，每延米综合单价就低。并且由于沉管隧道埋置较浅，隧道总长比深埋地下隧道要短得多，这样总造价可大幅度减少，运营费用也较低。

任务六：坑道开挖与出渣运送技术
第一项 开挖办法
44、开挖面支承作用——开挖面前方将被挖除而尚未挖除岩体，对已开挖区段围岩起着一定约束作用，这种约束作用称为开挖面支承作用或纵向成拱作用。
45、开挖办法——指对地下空间开挖成形办法。
45-1、围岩相对稳定性——围岩相对于开挖面大小体现出来稳定性，称为相对稳定性。
46、开挖轮廓线拟定如何拟定？
开挖坑道后，围岩因失去某些约束而产生向坑道方向收缩变形，保证围岩变形完毕后，坑道断面大小仍能满足设计规定（保证衬砌厚度）。施工开挖轮廓线应在设计开挖轮廓线基本上恰当加大。
预留变形量如何拟定？
可采用工程类比法拟定，设计单位都在设计文献中依照围岩级别及断面大小给出一种预计预留变形量值，施工单位可依照实际施工过程中对围岩变形进行量测所获得数据，分析拟定并予以恰当调节。
47、惯用开挖办法有哪几种？
1、全断面开挖法2、台阶开挖法3、分部开挖法
各开挖办法优缺陷、使用范畴？
全断面开挖法合用条件
全断面开挖法重要合用于围岩稳定性较好和隧道断面不太大条件下。
全断面开挖优、缺陷
①全断面开挖，在同一种工区是单工作面单循环作业，便于施工组织和管理。但单循环作业对各工序作业能力运用率不高。

图6-2 全断面开挖法
1-全断面开挖；2-锚喷支护
②全断面开挖，有较大断面进尺比（即开挖断面面积与掘进进尺之比=S/L），既便于机械破岩作业或钻眼爆破作业，又可以获得较好破岩效果。
③全断面开挖，减少了分块开挖次数，从而减少对围岩扰动次数。但在爆炸破岩时，每次爆破震动强度较大。因而规定进行严格控制爆破设计，特别是对于稳定性较差围岩。
④全断面开挖，围岩应力重分布次数少，有助于保持围岩自稳能力；且便于初期支护作业，便于及时形成力学意义上封闭承载环，从而获得基本稳定洞室。
⑤全断面开挖，可以争取较大作业空间和使用大型配套施工机械，施工速度也较快。但开挖面大，围岩相对稳定性减少，且每循环工作量相对较大，因而规定具备较强开挖能力、出渣能力和相应支护能力。
台阶开挖法使用条件
台阶开挖法重要合用于围岩稳定性较好，但隧道断面较大条件下，或者隧道断面不太大，但围岩稳定性较差条件下。
台阶开挖法优、缺陷
①将上、下半断面合为一种作业面同步开挖，与全断面开挖法基本相似，可以有足够工作空间和较快施工速度。若将上、下半断面分两次开挖，则两个工作面之间互相干扰较大，实际工程中较少采用。

图6-3 台阶开挖法
1-上、下半断面同步开挖；2-上、下半断面同步锚喷支护
②台阶开挖法将隧道下半断面滞后开挖，掌子面始终保存一种微台阶，既有助于开挖面稳定和围岩稳定，也给上部提供了一种工作平台，便于上部进行各项作业。特别是上部开挖并施作初期支护后，下部作业就较为安全，但应注意是下部开挖作业对上部已作支护影响。
③台阶开挖法既可以采用大型施工机械，也可以采用中小型施工机械，其出渣、进料运送方面也与全断面开挖法基本相似。
④台阶开挖法在遇到前方围岩地质条件突变（如突变为软弱破碎、突水、泥石流、或溶洞）时，其防御性要好某些，相对于全断面开挖法而言，可以避免导致较大损失，并且可以比较以便地转换为留核心土环形开挖法或其他分部开挖法。
分部开挖法合用条件
分部开挖法重要合用于隧道断面较大或围岩稳定性较差条件下。
分部开挖法优、缺陷
①分部开挖法将隧道断面分为几种小断面逐次开挖，使每个小断面坑道开挖跨度较小，小断面坑道围岩相对稳定性明显增强，且坑道断面较小时也便于进行围岩局部支护。因而分部开挖法重要合用于设计断面较大或围岩软弱破碎严重稳定性较差隧道中。
②分部开挖法由于作业面较多，各工序互相干扰较大，且增长了对围岩扰动次数，若采用钻爆掘进，则更不利于围岩稳定，施工组织和管理难度亦较大。
③导坑超前开挖，有助于提前探明地质状况，并予以及时解决。但若采用导坑断面过小，则施工速度就较慢。
48、开挖办法选取原则？
应重要考虑围岩稳定性，隧道设计断面大小和形状，开挖对围岩扰动，施工过程中岩体应力重分布和构造体系转换等因素影响；同步兼顾考虑作业空间大小、支护条件和作业能力、工期规定、工区长度、经济性等因素影响，进行综合分析，选用既有助于围岩稳定，又满足作业空间等规定开挖办法。
49、隧道开挖应遵循基本原则有哪些？
隧道开挖办法选取就是要拟定横向分部开挖面大小（宽度×深度）和纵向分段挖进深度，及其动态调节办法。
第二项 掘进方式
50、掘进方式——指对坑道范畴内岩体挖掘方式（破岩方式）。
岩体抗破坏性——岩体结实性和岩体抗爆破性
51、惯用掘进方式有哪几种？
钻眼爆破掘进、全断面掘进机掘进、自由断面掘进机掘进、人工掘进四种。
各掘进方式优缺陷、使用范畴？
1）爆炸破岩对围岩扰动较大，导致围岩稳定减少，有时由于爆破震动致使围岩产生坍塌，故普通只合用于围岩稳定性较好石质岩体隧道中。但随着控制爆破技术发展，爆破法应用范畴也逐渐加大，如用于软石及硬土松动爆破。钻眼爆破掘进是普通山岭隧道工程中最惯用掘进方式。钻眼爆破需要专用钻眼设备及消耗大量炸药等爆破材料，并只能分段循环掘进。
2）全断面掘进机是采用装在掘进机前端圆形刀盘中切削力来破碎岩体，它可以一次完毕隧道圆形断面掘进。全断面挖掘机避免爆破震动对围岩破坏，掘进时对围岩扰动破坏较小，自身破岩能力较强，故普通合用于围岩完整性和稳定性较好硬岩地层中。机械化、集成化限度很高，施工速度快。（见特殊施工办法第二项）。
3）自由断面挖掘机掘进是采用装在可移动式机械臂上切削头来破碎岩体，并逐渐完毕隧道断面成型。自由断面挖掘机避免爆破震动对围岩破坏，掘进时对围岩扰动破坏小，但自身破坏能力较小，故普通合用于围岩稳定性较差软岩隧道及土质隧道中，特别合用于配合敞胸式盾构施工。
4）人工掘进对围岩扰动破坏小，有助于保持围岩原有稳定能力，但人工掘进速度较慢，劳动强度较大，安全性差，故普通合用于围岩稳定性较差土质隧道或软岩隧道中。
只在特殊地质条件或特小断面隧道工程中偶有采用。如在不能采用爆破掘进软弱破碎围岩和土质隧道中，若隧道工程量不大，工期规定不太紧，又无机械或不适当采用机械掘进时，则可以采用人工掘进。
52、隧道掘进方式选取原则？
掘进方式选取原则是：应重要考虑坑道范畴内被挖除岩体结实性，掘进方式对围岩扰动限度、围岩抗扰动能力（即其稳定性），另一方面要考虑开挖办法、作业空间大小、机械配备能力、工期规定、工区长度、经济性等因素影响，进行综合分析，选用既经济、迅速，又不严重影响围岩稳定掘进方式。
53、隧道掘进应遵循基本原则有哪些?
隧道掘进方式选取就是要拟定每一某些岩体破岩挖除方式，以及破岩时对围岩