公路工程施工技术及流程

隧道新奥法施工工艺流程见图8.7。

图8.7　新奥法施工工艺流程

1）洞口施工与进洞方法

隧道洞口段常处于浅埋段，大多穿越山体表层，地质条件复杂，岩石风化严重，岩石破碎、孔隙较大，土质松散，强度低，渗水，稳定性差，易发生坍塌、冒顶等施工事故，洞口施工人员、机械安全风险较大，因此隧道洞口及进洞施工需要引起高度重视，合理选择进洞方法，杜绝施工安全质量事故。

常见的隧道进洞方法有超前小导管进洞和超前管棚进洞（图8.8）两种，无论采用哪种进洞方法都必须先在洞口位置设置钢筋混凝土套拱（图8.9），并在套拱内按设计要求预埋导管（孔口管），以便向洞内施做小导管或长管棚。

图8.8　隧道长管棚进洞施工示意图

图8.9　混凝土套拱施工

2006年7月，由中国公路学会隧道工程分会、江苏省交通厅、江苏省公路学会主办的“江苏宁淮高速公路老山隧道环保型建设技术暨大跨径隧道技术学术研讨会”在南京召开，大会对公路隧道洞口环保修建技术进行了深入探讨和广泛交流，确定了公路隧道洞口修建应遵循的发展方向，明确地提出了隧道洞口“零开挖”的设计施工理念。在“零开挖”的进洞理念提出后，代表工法主要是“前置洞口法”（图8.10）。其施工方法是在洞外不开挖山脚土体的情况下，采用两侧开槽逐榀施做工字钢拱架，随着钢拱架推进逐渐“亲吻”山体，拱架间以纵向钢筋连接为整体，浇筑混凝土后形成临时衬砌；在洞前以临时衬砌成洞，回填反压后再进行临时衬砌内暗挖施工。这种方法首先在江苏宁淮高速公路老山公路隧道得到应用。

图8.10　前置洞口法

2）超前地质预报

隧道穿越的地层千变万化，可能遇到各种各样的地质状况。隧道勘察的局限性导致地质资料不能完全反映实际的地质情况。因此，在施工过程中为了保证施工安全，需要通过超前地质预报对前方围岩状况进行预测，对可能出现的灾害进行合理评估，并提前采取应对措施，以避免发生灾害。

在隧道工程施工中，前方可能常常遇到危险的地质结构，如采空区、断层破碎带、岩溶带、煤与瓦斯突出的危险地段。这些段落的地质结构通过一般的检测仪器难以发现，需要采用特殊的专业技术手段进行超前地质预报，以提前发现不良地质并采取应对措施，保证工程施工安全。

常用的超前地质预报方法主要有隧道地震预报法（简称TSP）和地质雷达法。

（1）TSP超前地质预报

TSP超前地质预报系统是利用人工制造系列轻微震源，产生地震波信号，地震波信号在隧道周围岩体内传播，当其遇到地层层面、节理面特别是断层破碎带界面和溶洞、暗河等不良地质界面时，会发生反射（图8.11）。界面两侧围岩的岩性差别越大，反射信号越强。通过传感器和记录仪采集、记录反射波信号，然后将其传输至微机由分析软件进行分析、计算，形成反映地质界面的象点图，供分析人员解译。

图8.11　TSP超前地质预报原理示意图

（2）地质雷达法

地质雷达是利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描，以确定其内部形态和位置的电磁技术。其理论基础为高频电磁波理论，利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式由地面通过发射天线送入地下，经地下不连续体或目的体反射后返回地面为接收天线所接收，反射电磁波经过一系列的处理和分析之后可以得到探测介质的有关信息（如节理、裂隙、断裂等解译），其探测原理如图8.12所示。

图8.12　地质雷达探测原理

从反射波的连续性特点看，电磁波在正常衰减过程中遇到较强的反射界面时，波幅会骤然增加，同相轴明显之后恢复正常变化规律。反之，若目标体中存在许多杂乱无章的界面，雷达接收到的这些界面的反射回波信号时波幅小、波形杂乱无章，同相轴将很不连续。

地质雷达系统主要由控制单元、发射机、接收机及电源、光缆、通信电缆、触发盒、测量轮等辅助元件组成。

3）超前支护

由于初期喷锚支护强度的增长不能满足洞体稳定的要求，可能导致洞体失稳，或由于大面积淋水、涌水，难以保证洞体稳定时，在隧道开挖前可采用超前支护措施对围岩进行加固。

公路隧道施工中常用的超前支护措施见图8.13。

图8.13　常用的超前支护稳定措施

超前支护措施应视围岩地质条件、地下水情况、施工方法、环境要求等具体情况而选用，并尽量与常规施工方法相结合，进行充分的技术经济比较，选择一种或几种同时使用。施工中应经常观测地形、地貌的变化以及地质和地下水的变异情况，制定相关的安全施工细则，预防突然事故发生。必须坚持“先支护（或强支护）、后开挖、短进度、弱爆破、快封闭、勤测量”的施工原则，并做好详细的施工记录。

（1）超前锚杆锚固前方围岩

①构造组成。超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固，在提前形成的围岩锚固圈保护下进行开挖作业（图8.14）。

图8.14　超前锚杆锚固前方围岩

②性能特点及适用条件。超前锚杆支护的柔性较大，整体刚度较小。虽然可以与系统锚杆焊接以增强其整体性，但对于围岩应力较大时，其后期支护刚度有些不足。此类超前支护主要适用于地应力不大、地下水较少的软弱围岩的隧道工程中，如土砂质地层、弱膨胀性地层、流变性较小的地层、裂隙发育的岩体及断层破碎等，浅埋无显著偏压的隧道，也适宜采用中小型机械施工。

③设计、施工要点：

a.超前锚杆的超前量、环向间距、外插角等参数，应视围岩地质条件、施工断面大小、开挖循环进尺和施工条件而定。一般超前长度为循环进尺的3～5倍，长3～5 m，环向间距0.3～1.0 m；外插角宜用10°～30°；搭接长度宜为超前长度的40%～60%，即大致形成双层或双排锚杆。

b.超前锚杆宜用砂浆全黏结式锚杆，锚杆材料可用直径不小于22 mm的螺纹钢筋。

c.超前锚杆安装误差，一般要求孔位偏差不超过10 cm，外插角不超过2°，锚入长度不小于设计长度的90%。

d.开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区，使超前锚杆前端有一个稳定的支点，其尾端应尽可能多地与系统锚杆及钢筋网焊连。若掌子面出现滑塌现象，则应及时喷射混凝土封闭开挖面，并尽快打入下一排超前锚杆，然后才能继续开挖。

e.开挖后及时喷射混凝土，并尽快封闭环形初期支护。

f.开挖过程中应密切注意观察锚杆变形及喷射混凝土层的开裂、起鼓等情况，以掌握围岩动态，及时调整开挖及支护参数，如遇地下水则可钻孔引排。

（2）管棚超前支护前方围岩

①构造组成。管棚支护是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角，向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩预支护的一种支护方式（图8.15）。采用长度小于10 m的钢管称为短管棚；采用长度为10～45 m且较粗的钢管称为长管棚；采用钢插板（长度小于10 m）的称为板棚。

图8.15　管棚超前支护前方围岩

②性能特点及适用条件。管棚因采用钢管或钢插板作纵向预支撑，又采用钢拱架作环向支撑，其整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力。因此，管棚法特别适用于围岩压力来得快、来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱破碎围岩隧道工程，如土砂质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带、浅埋有显著偏压等围岩的隧道中。此外，在一般无胶结的土及砂质围岩中，采用插板封闭较为有效；当遇到流塑状岩体或岩溶严重流泥地段或地下水丰富的岩层，采用管棚与围岩内注浆相结合的手段加固围岩，也是行之有效的方法。短管棚一次超前量少，基本上与开挖作业交替进行，占用循环时间较长，但钻孔安装较容易。长管棚一次超前量大，虽然増加了单次钻孔或打入长钢管的作业时间，但减少了安装钢管的次数，减少了与开挖作业之间的干扰。在长钢管的有效超前区段内，基本上可以进行连续开挖，也更适用于采用大中型机械进行大断面开挖。

③设计、施工要点：

a.管棚的各项技术参数要视围岩地质条件和施工条件而定。长管棚长度不宜小于10 m，一般为10～45 m；管径70～180 mm，孔径比管径大20～30 mm，环向间距0.2～0.8 m；外插角1°～2°；两组管棚间的纵向搭接长度不小于1.5 m，钢拱架常采用工字钢拱架或格栅钢架。

b.钢拱架应安装稳，其垂直度允许误差为±2°，中线及高程允许误差为±5 cm；钢管应从工字钢腹板圆孔穿过，或穿过钢拱架；钻孔方向应用测斜仪监测控制，钢管不得侵入开挖轮廓线。钻孔平面误差不大于15 cm，角度误差不小于0.5°。

c.第一节钢管前端要加工成尖锥状，以便于导向插入。施工时按打一眼、装一管、由上而下的顺序进行。

d.长钢管应用4～6 m管节逐段接长，打入一节，再连接后一节，连接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于15 cm；为保证受力均匀，钢管接头应纵向错开，一般按编号，偶数第一节用4 m，奇数第一节用6 m，以后各节均采用6 m。

e.当需增加管棚刚度时，可在安装好的钢管内注入水泥砂浆，一般在第一节管前段管壁交错钻若干个深10～15 mm孔，以便于排气和出浆，或在管内安装出气导管，浆液注满后方可停止压注。

f.水泥砂浆强度等级可用M20～M30，并适当加大灰砂比。

g.钻孔时如出现卡钻或塌孔，应注浆后再钻，有些土质地层则可直接将钢管顶入。

（3）超前小导管注浆

①构造组成。超前小导管注浆是在开挖前，先用喷射混凝土将开挖面5 m范围内的坑道封闭，然后沿坑道周边向前方围岩内打入带孔小导管，并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就形成了有一定厚度的加固圈（图8.16）。在此加固圈的保护下即可安全地进行开挖作业。若小导管前端焊一个简易钻头，则可钻孔、插管一次完成，称为自进式注浆锚杆。

图8.16　超前小导管支护纵向布置示意图

②性能特点及适用条件。超前小导管注浆支护是通过小导管对围岩进行注浆加固，浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后，不仅将岩块或颗粒胶结为整体起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道渗流通道，起到了堵水作用。因此，超前小导管注浆不仅适用于一般软弱破碎围岩，也适用于地下水丰富的软弱破碎围岩。

③小导管布置和安装：

a.小导管钻孔安装前，对开挖面及5 m范围内的坑道喷射5～10 m厚混凝土封闭。

b.小导管一般采用直径32 mm焊接管或42 mm无缝钢管制作，长度宜为3～6 m，前端做成尖锥形，前段管壁上每隔10～20 cm交错钻眼，眼孔直径宜为6～8 mm。

c.钻孔直径应较管径大20 mm以上，环向间距应按地层条件而定，渗透系数大的，间距亦应加大，一般采用20～50 cm；外插角应控制在10°～30°，一般采用15°。

d.V级围岩劈裂、压密注浆时采用单排管；VI级围岩或塌方时可采用双排管；地下水丰富的松软层，可采用双排以上的多排管；渗入性注浆宜采用单排管；大断面或注浆效果差时，可采用双排管。

e.小导管插入后应外露一定长度，以便连接注浆管，并用塑胶泥将导管周围孔隙封堵密实。

④注浆施工要点：

a.小导管注浆孔口最高压力应严格控制在允许范围内，以防压裂开挖面。注浆压力一般为0.5～1.0 MPa，止浆塞应能经受注浆压力。注浆压力与地层条件及注浆范围要求有关，一般要求单管注浆能扩散到管周0.5～1.0 m半径范围内。

b.要控制注浆量，每根导管内已达到规定注入量即可结束；如孔口压力已达到规定压力值，但注入量仍不足，亦应停止注浆。

c.注浆结束后，应做一定数量的钻孔检查或用声波探测仪检查注浆效果。如未达到要求，应进行补注浆。

d.注浆后应视浆液种类，等待4（水泥-水玻璃浆）～8 h（水泥浆）方可开挖。开挖长度应按设计循环进尺的规定，以保留一定长度的止浆墙（即超前注浆的最短超前量）。

e.自进式注浆锚杆是将超前锚杆与超前小导管注浆相结合的一种先进的超前支护措施。它主要做了以下几点改进：其一，它在小导管前端焊接了一个简易的一次性钻头或尖端，从而将钻孔和定管同时完成，缩短了导管安装时间；尤其适用于钻孔易坍塌的地层；其二，对于可以采用水泥浆的地层，它改用水泥砂浆压注，可进一步降低造价；其三，导管采用波纹或变径外形，以增加黏结力和锚固力，增强了加固效果。

（4）超前深孔帷幕注浆

①超前注浆。常规的围岩注浆对围岩加固范围和加固处理程度有限。当在不便采取其他施工方法（如盾构法）时，深孔预注浆加固围岩就较好地解决了这些问题，其注浆后即可形成较大范围的筒状封闭加固区，称为帷幕注浆。

深孔预注浆一般可超前开挖面30～50 m，可以形成有相当厚度和较长区段的筒状加固区，从而使堵水效果更好，也使注浆作业次数减少。它更适用于有压地下水及地下水丰富的地层中，可采用大中型机械化施工。如果隧道埋深较浅，则注浆作业可在地面进行；对于深埋较大的隧道，可利用辅助平行导坑对正洞进行预注浆，这样都可以避免与正洞施工的干扰，缩短施工工期。

②注浆范围。图8.17为围岩注浆加固范围示意图，即形成筒状加固区。要确定加固区大小，即确定围岩塑性破坏区大小，可以按岩体力学和弹塑性理论计算出开挖坑道后围岩的压力重分布结果，并确定其塑性破坏区大小，也就是应加固区大小。

③施工要点：

a.注浆管一般采用带孔眼的焊接钢管或无缝钢管。注浆管壁上有眼部分的长度应根据注浆孔位置和注浆区域确定，其余部分不钻眼，并用止浆塞将其隔开，使浆液只注入有效区域。止浆塞常用的有两种：一种是橡胶式，一种是套管式。安装时，将止浆塞固定在注浆管的设计位置，一起放入钻孔，然后用压缩空气或注浆压力使其膨胀而堵塞注浆管与钻孔之间的间隙。此法主要用于深孔注浆。

图8.17　超前深孔帷幕注浆

另外，若采用全孔注浆，则可以用铅丝、麻刀或木楔等材料在注浆孔口间将间隙堵塞。但全孔注浆因浆液流速慢，易造成“死管”问题，尤其是深孔注浆时。

b.钻孔可用冲击式钻机或旋转式钻机，应根据地层条件及成孔效果选择。钻孔位置应满足设计要求，孔口位置偏差不超过5 cm，孔底位置偏差不超过孔深的1%，钻孔应清洗干净，并做好钻孔记录。

c.注浆应按先上方后下方，或先内圈后外圈，先无水孔后有水孔，先上游（地下水）后下游的顺序进行。利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固。

d.注浆结束条件应根据注浆压力和单孔注浆量两个指标来判断确定。单孔结束条件为注浆压力达到设计终压；浆液注入量达到计算值的80%以上。全部结束条件为：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注。注浆结束后必须对注浆效果进行检查，如未达到设计要求，应进行补孔注浆。

e.除在注浆前进行钻孔质量和材料质量检査、注浆后对注浆效果检查外，注浆过程中应密切注意注浆压力的变化。采用双液注浆时，应经常测试混合浆液的胶凝时间，发现问题应立即处理。

f.注浆后应视浆液种类，等待4（水泥-水玻璃浆）～8 h（水泥浆）方可开挖，但应注意保留止浆墙，并进行下一循环注浆。

4）隧道开挖

（1）隧道开挖方法

在隧道开挖过程中，不同的开挖方法对保持围岩的稳定状态有直接而重要的影响。正确的开挖方法能够很好地适应地质条件及其变化，并能保持围岩的稳定。新奥法常用的开挖方法有全断面法、台阶法、环形开挖留核心土法、CD法（中隔墙法）、CRD法（交叉中隔壁法）和侧壁导坑法。

①全断面法。全断面法主要适用于较好围岩，施工操作比较简单。为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面法施工（图8.18）。全断面法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，便于施工组织和管理。但由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大，对于岩质隧道每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业。

图8.18　全断面法施工示意图

②台阶法。台阶法是隧道施工最为常用的一种方法（图8.19），因其开挖步序少，施工速度快而易于为工程技术人员所采用。

图8.19　台阶法施工示意图

根据台阶长度不同，又划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法3种。施工中采用哪一种台阶法，要根据两个条件来决定：第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短；第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。对软弱围岩，主要考虑前者，以确保施工安全；对较好围岩，主要考虑如何更好地发挥机械设备的效率，保证施工中的经济效益，因此只考虑后一条件。

a.长台阶法。长台阶法开挖断面小，有利于维持开挖面的稳定，适用范围较全断面法广，适用于地质条件较差的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，在上、下两个台阶上，分别进行开挖、支护、运输、通风、排水等作业，因此台阶长度适当长一些，一般至少为50 m。但台阶长度过长，如大于100 m，则增加了轨道铺设长度，同时其通风、排水难度也大大增加。这样反而降低了施工综合效率，因此推荐台阶长度为50～80 m。

b.短台阶法。短台阶法适用于地质条件差的Ⅳ、Ⅴ级围岩，台阶长度定为10～15 m，即1～2倍开挖宽度，主要是考虑拉开工作面，减少干扰，因此台阶长度不宜过短。上台阶一般采用少药量的松动爆破，出渣采用人工或小型机械转运至下台阶，一般不考虑有轨运输，因此台阶长度不宜过长，如果超过15 m，则出渣所需的时间就过长。

短台阶法可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。

c.微台阶法。微台阶法是全断面开挖的一种变异形式，适用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩，一般为3～5 m台阶长度，台阶长度小于3 m时，无法正常进行钻眼和拱部的喷锚支护作业；台阶长度大于5 m时，利用爆破将石渣翻至下台阶有较大的难度，必须采用人工翻渣，所以不可取。微台阶法上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。

根据地层情况不同，采用不同的开挖长度，一般在地层不良地段每次开挖进尺采用0.5～0.8 m，甚至更短，由于开挖距离短可争取时间架立钢拱架，及时喷射混凝土，减少坍塌现象发生。

③环形开挖留核心土法。环形开挖留核心土法常用于Ⅵ级围岩单线和Ⅴ～Ⅵ级围岩双线隧道掘进。施工顺序为：人工或单臂掘进机开挖环形拱部→架立钢支撑→挂钢丝网→喷射混凝土。在拱部初期支护保护下，开挖核心土和下半部，随即接长边墙钢支撑，挂网喷射混凝土，并进行封底。根据围岩变形，适时施做二次衬砌。

环形开挖留核心土法施工开挖工作面稳定性好，施工较安全，但施工干扰大、工效低（图8.20）。在土质及软弱围岩中使用较多，在大秦线军都山隧道黄土段等隧道施工中均有应用。

图8.20　环形开挖预留核心土法开挖步序三维图（1～6为土体开挖顺序）

④CD法和CRD法。CD法也称中隔墙法，主要适用于地层较差和不稳定V～Ⅵ级岩体，且地面沉降要求严格的地下工程施工。当CD法仍不能满足要求时，可在CD法的基础上加设临时仰拱，即所谓的CRD法（也称交叉中隔墙法）。CRD法的最大特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期沉降好，每个步序受力体系完整。因此，结构受力均匀，形变小。另外，由于支护刚度大，施工时隧道整体下沉微弱，地层沉降量不大，而且容易控制。

大量施工实例资料的统计结果表明，CRD法优于CD法（前者比后者减少地面沉降近50%）。但CRD法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在地面沉降要求严格时才使用。图8.21、图8.22所示分别为CRD法和CD法施工实例。

图8.21　交叉中隔壁（CRD法）施工工序

Ⅰ～Ⅳ—洞内土体开挖顺序；①～⑥—支护结构施做顺序

图8.22　中隔壁法（CD法）施工工序

Ⅰ～Ⅵ—洞内土体开挖顺序；①～⑧—支护结构施做顺序

⑤侧壁导坑法。侧壁导坑法分单侧壁导坑和双侧壁导坑（图8.23），以双侧壁导坑法为例来说明。双侧壁导坑法也称眼镜工法，是变大跨度为小跨度的施工方法。其实质是将大跨度分成3个小跨度进行作业，主要适用于地层较差、断面很大的公路隧道及地下工程。该法工序较复杂，导坑支护拆除困难，有可能由于测量误差而引起钢架连接困难，从而加大了下沉值，而且成本较高，进度较慢。一般采用人工和机械混合开挖，人工和机械混合出渣。

图8.23　侧壁导坑法施工示意图

实践证明：选择合理的施工方法，可以安全地施工隧道，并将地表沉降控制在设计要求范围内。因此，选择一种合理的施工方法是工程成败的关键。综合国内外施工经验，基于经济性及工期考虑，其施工方法选择的顺序为：全断面法→台阶法→环形开挖预留核心土法CD法→CRD法→侧壁导坑法。从安全性角度考虑，顺序正好相反。工程实践中，应根据地质条件、断面大小、地面环境等因素从施工方法的可实现性、安全性、工期、适应性、技术性和经济性6个方面综合考虑，选择施工方法。

新奥法常用的7种开挖方法的优缺点汇总如表8.3所示。

（2）隧道开挖方式

开挖方式是指对隧道范围内岩体的挖除方式（破岩方式），常用的公路隧道开挖方式有人工开挖、机械挖掘及钻眼爆破开挖3种。

①人工开挖。人工开挖是采用十字镐、风镐（图8.24）等简易工具来挖除岩体。人工开挖对围岩的扰动破坏小，有利于保持围岩原有的稳定能力，但人工开挖速度较慢，劳动强度较大，安全性差，故一般适用于围岩稳定性较差的土质隧道或软岩隧道中。如在不能采用爆破开挖的软弱破碎围岩和土质隧道中，若隧道工程量不大，工期要求不太紧，又无机械或不宜采用机械开挖时，则可以采用人工开挖。人工开挖时，尤其应做好安全防护措施，并安排专人负责工作面的安全观察。

表8.3　不同开挖方法对比表

图8.24　人工破碎常用设备

②机械挖掘。机械挖掘有两方面含义：大型综合机械和一般机械。大型综合机械指的是TBM与盾构，一般机械常见的是挖掘机和独臂钻。它们均采用机械方式切削破碎岩土并挖除坑道范围内的岩土。

a.挖掘机。挖掘式挖掘机一般用用来挖土方，有正铲和反铲之分（图8.25），隧道挖掘中由于作业空间有限常用正铲挖掘机。可以将挖掘和装渣同机完成，但其破岩能力有限，一般只适用于挖掘硬土至软塑泥质土，且需配以人工修凿周边。

b.掘进机（独臂钻）。采用装在可移动式机械臂上的切削头来破碎岩体，可以挖掘各种土和中硬以下的岩石，它集挖渣、装渣于一身（图8.26）。

图8.25　隧道开挖中常用的挖掘机

图8.26　悬臂式隧道掘进机

c.钻眼爆破开挖。钻眼爆破开挖是在被爆破岩体各个部位钻孔后，将炸药分散安装于各个钻孔中并引发炸药爆炸，从而爆破坑道范围内的岩体。爆破开挖对围岩的扰动较大，导致围岩稳定能力降低，有时由于爆破震动致使围岩产生坍塌，故其一般只适用于围岩稳定性较好的石质岩体隧道中。但随着控制爆破技术的发展，爆破法的应用范围也逐渐加大，如用于软石及硬土的松动爆破、预裂爆破、水压爆破、毫秒微差爆破等已经成为山岭隧道施工常见的爆破方式。

5）初期支护

隧道开挖后，为了有效约束和控制围岩变形，增强围岩稳定性，保证施工安全，以及为了确保运营过程中的稳定、耐久，减少阻力和美观，均须施做必要的结构作为支护，通常称为初期支护。

初期支护一般有喷射混凝土、锚杆、钢拱架、钢筋网等以及其组合形式，其应紧跟隧道开挖作业面及时施做，结合监控量测成果，及时封闭成环，保证施工安全。

（1）喷射混凝土施工

喷射混凝土是在地下工程施工中，为尽快使开挖土体面稳定的一种支护措施。它借助喷射机械，利用压缩空气作动力，将水泥、砂、石子、水配合的拌和料，并掺加速凝剂，通过高压管高速喷射到受喷面上，依靠高速喷射时集料的反复连续撞击压密混凝土硬化而成，使喷射的混凝土能够在几分钟内终凝，且强度增长快，并与其他支护措施如锚杆、钢筋网联合形成支护整体共同承受拉应力和剪应力，大幅度地提高工作面土体的承载力，并快速稳定。

①喷射混凝土施工工艺。喷射混凝土施工工艺常有干喷、湿喷及潮喷3种，它们之间的主要区别是各工艺流程的投料程序不同，尤其是加水和速凝剂的时机不同。干喷是将骨料、水泥和速凝剂按一定的比例干拌均匀，然后装入喷射机，用压缩空气使干集料在软管内呈悬浮状态送到喷枪，再在喷嘴处与高压水混合，以较高速度喷射到岩面上。湿喷是将集料、水泥和水按设计的比例拌和均匀，用湿式喷射机压送拌和好的混凝土混合料到喷头处，再在喷头上添加速凝剂喷出。潮喷是将骨料预加少量水，使之呈潮湿状，喷射时在喷射口再加剩余的大部分水。在公路工程隧道施工中，应优先选用湿喷，不得使用干喷。

②喷射混凝土用机械设备。为保证喷射混凝土质量，减少粉尘和回弹量，施工中所使用的主要机具设备有喷射机、喷射机械手、强制式搅拌机（拌和机）、压力水泵、压风机（压缩空气机）、上料机等。喷射混凝土施工机具应符合下列规定：

a.密封性良好，不漏水、不漏气。

b.生产能力（混合料）为3～5 m3/h。

c.输送连续、均匀；允许输送的集料最大粒径为2.5 cm；输送距离（干混合料）：水平方向为10 m，垂直方向为30 m。

d.喷射混凝土所选用的空压机，应满足喷射机作业风压和耗风量的要求，作业效率高。

e.混合料拌和应采用强制式拌和机。喷射机应具有较大的混凝土流动性能。

f.压风机要求风管不翻风，压力水泵要求水管不漏水，并应经过试运转，检查工作状态是否良好。机械及管路要求检修完好，管路和接头要保持良好；输料管在使用过程中应注意转向连接良好，以减少管道磨损等。

③喷射混凝土施工要点如下：

a.喷射混凝土作业前，应做好以下准备工作：

•检查开挖断面净空尺寸。

•清除松动岩块和墙脚岩渣、堆积物，并向料斗加水冲洗受喷面（当岩面受水容易潮解、泥化时，只能高压风清扫）。

•设置控制喷射混凝土厚度的标志。

•检查机具设备和风、水、电等管线路并试运转，喷射机应具有良好的密封性能，输料连续、均匀，附属机具的技术条件应能满足喷射作业需要。

•岩面如有渗漏水，应妥善处理。

b.喷射混凝土配合比设计必须同时满足混凝土性能和喷射混凝土工作度（可喷性）要求。喷射混凝土配合比应通过试验确定，并应遵循下列原则：

•水胶比：根据喷射混凝土强度由试验确定，宜控制在0.4～0.5。

•用水量：根据混凝土坍落度要求确定（采用减水剂时可降低用水量）。

•胶凝材料用量：根据水胶比和用水量计算确定，但不宜小于400 mg/m。

•砂率：宜为45%～60%。

•和易性：喷射混凝土拌和物应无离析和泌水、黏聚性好，喷射混凝土最适宜的坍落度为5～6 cm。

•早期强度：按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T 23—2011）测试喷射混凝土早期强度时，其24 h抗压强度应不低于10 MPa。

c.混凝土喷射作业可参照以下要求进行：

•喷射作业应分段分片依次进行，喷射顺序自下而上进行（图8.27）。

•一次喷射厚度可根据喷射部位和设计厚度确定，且拱部不得超过6 cm，边墙不得超过10 cm。

•喷嘴与岩面保持垂直，且距受喷面1.5～2.0 m为宜。

•喷射混凝土时控制好风压和速凝剂掺量，减少回弹量，喷射压力控制在0.15～0.2 MPa为宜。

图8.27　喷射混凝土操作示意图

•分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝1 h后再喷射，应用水清洗喷射表面。

•对于较大的凹洼处，先喷射填平。

•喷射作业紧跟开挖作业面时，下一循环爆破应在喷射混凝土终凝3 h后进行。

•有渗水和大面积潮湿的岩面与喷射混凝土不易黏结，为了增加其黏结性，初喷在岩面上的混凝土可适当增加水泥用量。

•喷射混凝土作业完成后应及时对机具进行清洗。

d.喷射混凝土完成后，应及时进行养护，其养护应符合下列规定：

•混凝土喷射终凝2 h后，应采用养护台架进行湿润养护，养护时间不得少于14 d。

•黄土或其他土质隧道，以喷雾养护为宜，以防止喷水过多软化下部土层。

•隧道内环境气温低于5℃时，不得进行喷水养护。

e.喷射混凝土在冬期施工时，应满足以下要求：

•喷射作业区的气温不应低于5℃，在结冰的岩面上不得喷射混凝土。

•混合料进入喷射机料斗前温度不应低于5℃。

•对液体速凝剂进行加热处理，温度不应低于10℃（最佳为20℃）。

•喷射混凝土强度未达到6 MPa前，不应使其受冻。

f.喷射混凝土施工作业中的安全与防护应符合下列要求：

•施工用作业台架应牢固可靠，并应设置安全栏杆。

•应定期检查电源线路和设备的电器部件，确保用电安全。

•施工中，应经常检査输料管、接头的磨损情况。有磨损、击穿或松脱等现象时，应及时处理。

•检修机械或设备故障时，必须在断电、停风条件下进行，检修完毕向机械设备送电送风前必须事先通知有关人员。

•采用加大风压处理堵管事故时，应先关机，将输料管顺直，紧按喷嘴，喷嘴前方禁止站人，疏通管路的工作风压不得超过0.5 MPa。

•非施工人员不得进入正在进行喷射的作业区，施工中喷嘴前严禁站人。

•喷射作业人员应戴防尘口罩、防护帽、防护眼镜、防尘面具等防护用具，作业人员应避免直接接触碱性液体速凝剂，不慎接触后应立即用清水冲洗。

g.喷射混凝土施工时应对其质量进行检查，混凝土表面应平整，无空鼓、裂缝、酥松并用喷射混凝土（或砂浆）对基面进行找平处理，平整度用2 m靠尺检查，表面平整度允许偏差般为10 cm。

（2）钢筋网施工

在喷射混凝土中增设钢筋网，可以防止受喷面由于承受喷射力而塌落，减少回弹量、喷射混凝土层开裂，增强初期支护的整体作用，通常与锚杆或钢架焊接成一体。

钢筋网铺设应符合下列要求：

①钢筋网宜在初喷混凝土后铺挂，使其与喷射混凝土形成一体，底层喷射混凝土厚度不宜小于4 cm。

②砂土层地段应先铺挂钢筋网，沿环向压紧后再喷混凝土。

③采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设，其覆盖厚度不应小于3 cm。

④钢筋网可利用风钻气腿顶撑，以便贴近岩面，钢筋网应与锚杆或其他固定装置连接牢固，与钢架绑扎时，应绑在靠近岩面一侧。

⑤喷射混凝土时，应调整喷头与受喷面的距离、喷射角度，以减少钢筋振动，降低回弹量，并保证钢筋网喷射混凝土保护层厚度不小于4 cm。

⑥喷射中如有脱落的石块或混凝土块被钢筋网卡住时，应及时清除。

（3）锚杆施工

锚杆是用金属或其他高抗拉性能材料制作的一种杆状构件。锚杆是喷锚支护中的一个重要组成部分，在喷锚联合支护中起着主要作用。锚杆除了与喷射混凝土联合使用外，也可以单独使用。在隧道开挖过程中，用锚杆作为保证施工安全临时支护很方便。在一些小跨度隧道中，为了简化施工工序，节省材料，也常常单独采用锚杆支护，此时为防止两根锚杆之间岩块掉落可辅以铁丝网、横梁、背板等。隧道开挖后，应尽快安设锚杆，以确保隧道围岩稳定和施工安全。

锚杆种类很多，若按其与被支护体的锚固形式如图8.28所示。下面简要介绍公路隧道施工中常用的几种锚杆构造和施工要点。

图8.28　锚杆种类

①普通水泥砂浆锚杆。普通水泥砂浆锚杆是以普通水泥砂浆作为黏结剂的全长黏结式锚杆，其构造如图8.29所示。其施工要点如下：

a.砂浆强度等级不低于M20；水灰比宜为0.45～0.50，砂的粒径不大于3 mm，并过筛。

b.杆体材料宜用20MnSi钢筋，亦可采用A3钢筋；直径14～22 mm为宜，长度2～3.5 m。为增加锚固力，杆体内端可以劈口叉开。

c.钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直。孔钻好后用高压水将孔眼冲洗干净（若向下钻孔须用高压风吹净水），并用塞子塞紧孔口，以防止石渣或泥土掉入钻孔内。

d.锚杆制作及胶黏剂材料应符合设计要求，锚杆应按设计要求的尺寸截取，外端不用垫板的锚杆应先弯制弯头。

e.黏结砂浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的砂浆应在初凝前用完。

图8.29　普通水泥砂浆锚杆

②早强水泥砂浆锚杆。早强水泥砂浆锚杆的构造、设计和施工，与普通水泥砂浆锚杆基本相同。不同的是，早强水泥砂浆杆的胶黏剂是由硫铝酸盐早强水泥、砂、早强剂和水组成。因此，它具有早期强度高、承载快、安装较方便等优点，可弥补普通水泥砂浆锚杆早期强度低、承载慢的不足。尤其是在软弱、破碎、自稳时间短的围岩中使用早强水泥砂浆锚杆能显出其优越性。另外，以树脂或快硬水泥作为胶黏剂的全长黏结式锚杆，也具有以上优点。但因费用较高，所以在一般隧道工程中较少使用。

图8.30　早强药包内锚头锚杆

1—不饱和聚酯树脂+加速剂+填料；2—纤维纸和塑料袋；3—固化剂+填料；4—玻璃管；5—堵头；6—快硬水泥；7—滤纸筒；8—玻璃纤维纱网；9—树脂锚固剂；10—带麻花头杆体；11—垫板；12—螺母

③早强药包内锚头锚杆（图8.30）。早强药包内锚头锚杆施工除按普通水泥砂浆锚杆的规定施工外，尚应符合以下规定：

a.药包使用前应检查，要求无结块、未受潮。药包浸泡宜在清水中进行，随泡随用。

b.药包直径宜较钻孔直径小20 mm左右，药卷长度一般为20～30 cm。锚杆杆体插入时应注意旋转，使药包充分搅拌均匀。

c.将浸好水的水泥卷用锚杆送到眼底，并轻轻捣实。若中途受阻，应及时处理。若处理时间超过水泥终凝时间，则应换装新水泥卷或钻眼作废。

d.将锚杆外端套上连接套筒（即带有六角旋转头的短锚杆；断面打平，对中焊上锚杆螺母），装上搅拌机，然后开动搅拌机，带动锚杆旋转搅拌水泥浆，并用人力推进锚杆至眼底再保持10 s搅拌时间（搅拌时间为30～40 s）。

e.采用树脂药包时，还应注意搅拌时间应根据现场气温决定。20℃时，固化时间为5 min。温度下降5℃，固化时间大约会延长一倍，即15℃时为10 min，10℃时为20 min。因此，地下工程在正常温度下，搅拌时间约为30 s。温度在10℃以下时，搅拌时间可适当延长为45～60 s。

④缝管式锚杆。缝管式锚杆是一种全长锚固，主动加固围岩的新型锚杆（图8.31）。它立体部分是一根纵向开缝的高强度钢管。安装于比管径稍小的钻孔时，可立即在全长范围内对孔壁施加径向压力和阻止围岩下滑的摩擦力，加上锚杆托盘托板的承托力，从而使围岩处于三向受力状态。

图8.31　缝管式锚杆

缝管式锚杆其施工要点如下：

a.应根据需要和机具能力选择不同直径的钻头和管径，通过现场试验确定最合理的径差。一般要求杆体材料具有较高的弹性极限。

b.采用一般风动凿岩机时应配备专用冲击器。宜随钻眼随安设锚杆，也可集中钻孔、集中安设锚杆，此时不得隔班隔日安设锚杆。

c.安设锚杆前应吹孔，并核对孔深是否符合设计要求。安设前应检查风压，风压不得小于0.4 MPa。

d.安装时先将锚杆套上垫板，将带有挡环的冲击钎杆插入锚管内（锚杆应在锚管内自由转动），钎杆尾端套入凿岩机或风镐的卡套内，锚头导入钻孔，调正方向，开动凿岩机，即可将锚杆打入钻孔内，至垫板压紧围岩为止。停机取出钎杆即告完成。一根2.5 m长的锚杆，一般用20～60 s即可安装完毕。

e.在安设推进锚杆过程中，要保持凿岩机、锚杆、钻孔中心线在同一轴线上。凿岩机在推进过程中，适当放水冷却冲击器。锚杆推到末端时，应降低推进力。当垫板抵紧岩石时，应立即停机，以免损坏垫板和挡环。(www.xing528.com)

f.若作为永久支护，则应做防锈处理，并灌注有膨胀性砂浆。

⑤楔缝式内锚头锚杆（图8.32）。其施工要点有：

a.楔缝式内锚头锚杆安装前，应将杆体与部件（楔子、胀壳、托板）组装好。锚杆插入钻孔时楔子不得偏斜或脱落。楔缝式内锚头锚杆安装是先将楔块插入楔缝，轻轻敲击使其固定于缝中，然后插入眼底，并以适当的冲击力冲击锚杆尾，至楔块全部插入楔缝为止。打紧楔块时应注意丝扣不被损坏。为了防止杆尾受到冲击力发生变形，可采用套筒保护。

b.一般要求杆具有一定的预张力，可采用测力矩扳手或定力矩扳手来拧紧螺母，以控制锚固力。楔缝式锚杆安设后应立即上好托板，并拧紧螺帽。

c.若要求在楔缝式内锚头锚杆的基础上再注浆加固，则除按砂浆锚杆注浆外，预张力应在砂浆初凝前完成，并注意减少砂浆收缩率。

d.若只做临时支护，则可改楔缝式锚杆为楔头式或胀壳式锚杆。楔头式锚杆及胀壳式锚杆杆体均可以回收，但锚头加工制作较复杂，故一般在煤矿或其他坑道中应用多。

图8.32　楔缝式内锚头锚杆

D—钻孔直径；ϕ—锚杆杆体直径；δ—锚杆杆体楔缝宽度；b—楔块端头厚度；α—楔块楔脚；h—楔块长度；h1—楔头两翼嵌入钻孔壁长度；n—楔缝两翼嵌入钻孔壁深度

⑥胀売式内锚头预应力锚索。胀壳式内锚头预应力锚索主要由机械胀売式内错头、锚索（钢绞线）外锚头以及灌注的黏结材料等组成，其构造如图8.33所示。其施工要点如下：

a.胀壳式内锚头预应力锚索的加工，应符合设计质量要求，在存放、运输及安装过程中不能有损伤、变形。

b.钻孔一般采用冲击式潜孔钻，也可选用各种旋转式地质钻。钻孔完毕后应丈量孔深和予以清洗，并做好孔口现浇混凝土支墩。

c.锚索安装要平直不紊乱，同时安设排气管。

d.锚索推送就位后，即可进行安装千斤顶张拉。一般先用20%～30%预应力预张拉1～2次，促使各相连部位接触紧密，使钢锚索平直。最终张拉值有5%～10%超张拉量，以保证预应力损失后仍能达到设计要求的有效预应力。预张拉时，千斤顶后严禁站人，以防不测。

e.预应力无明显衰减时，才最后锁定，且48 h内再检查。

f.注浆应饱满，注浆达到设计强度后进行外锚头覆盖。

图8.33　胀壳式内锚头预应力锚索

1—导向帽；2—六棱锚塞；3—外夹片；4—挡圈；5—顶簧；6—套管；7—排气管；8—黏结砂浆；9—现浇混凝土支墩；10—垫板；11—锚环；12—锚塞；13—锥筒；14—顶簧套筒；15—托圈

（4）钢拱架施工

钢拱架是在隧道开挖初期支护期间，为使围岩保持稳定而按照隧道开挖轮廓线布设的由钢筋格栅或型钢、钢轨等制成的支护骨架结构。钢拱架安装后可达到支撑围岩稳定、限制围岩变形的目的，它通常与钢筋网、喷射混凝土等结合共同受力。目前，公路工程隧道施工中采用的钢拱架主要以格栅拱架［图8.34（a）］和型钢拱架［图8.34（b）］为主。

图8.34　钢拱架实物图

钢拱架施工应符合下列要求：

①制作。钢拱架应按照设计图纸分节制作，所用钢材规格、型号、材质应满足设计要求和国家有关现有技术标准规定。

②安装：

a.钢拱架应在初喷混凝土后及时架设。

b.安装前应清除底脚虚渣及杂物。当拱脚开挖超深时，加设钢板或混凝土垫块，安装后利用锁脚锚杆定位固定。

c.钢架安装时，应严格控制其内轮廓尺寸，且预留沉降量，防止侵入衬砌净空。钢架与围岩间的间隙必须用喷射混凝土充填密实；钢架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于40 mm。

d.钢架外缘应与基面密贴，如有缝隙，应每隔2 m用钢楔或混凝土预制块楔紧。

e.各节钢架间应以螺栓连接，连接板应密切，连接板局部缝隙不得超过2 mm。

f.安装允许偏差：横向和高程为±5 cm，垂直度为±2°。

g.钢架之间宜用直径为22 mm钢筋采用焊接方式连接，环向间距应符合设计要求。

6）仰拱和仰拱填充施工

仰拱是指二次衬砌的底部，仰拱填充是为行车道建立的一个基础平台。仰拱及仰拱填充通常初期支护后施工，且宜超前拱墙混凝土施工，其超前距离宜保持在3倍以上拱墙循环作业长度（图8.35）。

图8.35　仰拱及仰拱填充结构示意图

仰拱施做时一般应全幅施工，全幅灌注，仰拱、填充应分别浇筑。仰拱和底板混凝土强度达到5 MPa后，行人方可通行。达到设计强度的100%后，车辆方可通行。施工中为减少仰拱施工与出渣运输干扰，现在一般采用仰拱栈桥（图8.36）。

图8.36　仰拱栈桥示意图

（1）施工程序

仰拱施工时，首先开挖仰拱土石方。在铺设仰拱栈桥，对仰拱底部进行清理并施做防水隔离层后，立模板（仰拱和填充层在施工缝处错开50 cm，预埋接茬钢筋，拆模后施工缝进行置毛处理）并浇筑混凝土，混凝土从轨行式或轮式混凝土输送车直接输入，插入式振捣器捣固密实；待混凝土养护到设计强度后，将仰拱移至下一幅施工。仰拱填充及铺底超前拱墙衬砌台车，为拱墙衬砌台车轨道铺设提供条件。

（2）施工技术措施及要点

①测量放线。根据设计图纸放出高程和中线控制线。

②仰拱混凝土浇筑前应清除积水、杂物、虚渣等。对于超挖部分，超挖在允许范围内时，应采用与衬砌相同强度等级的混凝土进行浇筑；超挖大于规定时，应按设计要求回填，不得用洞渣随意回填，严禁片石侵入仰拱断面。

③仰拱混凝土浇筑必须使用模板，混凝土应振捣密实。

④仰拱施工缝和变形缝处应按设计要求进行防水处理。

⑤仰拱填充严禁与仰拱同时施工，宜在仰拱混凝土终凝后施做。

7）防水隔离层

防水隔离层是隧道防水构造中的关键层位，其施工质量的优劣直接关系到隧道营运期间的正常使用。公路工程隧道防水隔离层常用构造如图8.37所示。

图8.37　防水隔离层构造

一般隧道防水隔离层的主要施工程序：基面处理→缓冲层施工→防水板铺设→防水板焊接→质量检验。

（1）基面处理

①喷射混凝土基面的表面应平整。两凸出体的高度与间距之比，拱部不大于1/8，其他部位不大于1/6，否则应进行基面处理。

②拱墙部分自拱顶向两侧将基面外露的钢筋头、铁丝、锚杆、排水管等尖锐物切除锤平，并用砂浆抹成圆曲面。

③欠挖超过5 cm部分需做处理。

④仰拱部分用风镐修凿，清除回填渣土和喷射混凝土回填料。

⑤隧道断面变化或突然转弯时，阴角应抹成半径大于10 cm圆弧，阳角应抹成半径大于5 cm圆弧。

⑥检查各种预埋件是否完好。

⑦喷射混凝土强度要求达到设计强度。

（2）缓冲垫层的铺设

常用的缓冲材料有土工布和聚乙烯泡沫塑料，铺设过程如下：

①将垫衬横向中线与隧道中线对齐。

②由拱顶向两侧边墙铺设。

③采用与防水板同材质的ϕ80 mm专用塑料垫圈压在垫衬上，采用射钉或胀管螺丝锚固。

④衬垫缝搭接宽度不小于5 cm。

⑤锚固点应垂直基面且不得超出垫圈平面，锚固点呈梅花形布置。锚固点间距，拱部为0.5～0.7 m，边墙为1.0～1.2 m，凹凸处应适当增加锚固点。

（3）防水板铺设

防水板铺设多采用无钉（暗钉）铺设法。无钉铺设法是先在喷混凝土基面用明钉铺设法固定缓冲层，然后将防水板热焊或黏合在缓冲层垫圈上，使防水板无穿透钉孔。其铺设要点如下：

①防水板需环向铺设，相邻两幅接缝错开，结构转角处错开不小于规定值。

②防水板短长边搭接均以搭接线为准。防水板搭接处采用双焊缝焊接，焊接宽度不小于10 mm，且均匀连续，不得有假焊、漏焊、焊焦、焊穿等现象。

③防水板铺设应自上而下进行，铺设时根据基面平整度的不同，应留出足够的富余，防止浇筑混凝土衬砌时因防水板绷得太紧而拉坏防水材料或使衬砌背后形成积水。

④检査焊接质量和修补质量时，严禁在热的情况下进行，更不能用手撕。

⑤防水板铺设可采用半自动铺挂台车（图8.38）或自制台车进行。

图8.38　防水板半自动铺挂台车

（4）防水板搭接

防水板搭接是保证防水层防水效果的关键环节，通常采用自动爬行热合机双焊缝焊接，如图8.39所示。

图8.39　防水板搭接

采用无射钉施工防水隔离层时，防水板是焊接在热融垫片表面。

焊接前首先将防水板铺设平整、舒展，并将焊接部位的灰尘、油污、水滴擦拭干净。焊缝接头处不得有气泡、褶皱及空隙，而且接头处要牢固，强度不得小于同一种材料。焊接时，严格掌握焊接速度或焊接时间，防止过焊或焊穿防水材料；防水板之间搭接宽度为10 cm，双焊缝每条缝宽1 cm，两条焊缝间留不小于1.5 cm宽空腔做充气检查用。焊缝处不允许有漏焊、假焊，凡烤焦、焊穿处必须用同种材料片焊接覆盖。防水板搭接要求呈鱼鳞状，以便于排水。

（5）质量检验

①在洞外检查防水板及土工布的颜色、厚度、合格证是否符合要求。

用手将已固定好的防水板上托或挤压，检查其是否与喷混凝土层密贴，检查防水板有无破损、断裂、小孔，吊挂点是否牢固，焊缝有无烤焦、焊穿、假焊和漏焊现象，搭接宽度是否符合设计，焊缝表面是否平整光滑，有无波形断面。

防水板安装后至混凝土浇筑前这段时间的施工非常容易损伤防水卷材，从而影响整体的防水效果。如果防水卷材两面的颜色是对比色，裂痕或损伤会明显地表现出卷材内层较深的颜色。这样可直接看出安装好的卷材整体质量，对破损处可通过焊接同材质的材料进行修补。

②防水板焊接质量检测。防水板铺设应均匀连续，焊缝宽度不小于20 mm，搭接宽度不小于100 mm，焊缝应平顺、无褶皱、均匀连续，无假焊、漏焊、焊过、焊穿或夹层等现象。检查方法有压气检查、压缩空气枪检查、焊缝拉伸强度、抗剥离强度检査等。

检查出防水板上有破坏之处时，必须立即做出明显标记，以便毫不遗漏地把破损处修补好，补后一般用真空检査法检査修补质量。补丁不得过小，离破坏孔边缘不小于7 cm。补丁要剪成圆角，不要有正方形、长方形、三角形等尖角。

（6）混凝土施工防水板保护

①底板防水层可使用细石混凝土保护。

②衬砌结构钢筋绑扎时不得划伤或戳穿防水板，钢筋头采用塑料帽保护。焊接钢筋时，用非燃物物（如石棉板）隔离。

③浇筑混凝土时，振捣棒不得接触防水层。

8）模筑二次衬砌拱墙

（1）施工条件

隧道初期支护完成后，为防止围岩不致因暴露时间过长而风化、松动和坍落，降低围岩稳定性，需要开展二次衬砌拱墙施工。

二次衬砌拱墙的施做，一般情况下应在围岩和初期支护变形基本稳定后进行。变形基本稳定应符合以下条件：隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和；或水平收敛（拱脚附近7 d平均值）小于0.2 mm/d，拱部下沉速度小于0.15 mm/d；施做二次衬砌前的累计位移值，已达到极限。

（2）施工设备

二次衬砌拱墙常采用整体式液压衬砌台车进行施工，台车长度一般为8～12 m（图8.40）。

（3）施工工艺流程

模筑二次衬砌拱墙的施工工艺流程主要是：监控量测确定施做二次衬砌时间→断面检查→布设衬砌台车轨道→钢筋安装→台车就位→台车净空、衬砌厚度检查→台车面板整修→台车加固→挡头板安装→混凝土浇筑→拆模、养护→衬砌内净空检查、外观检查。

①监控量测。根据设计资料，对隧道拱顶下沉量、仰拱顶隆起量及隧道周边位移进行监控测量。通过以上监控测量数据，判定围岩及隧道稳定性、支护参数合理性，为二次衬砌拱墙浇筑时间提供依据。

图8.40　整体式液压衬砌台车

②断面检查。根据隧道中线和水平测量，检查开挖断面是否符合设计要求，欠挖部分按规范要求进行修凿，并做好断面检查记录墙脚地基应挖至设计标高。在浇筑前清除虚渣，排除积水，找平支承面。

③钢筋安装。若设计文件中有衬砌钢筋，则应按照设计文件进行加工和安装，其施工质量符合相关的要求，重点是严格控制保护层厚度。安装钢筋时小心损伤防水层，若防水层损坏，必须将防水层修补好，严防漏水、渗水。

④布设台车轨道。根据隧道中线、高程、断面尺寸及台车构造，确定台车轨道。轨道铺设应稳固，其位移和沉降量均应符合施工误差要求。

⑤台车模板定位。台车模板定位一般采用五点定位法，即以衬砌圆心为原点建立平面坐标系，通过控制顶模中心点、顶模与侧模的铰接点、侧模的底脚点来精确控制台车就位。

曲线隧道应考虑内外弧长差引起的左右侧搭接长度变化，以使弧线圆顺，减少接缝错台。台车模板应与混凝土有适当的搭接（≥10 cm，曲线地段指内侧），撑开就位后检查台车各节点连接是否牢固，有无错动移位情况，模板是否翘曲或扭动，位置是否准确，保证衬砌净空。为避免在浇筑拱墙混凝土时台车上浮，还须在台车顶部加设木撑或千斤顶。同时检查工作窗状况是否良好。

轨道布设和台车就位后，根据隧道中线、标高及断面尺寸，进行台车位置、尺寸、净空及衬砌厚度检查。为保证隧道净空，模板放样时，将设计的衬砌轮廓线扩大5 cm。拱顶预留2～3 cm的沉降量，每次台车就位，模板放样均控制在此范围内，以保证模板拼接缝的连续、顺直。

⑥混凝土制备与运输。由于洞内空间狭小，混凝土多在洞外拌制好后，用运输工具运送到工作面再浇筑。其实际待用时间中主要是运输时间，隧道长大和运距较远时，运输工具选择应注意装卸方便，运输快速，保证拌好的混凝土在运输过程中不发生漏浆、离析泌水。坍落度损失和初凝等现象可结合工程情况，选用各种斗车、罐式混凝土运输车或输送泵等机械。

⑦混凝土浇筑。在做好上述准备工作后，即可进行混凝土浇筑。隧道衬砌混凝土的浇筑应注意以下几点：

a.保证捣固密实，使衬砌具有良好的抗渗防水性能，尤其应处理好施工缝。

b.整体模筑时，应注意对称浇筑，两侧同时或交替进行，以防止未凝混凝土对拱架模板产生偏压而使衬砌尺寸不合要求。

c.若因故不能连续浇筑，则应按规定进行接茬处理。衬砌接茬应为半径方向。

d.边墙基底以上1 m范围内的超挖，宜用同级混凝土同时浇筑。其余部分的超、欠挖应按设计要求及有关规定处理。

e.衬砌的分段施工缝应与设计沉降缝、伸缩缝及设备洞位置统一考虑，合理确定位置。

f.封口方法。当衬砌混凝土浇筑到拱部时，需改为沿隧道纵向进行浇筑，边浇筑边铺封口模板，并进行人工捣固，最后堵头，这种封口称为“活封口”。两段衬砌相接时，纵向活封口受到限制，此时只能在拱顶中央留出一个50 cm×50 cm缺口，待后进行“死封口”。采用整体式模板台车配以混凝土输送泵时，可以简化封口。

⑧养护。隧道施工过程中，多数情况下洞内湿度能够满足混凝土的养护条件。但在干燥无水的地下时，则应注意进行洒水养护。采用普通硅酸盐水泥拌制的混凝土，其养护时间一般不少于7 d；掺有外加剂或有抗渗要求的混凝土，其养护时间一般不少于14 d。养护用水的温度应与环境温度基本相同。

⑨拆模。二次衬砌拆模时间应符合以下要求：

a.在初期支护变形稳定后施工的二次衬砌混凝土强度应达到8 MPa以上。

b.初期支护未稳定，二次衬砌提前施做时，混凝土强度应达到设计强度的100%以上。

c.特殊情况下，应根据试验及监控量测结果确定拆模时间。

9）监控量测

新奥法施工中监控量测是一项非常重要的工作。通过监控量测，掌握围岩和支护动态变位情况，及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性的安全信息，确保隧道安全、经济、快速地施工。

（1）监控量测的内容及方法

在工程施工中，将监控量测的内容按其重要性划分为必测项目和选测项目，详细内容见表8.4和表8.5。

表8.4　监控量测必测项目

续表

注：b—隧道开挖宽度；h0—隧道埋深。

表8.5　监控量测选测项目

续表

注：b—隧道开挖宽度；h0—隧道埋深。

（2）监控量测相关要求

①隧道施工过程中应进行洞内、外观察，洞内观察分开挖工作面观察和已支护地段观察两部分。

a.开挖工作面观察应在每次开挖后进行。及时绘制开挖工作面地质素描图，填写开挖工作面地质状态记录表和施工阶段围岩级别判定卡。对已支护地段的观察每天应进行一次，主要观察围岩、喷射混凝土、锚杆和钢架等工作状态。观察中发现围岩条件恶化时应立即上报设计、监理单位，采取相应处理措施。

b.洞外观察重点应在洞口段、岩溶发育区段地表和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况、地表植被变化等。

②周边位移、拱顶下沉和地表下沉等必测项目宜布置在同一断面，其量测面间距及测点数量应根据隧道埋深、围岩级别、断面大小、开挖方法、支护形式等确定。隧道开挖后，应及时进行围岩、初期支护的周边位移量测、拱顶下沉量测；当围岩差、断面大或地表沉降控制要求高时，宜进行围岩体内位移量测和其他量测。洞口段、浅埋段或地表有建（构）筑物，应进行地表沉降量测。

③量测部位和测点布置，应根据设计、地质条件、量测项目和施工方法等确定。地表下沉量测尽量与洞内拱顶下沉量测、周边位移量测在同一横断面内。当地表有建（构）筑物时，应在建（构）筑物周围增设地表下沉测点。地表下沉量测应与洞内拱顶下沉和周边位移量测频率相同，并应符合下列规定：

a.地表下沉监测范围横向应延伸至隧道中线两侧（1～2）（b/2+h+h0），纵向应在掌子面前后（1～2）（h+h0）（b为隧道开挖宽度，h为隧道开挖高度，h0为隧道埋深）。测点间距宜为2～5 m，并应根据地质条件和环境条件进行调整。

b.地表下沉监测应在隧道开挖前开始，到二次衬砌全部施工完毕，且下沉基本停止时。

④对于洞内必测项目，各测点应在不受到爆破影响的范围内尽快安设，并应在每次开挖后12 h内取得初读数，最迟不得超过24 h，并且在下一循环开挖前必须完成。选测项目测点埋设时间根据实际需要进行。测点应牢固、可靠、易于识别，应能真实地反应围岩、支护的动态变化信息。洞内必测项目各测点应埋入围岩中，深度不应小于0.2 m，不应焊接在钢支撑上，外露部分应有保护装置。

⑤各项量测作业均应持续到变形基本稳定后15～20 d结束。对于膨胀性和挤压性围岩，位移没有减小趋势时，应延长量测时间。

（3）监控量测数据处理及应用

由于现场量测所得的原始数据，不可避免具有一定的离散性，其中包含着测量误差甚至测试错误，不经过整理和数学处理的量测数据一时难以直接利用。数据处理的目的是将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确认量测结果的可靠性，同时探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律、空间分布规律，判断围岩和支护系统稳定状态。

①隧道现场监控量测应成立专门量测小组，负责日常量测、数据处理和仪器保养维修工作，并及时将量测信息反馈给施工部门和设计单位。测点埋设宜在施工部门配合下，由量测小组完成。各预埋测点应牢固可靠，不得任意撤换和破坏。

②现场监控量测应按量测方案认真组织实施，并与其他施工环节紧密配合，不得中断工作。

③量测数据整理、分析与反馈应符合下列规定：

a.对初期的时态曲线应进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速度，掌握位移变化的规律。

b.数据异常时，应及时分析原因，提出对策和建议，并及时反馈给有关单位。

④围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果，按下列指标判定：

a.实测位移值不应大于隧道的极限位移，并按表8.6位移管理等级施工。一般情况下，宜将隧道设计的预留变形量作为极限位移，而设计变形量应根据监测结果不断修正。

表8.6　位移管理等级

注：U——实测位移值；U0——设计极限位移值。

b.根据位移速率判断：速率大于1 mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护；速率变化在0.2～1.0 mm/d时，应加强观测，做好加固准备；速率小于0.2 mm/d时，围岩达到基本稳定。在高地应力、岩溶地层和挤压地层等不良地质中，应根据具体情况制定判断标准。

c.根据位移速率变化趋势判断：围岩位移速率不断下降时，围岩处于稳定状态；围岩位移速率变化保持不变时，围岩尚不稳定，应加强支护；围岩位移速率变化上升时，围岩处于危险状态，必须立即停止掘进，采取应急措施。

d.初期支护承受的应力、应变、压力实测值与允许值之比大于或等于0.8时，围岩不稳定，应加强初期支护；初期支护承受的应力、应变、压力实测值与允许值之比小于0.8时，围岩处于稳定状态。

⑤竣工文件中应包括下列量测资料：

a.现场监控量测计划。

b.实际测点布置图。

c.围岩和支护的位移-时间曲线图、空间关系曲线图，以及量测记录汇总表。

d.量测变更设计和改变施工方法地段的信息反馈记录。

e.现场监控量测说明。

⑥已竣工并交付运营的隧道，经批准后应进行长期运营量测时，运营量测点应在施工期间埋设并移交运营管理单位。运营量测由运营管理单位设专人进行，或委托第三方进行。

10）拱顶注浆

浇筑衬砌混凝土时，虽然要求将超挖部分回填，但因施工方法的原因，其中有些部位并不可能回填得很密实。这种情况在拱顶背后一定范围内较为明显。因此，要求在衬砌混凝土达到设计强度后，对这些部位进行压浆处理，以使衬砌与围岩密贴全面紧密接触，以达到限制围岩后期变形、改善衬砌受力工作状态的目的。压浆浆液材料多采用单液水泥浆。

11）安全文明施工

（1）施工安全风险评估

公路工程隧道施工应根据交通运输部的要求，在隧道施工前进行施工安全风险评估。

①评估的范围：

a.穿越高地应力区、岩溶发育区、区域地质构造、煤系地层、采空区等工程地质或水文地质条件复杂的隧道，黄土地区、水下或海底隧道工程。

b.浅埋、偏压、大跨度、变化断面等结构受力复杂的隧道工程。

c.长度3 000 m及以上的隧道工程，Ⅵ、V级围岩连续长度超过50 m或合计长度占隧道全长的30%及以上的隧道工程。

d.连拱隧道和小净距隧道工程。

e.采用新技术、新材料、新设备、新工艺的隧道工程。

f.隧道改扩建工程。

g.施工环境复杂、施工工艺复杂的其他隧道工程。

②评估分类。隧道工程施工安全风险评估分为总体风险评估和专项风险评估。

a.总体风险评估。隧道工程开工前，根据隧道工程的地质环境条件、建设规模、结构特点等孕险环境与致险因子，估测隧道工程施工期间的整体安全风险大小，确定其静态条件下的安全风险等级。

b.专项风险评估。隧道工程总体风险评估等级达到有Ⅲ级（高度风险）及以上时，将其中高风险施工作业活动（或施工区段）作为评估对象。根据其作业风险特点以及类似工程事故情况，进行风险险源普查，并针对其中的重大风险源进行量化估测，提出相应的风险控制措施。

③评估内容。隧道工程施工安全风险评估工作包括制订评估计划、选择评估方法、开展风险分析、进行风险估测、确定风险等级、提出措施建议、编制评估报告等方面。评估方法、评估步骤可参照交通运输部《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南（试行）》。

④评估工作实施：

a.隧道工程施工安全风险评估工作原则上由施工单位具体负责。被评估项目含多个合同段时，总体风险评估应由建设单位牵头组织，专项风险评估工作仍由合同施工单位具体实施。施工单位的施工经验或能力不足时，可委托行业内安全评估机构承担相关风险评估工作。评估工作负责人应当具有5年以上的工程管理经验，并有参与类似工程施工的经历。

b.风险评估工作应形成评估报告。评估报告应反映风险评估过程的主要工作。报告内容应包括评估依据、工程概况、评估方法、评估步骤、评估内容、评估结论及对策建议等。评估结论应当明确风险等级，可能发生事故的关键部位、区域或节点，事故可能性等级，规避或者降低风险的建议措施等内容。

c.施工单位应根据风险评估结论，完善施工组织设计和危险性较大工程专项施工方案，制订相应的专项应急预案，对项目施工过程实施预警预控。

d.风险评估报告经监理工程师审核后应向建设单位报备。建设单位应对极高风险（Ⅳ级）的施工作业，组织专家或安全评估机构进行论证或复评估，提出降低风险的措施建议；当风险无法降低时，应及时调整设计、施工方案，并向公路工程安全生产监督管理部门备案。

e.监理工程师在审查工程施工组织设计文件、危险性较大工程专项施工方案、应急预案时，应同时审查施工安全风险评估报告；无风险评估报告，不得签发开工令。工程开工后，监理工程师应督查施工单位安全风险控制措施的落实情况，并予以记录。对施工中存在的重大隐患应及时指出并督促整改，对施工单位拒不整改的，应及时向建设单位及公路工程安全生产监督管理部门报告。

f.隧道工程施工安全风险评估应遵循动态管理的原则，当工程设计方案、施工方案、工程地质、水文地质、施工队伍等发生重大变化时，应重新进行风险评估。

（2）安全管理

①隧道开工前，施工单位技术人员应向施工作业人员进行技术和安全交底，详细说明隧道质量和安全的有关技术要求和重大危险源，技术和安全交底台账必须签字确认。应落实工前教育制度，规范进洞管理。

②监理工程师应按规定认真审查施工单位的质量安全保证体系，审查隧道施工组织设计中安全技术措施或者专项施工方案是否符合工程建设强制性标准并监督检査实施情况；对危险性较大的分部分项工程，还应当审查施工单位是否单独编制安全专项施工方案，并按规定组织专家进行论证、审査。

③施工单位对建设单位预付的安全生产费用应当专户存储，专款专用，不得挪作他用。实行工程总承包的单位依法将工程分包给其他单位的，总承包单位应当与分包单位在分包合同中明确由分包单位实施的安全施工措施和分包工程安全生产费用。严禁总承包单位拖欠分包单位的安全生产费用。监理工程师应认真监督检査施工单位安全生产费用使用情况，监督施工单位是否用于购买和更新合格的安全防护用具和设施，落实安全施工措施，改善安全生产条件。施工现场存在安全事故隐患、未落实安全生产费用的，监理工程师应立即要求其改正，施工单位拒不改正的，监理工程师应当及时向有关单位报告。

④洞身开挖过程中，为保证洞内工作人员施工安全，软弱围岩地段应配备安置报警设施和足够长度的、可手动拆卸的逃生钢管，要求管壁厚不小于10 mm，管径不小于600 mm，每节管长宜为1500～2000 mm。高压气、高压水钢管应尽可能靠近掌子面；钻孔台车应常备卸管头的扳手和应急照明工具。

⑤施工单位应制订专门的应急救援预案，备好应急抢险物资，定期组织应急演练。要求每个合同段设置1处抢险物资储备点。

⑥应在隧道所有作业台架上安装防护彩灯或反光标识，确保车辆通行安全；在台架底部配置消防器材，便于应急火灾事故。

⑦爆破作业及火工物品的管理，必须遵守现行《爆破安全规程》（GB 6722—2014）的有关规定。对有瓦斯溢出的隧道，应按现行《煤矿安全规程》要求，并根据隧道的地质情况、瓦斯溢出程度和设备条件，制订适宜的施工方案。

⑧运输车辆不得人料混装，洞内运输车辆必须限速行驶。洞内倒车与转向，必须开灯鸣笛；洞口、平交道口和狭窄的施工场地应设置“缓行”标志，必要时宜安排人员指挥交通。

⑨隧道施工中必须密切注意围岩及地下水等的变化情况。当施工方法或支护结构不适应于实际围岩状态时，必须采取应急措施，并经批准后及时采用合适的施工方法或支护结构。

⑩隧道内施工设备应靠边停放，远离爆破点；停放点应选择围岩稳定、支护结构已完成、无渗漏水的位置。

（3）文明施工

①施工照明：

a.成洞段不超过15 m设一个固定灯，电线敷设应整齐划一；近掌子面40 m内若无敷线，应配备移动式照明灯具，保证洞内照明充足。不安全因素较大的地段应加大照度。在主要交通道路、洞内抽水机站应设置安全照明，漏水地段照明应采用防水灯头和灯罩。

隧道施工照明宜采用荧光灯、荧光高压汞灯、卤钨灯、长弧氙灯或高压钠灯等光源照明。

b.成洞段每隔20 m在左右两侧边墙离地面1.2 m位置设置反光标识。

c.对各种电气设备和输电线路应有专人经常进行检查维修、调整等，其作业要求应符合现行规范规程的要求。

②通风与防尘：

a.隧道施工必须采用综合防尘措施，应加强检查。

•应采取机械通风、水幕降尘（图8.41）等防尘措施，并按规定时间测定粉尘和有害气体的浓度。

图8.41　水幕降尘布置示意图

•钻眼作业应采用湿式凿岩。当水源缺乏、容易冻结或岩性不适于湿式凿岩时，可采用带有捕尘设备的干式凿岩，采用防尘措施后应达到规定的粉尘浓度。

•凿岩机钻眼时必须先送水后送风。

•放炮后必须进行喷雾、洒水，出渣前应用水淋湿石渣和附近的岩壁。

•施工人员均应佩戴防尘口罩。

•长大隧道还应在压入式的出风口设置喷雾器，以增加空气湿度、降低粉尘含量。

b.整个施工过程中，作业环境应符合规范以及有关的职业健康安全标准。

•空气中氧气含量，按体积计不得小于20%。

•粉尘允许浓度：每立方空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2 mg，每立方空气中含有10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于4 mg。

•有害气体最高允许浓度：一氧化碳的最高允许浓度为30 mg/m3，在特殊情情况下，施工人员必须进入工作面时，浓度可为100 mg/m3，但工作时间不得大于30 min；二氧化碳按体积计不得大于0.5%；氮氧化物（换算成NO2）为5 mg/m3以下；甲烷（CH4）（瓦斯）按体积计不得大于0.5%，否则必须按现行《煤矿安全规程》有关规定办理；二氧化碳浓度不得超过15 mg/m3；硫化氢浓度不得超过10 mg/m3；氨的浓度不得超过30 mg/m3。

•隧道内气温不得高于28℃。

•隧道内噪声不得大于90 dB。

c.通风方式的选择与布设应根据隧道长度、施工方法、设备条件、开挖面积以及污染物的含量与种类等情况确定。当主风流的风量不能满足隧道掘进要求时，应设置局部通风系统，并应尽量利用辅助坑道。

d.隧道掘进150 m以上，隧道施工必须实施管道通风。宜采用大功率风机、大直径风筒压入式通风，长隧道应考虑混合通风方式。单头掘进超过1 200 m时，应进行专项施工通风设计，并经监理工程师审批。通风应能满足洞内各项作业所需最大风量，每人应供应新鲜空气3 m3/min，采用内燃机械作业时，供风量不宜小于4.5 m3/（min·kW）。全断面开挖时风速不应小于0.15 m/s，导洞内不应小于0.25 m/s，但均不应大于6 m/s。

e.通风机具安装及维护：

•隧道通风机及通风管应设置专人定期维护、修理，如有破损，必须及时修补或更换。

•送风式的进风管口应设在洞外，宜距洞口30 m以外。

•通风管靠近开挖面的距离应根据开挖面大小确定，送风式通风管的送风口距开挖面不宜大于15 m，排风式风管吸风口距开挖面不宜大于5 m。