隧道礦山知識點

隧道：一種修建在地下，兩端有出入口，供車輛、行人、水流及管線等通過的工程建筑物。

隧道的種類：按隧道所處的地質(zhì)條件：土質(zhì)隧道和石質(zhì)隧道；按埋置的深度：淺埋隧道和深

埋隧道；按隧道所在位置：山嶺隧道、水底隧道和城市隧道；

按用途：交通隧道（作用是提供運輸?shù)目椎溃譃殍F路隧道、公路隧道、地下鐵道、水底

隧道、人行地道）；水工隧道（按用途分為引水隧洞、尾水隧洞、導(dǎo)流隧洞或泄洪隧洞、排

沙隧道）：市政隧道（城市中為安置各種不同市政設(shè)施而修建的地下孔道，按用途：給水隧

道、污水隧道、管路隧道、電纜隧道、人防隧道）；近上避道（從山體以外通向礦床的隧道，

分為運輸巷道、給水巷道、通風(fēng)巷道）

我國最早用于交通的隧道為：“石門”隧道;我國第一座鐵路隧道：獅球嶺隧道;我國自行

設(shè)計、施工的第一條鐵路：京張鐵路;我國目前最長的公路隧道：秦嶺終南山隧道。

勘察設(shè)計的基本內(nèi)容：隧道工程調(diào)查、隧道線路確定、洞口位置選擇。

影響隧道位置選擇的因素：地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、地形和地貌條件、投資條件、工期要

求、當(dāng)?shù)丨h(huán)境控制要求。根本性因素是：地質(zhì)條件和地形條件。

克服地形條件帶來的高程障礙，設(shè)計：繞行方案、路塹方案和隧道方案。

從現(xiàn)代的觀點出發(fā)，當(dāng)線路遇到地形高程障礙時，應(yīng)該優(yōu)先考慮隧道方案，只有在不具備修

建隧道的條件時，才考慮采用其他方案。

選擇越嶺隧道的位置依據(jù)：選擇域口和確定隧道高程

城口：當(dāng)線路跨越分水嶺時，分水嶺的山脊線上的高程較低處。

將隧道選在較高的高程，可以縮短隧道長度，減少施工工期，降低投資，但會形成較大的縱

坡和較長的展線。

河谷線上隧道位置的選擇考慮因素：保證最小覆蓋層厚度、盡可能“裁彎取直”

按地質(zhì)條件選擇隧道位置：單斜構(gòu)造地層，注意要盡量避開層間軟弱結(jié)構(gòu)面和不要把隧道縱

軸線設(shè)計成與層理面平行；隧道穿過褶曲構(gòu)造時，選在背斜中比較有利；在斷層構(gòu)造地區(qū)，

應(yīng)盡可能避開斷層，實在避不開時，應(yīng)正交穿越，或盡量加大隧道走向與斷層走向的交角。

不良地質(zhì)：指滑坡、崩塌、巖堆、泥石流、巖溶、危巖、落石、瓦斯地區(qū)等。

合理確定隧道洞口位置的指導(dǎo)思想：“早進(jìn)晚出”。意思是在決定隧道洞口位置時，為了施

工及運營的安全，寧可早一點進(jìn)洞，晚一點出洞。早晚度的把握，衡量的尺度是邊仰坡的坡

率和刷坡高度。

隧道內(nèi)的線路最好采用直線。

隧道曲線線路設(shè)置總的原則：應(yīng)采用較大的曲線半徑和較短的曲線長度，并盡量設(shè)在洞口附

近，以減少其不利影響。

隧道線路設(shè)計包括平面設(shè)計和縱斷面設(shè)計兩個方面。

鐵路隧道中的曲線地段，必須設(shè)置加寬和超高。

公路隧道必須設(shè)置曲線時，不宜采用設(shè)超高的平曲線，并不應(yīng)采用設(shè)加寬的平曲線。

隧道線路縱斷面設(shè)計的主要內(nèi)容：（1）坡道形式：單坡（多用于線路的緊坡地段）、人字

坡（多用于長大隧道，尤其是越嶺隧道）（2）坡度大?。鸿F路最小坡度不宜小于3%；公路

最小坡度不應(yīng)小于0.3%,以利排水，最大坡度不應(yīng)大于3%。

隧道內(nèi)的縱坡變更處均應(yīng)設(shè)置豎曲線，并盡量選用大值，以利于通視和通風(fēng)。

隧道凈空：指隧道襯砌內(nèi)輪廓線所包圍的空間。

隧道建筑限界：為了保證隧道內(nèi)各種交通的正常運行與安全，而規(guī)定在一定寬度和高度范圍

內(nèi)不得有任何障礙物的空間范圍。

鐵路曲線隧道加寬原因：當(dāng)列車在曲線上行駛時，由于車體內(nèi)傾和平移，使得所需橫截面積

有所增加。為了保證列車在曲線隧道中安全通過，隧道中曲線段的凈空必須加大。曲線隧道

凈空的加寬值由三部分組成：d內(nèi)1、d內(nèi)2、d外。

隧道斷面銜接方式：在銜接處，可以用錯臺的方式突然變換，也可以在短距離內(nèi)過渡變換。

前者施工方便，但突變臺階增大了隧道內(nèi)風(fēng)流的阻力，對通風(fēng)有些不利。

擬定襯砌結(jié)構(gòu)尺寸，需要考慮：（1）選定什么樣的凈空形狀，即選定結(jié)構(gòu)的內(nèi)輪廓（2）選

定什么樣的計算結(jié)構(gòu)軸線（3）選定各個截面的厚度。

公路隧道與鐵路隧道襯砌斷面設(shè)計的主要區(qū)別：（1）鐵路隧道建筑限界是固定統(tǒng)一的，而

公路隧道的建筑限界則取決于公路等級、地形、車道數(shù)等條件；（2）公路隧道的附屬設(shè)施

如通風(fēng)、照明、消防、報警等均比鐵路隧道多且要求高，且每一座隧道均會因交通流量和長

度不同而要求不同。

公路隧道斷面的形狀：單心圓、坦三心圓、尖三心圓，前兩種運用最為普遍。

隧道斷面形狀：圓形、拱形、矩形。圓形斷面襯砌適應(yīng)不同圍巖壓力分布的能力最強(qiáng)，拱形

斷面襯砌次之，矩形斷面襯砌最弱；矩形斷面面積利用率最高。

洞身襯砌結(jié)構(gòu)類型：整體式混凝土襯砌，分為直墻式襯砌（適用于地質(zhì)條件極好，整體巖層

堅固，幾乎沒有水平側(cè)壓力）和曲墻式襯砌（適用于地質(zhì)比較差，巖體松散破碎，強(qiáng)度不高，

又有地下水，側(cè)向水平壓力很大）；裝配式襯砌；噴錨支護(hù)（噴射混凝土噴射到坑道的巖壁

上，在圍巖不夠穩(wěn)定時加設(shè)錨桿和金屬網(wǎng)）；復(fù)合式襯砌（把襯砌結(jié)構(gòu)分成外襯和內(nèi)襯兩層，

在不同的時間上先后施作的）。

復(fù)合式襯砌按內(nèi)、外襯的組合情況可分為：（1）噴錨支護(hù)與混凝土襯砌（2）噴錨支護(hù)與

噴射混凝土襯砌（3）格柵鋼構(gòu)供架噴射混凝土與混凝土襯砌（4）裝配式襯砌與混凝土襯砌

襯砌材料：（1）混凝土與鋼筋混凝土（2）片石混凝土（3）料石或混凝土預(yù)制塊（4）噴射

混凝土

洞門的作用：（1）減少洞口土石方開挖量（2）穩(wěn)定邊坡（3）引離地表流水（4）裝飾洞口

洞門的類型：洞口環(huán)框（適用于洞口石質(zhì)堅硬，地形陡峻無排水要求）、端墻式洞門（適用

于地形開闊，巖質(zhì)穩(wěn)定）、翼墻式洞門（適用于IV~VI級圍巖）、柱式洞門（地形較陡，地

質(zhì)條件較差，仰坡有下滑可能性）、臺階式洞門（當(dāng)洞門處于傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊坡

較高）、喇叭口式洞門（洞口場地狹窄或橋隧相接以及邊仰坡有落石掉塊可能性）、削竹式

洞門（洞口段有一節(jié)較長的明洞襯砌，山體的推滑力不大）

明洞結(jié)構(gòu)類型：拱式明洞（承力能力比棚式好）和棚式明洞，框架式明洞

避車洞：當(dāng)列車通過隧道時，為了保證洞內(nèi)行人、維修人員及維修設(shè)備的安全，在隧道兩側(cè)

邊墻上交錯均勻地修建了洞室，用于躲避列車。

鐵路隧道附屬建筑：避車洞、電力及通信設(shè)施、運營通風(fēng)設(shè)施（自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)，鐵路

隧道機(jī)械通風(fēng)一般采用縱向式通風(fēng)，按具體通風(fēng)形式不同分為洞口風(fēng)道式通風(fēng)、噴嘴式通風(fēng)、

豎井、斜井式通風(fēng)、射流式通風(fēng)）

公路隧道附屬建筑：安全管理設(shè)施、緊急避難設(shè)施（緊急停車帶、行人、行車橫洞和預(yù)留洞

室）、運營通風(fēng)設(shè)施（分為自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)；設(shè)置機(jī)械通風(fēng)的因素有隧道長度和設(shè)計交

通流量；通風(fēng)方式分為縱向式通風(fēng)、半橫向式通風(fēng)、全橫向式通風(fēng)、混合式通風(fēng)）、運營照

明設(shè)施（黑洞效應(yīng)：白天，由于隧道內(nèi)外的亮度差別極大，當(dāng)汽車駛進(jìn)洞口時，會感到洞口

很黑，影響司機(jī)判別洞口附近的情況，特別是從洞外進(jìn)入洞內(nèi)時，視覺會一下變得很黑，長

隧道會看到“黑洞”，短隧道會看到“黑框”；白洞效應(yīng)：當(dāng)車輛從亮度低的洞內(nèi)接近出口

處時，由于外部亮度極高，出口看上去是個“白洞”；長隧道的照明可分為洞口接近段、入

口段、過渡段、中間段、出口段；減光建筑物：遮陽棚、遮光格柵）、其他救援設(shè)施。

治水原則和措施：防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理

洞口和明洞防排水：在洞口段，一般設(shè)置洞口天溝，在明洞段，一般會在襯砌外緣敷設(shè)外貼

式防水層或防水涂料并在洞頂回填土石表面設(shè)置黏土隔水層。

隧道內(nèi)排水建筑物：盲溝、橫向排水管、排水溝

隧道圍巖：隧道開挖后其周圍產(chǎn)生應(yīng)力重分布的巖體和土體。

隧道圍巖失穩(wěn)破壞性態(tài)：1.脆性破裂2.塊狀運動3.彎曲折斷破壞4.松動解脫5.塑性變形和

剪切破壞

圍巖壓力：引起地下開挖空間周圍巖體和支護(hù)變形或破壞的作用力，可分為松動壓力，形變

壓力，膨脹壓力，沖擊壓力。

圍巖壓力分類：松動壓力、形變壓力、膨脹壓力、沖擊壓力

將坑道上方圍巖經(jīng)過變形，破壞，冒落后所形成的相對穩(wěn)定的平衡拱形范圍，稱為自然拱,

其過程也稱為“成拱作用”。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力就是自然拱內(nèi)松散巖體的重力。

深埋隧道圍巖松動壓力的確定方法適用條件：

l.Ht（坑道凈高度）/B（坑道寬度）＜1.72.深埋隧道3.不產(chǎn)生顯著的偏壓力及膨脹壓力的一般

圍巖4.采用傳統(tǒng)的礦山法施工的隧道。

3：寬度影響系數(shù)hq：坍方平均高度

當(dāng)H》5b時為深埋隧道。側(cè)向均布壓力按朗金公式計算。

深淺埋隧道的判定應(yīng)以隧道頂部覆蓋層能否形成自然拱為原則，根據(jù)經(jīng)驗，這個深度通常為

2~2.5倍的坍方平均高度值。

淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法：

滑動巖體重力=滑面上的阻力+支護(hù)結(jié)構(gòu)的反作用力（圍巖松動壓力）

圍巖松動壓力=滑動巖體重力一滑面上的阻力

淺埋隧道所受圍巖松動壓力比深埋隧道要大。

在進(jìn)行明洞壓力計算時，一般按回填土考慮荷載,依據(jù)土力學(xué)中擋土墻壓力理論進(jìn)行計算。

第六章隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算

地下結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別：隧道襯砌是埋置于地層中的結(jié)構(gòu)物，它的受力變形與圍巖

密切相關(guān)。支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個統(tǒng)一的受力體系，相互約束，相互作用。

隧道工程結(jié)構(gòu)的受力特點：

1.隧道工程是在自然狀態(tài)下的巖土介質(zhì)中開挖的，隧道周邊圍巖的地質(zhì)環(huán)境對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)

的計算起著決定性的作用。

2.隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)周圍的圍巖不僅對支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載，同時它本身又是一種荷載體，隧道開

挖后的圍巖壓力是由圍巖本身和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同來承載的。

3.作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載受到施工方法和施工時間的影響。

4.與地面結(jié)構(gòu)不同，隧道工程支護(hù)結(jié)構(gòu)安全與否，既要考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮

圍巖是否失穩(wěn)。

隧道結(jié)構(gòu)體系的計算模型:傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型（荷載一結(jié)構(gòu)模型）和現(xiàn)代的巖體力學(xué)模型。

結(jié)構(gòu)力學(xué)方法的基本原理：將支護(hù)和圍巖分開考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載的主體，圍巖作為荷載

的來源和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支撐。

與其對應(yīng)的計算方式稱為荷載-結(jié)構(gòu)模式。

實際應(yīng)用大致有三種：1.主動荷載模式2.主動荷載加被動荷載模式3.實際荷載模式。

作用在隧道襯砌上的荷載按其性質(zhì)可分為主動荷載（分為主要荷載和附加荷載）和被動荷

載，主動荷載是主動作用于結(jié)構(gòu)，并引起結(jié)構(gòu)變形的荷載；被動荷載是因結(jié)構(gòu)變形壓縮圍

巖而引起的圍巖被動抵抗力即彈性抗力，它對結(jié)構(gòu)變形起限制作用。兩種計算理論：共同

變形理論和局部變形理論（主要，以溫克爾假定為基礎(chǔ)，該理論認(rèn)為圍巖的彈性抗力與圍

巖在該點的變形成正比）。

巖體力學(xué)模式的主要求解方法有：解析法，數(shù)值法，特征曲線法和剪切滑移破壞法。（地層

一結(jié)構(gòu)）

隧道抗震設(shè)計與計算最早采用的是地震系數(shù)法，該方法將地震加速度產(chǎn)生的慣性力施加于結(jié)

構(gòu)上作為地震荷載，當(dāng)作用于地下結(jié)構(gòu)的抗震分析時，還需要考慮土壓力及上覆巖土慣性力

的影響。

第七章隧道施工方法

明挖法多用于地鐵車站；蓋挖法用于修建淺埋隧道，地下鐵道和市政隧道；掘進(jìn)機(jī)法用于巖

石地層；盾構(gòu)法用于土質(zhì)地層，尤其適用于軟土，流沙，淤泥等特殊地層；沉管法適用于水

底隧道；頂進(jìn)法主要用于城市地下人行通道和市政隧道。

新奧法施工的基本原則：少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉

分部開挖法主要有六種方案:環(huán)形開挖留核心土法，三臺階七步開挖法，丹側(cè)壁導(dǎo)坑法，雙

側(cè)壁導(dǎo)坑法，中隔墻法（CD）與交叉中隔墻法（CRD）。

洞口段：隧道開挖可能給洞口地表造成不良影響的洞口范圍。

隧道洞口工程主要包括：邊仰坡土石方邊，仰坡防護(hù)，路塹擋護(hù)，洞門垢工，洞口排水系統(tǒng)

等。

進(jìn)洞施工可分為：L零開挖方式進(jìn)洞施工（綠色洞口）。2.回填方式進(jìn)洞施工。3.貼壁方式進(jìn)

洞施工。

明洞施工方法可分為：明挖一次成形法、半明半暗法

輔助施工措施：為了確保隧道工程順利進(jìn)行和施工安全，必須采取的一定的工程措施對地層

進(jìn)行預(yù)支護(hù)或預(yù)加固。

預(yù)支護(hù)措施：預(yù)留核心土、噴射混凝土封閉開挖工作面、超前錨桿、管棚、臨時仰拱封底、

預(yù)襯砌。

預(yù)加固措施：預(yù)注漿加固地層、地表錨噴預(yù)加固。

兼有預(yù)支護(hù)和預(yù)加固雙重作用的，為超前小導(dǎo)管注漿。

在巖溶地段，隧道常用處理溶洞的方法有引堵越繞四種。

防治巖爆發(fā)生的措施：

1.強(qiáng)化圍巖。給圍巖一定的徑向約束，使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)較快的從平面轉(zhuǎn)為三維應(yīng)力狀態(tài)，

以達(dá)到延緩或抑制巖爆發(fā)生的目的。

2.弱化圍巖。目的是消解圍巖中的能量，使能量平和的轉(zhuǎn)化或釋放。

發(fā)生坍方的原因：1.不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。2.隧道設(shè)計考慮不周。3.施工方法和措施不

當(dāng)。

預(yù)防坍方的施工措施：1.選擇安全合理的施工方法。2.加強(qiáng)坍方的預(yù)測。預(yù)測坍方常用的幾

種方法有觀察法，一般量測法，微地震學(xué)測量法和聲學(xué)測量法。3.加強(qiáng)初期支護(hù)

第八章隧道礦山法施工基本作業(yè)

炮眼種類：掏槽眼，輔助眼，周邊眼。

光面爆破的分區(qū)起爆順序為：掏槽眼，輔助眼，周邊眼，底板眼。

預(yù)裂爆破的分區(qū)起爆順序為：周邊眼，掏槽眼，輔助眼，底板眼。

出稽運輸作業(yè)由裝磴、運輸和卸植三個環(huán)節(jié)組成。

裝喳方式可采用人力裝硝或機(jī)械裝硝。

有軌運輸適用于長度大于3km以上隧道的施工。無軌運輸適用于全斷面、半斷面等大斷面

開挖隧道的出渣運輸。

有軌運輸優(yōu)點在于基本上不排出有害氣體，對空氣污染較輕，設(shè)備構(gòu)造簡單，容易制作，占

用空間，而且固定等.

臨時支護(hù)：鋼支撐，錨桿支撐，噴射混凝土支撐。

噴射混凝土的作用有：1.充填裂隙加固圍巖。2.封閉圍巖壁面，防止風(fēng)化。3.噴射混凝土與圍

巖組成共同承載體系。

噴射混凝土的噴射方式：干噴、潮噴、濕噴。

錨桿的支護(hù)效應(yīng)：1.懸吊效應(yīng)。2.組合梁效應(yīng)。3.加固效應(yīng)。

錨桿需具備兩個基本條件：1.錨桿受力后產(chǎn)生變形，且其本身不受破壞。2.錨桿與圍巖保持

緊密接觸。

錨桿分為：黏結(jié)式錨固錨桿和中空注漿錨桿。

錨桿的布置分為：局部布置和系統(tǒng)布置。

襯砌結(jié)構(gòu)防水措施類型：噴射混凝土防水、塑料防水板防水、模筑混凝土襯砌防水、涂料防

水、防水砂漿抹面、注漿堵水.

結(jié)構(gòu)排水設(shè)施：盲溝、排水管、排水溝

基本作業(yè)：鉆爆、出磴、支護(hù)、防水、襯砌等

輔助作業(yè)：為基本作業(yè)提供必要的施工條件，并直接為基本作業(yè)服務(wù)的作業(yè)。如施工通風(fēng)與

防塵、壓縮空氣供應(yīng)、施工供水與排水、施工供電與照明。

輔助導(dǎo)坑的形式：橫洞、平行導(dǎo)坑、斜井和豎井

施工防排水分為洞外防排水和洞內(nèi)排水。

新奧法：用薄層支護(hù)手段來保持圍巖強(qiáng)度，控制圍巖變形，以發(fā)揮圍巖的自承載能力，并通

過施工監(jiān)控量測來指導(dǎo)隧道工程的設(shè)計與施工。

新奧法施工的基本原則："少擾動、早支護(hù)、勒量測、緊封閉"。

現(xiàn)場監(jiān)控量測制定計劃的條件：隧道的地質(zhì)地形條件、支護(hù)類型和參數(shù)、施工方法以及有關(guān)

條件。

監(jiān)控量測的內(nèi)容：工程地質(zhì)與支護(hù)狀況的觀察、隧道地表沉降量測、隧道凈空變化量測、圍

巖內(nèi)部位移量測。

必須進(jìn)行的項目：洞內(nèi)觀察、凈空變化、拱頂沉降。

隧道施工作業(yè)方式：順序作業(yè)、平行作業(yè)和流水作業(yè)

施工進(jìn)度計劃的表現(xiàn)形式：橫道圖（優(yōu)點：較簡單、直觀、易懂、容易編制；缺點：工序的

相互關(guān)系不明確，施工日期和地點無法表示）、垂直圖（優(yōu)點：工程項目的相互關(guān)系、施工

的緊湊程度和施工速度十分清楚；缺點：反映不出某項工作提前或推遲完成對整個計劃的影

響程度，反映不出哪些工程是主要的，不能明確表達(dá)出哪些是關(guān)鍵工作）、網(wǎng)絡(luò)圖（優(yōu)點：

能反映施工進(jìn)度，各個工序、項目之間的關(guān)系，可使用計算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化；缺點：不如垂直圖

直觀）

圍巖跟支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用：在極限位移范圍內(nèi)，圍巖允許的位移大了，所需的支護(hù)阻力就

小，而應(yīng)力重分布所引起的后果大部分由圍巖所承擔(dān)，圍巖允許的位移小了，所需的支護(hù)阻

力就大，圍巖的承載能力則得不