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摘 要：本文简要的介绍了隧道的发展史和几种常见的开挖方法和复合式衬砌支护结构的组成及其作用。
关键词：隧道开挖技术 衬砌处理
1、隧道发展史
1.1 古代隧道
世界上最早的用于交通的隧道始建于公元前2180—2160年前后的古巴比伦，是幼发拉底河底的一条人行隧道，为砌体构造物。而完成于公元前36年的那不勒斯与普佐利之间的婆西里勃隧道则可能是古代最大的隧道建筑物，为凝灰岩中开凿的垂直边墙无衬砌隧道。
1.2 近代隧道
近代隧道兴起于运河时代，最早用火药开凿的隧道可能是法国的葵达克隧道，建于1666—1681年，长157米。世界上最早的海峡隧道是20世纪40年代修建的关门海峡隧道，长19.3km；挪威有较长的海岸线及大量和海湾和岛屿，自20世纪70年代以来已修建了20多座海底隧道。丹麦的Great Belt海峡隧道1990年动工，1997年完成，将丹麦和欧洲本土连接起来。目前世界上最长的水下隧道为1988年建成的连接日本本州和北海道的“青函隧道”，全长53.85km，海下部分23.3km。
2、隧道开挖技术
钻爆法（矿山法）是出现的最早的隧道开挖方法，技术掌握最全面，可是施工速度较慢；与矿山法完全不同的两种机械开挖法：一种是用于软土地层的盾构机，1823年发明，从手工开挖盾构发展到半机械化乃至机械化盾构，现在主要有泥水平衡盾构和土压平衡盾构两种盾构机。另一种是用于坚硬岩层的掘进机（TBM），1881-1883年掘进机首次试掘成功。除此以外还有明挖法、沉管法等不同的隧道施工方法。下面我们着重介绍三种隧道的开挖方法，即：矿山法、盾构法和沉管法。
2.1矿山法
矿山法又称钻爆法，即利用炸药来碎裂岩石，然后对周围岩石进行衬砌支护从而开挖出隧道的较为原始的方法。矿山法主要应用于岩层较为稳定的地区，主要根据“新奥法”设计原理，即充分发挥围岩的自承能力，围岩是承载的主体，结构是安全贮备。
隧道工程中常使用的凿岩机有液压凿岩机和风动凿岩机两种，另外内燃凿岩机和电动凿岩机较少采用。风动凿岩机俗称风钻，以压缩空气为驱动力。优点有：结构简单，操作方便，使用安全，制造维修简便等。缺点有：压缩空气的供应设备比较复杂，机械效率低，噪音大，耗能高和凿岩速度比液压凿岩机低等。液压凿岩机以电力带动油泵，通过改变输油通道，使活塞往复运动，实现凿岩功能。
炸药的爆炸作用及其迅速，爆炸速度可达2000-8000m/s，可在瞬间产生大量的高温高压爆炸气体，以突然冲击的方式作用在其周围的介质上，产生强大的冲击波。1kg的炸药约含热量2090～6270kJ，爆炸瞬间温度可达2000摄氏度以上，爆压可达数千兆帕，在极短的时间内释放大量的能量对其周围介质产生巨大的破坏。
目前起爆的方法根据所用不同器材可分为：火雷管起爆法、電雷管起爆法、塑料导管起爆法以及混合起爆法等。
2.2盾构法
盾构法主要由盾构机开凿岩石，适用于土质较软弱的地区。软土盾构机可分为全敞开式、半敞开室和密闭式三种，其中以密闭式内的土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机应用范围最为广泛。
盾构机主要由外壳、掘削机构、挡土机构、搅拌机构和排土机构等部分组成，其原理是通过铰接千斤顶支撑管片提供前进动力，顶推刀盘掘削前方岩土，然后用螺旋运输机（土压盾构）或者排泥管（泥水盾构）将岩土排出，同时安装预制管片，进行隧道支护。
盾构机具有开挖速度快，施工安全性高，操作方便等优点，普遍应用于沉管法和矿山法由于其限制性难以适应工程要求的工程项目，然而其工程造价较高。
TBM全截面掘进机主要适用于坚硬的岩层，有单护盾和双护盾两种，通过千斤顶支撑周围岩体提供前进前进动力，长度可达100m以上，工程造价较高，在欧洲应用较多。
2.3沉管法
在穿越江、河、湖、海时往往采用预制节段沉埋法施工，现在船坞或船台上分段预制隧道结构，然后沉入水中，浮运至设计位置，逐段沉入到水底预先开挖好的沟槽内，处理好各节段的接缝，使其连接成整体贯通的隧道。优点是：质量容易保证，施工方便、造价较低。
沉埋结构横截面有圆形和矩形两大类，当隧道位于水深大于45m的深水中时，其相应的内力较大，宜采用圆形截面；当隧道位于浅水区时，可采用矩形截面。沉管结构中不允许出现通透性裂缝，在一般沉管隧道中，结构厚度由抗浮要求决定，为简化施工，应尽量使用普通钢筋混凝土结构。
沉管段都是在水下进行连接的，主要有水压压接和水中混凝土连接两种方式。接头形式按照变形状况不同可分为柔性接头和刚性接头，在地震区宜采用特殊的柔性接头，此种接头既有足够的抗压、抗剪、轴向抗拉和抗弯强度，有能够适应线位移和角变形。
3、衬砌结构
开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性，特别是在不稳定的岩体中，一般需要修建隧道衬砌结构。按照岩层的不同可以采用不同的衬砌结构，对于岩质坚硬、自稳能力较高的岩层可以不设置衬砌支护（毛洞）或者采用简单的单层衬砌支护结构（没有隔离层），对于岩层较为复杂的地区可以采用复合式衬砌结构。下面我们主要介绍复合式衬砌结构。
支护结构的作用主要有保持坑道截面的净空；防止围岩质量的进一步恶化；承受可能出现的各种荷载；使坑道体系有足够的安全度。我国大多采用内外两层衬砌，即复合式衬砌。复合式衬砌结构主要有锚杆、初期支护、防水层和二次衬砌组成，初期支护包括锚杆、初喷混凝土、钢筋网和钢架。
锚杆是唯一从内部补强围岩的手段，可以提高裂隙围岩的抗剪强度，也可以将一些不连续的围岩联系在一起，改善围岩的物性指标。它基本上不占作业空间，施工性好，因此得到了广泛的应用。初喷混凝土是唯一能够与围岩壁面大面积牢固粘附的支护手段，适用于各种围岩，其作用主要喷射混凝土与壁面的粘着力所产生的抗剪阻力。钢架分钢支撑和格栅钢架两种，在初期支护中主要用于软弱破碎或土质围岩中，多于锚杆、喷混凝土等共同使用，对喷混凝土进行补强，和喷混凝土。锚杆共同发挥初期支护的作用。
二次衬砌的目的：隧道内设施的保持功能；防水功能；内装作用；维修管理功能；提高支护安全系数等。
关键词：隧道开挖技术 衬砌处理
1、隧道发展史
1.1 古代隧道
世界上最早的用于交通的隧道始建于公元前2180—2160年前后的古巴比伦，是幼发拉底河底的一条人行隧道，为砌体构造物。而完成于公元前36年的那不勒斯与普佐利之间的婆西里勃隧道则可能是古代最大的隧道建筑物，为凝灰岩中开凿的垂直边墙无衬砌隧道。
1.2 近代隧道
近代隧道兴起于运河时代，最早用火药开凿的隧道可能是法国的葵达克隧道，建于1666—1681年，长157米。世界上最早的海峡隧道是20世纪40年代修建的关门海峡隧道，长19.3km；挪威有较长的海岸线及大量和海湾和岛屿，自20世纪70年代以来已修建了20多座海底隧道。丹麦的Great Belt海峡隧道1990年动工，1997年完成，将丹麦和欧洲本土连接起来。目前世界上最长的水下隧道为1988年建成的连接日本本州和北海道的“青函隧道”，全长53.85km，海下部分23.3km。
2、隧道开挖技术
钻爆法（矿山法）是出现的最早的隧道开挖方法，技术掌握最全面，可是施工速度较慢；与矿山法完全不同的两种机械开挖法：一种是用于软土地层的盾构机，1823年发明，从手工开挖盾构发展到半机械化乃至机械化盾构，现在主要有泥水平衡盾构和土压平衡盾构两种盾构机。另一种是用于坚硬岩层的掘进机（TBM），1881-1883年掘进机首次试掘成功。除此以外还有明挖法、沉管法等不同的隧道施工方法。下面我们着重介绍三种隧道的开挖方法，即：矿山法、盾构法和沉管法。
2.1矿山法
矿山法又称钻爆法，即利用炸药来碎裂岩石，然后对周围岩石进行衬砌支护从而开挖出隧道的较为原始的方法。矿山法主要应用于岩层较为稳定的地区，主要根据“新奥法”设计原理，即充分发挥围岩的自承能力，围岩是承载的主体，结构是安全贮备。
隧道工程中常使用的凿岩机有液压凿岩机和风动凿岩机两种，另外内燃凿岩机和电动凿岩机较少采用。风动凿岩机俗称风钻，以压缩空气为驱动力。优点有：结构简单，操作方便，使用安全，制造维修简便等。缺点有：压缩空气的供应设备比较复杂，机械效率低，噪音大，耗能高和凿岩速度比液压凿岩机低等。液压凿岩机以电力带动油泵，通过改变输油通道，使活塞往复运动，实现凿岩功能。
炸药的爆炸作用及其迅速，爆炸速度可达2000-8000m/s，可在瞬间产生大量的高温高压爆炸气体，以突然冲击的方式作用在其周围的介质上，产生强大的冲击波。1kg的炸药约含热量2090～6270kJ，爆炸瞬间温度可达2000摄氏度以上，爆压可达数千兆帕，在极短的时间内释放大量的能量对其周围介质产生巨大的破坏。
目前起爆的方法根据所用不同器材可分为：火雷管起爆法、電雷管起爆法、塑料导管起爆法以及混合起爆法等。
2.2盾构法
盾构法主要由盾构机开凿岩石，适用于土质较软弱的地区。软土盾构机可分为全敞开式、半敞开室和密闭式三种，其中以密闭式内的土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机应用范围最为广泛。
盾构机主要由外壳、掘削机构、挡土机构、搅拌机构和排土机构等部分组成，其原理是通过铰接千斤顶支撑管片提供前进动力，顶推刀盘掘削前方岩土，然后用螺旋运输机（土压盾构）或者排泥管（泥水盾构）将岩土排出，同时安装预制管片，进行隧道支护。
盾构机具有开挖速度快，施工安全性高，操作方便等优点，普遍应用于沉管法和矿山法由于其限制性难以适应工程要求的工程项目，然而其工程造价较高。
TBM全截面掘进机主要适用于坚硬的岩层，有单护盾和双护盾两种，通过千斤顶支撑周围岩体提供前进前进动力，长度可达100m以上，工程造价较高，在欧洲应用较多。
2.3沉管法
在穿越江、河、湖、海时往往采用预制节段沉埋法施工，现在船坞或船台上分段预制隧道结构，然后沉入水中，浮运至设计位置，逐段沉入到水底预先开挖好的沟槽内，处理好各节段的接缝，使其连接成整体贯通的隧道。优点是：质量容易保证，施工方便、造价较低。
沉埋结构横截面有圆形和矩形两大类，当隧道位于水深大于45m的深水中时，其相应的内力较大，宜采用圆形截面；当隧道位于浅水区时，可采用矩形截面。沉管结构中不允许出现通透性裂缝，在一般沉管隧道中，结构厚度由抗浮要求决定，为简化施工，应尽量使用普通钢筋混凝土结构。
沉管段都是在水下进行连接的，主要有水压压接和水中混凝土连接两种方式。接头形式按照变形状况不同可分为柔性接头和刚性接头，在地震区宜采用特殊的柔性接头，此种接头既有足够的抗压、抗剪、轴向抗拉和抗弯强度，有能够适应线位移和角变形。
3、衬砌结构
开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性，特别是在不稳定的岩体中，一般需要修建隧道衬砌结构。按照岩层的不同可以采用不同的衬砌结构，对于岩质坚硬、自稳能力较高的岩层可以不设置衬砌支护（毛洞）或者采用简单的单层衬砌支护结构（没有隔离层），对于岩层较为复杂的地区可以采用复合式衬砌结构。下面我们主要介绍复合式衬砌结构。
支护结构的作用主要有保持坑道截面的净空；防止围岩质量的进一步恶化；承受可能出现的各种荷载；使坑道体系有足够的安全度。我国大多采用内外两层衬砌，即复合式衬砌。复合式衬砌结构主要有锚杆、初期支护、防水层和二次衬砌组成，初期支护包括锚杆、初喷混凝土、钢筋网和钢架。
锚杆是唯一从内部补强围岩的手段，可以提高裂隙围岩的抗剪强度，也可以将一些不连续的围岩联系在一起，改善围岩的物性指标。它基本上不占作业空间，施工性好，因此得到了广泛的应用。初喷混凝土是唯一能够与围岩壁面大面积牢固粘附的支护手段，适用于各种围岩，其作用主要喷射混凝土与壁面的粘着力所产生的抗剪阻力。钢架分钢支撑和格栅钢架两种，在初期支护中主要用于软弱破碎或土质围岩中，多于锚杆、喷混凝土等共同使用，对喷混凝土进行补强，和喷混凝土。锚杆共同发挥初期支护的作用。
二次衬砌的目的：隧道内设施的保持功能；防水功能；内装作用；维修管理功能；提高支护安全系数等。