隧道施工方法

1、第6章 隧道施工方法,一、隧道施工技術(shù)的發(fā)展 1、1949年以前 基本是人工開挖、手工操作襯砌、機(jī)具簡(jiǎn)單、技術(shù)落后的時(shí)期。當(dāng)時(shí)鐵路隧道建設(shè)既沒有固定專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍，也沒有完整的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范，設(shè)備機(jī)具少，方法簡(jiǎn)單，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率很低。,人工打眼 木排架支撐,2、20世紀(jì)50年代 （1）隧道施工由人力為主轉(zhuǎn)入小型機(jī)械施工； （2）制定了施工規(guī)范； （3）輔助坑道采用斜、豎井和平行導(dǎo)坑，豎井最深達(dá)130m； （4）施工方法以上下導(dǎo)坑先拱后墻法為主； （5）較長隧道試用后翻式裝碴機(jī)裝碴，用電瓶車牽引軌道運(yùn)輸出碴； （6）逐步采用水泥砂漿注漿防水。,干風(fēng)鉆打眼 濕風(fēng)鉆打眼,1957年川黔線涼風(fēng)埡隧

2、道，是我國建國后修建的第一座最長的隧道，也是首次采用平行導(dǎo)坑施工，也是由人工施工到輕型機(jī)械化施工的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。,涼風(fēng)埡隧道（單線，長4270m）,3、20世紀(jì)6070年代 （1）推廣采用機(jī)械設(shè)備，以中小型機(jī)械施工為主； （2）平面控制測(cè)量采用閉合導(dǎo)線法和一條基線的三角網(wǎng)； （3）施工方法以漏斗棚架先墻后拱法為主，部分采用全斷面開挖； （4）試用光面爆破； （5）對(duì)整治巖溶、巖爆、坍塌、涌水和瓦斯突出等也逐步積累經(jīng)驗(yàn)。,關(guān)村壩隧道（單線，長6107m，使線路縮短10.1km）,1966年成昆線上的關(guān)村壩隧道，長6107m，使線路縮短了10.1km，地質(zhì)為灰?guī)r，采用上下導(dǎo)坑漏斗棚架法施工，組織均衡生產(chǎn)

3、，快速施工，創(chuàng)雙口月成洞672.71m的最快隧道施工記錄。中共中央1965年3月9日特發(fā)電報(bào)祝賀。發(fā)生過7次巖爆。,長沙隧道（雙線，長714m）,1965年京廣線上的長沙隧道，長714m，埋深15m，是我國60年代地質(zhì)最壞，塌方事故最多，施工方案多次變更，施工時(shí)限最長的雙線隧道，塌方199次，工期5年半。地質(zhì)為砂頁巖、粘土砂層、砂卵石層、紅粘土等，地下水豐富。采用上下導(dǎo)坑先拱后墻法施工。,4、20世紀(jì)80年代 （1）普遍采用新奧法施工； （2）開挖方法普遍采用全斷面、半斷面法； （3）采用光面深孔爆破、預(yù)裂爆破、弱爆破技術(shù)減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)； （4）噴錨支護(hù)技術(shù)大發(fā)展； （5）編制鐵路隧道新奧法

4、指南； （6）應(yīng)用監(jiān)控量測(cè)進(jìn)行信息化設(shè)計(jì)和施工； （7）進(jìn)入大型機(jī)械配套時(shí)期，引入鑿巖臺(tái)車、裝運(yùn)碴機(jī)械、噴錨及灌漿機(jī)械； （8）在軟弱圍巖施工中由新奧法的發(fā)展出現(xiàn)淺埋暗挖法。,1987年京廣鐵路衡廣段復(fù)線的大瑤山隧道，雙線隧道，長14.29km。地質(zhì)為白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r及砂巖，斷層14條，涌水量高達(dá)51000m3/d。設(shè)計(jì)、施工均按新奧法原則進(jìn)行，大斷面機(jī)械化作業(yè)，首次采用復(fù)合襯砌。大瑤山隧道的建設(shè)，是新奧法原理在中國鐵路隧道施工中的成功典范，也是中國鐵路隧道建設(shè)新舊方法的轉(zhuǎn)折，是隧道發(fā)展史上的里程碑工程。,大瑤山隧道（雙線，長14.29km，縮短11km ）,5、20世紀(jì)90年代以來 （1）

5、制定鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則，形成有中國特色的隧道修建新方法； （2）濕噴混凝土技術(shù)、工藝及濕噴機(jī)； （3）自進(jìn)式錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展； （4）單線鐵路長隧道快速施工配套技術(shù)與設(shè)備；,（5）淺埋暗挖法進(jìn)一步發(fā)展，由臺(tái)階法演變?yōu)閱蝹?cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)； （6）采用隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）施工，標(biāo)志著我國單線鐵路長隧道的修建技術(shù)，也達(dá)到了國際先進(jìn)水平。,秦嶺隧道（雙洞單線，長18.46km）,1999年西安安康鐵路的秦嶺隧道，雙洞單線隧道，長18.46km。I線兩端采用TBM掘進(jìn)，中間由II線平導(dǎo)及橫洞進(jìn)入I線正洞采用鉆爆法開挖；II線等平導(dǎo)貫通后采用

6、鉆爆法擴(kuò)挖。是我國隧道由鉆爆法施工上升到采用敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工的新臺(tái)階。標(biāo)志著中國鐵路隧道機(jī)械化施工跨入世界先進(jìn)行列，成為中國鐵路隧道史的里程碑。,二、隧道的施工特點(diǎn),(1)隱蔽性大；,北京地鐵崇文門站,宜萬鐵路野山關(guān)隧道,謹(jǐn)慎規(guī)劃，嚴(yán)密把關(guān)，確保質(zhì)量。,(2)作業(yè)的循環(huán)性強(qiáng)；速度慢，工期長。,廈門海底隧道開挖方法,第1步：開挖,第2步：安裝鋼拱架,第3步：噴混凝土,第4步：拆除臨時(shí)支護(hù),第5步：二次襯砌,(3)作業(yè)空間有限；,(4)作業(yè)的綜合性；,廈門海底隧道斜井,(5)施工是動(dòng)態(tài)的，施工過程的力學(xué)動(dòng)態(tài)是變化的，圍巖物理力學(xué)性質(zhì)也是變化的； (6)作業(yè)環(huán)境惡劣； (7)作業(yè)的風(fēng)

7、險(xiǎn)性大。,北京某明挖車站基坑坍塌,北京某暗挖區(qū)間坍塌,上海地鐵四號(hào)線樓房坍塌,宜萬鐵路某隧道涌水,圓粱山隧道突水突泥,某黃土隧道塌方,1. 隧道施工主要方法 礦山法 傳統(tǒng)礦山法 新奧法 明挖法 掘進(jìn)機(jī)法 盾構(gòu)法 沉管法 頂進(jìn)法,三、 隧道施工方法及其選擇,2.隧道施工方法的分類,3.隧道施工方法的選擇原則,選擇施工方法時(shí)需考慮的基本因素大體上可歸納為：,1、 施工條件,2、 圍巖條件,3、 隧道斷面積,4、 埋深,5、 工期,6、 環(huán)境條件,“礦山法”因其最早應(yīng)用于坑道采礦而得名。它是采用鉆眼爆破方式破巖，縱向分段，橫向全斷面或分部開挖，每一部分開挖成形后即對(duì)暴露圍巖加以適當(dāng)?shù)闹位蛑ёo(hù)，繼而

8、提供必要的永久性人工結(jié)構(gòu)以保持隧道長期穩(wěn)定的施工方法。礦山法又因其采用“鉆眼爆破”方式破巖，故隧道工程中也稱之為“鉆爆法”。,“傳統(tǒng)礦山法”,“新奧法”,礦山法,1963年，由奧地利學(xué)者L臘布茲維奇教授命名為“新奧地利隧道施工法（New Austria Tunneling Method）”，簡(jiǎn)稱“新奧法（NTAM）”正式出臺(tái)，它是以控制爆破或機(jī)械開挖為主要掘進(jìn)手段，以錨桿、噴射混凝土為主要支護(hù)方法，理論、量測(cè)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的一種施工方法。同時(shí)又是一系列指導(dǎo)隧道設(shè)計(jì)和施工的原則。,6.2 新奧法,一、新奧法（NATM）概述,新奧法主要采用錨桿和噴射混凝土作為維護(hù)圍巖穩(wěn)定的初期支護(hù)，以幫助圍巖獲得初

9、步穩(wěn)定，施作后的錨噴支護(hù)即成為永久性承載結(jié)構(gòu)的一部分而不予拆除，然后在此基礎(chǔ)上再施作內(nèi)層襯砌作為安全儲(chǔ)備（內(nèi)層襯砌也稱為后期支護(hù)）。初期支護(hù)、內(nèi)層襯砌與圍巖三者共同構(gòu)成了永久的隧道結(jié)構(gòu)承載體系。,二、新奧法施工的基本程序,“少擾動(dòng)、早支護(hù)（噴錨）、勤量測(cè)、緊封閉”,（1）少擾動(dòng)，是指在進(jìn)行隧道開挖時(shí)，要盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)、擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)范圍和擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間。,（2）早支護(hù)（早錨噴），是指開挖后及時(shí)施作初期錨噴支護(hù)，使圍巖的變形進(jìn)入受控制狀態(tài)。,（3）勤量測(cè)，是指以直觀、可靠的量測(cè)方法和量測(cè)數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確評(píng)價(jià)圍巖（或圍巖加支護(hù)）的穩(wěn)定狀態(tài)，或判斷其動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，以便及時(shí)調(diào)整支護(hù)形式、開挖方法，確

10、保施工安全和順利進(jìn)行。,（4）緊封閉，一方面是指采取噴射混凝土等防護(hù)措施，避免圍巖因長時(shí)間暴露而致強(qiáng)度和穩(wěn)定性的衰減，尤其是對(duì)于易風(fēng)化的軟弱圍巖。另一方面更為重要的是指要適時(shí)對(duì)圍巖施作封閉形支護(hù)，而且可以使支護(hù)和圍巖能進(jìn)入良好的共同工作狀態(tài)。,三、新奧法施工的基本原則,四、新奧法開挖施工方法,1.全斷面法 2.臺(tái)階法 3.分部開挖法,3.施工循環(huán)作業(yè),二襯,將3種臺(tái)階法放在一起比較： 區(qū)別主要在臺(tái)階長度。, 下半斷面開挖應(yīng)在上半斷面初期支護(hù)基本穩(wěn)定后才能進(jìn)行； 開挖后要及時(shí)噴砼，暴露時(shí)間愈長愈不安全； 量測(cè)要及時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)拱頂、拱腳和邊墻中部的位移速度加快時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行仰拱封閉。,臺(tái)階法施工注意

11、：,臺(tái)階法上斷面開挖,臺(tái)階法上斷面開挖,臺(tái)階法上斷面開挖,臺(tái)階法上斷面開挖,分部開挖法是開挖軟弱巖層或土層隧道的一種施工方法，主要適用于隧道斷面較大或圍巖穩(wěn)定性較差的條件下。它將隧道斷面分部開挖逐步成型，且一般將某部超前開挖。,導(dǎo)坑的作用主要是超前探察前方巖體的工程地質(zhì)條件。,先行開挖形成的坑道稱為“導(dǎo)坑”,“導(dǎo)坑超前開挖法”,分部開挖法,1. 環(huán)形開挖留核心土法 特點(diǎn)： 留核心土支頂工作面，穩(wěn)定性優(yōu)于超短臺(tái)階法： 進(jìn)度慢。 適用于：土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖；小型施工機(jī)具。,出口側(cè)壁導(dǎo)坑臺(tái)階法施工,中隔壁法（CD）,適用于V級(jí)圍巖淺埋雙線隧道。,中隔壁法施工要求：,各部開挖時(shí)，周邊輪廓盡量圓順，

12、減小應(yīng)力集中； 各部的底部高程應(yīng)與鋼架接頭處一致； 每一部的開挖高度為35m；后一側(cè)開挖應(yīng)全斷面及時(shí)封閉； 左右兩側(cè)縱向間距一般為30-50m； 中隔壁設(shè)置為弧形或圓弧形。,交叉中隔壁法（CRD）,適用于級(jí)圍巖淺埋的雙線或多線隧道。,采用交叉中隔壁法施工，除滿足中隔壁法的要求外，尚應(yīng)滿足： 設(shè)置臨時(shí)仰拱，步步成環(huán)； 自上而下，交叉進(jìn)行； 中隔壁及交叉臨時(shí)支護(hù)，在灌注二次襯砌時(shí)，應(yīng)逐段拆除。,圣哥達(dá)隧道的木支撐,“傳統(tǒng)礦山法”是采用木構(gòu)件或鋼構(gòu)件作為臨時(shí)支撐，抵抗圍巖變形，承受圍巖壓力，獲得坑道的臨時(shí)穩(wěn)定，待隧道開挖成形后，再逐步地將臨時(shí)支撐撤換下來，而代之以整體式單層襯砌作為永久性支護(hù)的施工方

13、法。它是人們?cè)陂L期的施工實(shí)踐中逐步自然發(fā)展起來的。,6.3 傳統(tǒng)礦山法,（一）概述,（二）傳統(tǒng)礦山法施工的基本程序,（三）傳統(tǒng)礦山法施工方法,全斷面法 臺(tái)階法 漏斗棚架法 蘑菇形法 上下導(dǎo)坑先拱后墻法，等。 僅選擇傳統(tǒng)礦山法中具有代表性的上下導(dǎo)坑法 予以介紹，以資與新奧法施工對(duì)照。,上下導(dǎo)坑先拱后墻法,優(yōu)點(diǎn)： 有拱圈保護(hù)，安全； 有兩個(gè)導(dǎo)坑，有利于通風(fēng)、排水與運(yùn)輸。 缺點(diǎn)： 兩個(gè)導(dǎo)坑增加了造價(jià)； 邊墻須開挖馬口，進(jìn)度慢。 適應(yīng)于：、級(jí)圍巖。,名詞解釋： 挖馬口在“先拱后墻法”施工中，開挖邊墻的工序。,上下導(dǎo)坑法施工,（四）新奧法與傳統(tǒng)的礦山法的主要區(qū)別,這不僅僅是技術(shù)手段上的不同，更重要的是對(duì)

14、工程問題認(rèn)識(shí)的不同、理論解釋的不同和施工原則的不同。,新奧法與傳統(tǒng)的礦山法的主要區(qū)別在于支護(hù)方式的不同。,新奧法的錨噴初期支護(hù)與傳統(tǒng)礦山法的鋼木構(gòu)件臨時(shí)支撐相比較，具有顯著的靈活性、及時(shí)性、密貼性、深入性、柔韌性、封閉性等工程特點(diǎn)。,它強(qiáng)調(diào)采用錨噴支護(hù)，而不大量采用鋼、木支撐；強(qiáng)調(diào)要及早閉合支護(hù)環(huán)；提倡采用復(fù)合式襯砌，而不是采用剛度較大的單層襯砌；要求加強(qiáng)施工量測(cè)等。它是人們對(duì)隧道及地下工程問題認(rèn)識(shí)和理解的一次重要進(jìn)步，也是人們對(duì)隧道及地下工程理論的繼承和發(fā)展。,6.4.1 洞口段的概念 指洞口淺埋段，即開挖可能給洞口地表造成不良影響的范圍。,6.4 洞口段施工方法,洞口段施工中最關(guān)鍵的工序就

15、是進(jìn)洞開挖。隧道進(jìn)洞前應(yīng)對(duì)邊仰坡進(jìn)行妥善防護(hù)或加固，作好排水系統(tǒng)。,(1)在場(chǎng)地清理作施工準(zhǔn)備時(shí)，應(yīng)先清理洞口上方及側(cè)方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。,(2)洞口施工宜避開雨季和融雪期。,(3)洞口部分圬工基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固的地基上。,(4)洞門拱墻應(yīng)與洞內(nèi)相鄰的拱墻襯砌同時(shí)施工連接成整體，以確保拱墻連接良好。洞門端墻的砌筑與回填應(yīng)兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行，防止對(duì)襯砌產(chǎn)生側(cè)壓。,(5)洞口段洞身施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素選擇開挖方法和支護(hù)方式。,(6)洞門完成后，洞門以上仰坡腳受破壞處，應(yīng)及時(shí)處理。,洞口段施工注意事項(xiàng):,影響施工方法的因素： 施工機(jī)具配備情況 洞外相鄰

16、建筑的影響 地形條件 地質(zhì)條件-最為重要！ 按地質(zhì)條件，有以下幾種施工方法： 1. 全斷面法進(jìn)洞 適應(yīng)于：、級(jí)圍巖。 注意事項(xiàng)： 初始1020m區(qū)段的開挖，應(yīng)將爆破進(jìn)尺控制在23m。,6.4.2 進(jìn)洞方法,視地質(zhì)條件，嚴(yán)格控制爆破進(jìn)尺： 、級(jí)圍巖短臺(tái)階 爆破進(jìn)尺1.5m2.5m；網(wǎng)、錨、噴支護(hù)。 、級(jí)圍巖短臺(tái)階 爆破進(jìn)尺在1.5m以內(nèi)；超前錨桿(或小導(dǎo)管)，鋼拱架。 、級(jí)圍巖超短臺(tái)階 進(jìn)尺0.51.0m；不爆破，人工或機(jī)械挖掘；管棚與系統(tǒng)錨桿。 問題：、級(jí)圍巖能否用臺(tái)階法進(jìn)洞？ 答：可以，前提是在不具備全斷面進(jìn)洞的條件下(無大型機(jī)具) 用長臺(tái)階法，但初始段爆破進(jìn)尺仍應(yīng)控制在23m內(nèi)。,2. 臺(tái)階法進(jìn)洞,當(dāng)圍巖很差，超短臺(tái)階法往往還不夠安全，可用: 環(huán)形開挖留核心土法(前已述) 側(cè)壁導(dǎo)坑法(前已述) 下導(dǎo)坑法,3. 其它進(jìn)洞方法,超前錨桿超前小導(dǎo)管管棚等適用于：軟弱地層等。,(4)預(yù)支護(hù)法進(jìn)洞,現(xiàn)場(chǎng)管棚：,管棚及套拱