隧道工程(第6章-1)

1、隧道工程 第6章 隧道工程礦山法施工邵 鵬 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院2022年3月5日星期六 隧道礦山法概述 圍巖預(yù)加固方法 洞口段施工方法 爆破施工技術(shù) 初期支護(hù)施工 二次襯砌施工 隧道通風(fēng)與降塵 隧道施工組織主要內(nèi)容主要內(nèi)容 隧道施工方法隧道施工方法山嶺隧道施工方法淺埋及軟土隧道施工方法水底隧道施工方法明挖法明挖法地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻蓋挖法蓋挖法淺埋暗挖法淺埋暗挖法盾構(gòu)法盾構(gòu)法掘進(jìn)機(jī)法掘進(jìn)機(jī)法礦山法礦山法沉管法沉管法盾構(gòu)法盾構(gòu)法傳統(tǒng)礦山法新奧法新意法 6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述（1）定義：指用開挖地下坑道的作業(yè)方式修建隧道的施工方法。 （2）分類傳統(tǒng)礦山法新奧法新意法

2、1. 礦山法的概念 基本理論：松弛荷載理論 爆破方法：普通爆破法 支護(hù)方法：鋼木構(gòu)件 2. 傳統(tǒng)礦山法6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述（1）新奧法的由來(lái)和產(chǎn)生背景 由來(lái)由來(lái) 新奧法是新奧地利隧道施工法（New Austrian Tunneling Method）的簡(jiǎn)稱。由奧地利拉布西維茲教授（L.V.Rabcewicz）于20世紀(jì)50年代提出。 產(chǎn)生背景產(chǎn)生背景 20世紀(jì)初出現(xiàn)了錨桿支護(hù)方法 1940年代末研制成功噴射混凝土機(jī)械 巖石力學(xué)理論為新奧法提供了科學(xué)依據(jù)3. 新奧法（NATM）6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述（2）新奧法的定義The New Austrian Tu

3、nneling Method（NATM） is based on a concept whereby the ground(rock or soil) surrounding an underground opening becomes a load bearing structural component through activation of a ring-like body of supporting ground.新奧法是基于一個(gè)概念，即通過(guò)發(fā)揮圍巖承載環(huán)的主動(dòng)作用使隧道圍巖成為承載結(jié)構(gòu)。6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述巖承理論（3）新奧法的基本思想 應(yīng)用巖體力學(xué)原理，保

4、護(hù)圍巖和利用圍巖自承能力為基點(diǎn) 將錨噴支護(hù)作為支護(hù)的主要手段 應(yīng)及時(shí)支護(hù)，以便控制圍巖變形和松弛，使圍巖成為支護(hù)結(jié)構(gòu)的組成部分，形成錨桿、噴射砼和圍巖共同承載結(jié)構(gòu) 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋圍巖-支護(hù)復(fù)合體的力學(xué)動(dòng)態(tài)及其變化，為二次支護(hù)提供合理的假設(shè)時(shí)機(jī)，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。 三大支柱：三大支柱：柔性支護(hù)、控制爆破、監(jiān)控量測(cè)一個(gè)中心：一個(gè)中心：充分發(fā)揮圍巖自身承載能力一個(gè)一體化：一個(gè)一體化：設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)一體化6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述 6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述早封閉柔性支護(hù) 6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述共同承載 6.16.1 隧道礦山法概述隧

5、道礦山法概述量測(cè)反饋（4）新奧法施工的基本原則 少擾動(dòng)早支護(hù)勤測(cè)量緊封閉減少圍巖擾動(dòng)次數(shù)、擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)范圍和擾動(dòng)時(shí)間開挖后及時(shí)施作錨噴支護(hù)，使圍巖變形進(jìn)入受控狀態(tài)通過(guò)經(jīng)常性測(cè)量來(lái)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)避免圍巖因長(zhǎng)時(shí)間暴露導(dǎo)致強(qiáng)度和穩(wěn)定性衰減；適時(shí)對(duì)圍巖施作封閉型支護(hù)6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述 新意法即New Italian Tunneling Method，是20世紀(jì)70年代中期意大利Pietro Lunardi教授在圍巖壓力拱理論和新奧法理論基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所創(chuàng)立。強(qiáng)調(diào)利用掌子面-超前核心土超前核心土的穩(wěn)定性來(lái)控制隧道變形，并以此為基礎(chǔ)對(duì)施工方法進(jìn)行選

6、擇。 4. 新意法（NITM法，ADECO-RS法）6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述（1）新意法的核心思想 超前核心土的變形對(duì)隧道變形的發(fā)生發(fā)展起關(guān)鍵性作用，隧道塌方一般是由超前核心土的滑動(dòng)引起的，因此可通過(guò)控制其變形特性來(lái)對(duì)隧道變形進(jìn)行調(diào)整。 超前核心土的變形取決于自身強(qiáng)度和剛度，因此可調(diào)節(jié)其強(qiáng)度和剛度來(lái)控制隧道變形，保證長(zhǎng)期穩(wěn)定。 6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述（2）開挖變形反應(yīng)研究的三個(gè)階段-隧道三種變形類型 脫落剝落掌子面及隧道塌方A類B類C類6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述（2）開挖變形反應(yīng)研究的三個(gè)階段-證實(shí)核心土強(qiáng)度的作用 6.16.1 隧道礦山法

7、概述隧道礦山法概述（2）開挖變形反應(yīng)研究的三個(gè)階段-改良核心土后的穩(wěn)定性 6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述（3）新意法隧道設(shè)計(jì)施工程序 6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述 6.16.1 隧道礦山法概述隧道礦山法概述5. 隧道礦山法施工工藝 穩(wěn)定掌子面 控制地層松弛 控制圍巖變形 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法預(yù)防工程事故塌方突水突泥滑坡1. 預(yù)加固的目的和意義隧道塌方事故案例 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法直接原因巖層傾角陡、節(jié)理發(fā)育、巖石破碎，巖層間結(jié)合力差；冰雪融水下滲軟化結(jié)構(gòu)面使其抗剪強(qiáng)度降低。蘭新鐵路

8、小平羌隧道掌子面坍塌事故，2人死亡。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法小平羌隧道塌方救援現(xiàn)場(chǎng) 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法直接原因當(dāng)年雨水偏多，對(duì)地表裂縫沒(méi)有明確處理方案，造成雨水下滲，影響初支穩(wěn)定；上斷面為黏土，下斷面為玄武巖，上斷面初支拱腳在黏土中。2008年，阮家窯隧道進(jìn)口發(fā)生塌方，將隧道整個(gè)斷面掩埋。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法3條主裂縫，寬15140cm，長(zhǎng)度52m。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法2008年4月，御河隧道洞內(nèi)發(fā)生塌方冒頂直接原因覆土層為無(wú)粘性和強(qiáng)風(fēng)化片麻狀破碎巖層，隧道左

9、側(cè)存在一組垂直張開節(jié)理，沿隧道中心有嚴(yán)重?cái)鄬悠扑閹?，且?guī)r石有光滑面。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法8m深的孔洞。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法直接原因隧道開挖破壞了含水層結(jié)構(gòu)，水動(dòng)力條件和圍巖力學(xué)平衡狀態(tài)急劇改變，地下水體瞬間釋放；黃土濕陷，使圍巖自穩(wěn)能力迅速喪失。寶蘭西坪隧道塌方 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法2008年8月，福生莊隧道發(fā)生塌方，掩埋整個(gè)掌子面。直接原因巖質(zhì)較軟且具有膨脹性，施工處于雨季，有裂隙水下滲導(dǎo)致膨

10、脹加大；掌子面拱頂右側(cè)圍巖局部有夾層，出現(xiàn)掉塊。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法2011年7月大連南山隧道發(fā)生坍塌事故，12人被困。直接原因巖質(zhì)較軟且具有膨脹性，施工處于雨季，有裂隙水下滲導(dǎo)致膨脹加大；掌子面拱頂右側(cè)圍巖局部有夾層，出現(xiàn)掉塊。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 2012年9月16日，大廣高速象形1#隧道左線距洞口20米處發(fā)生塌方事故，致使16名施工人員被困隧道內(nèi)。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 2012年10月1

11、0日，位于廣西德保縣在建的百色至靖西高速公路多賢隧道發(fā)生坍塌事故，6人被埋，5死1傷。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 杭州紫之路隧道塌方 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法直接原因山體土質(zhì)松軟，壓垮支撐后發(fā)生坍塌。2015年4月，昆明安企村一號(hào)隧道塌方，11人被困 2014年5月21日，貴州羅甸縣境內(nèi)邊陽(yáng)隧道發(fā)生坍塌事故，造成人死亡，人受傷。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法隧道突泥突水事故案例 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法宜萬(wàn)鐵路宜萬(wàn)鐵路“四宗最四宗最”造價(jià)最貴

12、：總投資約為227億元，平均每公里耗資約6000萬(wàn)元，青藏鐵路平均每公里也只花了2900萬(wàn)元。工程最難：穿越喀斯特地貌區(qū)，史上施工難度最大的山區(qū)鐵路工程橋隧最多：橋梁隧道就占到線路總長(zhǎng)的74%，達(dá)到278公里。歷時(shí)最長(zhǎng)：從2003年12月開工全線鋪軌貫通，耗時(shí)七年。6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法（a）馬鹿箐隧道 位于利川市境內(nèi)，全長(zhǎng)7879米，2004年6月正式開工建設(shè)。地處清江源頭地帶，溶腔連通的暗河流域廣、匯水范圍大 ，被稱為“中國(guó)鐵路建設(shè)史上最大的涌水隧道”。6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)

13、加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 2006年1月，馬鹿箐隧道出口段平導(dǎo)開挖時(shí)發(fā)生突水突泥，總突水量18萬(wàn)立方。造成10人死亡，1人失蹤直接原因隧道區(qū)域漏斗、落水洞、暗河十分普遍，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，管道巖溶水系極為復(fù)雜。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法逃生者講述：“太可怕了?！?1日，平導(dǎo)洞已經(jīng)開掘到了3152米，安檢員彭開軍和另外5名工友乘坐電瓶軌道車進(jìn)到了洞內(nèi)。到達(dá)洞底時(shí)，彭開軍發(fā)現(xiàn)洞頂出現(xiàn)滲水，并開始掉石塊。“不好，要出事，快跑?！迸黹_軍大叫一聲，他們跳上電瓶車緊急發(fā)動(dòng)。洞頂

14、掉下的石塊越來(lái)越大。“轟”地一聲巨響，洞頂塌了下來(lái)，一股巨大的洪水一下子沖了過(guò)來(lái)。彭開軍坐在電瓶軌道車?yán)飮樀貌桓宜墒?，電瓶車開出不到800米，涌水就趕了上來(lái)，一個(gè)巨浪將電瓶車蓋在了下面?！按蛩酪膊桓宜墒??！薄岸磧?nèi)停電了，電瓶車是唯一的逃生希望。” 在漆黑的山洞內(nèi)，他們6人緊緊抓住電瓶車不松手，隨著涌水逃到洞外，所幸的是沒(méi)有受任何傷。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法（2）野三關(guān)隧道 位于湖北省巴東縣野三關(guān)鎮(zhèn)碗口河和支井河之間，全長(zhǎng)13.976公里，是宜萬(wàn)鐵路全線最長(zhǎng)的隧道，穿越灰?guī)r地層長(zhǎng)度8772m，占隧道的63，碎屑巖長(zhǎng)度5074m，占隧道的37，另發(fā)育5條暗河及管道流。 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 6.26.2 圍巖預(yù)加固方法圍巖預(yù)加固方法 2007年8月，野三關(guān)隧道I號(hào)線發(fā)生突水突泥事故，一個(gè)半小時(shí)內(nèi)突水量15.1萬(wàn)立方，