隧道工程6隧道施工方法課件

1、第6章 隧道施工方法隧道施工過(guò)程通常包括：1.在地層中挖出土石，形成符合設(shè)計(jì)輪廓尺寸的坑道；2.進(jìn)行必要的初期支護(hù)和砌筑最后的永久襯砌，以控制坑道圍巖變形，保證隧道長(zhǎng)期地安全使用。 6.1 概述6.1.1 隧道工程的施工特點(diǎn) 1. 施工全過(guò)程受制于地質(zhì)條件 2. 大型的隱避工程 3. 施工環(huán)境較差 4. 多地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通不便。 5. 狹長(zhǎng)建筑物，工作面很少。 6. 施工不受氣候影響第6章 隧道施工方法第6章 隧道施工方法6.1.2 隧道施工方法及其選擇 工程的重要性 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件 施工技術(shù)水平、機(jī)械設(shè)備情況 施工中動(dòng)力和原材料供應(yīng)情況 工程投資與運(yùn)營(yíng)后的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益 對(duì)環(huán)境

2、的保護(hù)要求 施工單位的習(xí)慣做法2.影響施工方法的主要因素第6章 隧道施工方法 隧道施工方法的選擇，是一項(xiàng)“模糊”的決策過(guò)程，它依賴于有關(guān)人員的學(xué)識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、毅力和創(chuàng)新精神。對(duì)于重要工程則需匯集專家們的意見，廣泛論證。必要時(shí)應(yīng)當(dāng)開挖試驗(yàn)洞對(duì)理論方案進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。 從目前我國(guó)公路隧道發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，仍以采用新奧法為主 -(世界潮流)。 6.2 新奧法施工 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 Astria Tunnelling Method）”，簡(jiǎn)稱“新奧法（NATM）”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。 新奧法與傳統(tǒng)礦山法的

3、關(guān)鍵異同點(diǎn)： 相同： 均采用鉆爆法施工。 不同： 對(duì)圍巖的處理不同。第6章 隧道施工方法 第6章 隧道施工方法 全斷面一次開挖法 1. 適應(yīng)條件 、級(jí)圍巖 大型施工機(jī)具(鉆孔臺(tái)車、模板臺(tái)車等) 經(jīng)濟(jì)性考慮：中長(zhǎng)隧道。 6.2.1 全斷面法第6章 隧道施工方法 表示方法： 橫斷面工序圖、 縱斷面工序展開圖習(xí)慣標(biāo)注方法： 阿拉伯字1、2、3.表示挖掘; 羅馬字、.表示支護(hù)；2. 施工順序第6章 隧道施工方法 量測(cè) 臺(tái)車就位 鉆眼裝藥、放炮 找頂 出碴錨噴通風(fēng) 鉆爆作業(yè)循環(huán)：第6章 隧道施工方法 全斷面開挖法工作面設(shè)備布置 開挖施工程序 用鉆孔臺(tái)車，鉆眼，然后裝藥、聯(lián)接導(dǎo)火線； 退出鉆孔臺(tái)車，引爆炸

4、藥，開挖出整個(gè)隧道斷面； 排除危石，安設(shè)拱部錨桿和噴第一層混凝土； 用裝碴機(jī)將石碴裝入出碴車，運(yùn)出洞外； 安設(shè)邊墻錨桿和噴混凝土； 必要時(shí)可噴拱部第二層混凝土和隧道底部混凝土； 開始下一輪循環(huán)； 在初期支護(hù)變形穩(wěn)定后，或按施工組織中規(guī)定日期灌注內(nèi)層襯砌。 工序少，管理方便； 進(jìn)度快大型機(jī)械、爆破效果好； 對(duì)圍巖擾動(dòng)少爆破1次； 要求地質(zhì)條件較好。問題： 地質(zhì)條件變差時(shí)，大型機(jī)械怎么辦？3.施工特點(diǎn)第6章 隧道施工方法 三條主要作業(yè)線：(1) 開挖作業(yè)線 鉆孔臺(tái)車、裝藥臺(tái)車、大型裝碴機(jī)與運(yùn)載車(2) 錨噴作業(yè)線 混凝土噴射機(jī)、運(yùn)輸進(jìn)料設(shè)施(3) 模注混凝土襯砌作業(yè)線 混凝土拌合、混凝土輸送、防水

5、層作業(yè)、襯砌模板 4.機(jī)械化施工的關(guān)鍵第6章 隧道施工方法 1. 特點(diǎn)將斷面從上至下分成2個(gè)或3個(gè)臺(tái)階開挖；隨著臺(tái)階長(zhǎng)度的調(diào)整，它幾乎可以用于所有的地層，因而是在現(xiàn)場(chǎng)使用的主導(dǎo)方法。2.種類 長(zhǎng)臺(tái)階法 短臺(tái)階法 超短臺(tái)階法 6.2.2 臺(tái)階法第6章 隧道施工方法 (1) 初期支護(hù)閉合環(huán)的時(shí)間要求 圍巖越差，閉合時(shí)間要求越短，臺(tái)階必須縮短。(2) 施工機(jī)械的效率 效率高，則可以縮短支護(hù)閉合時(shí)間，臺(tái)階可適當(dāng)加長(zhǎng)。原則： 希望初期支護(hù)盡快閉合。 圍巖不好時(shí)，應(yīng)以條件為主； 圍巖較好時(shí)，應(yīng)以條件為主。3. 選擇臺(tái)階長(zhǎng)度的條件 第6章 隧道施工方法 長(zhǎng)臺(tái)階法臺(tái)階長(zhǎng)度L5B，B為洞室的寬度。 甚至可以上臺(tái)

6、階先貫通，即為“半斷面法”。特點(diǎn)：進(jìn)度快，僅次于全斷面法。適用于：級(jí)圍巖。4. 施工工序第6章 隧道施工方法 臺(tái)階縮短： （11.5）B L5B, 特點(diǎn)： 支護(hù)閉合時(shí)間加快，圍巖穩(wěn)定性增加； 臺(tái)階縮短加大了對(duì)下臺(tái)階施工的干擾。適用于：、級(jí)圍巖(2) 短臺(tái)階法第6章 隧道施工方法 答：上臺(tái)階存碴面積減小，往下臺(tái)階推碴次數(shù)增多。解決辦法：增加平行作業(yè)的時(shí)間，有利于加快進(jìn)度。 皮帶運(yùn)輸機(jī) 過(guò)渡坡道 、鋼結(jié)構(gòu)跳板(仰拱先做) 、石碴坡道(仰拱后做)見下面的相片問題： 臺(tái)階縮短對(duì)施工進(jìn)度有何不利？第6章 隧道施工方法 上臺(tái)階長(zhǎng)度僅為35m。特點(diǎn)：更有利于控制圍巖變形，但上下臺(tái)階相隔太近，施工干擾大。適用

7、于：軟弱破碎圍巖(、級(jí)圍巖) 超短臺(tái)階法第6章 隧道施工方法 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(zhǎng)愈不安全； 量測(cè)要及時(shí)，當(dāng)位移速度加快時(shí)，應(yīng)立即采取措施。短臺(tái)階施工注意：第6章 隧道施工方法 將3種臺(tái)階法放在一起比較：區(qū)別主要在臺(tái)階長(zhǎng)度。第6章 隧道施工方法 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。 6.2.3 分部開挖法第6章 隧道施工方法 核心土工字鋼臨時(shí)工作平臺(tái)特點(diǎn)： 洞室開挖跨度減小，有利于圍巖穩(wěn)定； 導(dǎo)坑要閉合，增加了材料用量； 進(jìn)度慢。 適用于

8、：斷面跨度大，對(duì)地表沉陷有控制要求的軟弱。2.單側(cè)壁導(dǎo)坑法第6章 隧道施工方法 特點(diǎn)：雙導(dǎo)坑，使洞室最大開挖跨度更小，穩(wěn)定性增加；耗材增加；進(jìn)度慢。 適用于：對(duì)地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。 3.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡工法)第6章 隧道施工方法 答：應(yīng)錯(cuò)開挖，間距710m。 避免在同一斷面上同時(shí)開挖的總跨度過(guò)大。問題：第6章 隧道施工方法 1.雙側(cè)導(dǎo)坑的開挖是對(duì)開還是錯(cuò)開？為什么？2.導(dǎo)坑尺寸如何確定？答：應(yīng)滿足施工要求，但寬度不宜超過(guò)斷面最大跨度的1/3。6.2.4施工中可能發(fā)生的問題及其對(duì)策 新奧法施工的基本原則，是根據(jù)圍巖性質(zhì)允許產(chǎn)生適量的變形，但又不使圍巖松動(dòng)塌落。在設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中

9、，若對(duì)圍巖性質(zhì)判斷不準(zhǔn)或情況不明，或噴射混凝土、打錨桿、立鋼支撐時(shí)間和方法有誤，圍巖松動(dòng)就會(huì)超過(guò)預(yù)計(jì)。此時(shí)，應(yīng)根據(jù)觀察和量測(cè)結(jié)果找出原因，進(jìn)行改正。6.3.1傳統(tǒng)礦山法簡(jiǎn)介傳統(tǒng)礦山法有：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。6.3 傳統(tǒng)礦山法第6章 隧道施工方法 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。第6章 隧道施工方法 名詞解釋： 挖馬口在“先拱后墻法”施工中，開挖邊墻的工序。 第6章

10、隧道施工方法 定義：先行開挖，能為后續(xù)開挖提供施工便利的坑道。 為后續(xù)工作面創(chuàng)造臨空面，提高爆破效果； 查明前方地質(zhì)情況； 排除地下水； 鋪設(shè)“三管兩線”水管、壓縮風(fēng)管、通風(fēng)管；電線、運(yùn)輸線； 改善施工通風(fēng)條件。導(dǎo)坑的作用：第6章 隧道施工方法 相同： 均屬于鉆爆法。不相同：對(duì)圍巖的認(rèn)識(shí)和處理上不同。對(duì)照表6-2解釋：6.3.2 傳統(tǒng)礦山法與新奧法施工的區(qū)別第6章 隧道施工方法 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 洞口段施工方法第6章 隧道施工方法 1.覆蓋淺、地質(zhì)差， 地表水匯集。2.進(jìn)洞順利與否，對(duì)工程的展開影響甚大。洞口段施工注意事項(xiàng):先

11、清理洞口邊仰坡有可能滑塌的表土及危石。刷坡應(yīng)自上而下逐段開挖。不采用深眼大爆破開挖邊仰坡。 洞門厚度內(nèi)的襯砌應(yīng)與洞身襯砌同時(shí)施工，連成整體。端墻砌筑與回填應(yīng)兩側(cè)對(duì)稱同時(shí)進(jìn)行，以防襯砌產(chǎn)生偏壓。洞口應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)襯砌段，其長(zhǎng)度一般不小于10m。洞口段特點(diǎn)：第6章 隧道施工方法 影響施工方法的因素：施工機(jī)具配備情況洞外相鄰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)洞方法第6章 隧道施工方法 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；

12、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。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(wú)大型機(jī)具) 用長(zhǎng)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)洞第6章 隧道施工方法 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)洞方法第6章 隧道施工方法 超前錨桿超前小導(dǎo)管管棚等簡(jiǎn)介管棚進(jìn)洞法：適用于：軟弱地層等。(4)預(yù)支護(hù)法進(jìn)洞第6章 隧道施工方法 現(xiàn)場(chǎng)管棚：管棚及套拱管棚及

13、套拱適用于：覆蓋層薄、邊仰坡不穩(wěn)、偏壓等。方法： 在洞口處先作一段明洞，抵緊仰坡坡腳，在明洞上及時(shí)回填以加固仰坡，然后暗挖進(jìn)洞。4. 明洞法進(jìn)洞第6章 隧道施工方法 6.5 明洞施工方法6.5.1 先墻后拱法全稱為“全部明挖先墻后拱法”。 適用于：臨時(shí)邊坡能暫時(shí)穩(wěn)定的對(duì)稱式明洞。優(yōu)點(diǎn)：襯砌整體性好，施工空間大，有利于施工。缺點(diǎn)：土方開挖量大，刷坡較高。第6章 隧道施工方法 6.5.2 先拱后墻法 適用于：不宜大范圍開挖邊仰坡的情況。優(yōu)點(diǎn)：土石方開挖量較小，刷坡較低。缺點(diǎn)：襯砌整體性較差，邊墻防水層施作不方便。 第6章 隧道施工方法 預(yù)支護(hù)： 預(yù)留核心土、超前錨桿、管棚等。預(yù)加固： 地層注漿、地

14、表錨噴加固。預(yù)支護(hù)兼預(yù)加固：超前小導(dǎo)管注漿6.6 輔助施工措施第6章 隧道施工方法 6.6.1 超前錨桿第6章 隧道施工方法 適用于：軟弱破碎地層。第6章 隧道施工方法 超前錨桿表6-3 超前錨桿(或小鋼管)設(shè)計(jì)參數(shù)圍巖級(jí)別錨桿直徑(mm)小鋼管直徑(mm)錨桿長(zhǎng)度(m)環(huán)向間距(cm)外插角錨桿小鋼管20253235305051051018224060注：外插角指錨桿或小鋼管與隧道縱向開挖輪廓線的夾角； 錨桿或小鋼管的長(zhǎng)度應(yīng)與實(shí)際掘進(jìn)循環(huán)長(zhǎng)度一起考慮； 中空錨桿目前的最小直徑為25mm。第6章 隧道施工方法 6.6.2 超前小導(dǎo)管注漿特點(diǎn)：預(yù)支護(hù)+預(yù)加固，支護(hù)效果強(qiáng)于超前錨桿。適用于：軟弱破

15、碎地層。步驟：噴砼封閉開挖面；鉆孔；插入小導(dǎo)管；導(dǎo)管注漿。第6章 隧道施工方法 小導(dǎo)管構(gòu)造：3842mm無(wú)縫鋼管，單根長(zhǎng)35m，管壁注漿孔，孔徑68mm,孔距1520cm。第6章 隧道施工方法 小導(dǎo)管鋼拱架 注漿材料水泥漿，或水泥水玻璃漿；注漿壓力0.51.0MPa。單根導(dǎo)管漿液擴(kuò)散半徑，按下式計(jì)算： b-導(dǎo)管中至中間距.單根導(dǎo)管注漿量 ： l導(dǎo)管長(zhǎng)度，m； n 圍巖空隙率，% 。注漿效果檢查：取巖芯，達(dá)設(shè)計(jì)要求后才能進(jìn)行開挖。第6章 隧道施工方法 小導(dǎo)管設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：6.6.3 管棚 第6章 隧道施工方法 第6章 隧道施工方法 特點(diǎn)：管徑粗(外徑為70180mm) 。施作要點(diǎn)：(1) 單根長(zhǎng)

16、46m，總長(zhǎng)可至數(shù)十米。(2) 一環(huán)管棚長(zhǎng)度一般不小于10m。(3) 可向管內(nèi)注入水泥砂漿，以增加其剛度。(4) 鋼管的尾部需架設(shè)在鋼拱架上，并焊死；(5) 相鄰兩榀鋼拱架間以拉筋相連 。(6)與巖壁之間，環(huán)向每隔2m應(yīng)用楔子楔緊。優(yōu)點(diǎn)：在所有預(yù)支護(hù)措施中，管棚支護(hù)能力最強(qiáng)。缺點(diǎn)：施工技術(shù)較復(fù)雜，造價(jià)較高。第6章 隧道施工方法 單根鋼管構(gòu)造：第6章 隧道施工方法 6.6.4 預(yù)注漿加固地層 1. 注漿方法 滲入性注漿 劈裂性注漿 壓密性注漿 高壓噴灌注漿2. 鉆孔機(jī)械和灌注管 鉆機(jī) 注漿管：第6章 隧道施工方法 隧道注漿方法:超前小導(dǎo)管注漿(見前)；超前長(zhǎng)導(dǎo)管注漿，圖a；第6章 隧道施工方法 地表注漿,圖b；由平導(dǎo)內(nèi)向正洞周圍注漿，圖c，等。 而采用得最多的仍是超前小導(dǎo)管注漿。第6章 隧道施工方法 第6章 隧道施工方法 第6章 隧道施工方法 3. 注漿數(shù)量控制 現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)； 公式計(jì)算作參考： 注漿總數(shù)量 (6-3)式中： A注漿范圍巖的體積； n圍巖空隙率，%； 漿液充填系數(shù)，一般取0.70.9； 注漿材料損耗系數(shù)，通常在0.1左右。式中的 就是地層充填率。第6章 隧道施工方法 目的：穩(wěn)定邊仰坡。適用于：覆蓋層薄或