公路隧道的施工關(guān)鍵點分析內(nèi)蒙古課件

1、公路隧道施工安全關(guān)鍵點分析劉學(xué)增 同濟大學(xué)主要內(nèi)容公路隧道的現(xiàn)狀一公路隧道施工與常見問題三 公路隧道的設(shè)計二公路隧道現(xiàn)狀隧道分類土質(zhì)隧道石質(zhì)隧道按所處的地質(zhì)條件淺埋隧道深埋隧道按隧道的埋置深度山嶺隧道城市隧道按所處的地理位置 水底隧道公路隧道的規(guī)模 截止到2010年底，全國公路隧道為7384處、512.26萬米，比上年末增加1245處、118.06萬米，比“十五”末增加4495處、359.55萬米。其中，特長隧道265處、113.80萬米，長隧道1218處、202.08萬米。“十一五”期內(nèi)，秦嶺終南山隧道、上海崇明隧橋、廈門翔安海底隧道等重大工程相繼建成. 公路隧道施工難度逐步增加1、公路隧道

2、的跨度增加 單洞三車道、四車道隧道逐步增多，廣州龍頭山隧道、福建機場二期為單洞四車道分離式、小間距和連拱隧道等。公路隧道施工難度逐步增加大跨度公路隧道特點：進(jìn)出洞困難變形較大施工工法復(fù)雜、工序轉(zhuǎn)換較多大型機械施工空間困難相互影響較大易出現(xiàn)變形較大引起的初支開裂或者塌方公路隧道施工難度逐步增加2、特長隧道逐步增多 已建好的蒼嶺隧道（7km）、括蒼山隧道（7km） 、終南山隧道等（18km），在建的山西的西山隧道（13km）、虹梯關(guān)隧道（13km）、四川的米倉山隧道 （13km）特長隧道的特點：運營期的通風(fēng)、防災(zāi)高地應(yīng)力引起的巖爆、大變形環(huán)境問題：施工引起的地下水環(huán)境的變化、大量廢渣引起的環(huán)境污染

3、或者二次災(zāi)害、洞口環(huán)境等3、隧道的原位擴建 車流量的逐漸增加，原有隧道的通行規(guī)模不能滿足要求，出現(xiàn)隧道的原位擴建，福建泉廈高速大帽山隧道，由兩車道原位擴建為四車道原有隧道襯砌的拆除爆破振動控制技術(shù)現(xiàn)狀 秦嶺終南山隧道的運營標(biāo)志我國公路隧道建設(shè)技術(shù)取得了重大突破，個月完成公里的主洞掘進(jìn)任務(wù)，平均月掘進(jìn)米，同時由鐵十二局創(chuàng)造了鉆爆法單口月掘進(jìn)429.5米的國內(nèi)紀(jì)錄。在特長隧道的通風(fēng)、監(jiān)控、施工等方面都取得了很多成果。 目前公路隧道施工存在的主要問題1、公路隧道的設(shè)計理念還有一定的分歧；包括設(shè)計荷載、荷載分擔(dān)以及二次襯砌的作用；2、前期勘察設(shè)計不細(xì)導(dǎo)致實際揭露圍巖與實際差別較多，變更也較多；3、施工

4、監(jiān)控往往不能落實并指導(dǎo)施工；4、施工管理相對比較混亂、偷工減料比較普遍；5、承包單位由于任務(wù)較多，施工人員技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)管理相對比較落后。 隧道結(jié)構(gòu)或地下結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)所處環(huán)境不同，它是處在巖土地層或通稱為圍巖中，既受到圍巖的荷載作用，又受到圍巖的約束有利作用。荷載結(jié)構(gòu)地層結(jié)構(gòu)目前的設(shè)計理論收斂約束經(jīng)驗類比 目前應(yīng)用比較多的是經(jīng)驗類比法 公路隧道設(shè)計【第184頁條文說明9.2.5條】采用地層結(jié)構(gòu)法計算時，可通過對釋放荷載設(shè)置釋放系數(shù)控制初期支護(hù)的受力，以使初期支護(hù)和二次襯砌能按較為合理的分擔(dān)比例共同承受釋放荷載的作用。具體分擔(dān)比例可按下表選定。釋放荷載分擔(dān)比例圍巖級別分擔(dān)比例圍巖初期支護(hù)二次襯

5、砌IV60804020V20408060【第184頁條文說明9.2.6條】 復(fù)合式襯砌的二次襯砌用于IIII級（類）圍巖計算時，由于初期支護(hù)作為永久支護(hù)已可使圍巖保持穩(wěn)定，因而二次襯砌可按構(gòu)造要求選定厚度，不必進(jìn)行驗算。 豎向圍巖壓力圍巖壓力的計算方法 1、普氏系數(shù)法 2、太沙基法 3、規(guī)范推薦的半經(jīng)驗半理論的方法水平壓力二襯圍巖壓力荷載分擔(dān)比圍巖級別IIIIIIVV二襯壓力與跨度比值均值(KPa/m)0.150.542.395.99初期支護(hù)壓力與跨度比值的均值(KPa/m)3.364.014.677.63二襯圍巖壓力荷載分擔(dān)比（二襯壓力/圍巖總壓力）4.5%13.5%51.18%78.5%新

6、奧法隧道施工工法全斷面法臺階法中隔壁法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法基本原則 “少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”全斷面法全斷面開挖法是按著設(shè)計斷面一次開挖成型 全斷面開挖法施工流程1-全斷面開挖； 2-錨噴支護(hù)； 3-灌筑混凝土襯砌臺階法施工一般為采用上下臺階法開挖；地質(zhì)條件較差時采用臺階式上部弧形導(dǎo)坑超前開挖的中隔壁法（CD法/CRD法）CRD法對變形控制比較有利，安全性較高。中隔壁法（CD法/CRD法）廈門海底隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑安全、變形小；工法復(fù)雜，造價高，進(jìn)度慢，施工條件差；工法適應(yīng)性全斷面法：圍巖較好，兩車道隧道級圍巖，對于大跨度隧道級圍巖可根據(jù)具體情況選擇臺階法：一般情況下都可以采用，對于圍巖較差的大跨

7、度隧道，從控制圍巖變形的角度，不如中隔壁法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法中隔壁法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法：適用于較差圍巖或者大跨度隧道，雙側(cè)壁法更有利于控制圍巖的變形全斷面法：公路隧道級圍巖地段。通常采用全斷面鉆孔一次起爆方法。 臺階法：公路隧道級圍巖地段。臺階數(shù)量和長度，要根據(jù)圍巖條件而定。級圍巖一般采用兩臺階法；級圍巖及級偏弱圍巖，可改用三臺階法。 臺階法施工的循環(huán)進(jìn)尺，要根據(jù)開挖跨度和圍巖類別、自穩(wěn)時間嚴(yán)格控制，并與初期支護(hù)鋼架設(shè)計間距相對應(yīng)。每次以架立12榀鋼架為宜。 上斷面開挖視圍巖自穩(wěn)條件，可采用一次開挖成形和環(huán)形導(dǎo)坑預(yù)留核心土開挖法，該法適用于、級圍巖地段。當(dāng)圍巖自穩(wěn)性很差時，必須采用小導(dǎo)管或錨桿(注漿)

8、等超前支護(hù)措施。 下斷面(中、下層臺階)是開挖作業(yè)的重要環(huán)節(jié)。在開挖順序上，宜采用先挖側(cè)槽、左右錯開向前推進(jìn)的做法，不宜采用拉中槽挖馬口的方法。側(cè)槽開挖長度，靠近邊墻范圍應(yīng)采用風(fēng)鉆、風(fēng)鎬手工開挖，人工清壁扒碴，嚴(yán)禁使用重型機械開挖和裝碴，以免對圍巖過大擾動、破壞圍巖和初期支護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。 分部開挖法（雙側(cè)壁導(dǎo)坑、CD法等）：適用于淺埋大跨公路隧道、山嶺軟弱破碎、地下水發(fā)育的隧道、土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖地段 分部開挖法（雙側(cè)壁導(dǎo)坑、CD法等）：適用于淺埋大跨公路隧道、山嶺軟弱破碎、地下水發(fā)育的隧道、土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖地段 初期支護(hù)應(yīng)及時施作，早封閉，快成環(huán)，控制變形。開挖后，要盡早對暴

9、露巖石進(jìn)行封閉，先初噴45cm厚混凝土封閉巖面，然后安裝鋼拱架、打設(shè)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)，再復(fù)噴至設(shè)計厚度。 拱腳處要根據(jù)現(xiàn)場情況采用墊石、墊鋼板、縱向托梁、鎖腳錨桿、導(dǎo)管等措施進(jìn)行加強，以保證拱腳的穩(wěn)定性。 工法安全控制的關(guān)鍵點全斷面法：圍巖結(jié)構(gòu)面不利組合造成的小型塌方事 故以及掌子面的局部掉塊；臺階法：下臺階開挖、下部支撐與上部支撐的搭接 以及上部支護(hù)的穩(wěn)定性；公路隧道施工安全風(fēng)險控制公路隧道施工安全風(fēng)險控制工法安全控制的關(guān)鍵點中隔壁法：中隔壁拆除后安全控制；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法：臨時支護(hù)拆除后安全控制。大跨度隧道施工工法對比分析破碎圍巖隧道施工施工原則 ：管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、不(弱)爆破、強支護(hù)、

10、快封閉、勤測量、速反饋破碎圍巖通常是指圍巖節(jié)理非常發(fā)育，不同于軟弱圍巖，軟弱圍巖通常指軟質(zhì)巖，強風(fēng)化、全風(fēng)化巖石等。隧道的進(jìn)洞方式1、加固山坡進(jìn)洞：松軟、破碎地層，由于隧道施工可能影響邊坡的穩(wěn)定2、接長明洞進(jìn)洞：洞口有坍塌的危險或者仰坡不甚穩(wěn)定，接長明洞以防落石掉塊或穩(wěn)定邊仰坡3、零開挖進(jìn)洞：覆蓋層較薄、山坡穩(wěn)定性較好4、明洞暗進(jìn)：將傳統(tǒng)的明洞明做的施工方法改為暗進(jìn)施工的方法, 利用回填土體作洞頂覆蓋層, 以減少邊仰坡開挖工作量, 保護(hù)山體自然平衡。進(jìn)洞施工方法要根據(jù)洞口段地形、地貌和圍巖條件而定。 洞口段為整體性好的、級硬巖時，路塹成型后，即可按全斷面法直接進(jìn)洞。洞口段為淺埋、坡積、軟弱的、

11、級圍巖時，宜采用臺階法進(jìn)洞。一般應(yīng)結(jié)合洞口路塹施工分層開挖，到達(dá)暗洞進(jìn)口里程前2m左右，沿設(shè)計開挖廓線外施作管棚(常用42mm小鋼管，有條件的也可用89mm、108鋼管mm)超前支護(hù)，而后按臺階法施工。拱部要采用環(huán)形開挖留核心土法，下部視情況分一層或兩層開挖。為確保安全順利進(jìn)洞，暗洞前2m的初期支護(hù)通常做成套拱。小間距隧道施工關(guān)鍵點1、合理的爆破方式，盡量減少相鄰隧道爆破震動的相互影響2、中間巖柱的穩(wěn)定性：加固方式3、合理的開挖工序：減少對中間巖柱的擾動以及隧道的相互影響4、加強監(jiān)控量測工作。中間巖柱爆破震動影響小間距隧道施工關(guān)鍵點爆破震動速度控制指標(biāo)建議值(cm/s)圍巖級別小凈距隧道分類A

12、類(嚴(yán)重影響)B類(一般影響)C類(輕微影響)81010121520588101015558810小間距隧道施工關(guān)鍵點小凈距隧道分類表圍巖條件及加強措施小凈距隧道分類分離式單洞A類(嚴(yán)重影響)B類(中等影響)C類(輕微影響)圍巖級別0.375B(0.3750.75)B(0.752.0)B2.0B0.5B(0.51.0)B(1.02.5)B2.5B0.75B(0.751.5)B(1.53.5)B3.5B加強措施中巖墻重點加固簡單加固不加固按單洞設(shè)計初期支護(hù)加強加強加強按單洞設(shè)計二次襯砌加強加強不加強按單洞設(shè)計兩車道隧道圍巖穩(wěn)定性評價不同級別圍巖變形穩(wěn)定時間圍巖級別穩(wěn)定時間(d)拱頂下沉收斂變形平

13、均值級圍巖29.8432.4431級圍巖34.253736級圍巖45.794244級圍巖46.0446.6646小間距隧道施工關(guān)鍵點小間距隧道施工關(guān)鍵點1、合理的爆破方式，盡量減少相鄰隧道爆破震動的相互影響2、中間巖柱的穩(wěn)定性：加固方式3、合理的開挖工序：減少對中間巖柱的擾動以及隧道的相互影響4、加強監(jiān)控量測工作。小間距隧道施工關(guān)鍵點不同級別圍巖穩(wěn)定時的相對變形值圍巖級別拱頂下沉相對值（）拱頂下沉相對值（）ABACBC級圍巖0.1660.1470.1660.156級圍巖0.2350.2310.2350.225級圍巖0.3470.3420.3470.291級圍巖0.4620.4070.4620.

14、481不同級別圍巖穩(wěn)定時的變形值(mm)圍巖級別拱頂下沉收斂位移AB收斂位移AC收斂位移BC級圍巖1.551.541.641.75級圍巖2.402.432.362.87級圍巖3.643.593.064.54級圍巖4.754.275.055.47隧道常見的地質(zhì)災(zāi)害 隧道常見的地質(zhì)災(zāi)害:洞口邊坡失穩(wěn)、突水涌泥、塌方、大變形、瓦斯、巖爆等公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險隧道施工周圍山體發(fā)生滑坡事故公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險隧道涌水事故公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險馬鹿箐隧道突水5人遇難，直接損失3000多萬。公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險隧道涌水突泥事故公路

15、隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險隧道涌水突泥事故公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險2007.8宜萬鐵路野三關(guān)隧道發(fā)生特大透水事故 ，52名工人被困 隧道崩塌公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險 塌方宜萬鐵路復(fù)線線高陽寨隧道進(jìn)口塌方， 35人死亡公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險2011.7.18，大連勝利路附近在建隧道發(fā)生坍塌，12人被困。公路隧道常見風(fēng)險公路隧道施工安全風(fēng)險概述2009.6，海南三亞繞城高速公路隧道塌方，8人被困。公路隧道常見風(fēng)險公路隧道施工安全風(fēng)險概述救生通道公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險 隧道塌方及其引

16、起的地表開裂公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險 溶 洞巖溶冒頂公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險董家山隧道右線隧道瓦斯爆炸44人死亡，11人傷。隧道掘進(jìn)引起地表發(fā)生沉陷破壞公路隧道常見風(fēng)險公路隧道施工安全風(fēng)險概述隧道施工引起周圍區(qū)域發(fā)生塌陷事故公路隧道常見風(fēng)險公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道施工安全風(fēng)險概述公路隧道常見風(fēng)險大變形瓦斯爆炸公路隧道施工安全風(fēng)險概述常見風(fēng)險事故統(tǒng)計分析塌方公路隧道施工安全風(fēng)險概述常見風(fēng)險事故統(tǒng)計分析塌方公路隧道施工安全風(fēng)險概述常見風(fēng)險事故統(tǒng)計分析突水涌泥公路隧道施工安全風(fēng)險概述常見風(fēng)險事故統(tǒng)計分析巖爆公路隧道施工安全風(fēng)險概述常見風(fēng)險事故統(tǒng)計分析巖爆公路隧

17、道施工安全風(fēng)險概述常見風(fēng)險事故統(tǒng)計分析大變形塌方主要受降雨、圍巖級別、斷層破碎帶、地下水、埋深、跨度、偏壓、開挖工法和斷面形狀等影響。巖爆由地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、圍巖應(yīng)力狀態(tài)、設(shè)計施工等多種因素綜合作用的結(jié)果。公路隧道施工安全風(fēng)險概述常見風(fēng)險事故影響因素大變形受巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、埋深、地應(yīng)力、斷面跨度及施工工法等因素影響。巖溶主要有巖性、斷層、褶皺、地表條件、水文地質(zhì)條件、設(shè)計施工因素影響。公路隧道施工安全風(fēng)險概述常見風(fēng)險事故影響因素突水涌泥類 別 涌水量104（m3/d） 危 害 性 質(zhì) 地 下 水 類 型特大涌水 10 可能造成重大設(shè)備和人身事故 巖溶水、巖溶裂隙水大 涌 水

18、 110 可能造成重大設(shè)備和人身事故 巖溶水、巖溶裂隙水、斷層裂隙水中 涌 水 0.11 可能造成重大設(shè)備和人身事故 巖溶水、巖溶裂隙水、斷層裂隙水小 涌 水 0.010.1 可能造成一般事故及凍害 風(fēng)化裂隙水、潛水滲滴涌水 0.01 可能造成一般事故及凍害 風(fēng)化裂隙水、上層滯水隧道涌水分類（1）初期涌水：隨著隧道的掘進(jìn)，擴大涌水?dāng)嗝?，其涌水量也增大，這期間的涌水叫初期涌水。其最大涌水量叫初期最大涌水量。（2）衰減涌水：達(dá)到初期最大涌水量后，隨著靜儲量的流失，涌水量逐漸衰減，這期間的涌水叫衰減涌水。（3）穩(wěn)定涌水：爾后，經(jīng)過一段時間的排泄，達(dá)到補給與排泄平衡，稱之為穩(wěn)定涌水，這期間的涌水量稱為

19、穩(wěn)定涌水量。隧道涌水的類型良透水巖層與相對不透水巖層的接觸帶；可溶性巖層與非溶解巖層的交接帶；斷層破碎帶，尤其是深大斷裂破碎帶；向斜構(gòu)造的軸部與背斜構(gòu)造的兩翼；孔隙裂隙多和可溶性巖石地層，遇地下水危害的可能性較大。在節(jié)理裂隙極多的風(fēng)化砂巖、礫巖和石灰?guī)r地區(qū)的隧道，大多遇有較大涌水。隧道涌水與地質(zhì)條件的關(guān)系位于河、湖、海下的地下工程涌水應(yīng)以堵為主，因為涌水的來源是河、湖、海，補給充分，是排不完的，所以應(yīng)以堵為主。對無補給或補給量小的涌水點則以排為主。地下水防治 目前公路隧道設(shè)計理念：逐漸由“以排為主”向“以堵為主”轉(zhuǎn)變。塌 方 圍巖穩(wěn)定性主要受巖性、巖體結(jié)構(gòu)、地下水特征以及初始應(yīng)力的影響。但在實

20、際工程中，這四秤地質(zhì)因素又是共同發(fā)生作用的。因此，根據(jù)這四方面因素的具體組合情況，即根據(jù)巖性的軟硬，巖石強度的高低，巖體結(jié)構(gòu)特征，特別是軟弱結(jié)構(gòu)面的特征，結(jié)構(gòu)面的抗剪強度，地下水的水量、水壓和運動特征，以及巖體中初始應(yīng)力的大小、方向和主應(yīng)力的比值等的具體情況，圍巖的穩(wěn)定性是不同的，因而圍巖的變形和破壞的類型也是不同的。圍巖失穩(wěn)的類型和特征（1）巖體的破裂：主要發(fā)生在裂隙較少的堅硬、脆性的圍巖巖體中。由于這類巖體在工程中可視為均質(zhì)的連續(xù)介質(zhì)，因而圍巖穩(wěn)定性主要取決于巖石本身的強度和巖體中應(yīng)力重分布的情況。當(dāng)重分布應(yīng)力小于圍巖巖石的強度時，巖體只產(chǎn)生彈性變形，在巖石彈性變形不大的情況下，圍巖是穩(wěn)定

21、的。但若巖體申重分布應(yīng)力超過圍巖巖石的強度，在洞頂或邊墻上便可能產(chǎn)生拉裂、剪斷、壓潰和剝離等破壞現(xiàn)象。而對于薄層狀巖層，則可能由于隧道開挖的卸荷回彈等作用，引起巖層彎折內(nèi)鼓的變形破壞。（2）巖塊的滑移和墜落：主要是發(fā)生在由各種結(jié)構(gòu)面切割的、比較堅硬的巖體申。當(dāng)圍巖中的初始應(yīng)力超過結(jié)構(gòu)面的抗剪強度，或在重力作用下，隧道周邊的結(jié)構(gòu)體沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的松弛、滑移和墜落等變形破壞現(xiàn)象。特別是當(dāng)軟弱結(jié)構(gòu)面在地下水的作用下，更易發(fā)生這類的變形和破壞。（3）破碎松散巖（土）體的坍塌：當(dāng)隧道穿過斷層破碎帶、密集結(jié)構(gòu)面切割形成的破碎巖體或松散的堆積層時，由于巖體的自承能力很低，因而在隧道開挖過程中，洞頂或側(cè)壁產(chǎn)生的

22、坍塌破壞現(xiàn)象。對這類變形破壞現(xiàn)象如不及時支護(hù)，坍塌可能很快發(fā)展，以至坍塌到很大的高度。特別是在有地下水的情況下，破壞現(xiàn)象則更為嚴(yán)重。（4）松軟巖體的塑性變形：軟巖、膨脹性巖層、松軟土層以及含粘土的破碎巖層、強度低，塑性強，與水作用強烈，在外力作用下易于變形。洞室開挖后或在開挖過程申，由于應(yīng)力作用由于向洞室臨空面的膨脹、流動，可使這類圍巖產(chǎn)生向洞內(nèi)膨脹、擠人和流動等塑性變形的現(xiàn)象。（1）松軟圍巖變形破壞的治理: 弱爆破開挖，及時封閉初期支護(hù)；根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，再適時作永久支護(hù)。對于埋深較大、較完整的軟質(zhì)圍巖的大變形位移，一般可采用加強的柔性支護(hù)措施。（2）破碎松散圍巖變形破壞的治理: 破碎松散圍巖的自穩(wěn)能力極低，特別是富含地下水時，幾乎不具自穩(wěn)能力。為防止其變形破壞的發(fā)生，或控制其破壞的規(guī)模，一般采用預(yù)注漿加固和排水降壓等措施，并以“預(yù)防為主、寧強勿弱、步步為營，穩(wěn)中求快”作為施工的指導(dǎo)思想，認(rèn)真做到“先排水、短開挖、弱爆破、強支撐、快襯砌”，盡量減少對圍巖的擾動。（3）塊狀圍巖滑移和墜落的治理：變形破壞主要受結(jié)構(gòu)面的控制，一般可采用噴混凝土局部加錨桿的支護(hù)形式。錨桿首先應(yīng)用來加固“關(guān)鍵塊體”，因為大量圍巖的滑移和墜落多由于 “關(guān)鍵塊體”的掉落而引起。塌方的防治巖 爆 巖爆發(fā)生的條件 從地層巖性上看，巖爆都是