公路隧道施工課件

1、第九章 隧道施工 隧道是在山體中開鑿或地層中修建的通道。修建隧道時(shí)，先按照設(shè)計(jì)尺寸在地層中挖出土石，以形成符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的隧道斷面輪廓，并及時(shí)進(jìn)行必要的支護(hù)和襯砌，以控制圍巖的變形，確保隧道安全。隧道襯砌一般包括拱圈、邊墻、仰拱等部分。 隧道施工的主要工序有開挖、出碴、支護(hù)和襯砌。本文重點(diǎn)介紹隧道的開挖方法、支護(hù)及襯砌施工。主要內(nèi)容第一節(jié) 主要施工方法第二節(jié) 隧道掘進(jìn) 一、鑿巖爆破 二、出 渣第三節(jié) 隧道支護(hù)和襯砌一、模筑混凝土襯砌施工二、錨噴支護(hù)施工三、復(fù)合襯砌施工(新奧法) 第四節(jié) 塌方事故的處理 第一節(jié) 主要施工方法開挖順序說明： 1.全斷面開挖 2.錨噴支護(hù) 3.灌筑襯砌 一、全斷

2、面法 在圍巖穩(wěn)定、完整，開挖后不需臨時(shí)支護(hù)，施工有大型機(jī)具設(shè)備的情況下，可采用全斷面開挖法。 該法特點(diǎn)是：開挖斷面與作業(yè)凈空大，便于大型機(jī)具設(shè)備的應(yīng)用，工序簡(jiǎn)單，各工序干擾少，斷面一次挖成，能夠較好地發(fā)揮深孔爆破的優(yōu)越性，提高鉆爆效果；各種管線鋪設(shè)便利并較少被爆破損壞，運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等條件均較有利；便于施工組織與施工管理。但是由于應(yīng)用大型機(jī)具，需要相應(yīng)的施工便道、組裝場(chǎng)地、檢修設(shè)備、足夠的能源，因此該法的應(yīng)用往往受到條件限制。 適用范圍：IVVI類圍巖的石質(zhì)隧道施工。 第一節(jié) 主要施工方法二、臺(tái)階法 臺(tái)階法按上臺(tái)階超前長(zhǎng)度分為長(zhǎng)臺(tái)階法(臺(tái)長(zhǎng)50m以上)、短臺(tái)階法(臺(tái)長(zhǎng)550m)和微臺(tái)階法(3

3、5m)三種。采用長(zhǎng)臺(tái)階法時(shí)，上下部可配屬同類較大型機(jī)械平行作業(yè)，當(dāng)機(jī)械不足時(shí)也可交替作業(yè)。當(dāng)遇短隧道時(shí)，可將上部斷面全部挖通后，再挖下半斷面。該法施工干擾較少，可進(jìn)行單工序作業(yè)。短臺(tái)階或微臺(tái)階二種方法可縮短仰拱封閉時(shí)間，改善初期支護(hù)受力條件，但施工干擾較大，當(dāng)遇軟弱圍巖時(shí)需慎重考慮，必要時(shí)應(yīng)采用輔助開挖措施穩(wěn)定開挖面，以保證施工安全。 適用范圍： IVII類較軟或節(jié)理發(fā)育的圍巖。開挖順序說明： 1.上半部開挖 2.拱部錨噴支護(hù) 3.拱部襯砌 4.下半部中央部開挖 5.邊墻部開挖 6.邊墻錨噴支護(hù)及襯砌 第一節(jié) 主要施工方法三 、臺(tái)階分部法 臺(tái)階分部法是將開挖面分成環(huán)形拱部、上部核心及下部臺(tái)階三

4、部分，根據(jù)地質(zhì)好壞，將環(huán)形拱部斷面分成一塊或幾塊開挖。環(huán)形開挖進(jìn)尺一般不應(yīng)過長(zhǎng)，以0.51.0m為宜。 臺(tái)階分部法的主要優(yōu)點(diǎn)：與微臺(tái)階法相比，其臺(tái)階可以加長(zhǎng)，一般可取1倍洞跨；與側(cè)壁導(dǎo)坑法相比，其機(jī)械化程度較高，施工速度可加快；核心土及下部開挖在拱部初期支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行，施工安全性好。 適用范圍： IIIII類圍巖或一般土質(zhì)圍巖地段。開挖順序說明： 1.上弧形導(dǎo)坑開挖 2.拱部錨噴支護(hù) 3.拱部襯砌 4.中核開挖 5.下部開挖 6.邊墻錨噴支護(hù)及襯砌 7.灌筑仰拱 第一節(jié) 主要施工方法開挖順序說明： 1.下導(dǎo)坑開挖 2.上弧形導(dǎo)坑開挖 3.拱部錨噴支護(hù) 4.拱部襯砌 5.設(shè)漏斗，隨著推進(jìn)開挖中

5、核 6.下半部中部開挖 7.邊墻部開挖 8.邊墻錨噴支護(hù)襯砌四 、上下導(dǎo)坑法 此法設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)坑，先挖出上部斷面，然后把拱圈修筑好，在拱圈保護(hù)之下開挖下部斷面，然后再修筑邊墻等。上導(dǎo)坑位置應(yīng)考慮到圍巖壓力增長(zhǎng)有可能頂部支撐不能拆除，在永久支護(hù)修筑之前支撐有一定沉落，因此支撐需架設(shè)在設(shè)計(jì)輪廓線外，并根據(jù)地質(zhì)情況預(yù)留沉落量。沉落量的大小，土質(zhì)隧道為3060cm，石質(zhì)隧道為2040cm。 該法最大優(yōu)點(diǎn)是施工安全。設(shè)兩個(gè)導(dǎo)坑，運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、管線路布置等都易解決，能拉開工作面，便于使用小型機(jī)具。遇地質(zhì)情況變化，變換施工方法較易。缺點(diǎn)是馬口開挖影響進(jìn)度，并使襯砌質(zhì)量低，整體性差，邊墻與拱腳處封口不易密實(shí)

6、。該法工序多、干擾大，施工管理不便，兩個(gè)導(dǎo)坑也增加開挖費(fèi)用。 適用范圍： IIIII類圍巖。第一節(jié) 主要施工方法五、上導(dǎo)坑法 上導(dǎo)坑法是導(dǎo)坑法的一種，此法在隧道上部斷面設(shè)有一個(gè)導(dǎo)坑，先挖出此斷面，然后按順序開挖其它部位。 適用范圍： IIIII類圍巖的洞口段輔助開挖。開挖順序說明： 1.上導(dǎo)坑開挖 2.上半部其它部位開挖 3.拱部錨噴支護(hù) 4.拱部襯砌 5.下半部中部開挖 6.邊墻部開挖 7.邊墻錨噴支護(hù)及襯砌 第一節(jié) 主要施工方法六、側(cè)壁導(dǎo)坑法 側(cè)壁導(dǎo)坑法包括單側(cè)壁導(dǎo)坑法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。與臺(tái)階法開挖相比，側(cè)壁導(dǎo)坑法尤其是雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖引起的地表下沉量較小，因此特別適用于扁坦大跨度淺埋隧道開

7、挖。施工時(shí)，需注意臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)要堅(jiān)固可靠、及時(shí)，必要時(shí)用“先撐后挖”方式進(jìn)行開挖(如插板法等)。 該法優(yōu)點(diǎn)是安全可靠，坑道暴露時(shí)間短，開挖面小，對(duì)圍巖擾動(dòng)小。襯砌為先墻后拱，質(zhì)量較好。但施工進(jìn)度慢，導(dǎo)坑多，造價(jià)高，通風(fēng)排水困難。 適用范圍：地質(zhì)條件較差、斷面大、地表沉降需要控制的場(chǎng)合。單側(cè)壁導(dǎo)坑法 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法 (中壁墻法)注:圖中數(shù)字為開挖順序。第二節(jié) 隧道掘進(jìn)a垂直楔形掏槽1-掏槽眼；2-輔助眼；3-幫眼；4-頂眼；5-底眼一、鑿巖爆破 鑿巖爆破是隧道施工中較關(guān)鍵的基本作業(yè)，其主要內(nèi)容包括炮眼參數(shù)確定及炮眼布置、裝藥、起爆等。 1、常用的掏槽類型 錐形掏槽、楔形掏槽、單向掏槽和直線形掏槽。

8、四角錐形掏槽 第二節(jié) 隧道掘進(jìn)式中：N炮眼數(shù)量； q單位用藥量，一般取=1.12.4kg/m3； s開挖斷面積，m2； a裝藥系數(shù)，一般取a =0.50.8； g每延米藥卷的炸藥重量，kg/m。 2、炸藥用量 炸藥用量與巖性、炸藥威力、斷面大小、臨空面多少、炮 眼直徑、炮眼深度等都有關(guān)。般情況下，先參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，或用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，或用炸藥消耗定額估計(jì)等方法，初步確定炸藥用量，然后在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過十幾次試驗(yàn)，即可調(diào)整到較合理的炸藥用量。 3、炮眼數(shù)目 炮眼數(shù)應(yīng)根據(jù)巖石強(qiáng)度、地質(zhì)構(gòu)造、自由面數(shù)(臨空面數(shù))、坑道斷面尺寸、炸藥性質(zhì)、炮眼布置、炮眼直徑、炮眼長(zhǎng)度等因素確定，同時(shí)，還應(yīng)通過試驗(yàn)檢驗(yàn)和調(diào)整

9、初步設(shè)計(jì)。計(jì)算公式為：第二節(jié) 隧道掘進(jìn)4、炮眼深度 炮眼深度是指炮眼眼底至臨空面的距離。炮眼深度與掘進(jìn)進(jìn)度有關(guān)，合理的炮眼深度對(duì)提高掘進(jìn)速度和炮眼利用率都有較大影響。 確定炮眼深度有下列幾種方法：（1）根據(jù)導(dǎo)坑斷面尺寸及圍巖條件確定：l =(0.50.8)B 式中：l炮眼深度，即眼底至開挖面之距離； B導(dǎo)坑高或?qū)挘∑渲行≌?；?）按每一掘進(jìn)循環(huán)所要求的進(jìn)尺數(shù)及實(shí)際的炮眼利用率來確定：式中： l炮眼深度，m； l0每一掘進(jìn)循環(huán)的計(jì)劃進(jìn)尺數(shù)，m； h炮眼利用率，一般要求不低于85，計(jì)算時(shí)可取0.85。（3）參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定炮眼深度。 5、炮眼直徑 炮眼直徑與巖性、炸藥威力、斷面大小、臨空面多少等

10、有關(guān)。合理的炮眼直徑應(yīng)是在相同條件下，掘進(jìn)速度快、爆破質(zhì)量好的孔徑，同時(shí)需考慮經(jīng)濟(jì)因素，在施工中可由試驗(yàn)而得。 6、炮眼布置 炮眼布置，按其作用的不同，分掏槽眼、輔助眼和周邊眼三種。 炮眼的布置方法通常有下列幾種：直線形布眼、多邊形布眼和弧形布眼等。 (a)(b)直線形布眼多邊形布眼弧形布眼第二節(jié) 隧道掘進(jìn)(c)(d)第二節(jié) 隧道掘進(jìn)二、出 渣 隧道掘進(jìn)中，裝渣運(yùn)輸作業(yè)在一定條件下會(huì)成為影響掘進(jìn)速度的重要因素。裝渣運(yùn)輸由四個(gè)環(huán)節(jié)組成：裝(裝車)、調(diào)(調(diào)車)、運(yùn)(運(yùn)輸)、卸(卸渣)。 1. 裝渣 裝渣機(jī)具應(yīng)與運(yùn)輸車輛配套，應(yīng)能發(fā)揮機(jī)具的較高效率，從而提高裝渣速度。裝渣能力應(yīng)與每次開挖土石方量及運(yùn)

11、輸車輛的容量相適應(yīng)。 2調(diào)車 運(yùn)輸作業(yè)的效率，與車輛調(diào)度有很大關(guān)系。有軌運(yùn)輸時(shí)，開挖面應(yīng)有調(diào)車設(shè)備，以加快空車調(diào)入。 3運(yùn)輸 運(yùn)輸是把石渣運(yùn)到洞外，并在指定地點(diǎn)棄渣，此外，洞內(nèi)需要的材料、機(jī)具等(如洞內(nèi)用混凝土集料、支撐材料、回填材料、施工用機(jī)具)需運(yùn)入洞內(nèi)指定地點(diǎn)。運(yùn)輸方式分有軌式和無軌式，應(yīng)根據(jù)隧道長(zhǎng)度、開挖方法、機(jī)具設(shè)備、運(yùn)量大小等選用。 4卸渣 卸渣應(yīng)根據(jù)棄渣場(chǎng)地形條件、棄渣利用情況、車輛類型，妥善布置卸渣線，卸渣應(yīng)在卸渣線上依次進(jìn)行。此外，卸渣宜采用自動(dòng)卸渣或機(jī)械卸渣設(shè)備，并應(yīng)有專人指揮。卸渣場(chǎng)地應(yīng)修筑永久排水設(shè)施和其他防護(hù)工程，確保地表徑流不致沖蝕棄渣堆。軌道運(yùn)輸卸渣時(shí)，卸渣碼頭應(yīng)

12、搭設(shè)牢固，并設(shè)掛鉤、欄桿，軌道末端應(yīng)設(shè)置可靠的擋車裝置。第三節(jié) 隧道支護(hù)和襯砌一、 模筑混凝土襯砌施工 1.清理場(chǎng)地，架設(shè)模板 施工場(chǎng)地在灌注混凝土之前需清理干凈，作好中線、開挖斷面等的檢查工作，對(duì)不符合要求的欠挖，則應(yīng)予以鑿除。 拱部模板鋪設(shè)在拱架上。在架設(shè)拱腳時(shí)拱腳每側(cè)加寬510cm，拱頂加高5cm。 墻架的構(gòu)造型式應(yīng)簡(jiǎn)單、便于拆裝，墻架可結(jié)合工作平臺(tái)考慮。拱架或墻架的間距應(yīng)根據(jù)圍巖情況、跨度大小及襯砌厚度等因素確定。跨度和荷載較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小間距，并在灌注混凝土?xí)r沿拱架徑向設(shè)置若干臨時(shí)支撐，保證拱架在受荷時(shí)不致產(chǎn)生過大變位。灌注方向灌注方向輻射狀拱圈灌注 2.混凝土工藝 灌注混凝土應(yīng)兩

13、邊對(duì)稱分層灌注和搗固，超挖部分亦同時(shí)在兩側(cè)對(duì)稱回填。拱圈襯砌由兩側(cè)拱腳向拱頂對(duì)稱灌注，間歇及封頂?shù)膶用鎽?yīng)成輻射狀。 3.養(yǎng)護(hù)及拆模二、 錨噴支護(hù)施工 1.錨桿安設(shè) 錨桿安設(shè)作業(yè)應(yīng)在初噴混凝土后及時(shí)進(jìn)行，孔位、孔徑、孔深及布置形式應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，桿件露出巖面的長(zhǎng)度不應(yīng)大于噴層厚度，各種錨桿的施工要求詳見公路隧道施工技術(shù)規(guī)范。 2.噴射混凝土的施工 噴射混凝土的工藝流程大致分為干噴、潮噴和濕噴。木盒鋼拱架預(yù)留缺口模板缺口支撐千斤頂預(yù)留缺口拱頂死封頂方法已砌邊墻邊模板立帶已砌拱圈拱與墻連接處的墻頂封口第三節(jié) 隧道支護(hù)和襯砌第三節(jié) 隧道支護(hù)和襯砌干噴工藝流程濕噴工藝流程 噴射機(jī) 水 噴 頭 速凝劑 細(xì)

14、骨料 粗骨料 壓縮空氣 水 泥 攪拌機(jī) 噴 頭 壓縮空氣 噴射機(jī) 水 水 泥 粗骨料 細(xì)骨料 攪拌機(jī) 外加劑 速凝劑 三、 復(fù)合襯砌施工 本法是以噴混凝土、架設(shè)錨桿作為主要支護(hù)手段的一種施工方法。 當(dāng)開挖面穩(wěn)定時(shí)，施工順序是：開挖斷面進(jìn)行第一次柔性襯砌施工量測(cè)(位移、應(yīng)力等量測(cè))修筑防水層進(jìn)行第二次襯砌。 當(dāng)開挖面不穩(wěn)定時(shí)，施工順序是：開挖弧形導(dǎo)坑進(jìn)行拱部的第一次柔性襯砌開挖核心及側(cè)壁進(jìn)行邊墻的第一次柔性襯砌開挖仰拱部分并修筑仰拱施工量測(cè)(位移、應(yīng)力等量測(cè))修筑防水層進(jìn)行第二次襯砌。 第四節(jié) 塌方事故的處理一、造成塌方的原因及預(yù)防措施 塌方一般是地質(zhì)不良、設(shè)計(jì)定位不當(dāng)、施工方法不正確等原因引起的。地質(zhì)條件是造成塌方的基本因素，施工是引起塌方的直接因素。穿越斷裂褶皺帶，或穿越嚴(yán)重風(fēng)化破碎帶、堆積層等，容易產(chǎn)生塌方。地下水往往也是重要因素，地下水豐富易造成塌方。 對(duì)于塌方應(yīng)以防為主。首先要認(rèn)真做好勘查工作，此外，隧道位置選擇應(yīng)盡量避繞不良地質(zhì)區(qū)段，洞口位置選擇要慎重，施工設(shè)計(jì)、支護(hù)設(shè)計(jì)要合理，要符合實(shí)際情況。 塌方是有一定征兆的，應(yīng)當(dāng)在施工中注意觀察。觀察到異常情況，應(yīng)認(rèn)真分析，交接班時(shí)要交待清楚，作好準(zhǔn)備，及時(shí)處理。二、塌方處理 處理塌方應(yīng)按“小堵清，大塌穿”及“治塌先治水”的原則進(jìn)行。 小塌方以清為主，大塌方宜采取先護(hù)后挖的方法，謹(jǐn)慎施工。 通頂塌方是大塌方的極端情況，此時(shí)還