北京交通大學(xué)第部分隧道設(shè)計(jì)與施工的原則

主講:譚忠盛教授隧道工程設(shè)計(jì)與施工北京交大隧道系第二部分隧道設(shè)計(jì)與施工的基本原則1、洞門前不設(shè)路塹，必須早進(jìn)晚出，不破壞山體環(huán)境。

（1）洞口位置不當(dāng)，產(chǎn)生偏壓的理念。

（2）洞口間距過大，不利管理和節(jié)約土地，可以小間距的理念。

（3）優(yōu)選切削式不受力洞門的理念。

（4）洞口不設(shè)深路塹（應(yīng)小于１０ｍ）的理念。

（5）上下行洞口錯(cuò)開，設(shè)擋墻防止廢氣進(jìn)入另一洞口、氣流短路的理念。

（6）美化洞口及周邊環(huán)境的理念。

（７）洞口段、洞門、明洞之間合理施工方法的理念。

（８）洞口變坡點(diǎn)合理設(shè)置的理念。2、全隧道不設(shè)變形縫，特殊地段設(shè)置誘導(dǎo)縫，8級(jí)地震區(qū)在洞口段40～50m處設(shè)減震縫。3、必須重視巖溶地區(qū)的綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，長短結(jié)合以短為主，預(yù)報(bào)范圍前方≥30m，隧道周邊外1倍洞徑，做為工序列入。4、一次支護(hù)要強(qiáng)，承受部分水壓和全部土荷載，淺埋和海底隧道則承受全部水荷載和土荷載，二次模筑初砌做為安全儲(chǔ)備。5、全部采用網(wǎng)構(gòu)鋼拱架，取消型鋼拱架，靠近工作面的第一排鋼拱架不受力，噴混凝土后的網(wǎng)構(gòu)拱架承受10倍荷載，工鋼則承受4倍荷載，工鋼后部混凝土噴不上，容易產(chǎn)生滲漏水。6、一次支護(hù)由鋼筋網(wǎng)、鋼拱架、噴混凝土組成，鋼拱架接頭聯(lián)結(jié)處設(shè)鎖腳錨管（灌漿）。7、取消系統(tǒng)錨桿。

軟弱地層不設(shè)錨桿，只設(shè)索腳錨管。

Ⅴ～Ⅵ級(jí)圍巖不設(shè)錨桿。

Ⅲ～Ⅳ級(jí)圍巖局部破碎設(shè)置錨桿和鋼筋網(wǎng)。

錨桿在設(shè)計(jì)計(jì)算中是不予考慮。

錨桿是施工時(shí)臨時(shí)加固的手段。

錨桿施作的時(shí)空效應(yīng)很難實(shí)現(xiàn)。8、軟弱地層必須采用潮噴混凝土，不提倡濕噴混凝土。9、必須采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)型式，一次支護(hù)和二次模筑襯砌之間必須設(shè)半包式防水隔離層，不允許全包，采用無釘鋪設(shè)防水板，無紡布后部必須設(shè)置系統(tǒng)排水盲管。水的處理有兩個(gè)理念：一是以堵為主，限排為輔。二是全堵方案，但要給水有排出的通道。10、取消中部排水溝。11、反對(duì)長隧短打。

提倡設(shè)置平行導(dǎo)坑，可提高正洞2倍速度。

斜井設(shè)置僅是0.5倍的正洞速度。

豎井是0.1～0.3倍的正洞速度。

斜坡道不同于斜井，是無軌運(yùn)輸，僅是0.5倍的正洞速度。

12、正臺(tái)階施工不允許分長、中、微臺(tái)階，臺(tái)階長度為一倍洞徑，第一個(gè)上臺(tái)階高度必須為2.5m，小導(dǎo)管長度為臺(tái)階高度加1m。13、支護(hù)結(jié)構(gòu)施工必須是一次支護(hù)從上向下施作，二次模筑襯砌必須從下向上施作。14、隧道宜近不宜聯(lián)，可采用小間距隧道，反對(duì)雙聯(lián)拱、多連拱，取消盾構(gòu)隧道的橫通道。15、大斷面硬巖隧道宜采用小導(dǎo)洞超前爆破，可減震30%，也可采用小TBM超前，鉆爆法擴(kuò)大。隧道及路塹邊坡采用光面爆破，不準(zhǔn)預(yù)裂爆破。

全斷面開挖改為小TBM超前打通，后部用鉆爆法擴(kuò)大。優(yōu)點(diǎn)：（1）可以超前預(yù)報(bào)；（2）爆破減振30%，炸藥比全斷面爆破減少5—10%；（3）擴(kuò)大爆破，炮眼利用率為100%，所以提高開挖速度2—3倍；（4）炮眼半孔保存率80%,線形超挖<10cm;

（5）爆破碴堆、碴塊均勻、集中，便于快速出碴；（6）縱向爆破沖擊波小,對(duì)后部工序影響小。16、隧道施工洞口無主扇風(fēng)機(jī)，U形氣流射流風(fēng)機(jī)，通風(fēng)技術(shù)。

該技術(shù)適用于上下行、分離式雙洞隧道。這是打破常規(guī)的新模式，取消了在洞口采用大功率主扇壓入式向洞內(nèi)輸送新風(fēng)的模式。采用在洞內(nèi)橫通道之間設(shè)置射流風(fēng)機(jī)（15—30KW/臺(tái)），風(fēng)機(jī)本身產(chǎn)生高速氣流（30米／秒）的卷吸作用，產(chǎn)生很大的壓力差，從而強(qiáng)迫誘導(dǎo)大量新風(fēng)，在U型風(fēng)道中產(chǎn)生單向巨大風(fēng)流，達(dá)到換氣目的。

17、地鐵盾構(gòu)施工的經(jīng)濟(jì)效益分析：(1)盾構(gòu)Φ6.23m一臺(tái)6000萬元,資金沉積,周圍太慢，3.5年～4年可把6000萬收回(不計(jì)利息),第五年可開始盈利,每年最多能賺1000萬元。

(2)盾構(gòu)搬家，一般城市之間300～400萬/次。

(3)盾構(gòu)從豎井拆除再組裝一次30～50萬/次。

(4)適用盾構(gòu)法施工一個(gè)盾構(gòu)掘進(jìn)長度為6KM以上，這是發(fā)揮盾構(gòu)快速施工，性價(jià)比最好的工程籌劃。

(5)一班人馬配2—3臺(tái)盾構(gòu)才能提高穩(wěn)定技術(shù)人員、高級(jí)技工的施工能力。這是施工單位合理部署的舉措。

結(jié)論：應(yīng)合理慎重規(guī)劃應(yīng)用盾構(gòu)。與鉆爆法、淺埋暗挖法相比，經(jīng)濟(jì)效益要低10倍左右。18、TBM硬巖掘進(jìn)機(jī)：開敞式雙護(hù)盾結(jié)構(gòu)圖

雙護(hù)盾TBM硬巖掘進(jìn)機(jī)：

臺(tái)灣雪山隧道雙護(hù)盾(1)機(jī)型方案選擇：開敞式TBM優(yōu)于雙護(hù)盾構(gòu)式、單護(hù)盾式。

有五個(gè)優(yōu)點(diǎn):

①長度與直徑之比<1，調(diào)方向靈活，可確保±30mm，調(diào)整誤差。

②能及時(shí)支護(hù)，有利于洞室穩(wěn)定，護(hù)盾式不利于及時(shí)支護(hù)、易塌方。

③不易被地壓力卡死護(hù)盾。

④造價(jià)比雙護(hù)盾便宜10%—30%。

⑤襯砌支護(hù)比管片便宜2倍以上。

（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)

①開敞式TBM用復(fù)合式襯砌，最易適應(yīng)不同地層和水量；支護(hù)壽命長，可確保100年，出事故維護(hù)方便。

②雙護(hù)盾式TBM必須采用軟弱地層管片襯砌厚度，不適應(yīng)變化多端的山嶺隧道（土壓、水壓），管片厚度不能調(diào)整，管片壽命不可靠，且造價(jià)高于復(fù)合初砌數(shù)倍以上，因此不宜采用。

（3）必須重視盾構(gòu)和TBM的國產(chǎn)化。

目前一些甲方盲目追求使用國外最先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，既不考慮性能價(jià)格比，也不考慮國內(nèi)制造業(yè)的同步發(fā)展，造成不斷的重復(fù)引進(jìn)，對(duì)大量資金納稅人的錢流向國外，發(fā)展國外經(jīng)濟(jì)，提高國外人民生活水平很有“魂力”，而對(duì)養(yǎng)育自己的祖國和人民冷酷無情，這是什么工作感情和能力。建議國家對(duì)國外采購要設(shè)立強(qiáng)有力的評(píng)價(jià)體系、規(guī)定和制度；要建立項(xiàng)目業(yè)主、裝備制造企業(yè)和保險(xiǎn)公司風(fēng)險(xiǎn)同擔(dān)，利益共享的重大技術(shù)裝備保險(xiǎn)機(jī)制；國產(chǎn)化率中的關(guān)鍵部件必須進(jìn)口，國產(chǎn)率在50%到60%為宜。19、必須堅(jiān)持動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工、動(dòng)態(tài)管理，設(shè)計(jì)人員必須及時(shí)修改圖紙，必須尊重施工信息。20、設(shè)計(jì)人員必須提高業(yè)務(wù)素質(zhì)，要超越規(guī)范，創(chuàng)新設(shè)計(jì)；有新理念、新創(chuàng)新。應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備、新儀器，反對(duì)抄襲圖紙。21、要實(shí)事求是，確定合理工期，合理造價(jià)。不合理工期、不合理造價(jià)是造成質(zhì)量差、工程壽命短及安全事故發(fā)生的主要原因。22、要建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念；要有系統(tǒng)地下工程的理念；要有方便運(yùn)營維修的理念；要有保護(hù)環(huán)境的理念；要有重視方案設(shè)計(jì)比選的理念。23、隧道頂部允許塌方空洞存在，拱頂上方要有2m土厚保護(hù)。24、運(yùn)營的隧道應(yīng)簡化通風(fēng)、照明、防災(zāi)、監(jiān)控，簡化思路，節(jié)約能源。建議小于１km隧道不設(shè)通風(fēng)、照明。25、從安全風(fēng)險(xiǎn)角度出發(fā)，上下行隧道必須分洞修建，分洞運(yùn)營。26、黃土隧道施工要點(diǎn)：

（1）黃土濕陷系數(shù)：與黃土四個(gè)物理指標(biāo)有關(guān)。黃土的天然含水量ω(%);自重r(KN/m3)；天然孔隙比e；飽和度sr（%）；黃土濕陷性與天然孔隙比呈正比（正相關(guān)）；黃土濕陷性與天然含水量、自重、飽和度呈反比(負(fù)相關(guān))。

（2）降水施工是確保黃土隧道最安全、可靠的輔助措施。由于降水作用，黃土地表一些地段會(huì)形成呈橢園形的陷坑和縫隙，陷坑直徑約13m左右，縫寬約20cm左右（地裂縫），但當(dāng)水位在負(fù)10m左右時(shí)采用洞內(nèi)降水及回灌時(shí)只涉及地面有微量沉降。

（3）不易直接將濕陷性黃土層作為地基持力層，應(yīng)詳細(xì)查清自重濕陷性黃土范圍，判別濕陷性系數(shù)。27、淺埋暗挖法施工要點(diǎn)：

（1）首先系統(tǒng)采用小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)，靠近工作面架設(shè)的第一排鋼拱架，是不受力的。

（2）設(shè)計(jì)采用8字形格柵拱架，做到在x，y兩個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)等強(qiáng)度、等剛度、等穩(wěn)定度，取代工字鋼，并進(jìn)行了系統(tǒng)室內(nèi)外加載破壞試驗(yàn)，網(wǎng)格拱架噴射混凝土提高10倍，承載力、工字鋼則提高4倍。

（3）開挖方法采用正臺(tái)階環(huán)形開挖留核心土，第一個(gè)臺(tái)階取2.5m高，合理的初期支護(hù)必須從上向下施作，一次支護(hù)穩(wěn)定后方可施作二次模筑襯砌。

縱向承載拱上臺(tái)階過長引起松動(dòng)荷載開挖過程縱向變位影響長度

微臺(tái)階引起工作面失穩(wěn)

（4）采用監(jiān)控量測(cè)技術(shù)控制地表下沉和防塌方是最可靠的方法。

（5）突出快速施工，考慮時(shí)空效應(yīng)，做到四個(gè)及時(shí)：及時(shí)支護(hù)、及時(shí)量測(cè)、及時(shí)反饋、及時(shí)修正。

（6）采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，一次支護(hù)由噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、網(wǎng)構(gòu)鋼拱架組成。鋼拱架聯(lián)結(jié)處設(shè)索腳錨管和鋼拱架焊接，取消系統(tǒng)錨桿，形成一次支護(hù)。

（7）淺埋暗挖法18字方針是施工的原則和要點(diǎn)的精辟總結(jié)，即：“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”。

（8）必須遵循信息化反饋設(shè)計(jì)、信息化施工、信息化動(dòng)態(tài)原理。

（9）拓寬淺埋暗挖法在有水、不穩(wěn)定地層中應(yīng)用時(shí)，要采用以注漿堵水為主，以降水為輔的原則。采用劈裂注漿加固和堵住80％的水源，降掉20％的少量裂隙水，以達(dá)到減少地表下沉的目的。

（10）選擇適宜的輔助施工工法：

常用的有：環(huán)形開挖留核心土、噴射混凝土封閉開挖工作面、超前錨桿式、超前小導(dǎo)管支護(hù)、超前小導(dǎo)管周邊注漿支