北京交通大學第部分隧道設計與施工的原則

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

（1）洞口位置不當，產生偏壓的理念。

（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）洞口不設深路塹（應小于１０ｍ）的理念。

（5）上下行洞口錯開，設擋墻防止廢氣進入另一洞口、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）洞口變坡點合理設置的理念。2、全隧道不設變形縫，特殊地段設置誘導縫，8級地震區(qū)在洞口段40～50m處設減震縫。3、必須重視巖溶地區(qū)的綜合地質超前預報，長短結合以短為主，預報范圍前方≥30m，隧道周邊外1倍洞徑，做為工序列入。4、一次支護要強，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備。5、全部采用網構鋼拱架，取消型鋼拱架，靠近工作面的第一排鋼拱架不受力，噴混凝土后的網構拱架承受10倍荷載，工鋼則承受4倍荷載，工鋼后部混凝土噴不上，容易產生滲漏水。6、一次支護由鋼筋網、鋼拱架、噴混凝土組成，鋼拱架接頭聯(lián)結處設鎖腳錨管（灌漿）。7、取消系統(tǒng)錨桿。

軟弱地層不設錨桿，只設索腳錨管。

Ⅴ～Ⅵ級圍巖不設錨桿。

Ⅲ～Ⅳ級圍巖局部破碎設置錨桿和鋼筋網。

錨桿在設計計算中是不予考慮。

錨桿是施工時臨時加固的手段。

錨桿施作的時空效應很難實現。8、軟弱地層必須采用潮噴混凝土，不提倡濕噴混凝土。9、必須采用復合式襯砌結構型式，一次支護和二次模筑襯砌之間必須設半包式防水隔離層，不允許全包，采用無釘鋪設防水板，無紡布后部必須設置系統(tǒng)排水盲管。水的處理有兩個理念：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、反對長隧短打。

提倡設置平行導坑，可提高正洞2倍速度。

斜井設置僅是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，是無軌運輸，僅是0.5倍的正洞速度。

12、正臺階施工不允許分長、中、微臺階，臺階長度為一倍洞徑，第一個上臺階高度必須為2.5m，小導管長度為臺階高度加1m。13、支護結構施工必須是一次支護從上向下施作，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，反對雙聯(lián)拱、多連拱，取消盾構隧道的橫通道。15、大斷面硬巖隧道宜采用小導洞超前爆破，可減震30%，也可采用小TBM超前，鉆爆法擴大。隧道及路塹邊坡采用光面爆破，不準預裂爆破。

全斷面開挖改為小TBM超前打通，后部用鉆爆法擴大。優(yōu)點：（1）可以超前預報；（2）爆破減振30%，炸藥比全斷面爆破減少5—10%；（3）擴大爆破，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,對后部工序影響小。16、隧道施工洞口無主扇風機，U形氣流射流風機，通風技術。

該技術適用于上下行、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輸送新風的模式。采用在洞內橫通道之間設置射流風機（15—30KW/臺），風機本身產生高速氣流（30米／秒）的卷吸作用，產生很大的壓力差，從而強迫誘導大量新風，在U型風道中產生單向巨大風流，達到換氣目的。

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

(2)盾構搬家，一般城市之間300～400萬/次。

(3)盾構從豎井拆除再組裝一次30～50萬/次。

(4)適用盾構法施工一個盾構掘進長度為6KM以上，這是發(fā)揮盾構快速施工，性價比最好的工程籌劃。

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

結論：應合理慎重規(guī)劃應用盾構。與鉆爆法、淺埋暗挖法相比，經濟效益要低10倍左右。18、TBM硬巖掘進機：開敞式雙護盾結構圖

雙護盾TBM硬巖掘進機：

臺灣雪山隧道雙護盾(1)機型方案選擇：開敞式TBM優(yōu)于雙護盾構式、單護盾式。

有五個優(yōu)點:

①長度與直徑之比<1，調方向靈活，可確?！?0mm，調整誤差。

②能及時支護，有利于洞室穩(wěn)定，護盾式不利于及時支護、易塌方。

③不易被地壓力卡死護盾。

④造價比雙護盾便宜10%—30%。

⑤襯砌支護比管片便宜2倍以上。

（2）支護結構

①開敞式TBM用復合式襯砌，最易適應不同地層和水量；支護壽命長，可確保100年，出事故維護方便。

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

（3）必須重視盾構和TBM的國產化。

目前一些甲方盲目追求使用國外最先進的技術設備，既不考慮性能價格比，也不考慮國內制造業(yè)的同步發(fā)展，造成不斷的重復引進，對大量資金納稅人的錢流向國外，發(fā)展國外經濟，提高國外人民生活水平很有“魂力”，而對養(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。建議國家對國外采購要設立強有力的評價體系、規(guī)定和制度；要建立項目業(yè)主、裝備制造企業(yè)和保險公司風險同擔，利益共享的重大技術裝備保險機制；國產化率中的關鍵部件必須進口，國產率在50%到60%為宜。19、必須堅持動態(tài)設計、動態(tài)施工、動態(tài)管理，設計人員必須及時修改圖紙，必須尊重施工信息。20、設計人員必須提高業(yè)務素質，要超越規(guī)范，創(chuàng)新設計；有新理念、新創(chuàng)新。應用新技術、新工藝、新材料、新設備、新儀器，反對抄襲圖紙。21、要實事求是，確定合理工期，合理造價。不合理工期、不合理造價是造成質量差、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)經濟的理念；要有系統(tǒng)地下工程的理念；要有方便運營維修的理念；要有保護環(huán)境的理念；要有重視方案設計比選的理念。23、隧道頂部允許塌方空洞存在，拱頂上方要有2m土厚保護。24、運營的隧道應簡化通風、照明、防災、監(jiān)控，簡化思路，節(jié)約能源。建議小于１km隧道不設通風、照明。25、從安全風險角度出發(fā)，上下行隧道必須分洞修建，分洞運營。26、黃土隧道施工要點：

（1）黃土濕陷系數：與黃土四個物理指標有關。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）；黃土濕陷性與天然含水量、自重、飽和度呈反比(負相關)。

（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），但當水位在負10m左右時采用洞內降水及回灌時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，應詳細查清自重濕陷性黃土范圍，判別濕陷性系數。27、淺埋暗挖法施工要點：

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

（2）設計采用8字形格柵拱架，做到在x，y兩個方向實現等強度、等剛度、等穩(wěn)定度，取代工字鋼，并進行了系統(tǒng)室內外加載破壞試驗，網格拱架噴射混凝土提高10倍，承載力、工字鋼則提高4倍。

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

縱向承載拱上臺階過長引起松動荷載開挖過程縱向變位影響長度

微臺階引起工作面失穩(wěn)

（4）采用監(jiān)控量測技術控制地表下沉和防塌方是最可靠的方法。

（5）突出快速施工，考慮時空效應，做到四個及時：及時支護、及時量測、及時反饋、及時修正。

（6）采用復合式襯砌結構，一次支護由噴射混凝土、鋼筋網、網構鋼拱架組成。鋼拱架聯(lián)結處設索腳錨管和鋼拱架焊接，取消系統(tǒng)錨桿，形成一次支護。

（7）淺埋暗挖法18字方針是施工的原則和要點的精辟總結，即：“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”。

（8）必須遵循信息化反饋設計、信息化施工、信息化動態(tài)原理。

（9）拓寬淺埋暗挖法在有水、不穩(wěn)定地層中應用時，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、超前小導管支護、超前小導管周邊注漿支