第四節(jié)區(qū)間隧道施工

第四節(jié)區(qū)間隧道施工第一頁，共70頁。一、山嶺地區(qū)區(qū)間隧道的施工⒈礦山法

深埋于堅(jiān)硬巖體中的區(qū)間隧道，采用傳統(tǒng)鉆爆法或懸臂式和門架式多臂鑿巖車鉆眼爆破，使用人工或裝渣機(jī)出渣，大型自卸柴油車運(yùn)輸?shù)拈_挖方法。又稱鉆爆法。a.基本工序：鉆孔﹑裝藥﹑放炮散煙﹑出渣﹑支護(hù)﹑襯砌。b.輔助工序：測量放線﹑通風(fēng)﹑排水﹑監(jiān)測等。第二頁，共70頁。⑴鉆眼、爆破和開挖①圍巖穩(wěn)定或基本穩(wěn)定，開挖面不大，采用全斷面一次鉆爆；②斷面高度較大時(shí)采用臺(tái)階施工法。③地質(zhì)條件復(fù)雜，斷面較大，采用導(dǎo)洞施工法。圖5－31為某隧道采用導(dǎo)洞法施工程序示意圖。第三頁，共70頁。如圖，先掘一定深度(1.5～2.5m)的小斷面巷道，然后再開幫挑頂或臥底，將洞室擴(kuò)大到設(shè)計(jì)斷面。圖5-31某隧道開挖順序圖1-下導(dǎo)洞；2-開幫；3-墻部光面層；4-挑頂；5-頂部光面層第四頁，共70頁。④采用光面爆破技術(shù)，斷面較圓滑規(guī)則。a.光面爆破對(duì)鉆眼質(zhì)量﹑裝藥的結(jié)構(gòu)及爆破方式要求嚴(yán)格；b.周邊眼的最小抵抗線，炮眼間距和裝藥結(jié)構(gòu)是影響光爆效果的三要素；c.區(qū)間隧道的光面爆破通常采用微差爆破法，起爆順序分為正序起爆和反序起爆；d.正序起爆即先掏槽孔，再輔助孔，最后周邊孔；e.反序起爆即先周邊孔，再掏槽孔和輔助孔，又稱預(yù)裂光面爆破。第五頁，共70頁。施工中光面爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)采用工程類比法或試驗(yàn)方法確定，如無條件試驗(yàn)時(shí)，可參照表5－13選用爆破參數(shù)。參數(shù)巖石單軸抗壓強(qiáng)度kb(MPa)裝藥不耦合系數(shù)K周邊眼間距E(cm)周邊最小抵抗線W(cm)周邊孔密集系數(shù)m=E/W周邊眼裝藥集中度q(kg/m)硬巖＞601.25~1.555~7070~850.8~1.00.30~0.35中硬巖30~601.5~2.045~6060~750.8~1.00.20~0.30軟巖≤302.0~2.530~5040~600.5~0.80.07~0.20光面爆破參數(shù)表5-13第六頁，共70頁。⑴對(duì)中硬巖石隧道，可采用一次爆破，炮眼深度為3～5m;⑵對(duì)于軟巖工程，可采用半斷面或臺(tái)階開挖，一般為1.0～3.0m的淺孔爆破。通常光面爆破效果應(yīng)達(dá)到表5－14的指標(biāo)。序號(hào)項(xiàng)目硬巖中硬巖軟巖1平均超挖量(cm)1015102最大超挖量(cm)2025153周邊孔痕率(cm)≥80≥604局部欠挖量(cm)5555炮眼利用率909090光面爆破效果表5-14第七頁，共70頁。鑿巖臺(tái)車風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)第八頁，共70頁。礦山法隧道挖掘第九頁，共70頁。⑵獨(dú)臂鉆的開挖施工①適用于開挖軟巖，速度甚快；②不適用于地下水較多﹑圍巖不太穩(wěn)定的地層。⑶天井鉆的開挖施工①專門用來開挖豎井或斜井的大型鉆具；②適宜鉆通風(fēng)豎井或鉆大型豎井斜井的導(dǎo)洞。⑷噴錨支護(hù)及現(xiàn)澆混凝土襯砌1)噴錨支護(hù)①錨噴支護(hù)多為初期支護(hù)，包括錨桿的安裝﹑懸掛鋼絲網(wǎng)﹑噴混凝土三道工序。第十頁，共70頁。②錨桿主要三種：全長粘結(jié)式錨桿﹑端頭錨固型錨桿﹑楔縫式或脹殼式摩擦型錨桿。③噴射混凝土可分為干噴﹑潮噴﹑濕噴三種方式，濕噴工藝流程如圖5－32，2)混凝土襯砌圖5-32濕噴工藝流程第十一頁，共70頁。獨(dú)臂轉(zhuǎn)開挖施工第十二頁，共70頁?；炷烈r砌第十三頁，共70頁。噴射混凝土第十四頁，共70頁。⑸新奧法1)新奧法(NATM)是新奧地利隧洞施工法的簡稱。2)新奧法的主要原則是：①充分利用巖體的強(qiáng)度，發(fā)揮巖體的自承能力。②正確運(yùn)用圍巖﹑支護(hù)共同作用原理，恰當(dāng)利用巖體蠕變發(fā)展規(guī)律。③把監(jiān)測作為必要手段，始終監(jiān)測支護(hù)的位移和壓力變化。④強(qiáng)調(diào)封底重要性，務(wù)必封底。⑤施工﹑設(shè)計(jì)﹑監(jiān)測三結(jié)合。新奧法的典型施工順序如圖5－33所示。第十五頁，共70頁。圖5-33新奧法典型施工順序(尺寸單位：cm)第十六頁，共70頁。⒉隧道掘進(jìn)機(jī)施工法(TBM法)①隧道掘進(jìn)機(jī)(TunnelBoringMachine)適用于中等堅(jiān)硬巖石中隧道的施工；②造價(jià)高，施工機(jī)械化自動(dòng)化程度高；③我國的秦嶺隧道1號(hào)線采用了TBM施工，月平均276m，最高月進(jìn)度達(dá)402m。第十七頁，共70頁。⑴TBM的組成：分為敞開式﹑頂部保護(hù)式﹑護(hù)盾式。圖5－34是英國海峽隧道法國端使用的護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)(T2)。⑵掘進(jìn)機(jī)施工作業(yè)程序：正常條件下TBM作業(yè)程序如圖5－35所示。⑶隧道施工存在的問題及對(duì)策：造價(jià)高﹑使用范圍小﹑巖石依賴性大﹑技術(shù)要求高第十八頁，共70頁。圖5-34護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)改造(T2)第十九頁，共70頁。圖5-35TBM作業(yè)程序示意圖第二十頁，共70頁。二、軟土地區(qū)深埋隧道的施工⒈盾構(gòu)法盾構(gòu)機(jī)(Shieldmachine)：軟土地層隧道施工a.50年代前，手工掘進(jìn)的閉胸﹑敞胸或網(wǎng)格式盾構(gòu)。b.60年代末，土壓平衡盾構(gòu)﹑泥水盾構(gòu)。c.80年代，全自動(dòng)的現(xiàn)代化盾構(gòu)。第二十一頁，共70頁。(1)盾構(gòu)的分類和組成1)盾構(gòu)分類①按照盾構(gòu)機(jī)挖土的方式：手工挖土、分?jǐn)嗝鏅C(jī)械開挖、全斷面開挖三類，如圖5－36。②按照開挖面土體支撐保持穩(wěn)定方法：敞口盾構(gòu)、機(jī)械支撐盾構(gòu)、氣壓、液壓和土壓平衡盾構(gòu)，如圖5－37。③按照開挖土體廢料裝卸方式的不同，盾構(gòu)機(jī)分為如圖5－38的不同類型。第二十二頁，共70頁。圖5-36盾構(gòu)機(jī)不同的挖土方式a1-敞口；a2-工作平臺(tái)；a3-帶支撐的平臺(tái)；b1-分?jǐn)嗝鏅C(jī)械開挖和支撐；b2-可移動(dòng)的分?jǐn)嗝骈_挖機(jī)；b3-累計(jì)分?jǐn)嗝骈_挖；c1-帶刮刀全斷面開挖輪盤支撐開挖面；c2-帶刀盤全斷面開挖；c3-帶滾刀掘進(jìn)頭全斷面開挖第二十三頁，共70頁。圖5-37盾構(gòu)開挖工作面平衡系統(tǒng)a)邊坡；b)機(jī)械支承；c)壓縮空氣支承；d)泥水壓力支隨便；e)土壓平衡第二十四頁，共70頁。圖5-38盾構(gòu)碴土傳輸系統(tǒng)第二十五頁，共70頁。第二十六頁，共70頁。第二十七頁，共70頁。④襯砌分為：鑄鐵管片﹑鋼管片﹑鋼筋混凝土預(yù)制管片和現(xiàn)澆鋼纖維混凝土襯砌。第二十八頁，共70頁。第二十九頁，共70頁。第三十頁，共70頁。第三十一頁，共70頁。2)盾構(gòu)機(jī)基本構(gòu)造殼體、排土系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、襯砌拼裝系統(tǒng)和輔助注漿系統(tǒng)。⑵盾構(gòu)法隧道的施工1)盾構(gòu)進(jìn)出工作井①盾構(gòu)進(jìn)出工作井前后50m是施工最困難的地段之一。第三十二頁，共70頁。②盾構(gòu)進(jìn)出工作井必須解決：a.封門材料選擇和制作；b.洞周土體的滑移和沉陷；c.盾構(gòu)水平和豎直方向的偏移。圖5－39為盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出工作井的示意圖。③洞周加固的方法：a.化學(xué)加固方法：注漿加固、深層攪拌樁、旋噴樁等；b.物理加固方法：井點(diǎn)降水疏干土體、凍結(jié)等。第三十三頁，共70頁。圖5-39盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出工作井示意圖第三十四頁，共70頁。式中：σt——為深層攪拌加固后土體的彎曲拉伸強(qiáng)度（kPa）；

K——為安全系數(shù)取1.5

；

E——朗金土壓力公式計(jì)算的水土側(cè)壓力和；E=Ek+Ew，如圖5－40所示。

r——r=D/2，D為盾構(gòu)開挖土體的直徑。④對(duì)于砂性土體，土體加固的厚度t，可以使用彈性力學(xué)的厚板理論計(jì)算得出，公式如下：第三十五頁，共70頁。圖5-40水土側(cè)壓力計(jì)算簡圖第三十六頁，共70頁。進(jìn)一步采用摩爾包絡(luò)線破壞條件及塑性松動(dòng)圈的平衡微分方程，可求出改良土體的寬和高，如圖5－41所示。圖5-41

改良土體寬高示意圖第三十七頁，共70頁。對(duì)砂性土改良尺寸如表5－15所示。

與砂性土體破壞形式不同，利用粘性土體在洞口整體滑移失穩(wěn)的計(jì)算理論，可推導(dǎo)出相應(yīng)加固土體的厚﹑寬﹑高。DD＜1.01.0＜D＜3.03.0＜D＜5.05.0＜D＜8.0B1.01.01.52.0H11.01.52.02.5H21.01.01.01.0

砂性土體改良尺寸 表5-15第三十八頁，共70頁。2)開挖工作面穩(wěn)定分析保持土壓平衡盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定的方法：①控制土艙壓力與開挖面地層壓力的差值；②控制排土量。應(yīng)特別注意調(diào)整推進(jìn)速度和排土量，使壓力波動(dòng)控制在最小幅度，始終保持式中：Pi——密封艙內(nèi)壓力；

Pz——側(cè)向土壓力；

Pw——側(cè)向水壓力。第三十九頁，共70頁。3)地面沉降的預(yù)測和控制①合理選擇盾構(gòu)機(jī)型，施工工藝先進(jìn)，不斷優(yōu)化施工技術(shù)參數(shù)②關(guān)鍵技術(shù)：保持開挖面的穩(wěn)定和管片脫出盾尾后及時(shí)注漿填筑間隙。③引起地面沉降的原因大致分為土體的損失和土體固結(jié)。④沉降階段劃分：盾構(gòu)到達(dá)前﹑盾構(gòu)到達(dá)時(shí)﹑盾構(gòu)通過時(shí)﹑管片脫出盾尾時(shí)﹑長期變形階段。上海地區(qū)盾構(gòu)推進(jìn)引起的地面沉降如表5-16。第四十頁，共70頁。發(fā)展階段影響范圍隆起或下沉量（mm）隆起或下沉率（mm)點(diǎn)總沉降量（％）產(chǎn)生沉降原因縱向(m)橫向(m)盾構(gòu)到達(dá)前≈H+D≈12～158～10±5；5<L<15±10；3<L<5+105擠土降水盾構(gòu)到達(dá)1510～14±15L<3L’<2-1510欠挖擠壓土體，超挖土體松弛盾構(gòu)通過1515L>3：-15L’>2：+10-2015～20有超挖刀時(shí)，沉降10～15cm，盾構(gòu)帶厚泥皮，先隆后沉（盾尾間隙）盾尾脫出1816+10-20：L’>4-0.2mm/min20～30注漿不及時(shí)、漿液不足、管片變形后期沉降2020～2230T>10d：0.1~0.5；T>30d：0.05~0.1；T>100d：0.001~0.150100后沉降基本穩(wěn)定，固結(jié)沉降上海地區(qū)盾構(gòu)推進(jìn)引起地面沉降情況表表5-16第四十一頁，共70頁。4)盾構(gòu)“蛇行”及軸線控制引起盾構(gòu)偏差的原因有：①盾構(gòu)前進(jìn)遇到的阻力不均衡；②盾構(gòu)制作安裝誤差；③已拼裝的管片圓環(huán)質(zhì)量差；④測量精度不高。5)隧道防水施工第四十二頁，共70頁。⒉頂管法

頂管法動(dòng)力來自始發(fā)工作井內(nèi)作用在后背井壁上的分組千斤頂，頂管千斤頂將帶有切口和支護(hù)開挖裝置的工具管頂出工作井井壁。a.頂管法推進(jìn)的阻力隨管道長度增加而增加。b.為克服頂進(jìn)力不足，管道中間設(shè)置中繼接力環(huán),并在管道外周壓注觸變泥漿減少摩擦，如圖5－42。c.頂管法比較設(shè)適合于內(nèi)徑小于4m或更小的管道。第四十三頁，共70頁。圖5-42薄膜頂管施工方法原理第四十四頁，共70頁。⑴頂管法施工工藝1)第一階段為工作井(始發(fā)井、目標(biāo)井)的建造、預(yù)制管節(jié)、頂進(jìn)設(shè)備的安裝；2)第二階段為排土、頂進(jìn)、安裝傳力設(shè)備、壓注潤滑劑、測量定位、管道整修。⑵頂管施工的技術(shù)難題1)地面沉降。2)軸線和高程控制。3)液壓千斤頂頂力和密封性能。4)轉(zhuǎn)變、糾偏定向裝置和管節(jié)接頭技術(shù)。通過特殊接口來控制曲線前進(jìn)方向，如圖5－43。5)注漿。在頂進(jìn)時(shí)不斷向管外壁壓注膨潤土泥漿，減少摩擦。6)其他。第四十五頁，共70頁。圖5-43F形管(壁厚330mm)接頭改造示意圖第四十六頁，共70頁。三、水下沉管隧道施工沉管隧道是由若干預(yù)制的管段，分別浮運(yùn)到現(xiàn)場，一個(gè)接一個(gè)地沉放安裝，并在水下相互連接而成，如圖5－44所示。圖5-44浮管隧道1-管段制作；2-浮動(dòng)；3-沉設(shè)第四十七頁，共70頁。第四十八頁，共70頁。①美國，1910年，修建底特律河鐵路隧道(最早)；

1994年，美國共有25條沉管隧道。②20世紀(jì)40年代﹑60年代，臺(tái)灣﹑香港修建了4條海灣隧道；③中國，1992年建成廣州珠江隧道；

1995年建成甬江隧道。第四十九頁，共70頁。沉管法施工工序：⒈地槽浚挖

⑴挖浚基槽最常用的挖泥船有：吸揚(yáng)式挖泥船﹑抓揚(yáng)式挖泥船﹑鏈斗式挖泥船﹑鏟揚(yáng)式挖泥船。⑵香港地鐵挖?；鄯謨蓚€(gè)階段：①粗挖至離最終設(shè)計(jì)標(biāo)高約1m處；②采用平整度較好的2.5～12m3大小不同地抓斗式挖泥機(jī)挖到基底。第五十頁，共70頁。⒉管段的制作①在干船塢內(nèi)或?qū)ｉT建造的內(nèi)水灣中預(yù)先制作；②利用隧道岸邊引道段圍堰先作為管段制作場；③管段常為矩形，每節(jié)長60～140m,多數(shù)為100m左右，最長268m。④美國和日本大多數(shù)采用鋼殼管段⒊管節(jié)的駁運(yùn)和沉放⑴駁運(yùn)①進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的模擬試驗(yàn)和理論計(jì)算。②考慮有無船隊(duì)通行。第五十一頁，共70頁。③管段拖運(yùn)階段對(duì)自然條件的限制：風(fēng)速小于10m/s；波浪高小于0.5m；流速小于0.6～0.8m/s；能見度大于1000m。⑵沉放①管段的沉放式最危險(xiǎn)最困難的事情；②沉放方法有兩類：吊沉法﹑拉沉法；③沉放作業(yè)需準(zhǔn)備：四只1000～1500kN的浮箱﹑小型駁船﹑發(fā)電機(jī)組﹑卷揚(yáng)機(jī)等。④采取水上交通管制措施；⑤下沉作業(yè)步驟如圖5－45所示。第五十二頁，共70頁。圖5-45

下沉作業(yè)步驟1-初步下沉；2-靠攏下沉；3-著地下沉第五十三頁，共70頁。⑥水力壓接法進(jìn)行連接的主要施工順序?yàn)椋簩?duì)位﹑拉合﹑壓接﹑拆除封堵。a.拉合千斤頂所提供的總拉力應(yīng)為2000～3000kN，行程一般為100cm。b.最后一個(gè)端面的連接必須采用水中模板混凝土式﹑靠臨時(shí)性封閉的干燥鋼制鑲板式。⒋基礎(chǔ)處理技術(shù)①基礎(chǔ)鋪設(shè)的砂礫墊層盡可能密實(shí)；②早期采用先鋪法，管段沉放前用刮砂法將槽底整平；第五十四頁，共70頁。③后來出現(xiàn)后填法，管段沉放后進(jìn)行灌砂噴砂或者壓砂和壓漿。⒌防水①管段自防水②伸縮縫施工縫用橡膠止水帶和鋼邊橡膠止水帶組成，外縫加蓋聚氨基甲酸脂油灰。構(gòu)造措施見圖5－46；③管片間的防水主要采用橡膠止水墊環(huán)和形止水膠帶；第五十五頁，共70頁。圖5-46采用橡膠—金屬止水帶及聚氨基甲酸油灰的伸縮縫(尺寸單位：mm)①-堵排空隙；②-橡膠—金屬止水帶；③-角鋼；④-聚氨酯泡沫；⑤-聚氨基甲酸酯油灰；⑥-異丁橡膠粘結(jié)帶第五十六頁，共70頁。四、地鐵區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道施工

在城市地鐵隧道建設(shè)中，兩站間的區(qū)間隧道長度約為一公里，上下行隧道間通常要設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道，又稱旁通道。a.設(shè)計(jì)中，常將其與地下泵站結(jié)合起來建設(shè)。b.聯(lián)絡(luò)通道的斷面和開挖長度較小，施工環(huán)境更為復(fù)雜。c.聯(lián)絡(luò)通道的構(gòu)造形式有：全貫通式﹑上行側(cè)式﹑下行側(cè)式﹑上下行側(cè)式和深井側(cè)式泵站等，如圖5－48所示。第五十七頁，共70頁。圖5-48聯(lián)絡(luò)通道泵站形式圖第五十八頁，共70頁。d.聯(lián)絡(luò)通道斷面跨度為2.0～3.0m，墻高2.5～3.5，斷面為矩形圓形或直墻形。e.隧道長度通常只有6～15m，土體開挖量較小，一般小于200m3。⒈聯(lián)絡(luò)通道常用的施工工法及對(duì)比⑴土體加固礦山法a.土體加固多使用凍結(jié)加固和灌注加固技術(shù)。b.灌注加固包括三重管高壓旋噴注漿技術(shù)、深層攪拌樁加固技術(shù)、鉆孔港灣樁技術(shù)和分層劈裂注漿技術(shù)等。第五十九頁，共70頁。1)礦山法側(cè)向暗挖施工①“新奧法”原理，礦山暗挖法施工②速度快，風(fēng)險(xiǎn)小，造價(jià)低，2)礦山法豎井開挖施工①從聯(lián)絡(luò)通道的中部從地面向下開挖臨時(shí)豎井，并向兩端開挖，②占用地面道路，影響地面活動(dòng)。3)凍結(jié)加固礦山法施工①從主隧道內(nèi)用水平凍結(jié)技術(shù)加固其周圍土體，然后再暗挖施工。第六十頁，共70頁。②適合于含水量較大的土層。③優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高(-10℃,凍結(jié)粘土5MPa﹑凍結(jié)砂土8MPa)﹑止水性好﹑地層擾動(dòng)小﹑不占用地面場地。④缺點(diǎn)：工期長﹑造價(jià)高﹑地面隆沉。⑵頂管法頂管法適合于含水量較少、土體自立性較好的粉質(zhì)粘土、硬質(zhì)粘土等土層。⑶聯(lián)絡(luò)通道常用工法綜合指標(biāo)比較，如表5-17。第六十一頁，共70頁。施工方法適用范圍、施工難度及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)度造價(jià)環(huán)境影響礦山法側(cè)向暗挖施工①適用于沖積軟土地區(qū)、工藝成熟，南京地鐵旁通道60%~70%由此法施工；②土體加固質(zhì)量好時(shí)，施工安全快速風(fēng)險(xiǎn)??；③土體加固質(zhì)量不好時(shí)，開挖時(shí)易引起掌子面坍塌以及冒頂漏水現(xiàn)象較快(約75天)較高(約100萬，其中土體加固費(fèi)用占到一半以上)土體攪拌加固時(shí)要封鎖交通，有泥漿、噪聲污染及地面沉降礦山法豎井開挖施工①施工中不占用隧道，且具有兩個(gè)工作面，施工速度快；②施工到最后才打開鋼管片，對(duì)主隧道影響??；③土體如加固不好，易造成工作井坍塌或發(fā)生涌砂涌水現(xiàn)象快(約60天)較高(約120萬)土體攪拌加固時(shí)以及開挖過程中要封鎖交通，有泥漿、噪聲污染及地面沉降聯(lián)絡(luò)通道常用工法綜合指標(biāo)比較

表5-17第六十二頁，共70頁。施工方法適用范圍、施工難度及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)度造價(jià)環(huán)境影響凍結(jié)加固礦山法施工①主要用在含水量較高的土層中；②土體加固強(qiáng)度高、止水性能好，且不占用地面場地；③但施工周期長、造價(jià)高，對(duì)地面的隆沉有一定影響較慢(約100天)最高(約300萬,電費(fèi)占大部分，且夏季施工費(fèi)用高于冬季施工)地面無污染無噪聲，凍融控制不好會(huì)引起地面的隆起或下沉頂管法①適用含水量小、自立性好的土層②千斤頂?shù)捻斄ψ饔迷诠芷?，?duì)管片以及主體隧道的穩(wěn)定性有影響；③須對(duì)主體隧道進(jìn)行加固處理并設(shè)置合理的后頂裝置最快(約45天)總造價(jià)較高(約180萬)，但頂進(jìn)設(shè)備可重復(fù)使用，綜合造價(jià)低地面地下無污染，地表可能稍有沉降，頂力控制不好會(huì)引起主體隧道的位移續(xù)上表第六十三頁，共70頁。⒉工程實(shí)例⑴新街口—珠江路區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道該區(qū)段位于鬧市區(qū)，旁通道的位置位于中山路長江路路口，采用地面加固對(duì)交通的影響較