隧道工程課件：明挖法隧道及洞口工程施工技術(shù)

明挖法隧道及洞口工程施工技術(shù)本章內(nèi)容提要本章教學(xué)目標(biāo)：熟悉基坑開挖法中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型及適用范圍，掌握基坑開挖法的不同施工方法。熟悉沉管法的基本施工工序及技術(shù)要點。熟悉隧道洞口工程的范圍及特點，了解隧道洞口段、明洞及洞門的施工方法。基坑開挖法1沉管法本章內(nèi)容提要隧道洞口工程23本章小結(jié)4基坑開挖法1基坑開挖法一類別施工方法明挖法基坑開挖法放坡開挖法支擋開挖法蓋挖法沉管法暗挖法鉆爆法傳統(tǒng)礦山法新奧法淺埋暗挖法新意法挪威法機(jī)械開挖法盾構(gòu)法掘進(jìn)機(jī)法（TBM法）頂進(jìn)法銑挖法基坑開挖法沉管法鉆爆法機(jī)械開挖法基坑開挖法一1.1基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型與施工明挖法可分為放坡開挖法、支擋開挖法和蓋挖法等。支擋開挖法放坡開挖法蓋挖法井點縱梁橫撐支擋結(jié)構(gòu)地下水面地下結(jié)構(gòu)基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)體系基坑開挖法一基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)主要分類自立式支護(hù)結(jié)構(gòu)支擋式結(jié)構(gòu)重力式水泥土墻、各類土釘墻錨拉式結(jié)構(gòu)、支撐式結(jié)構(gòu)、懸臂式結(jié)構(gòu)、雙排樁等基坑開挖法一土釘墻

土釘墻:由土釘、面層、被加固的原位土體及必要的防排水系統(tǒng)組成。適用于地下水位以上或經(jīng)人工降水以后的人工填土、黏性土等的基坑支護(hù)。復(fù)合土釘墻自立式支護(hù)結(jié)構(gòu)基坑開挖法一

重力式水泥土墻:以水泥系材料為固化劑，通過攪拌機(jī)械采用噴漿施工將固化劑和地基土強(qiáng)行攪拌，形成具有一定厚度連續(xù)搭接的水泥土柱狀加固體擋墻。適用于軟土地層中開挖深度不超過7.0m、周邊環(huán)境保護(hù)要求不高的基坑工程。重力式水泥土墻基坑開挖法一

擋土構(gòu)件往往與錨桿和支撐聯(lián)合形成基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)，也可以獨立使用。地下連續(xù)墻支擋式結(jié)構(gòu)灌注樁排樁圍護(hù)墻鋼板樁圍護(hù)墻型鋼水泥土攪拌墻擋土構(gòu)件基坑開挖法一

地下連續(xù)墻：利用各種挖槽機(jī)械，借助于泥漿的護(hù)壁作用，在地下挖出窄而深的溝槽，并在其內(nèi)澆注適當(dāng)?shù)牟牧隙纬梢坏谰哂蟹罎B（水）、擋土和承重功能的連續(xù)的地下墻體。分為現(xiàn)澆地下連續(xù)墻和預(yù)制地下連續(xù)墻。現(xiàn)澆地下連續(xù)墻現(xiàn)澆地下連續(xù)墻施工流程示意圖基坑開挖法一

灌注樁排樁圍護(hù)墻:采用連續(xù)的柱列式排列的灌注樁形成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。適用于淤泥、流沙、地下水富集的軟土地區(qū)，以及鄰近建筑物對降水、地面沉降較敏感的基坑工程。分離式

咬合式

雙排式工程實例基坑開挖法一

型鋼水泥土攪拌墻（SMW工法）：是在連續(xù)套接形成的水泥土墻體內(nèi)插入型鋼形成的復(fù)合擋土、隔水結(jié)構(gòu)，按施工方式可以分為原位攪拌法和置換法兩大類。水泥土攪拌墻施工流程示意圖a）型鋼密插型b）型鋼插二跳一c）型鋼插一跳一型鋼水泥土攪拌墻平面布置圖基坑開挖法一壓樁機(jī)械工作原理常用鋼板樁截面形式

鋼板樁圍護(hù)墻：是一種帶鎖口或鉗口的熱軋（或冷彎）型鋼，鋼板樁打入后靠鎖口或鉗口相互連接咬合，形成連續(xù)的鋼板樁圍護(hù)墻，用來擋土和隔水。工程實例基坑開挖法一

內(nèi)支撐系統(tǒng)：深基坑工程一般由圍護(hù)體（擋土構(gòu)件）、內(nèi)支撐以及豎向支承三部分組成，其中內(nèi)支撐與豎向支承合稱為內(nèi)支撐系統(tǒng)。錨桿系統(tǒng)：錨桿的一端與圍護(hù)墻連接，另一端錨固在穩(wěn)定地層中，使作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的水土壓力通過錨桿傳遞到穩(wěn)定土層中去。支撐與錨桿系統(tǒng)典型內(nèi)支撐系統(tǒng)錨桿施工基坑開挖法一1.2基坑加固與地下水控制基坑土體加固

在基坑開挖施工期間的臨時性地基處理，改善土體的物理力學(xué)性能、提高被動區(qū)土體抗力、增強(qiáng)基坑的穩(wěn)定性。

高壓旋噴加固

水泥土攪拌樁加固降水預(yù)固結(jié)注漿加固基坑開挖法一地下水控制地下水的控制主要有三種處理方式：隔水、排水和降水。承壓水隔水帷幕輕型井點降水集水明排法基坑開挖法一1.3基坑土體開挖方法

基坑開挖一般分為放坡開挖和有圍護(hù)開挖（支擋開挖）兩種基本方式基坑開挖法一放坡開挖法

防止坍塌保證施工安全，在基坑開挖深度超過一定限度時，將基坑邊壁開挖成斜坡以保證土坡的穩(wěn)定。放坡開挖一級放坡開挖多級放坡開挖基坑開挖法一支擋開挖法

在開挖地層不能自穩(wěn)或周邊環(huán)境特殊的情況下，由于場地鄰近周邊已有建筑或街道，場地受限，就需要修建支護(hù)結(jié)構(gòu)以保證土方開挖過程中基坑邊壁的穩(wěn)定。

有圍護(hù)無支撐的基坑土方開挖

有圍護(hù)有支撐的基坑土方開挖基坑開挖法一蓋挖法

先蓋后挖，以臨時路面或結(jié)構(gòu)頂板維持地面暢通再進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)施工的方法。分為蓋挖順作法、蓋挖逆作法、蓋挖半逆作法等。蓋挖法（順作、逆作）基坑開挖法一1.4主體結(jié)構(gòu)修建方式順作法

當(dāng)基坑開挖完成以后，在基坑中從下向上進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的建造。基坑開挖修筑主體結(jié)構(gòu)（自下往上）逆作法

在基坑開挖過程中先澆筑結(jié)構(gòu)頂板，利用頂板作為一道強(qiáng)有力的支撐，隨后自上而下逐層開挖并逐層建造主體結(jié)構(gòu)直至底板。a）構(gòu)筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)b）構(gòu)筑主體結(jié)構(gòu)中間立柱c）構(gòu)筑頂板d）回填土、恢復(fù)路面e）開挖中層土f）構(gòu)筑上層主體結(jié)構(gòu)g）開挖下層土h）構(gòu)筑下層主體結(jié)構(gòu)蓋挖逆作法基坑開挖法一半逆作法

與逆作法的區(qū)別僅在于，半逆作法在結(jié)構(gòu)的第一層或第二層順作完成后，再采用逆作法施工下部結(jié)構(gòu)。該方法可以上部下部同時施工，效率較高。蓋挖半逆作法沉管法2沉管法二沉管法：將預(yù)制好的管節(jié)通過浮運、沉放、水下對接成一個整體的隧道修建方法。2.1沉管法概述橋隧方案比選沉管法二沉管隧道的斷面與結(jié)構(gòu)形式

兩種基本類型：鋼筋混凝土矩形沉管隧道和鋼殼圓形沉管隧道。（1）矩形橫斷面。通常由鋼筋混凝土預(yù)制管節(jié)制成。（2）圓形橫斷面。通常是鋼殼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)，鋼殼既是防水層又是結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)承擔(dān)主要的荷載。分為單層鋼殼和雙層鋼殼兩種形式。矩形沉管隧道橫斷面（折拱式）圓形管節(jié)沉管隧道橫斷面沉管法二沉管隧道施工流程

分為管節(jié)制作、基槽開挖與航道疏浚、管節(jié)浮運與沉放、管節(jié)水下連接、地基及基礎(chǔ)處理、回填覆蓋等施工工序。沉管法二2.2管節(jié)制作

獨立干塢是在隧道軸線以外選擇合適的位置建造干塢。

軸線干塢是將干塢布置在隧道軸線岸上段主體結(jié)構(gòu)位置。獨立干塢軸線干塢干塢的類型沉管法二

工廠化干塢可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、流水作業(yè)式管節(jié)生產(chǎn)，適用于管節(jié)數(shù)量多、連續(xù)性要求高的管節(jié)預(yù)制。

移動干塢是采用大噸位半潛駁來替代固定干塢，以其作為管節(jié)預(yù)制、運輸及出運平臺。工廠化干塢移動干塢沉管法二管節(jié)制作

整體式管節(jié)橫斷面宜采用分層澆筑，節(jié)段式管節(jié)橫斷面宜全斷面一次性澆筑。沉管管節(jié)應(yīng)縱向分段澆筑，整體式管節(jié)縱向分段長度宜為15～20m，分段之間采用后澆帶連接。橫斷面澆筑分層澆筑全斷面澆筑港珠澳大橋沉管隧道節(jié)段式管節(jié)縱向分段澆筑沉管法二2.3接頭處理

鋼筋混凝土沉管的接頭主要包括管節(jié)接頭和最終接頭，此外還有節(jié)段式管節(jié)中的節(jié)段接頭。管節(jié)接頭：宜選用柔性接頭，結(jié)構(gòu)構(gòu)造包括防水構(gòu)造、剪力鍵及附加縱向抗震限位措施。管節(jié)柔性接頭沉管法二節(jié)段接頭節(jié)段接頭：設(shè)置在管節(jié)內(nèi)各節(jié)段之間，主要包括防水構(gòu)造、剪力鍵、預(yù)應(yīng)力等構(gòu)造，可適應(yīng)允許的張開量或扭轉(zhuǎn)角。沉管法二最終接頭：當(dāng)沉管隧道最后一節(jié)管節(jié)沉放后，在最后沉放管節(jié)與先前沉放管節(jié)或已建岸坡結(jié)構(gòu)物間還留下1～3m的間隙需要封閉，這最后一小段結(jié)構(gòu)就成為最終接頭。港珠澳大橋沉管隧道最終接頭形式（V形箱體）沉管法二2.4基槽開挖與回填覆蓋基槽開挖斷面沉管基槽開挖

基槽開挖方法:挖泥、爆破、鑿巖等。基槽開挖船機(jī)組合沉管法二航道疏浚與基槽清淤回填及覆蓋基槽回填及覆蓋

在墊層施工及管節(jié)沉放之前，應(yīng)檢查浮運航道及基槽回淤的情況，必要時需要對航道進(jìn)行疏浚、對基槽進(jìn)行清淤，防止管節(jié)擱淺和沉放不到位。

基槽回填工作是沉管隧道施工的最終工序，以保護(hù)沉管隧道管段。清淤船（港珠澳大橋沉管隧道）沉管法二2.5地基及基礎(chǔ)處理

沉管隧道地基處理施工方法包括排水固結(jié)法、換填法、砂樁及碎石樁復(fù)合地基地基處理砂石樁排水固結(jié)法換填法沉管法二預(yù)制樁基礎(chǔ)

在沉管隧道基礎(chǔ)中采用樁基時，首先要考慮如何使樁的水平標(biāo)高一致，為達(dá)到這個目的，通常采用的方法有水下混凝土傳力法、砂漿囊袋傳力法和可調(diào)樁頂法。水下混凝土傳力法1—樁2—水下混凝土3—碎石4—砂石墊層砂囊袋傳力法可調(diào)樁頂法1—砂石墊層2—砂漿囊袋沉管法二后填法基礎(chǔ)墊層

后填法是將沉管管節(jié)先沉放并支承于鋼筋混凝土臨時支座上，再通過預(yù)留孔向管底壓（灌）注砂水混合料，以填滿管底空隙。先鋪法基礎(chǔ)墊層

先鋪法，也稱為刮鋪法，是在管節(jié)沉放前用刮鋪船或整平架上的刮板在基槽底整平鋪墊材料（如粗砂、碎石或砂礫石）作為管節(jié)基礎(chǔ)。港珠澳大橋沉管隧道基礎(chǔ)墊層施工（帶有壟溝的碎石整平法）沉管法二2.6管節(jié)安裝干塢注水管片起浮管片浮運管片沉放與水下對接沉管法二

沉管舾裝從空間上分為管內(nèi)舾裝和管外舾裝，從工序上分為一次舾裝和二次舾裝。管節(jié)舾裝鋼封門安裝壓載水箱安裝GINA止水帶安裝一次舾裝二次舾裝沉管法二

浮運一般采用拖輪浮運，也有采用拖輪拖運移動干塢、絞車拖運與拖輪頂推、岸控絞車和駁船絞車拖運等。管節(jié)浮運拖輪浮運拖輪拖運移動干塢絞車拖運、拖輪頂推管節(jié)岸上定錨絞車浮運管節(jié)上海外環(huán)隧道采用拖輪吊拖

港珠澳大橋島隧工程管節(jié)浮運

沉管法二管節(jié)沉放方法可分為吊沉法和拉沉法，目前常用吊沉法。管節(jié)沉放起重船吊沉法b）靠攏下沉a）初步下沉c）著地下沉管節(jié)沉放過程港珠澳大橋沉管隧道起重船吊沉法沉管法二

管節(jié)的水下連接常用的有水力壓接法。主要包括三個步驟：管節(jié)水下對接初步下沉水壓對接穩(wěn)定壓載港珠澳大橋沉管隧道管節(jié)水下對接沉管法二

銜接段

沉管隧道一般包括沉管段和兩岸上銜接段（或人工島），岸上銜接段與沉管段由豎井連接，形成沉管段的兩岸上段各有一豎井，與隧道內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)連接，作為隧道通風(fēng)口。港珠澳大橋沉管隧道縱斷面圖隧道洞口工程3隧道洞口工程三

3.1洞口段范圍及特點

洞口段范圍：是指在洞口一定范圍內(nèi)，隧道開挖可能給洞頂?shù)乇砗脱銎略斐刹涣加绊懙陌低诘囟?。隧道洞口段的一般范?—洞門位置；2—洞口位置；3—上下不開挖分界線；D—最大洞跨隧道洞口工程三進(jìn)洞方案貼壁進(jìn)洞法套管加長管棚進(jìn)洞法半明半暗進(jìn)洞法回填暗挖進(jìn)洞法地表錨桿（或小導(dǎo)管注漿）預(yù)加固進(jìn)洞法早進(jìn)晚出3.2隧道洞口段施工隧道洞口工程三

首先開挖并施作洞口天溝、截水溝，然后采用機(jī)械開挖的方式對洞口土方及表層風(fēng)化石方進(jìn)行自上而下的分層開挖，然后對硬巖進(jìn)行自上而下的控制開挖，并進(jìn)行坡面修整。最后根據(jù)設(shè)計要求施作洞口邊仰、坡的支擋結(jié)構(gòu)。洞口邊仰坡施工截水天溝洞口仰邊坡支護(hù)隧道洞口工程三

洞口段開挖方法根據(jù)地質(zhì)情況，洞口段開挖分為以下幾種施工方法：（1）洞口段圍巖為Ⅲ級及以下，地質(zhì)條件良好時，可采用全斷面開挖進(jìn)洞。（2）洞口段圍巖為Ⅲ~Ⅳ級，地質(zhì)條件較好時，宜采用正臺階法進(jìn)洞。（3）洞口段圍巖為Ⅲ~Ⅴ級，地質(zhì)條件較差時，宜采用上半斷面長臺階法進(jìn)洞施工，或在開挖面加固確保洞口坡體穩(wěn)定的情況下采用全斷面法施工。（4）洞口段圍巖為Ⅴ級以上，地層條件差時，可采用分部開挖法和其他特殊方法進(jìn)洞施工。隧道洞口工程三3.3明洞及洞門施工

山嶺隧道洞口明洞一般采用放坡開挖法進(jìn)行施工，還可以采用先墻后拱法、先拱后墻法、墻拱交替法。洞門應(yīng)及早施作，以增強(qiáng)洞口穩(wěn)定，保障洞內(nèi)正常施工。本章小結(jié)4隧道洞口工程三

1基坑開挖法基坑的主要圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型（自立式、支擋式）自立式支護(hù)結(jié)構(gòu)：土釘墻、重力式水泥