公路工程施工技术第七章ppt课件.ppt

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1、1,1,7.1 公路隧道结构构造 7.2 公路隧道施工准备和施工测量 7.3 隧道施工方法,第7章 隧道工程施工,2,2,7.1 公路隧道结构构造,公路隧道结构构造由主体构造物和附属构造物两大部分组成。 主体构造物是为了保持岩体的稳定和保证行车安全而修建的永久性人工建筑物，通常指洞身衬砌和洞口构造物。洞身衬砌的平纵线形与横断面形状通过道路隧道的几何设计确定，衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定。洞门的构造型式由多方面的因素决定。 附属构造物是指主体构造物以外的其它建筑物，是为了运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。,3,3,7.1.1 洞身衬砌 公路

2、隧道的衬砌结构形式，主要是根据隧道所处的地形地质条件，再结合其结构受力的合理性、施工方法和施工技术水平等因素来确定的。常见的衬砌类型主要有以下几种： 1.直墙式衬砌 2.曲墙式衬砌 3.喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌 4.偏压衬砌,7.1 公路隧道结构构造,4,4,7.1.2 洞门 1.洞门类型（1）端墙式洞门 （2）翼墙式洞门 （3）环框式洞门 （4）遮光棚式洞门 上述基本型式外，还有一些变化型式，如端墙式用于傍山隧道时，端墙可为台阶式，根据需要还可以用柱式、直立式等。又如翼墙式的翼墙开度可随地形变化，也可因地制宜设置一侧翼墙等。,7.1 公路隧道结构构造,5,5,2.洞门构造 洞门仰坡

3、坡脚至洞门墙背应有不小于1.5m的水平距离，以防仰坡土石掉落到路面上，危及行车安全。 洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底与衬砌拱顶外缘的高度不应小于1.0m，以免落石破坏拱圈。洞门墙顶应高出仰坡脚0.5m以上，以防水流溢出墙顶，也可防止掉落土石弹出。 洞门墙应根据情况设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔，以防止洞门变形。洞门墙的厚度可按计算或结合其它工程类比确定，但墙身厚度不得小于0.5m. 洞门墙的基础必须置于稳固地基上。一般地，基底埋入土质地基的深度不应小于1m，嵌入岩石地基深度不应小于0.5m,7.1 公路隧道结构构造,6,6,7.1.3 明洞 当隧道埋深较浅，上覆岩（土）体较薄，难以采用暗挖法时，则应

4、采用明挖法来开挖隧道。用这种明挖法修筑的隧道结构，通常称作明洞。 1.明洞的结构形式 明洞的结构形式应根据地形、地质、经济、运营安全及施工难易等条件进行选择，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞。（1）拱形明洞 隧道进出口两端的接长明洞或在路堑边坡不稳定地段修建的独立明洞等，多采用拱形明洞的形式。（2）棚式明洞 当山坡坍方，落石数量较少，山体侧压力不大，或因受地质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞。,7.1 公路隧道结构构造,7,7,2.明洞施工注意事项（1）明洞基础 明洞基础应置于稳固的地基上。当基岩埋深较浅时，基础可设置于基岩上；当基础位于软弱地基上时，基础可采用仰拱、整体式钢

5、筋混凝土底板等结构。外墙基础的趾部，应有一定的嵌入深度，并设在冻结线以下0.25m，而且需要有一定的护基宽度。（2）明洞填土,7.1 公路隧道结构构造,8,8,7.1.4 竖井与斜井 一般隧道开挖是从两洞口或从其中一个方向洞口进行。但在长大隧道因工期限制、经济、施工、地形、环境等条件，有必要分成几个工程区段进行施工，多数情况下要设工作坑道。 工作坑道按坡度区分为横洞、斜井、竖井和平行导坑。选择哪种形式，决定于地形、地质、工期、运输能力，设置地点的当地条件。,7.1 公路隧道结构构造,9,9,7.1.5 隧道的防排水设施 在公路隧道中，防排水是保持正常运营的极为重要的因素之一。 隧道的永久性防排

6、水，是用防排水工程措施实现的。可概括为用”截、堵、排”综合治理的办法。1.“截”是切断涌向隧道的水流。即把可能流入隧道的地表水和地下水的通道截断。2.“堵”是在隧道内设置防水层，使地下水不能涌入隧道。3.“排”水是利用盲沟、泄水管、渡槽、中心排水沟或排水侧沟等，将水排出洞外。,7.1 公路隧道结构构造,10,10,7.1.6 附属设施工程 1.安全避让设施避车洞 2.设备洞、横通道及其它类洞室 3.隧道洞门及洞身的装饰 4.营运管理设施,7.1 公路隧道结构构造,11,11,7.1.7 隧道内的路面工程 公路隧道内的路面常选用高等级路面，宜采用水泥混凝土路面，路面与墙部连接处应设置变形缝，路面

7、相应的设置变形缝。 公路隧道行车道路路面修补较为困难，因此要求施工时必须重视施工质量。隧道内路面施工时需要严格控制质量。高寒地区隧道路面上易形成薄溜冰，为了行车安全，路面应具有足够的粗糙度。 隧道通过软围岩交界处的衬砌中设有沉降缝。为了不因衬砌下沉而拉裂路面，当路面的横向伸缩缝、施工缝靠近衬砌的沉降缝时，应与衬砌沉降缝设在同一断面上。 隧道洞内光线较暗，应尽可能提高路面亮度，如采用白水泥、白色碎石等材料。,7.1 公路隧道结构构造,12,12,在隧道施工前，应做好施工准备和施工测量放样工作，即应做好现场调查研究，核对设计文件和编制隧道施工组织设计等工作。 公路隧道施工测量放样，应包括洞内施工控

8、制测量、隧道贯通误差的定测及调整、辅助坑道测量及隧道工程竣工测量。7.2.1 隧道施工现场调查事项 1.隧道施工前的现场调查研究 2.施工单位全面熟悉和核对设计文件（1）现场核对设计文件 会同设计单位现场核对设计文件 （2）现场交接和核对测量桩志 3.编制实施性施工组织设计,7.2 公路隧道施工准备和施工测量,13,13,1.概述 隧道施工通常由两端对向开挖。对较长隧道，为了缩短工期、改善工作条件、减少施工干扰，常需选择一些像横洞、竖井、斜井之类的辅助坑道，来增加工作面。横洞的布置，对于正交的横洞，为便于来往车辆运输，相交处要用适当半径的圆曲线连接。横洞与正洞相交处应该具有向外不小于3%的下坡

9、。 斜井的布置，一般要求斜井倾角不大于25、斜井与隧道中线的水平角不宜小于40，井底与隧道接头处，宜用平道连接，其长度多为1525m，并设置竖曲线。 竖井的位置以设在隧道中心线一侧为宜。竖井中心与隧道中心之间的距离一般为1520m，其间用通道连接，但竖井也有在隧道正上方直接连接的。,7.2 公路隧道施工准备和施工测量,14,14,公路隧道施工测量的主要任务，是要保证隧道相向开挖时，能够按规定的精度正确贯通；并使隧道在施工后衬砌部分和洞内建筑物不超过规定的界限。 隧道施工测量首先要建立洞外平面和高程控制网，每一开挖洞口附近都应设立平面控制点及水准点，这样将各开挖面联系起来，作为开挖放样的依据。随

10、着坑道的向前掘进，必须将洞口控制桩坐标、方向及洞口水准点的高程传递到洞内，再用导线测量的方法建立洞内的平面控制，用水准测量方法建立高程控制。根据洞内控制点的坐标及高程，来指导开挖方向，并作为洞内衬砌及建筑物放样的数据。隧道贯通后，必须产生平面的及高程的贯通误差，此时需要进行中线调整。设有竖井的隧道还需专门进行竖井测量。在隧道所有的项目完成后，要做竣工测量。并在施工过程中和竣工后对隧道及有关建筑物进行沉陷和位移观测。,7.2 公路隧道施工准备和施工测量,15,15,2.洞外平面和高程控制测量 （1）洞外平面控制测量 1）中线法是在隧道洞顶地面上用直接定线的方法，将隧道的中线，每隔一定距离用控制桩

11、精确地标定在地面上，作为隧道施工引测进洞的依据。 2）导线法测量和经纬仪导线测量方法相同，但它的精度要求较高，所以测角和量边均用较精密的仪器和方法。导线布设也必须按照建筑的要求来确定。 3）三角测量法常采于当隧道较长、地形起伏多变，不便用导线法做洞外平面控制的情况下。,7.2 公路隧道施工准备和施工测量,16,16,（2）洞外高程控制测量 隧道高程控制测量的任务，是按照规定的精度，施测隧道洞口附近水准点的高程。根据两洞口点间的高差和距离，可以确定隧道底面的设计坡度，并按设计坡度控制隧道底面开挖的高程。. （3）路线引测进洞数据计算 洞外平面和高程控制测量完成后，就要进一步把相向开挖洞口附近的路

12、线中线点，用平面和高程控制网精确求得它们的坐标和高程，同时计算洞内待定点的设计坐标。按坐标反算的方法，可求出这些洞内待定点和洞外控制点之间的距离和夹角关系，根据这些数据，就可以用极坐标或其它方法指导进洞的开挖，并测设洞内待定点的点位，从而使隧道中线按设计位置在洞内延伸。,7.2 公路隧道施工准备和施工测量,17,17,2.隧道施工中的洞内施工测量（1）洞内平面控制测量 主要包括以下测量内容：由衬砌计算决定。当山坡坡面有发生崩塌和落石可能时，往往需要接长洞身或修筑明洞。洞门的构造型式由多方面的因素决定，如岩体的稳定性、通风方式、照明状况、地形地貌以及环境条件等. 1）洞内导线测量。是建立洞内平面

13、控制的主要形式。根据地下导线的坐标，将隧道中线和洞内建筑物轴线放样到实地，并指示开挖方向，保证衬砌和放样正确，使贯通误差不超过规定的限值。 2）洞内中线测设。是指设置在洞内的主要导线点绝大多数不在贯通理论中线上，为了便于日常施工放样，在一定区段内，需根据主要导线点测设一定数量位于贯通理论中线上的中线点，作为施工放样的依据。测设中线点一般用直角坐标法和极坐标法。,7.2 公路隧道施工准备和施工测量,18,18,3）洞内开挖中线的测设。隧道开挖深入洞内以后，先建立指导开挖的临时中线，当开挖到一定深度后，即可建立洞内导线点，根据导线点再测设中线点。 直线隧道导坑中线的延伸的方法主要有串线延伸法和曲线

14、隧道导坑中线的延伸法。 曲线隧道导坑中线的延伸方法主要有切线支距法、后延弦线偏距法、曲线串线法、全站仪坐标法等，用于曲线隧道导坑施工中，只有当地域狭窄，必须将曲线分段，缩小支距，减小偏角，才能使用这类方法,7.2 公路隧道施工准备和施工测量,19,19,4）隧道施工腰线标定。就是给定隧道竖直的方向，即按设计给定隧道坡度。 标定通常采用腰线法，如图7-14所示，将水准仪置于欲放样的地方，后视水准点的水准尺即得到仪器的视线高程。根据腰线点A、B处的设计高程，可分别求出A、B点与视线间的高差、，然后在边墙上放出A、B两点，两点之间的连线称为腰线。根据腰线，施工人员便可很容易地推求出其它各部位的高程及

15、隧道的坡度。,7.2 公路隧道施工准备和施工测量,20,20,（2）洞内水准测量 洞内水准测量是将洞口水准点高程引测到洞内，建立一个与洞外统一的高程系统，作为隧道施工放样的依据，保证隧道在竖向上正确贯通。洞内水准测量是随着隧道向前掘进，不断地向前建立新的水准点。在洞内每隔10m测设一个 供临时放样及控制底面开挖高程的临时水准点。 水准点的高程测定，按三、四等水准测量方法进行。由于洞内通视条件差，水准仪到水准尺的距离不宜大于50m，施测时尺面、望远镜的十字丝及水准器均需采用照明措施。水准路线一般与洞内导线测量路线相同。所有水准点均应经常检测，以检查是否受爆破震动而发生变化。,7.2 公路隧道施工

16、准备和施工测量,21,21,3 .隧道开挖断面及建筑物放样测量（1）隧道开挖断面测量（2）建筑物放样 在断面尺寸满足设计要求后，可按里程将每隔5m或10m的断面列表，列出该断面的拱顶高程、边墙底高程以及衬砌断面的支距，以供放样时使用,7.2 公路隧道施工准备和施工测量,22,22,4.隧道竣工测量 公路隧道竣工后，应在直线段每隔50m、曲线段每隔20m及需要加测断面处，测绘以路线中线为准的隧道实际净空，标出拱顶标高（高程）、起拱线宽度、行车道路面水平宽度。 （1）隧道施工中变形的观测 隧道施工过程中的变形观测，可在对洞内所布设三角点、导线点、中线点及水准点的复测工作中，可以及时观测到变形大小及

17、方向。 （2）检测测标高程变形和水平位移方法 1）检测测标高程变形，可采用水准测量的方法进行观测计算。 2）检测测标水平位移可采用准直法和测角法进行观测。,7.2 公路隧道施工准备和施工测量,23,23,7.3.1 概述 1.隧道工程施工特点（1）整个工程埋设于地下，因此工程地质和水文地质条件对隧道施工的成败起着重要的、甚至是决定性的作用。（2）隧道的施工速度比较慢，工期也比较长，往往使一些长大隧道成为控制新建公路通车的关键工程。 （3）地下施工环境较差，甚至在施工中还可能使之恶化。 （4）公路隧道大多穿越崇山峻岭，运输不便，供应困难。（5）公路隧道埋设于地下，一旦建成就难以更改，所以，除了事

18、先必须严密规划和设计外，施工中还要做到不留后患。,7.3 隧道施工方法,24,24,2.隧道施工应遵循的基本原则（1）在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。（2）为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。（3）为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的筒形结构，另外，隧道断面形状要尽可能地圆顺，以避免拐角处的应力集中。 （4）在施工的各个阶段，应进行现场量测监视，及时提出可靠的、数量足够的量测信息 （5）为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，采用复合式衬砌。,7.3 隧道施工方法,25,2

19、5,3.隧道施工方法及其选择 一般分为：矿山法、掘进机法、沉管法、顶进法、明挖法等。选择施工方案时，需要综合考虑下列因素：（1）工程的重要性，一般由工程的规模、使用上的特殊要求，以及工棚的缓急体现出来。（2）隧道所处的工程地质和水文地质条件；（3）施工技术条件和机械装备状况。（4）施工中动力和原材料供应情况；工程投资与运营后的社会效益和经济效益。（5）施工安全状况。（6）有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。,7.3 隧道施工方法,26,26,7.3.2 新奥地利隧道施工法 新奥法新奥地利隧道施工法（New Austrian Tunneling Method，NATM）是奥地利隧道工程师腊

20、布希维首先提出的。它是以控制爆破（光面爆破、预裂爆破等）为开挖方法；以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，动态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道施工法，其核心内容是充分发挥围岩的自承能力。 附属构造物是指主体构造物以外的其它建筑物，是为了运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。,7.3 隧道施工方法,27,27,1.新奥法的施工程序及基本原则（1）新奥法施工程序新奥法施工程序如图7-16所示。,7.3 隧道施工方法,28,28,（2）新奥法施工的基本原则 新奥法施工的基本原则可以归纳为“少扰动、早喷锚、勤测量、紧封闭”。1）少扰动

21、。少扰动是在进行隧道开挖时，要尽量地减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。2）早喷锚。早喷锚就是开挖后及时施做初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态。3）勤测量。勤测量是指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩（或围岩加支护）的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式和开挖方法，确保施工安全和施工进度。4）紧封闭。紧封闭一方面采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致使强度和稳定性的衰减，尤其是对于易风化的软弱围岩；,7.3 隧道施工方法,29,29,2.全断面法 按照隧道设计轮廓线爆破成型的施工方法叫全断面法。它的施工顺序是：（1）用钻孔台车钻

22、眼，然后装药，连接导火线。（2）推出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面。（3）排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土。（4）用装渣机将石渣装入渣车，运出洞外。（5）安设边墙锚杆和喷混凝土。（6）必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土。（7）开始下一轮循环。（8）在初期支护变形稳定后，按施工组织中规定日期灌注内层衬砌。,7.3 隧道施工方法,30,30,3.台阶法 台阶法中包括长台阶、短台阶和超短台阶等三种，其划分一般是根据台阶长度来决定的，如图7-17所示。至于施工中究竟采用何种台阶法，要根据两个条件来决定：一是初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短；二是上断面施工

23、所用的开挖、支护、出渣等机械设备对施工场地大小的要求。,7.3 隧道施工方法,31,31,4.分部开挖法 分部开挖法包含台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法三种方式。（1）台阶分部开挖法 台阶分部开挖法又称环形开挖留核心土法，一般将断面分成环形拱部、上部核心土、下部台阶等三部分。根据断面的大小，环形拱部又可分成几块交替开挖。环形开挖进尺为0.51.0m，不宜过长。上部核心土和下台阶的距离，一般为1倍洞跨。 （2）单侧壁导坑法 这种方法一般是将断面分成三块：侧壁导坑、上台阶和下台阶。,7.3 隧道施工方法,32,32,（3）双侧壁导坑法（又称眼镜施工法） 当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，

24、围岩条件特别差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。 双侧壁导坑法施工作业顺序为： 1）开挖一侧导坑，并及时地将其初期支护闭合。 2）相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初期支护。 3）开挖上部核心土，建造拱部初期支护，拱脚支承在两侧壁导坑的初期支护上。 4）开挖下台阶，建造底部的初期支护，使初期支护全断面闭合。 5）拆除导坑临空部分的初期支护。建造内层衬砌。,7.3 隧道施工方法,33,33,5.施工中可能发生的问题及对策 新奥法施工的基本原则，是根据围岩性质允许产生适量的变形，但又不使围岩松动坍落。在设计、施工过程中，若对围岩性质判断不准或喷射混凝土、打锚杆、立钢支撑时间与

25、方法有误，围岩松动就会超过预计。此时，应根据观察和量测结果及时找出原因，进行改正；对于原因不明的，则要针对所发生的现象寻求相应的措施。 根据实践经验，将新奥法中经常出现的一些异常现象及应采取的措施列于表7-1中，其中，措施A指进行比较简单的改变就可解决问题的措施；措施B指包括需要改变支护方法等比较大的变动才能解决问题的措施。,7.3 隧道施工方法,34,34,7.3.3 传统的矿山法施工。 1.漏斗棚架法 全名叫下导坑漏斗棚架法，也称下导坑先墙后拱法。它是硬岩层中修筑隧道的一种基本的传统方法，也是我国20世纪80年代前修筑公路、铁路隧道应用最广泛的方法之一。2.上下导坑先拱后墙法 上下导坑先拱

26、后墙法，又称拱圈支承法，是软土层中修筑隧道的一种基本的传统方法，也是我国以往修筑隧道采用的最广泛的方法之一。 附属构造物是指主体构造物以外的其它建筑物，是为了运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。,7.3 隧道施工方法,35,35,7.3.4 掘进机法施工1.概述 隧道掘进机法是用掘进机切削破岩，开凿岩石的施工方法，始于20世纪30年代。随着掘进机技术的迅速发展和机械性能的日益完善。隧道掘进机施工得到了很快发展。（1）施工特点 与钻爆法开挖隧道施工过程相比，使用掘进机开挖隧道的特点在于施工过程是连续的，具有隧道工程“工厂化”的特点。（2）掘进机类型 山岭隧道掘进机分为全断面和悬臂式两大类。全断面掘进机又分开敞式和护盾式两类。,7.3 隧道施工方法,36,36,2.掘进 掘进机切削破碎岩石的机理是：掘进时盘形刀沿岩石开挖面滚动，同时通过大刀盘均匀地在每个盘形刀上对岩面施加压力，形成滚动挤压切削而实现破岩。大刀盘每转动一圈，将贯入岩面一定深度，在盘形刀刀刃与岩石接触处。岩石被挤压成粉末，从这个区域开始，裂缝向相邻的切割槽扩展，进而形成片状石碴。 3.衬砌施工 （1）管片式衬砌 （2）二次模筑混凝土,7.3 隧道施工方法,