2015年最新公路设计标准第四部分隧道施工新技术.ppt

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1、长安大学公路学院,隧道施工新技术,18.02公里的秦岭终南山公路隧道是中国自行设计施工的世界最长的双洞单向公路隧道,提纲,一、近年来隧道工程的技术进步二、隧道施工技术发展方向三、岩溶隧道安全施工理念四、隧道施工新技术五、近期铁路隧道施工安全案例,一、公路铁路隧道工程的技术进步,近年来，随着公路铁路建设的快速发展，隧道修建技术有了长足的进步，具体表现在以下几个方面。1高速铁路隧道关键技术已经形成。研究解决了列车在隧道内高速运行产生的空气动力学问题，确定了不同运行速度目标值隧道净空断面，制定了各项技术标准，确定了大断面隧道的支护衬砌参数及施工方法，确定了洞口结构型式，确定了长大隧道防灾救援的标准和

2、措施。,2艰险山区复杂地质条件长大隧道修建技术不断取得进步。,乌鞘岭隧道（20.5公里长）、石太客专太行山隧道（27公里长）的通车运营、宜万、贵广铁路（岩溶高风险）、云南大丽、玉蒙、大瑞等铁路（围岩破碎、复杂、多变）的建设，以及西格二线关角隧道（32公里，目前全国最长）、兰渝铁路西秦岭隧道（29公里，两台TBM结合矿山法施工）、木寨岭隧道的建设，标志着我们在长大隧道防灾救援、高压富水岩溶、断层突水突泥、高地应力、地质复杂多变等方面取得了很大的技术进步。,3大断面黄土隧道修建技术取得突破性进展。,郑西客运专线正线全长458km，隧道38座，77公里，隧线比16.8。建设过程中曾出现地面开裂、围岩

3、变形过大、支护结构开裂、坍方，施工一度受阻的情况，通过开展科研和工程实践的摸索，较好的控制了隧道和围岩的变形，有力的保证了隧道施工安全，逐步形成了一套大断面黄土隧道设计施工综合配套技术。,4城市铁路大跨浅埋隧道的修建技术取得进展。,北京地下铁路直径线采用单洞双线结构型式，采用盾构法和浅埋暗挖法施工；天津地下直径线、京津延长线解放路隧道采用盾构法施工；京石客专石家庄六线特大隧道采用深基坑明挖法施工；广深港二期福田车站及两端区间，车站采用超深大基坑明挖、局部下穿地铁车站冷冻暗挖施工、区间采用盾构法施工；都正在建设中。,5 水下隧道修建技术取得进展。,广深港客运专线狮子洋隧道，穿越珠江口狮子洋河段，

4、是国内第一条水下铁路隧道。隧道工程范围全长10800m，采用四台泥水平衡式盾构施工。武广客运专线浏阳河隧道位于湖南省长沙市东部，隧道工程范围全长10100m，设三座竖井、一座斜井。根据隧道各段所处的地质、地面环境、隧道埋深等条件分别采用明挖法、钻爆法及非爆破法施工。,狮子洋隧道照片,浏阳河隧道照片,二、隧道施工技术的发展方向,“四化”施工机械化，各道工序逐步实现机械化，以设备保工艺、以工艺保质量、以质量保安全（部已重视，颁布了机械配套指南）工序标准化，各道工序都建立标准，严格按标准作业(部已重视，颁布了施工工序作业指南）。构件工厂化，管片、仰拱块、混凝土搅拌、钢拱架、预埋件、连接件等尽量厂制。

5、探测定量化，物探、钻探、检测等尽量定量，用数据说话。,三、岩溶隧道安全施工理念,岩溶隧道安全施工要诀建设管理要点口诀“风险评估、分级管理、加强勘查、动态设计、机械配套、关键工序、质量为本、安全第一”安全施工口诀“有疑必探、先探后掘、不明不掘、物探先行、钻探取证”。“水平钻探、超前炮孔、三米岩盘、安全监控、进洞条件、防灾报警、逃生演练、警钟长鸣”。岩溶安全放水口诀“探清边界、一炮崩开、视频观测、耐心等待、安全清淤、防止次害、洞内洞外、加强警戒、逃生路线、牢记心怀”高压富水断层带帷幕注浆口诀探一段、注一段，稳扎稳打，注一段、挖一段，段段推进。,高压富水充填性大型溶洞施工原则,“探、绕、堵、放、排”

6、探，就是探清楚水压、充填物性质、隧道与溶洞的边界关系。（“三清三不清”原则，三清就是水压、充填物性质、隧道与溶洞的边界关系可以探清也必须探清，三不清就是溶腔规模、充填物和水的量、水源探不清楚）绕，就是迂回通过，贯通后再处理溶腔。堵，就是对于无水的充填物进行注浆封堵，管棚支护通过。放，就是隧道贯通后侧向放水减压、正向支护通过（侧放正过），如宜万线野三关隧道“602”溶腔处理，泄水洞放水减压后，正洞清淤支护安全通过，马鹿箐隧道“978溶腔”，泄水洞放水减压后，正洞管棚支护安全通过；或者，迂回贯通后，选择在旱季无雨季节，正洞爆开、清淤、支护通过（正放正过），如宜万线云雾山隧道“526”、“617”溶

7、腔，大支坪“990”溶腔。排，就是做好排水，特别是反坡排水，必要时增设泄水洞,四、隧道施工新技术、新工艺,1.新意法2.铣挖法3.自动导向长管棚施工技术4.隧道辅助施工设备,1、岩土控制变形分析法（ADECO-RS）简介,软弱破碎围岩宜积极采用岩土控制变形分析法施工技术岩土控制变形分析（ADECO-RS）施工工法是通过对隧道掌子面超前核心岩土体的勘察、量测，预报围岩的应力应变形态并将其划分为A、B、C三种类型，据以信息化设计支护措施，确保隧道安全穿越复杂地层和实现全断面开挖的一种设计施工指导原则。,ADECO-RS工法理论基础ADECORS工法，是意大利人Pietro Lunardi在研究围岩

8、的压力拱理论和新奥法施工理论的基础上提出的，该工法把主要的注意力放在掌子面超前核心土的稳定上，并以此为基础对施工方法进行选择。Pietro Lunardi 等人认为隧道结构承受最大应力的阶段并不是隧道施工完成后,而是在隧道开挖阶段。在此阶段，原岩地应力沿着隧道开挖轮廓线产生“拱部效应”。ADECO-RS工法根据压力拱在隧道径向的形成和远近把压力拱分成三个类型:：在近部立即形成、在远离隧道深部形成、不能形成，如图1。,隧道“拱部效应”的形成及其位置，取决于隧道开挖介质对开挖施工“变形反应”的特性以及大小。对于隧道设计工程师来讲最重要的一点是要研究在隧道开挖时是否存在拱部效应以及如何形成拱部效应，

9、下一步才是选用适当的隧道开挖和支护措施。在此种认识的基础上通过对1000多例隧道的研究，形成了ADECO-RS工法的核心观点：掌子面前方超前核心岩土的滑动与隧道塌方之间存在着紧密联系，隧道塌方总是发生在核心土体滑动之后。掌子面超前核心岩土的强度、稳定性以及对变形的敏感性在隧道施工中起到决定性作用。,ADECO-RS工法主要指导思想和原则ADECO-RS工法是一种通过研究隧道掌子面超前核心岩土的变形状态为基础形成的设计施工指导原则，其特点如下：a 这种方法采用的新型地下工程概念是基于开挖参数掌子面超前核心岩土体系的应力应变分析方法。强调对掌子面超前核心岩土体变形的监控量测，掌握变形反应。突出了掌

10、子面超前核心岩土的预加固要求。b 基于ADECO-RS工法的隧道设计是依据施工信息的动态设计，不再有明显的设计阶段和施工阶段划分。c 此工法的应用目的是控制前方岩土体的力学性质，尽量使它的力学性质保持一致，即使在相当复杂的地质条件下，也能满足隧道有序开挖掘进和机械化全断面施工的要求。ADECO-RS工法对围岩条件较好及差的隧道都适用，特别是对难以形成自然拱效应的松散围岩隧道更能体现其优越性。,监测,（a）掌子面挤压变形（b）掌子面前方岩土的预收敛（c）隧道开挖后洞身收敛及拱顶沉降监测,隧道掌子面超前加固,配套设备,由于ADECO-RS工法是一种以关注掌子面超前核心岩土的稳定性为主要研究手段，满

11、足大断面机械化施工要求的工法，因此在施工过程中要有相应的配套设备，如高效率的双臂管棚钻机、全断面钢拱架架设机、混凝土自动喷射机等。在监测方面也要有相应的收敛量测、掌子面核心土的挤压变形、预收敛量测等设备。,ADECO-RS工法运用于隧道施工领域使隧道施工技术取得了很大的成功，特别是在软弱大断面隧道中应用和我们目前所采用的“CRD”工法、眼镜工法相比其安全性、施工质量、施工进度都具有较大的优越性。除双臂管棚钻机外，其它配套机械设备和玻纤注浆锚杆等都可以国产化，因此ADECO-RS工法在我国具有较大的推广前景。,2、铣挖法 在国外已有多年运用，具有很成熟的施工经验，在硬岩、软岩和混凝土施工中都有明

12、显的优点。铣挖法的特点1.适用范围广：在中低硬度的岩石如风化岩、凝灰岩中最大可达到2540m3/h，也可铣挖无钢筋或有少量钢筋的混凝土，使用装在300吨挖机上的ER5000系列铣挖机，可以轻松的铣挖配有30mm以下直径钢筋的混凝土。2.低振动、低噪音：可在有振动或噪音限制的地域如古建筑、医院周围有效的替代爆破施工，并能很好的保护环境。3.精确控制施工：可以快速准确的修整构造物轮廓，应用在隧道开挖中，不但可以解决令施工单位头疼的欠挖问题，还进而降低施工单位“宁超勿欠”所引起的成本增大问题。4.铣挖下来的物质粒径小且均匀，可直接作为回填料。5.结构简单，使用方便：它可以安装在任何一台既有的液压挖掘

13、机上，可利用液压破碎锤或液压钳的液压回路进行安装，使用方无需额外购买挖掘机。,在铲削搅拌桩,在水下施工,铣挖既有钢筋混凝土路面,小于20mm的钢筋能直接剪断,在切削钢筋混凝土表皮,在隧道内施工,每小时可出碴20-30立方,在施工坚硬的白云岩石,每小时可切削30立方,弧形导坑铣挖,导向钻头内装有特制的定位传感器，传感器通过信号线穿过钻杆连接孔外的显示器。,3、自动导向长管棚施工技术导向跟管钻进法原理,导向跟管钻进法优点,同传统大管棚施工方法相比，有如下优点：（）能有效控制棚管打设方向，精度高，外插角可预定为0度；（）管棚施作距离长，工效高，一次性施作可超过100米；（）将钢管作钻杆直接打入，不扩

14、大孔位；（）孔底注浆，孔口返浆，必要时封口注浆,可固化管外土体；（）能按特殊要求的轨迹钻进，在隧道内打设管棚无需预设管棚工作室。不能将管棚施工单纯地看作一种隧道施工的超前支护手段，而应作为超前支护、超前探测和施工监测的综合手段，形成新的管棚设计与施工理念。,4、隧道辅助施工设备,1、装备举重臂的一体型喷射机钢支撑的架设，一般来说国外都是采用钢支撑架设机械安装的。例如日本隧道采用的装备有举重臂的一体型喷射机。该机械，就是在一体型喷射机上，装备了2个能够安设钢支撑的举重臂。隧道施工最危险的作业是掌子面灾害。因此，在施工中，喷混凝土作业多是采用能够远距离操作的一体型喷射机进行喷射作业。钢支撑用能够微

15、调的举重臂安设在规定的位置。架设钢支撑的时间约5min，设联系构件等约12min，架设很快完成，这就大大减少了掌子面灾害发生的概率（风险）,2、脚部补强的施工机械在浅埋、软弱等不良地质条件下，特别是在台阶法中，如何控制拱部下沉始终是一个问题。目前采用的方法就是设置锁脚锚杆。日本在埋深为0.15D1.8D、凝灰质的堆积物的地质条件下，采用了弯曲钻机设置弯曲形脚部补强桩控制钢支撑的下沉。,3.带有展开机的台架为了施工的合理化和减少焊接数量，尽量采用宽幅防水板，但因作业范围广、防水板重量大，人力展开困难。因此可采用带有机械式展开装置的台架。带有展开机台架的主要优缺点如下。即使重型防水板也易于施工；采

16、用宽幅防水板、提高了施工性，同时接合部减少，也提高了防水的质量；台架制作费用较高。,仰拱栈桥,仰拱台车,七、铁路隧道施工安全案例,1.复杂岩溶隧道突水、突泥。2006年1月21日，宜万铁路马鹿箐隧道出口段平导开挖至PDK255+978时发生突水、突泥，突水总量约18万方，在抢险抽水时又多次发生突水。这次事故除多人逃生外，造成10人死亡，1人失踪。,马鹿箐隧道突水,马鹿箐隧道突水,1.复杂岩溶隧道突水、突泥,2007年8月5日凌晨1：00时左右，宜万铁路野三关隧道I线斜井向进口方DK124+602掌子面右侧下部发生突水、突泥，总突水量约15万方，突泥量5.4万方。突水后，5个掌子面人员受困，共计

17、52人被困。43人获救，其中1人医治无效死亡。9人中有2人在隧道内死亡，7人失踪。,野三关隧道岩溶突泥、突水,2软弱围岩隧道塌（坍）方,2007年4月30日15时30分太中银铁路吴堡隧道3#斜井掌子面左侧拱脚部位发生坍方,坍方量约8立方米,造成当场死亡4人，1人受轻伤。2007年8月6日18点30分左右，石太客专南庄隧道出口DIK151+603掌子面处上导坑开挖刚完成，在准备架设拱架过程中，上导坑DIK151+603610段已完成的初期支护突然发生整体坍塌。造成1人死亡，1名失踪。,3隧道掌子面后方塌方,2006年7月6日5时10分，黔桂线扩能改造工程螃蟹冲隧道出口突然发生坍方，6名施工作业人

18、员被困洞内。经紧急抢救，被困人员于7月9日17时55分全部救出。2007年1月7日，武广客专高岭隧道进口施工掌子面后方30米处11米长段落急剧变形，停止开挖进行加固处理。加强后，变形继续加大，部分地段开裂。3月13日，日平均拱顶沉降14 cm，部分地段开裂严重，临时支撑严重变形。为控制和减小变形，部分地段及时施作二次衬砌、钢管扇形支撑，变形仍在继续，至3月25日，部分地段地表最大沉降132.2cm，拱顶最大沉降119.6cm。至3月26日部分初支混凝土开始剥落、掉块，随后开始坍塌，至3月27日洞顶地表塌通，形成长15米宽10米的陷坑。,3隧道掌子面后方塌方,2007年7月15日下午，郑西客专南

19、山口隧道斜井正洞施工至DK69+173时，初喷过程中掌子面左上角出现掉块。7月16、17、18日陆续出现掉块、坍塌，直至钢拱架压垮、上台阶全部被掩埋，坍塌长140多米。地表房屋出现裂纹，院内地表出现起鼓现象，所幸无人员伤亡。施工中上台阶长83m，仰拱距最前掌子面126m，二衬距最前掌子面146m。,3隧道掌子面后方塌方,2007年9月2日凌晨3时25分，合宁铁路亭子山2号隧道在拱部初期支护侵限部位换拱作业时发生局部塌方，5名工人被埋。当时，共有23名工人在该区域作业，上方土体突然坍塌，将5名换拱作业人员埋没，18名工人及时安全撤出。亭子山2号隧道全长1635米，已于2007年8月28日上导贯通

20、，坍塌长度约6米，总坍塌土方量约1000立方米，9月19日搜到遇难者尸体。,4洞内火灾,2006年10月1日18时10分，石太客运专线太行山隧道8号斜井，因钢筋焊接引燃泄水管及防水板、通风管，致使该斜井正洞左线石家庄方向DK89+534处发生火灾，造成4人死亡、多人受伤。2007年7 月13日6:30时，武广客运专线牛岭隧道进行矮边墙施工的施工人员发现后方防水板台架上有烟雾，台架上电路冒出黑烟，试图用木棍挑断电线，但没有成功，随后台架起火，冒出浓烟，人员无法接近起火处，当即剪断电线，切断电源。火情发生后，浓烟迅速扩散到掌子面，造成被困人员呼吸困难，部分人员出现眩晕现象，所幸未造成人员死亡。,5

21、洞内爆炸,2006年2月28日，温福铁路福建段琯头岭隧道洞内出口发生爆炸，造成3人死亡，1 人重伤。2006年12月10日23时，洛湛二线大桂山隧道进口洞内发生爆炸，当场死亡3人，伤3人（其中2人送医院抢救无效死亡），失踪1人。,6隧道洞口边仰坡塌方,2006年5月21日上午10时40分，洛湛线DK58+620处发生山体滑塌，正在双牌2号隧道开工准备的4名作业人员被砸伤，1人死亡，其余3人受伤。2006年9月13日11时50分，武康铁路增建二线工程系家山1号隧道突然发生坍陷，造成正在隧道上方地表进行现场勘察的2名设计人员1名工程技术人员随塌体埋入土中，经抢救无效死亡。2007年8月6日，广深港客运专线水田隧道进口正在进行导向墙施工准备时，右侧导向墙顶部仰坡忽然滑塌约23立方米土体，两人被埋，经抢救无效，死亡。,高阳寨隧道进口塌滑事故,1#石,2#石,3#石,4#石,5#石,6#石,0#石,坍塌体复原图,高阳寨隧道口边坡垮塌过程,高阳寨隧道口边坡垮塌过程,