隧道施工方法分类.ppt

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1、隧道工程设计业绩,隧道工程设计业绩,主要水底隧道项目业绩一览表,隧道工程设计业绩,主要铁路隧道项目业绩一览表,隧道工程设计业绩,主要铁路隧道项目业绩一览表（续）,隧道工程设计业绩,主要公路隧道项目业绩一览表,大跨、双跨联拱、小净距、群洞,1、隧道修建方法分类与简况2、矿山法施工方法分类3、施工组织设计的编制程序与方法4、隧道施工的基本原则5、隧道开挖与出碴运输6、超前支护与初期支护7、防排水施工8、二次衬砌9、施工通风除尘,目 录,1隧道修建方法分类与简况,1.1 分类 表1,明挖法：明挖暗埋；沉埋管段暗挖法：矿山法（新奥法、钻爆法）非爆破法TBM法；盾构法,表1 隧道修建方法分类表,1隧道修

2、建方法分类与简况,1.2 暗挖法修建简况,矿山法(钻爆法)隧道：历史最悠久。黑色炸药是我国古代四大发明之一，1225年传入西亚和欧洲。1867年瑞典人诺贝尔发明黄色炸药，其后随着钻岩机械的诞生和发展，隧道钻爆法得到迅速发展。钻爆法修建隧道至今仍占统治地位。我国铁路隧道从1888年修建台湾省狮球岭隧道（261m）起，至1999年止，共修建铁路隧道6878座，总长3667.02km，最长的为秦岭隧道18.456km，目前正在修建的兰新复线乌梢岭隧道全长达到20.05km。我国公路隧道随着高速公路的飞快发展也快速发展，截止2000年已修建1684座，总长628km。最长的公路隧道为开挖已贯通，正在灌

3、筑砼衬砌的陕西省跨秦岭的终南山隧道，长度18.05km。,1隧道修建方法分类与简况,1.2 暗挖法修建简况,TBM隧道：起步较晚，但发展迅猛。自1952年美国罗宾斯公司生产第1台TBM起，采用TBM施工的隧道的累计总长度已超过4000km 目前世界上每年开挖的隧道中，有30%40%是由掘进机完成的。开挖断面直径最大的达到11.81m(瑞士Mt.Russein道路隧道，19901992年)。我国采用TBM施工的隧道，主要是水电部门和铁路部门。水电部门的甘肃引大入秦30A隧洞和山西万家寨引黄入晋工程隧洞，使用TBM完成的隧洞累计长度已超过130km，目前又在辽宁大伙房引水工程准备采取TBM施工隧洞

4、。铁路隧道是1998年引进2台8.8m德国威尔特公司生产的TBM，完成西康线秦岭线隧道、西安合肥线桃花铺1号隧道和磨沟岭隧道累计23km的单线隧道。,1隧道修建方法分类与简况,1.2 暗挖法修建简况,盾构隧道：第一座采用盾构法修建的隧道是1825年英国泰晤士河河底隧道，比TBM问世早127年。此后，在英、美、法、德等国家得到推广应用。日本则是20世纪60年代起迅速发展，19641984年20年间就生产各式盾构5000台，仅东京地铁采用盾构法完成的隧道累计长度超过300km。1988年1993年英、法两国采用11台盾构机修建了全长48.5km的英吉利海峡隧道，2003年英法两国采用15m土压平衡

5、式盾构机又开始修建第2条英吉利海峡隧道。,我国盾构法施工始于1965年上海打浦路过江隧道（10.22m），1984年和1994年在上海黄浦江上又先后修建11.3m的延安东路隧道和11.22m的延安东路复线隧道。最近跨越长江的武汉过江隧道（11m多）已开工，南京过江隧道（14.87m）也即将采用盾构法修建。采用盾构法修建的地铁隧道近年来更是蓬勃发展，主要城市有上海、广州、深圳、北京、南京、天津等，我国的盾构法施工已步入世界盾构技术的先进行列。,二次衬砌,系统锚杆喷混凝土钢筋网钢架,隧道结构组成,初期支护,拱部边墙仰拱（铺底）,模筑混凝土或钢筋混凝土,1.3 矿山法隧道结构,1.3 矿山法隧道结构

6、,拱部,边墙,边墙,铺底,二次衬砌（模筑砼或钢筋砼）,初期支护（锚杆、喷砼、钢筋网、钢架）,1.3 矿山法隧道结构,2矿山法施工方法分类,施工方法的选用，主要依据工程地质和水文地质条件、开挖断面、工期要求、施工设备、环境保护等因素，经综合经济技术比较后确定。主要的施工方法分类如表2。,从施工速度上比较，由快到慢，依次为全断面法台阶法分部开挖法。从控制地表和地中变位上，由好到差，依次为中隔壁法侧壁法环形开挖法台阶法。从疏排地下水的效果上，双侧壁导坑法优于其他方法。,2矿山法施工方法分类,3施工组织设计的编制程序与方法,3施工组织设计的编制程序与方法,表3 隧道开挖平均进度表（m/月）,3施工组织

7、设计的编制程序与方法,4隧道施工的基本原则,采用非爆破的机械开挖方法，如TBM，单臂掘进机等。,4.1 保护围岩,对于硬岩，主要是减少开挖对围岩的扰动范围，控制对围岩的损伤。,主要措施有：,采用控制爆破技术，拱部用光面爆破，边墙用预裂爆破。,采用导坑超前加周边扩挖的开挖方法。,4隧道施工的基本原则,对于软弱围岩，主要是控制围岩的松驰，提高围岩自支护能力。,主要措施：,超前加固地层。采用超前注浆管棚、超前注浆小导管、超浅埋隧道地表注浆加固地层等；,稳定开挖面。采用超前支护、开挖面正面锚喷、预留核心土等。,开挖地段及时闭合成环。尽量缩短台阶长度，及时施作初期支护，设临时仰拱或横撑；大跨度隧道施作临

8、时仰拱有困难时，可采用“三锁”注浆锚管（杆）替代；设底部锚杆或底部注浆加固；仰拱超前于墙拱施作，尽量靠近下台阶开挖面。,4隧道施工的基本原则,内实外美是隧道施工质量的主要标志，它取决于初期支护和二次衬砌的施作质量。“内实”是内在质量的体现，“外美”是外观质量的体现。内实是基础，两者溶为一体。内实就是要求隧道初期支护和衬砌具有设计耐用期内的强度、耐久性、使用性和可靠性，做到“四密实”喷砼密实、初期支护与围岩密实（贴）、二衬砼密实、二衬与衬期支护密实（贴）。外美主要是衬砌表面平整，颜色一致，无错台，无蜂窝麻面；三缝处理到位，不渗不漏。,4.2 内实外美,4隧道施工的基本原则,包含两层意思。一是搞好

9、施工通风除尘和照明，确保洞内各作业面的空气质量、粉尘含量、温度湿度和亮度，控制在国家劳动卫生的标准之内，最大限度地减少对作业人员健康的影响；二是保护隧道周边环境，控制地表下沉、控制水资源流失、防止工程废水弃碴污染和影响河流、保护隧道洞口植被等。,4.3 重视环境,4隧道施工的基本原则,动态施工就是隧道施工必须根据地质条件和围岩力学动态的变化，适时采取相应措施适应这种动态变化的施工管理过程。它包括动态变化信息的收集分析、反馈设计和指导施工三方面内容。动态变化信息通过施工地质调查预报、围岩量测获取。反馈设计就是根据获取的地质条件和围岩力学动态变化信息，及时修正优化进行动态设计，尔后改进施工方法和施

10、工工艺，最终目的就是达到安全、优质、快速、降造。,4.4 动态施工,5隧道开挖,5.1 开挖方法,全断面法：适用于、级围岩，机械：液压钻孔台车，多层台架风钻。近年来，台架风钻替代钻孔台车渐成趋势，优点是施工进度不低于台车，造价低。台阶法：适用于III级围岩。以两台阶为主。保护围岩，控制变形防止坍方的关键是合理确定台阶长度（表2）和仰拱先行。工程中普遍存在的问题为台阶过长。分部开挖法：适用于级围岩，采用环形开挖留核心土法居多。施工作业关键：各部间距应3m；初支及时封闭；上下部开挖时钢架的连接。大跨软弱富水地段，建议采用双侧壁导坑法。实例：岐岭铁路双线隧道进口段。,5隧道开挖,5.2 钻爆作业,作

11、业循环进尺：表5.21,表5.21 常用的作业循环进尺表（m）,5隧道开挖,5.2 钻爆作业,作业循环进尺：,作业循环进尺根据计划进度、凿岩机械性能及工班作业制度确定。一般以一个作业班内完成一个掘进循环工作量为宜。风枪钻眼最佳作业深度为3m左右，过浅增加作业次数，过深影响作业时间。、级软弱围岩段施工，循环进度应与钢架间距相适应。,5隧道开挖,5.2 钻爆作业,钻爆设计：,（1）断面超欠挖量控制在允许值内（表5.22）,表5.22 隧道允许超挖值（cm）,5隧道开挖,5.3 超欠挖控制,5隧道开挖,5.3 超欠挖控制,图 5.31,5隧道开挖,5.3 超欠挖控制,规定有允许超挖的理由：如图 5.

12、32,h=LSin式中：h炮眼底台阶高度（m）L炮眼深度（m）风枪施钻外插角（度）（不可避免的）平均超挖高度为1/2h。从上式可看出，炮孔越深，h越大，超挖越多。,5隧道开挖,5.3 超欠挖控制,5隧道开挖,5.3 超欠挖控制,控制超欠挖主要措施（1）控制钻孔偏差：周边眼、开孔位置、外插角（孔深控制在4m以内，使用光爆风枪、减少钻机外缘高度，使钻机尽量靠近岩壁）。（2）选择合理的爆破技术：采用控制爆破（光面爆破、预留光爆层光面爆破）；优化爆破参数（周边眼E、W、E/w、q；单位岩石炸药消耗量Q；单位面积钻眼数量等）。（3）选用匹配的爆破器材和装药方法：周边眼小药卷连续装药、使用低密度、低爆速光

13、爆炸药等。（4）严格钻爆施工管理：对测量放线人员、司钻工人、爆破工实行责任制（定岗、定作业标准、定质量控制标准等）和奖惩制度，加强责任心。,5隧道开挖,5.4出碴运输：,6超前支护与初期支护,6.1 超前支护,超前支护是对软弱围岩超前加固地层稳定开挖面的施工辅助方法。常用的形式有：（1）超前注浆管棚：108127，L10m，管内放钢筋加强，环向0.30.5m，纵向搭接23m，使用地质钻或专用管棚钻机。（2）超前注浆小导管：为常用的方法。42，L=5m，环向0.30.4m，纵向搭接2m左右。风枪施钻后插入或风枪直接顶入。（3）超前锚杆，孔内注浆：常用自进式锚杆（钻、锚、注一体化），中空注浆锚杆（

14、先风枪钻孔，再插管注浆），拱部不宜采用不能保证注浆质量的砂浆锚杆。,6超前支护与初期支护,6.2 初期支护,6超前支护与初期支护,6.2 初期支护,表6.21 洞室稳定性与支护结构关系,6超前支护与初期支护,6.2 初期支护,粉尘小，回弹少，质量易控制，但需配专用的湿喷机（如中铁西南科学院的TK500型转子活塞式湿喷机）。,粉尘大、回弹多、喷嘴水量人工不易控制，质量较差，但对有水地段比较有利。潮喷：比干喷粉尘小，回弹也较小，同样存在喷嘴水量不易控制问题。,6超前支护与初期支护,6.2 初期支护,6超前支护与初期支护,6.2 初期支护,6超前支护与初期支护,6.2 初期支护,锚杆,常用类型：全长

15、锚固锚杆,端头锚固锚杆，如药包锚杆。应用范围：拱部最好使用自进式和中空锚杆，浆液从锚杆中空部位压入，再挤满杆体与孔壁之间的空隙，注浆易饱满；不宜用砂浆锚杆。端头锚固锚杆多用于有水地段。锚杆端部应上垫板，施加一定的预紧力。设计有钢架时，应与钢架焊成一体。施工中常见的问题：浆液充填不饱满、锚杆长度不足、孔口不设垫板、不按设计布设不能形成群锚作用、未与钢架焊为一体发挥空间效应。,砂浆锚杆（先钻孔、后插杆灌注）自进式锚杆（钻、锚、注三位一体）中空锚杆（先钻孔，后插管灌注）,6超前支护与初期支护,6.2 初期支护,钢架,常用类型：型钢钢架（I字钢、钢轨、U形钢等）、格栅钢架（四肢正方形、矩形；三肢倒三角

16、形，主筋22，焊接成段）。,7防 排 水,施工中的止水和排水与结构的防水和排水，对施工和工程质量起重要的作用，也是施工中的主要难点。,7.1 施工止水和排水。,7防 排 水,压浆量Q=An/100。式中：A加固止水范围的围岩体积（m3）n孔隙率（%）充填率（%），多在50%90%注浆循环段长1225m。,施工中的止水和排水与结构的防水和排水，对施工和工程质量起重要的作用，也是施工中的主要难点。,7.1 施工止水和排水。,7防 排 水,施工排水方法：（1）对于水流集中的地下水，采用洞内插管引流；（2）对于富含地下水的松软风化严重的围岩，可用打排水管、排水坑道，利用重力自然排水，工程实例：京九线岐

17、岭隧道进口段的超前排水洞、双侧壁导坑的超前排水，及导坑内的排水钻孔（长度510cm）。一般超前1个月左右，正洞的滞水大部可疏排掉；（3）对于地下水位高于隧道顶的砂质或、砂砾层地层，可采用地表井点降水（国内山岭隧道用得不多）。,施工中的止水和排水与结构的防水和排水，对施工和工程质量起重要的作用，也是施工中的主要难点。,7.1 施工止水和排水。,7防 排 水,7.2 结构防排水,结构防排水原则：不允许地下水流入隧道，而应从隧道衬砌防水板外排出。因此，一般都采用排水型隧道结构型式。,7防 排 水,7.2 结构防排水,7防 排 水,7.2 结构防排水,衬砌自防水措施：（1）采用防水砼。抗渗等级S8，结

18、构厚度25cm，水泥强度等级32.5MPa，不得使用碱活性骨料，配合比中水泥用量320kg/m3、砂率3540%、水压比0.55mm，坍落度50mm，机械搅拌时间 2min，振捣时间1030s，及时充分养护，为防 裂最好加入适量的钢纤维或合成纤维。（2）做好施工缝、变形缝的防水。这是防水的薄弱环节，易出问题，常见的渗漏 水多出自这些缝。,7防 排 水,7.2 结构防排水,少留施工缝。采用整体钢模台车、适当增加衬砌段 段长。处理好垂直施工缝（节段缝）。刷净接头面、涂 面处理剂（有微膨胀性能）、正确安设止水带（位 置居中，安设牢固不走位）。,措 施：,防水板铺设：常见问题为，材质差（拉伸强度不够1

19、2MPa，断裂延伸率不足200%等）、接缝不实不牢、铺设过紧、局部被锚杆头刺破等。,7防 排 水,7.2 结构防排水,严格检测防水板材质和性能；喷砼表面修整大致喷平，切除锚杆头或加盖；防水板张挂留一定的富余长度，一般比喷砼轮廓线长度大10%以上为宜；防水板拼接采用双焊缝（热焊或粘接）、充气检查（气压0.5MPa）；吊点加垫覆盖；一般应使用防水板作业台车铺设。,措 施：,8二次衬砌,8.1 衬砌方法：,8二次衬砌,8.2 二次衬砌施工：,多采用洞外集中拌合、自行式罐车运输、砼泵压注、全断面钢模台车灌筑、手持式振捣器捣固。作业中质量控制重点：封顶部位。可采用60管或垂直管挤压砼或自充填型高流动性砼

20、（要设排气出孔）。灌筑接头部位。安好堵头板，加强捣固。灌筑循环段长912m为宜，过长会因砼温度收缩、干燥收缩产生裂纹。全断面钢模台车加工问题。要预留通风管路空间；模板基脚置于水沟盖板底面标高为宜。,8二次衬砌,8.3 二次衬砌施作时间：,一般应围岩和初期支护变形基本稳定、位移有明显减缓趋势、水平收敛（拱脚附近）小于0.2mm/d，已产生的位移量占总位移量80%以上后进行。但对以下情况，就应及早施作：围岩变形大、流变特性明显，变形长时间难以稳定的地 段。实例：乌梢岭隧道等。洞口浅埋段、断层破碎带及不同岩性不整合接触带等特 殊地段。实例：铁营公路隧道、靠椅山公路隧道等。,9施工通风,9.1 施工通

21、风目的：,改善作业环境、提高作业效率，保证工程质量、维护作业人员健康。目标应达到国家规定的卫生标准：工作面含氧量20%、粉尘最高允许浓度2mg/m3、CO最高允许浓度30mg/m3（24PPm）、NOX 5mg/m3以下、气温28、噪声90db。目前状况，多数达不到以上目标，这是与国外隧道施工的主要差距之一。主要原因是通风系统布局不合理、供风量偏小、管理不善。,9施工通风,9.2 通风系统布局,通风方式主要有管路压入式、管路抽出式（压出式）、管路压入、抽出混合式,9施工通风,9.2 通风系统布局,9施工通风,L=3050m 只能用硬风管,9.2 通风系统布局,9施工通风,L=3050m 可用软风管,9.2 通风系统布局,9施工通风,L=3050m A=30m 风机要移动,通风效果：混合式压入式抽出式。目前多数采用压入式和混合式，长隧道和特长隧道也有采用分段接力压入式。,汇报结束谢谢,