《隧道施工汇报》PPT课件.ppt

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1、欢迎指导！,汇 报 内 容,一、铁四院简介二、隧道施工,铁四院简介,总部位于湖北武汉的铁道第四勘察设计院（简称“铁四院”），成立于1953年2月，是国家大型综合性勘测设计、研究开发单位。具有工程勘察、设计、环评、咨询、总承包、监理等甲级证书。连续多年在国家建设部认定的全国勘察设计综合实力百强单位中位居前十名之列。铁四院人秉承科技兴院、利国利民的精神，完成了建国后全国铁路30的勘测设计任务。获得国家级科技成果奖24项，11项设计工程获“鲁班奖”，21个设计项目入选中国企业新纪录。依靠企业科技优势，在公路、城市轨道交通、市政工程和高层建筑建设领域硕果累累。与世界银行及多个国家的著名设计咨询公司建立

2、了合作关系，多次参与国际投标并中标。1997年一次通过ISO9001国际质量标准认证，2003年底又一次通过ISO14000环境管理体系和OSHMS18001职业安全健康管理体系认证。被湖北省认定为高新技术企业，国家批准设立博士后工作站，获“全国五一劳动奖状”。,铁四院简介,全院目前拥有工程技术人员3300余人，其中国家级设计大师1人，教授级高工54人，高级工程师550余人，工程师1550余人。工种齐全，专业配套。经过五十年的发展，我院拥有工程测量、工程地质、水文地质、物理勘探、原位测试、经调、行车、规划、线路、桥梁、路基、站场、隧道、机务、机械、给排水、车辆、高速动车、智能化控制、电力、牵引

3、供电、牵引变电、接触网、供电段、通信防护、建筑、结构、暖通、环控、通信、信号、航空测量、遥感、环境评价、工程经济、岩土工程及试验、控制爆破、计算机等30多个专业。除了上述相应的专业设立了专门的生产处外，还在北京、上海、广州、杭州、福州、郑州等地设立了办事处或分院，此外，还设立了经营计划处、人事处、财务处、审计处、劳动工资处、技术中心等。,铁四院简介,隧道工程设计业绩,铁四院拥有雄厚的隧道工程勘察设计实力，设计建成通车的隧道里程达1100公里，创造了多项世界和全国第一。建院至今，我院已完成数十条大型隧道的设计工作，其中大瑶山铁路隧道全长14295米，是我国目前国内最长的双线电气化铁路隧道，其长度

4、在当时世界铁路隧道中居第10位，1992年大瑶山长大铁路隧道修建新技术荣获国家科技进步特等奖，1987年隧道控制测量荣获国家优秀勘察银奖；南岭隧道全长6060.33米,电气化双线，荣获铁道部科技成果一等奖、国家科技进步三等奖、中国建筑工程鲁班奖。,隧道工程设计业绩,二十世纪八十年代后，我院进入公路隧道设计领域，先后完成了深圳、厦门、广州等地公路隧道的隧道设计任务，其中深圳梧桐山下行公路隧道全长2270.41米，是连接深圳与香港的重要通道，也是目前我国自动化程度最高的公路隧道，该项目获铁道部优秀工程设计三等奖、中国建筑鲁班奖。二十世纪九十年代后，我院开拓水底隧道设计领域，自1993年开始对京沪高

5、速铁路南京长江水底隧道方案进行研究，先后在南京、武汉、上海、杭州、厦门、宁波、宜昌等城市，对跨越大江、大河及海湾，进行了水底隧道研究及设计工作，通过多年的工作实践，我院已完全具备水底隧道勘察设计能力。主要隧道业绩表：,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

6、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，

7、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，199019

8、92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。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，19641

9、984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

10、、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,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

11、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

12、。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

13、”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

14、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

15、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

16、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 5.32,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

17、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

18、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（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

19、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

20、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

21、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

22、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

23、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12MPa，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

24、,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（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

25、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,