隧道施工方法.ppt

2013-9-16,1,第6章 隧道施工方法,本章讲授： 1.新奥法施工方法 2.传统矿山法与新奥法的对比 3.洞口段施工方法 4.明洞施工方法 5.辅助施工措施 6.特殊地质地段的隧道施工,2013-9-16,2,6.1 概述 6.1.1 隧道工程的施工特点 1. 施工全过程受制于地质条件 2. 大型的隐避工程 3. 施工环境较差 4. 多地处偏远山区，交通不便。 5. 狭长建筑物，工作面很少。 6. 施工不受气候影响,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,3,1. 隧道施工主要方法 矿山法 传统矿山法 新奥法 明挖法 掘进机法 盾构法 沉管法 顶进法 本章介绍：矿山法 、明挖法,第6章 隧道施工方法,6.1.2 隧道施工方法及其选择,2013-9-16,4, 工程的重要性 工程地质与水文地质条件 施工技术水平、机械设备情况 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 对环境的保护要求 施工单位的习惯做法,2.影响施工方法的主要因素,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,5,新奥法与传统矿山法的关键异同点： 相同： 均采用钻爆法施工。 不同： 对围岩的处理不同。 新奥法施工的基本原则： “少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。 12字口诀，务必理解渗透！,6.2 新奥法施工方法,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,6,全断面一次开挖法 1. 适应条件 、级围岩 大型施工机具(钻孔台车、模板台车等) 经济性考虑：中长隧道。,6.2.1 全断面法,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,7,表示方法： 横断面工序图、 纵断面工序展开图 习惯标注方法： 阿拉伯字1、2、3.表示挖掘; 罗马字、.表示支护；,2. 施工顺序,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,8,钻爆作业循环：,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,9, 工序少，管理方便； 进度快大型机械、爆破效果好； 对围岩扰动少爆破1次； 要求地质条件较好。 问题： 地质条件变差时，大型机械怎么办？,3.施工特点,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,10,三条主要作业线： (1) 开挖作业线 钻孔台车、装药台车、大型装碴机与运载车 (2) 锚喷作业线 混凝土喷射机、喷射机械手、运输进料设施 (3) 模注混凝土衬砌作业线 混凝土拌合、混凝土输送、防水层作业、衬砌模板,4.机械化施工的关键,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,11,1. 特点 将断面从上至下分成2个或3个台阶开挖； 随着台阶长度的调整，它几乎可以用于所有的地层，因而是在现场使用的主导方法。 2.种类 长台阶法 短台阶法 超短台阶法,6.2.2 台阶法,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,12,(1) 初期支护闭合环的时间要求 围岩越差，闭合时间要求越短，台阶必须缩短。 (2) 施工机械的效率 效率高，则可以缩短支护闭合时间，台阶可适当加长。 原则： 希望初期支护尽快闭合。 围岩不好时，应以条件为主； 围岩较好时，应以条件为主。,3. 选择台阶长度的条件,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,13, 长台阶法 台阶长度l5b，b为洞室的宽度。 甚至可以上台阶先贯通，即为“半断面法”。 特点：进度快，仅次于全断面法。 适用于：级围岩。,4. 施工工序,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,14,台阶缩短： （11.5）b l5b, 特点： 支护闭合时间加快，围岩稳定性增加； 台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。 适用于：、级围岩,(2) 短台阶法,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,15,答：上台阶存碴面积减小，往下台阶推碴次数增多。 解决办法：增加平行作业的时间，有利于加快进度。 皮带运输机 过渡坡道 、钢结构跳板(仰拱先做) 、石碴坡道(仰拱后做)见下面的相片,问题： 台阶缩短对施工进度有何不利？,第6章 隧道施工方法,16,2013-9-16,17,上台阶长度仅为35m。 特点：更有利于控制围岩变形，但上下台阶相隔太近，施工干扰大。 适用于：软弱破碎围岩(、级围岩), 超短台阶法,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,18, 下半断面开挖应在上半断面初期支护基本稳定后才能进行； 开挖后要及时喷砼，暴露时间愈长愈不安全； 量测要及时，当位移速度加快时，应立即采取措施。,短台阶施工注意：,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,19,将3种台阶法放在一起比较： 区别主要在台阶长度。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,20,答：反台阶法 速度快 不安全 淘汰,问题：能否下台阶先进？,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,21,1. 环形开挖留核心土法 特点： 留核心土支顶工作面，稳定性优于超短台阶法： 进度慢。 适用于：土质或易坍塌的软弱围岩；小型施工机具。,6.2.3 分部开挖法,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,22,核心土,工字钢,临时工作平台,2013-9-16,23,环形开挖留核心土法的变化方案： 核心土留在下台阶，减少开挖工序 课堂讨论：变化方案与原方案的比较？,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,24,特点： 洞室开挖跨度减小，有利于围岩稳定； 导坑要闭合，增加了材料用量； 进度慢。 适用于：断面跨度大，对地表沉陷有控制要求的软弱。,2.单侧壁导坑法,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,25,特点： 双导坑，使洞室最大开挖跨度更小，稳定性增加； 耗材增加； 进度慢。 适用于：对地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。,3.双侧壁导坑法(眼镜工法),第6章 隧道施工方法,2013-9-16,26,2013-9-16,27,1.双侧导坑的开挖是对开还是错开？为什么？ 答：应错开挖，间距710m。 避免在同一断面上同时开挖的总跨度过大。 2.导坑尺寸如何确定？ 答：应满足施工要求，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。,问题：,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,28,6.3.1传统矿山法简介 传统矿山法有： 全断面法 台阶法 漏斗棚架法 蘑菇形法 上下导坑先拱后墙法，等。 仅选择传统矿山法中具有代表性的上下导坑法 予以介绍，以资与新奥法施工对照。,6.3 传统矿山法,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,29,上下导坑先拱后墙法,2013-9-16,30,优点： 有拱圈保护，安全； 有两个导坑，有利于通风、排水与运输。 缺点： 两个导坑增加了造价； 边墙须开挖马口，进度慢。 适应于：、级围岩。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,31,名词解释： 挖马口在“先拱后墙法”施工中，开挖边墙的工序。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,32,定义：先行开挖，能为后续开挖提供施工便利的坑道。 为后续工作面创造临空面，提高爆破效果； 查明前方地质情况； 排除地下水； 铺设“三管两线”水管、压缩风管、通风管；电线、运输线； 改善施工通风条件。,导坑的作用：,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,33,相同： 均属于钻爆法。 不相同：对围岩的认识和处理上不同。 对照表6-2解释：,6.3.2 传统矿山法与新奥法施工的区别,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,34,6.4.1 洞口段的概念 指洞口浅埋段，即开挖可能给洞口地表造成不良影响的范围。,6.4 洞口段施工方法,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,35,1.覆盖浅、地质差， 地表水汇集。 2.进洞顺利与否，对工程的展开影响甚大。 洞口段施工注意事项: 先清理洞口边仰坡有可能滑塌的表土及危石。 刷坡应自上而下逐段开挖。 不采用深眼大爆破开挖边仰坡。 洞门厚度内的衬砌应与洞身衬砌同时施工，连成整体。 端墙砌筑与回填应两侧对称同时进行，以防衬砌产生偏压。 洞口应设置加强衬砌段，其长度一般不小于10m。,洞口段特点：,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,36,影响施工方法的因素： 施工机具配备情况 洞外相邻建筑的影响 地形条件 地质条件-最为重要！ 按地质条件，有以下几种施工方法： 1. 全断面法进洞 适应于：、级围岩。 注意事项： 初始1020m区段的开挖，应将爆破进尺控制在23m。,6.4.2 进洞方法,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,37,视地质条件，严格控制爆破进尺： 、级围岩短台阶 爆破进尺1.5m2.5m；网、锚、喷支护。 、级围岩短台阶 爆破进尺在1.5m以内；超前锚杆(或小导管)，钢拱架。 、级围岩超短台阶 进尺0.51.0m；不爆破，人工或机械挖掘。 问题：、级围岩能否用台阶法进洞？ 答：可以，前提是在不具备全断面进洞的条件下(无大型机具) 用长台阶法，但初始段爆破进尺仍应控制在23m内。,2. 台阶法进洞,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,38,当围岩很差，超短台阶法往往还不够安全，可用: 环形开挖留核心土法(前已述) 侧壁导坑法(前已述) 下导坑法,3. 其它进洞方法,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,39,超前锚杆 超前小导管 管棚等 简介管棚进洞法： 适用于： 软弱地层等。,(4)预支护法进洞,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,40,现场管棚：,管棚及套拱,2013-9-16,41,管棚及套拱,2013-9-16,42,适用于：覆盖层薄、边仰坡不稳、偏压等。 方法： 在洞口处先作一段明洞，抵紧仰坡坡脚，在明洞上及时回填以加固仰坡，然后暗挖进洞。,4. 明洞法进洞,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,43,6.5 明洞施工方法,6.5.1 先墙后拱法 全称为“全部明挖先墙后拱法”。 适用于：临时边坡能暂时稳定的对称式明洞。 优点：衬砌整体性好，施工空间大，有利于施工。 缺点：土方开挖量大，刷坡较高。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,44,6.5.2 先拱后墙法 适用于：不宜大范围开挖边仰坡的情况。 优点：土石方开挖量较小，刷坡较低。 缺点：衬砌整体性较差，边墙防水层施作不方便。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,45,辅助施工措施：对地层进行预支护或预加固。 预支护： 预留核心土 超前锚杆 管棚，等。 预加固： 地层注浆 地表锚喷加固。 预支护兼预加固：超前小导管注浆,6.6 辅助施工措施,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,46,6.6.1 超前锚杆 特点：形成超前于工作面的围岩加固棚。 适用于：软弱破碎地层。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,47,超前锚杆,2013-9-16,48,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,49,6.6.2 管棚,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,50,特点：管径粗(外径为70180mm) 。 施作要点： (1) 单根长46m，总长可至数十米。 (2) 一环管棚长度一般不小于10m。 (3) 可向管内注入水泥砂浆，以增加其刚度。 (4) 钢管的尾部需架设在钢拱架上，并焊死； (5) 相邻两榀钢拱架间以拉筋相连 。 (6)与岩壁之间，环向每隔2m应用楔子楔紧。 优点：在所有预支护措施中，管棚支护能力最强。 缺点：施工技术较复杂，造价较高。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,51,单根钢管构造：,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,52,6.6.3 超前小导管注浆 特点：预支护+预加固，支护效果强于超前锚杆。 适用于：软弱破碎地层。 步骤：喷砼封闭开挖面；钻孔；插入小导管；导管注浆。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,53,小导管构造： 3842mm无缝钢管，单根长35m， 管壁注浆孔，孔径68mm,孔距1520cm。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,54,小导管,钢拱架,2013-9-16,55,2013-9-16,56,注浆材料水泥浆，或水泥水玻璃浆； 注浆压力0.51.0mpa。 单根导管浆液扩散半径，按下式计算： b-导管中至中间距. 单根导管注浆量 ： l导管长度，m； n 围岩空隙率，% 。 注浆效果检查：取岩芯，达设计要求后才能进行开挖。,第6章 隧道施工方法,小导管设计注意事项：,2013-9-16,57,6.6.4 预注浆加固地层,1. 注浆方法 渗入性注浆 劈裂性注浆 压密性注浆 高压喷灌注浆 2. 钻孔机械和灌注管 钻机 注浆管：,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,58,隧道注浆方法:,超前小导管注浆(见前)； 超前长导管注浆，图a；,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,59,地表注浆,图b； 由平导内向正洞周围注浆，图c，等。 而采用得最多的仍是超前小导管注浆。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,60,3. 注浆数量控制, 现场注浆试验； 公式计算作参考： 注浆总数量 (6-3) 式中： a注浆范围岩的体积； n围岩空隙率，%； 浆液充填系数，一般取0.70.9； 注浆材料损耗系数，通常在0.1左右。 式中的 就是地层充填率。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,61,目的：稳定边仰坡。 适用于：覆盖层薄或高大边仰坡。 1. 地表锚喷预加固类型与加固方法 洞边仰坡网、锚、喷(相片),地表网锚喷,6.6.5 地表锚喷加固,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,62, 洞门上方陡坎加固,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,63,锚杆加固范围： 经验方法 加固宽度b(12)b，b为隧道开挖宽度； 加固长度为浅埋段长度。 破裂面估算法：用一院法计算破裂角。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,64, 喷层厚510cm； 锚杆直径1622cm，长度36m， 间距12m； 钢筋网：筋径68mm，40cm40cm的网格； (4)在洞门一定范围内，宜尽量将地表锚杆插入拱部衬砌中。,2. 地表锚喷加固经验参数,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,65,6.7 特殊地质地段的隧道施工,特殊地质地段： 膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、流沙、岩爆，瓦斯地层等。 施工注意: 制订针对性强的施工方案。 施工总原则： “先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”。 充分考虑采用预支护、预加固措施。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,66,1.膨胀土围岩的特性 膨胀土：土中粘土成分主要由蒙脱石等亲水性矿物组成。 特点： 明显的塑性流变特性，开挖后塑性变形大。 初期围岩变形大，且变形发展速度快。 膨胀压力将使得围岩压力显著增加。,第6章 隧道施工方法,6.7.1膨胀土围岩,2013-9-16,67,2. 膨胀土围岩对隧道施工的危害, 围岩裂缝 隧道下沉 围岩鼓出(包括底鼓)、坍塌 衬砌变形和破坏,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,68,3. 隧道在膨胀土围岩中的施工要点, 加强观查与量测 合理选择施工方法： 短台阶或超短台阶法 单侧壁导坑法 环形开挖留核心土法 眼镜工法等,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,69,4. 隧道在膨胀土围岩中的基本施工原则,施工基本原则：应尽量减少对围岩的扰动和防止水的浸湿。 注意两点： 尽量不用爆破，而是采用风镐、液压镐等开挖机械。 尽可能缩短围岩暴露时间，及时支护。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,70,4. 膨胀土隧道的支护结构,初期支护： 网、锚、喷联合支护 喷射钢纤维混凝土(取消钢筋网) 辅助施工措施： 超前锚杆 超前小导管注浆 管棚、钢支撑等。 衬砌：必须设仰拱。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,71,6.7.2 黄土,1.黄土分类及其对隧道施工的影响 黄土节理 在隧道开挖时，土体顺着节理张松或剪断。 隧道顶部极易产生“塌顶”； 侧壁普遍出现掉土。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,72, 黄土冲沟地段,隧道沿黄土冲沟或塬边(四边陡、顶上平的黄土高地)地段穿过，且覆盖较薄或偏压较大时，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。 黄土溶洞与陷穴 这是黄土地区经常见到的现象。 隧道若在其上方，则有基础下沉的危害； 隧道若在其下方，常有发生冒顶的危险； 隧道若在其邻侧，则有可能承受偏压。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,73, 水对黄土隧道施工的影响,黄土在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可顺利进行。 当土受水浸湿后则呈不同程度的湿陷性，会突然发生下沉现象，极容易造成隧道坍塌。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,74,2.黄土隧道的施工方法,施工原则： “短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”。 开挖方法：短、超短台阶法、环形开挖留核心法。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,75,6.7.3溶洞,岩溶：可溶性岩层，如石灰岩、白云岩等，在水的作用下产生沟槽、空洞以及地表陷穴等现象。 溶洞：溶洞是岩溶现象的一种。 1. 溶洞的类型及其对隧道施工的影响 溶洞类型： 死、干、小型溶洞：较容易处理 活、湿、大型溶洞：较难处理。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,76,对隧道施工影响：,溶洞岩质破碎，容易发生坍塌； 溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理； 溶洞涌泥危及施工。 2. 隧道遇到溶洞时的工程对策 处理溶洞的方法：“引、堵、越、绕”四种。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,77, 引,注意：遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。 方法：暗管、涵管或小桥等，见图6-19。 堵 对象：已停止发育、跨径较小，无水的溶洞。 方法： 混凝土、浆砌或干砌片石回填封闭，见图6-20； 隧顶溶洞，锚喷加固，必要时注浆加固与堵水，并加设隧道护拱及拱顶回填，见 图6-21。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,78,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,79, 越,现象1： 隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。 方法：加深该侧的边墙基础(图6-22)。 现象2：隧道底部遇有较大溶洞并有流水。 方法：在隧底以下砌筑圬工承重墙，跨越而过，承重墙内套设涵管引排溶洞水(图6-23)。 现象3：隧道过墙部位遇到较大、较深的溶洞，加深边墙基础困难。 方法：在边墙下或隧底以下筑拱跨过(图6-24)。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,80,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,81, 绕,若溶洞处理耗时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续隧道前方的施工,同时处理溶洞。 3. 溶洞地段施工的注意事项 多作物探超前预报，如地质雷达。 穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危石。 严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,82,6.7.4 岩爆,岩爆：岩体中聚集的高弹性应变能因隧道开挖而发生的一种应力突发现象。 岩爆形成的两个条件： (1)地层的岩性条件。结构基本完整的脆硬岩地层。多见于石英岩、花岗岩、正长岩、闪长岩、花岗闪长岩、大理岩、片麻岩等。 (2)地应力条件。埋深大的隧道，因只有埋深大才足以形成高地应力，埋深超过700m的隧道发生岩爆的情况居多。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,83,1.隧道内岩爆的特点,岩爆在发生前并无明显预兆，总是突然发生。 岩爆时，岩块自洞壁迸射而出，块度从几厘米到几十厘米不等，甚至上吨重岩石从拱部弹落。 岩爆多发生在新开挖工作面及其附近。 危险性： 伤害人员、损坏机械！,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,84,2. 岩爆的防治措施, 强化围岩 出发点：给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态从平面转向三维。 方法：锚喷加固、网锚喷联合、钢支撑网喷联合、注浆等。 弱化围岩 方法： 往岩层中注水：可改变岩石的物理力学性质，降低岩石的脆性和储存能量的能力。 解除围岩中的高地应力：预裂爆破、排孔法、切缝法等。可消减围岩中的能量。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,85,3. 施工注意事项, 超前地质预报：平导超前、地质雷达等。 爆破方法：尽量采用能预先释放地应力的方法，如预裂爆破、切缝法等。 缩短爆破进尺：要尽快闭合支护。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,86,6.7.5高地温,1.高地温的热源 火山热的热源 放射性元素裂变热的热源 2. 隧道施工注意事项及措施 事项1：洞内温度应满足相关规定，不要超过30。 措施：主要措施为通风和洒水。,第6章 隧道施工方法,2013-9-16,87,事项2：防止高温地段的二衬开裂。,措施： (1) 宜采用高炉矿碴水泥(分离粉碎型水泥)。 (2) 用防水板和无纺布，将二衬与喷层隔离，可使二衬的收缩不受约束。 (3) 在防水板和二衬之间设置隔热材料，有助于隔断围岩热量。 (4) 适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度。 事项3：注意工人的劳动强度。 措施：根据隧道内的高温程度，合理确定劳动工时。,第6章 隧道