隧道施工方法课件.ppt

隧道工程施工方法主讲：贺世开（国家注册安全工程师）,本章主要内容：,1隧道施工概述,2新奥法,4明挖法,5盖挖法,6盾构法,8沉管法,9顶进法,10浅埋暗挖法,12辅助施工方法预支护控制,3洞口段及明洞施工方法,11特殊地段施工方法,13隧道施工辅助导坑及辅助作业,第六章隧道施工,7掘进机法,12隧道施工预支护,隧道施工常用的辅助稳定措施,超前锚杆,管棚,超前小导管注浆,超前深孔帷幕注浆,旋喷预支护,机械预切槽,一、隧道施工常用的辅助稳定措施,12隧道施工预支护,超前预支护隧道开挖之前，在掌子面前方地层设置一个像拱壳的连续体，既加固掌子面前方地层，又保持自然地层特性，保证掌子面及地层稳定，减少地表沉降量,用于破碎或松散地层、自稳能力差的地层,预支护措施,12隧道施工预支护,二、超前锚杆,1.构造组成,沿开挖轮廓线，以外插角向前方安装锚杆形成预锚固在围岩锚固圈保护下开挖,2.性能特点及适用条件,特点：柔性较大，整体刚度较小,适用条件：地下水较少的软弱围岩,3.设计及施工要点,超前长度：循环进尺的35倍，宜35m环向间距：35m外插角：1030度搭接长度：超前长度的40%60%,12隧道施工预支护,二、超前锚杆,二、超前锚杆,12隧道施工预支护,超前锚杆,12隧道施工预支护,三、管棚,1.构造组成,利用钢拱架，沿开挖轮廓线，以较小外插角向前方打入钢管或钢插板形成棚架，对前方围岩进行预支护在管棚预支护保护下开挖,12隧道施工预支护,三、管棚,人行通道管棚预支护,12隧道施工预支护,三、管棚,1.构造组成,12隧道施工预支护,三、管棚,2.性能特点及适用条件,特点：整体刚度大，对围岩变形限制能力较强能提前承受早期围岩压力,适用条件：围岩压力来得快、来得大对围岩变形及地表沉降要求严格洞口围岩软弱破碎,3.设计及施工要点,工艺：设置管棚基底水平钻孔压（打）入钢管开挖长度：不宜小于10m，一般为1045m管径：70180mm，孔径比管径大2030mm环向间距：0.20.8m；外插角：12度纵向搭接长度：不小于1.5m钢拱架：工字钢或钢格栅钻孔平面误差：不大于15cm，角度误差：不大于0.5度钢管不得侵入开挖轮廓线用46m的管节逐段接长，连接头用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不小于15cm,12隧道施工预支护,三、管棚,3.设计及施工要点,12隧道施工预支护,管棚配置和形状,三、管棚,12隧道施工预支护,四、超前小导管注浆,1.概念及构造组成,开挖前用510cm厚喷混凝土将开挖面和5m范围内隧道封闭然后沿隧道周边打入带孔的纵向小导管由上而下向小导管内压浆，渗透到地层中浆液硬化后，在隧道周围形成一个加固圈在此加固圈防护下安全开挖。,12隧道施工预支护,3.布置及安装,四、超前小导管注浆,小导管：32mm的焊接钢管或40mm的无缝钢管长度：36m，前端尖锥前端管壁每隔1020cm交错钻眼，眼孔直径68mm钻孔直径：比管径大20mm以上环向间距：一般2050cm外插角：1030度，一般15度小导管应外露一定长度，以连接注浆管，并用塑胶泥封堵导管周围孔隙极破碎或处理塌方、地下水丰富的软弱地层、大断面等可用双排管,2.性能特点及适用条件,加固和堵水适用于一般软弱破碎围岩和地下水丰富的软弱破碎围岩,12隧道施工预支护,四、超前小导管注浆,4.注浆材料,（1）种类及适用条件断层破碎带及砂卵石地层，裂隙宽度(或粒径)大于1mm或渗透系数大于510-4m/s时：应采用来源广价格便宜的注浆材料。一般无水松散地层：优选单液水泥浆无水强渗透地层：优选水泥-水玻璃双液浆断层带，裂隙宽度(或粒径)大于1mm或渗透系数大于110-4m/s时，应优选水玻璃类或木胺类浆液。细、粉砂层、细小裂隙岩层及断层弱透水地层：选渗透性好、低毒及遇水膨胀的化学浆液，如聚氨酯类或超细水泥类。不透水粘土地层：选水泥浆、水泥-水玻璃双液浆，用高压劈裂注浆。,12隧道施工预支护,四、超前小导管注浆,4.注浆材料,（2）注浆材料配比水泥浆：水灰比0.5:11.1，需缩短凝结时间时加入速凝剂水泥-水玻璃：水泥浆水灰比0.5:11:1，水玻璃浓度25400Be，水泥与水玻璃体积比：1:11:0.3,（3）注浆要求注浆设备良好，工作压力满足压力要求，并进行现场试运转。注浆压力：一般0.51.0MPa。要求单管注浆扩散到管周0.51.0m的半径范围。要控制注浆量。注浆效果检查：钻孔检查或超声波探测。注浆后开挖时间：水泥-水玻璃浆4h，水泥浆8h。开挖长度应保留一定长度的止浆墙。,四、超前小导管注浆,小导管,钢拱架,12隧道施工预支护,12隧道施工预支护,四、超前小导管注浆,小导管,五、超前深孔帷幕注浆(预注浆加固围岩),1.概念,在掌子面前方的围岩中注浆，提高地层强度和稳定性，降低渗透性，形成较大范围筒状封闭加固区，在其范围内进行开挖作业。,2.注浆机理及适用条件,注浆机理分为二种：第一种：包括“浸透”注浆、“裂缝”注浆和“空穴”注浆。适用于破碎岩体、砂卵石地层、中、细粉砂层等第二种：“劈裂”注浆适用于粘性土地层，先劈裂再充填，起挤压加固作用,12隧道施工预支护,12隧道施工预支护,五、超前深孔帷幕注浆,2.注浆机理及适用条件,12隧道施工预支护,五、超前深孔帷幕注浆(预注浆加固围岩),工作面预注浆,广州地铁地表深孔分段注浆技术,12隧道施工预支护,五、超前深孔帷幕注浆(预注浆加固围岩),五、超前深孔帷幕注浆,3.注浆方式,用预注浆加固围岩的三种方式：在开挖工作面上打超前长导管注浆(图6-92a)；从地表向隧道所在区域打幅射状或平行状钻孔注浆(图6-92b)适用于浅埋隧道；设置平行导坑，然后由平行导坑向正洞所在区域钻孔注浆（图6-92c），适用于上述二种都有困难，经技术经济比选后选用。,4.注浆孔距和加固范围,确定注浆孔距的理论公式很多，根据实践经验最大取1.5m。为了确定加固范围，即确定围岩塑性破坏区的大小，可以按岩体力学和弹塑性理论计算出开挖坑道后围岩的压力重力分布结果，并确定其塑性破坏区的大小(R0r0)，这也就是应加固区的大小。,12隧道施工预支护,五、超前深孔帷幕注浆,注浆数量应根据加固区需充填的地层孔隙数量来确定。现代注浆技术都是采用定压和定量相结合的方法，也就是注浆的数量基本是固定的。这个数量按浆液需填充的孔隙数量选定，而且常以被处理围岩总体积的百分比数表示。,5.注浆数量控制,这个百分数在砂层可高达40，而裂隙岩体也许只为5，具体计算公式如下：N=Q/A=na%式中Q注浆总数量(m3)A被加固围岩的体积(m3)n被加固围岩的孔隙率()a过去实践证实了的充填率(),12隧道施工预支护,五、超前深孔帷幕注浆,6.施工要点,1）注浆管2）钻孔3）注浆顺序4）结束条件5）注浆检查6）开挖时间,12隧道施工预支护,六、旋喷预支护,12隧道施工预支护,又称喷射注浆，分水平旋喷和垂直旋喷水平旋喷：用旋喷注浆机沿开挖面周边设计位置旋喷现场旋喷柱体，通过固结体相互咬合形成预支护拱棚。,单根旋喷体形成,钻机成孔随钻杆退出将浆液旋喷注入空腔高压射流切割腔壁土体搅拌混合固结形成直径600mm左右固结体地层受到压缩和固结改善土体物理力学性能,拱部形成环向咬合、纵向搭接的预支护拱棚,六、旋喷预支护,12隧道施工预支护,（a）意大利产重型水平选喷钻机,（b）1983年研制的轻型水平选喷钻机,（c）三一重工2008年产中型水平选喷钻机,12隧道施工预支护,七、机械预切槽法,1.基本原理,用预切槽机沿隧道横断面周边预先切割或钻出一条有限宽度的沟槽进行预衬砌方式有带锯式和排钻式两种,七、机械预切槽法,2.应用,12隧道施工预支护,在硬岩地层中，利用该切槽，作为爆破振动的隔振层，主要起隔振或减振目的。切槽宽度8-10cm，3-4m。,在软石或砂质地层中，在切槽内填筑混凝土，形成预支护拱，提高隧道稳定性。切槽宽度10-25cm，3-5m，沿隧道轮廓稍呈喇叭状，以便搭接；要求切槽内混凝土2-4h后，强度达6-10MPa。,本章主要内容：,1隧道施工概述,2新奥法,4明挖法,5盖挖法,6盾构法,8沉管法,9顶进法,10浅埋暗挖法,12辅助施工方法预支护控制,3洞口段及明洞施工方法,11特殊地段施工方法,13隧道施工辅助导坑及辅助作业,第六章隧道施工,7掘进机法,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,隧道施工的辅助导坑,施工通风与防尘,施工供水与排水,施工供电与照明,基本作业隧道施工中，钻爆、出碴、支护、衬砌等称为基本作业。辅助作业为基本作业提供必要的施工条件，并直接为基本作业服务的作业，称为辅助作业。,施工地下水控制,一、隧道施工的辅助导坑,辅助坑道的作用:增加作业面以加快施工速度，缩短工期；改善施工条件、减少施工干扰；有利于合理布置施工中的管路、线路。,辅助坑道的形式:1.横洞2.平行导坑3.斜井4.竖井,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,在隧道侧面修筑的与之相交的坑道。当隧道傍山沿河、侧向覆盖层较薄时，就可以考虑设置横洞。,1.横洞,正交和斜交,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,横洞,1.横洞,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,1.横洞,横洞现场布置,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,1.横洞,蓁山隧道横动,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,1.横洞,横洞,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,1.横洞,连接形式单联式双联式,相交形式正交斜交,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,1.横洞,横洞具有施工简单；不需要特殊的机具设备；除碴运输方便；造价比较低廉。选用横洞方案，必须有合适的地形条件。,优点:,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,2.平行导坑(平导),平行导坑是修建在隧道一侧与隧道走向平行，掘进面总是超前于隧道正洞开挖作业面的导坑。平行导坑的造价约为隧道工程造价的1525。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,2.平行导坑,宜万线某隧道平行导坑,主隧道,平导,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,2.平行导坑,优点:,增加正洞施工作业面；具有提前探明地质情况，为正洞施工提供可靠地质资料；布置“三管两路”，减少正洞施工干扰；排水；布置测量导线网；和正洞组成巷道式通风系统。,三管：风管、给水管、排水管；两路：动力和照明线路、人行道路及运输组织,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,3.斜井,斜井是从隧道侧上方，以倾斜井筒通向隧道正洞的辅助坑道。适用于长度在1km以上，埋深较浅或隧道中线斜上方有纵横沟谷低凹地形，可做弃碴场地的隧道。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,3.斜井,乌鞘岭隧道,乌鞘岭特长隧道是中国最长的铁路隧道20.05公里。于2006年8月23日上午实现双线开通，兰新铁路兰武段（兰州西至武威南）新增二线铁路全面建成，欧亚大陆桥通道上的“瓶颈”制约被消除，连云港至乌鲁木齐3651公里间全部实现双线通车。,一、隧道施工的辅助导坑,3.斜井,乌鞘岭隧道共13个斜井,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,3.斜井,大瑶山隧道滑石排一号斜井,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,3.斜井,井口阻车装置,安全措施,斜井问题：有轨运输容易脱车无轨运输坡度小，斜井长,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,2019/12/15,49,可编辑,一、隧道施工的辅助导坑,3.斜井,井口阻车装置,安全措施,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,3.斜井,安全措施,设置阻车安全索,断绳脱钩保险器,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,4.竖井,当隧道较长而某些地段埋置较浅时，可采用竖井来增辟工作面。,布置原则：,竖井位置可设在隧道中心线一侧；竖井中心与隧道中心之间的距离一般为1520m。竖井可设在隧道中心线上。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,4.竖井,竖井提升井架,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,4.竖井,乌稍岭隧道竖井布置,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,4.竖井,515米深的乌鞘岭隧道大台竖井井口,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,一、隧道施工的辅助导坑,4.竖井,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,冲淡和更换有害气体新鲜空气的供给，洞内空气应流通、新鲜，氧气含量不得少于20降低粉尘浓度粉尘是隧道空气污染的重要因素，其中的游离SiO2对人体危害很大，施工人员长期吸入岩粉，将会患硅肺病。降低洞内温度,1.施工通风目的及有关规定,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,1.施工通风的目的及有关规定,盾构隧道内风管,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,2.通风方式,风管式通风是用软管作风道，又可分为压入式、抽出式和混合式三种型式。,(1)风管式通风,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,2.通风方式,(1)风管式通风,压入式通风,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,2.通风方式,(1)风管式通风,新奥法隧道内风管,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,2.通风方式,(2)巷道式通风,利用巷道，适用于有平行导坑的长隧道。,(3)风墙式通风,这种通风方式是利用隧道成洞部分空间，用砖砌或木板隔出一条风道，代替大直径风管，以缩短风管长度，而又能增大供风量满足通风要。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,朔黄线寺铺尖隧道通风设计（左上）,内昆线青山隧道施工通风（右下）,二、施工通风与防尘,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,渝怀线圆梁山隧道施工通风（右上）,广渝高速公路华山隧道施工通风（左下）,二、施工通风与防尘,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,京九线五指山隧道长距离独头施工通风,乌鞘岭隧道七号斜井通风,二、施工通风与防尘,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,乌鞘岭隧道八号斜井通风,乌鞘岭隧道三号斜井,二、施工通风与防尘,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,3.通风设计,(1)通风量计算,(2)风压计算,为保证将所需风量送达工作面，并在出风口仍保持一定风速，要求通风机风压足以克服沿途所有阻力。风机应具备的风压为：,(3)风机选择,由风量Q机和风压Q机选择风机通风机型式：轴流式、离心式,在隧道施工通风中主要使用轴流式通风机。优点：它具有风量大、效率高、结构紧凑、总量轻。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,4.防尘,（1）防尘的必要性,在隧道施工中，凿岩、爆破、装碴、喷射混凝土等项作作业都有粉尘产生，其中以凿岩和喷射混凝土产生的粉尘最多。必须采取多种措施，把粉尘浓度降到2mg/m3以下的标准。,(2)主要的防尘措施,a.湿式作业(1)湿式凿岩(2)水封爆破(3)装碴洒水喷雾(4)喷雾捕尘b.机械通风c.喷雾洒水d.个人防护,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,5.压缩空气供应,(1)供风量的计算,(m3/min),压缩空气称高压气，即经空气压缩机后的具有一定压力的空气。要保证风动机械（具）设备正常运转，压缩空气必须具有足够的风量和风压。,(2)空压机站,空压机站组成,空压机；配电设备；储风缸（俗称风包）；送风管及其配件；循环水池（用于冷却空压机）。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,5.压缩空气供应,(2)空压机站,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,5.压缩空气供应,(2)空压机站,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,5.压缩空气供应,(2)空压机站,空压机类型,按动力来源可分为电动和内燃两种,空压机数量计算,(3)高压风管管径的选择,高压风管管径应满足的条件：能通过计算的最大供风量；送风管末端的风压不小于0.6MPa;以保证高压风通过胶管到达风动机械（具）后仍能保持0.5MPa的风压，即风压损失,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,二、施工通风与防尘,5.压缩空气供应,(3)高压风管管径的选择,高压风管,施工供水管,通风管,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,三、施工供水与排水,1.施工供水,(1)用水量估计,施工用水量依据：工程情况机械用水量施工进度施工人员人数气候等,(2)供水方式,施工供水来源有：山上自流水或泉水河水钻井取水由水源自流引导或用水泵提升至蓄水池存储，并通过管路送达使用地点。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,三、施工供水与排水,1.施工供水,水池位置应选择在基底坚固的山上，并避开隧道洞顶，以防止水池下沉开裂和漏水渗入隧道，造成山体滑动或洞内塌方。水池与工作面的高差，以达到开挖面的水压不小于0.3MPa为准，应有高差：,(3)供水设备配置,蓄水池,水池容积的确定：利用高山自流水供水，水源流量大于用水高峰耗水量时，则水池容积约为2030m3；若水源流量小于耗水量时，则需根据每台班最大耗水量，并考虑必要贮备，计算水池容积。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,三、施工供水与排水,1.施工供水,(3)供水设备配置,水泵,泵水房（站）,水泵的扬程按下式计算:,供水管道,主管直径一般用75150mm，支管直径用50mm。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,2.施工排水详见施工地下水控制,四、施工供电与照明,1.施工供电,（1）隧道施工总用电量估算,施工现场动力和照明总用电量,单考虑动力用电量,目的:选用合适的发电机、变压器、各类配电开关设备和线路导线。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,四、施工供电与照明,1.施工供电,自设发电站供电采用地方现有电网供电,（2）隧道施工供电方式,隧道供电电压，一般是三相四线400/230V。动力机械电压标准是380V成洞地段照明用220V工作地段照明用2436V,（3）供电线路布置和安装的技术要求,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,四、施工供电与照明,1.施工供电,临时供电线路,施工照明,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,四、施工供电与照明,2.施工照明,（1）高压钠灯其发光效率为80120m/W，透雾性能强，没有眩光。尽管洞内放炮后烟雾弥漫，灯下仍清晰可见。能经受爆破冲击波的震动。该灯诱虫少，寿命长（达20005000h）。这是一种洞内施工时较理想的照明电源。（2）低压卤钨灯此种灯的发光效率为2030m/W，通常使用的有两种：一种是36V/300W或36V/500W卤钨灯，寿命大于500h，亮度等于白炽灯的三倍。适于开挖面、工作面照明。（3）钠铊铟灯是新型气体放电灯，发光效率较高，为6080m/W，光色好，适于大面积照明用，灯泡寿命10002000h。其缺点是洞内使用时透烟雾性能差，悬挂高度在15m以下时，有眩光。（4）镐灯是一种高强度气体放电灯，发光效率在70m/W以上。显色性能好，光色洁白，清晰宜人。寿命大于500h，较其他几种新光源低。用于洞外场地照明较合适。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,四、施工供电与照明,2.施工照明,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,四、施工供电与照明,2.施工照明,施工照明,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,五、施工地下水控制,（一）概述,地下工程防水的功能要求是，采用有效、可靠的防水材料和技术措施，保证建筑物某些部位免受水的侵入和不出现渗漏水现象，保护建筑物具有良好、安全的使用环境、使用条件和使用年限。,采取“排、隔、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，达到防水可靠，经济合理的目的。排采取措施降低地下水，或将地表水疏导排除以及人为设置排水系统，将地下水排出隧道。隔利用不透水或弱透水材料，将地下水隔绝在建筑空间之外堵采取措施封堵防水结构或防水构造破坏处(孔隙、裂缝等)的渗漏以及预制构件接缝处的密封措施水。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,五、施工地下水控制,（二）排水措施,常用的结构排水设施有：盲沟泄水孔排水沟。而在施工期间，则应考虑施工排水。施工排水应与结构排水结合。,1施工排水施工排水包括洞外排水和洞内排水两部分(1)洞外排水主要是做好洞口的防洪和排水设施，防止雨季到来时山洪或地面水倒流入洞。对于斜井、竖井尤应多加注意。其次是将与地下水有补给关系的洼地、沟缝用粘土回填密实，并施作截水沟截流导排。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,五、施工地下水控制,（二）排水措施,1施工排水(2)洞内排水洞内水主要来源于地下水和施工用水。对于有污染性的施工用水，还应按环境保护要求经净化处理后方能排人河流。,洞内排水方式，根据路线坡度情况可分为两种：顺坡排水即进洞上坡，一般只需按路线设计坡度(不小于0.5)，在坑道一侧挖出纵向排水沟，水即可以沿沟顺坡排出洞外。反坡排水即进洞下坡，此时水向工作面汇集，需用抽水机排水。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,五、施工地下水控制,（二）排水措施,反坡排水,分段开挖反坡侧沟，在侧沟每一分段上设一集水坑，用抽水机把水排出洞外(图)。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,五、施工地下水控制,（二）排水措施,反坡排水,隔较长距离开挖集水坑。开挖面的积水用小水泵抽到最近的集水坑内，再用主抽水机将水抽出洞外(图)。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,五、施工地下水控制,（二）排水措施,2.人工降低地下水就是在地下建筑的下中部或下部的周围设置集水管，将水集中后用机械抽出排走，使地下建筑周围的地下水位逐步下降，一直降到抽水点的标高，形成一个疏漏漏斗区(图)。,13隧道施工的辅助坑导及辅助作业,五、施工地下水控制,（二）排水措施,3结构排水