隧道施工50问

1 隧道概念及作用 主体建筑物 附属建筑物 隧道通常是指用作地下通道的工程建筑物 一般可 分为两大类 一类是修建在岩层中的 称为岩石隧道 一类是修建在土层中的 称为软土隧道 主体建筑物包括洞身衬砌和洞门 附属建筑物包括通风 照明 防排水 安全设备等 2 道路隧道工程调查内容 地形调查 地质调查 气象调查 环境调查 施工条件调查以及与工程有关法 令调查等 3 道路隧道位置的定位 洞口位置的选择 定位 在决定隧道位置时 要考虑到路线的特性 与前后线形的衔接 地形地 质条件对施工难易程度的影响 交通安全 行驶性能等 洞口附近应特别加以 注意 洞口位置的选择 1 洞口部分在地质上通常是不稳定的 应避免不稳 定地区 设在山体稳定 地质条件好 排水有利的地方 2 通口不应设在沟谷 低洼处和汇水沟处 3 隧道穿过悬崖陡壁时 要注意岩壁的稳定性 4 洞口 地形平缓时 一般也应早进洞玩出洞 5 为使洞口段衬砌结构受力条件较好 应使隧道中线与地形等高线正交 正交洞口的边 仰坡开挖较小而且均衡 6 长大隧道在洞门附近考虑施工场地 弃渣场以及便道的位置 对组织施工时的 难易和进度有很大影响 7 洞口部分埋深较小 应考虑附近的地上构筑物 低 下埋设物对隧道的影响和对策 8 预先考虑运营后 通风设备排出的废气和噪 声对周围环境的影响程度和解决办法 9 研究雪崩 阵风 风吹雪等对安全行 驶的影响 考虑设置防雪工程 防风工程和放路面冻害工程的必要性 10 在 城市隧道的进出路上 平交路口对隧道交通有无影响 如何解决等 4 隧道工程概算应包括的费用 土建费 机电费 储备费 管理费 5 隧道线性确定的原则 1 平面线形要求 原则上采用直线 避免曲线 2 纵面线形要求 以不妨 碍排水的缓坡为宜 在变坡点上应放入足够的竖曲线 3 引线要求 引线 的平面及纵断线形应当保证有足够的视距和行驶安全 洞口前的引线纵坡与隧 道纵坡在必要的距离之内应保持一致 4 隧道净空断面要求 应给附属设备留 有足够的空间 在长隧道里要设置加宽带 净高由汽车载货限制高度和富裕量 决定 自然通风的隧道 断面应适当大些 6 隧道洞身衬砌的类型及适用条件 1 直墙式衬砌 通常适用于岩石地层垂直围岩压力为主要计算荷载 水平围岩 压力很小的情况 一般适用于 IV V 类围岩 有时也可用于 III 类围岩 2 曲墙式衬砌 通常在 III 类以下围岩中 水平压力较大 为了抵抗较大的水平 压力把边墙也做成曲线形状 3 喷混凝土衬砌 喷锚衬砌及复合式衬砌 4 圆形断面隧道 5 矩形断面隧道 7 喷锚衬砌 复合式衬砌 根据实际情况 需要安装锚杆的则先装设锚杆 再喷混凝土 即为喷锚衬砌 如果以喷混凝土 锚杆或钢拱支架的一种或几种组合作为初次支护对围岩进行 加固 维护围岩稳定防止有害松动 带初次支护的变形基本稳定后 进行现浇 混凝土二次衬砌 即为复合式衬砌 8 洞门的三种型式 端墙式 翼墙式和环框式 端墙式洞门适用于岩质稳定的 IV 类以上围岩和地形 开阔地区 是最常用的洞门型式 翼墙式洞门适用于地质较差的 III 类以下围 岩 以及需要开挖路堑的地方 当洞口岩层坚硬 整体性好 节理不发育 且 不易风化 路堑开挖后仰坡极为稳定 并且没有较大排水要求时采用 9 应设置明洞 洞顶覆盖层较薄 难以用暗挖法修建隧道时 隧道洞口或路堑地段收坍方 落 石 泥石流 雪害等危害时 道路之间或道路与铁路之间形成立体交叉 但又 不宜做立交桥时 通常应设置明洞 10 隧道内装的作用 对内装材料的要求 内装可以改善隧道内的环境 主要是提高能见度其次是吸收噪音 内装材料 应该具有吸收噪音的作用 用于内装的新材料应该具有耐火性 在高温条件下 仍然可以维持原状 不燃烧 不分解有害成分等 耐蚀性 不怕水 材料来源 广泛 11 运营通风方式选择考虑因素 隧道通风方式种类很多 选择时最主要的是要考虑隧道长度和交通条件 同时 还要考虑 气象 环境 地形以及地质条件 在充分考虑各种因素后 选择 既有效又经济的通风 12 运营通风方式的分类 在交通正常的情况下 划分选择自然通风及选择机械 通风的界限 可分为自然通风和机械通风 机械通风又分为纵向式 半横向式 全横向式和 混合式 在选择通风方式时 首先需要决定隧道所需的通风量 然后讨论自然 风和交通风能不能满足要求 如果不能满足需要或者缺乏可靠性 就应当采用 机械通风 13 何谓纵向式通风 他有哪几种形式 适用于何种条件 什么样的情况下宜采 用有竖井的纵向式通风 竖井应设置在隧道的什么位置 纵向式通风是从一个洞口直接引进新鲜空气 由另一个洞口把污染空气排除的 方式 与自然通风的原理是相同的 形式 如射流式通风 风道式通风和集中 排气式通风 根据交通方式不同又可以有不同具体设计 1 射流式通风 对向 交通时一般适用于 1000m 以下的隧道 单向交通时可达 2000m 左右 不过通常 要根据所需通风量和车道风速界限允许的最大通风量检算 如果交通量小 即 使隧道很长仍可运用 2 有竖井的纵向式通风 对向交通时适用于 3000m 以下 的隧道 单向交通时适用于 1500m 以下的隧道 3 通风所需动力与隧道长度的 立方成正比 所以用机械通风时 隧道越长就越不经济 如果在隧道中间设置 竖井就可以克服这个缺点 因而 常常用竖井对长隧道进行分段 对向交 通的隧道 竖井宜设置在中间 单向交通时 则应靠近出口侧 14 送风式半横向通风概念 适用条件 送风式半横向通风是半横向通风的标准形式 新鲜空气经送风管直接吹向汽车 的排气孔高度附近 对排气直接稀释 污染空气是在隧道上部扩散 经过两端 洞门排出洞外 适用于 3000m 以下隧道 15 全横向通风的概念 适用条件及其特点 答 这种通风方式同时设置送风官道和排风管道 隧道内基本上不产生沿纵向 流动的风 只有横方向的风流动 这种方式 在对向交通时 车道的纵向风速 大致为零 污染浓度的分布沿全隧道大体上均匀 但是在单向交通时 应为交 通风的影响 在纵向能产生一定风速 污染浓度由入口至出口有逐渐增加的趋 势 16 如何进行通风机的选择 如何进行射流式通风机选择台数的计算 答 隧道通风需要大风量低风压的通风机 应选用轴流式通风机 但轴流通风 机的价格较高 而且噪音较大 离心式通风机升压容易 当隧道需要 4 9MPA 以 上压力时 才比较选择轴流式或离心式通风机 17 隧道照明与道路照明的显著区别 隧道照明的主要困难问题 答 隧道照明与道路照明的显著不同是昼间也需要照明 而且昼间照明比夜间 照明更加复杂 主要的困难问题是在隧道入口及其相邻区段需要考虑人的视觉 适应过程 18 黑框效应 他们发生在什么位置 如果在隧道周边阴影里有障碍物存在 则往往难以辨认 甚至不能察觉 由于 阴影酷似黑框 故将这种现象称为黑框效应 在感应现象的作用下 虽然实际 上洞口也有相当的亮度 但司机仍然感到洞口很黑 像个黑洞 以致无法辨认 洞口附近的情况 连障碍物也难以发现 这种现象称为黑洞效应 黑框效应发生在短隧道 黑洞效应发生在长隧道 19 何为照明上的短隧道 当汽车驶近没有适当照明的隧道时 因隧道长度不同驾驶员会产生不同的反应 一种情况是在进入隧道之前 当隧道内没有车辆时 能看见隧道出口及其洞外 景物的 称为短隧道 20 照明区段的划分 长隧道照明基本上可以按接近段 入口段 过渡段 中间段和出口段五个区域 划分 21 何谓照明区段上的接近段 在道路隧道各照明区段中 在洞口 设有光过渡建筑时 则为其入口 前 从 注视点到适应点之间的一段道路 在照明上称为接近段 22 洞外亮度 L1 的概念 三种洞外亮度的估算方法 洞外亮度是司机驾车驶入隧道洞口前所看到的周围环境平均亮度 用 L1 表示 三种估算方法 1 PIARC 法 2 CIE 法 3 经验数据法 23 何谓照明区段上的入口段 如何确定入口段的长度 入口段在洞口处的最 高亮度 L2 如何确定 答 在隧道照明区段中 进入洞口 设置光过渡建筑时 则为其入口 的第一 段 称为入口段 因为 L2 L1 应该有一个恰当的比值 一般取 1 20 这样就可 以通过 L1 的数值来确定 L2 的数值 24 何谓照明区段上的过渡段 过渡段的作用 答 在隧道照明中 介于入口段与中间段之间的照明区段 称之为过渡段 作 用是解决从入口段高亮度 L2 到中间段的低亮度 L3 的剧烈变化 常为数十倍 给司机造成的不是适应现象 使之前有充分的适应时间 26 什么情况下需要对隧道出口段加强照明 在阳光可能直射的隧道出口的地方 可形成强烈眩光 对行车安全不利 可作何种处理以减少眩光 从出口段的眩光问题上看 朝东或朝西的出口 在日出或日落阳光可能直接灌 入隧道 形成强烈直接眩光 为了避免发生这种现象 出口应该做适当的处理 其方法主要有两个 即在洞内出口段设置曲线 或在洞外设置曲线段并作遮挡 27 亮度曲线的概念 亮度曲线变化的规律 沿道路轴线 由入口洞外的接近段经入口段 过渡段 中间段 直至出口段 司机在白天所需要的路面亮度变化曲线 称为亮度曲线 28 影响坑道围岩稳定性的因素有两方面 一是内在的因素 即地质状态影响 一是人为因素 即施工带来的影响 29 隧道围岩分类的三大指标 在道路的 隧道工程设计中 一般参照铁路隧道 围岩分类 其分为几类 分类以什么为基础 六类 分类是以围岩稳定性为基础 30 普氏分类法以什么为基础 将围岩分为多少类 以岩石的综合物理指标作为分类基础的 分为十五类 31 围岩压力的概念 围岩压力的类型 对支护结构的荷载成为围岩压力 围岩压力的类型有垂直压力 侧压力 底压 力 他们分别作用在隧道支护结构的顶部 侧帮 及底部 33 如何确定深 浅埋隧道的分界厚度 Hp 浅埋隧道围岩压力随坑道深埋的变化 规律 深 浅埋隧道分界深度 Hp 可用下述经验公式计算 Hp 2 2 5 h0 浅埋隧 道围岩压力式随坑道埋深 H 增加而增加的 当 H Hp Bt 2 tg 以后 则要逐 渐减小 当等于深埋隧道荷载时 则围岩压力将维持不变 34 喷射混凝土支护的概念 锚喷支护的概念及其优点 锚喷支护的限制条件 喷射混凝土式利用高压空气 将掺有速凝剂的混凝土混合料通过混凝土喷射机 与高压水混合 喷射到岩面上 迅速凝结而成的 锚喷支护式喷射混凝土 锚 杆 钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的支护形式 优点 由于锚喷结构能及时支护 有效地控制围岩的编写 防止岩块坠落和坍 塌的产生 充分发挥围岩的自承能力 所以锚喷结构比模注混凝土衬砌的受力 更为合理 锚喷支护嫩大量节省混凝土 木料 劳动力 加快施工进度 工程 造价可降低 40 50 并有利于施工机械化和改善劳动条件 另外他能及时支护 和加固围岩 与围岩密贴 封闭岩体的张性裂隙和节理 加固围岩结构面 有 效地发挥和利用岩快间的镶嵌 咬合和自锁作用 从而提高岩体自身的强度 自承能力和整体性 由于锚喷支护结构柔性好 所以他能同围岩共同变形 构 成一个共同工作的承载体系 在变形过程中 他能调整围岩应力 抑制围岩变 形的发展 避免坍塌的产生 防止过大的松散压力出现 限制条件 在围岩的自立能力差 有涌水及大面积淋水处 地层松软处就很难 成型 35 锚杆支护对围岩的几种作用及其原理 金属砂浆锚杆所需锚固长度 L 的计 算 其作用原理主要有 联接作用 组合作用 整体加固作用 联接作用 隧道 围岩有不稳定的岩块和岩层时 可用锚杆将它们连接起来 并尽可能的深入到 稳定的岩层中 组合作用 依靠锚杆将一定厚度的岩层 尤其是成层的岩层 组合在一起 组成组合拱或组合梁 阻止岩层的滑移和塌塌 整体加固作用 通过有规律布置的锚杆群 将隧道四周一定深度的围岩进行挤压 粘接加固 组成一个承载环 36 混凝土支护对围岩两个方面的作用及其原理 局部稳定作用 喷混凝土支护结构通过及时的封闭岩层表面的节理 裂隙 填平表面的凹凸不平 使洞室轮廓较为平顺 从而提高节理裂隙间的粘结力 摩阻力和抗剪强度 减少应力集中现象 防止岩层表面风化 剥落 松动 掉 块和坍塌的产生 使围岩稳定下来 发挥围岩体的自承能力 整体稳定原理 喷混凝土层与围岩体表面紧密粘结 咬合 使洞室表面岩体形成比较平顺的整 体 依靠结合面处的抗拉 抗压 抗剪能力 与岩体密贴组成 组合结构 或 整体结构物 共同工作 薄的喷层支护柔性大 变形能力强 它能在与围岩 共同承载和变形过程中对围岩提供支护力 使围岩变形得到控制 应力得以调 整 从而使围岩体获得稳定 作为 整体结构物 一部分的喷层也同时受到来 自围岩的压力 这种压力不是由围岩体坍塌的岩块的重量引起的 而是由围岩 的变形引起的 是喷层支护与围岩共同变形中对喷层支护施加的 称为形变应 力 37 新奥法基本施工过程 宜提倡采用哪些施工技术 第一次衬砌和第二次衬 砌的作用 新奥法要点 弄清支护与围岩作用的原理 掌握围岩位移支护特性 曲线 新奥法将隧道全断面一次掘出 在开挖断面的同时 尽可能迅速的连续观测围 岩的位移和变形 并以及时的锚喷作为临时支护 称为第一次衬砌 在临时支 护的基础上逐步增加支护措施 或增设锚杆 钢筋网等 俟其基本稳定后 再 修筑防水层和模注混凝土 二次 衬砌 光面爆破 大断面开挖 或隧道掘进 机开挖 第一次衬砌起稳定围岩 控制围岩应力和变形 防止松弛 坍塌和产 生 松散应力 等作用 第二次衬砌主要是为了隧道结构物的安全 耐久 防 水和饰面的需要 要点 围岩是隧道稳定的基本部分 支护 衬砌要薄而具 有柔性并与围岩密贴 是因产生弯矩而破坏的可能性达到最小 设计施工中要 正确估计围岩特性及其随时间的变化 力学原理是围岩和柔性支护共同变形 破坏的弹塑性理论 重点知道图中 E 点为最好支护点 38 何为矿山法施工 矿山法的 9 种基本施工方法及其使用条件 凡采用一般开挖地下坑道修筑隧道的都称为矿山法 漏斗棚架法 常用于围岩 较稳定的坑道施工 一般适用于 类围岩石质隧道 反台阶法 围岩稳定 不需要支护 如 类围岩 且无大型装渣等施工机具时 正台阶法 当围 岩稳定性较好 开挖后不需或仅需局部临时支护的坑道 且有能力较强的装渣 出渣机具设备 全断面开挖法 当围岩稳定 完整 开挖后不需临时支护 施 工有大型机具设备 上下导坑先拱后墙法 适用于 围岩的石质或土质道 路隧道施工 下导坑先拱后墙法 适用于 围岩道路隧道 侧壁导坑法 适用于 围岩土质道路隧道 新奥法 适用于各类围岩 39 洞口段施工包括哪些内容 洞前的路堑施工 边仰坡处理 挡墙 洞口周围排水工程 洞口及进洞段衬砌 等工程 40 隧道施工中 出现哪些现象为塌方预兆 造成塌方的原理 塌方的预防措 施 预兆 顶部围岩裂隙旁出现岩粉 或洞内无故尘土飞扬 或不断掉小石子 或 围岩裂隙不断扩大 说明即将发生 支撑压坏或变形加大 说明围岩压力在加 大 可能塌方 围岩中突然出现水或水压突然增大 要注意是否即将发生塌方 水由浊变清或水量加大 则有塌方可能 洞顶滴水位置不定 来回移动 可能 塌方 造成塌方原理 塌方一般是地质不良 设计定位不当 施工方法不正确 等原因引起 地质条件是造成塌方的基本因素 施工是引起塌方的直接因素 预防措施 施工前仔细校对设计文件 并需做必要的补测和验证 预测可能发 生塌方的区段 事先做好必要的准备 在施工中采取相应的措施 如在不良地 段采取先排水 段开挖 弱爆破 强支撑 快衬砌 各工序紧跟的措施 消除 不利因素 尽快修好衬砌 避免塌方发生 41 掏槽定义 导坑开挖需钻凿炮眼包括 掏槽种类 1 在只有一个临空面的条件下 全断面一次开挖时也是一个临空面 首先是 挖出一个槽口 作为其余部分新的临空面 提高爆破效果 先开的这个槽口称 为掏槽 2 掏槽眼掘进眼 其中掘进眼包括辅助眼及周边眼 3 掏槽种类 是炮眼与开挖面垂直与否 分为直线型掏槽与倾斜式掏槽 具体有以下几类 a 角 锥掏槽 爆破后槽口呈角锥形 常用于坚硬或中硬整体岩层 b 楔形掏槽 炮 眼分两排布置 爆破后呈楔形 槽口垂直的称为垂直楔形掏槽 适用于层理大 致垂直的岩层 槽口水平的称为水平楔形掏槽 适用于层理大致水平的岩层 c 单 向掏槽 在中硬岩层中 有明显层面或裂缝的可用单向掏槽 是炮眼横穿层面 或裂缝 d 直线型掏槽 炮眼方向与坑道中心线平行即与开挖面垂直 常用于 石质坚硬 整体性较好的岩层开挖中 并常用于机械钻眼或深眼掘进场合 42 炮眼布置原则 a 炮眼方向在一个临空面的情况下最小抵抗线 药包重心至自由面的距离 不 要与炮眼重合 b 炮眼宜吹制层里面 c 掏槽眼一般布置在开挖面中央 眼 深比其他炮眼堔 20cm 左右 d 眼距要匀称 如果药包连续称为集中装药结 构 如果不连续如在药包间隔以短木棍 称为分散装药结构 炮孔装药包需堵 塞 堵塞材料应有较好可塑性以及能提供较大摩擦力 不透气 常用粘土和砂 的混合物 1 3 的砂和粘土混合物 再加 2 3 食盐 制作成炮泥进行堵塞 堵 塞在炮眼较小时很有作用 但当炮眼深加大 达到一定程度就可不用堵塞 甚 至反向装药时课不堵塞 43 起爆顺序 掏槽眼 辅助眼 帮眼 底眼 44 光面爆破的几种技术措施 一 1 缩小周边眼间距 2 减小周边眼最小抵抗线 W 3 减小装药量及装药 密度 4 周边眼在最后同时起爆 5 严格掌握炮眼方向 二 预裂爆破与光面爆破主要区别 1 沿开挖轮廓线布置一些更密的周边眼 炮眼间距 E 及最小抵抗线 W 比光面爆破小约 1 4 1 2 左右 2 装药集中度比 光面爆破时稍低 3 周边眼先爆 光面则是最后爆 4 钻眼工作量比光 面增加一些 45 隧道支撑方式