高速公路隧道施工ppt课件.ppt

一般施工方法及工艺流程 高速公路隧道 编制 刘仁审核 张志敏 第一章隧道常用施工方法 隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法 施工技术和施工管理的总称 隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件 并结合隧道断面尺寸 长度 衬砌类型 隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定 根据隧道穿越地层的不同情况和目前隧道施工方法的发展 隧道施工方法可按以下方式分类 第一章隧道常用施工方法 第一章隧道常用施工方法 高速公路隧道一般为山岭隧道 所以施工方法一般首选为矿山法 矿山法中 传统矿山法已不能满足现代施工需要 在传统矿山法基础上发展起来的新奥法已成为山岭隧道施工的主要施工方法 本片主要讲述新奥法在高速公路隧道中的施工工艺和一般流程 第二章新奥法简介 新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称 原文是NewAustrianTunnellingMethod简称NATM 新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹 L V RABCEWICZ 教授于50年代提出的 它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础 将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法 经过一些国家的许多实践和理论研究 于60年代取得专利权并正式命名 之后这个方法在西欧 北欧 美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发展 已成为现代隧道工程新技术标志之一 六十年代NATM被介绍到我国 七十年代末八十年代初得到迅速发展 至今 可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开NATM 新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法 第二章新奥法简介 新奥法的基本要点可归纳如下 1 岩体是隧道结构体系中的主要承载单元 在施工中必须充分保护岩体 尽量减少对它的扰动 避免过度破坏岩体的强度 为此 施工中断面分块不宜过多 开挖应当采用光面爆破 预裂爆破或机械掘进 一 新奥法的基本要点 第二章新奥法简介 2 为了充分发挥岩体的承载能力 应允许并控制岩体的变形 一方面允许变形 使围岩中能形成承载环 另一方面又必须限制它 使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力 在施工中应采用能与围岩密贴 及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构 例如 锚喷支护等 这样 就能通过调整支护结构的强度 刚度和它参加工作的时间 包括闭合时间 来控制岩体的变形 第二章新奥法简介 3 为了改善支护结构的受力性能 施工中应尽快闭合 而成为封闭的筒形结构 另外 隧道断面形状应尽可能圆顺 以避免拐角处的应力集中 第二章新奥法简介 4 通过施工中对围岩和支护的动态观察 量测 合理安排施工程序 进行设计变更及日常的施工管理 第二章新奥法简介 5 为了敷设防水层 或为了承受由于锚杆锈蚀 围岩性质恶化 流变 膨胀所引起的后续荷载 可采用复合式衬砌 第二章新奥法简介 6 二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的 围岩和支护结构形成一个整体 因而提高了支护体系的安全度 第二章新奥法简介 上述新奥法的基本要点可扼要的概括为 少扰动 早喷锚 勤量测 紧封闭 二 新奥法的优点 1 及时性新奥法施工采用喷锚支护为主要手段 可以最大限度地紧跟开挖作业面施工 因此可以利用开挖施工面的时空效应 以限制支护前的变形发展 阻止围岩进入松动的状态 在必要的情况下可以进行超前支护 加之喷射混凝土的早强和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性 在隧道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展 并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载 增强了岩层的稳定性 第二章新奥法简介 第二章新奥法简介 2 封闭性由于喷锚支护能及时施工 而且是全面密粘的支护 因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落 制止膨胀岩体的潮解和膨胀 保护原有岩体强度 隧道开挖后 围岩由于爆破作用产生新的裂缝 加上原有地质构造上的裂缝 随时都有可能产生变形或塌落 当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面 很好的充填围岩的裂隙 节理和凹穴 大大提高了围岩的强度 同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用 隔绝了水和空气同岩层的接触 使裂隙充填物不致软化 解体而使裂隙张开 导致围岩失去稳定 第二章新奥法简介 3 粘结性喷锚支护同围岩能全面粘结 这种粘结作用可以产生三种作用 联锁作用 即将被裂隙分割的岩块粘结在一起若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落 则引起临近岩块的联锁反应 相继丧失稳定 从而造成较大范围的冒顶或片帮 开洞后如能及时进行喷锚支护 喷锚支护的粘结力和抗剪强度是可以抵抗围岩的局部破坏 防止个别危岩活石滑移和坠落 从而保持围岩的稳定性 第二章新奥法简介 复和作用 即围岩与支护构成一个复合体 受力体系 共同支护围岩 喷锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支撑能力 同时与围岩形成了一个共同工作的力学系统 具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用 从根本上改变了支架消极承担的弱点 第二章新奥法简介 增加作用 开挖后及时继进行喷锚护 一方面将围岩表面的凹凸不平处填平 消除因岩面不平引起的应力集中现象 避免过大的应力集中所造成的围岩破坏 另一方面 使隧道周边围岩成双方向受力状态 提高了围岩的粘结力和内摩擦角 也就是提高了围岩的强度 第二章新奥法简介 4 柔性喷锚支护属于柔性薄性支护 能够和围岩紧粘在一起共同作用 由于喷锚支护具有一定柔性 可以和围岩共同产生变形 在围岩中形成一定范围的非弹性变形区 并能有效控制允许围岩塑性区有适度的发展 使围岩的自承能力得以充分发挥 另一方面 喷锚支护在与围岩共同变形中受到压缩 对围岩产生越来越大的支护反力 能够抑制围岩产生过大变形 防止围岩发生松动破坏 三 新奥法施工要点 1 新奥法与传统施工方法的区别 传统方法认为隧道围岩是一种荷载 应用厚壁混凝土加以支护松动围岩 而新奥法认为围岩是一种承载机构 构筑薄壁 柔性 与围岩紧贴的支护结构 以喷射混凝土 锚杆为主要手段 并使围岩与支护结构共同形成支撑环 来承受压力 并最大限度地保持围岩稳定 而不致松动破坏 新奥法将围岩视为隧道承载构件的一部分 因此 施工时应尽可能全断面掘进 以减少隧道周边围岩应力的扰动 并采用光面爆破 微差爆破等措施 减少对围岩的震动 以保全其整体性 同时注意隧道表面尽可能平滑 避免局部应力集中 新奥法将锚杆 喷射混凝土适当进行组合 形成比较薄的衬砌层 即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩 使喷射层与围岩紧密结合 形成围岩 支护系统 保持两者的共同变形 故而可以最大限度地利用围岩本身的承载力 第二章新奥法简介 第二章新奥法简介 2 保护隧道围岩自身的承载能力新奥法施工在隧道开挖后采取了一系列综合性措施 构筑防水层 围岩隧道排水 选择合理的断面形状尺寸 给支护留变形余量 开挖后及时做好支护 封闭围岩等 都是为保护隧道围岩的自身承载能力 使围岩的扰动影响控制在最小范围内 并加固围岩 提高围岩强度 使其与人工支护结构共同承受隧道压力 3 允许围岩由一定量的变形 以利于发挥围岩的固有强度 同时隧道的支护结构 也应具有预定的可缩量 以缓和隧道压力 围岩的变形是控制在一定范围内的 必须避免围岩变形过大 从而导致围岩强度的削弱以致引起垮落 失稳 支护结构具有一定的变形量 允许隧道围岩产生一定的变形 以缓和来自隧道的巨大压力 更进一步减轻支护荷载 第二章新奥法简介 4 新奥法施工过程中量测工作的特殊性由于岩体生成条件与地质作用的复杂性 施工条件的复杂性 以及对工程设计参数的精确要求 得要通过许多量测手段 在施工过程中对围岩动态和支护结构工作状态和支护结构工作状态进行监测 并用监测结果修改初步设计 指导施工 量测的结果可以作为施工现场分析参数和修改设计的依据 因而能够预见事故和险情 以便及时采取措施 防患于未然 从而提高施工的安全程度 第二章新奥法简介 由上所述 新奥法的支护原则是 围岩不仅是载物体 而且是承载结构 围岩承载圈和支护体组成隧道的统一体 是一个力学体系 隧道的开挖和支护都是为保持改善与提高围岩的自身支撑能力服务 第二章新奥法简介 具有较长自稳时间的中等岩体 弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩 强风化的岩石 刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩 坚硬粘土 也有带坚硬夹层的粘土 微裂隙的 但很少粘土的岩体 在很高的初应力场条件下 坚硬的和可变坚硬的岩石 四 新奥法适用范围 第二章新奥法简介 在下述条件下应用新奥法必须与一些辅助方相配合 有强烈地压显现的岩体 膨胀性岩体 要与仰拱与底部锚杆相配合 在一些松散岩体中 要与钢背板与之配合 在蠕动性岩体中 要与冻结法或预加固法等配合 第二章新奥法简介 在下列场合中应用应慎重 大量涌水的岩体 由于涌水会产生流砂现象的围岩 极为破碎 锚杆钻孔 安装都极为困难的岩体 开挖面完全不能自稳的岩体等 五 新奥法的主要缺点 实施不仅要求有良好的施工组织和管理 也要求技术人员和量测人员都十分熟练 没有这一点就易于发生错误 作业质量都与每一个人的仔细操作有关 开挖暴露出的地质会立即改变其状态 因此要求施工地质人员要亲临现场 以便发现问题 用来控制的施工量测 往往给施工带来不便 干喷射带来的灰尘以及由于易受化学药品的损害必须加强防护 尤其是对眼睛的防护 湿喷虽然可以避免此缺点 但在同样条件下 不如干喷那样有效的支护岩体 第二章新奥法简介 第三章新奥法施工顺序 新奥法是以喷射混凝土 锚杆支护为主要支护手段 因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层 与围岩紧密粘结的可缩性支护结构 允许围岩有一定的协调变形 而不使支护结构承受过大的压力 第三章新奥法工艺流程 新奥法的主要工艺流程如下 钻爆开挖 初期支护 二次衬砌 开挖作业的内容依次包括 钻孔 装药 爆破 通风 出渣等 开挖作业与一次支护作业同时交叉进行 为保护围岩的自身支撑能力 初期支护工作应尽快进行 为了充分利用围岩的自身支撑能力 开挖应采用光面爆破 或预裂爆破 或机械开挖 并尽量采用全断面开挖 地质条件较差时可以采用分块多次开挖 一次开挖长度应根据岩质条件和开挖方式确定 岩质条件好时 长度可大一些 岩质条件差时长度可小一些 在同等岩质条件下 分块多次开挖长度可大一些 全断面开挖长度就要小一些 一般在中硬岩中长度约为2 2 5米 在软弱地层或膨胀性地层中大约为0 8 1 0米 第三章新奥法工艺流程一 开挖 1 钻炮布孔 1 钻孔采用YT28手风钻 空压机通过高压风管提供风动力 风枪手分布于钻爆台车顶部及一 二 三架和底板 分别负责各部位的爆破眼打设 第三章新奥法工艺流程一 开挖 拱顶钻工 一架钻工 二架钻工 三架钻工 底板钻工 钻爆台车根据开挖断面及钻爆设计方案现场加工制作 主要材料为I20工字钢 台车上设风水管及临时用电接驳口 使用装载机拖动至工作面 掌子面 装药完成后 启爆前由装载机拖走至安全地带 台车左右两侧设置可收缩的一架 二架 三架三个工作台 第三章新奥法工艺流程一 开挖 钻爆前 电工检查台车配电 2 布孔爆破孔根据起爆顺序分为掏槽孔 辅助孔 底板孔 周边孔 光爆孔 另外 为保证掏槽效果 在掏槽孔中间还设置一定数量的中空孔 第三章新奥法工艺流程一 开挖 周边孔 光爆孔 掏槽孔 辅助孔 底板孔 中空孔 3 起爆 起爆网路选择 优选非电起爆网路 由起爆器 激发笔连接非电毫秒起爆激发雷管 采用多级起爆 钻爆及分段参数见右表 第三章新奥法工艺流程一 开挖 4 通风排烟爆破后 为降低洞内粉尘及有害气体含量 促进空气流通 采用大功率多挡变速通风机及时进行通风 采用压入式通风 采用 1200mm软管将风送到工作面 第三章新奥法工艺流程一 开挖 110KV压入式通风机 1200mm通风软管 5 排险通风一段时间后 一般半小时左右 安全员及现场施工员首先进入工作面 爆破现场 查看拱顶及边墙是否存在危石或拱顶是否有塌方的可能 一般情况下 危石采用挖机挖除 直至拱顶及边墙都是稳定的岩体 如果必要 可先喷砼封闭拱顶 边墙及掌子面 出渣完成后 挖机再进行一次系统的排险并清理掌子面直至稳定 第三章新奥法工艺流程一 开挖 出渣前挖机排险 出渣后挖机排险 清理底板及掌子面 第三章新奥法工艺流程一 开挖 装载机端送钻爆台车至工作面 出渣采用装载机装车 自卸车无轨运输的方式进行 出渣结束 挖机再次排险至确认安全 并将底板及掌子面清理平整后 装载机拖运台车至掌子面 电工延伸施工用电 风水管同时延伸至工作面 准备测量定位 进行初期支护 光爆成洞效果 第三章新奥法工艺流程一 开挖 光爆效果 第三章新奥法工艺流程一 开挖 开挖施工要点 布眼合理 装药前严格检查周边眼间距 同时注意底板超挖 根据实际施工不断调整底板眼的打设高度及进钻坡度 第三章新奥法工艺流程一 开挖 初期支护作业包括 喷射混凝土 打锚杆 挂钢筋网 立钢拱架 复喷混凝土 在隧道开挖后 应尽快地喷一层薄层混凝土 3 5cm 为争取时间在较松散的围岩掘进中初期支护作业是在开挖的渣堆上进行的 待把未被渣堆覆盖的开挖面的一次喷射混凝土完成后再出渣 按一定系统布置锚杆 加固深度围岩 在围岩内形成承载拱 由喷层 锚杆及岩面承载拱构成外拱 起临时支护作用 同时又是永久支护的一部分 复喷后应达到设计厚度 一般为10 25cm 并要求将锚杆 金属网 钢拱架等覆裹在喷射混凝土内 完成初期支护的时间非常重要 一般情况应在开挖后围岩自稳时间的二分之一时间内完成 目前的施工经验是松散围岩应在爆破后三至四小时内完成 主要由施工条件决定 在地质条件非常差的破碎带或膨胀性地层 如风化花岗岩 中开挖隧道 为了延长围岩的自稳时间 为了给初期支护争取时间 安全的作业 需要在开挖工作面的前方围岩进行超前支护 预支护 然后再开挖 第三章新奥法工艺流程二 初期支护 1 拱架加工 拱架在洞外预制加工工字钢拱架用冷弯机制作 格栅拱架加工前 根据设计尺寸 先放出大样模型 在模型上进行格栅架组件焊接制作 制作完成后 安装前进行试拼装 检查合格方可用于施工 第三章新奥法工艺流程二 初期支护 大样模型 组件焊接 2 架立拱架 出渣完成后 装载机端送台车至工作面 人工清撬拱顶部分挖机未排除的危石 如有必要 先喷射一层4 5cm厚的C20混凝土封闭拱顶 边墙及掌子面 安全处理至确认安全后 人工架立拱架 先初装 再细部调整至测量定位点上 相对误差不大于2cm 第三章新奥法工艺流程二 初期支护 3 拱架固定 打设锁脚锚杆后 电焊将拱架与锚杆焊接在一起 将拱架与围岩紧密联结 形成联合受力体 同时用纵向联接钢筋将各拱架焊接或套管联结 使所有拱架纵向成为一体 达到初期支护的整体性 第三章新奥法工艺流程二 初期支护 打设锚杆 第三章新奥法工艺流程二 初期支护 挂钢筋网 钢筋网片可于洞外预制 也可现场焊接 网片与锚杆及拱架焊接在一起 尽量贴紧围岩 第三章新奥法工艺流程二 初期支护 第三章新奥法工艺流程二 初期支护 格栅拱架 钢筋网片 锚杆 喷射混凝土 喷浆料于洞外用强制式搅拌机拌制 搅拌时不加水 将砂石料与水泥按试验室提供的配合比充分搅拌后 运输车运至工作面 速凝剂在喷浆机进料口加入 第三章新奥法工艺流程二 初期支护 加入速凝剂 上料员 拌制好的喷浆料 喷浆机 喷嘴与受喷面距离控制在0 8 1 0m范围内 喷射料束运动轨迹 喷射顺序自下而上 先墙角后墙顶 避免死角 料束呈旋转轨迹运动 一圈压半圈 纵向按蛇形状施工 第三章新奥法工艺流程二 初期支护 喷浆手 喷嘴 受喷面 初期支护完成之后的效果 第三章新奥法工艺流程二 初期支护 初期支护要点 第三章新奥法工艺流程二 初期支护 1 拱架必须落在实处 拱脚不能悬空 如有必要 可在拱脚加垫块 垫块可用砼垫块 坚硬的石头 硬木板 钢板等 保证拱架脚踏实地 2 拱架分段间连接螺栓必须拧紧 保证拱架是一个整体 不存在局部薄弱 3 锁脚锚杆须有一个向下的倾角 以保证锁脚效果 倾角一般10 15度 局部软弱岩面可达到45度 锚杆与拱架的焊接必须牢固 必要时可加钢筋绑焊 4 连接筋与拱架焊接必须牢固 连接筋与连接筋的焊接须满焊 搭接长度单面焊不小于10d 双面焊不小于5d d为钢筋直径 5 初支后尽空要满足二衬要求 拱架立好后与测量交底误差不大于2cm 6 喷砼严格执行规范要求 保证密实 控制速凝剂的用量 一般每方混凝土用量在20公斤到35公斤左右 控制好回弹量 一般拱顶不大于30 边墙不大于15 一次支护后 在围岩变形趋于稳定时 进行第二次支护和封底 即永久性的支护 或是补喷射混凝土 或是浇注混凝土内拱 起到提高安全度和整个支护承载能力增强的作用 而此支护时机可以由监测结果得到 对于底板不稳 底部隆起变形严重 必然牵动侧墙及顶部支护不稳 所以应尽快封底 形成封闭式的支护 以达到围岩的稳定 第三章新奥法工艺流程三 二次衬砌 仰拱混凝土及隧底混凝土填充 有仰拱段 整平屋 无仰拱段 施工 为保证洞内运输不受影响 隧底填充或整平层采用半幅施工 即先施工一半 保留另一半作为施工通道 待先施工的半幅达到强度可以通车后 再施工另半副 施工时预留出中心水沟位置 以便后期分段安装中心水沟 第三章新奥法工艺流程三 二次衬砌 先施工半幅 中心水沟 边沟及电缆沟 铺设防水板 防水板铺设前先清理铺设面 割除露于混凝土层外的锚杆头 对不平整的部位补喷混凝土至平整 防水板在洞外宽畅 平整的场地上裁剪下料 采用双焊缝自动焊接机焊接成幅 汽车运至洞内 也可在现场焊接 通过防水板铺设台架 采用无钉孔铺设工艺 第三章新奥法工艺流程三 二次衬砌 小边墙施工 精确测量放样后 立模 安装二衬钢筋 并预留足够长度与拱墙部二衬钢筋焊接 预留钢筋应尽量错开 尽量保证与拱墙钢筋搭接不在同一断面 小边墙高度为70cm至100cm 根据台车进行调整 保证台车就位后钢模与小边墙搭接不小于10cm 第三章新奥法工艺流程三 二次衬砌 施工完的小边墙 二衬钢筋 防水板 已铺设完成的防水板 第三章新奥法工艺流程三 二次衬砌 安装预埋件 二衬前须了解预埋件的设置情况 有预埋件的部位必须先安装预埋件 预埋件的安装严格按照设计执行 测量定位后按设计图纸安装 注意区分安装是左侧还是右侧 第三章新奥法工艺流程三 二次衬砌 已安装完成的二衬钢筋 第三章新奥法工艺流程三 二次衬砌 模板台车就位 第三章新奥法工艺流程三 二次衬砌 模板台车正视图 台车模板展开示意图 安装挡头模 挡头模可采用木板或钢板 用螺栓牢固固定在台车模板上 接缝处要用棉纱或其它材料填充 保证浇筑过程中不出现漏浆跑浆现象 第三章新奥法工艺流程三 二次衬砌 挡头模板 混凝土浇筑 二衬混凝土由搅拌站统一加工 罐车运输至工作面 输送泵输送入仓 第三章新奥法工艺流程三 二次衬砌 砼罐车 输送泵操作手 输送泵 输送管 浇筑仓 二衬施工要点 1 预埋件检查