隧道基础知识整理PPT课件

1 铁路隧道基础知识 2 为便于大家掌握铁路隧道的基础知识 对我们今后的施工有一个基本的概念 特搜集相关资料 和大家共同学习探讨 下面 根据铁路隧道施工的相关程序 制定相应的学习内容 需要指出的是 因为我们大多是非工程类隧道专业的学员 所以我们讲的内容都比较简单 不涉及深奥的概念 仅对相关知识做简略介绍 使大家建立隧道施工的基本观念 希望大家认真学习 在具体的工作中在逐步探索 不足之处 请大家提出来 以便更好的提高讲课效果 我的讲解内容分以下几个方面 3 一铁路隧道概述二围岩的基本知识三隧道开挖知识四隧道安全支护及衬砌五辅助工作六隧道施工组织管理今天主要学习铁路隧道概论和围岩的基本知识 4 一 铁路隧道概述铁路隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物 根据其所在位置可分为山岭隧道 水下隧道和城市隧道三大类 为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道 为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道 为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道 这三类隧道中修建最多的是山岭隧道 5 在19世纪60年代以前 修建的隧道都用人工凿孔和黑火药爆破方法施工 1861年修建穿越阿尔卑斯山脉的仙尼斯峰铁路隧道时 首次应用风动凿岩机代替人工凿孔 1867年修建美国胡萨克铁路隧道时 开始采用硝化甘油炸药代替黑火药 使隧道施工技术及速度得到进一步发展 至1950年 世界铁路隧道最多的国家有意大利 日本 法国和美国 日本至20世纪70年代末共建成铁路隧道约3800座 总延长约1850公里 其中5公里以上的长隧道达60座 为世界上铁路长隧道最多的国家 1974年建成的新关门双线 6 隧道 长18675米 为当时世界最长的海底铁路隧道 1981年建成的大清水双线隧道 长22228米 为世界最长的山岭铁路隧道 连接本州和北海道的青函海底隧道 长达53850米 为当今世界最长的海底铁路隧道 20世纪60年代以来 隧道机械化施工水平有很大提高 全断面液压凿岩台车和其他大型施工机具相继用于隧道施工 喷锚技术的发展和新奥法的应用为隧道工程开辟了新的途径 掘进机的采用彻底改变了隧道开挖的钻爆方式 盾构构造不断完善 已成为松软 含水地层修建隧道最有效的工具 7 中国于1887 1889年在台湾省台北至基隆窄轨铁路上修建的狮球岭隧道 是中国的第一座铁路隧道 长261米 此后 又在京汉 中东 正太等铁路修建了一些隧道 京张铁路关沟段修建的4座隧道 是用中国自己技术力量修建的第一批铁路隧道 其中最长的八达岭铁路隧道长为1091米 于1908年建成 中国在1950年以前 仅建成标准轨距铁路隧道238座 总延长89公里 自20世纪50年代以来 隧道修建数量大幅度增加 1950 1984年期间共建成标准轨距铁路隧道4247座 总延长2014 5公里 成为世界上铁路隧道最多的国家之一 8 中国铁路隧道约有半数以上分布在川 陕 云 贵4省 成昆 襄渝两条铁路干线隧道总延长分别为342及282公里 占线路总长的比率分别为31 6 和34 3 在隧道勘测和开挖过程中 须了解围岩的类别 围岩是隧道开挖后对隧道稳定性有影响的周边岩体 围岩分类是依次表明周围岩石的综合强度 围岩的类别的确定 为隧道工程设计合理和施工顺利提供了依据 9 隧道设计包括隧道选线 纵断面设计 横断面设计 辅助坑道设计等 此外 隧道设计还包括洞门设计 以及开挖方法和衬砌类型的选择等 隧道贯通控制测量隧道测量是为了保证测量的中线和高程在隧道贯通面处的偏差不超出规定的限值 10 中线平面控制山岭隧道洞外及洞内都采用主副闭合导线法 即在主导线上测角并用光电测距仪量距 在副导线上只测角不量距 由主副导线所组成的多边形 只平差其角度 不平差其长度 这样主副导线法比三角网法简单实用 比单一导线法可靠 中国大瑶山双线隧道即采用主副闭合导线法作为中线平面控制 高程控制短隧道应用普通水平仪 长隧道应用精密水平仪即能保证需要达到的精度 高程贯通极限误差为 50毫米 11 隧道开挖开挖方法分为明挖法和暗挖法 明挖法多用于浅埋隧道或城市铁路隧道 而山岭铁路隧道多用暗挖法 按开挖断面大小 位置分 有分部开挖法和全断面开挖法 在石质岩层中采用钻爆法最为广泛 采用掘进机直接开挖也逐渐推广 在松软地质中采用盾构法开挖较多 12 钻爆法在隧道岩面上钻眼 并装填炸药爆破 用全断面开挖或分部开挖等将隧道开挖成型的施工方法 钻爆法开挖作业程序包括钻孔 装药 爆破 通风 支护 装碴 运输等工序 由钻孔直到出碴完毕称为一个开挖循环 根据中国的经验 在单线全断面开挖中24小时能作两个循环 每个循环能进3 5米深度 每日单口进度可达7米 然而在开挖中难免遇到断层或松软石质以及涌水等 不易保持每日的预计循环 所以每月单口实际进度多低于200米 13 中国成昆线蜜蜂箐单线隧道单口最高月进度曾达到200米 日本大清水双线隧道单口最高月进度曾达到160米 开挖循环作业的特点是一个工序接一个工序必须逐项按时完成 否则前一工序推迟就会影响下一工序 因而拖长全部时间 其中最主要的工序为钻孔及出碴 所用时间占全部作业时间比例较大 钻爆法开挖采用的方法有全断面开挖法和分部开挖法 14 隧道衬砌隧道开挖后 为使围岩稳定 确保运营安全 需按一定轮廓尺寸建造一层具有足够强度的支护结构 这种隧道支护结构称为隧道衬砌 常用的衬砌种类有就地灌注混凝土类 预制块拼装 喷锚或单喷混凝土 复合式衬砌 复合式衬砌是在喷锚或单喷支护之后 再就地灌注一层混凝土 形成喷锚支护同混凝土衬砌结合的复合式衬砌结构 如遇有水地段可在两层支护间加挂一层塑料板或做其他防水层 15 发展趋势在隧道工程中 喷锚支护有可能取代构件支撑 喷锚支护的主要优点是支护及时 安全可靠 并能大量节约木材和钢材 欧洲一些国家在较弱地层的大断面爆破后 采用长锚杆结合喷混凝土做支护 已获得成功 中国亦曾在老黄土隧道开挖中使用喷锚支护 自喷锚支护发展后 对较弱岩层也可进行全断面开挖 以全断面开挖取代分部开挖 16 在岩石地层中采用全断面开挖及喷混凝土衬砌 其质量好坏首先取决于光面爆破 运用新奥法原理 考虑围岩自身承载能力 可在坑道爆破后尽早采用单喷或喷锚作初期支护 随即连续量测位移 判定围岩基本稳定时间 再进行二次支护 这样可以建成较经济的衬砌结构 17 二 围岩的基本知识岩石的分类按其成因分为岩浆岩 火成岩 沉积岩 水成岩 和变质岩 岩浆岩 因火山喷发 地质构造的作用 岩浆在向地表上升过程中因热量散失冷却后形成的岩石 其强度高 多含矿物质和金属物质 18 沉积岩 地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型 它由风化产物 火山物质 有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运 沉积和石化作用 最后形成的 变质岩 在地壳形成的发展过程中 早先形成的岩石 包括沉积岩 岩浆岩 由于后来地质环境和物理化学条件的变化 在固态情况下发生了矿物组成调整 结构构造改变甚至化学成分的变化 而形成一种新的岩石 这种岩石被称为变质岩 变质岩 19 是大陆地壳中最主要的岩石类型之一 在变质岩的概念中 有两点必须强调 这是变质岩区别与沉积岩和岩浆岩的关键 首先 变质作用形成于地壳一定的深度 也就是发生于一定的温度和压力范围 既不是沉积岩的地表或近地表常温常压条件 也不同于岩浆岩形成时的高温高压条件 另外一点就是变质作用中的矿物转变是在固态情况下完成的 而不是岩浆岩那种从液态的岩浆中结晶形成的 20 围岩分类的目的是为了对隧道及地下建筑工程周围的地层进行工程地质的客观评价 判断坑道或洞室的稳定性 确定支护的荷载和设计参数 确定施工方法 选择钻孔和开挖等施工机械 以及确定施工定额和预算等 21 分类要素在围岩分类中 最有影响的要素有 1 围岩的构造 指围岩被各种地质结构面切割的程度以及被切割的岩块的尺寸和组合形态 在分类中它是一个起主导作用的因素 视裂缝间距 即被结构面切割的岩块的大小 可将围岩分成如表 围岩类型 所示的几种类型 22 2 原岩或岩体的物理力学性质 包括单轴或三轴强度和变形特性 如抗压强度 抗剪强度以及弹性模量或变形模量等 一般说 在完整岩体中 原岩的指标是基本的 在非完整 裂隙 岩体中 岩体的指标是主要的 3 地下水 地下水的水量和水压等对分类有重大影响 尤其是对软岩和破碎 松散围岩 它们导致岩质