隧道工程课件和作业

1、隧道施工是指修建隧道及地下洞室的隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法施工方法、施工施工技术技术和和施工管理施工管理的总称。的总称。隧道施工方法的隧道施工方法的选择选择主要依据工程地质和水文地质条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。功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。矿山法矿山法盾构法盾构法TBMTBM法法顶管法顶管法1） 矿山法简介矿山法简介 “矿山法矿山法”因因其最早应用于坑道采矿而得名。其最早应用于坑道采矿而得名。它是采用钻眼爆破方式破岩它是采用钻

2、眼爆破方式破岩，纵向分段，横向全断，纵向分段，横向全断面或分部开挖，面或分部开挖，每一部分开挖成形后即对暴露围岩每一部分开挖成形后即对暴露围岩加以适当的支撑或支护加以适当的支撑或支护，继而提供必要的永久性人，继而提供必要的永久性人工结构以保持隧道工结构以保持隧道长期稳定。长期稳定。u 矿山法又因其采用矿山法又因其采用“钻眼爆破钻眼爆破”方式方式破岩，亦称为破岩，亦称为“钻爆法钻爆法”隧道开挖成形后对围岩的支护可以分为隧道开挖成形后对围岩的支护可以分为钢木构件支钢木构件支撑撑和和锚杆喷射混凝土支护锚杆喷射混凝土支护两大类。两大类。习惯习惯上上,我们把我们把采用钢木构件作为临时支撑的采用钢木构件作

3、为临时支撑的施工方法称为施工方法称为“传统矿山法传统矿山法”；而将采用锚；而将采用锚杆喷射混凝土作为初期支护的施工方法称之杆喷射混凝土作为初期支护的施工方法称之为为“新奥法新奥法”。目前我国隧道工程中已广泛目前我国隧道工程中已广泛使用新奥法。使用新奥法。2.3 新奥法（新奥法（NATM）简介）简介基本原理基本原理新奥法（新奥法（New Austrian Tunnelling Method）是）是应用岩应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进

4、行支护，控制围岩的变形和松弛，制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和工程设计施工的方法和原则。原则。核心核心内容内容充分充分发挥围岩的自承发挥围岩的自承能力，能力，围岩围岩是承载的主体，结构是是承载的主体，结构是安全安全贮备。贮备。 新奥法施工基本流程三大要素三大要素 u 控制爆破控制爆破 u 喷锚支护喷锚支护 u 监控量测监控量测新奥法施工的基本原则新奥法施工的基本原则 “少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”

5、w 少扰动少扰动：隧道开挖时，尽量减少对围岩的扰动次数、：隧道开挖时，尽量减少对围岩的扰动次数、强度、范围和强度、范围和持续时间持续时间w 早喷锚早喷锚：开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩变形：开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩变形进入受控制进入受控制状态状态新奥法施工的基本原则新奥法施工的基本原则 “少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”w 勤勤量测量测：以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确：以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩评价围岩(或围岩加支护或围岩加支护)的稳定状态或动态发展趋势，的稳定状态或动态发展趋势，以便及时调接支护形式、开挖以便及时调接支护

6、形式、开挖方法方法w 紧封闭紧封闭：一方面采取喷射混凝土等防护措施，避免围：一方面采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减；另一方面岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减；另一方面要适时对围岩施作封闭形要适时对围岩施作封闭形支护支护u矿山法施工方法矿山法施工方法（1）全断面法）全断面法全断面一次开挖法就是按照隧道设计轮廓全断面一次开挖法就是按照隧道设计轮廓一次一次爆破成型爆破成型，然后修筑衬砌的施工方法。，然后修筑衬砌的施工方法。u 适用条件适用条件级整体性好的围岩；级整体性好的围岩；级围岩时，围岩应具备从级围岩时，围岩应具备从全断面开挖后到支护前这一时间内，保持自身

7、稳定；全断面开挖后到支护前这一时间内，保持自身稳定；有大型施工机械；有大型施工机械；隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于应小于1 km，否则，采用大型机械化施工经济性较差。，否则，采用大型机械化施工经济性较差。u 施工特点施工特点工序少，便于施工组织和管理；工序少，便于施工组织和管理；开挖一次成型，对围岩扰动小，有利于围岩稳定；开挖一次成型，对围岩扰动小，有利于围岩稳定；开挖断面大，可用深孔爆破以提高爆破效果，加快掘进开挖断面大，可用深孔爆破以提高爆破效果，加快掘进速度，如大瑶山双线隧道单口月成洞达速度，如大瑶山双线隧道单口月成洞达

8、150240m；作业空间大，有利于采用大型施工机械设备，从而提高作业空间大，有利于采用大型施工机械设备，从而提高劳动生产率，减轻施工人员劳动强度，降低工程造价。劳动生产率，减轻施工人员劳动强度，降低工程造价。（2）台阶法）台阶法台阶法是指正台阶二步开挖法，它是全断面台阶法是指正台阶二步开挖法，它是全断面一次开挖法的变化方法。这种方法对地质的适应性一次开挖法的变化方法。这种方法对地质的适应性较强，也可以说是全地质型方法。较强，也可以说是全地质型方法。目前，我国约目前，我国约70的隧道开挖采用此法，它的隧道开挖采用此法，它多用于围岩能在短期内处于稳定的地层中。多用于围岩能在短期内处于稳定的地层中。

9、u台阶法根据台阶长度不同，可划分为长台阶法根据台阶长度不同，可划分为长台阶台阶法、短台阶法法、短台阶法和和超短台阶法超短台阶法三种。两个条件确三种。两个条件确定：定：其一是初期支护形成闭合断面的其一是初期支护形成闭合断面的时间要求时间要求，围岩稳，围岩稳定性越差，要求闭合时间越短；定性越差，要求闭合时间越短；其二是上部断面施工所采用的开挖、支护、出碴等其二是上部断面施工所采用的开挖、支护、出碴等机械设备所需机械设备所需空间大小的要求空间大小的要求。长台阶法长台阶法上下台阶距离较远，上台阶超前上下台阶距离较远，上台阶超前50m以上或以上或5倍倍洞跨，施工中上下部可配大中型机械平行作业。洞跨，施工

10、中上下部可配大中型机械平行作业。短台阶法短台阶法上台阶长度小于上台阶长度小于5倍但大于倍但大于11.5倍洞跨，适用倍洞跨，适用于较软弱的围岩，上下台阶施工干扰较大。于较软弱的围岩，上下台阶施工干扰较大。超短台阶法超短台阶法上台阶仅超前上台阶仅超前35m，断面闭合较快。多用于机，断面闭合较快。多用于机械化程度不高的各类围岩地段。械化程度不高的各类围岩地段。台阶法施工台阶法施工（3）分部开挖法）分部开挖法a.环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法将开挖断面分成环形拱部、上部核心及下部台将开挖断面分成环形拱部、上部核心及下部台阶三部分。它根据地质好坏，将环形拱部断面分成一阶三部分。它根据地质好坏，将环

11、形拱部断面分成一块或几块开挖。环形开挖进尺一般为块或几块开挖。环形开挖进尺一般为0.51.0m，不，不宜过长。宜过长。环形开挖留核心土环形开挖留核心土b.侧壁导坑法侧壁导坑法将开挖根据侧壁导坑开挖的个数，分为将开挖根据侧壁导坑开挖的个数，分为单侧单侧壁导坑法壁导坑法及及双侧壁导坑法双侧壁导坑法两种。两种。单侧壁导坑法单侧壁导坑法将断面分成三个部分，即侧壁将断面分成三个部分，即侧壁导坑导坑1、上台阶、上台阶3、下台阶、下台阶5。单侧壁导坑法单侧壁导坑法双侧壁导坑法双侧壁导坑法（眼镜法）将整个断面分（眼镜法）将整个断面分成四个部分：左右侧壁导坑成四个部分：左右侧壁导坑1、上台阶、上台阶3、下台阶、

12、下台阶5 。双侧壁导坑法双侧壁导坑法（4）中壁法）中壁法 中壁法是分部开挖施工方法的常用工法中壁法是分部开挖施工方法的常用工法，根据开挖顺序和支护方式的不同，通常，根据开挖顺序和支护方式的不同，通常又分为又分为中隔壁法中隔壁法（CD法）和法）和交叉中壁法交叉中壁法（CRD法）。法）。中隔壁法中隔壁法（CD法）是在软弱围岩大跨隧法）是在软弱围岩大跨隧道中，先开挖隧道的一侧，并施做中隔壁道中，先开挖隧道的一侧，并施做中隔壁墙，然后再分部开挖隧道另一侧的施工方墙，然后再分部开挖隧道另一侧的施工方法。法。将断面从中间隔开，分成四个部分，上将断面从中间隔开，分成四个部分，上半断面左右分成半断面左右分成1

13、、4，下半断面左右分成，下半断面左右分成2、5 。交叉中隔法（交叉中隔法（CRD法）法）是在软弱围岩是在软弱围岩大跨隧道中，先开挖隧道的一侧的一或大跨隧道中，先开挖隧道的一侧的一或二部分，施做部分中隔壁墙，再开挖隧二部分，施做部分中隔壁墙，再开挖隧道另一侧的一或二部分，然后再开挖最道另一侧的一或二部分，然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁墙，最后开挖剩余部分的施工方法。墙，最后开挖剩余部分的施工方法。1） 浅埋暗挖法浅埋暗挖法基本概念基本概念浅埋浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方

14、法型地下洞室暗挖施工的一种方法。在软弱在软弱围岩地层中，在浅埋条件下修建地下工程围岩地层中，在浅埋条件下修建地下工程，以改造地质条件为前提，以，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降控制地表沉降为重点，以为重点，以格栅（或其他钢结构）和喷锚作为初期支护手段，按照格栅（或其他钢结构）和喷锚作为初期支护手段，按照十八字原则十八字原则进行施工，称之为浅埋进行施工，称之为浅埋暗挖法。暗挖法。军都山隧道（军都山隧道（19841984）（第一次用小导管、网构钢架）（第一次用小导管、网构钢架）北京地铁复兴门折返线（北京地铁复兴门折返线（19861986）（国家科技进步二等奖）（国家科技进步二等奖）u基本原理基

15、本原理浅埋暗挖法沿用新奥法基本原理，浅埋暗挖法沿用新奥法基本原理，初次支护按承担初次支护按承担全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初次全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。应用浅埋暗挖法设计、施工时，应用浅埋暗挖法设计、施工时，同时采用多种辅助同时采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩的自承，调动部分围岩的自承能力；并采用不同的开挖方法能力；并采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环及时支护、封闭成环，使，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；在施工过程中其与围岩共同作用形成

16、联合支护体系；在施工过程中应应用监控量测、信息反馈和优化设计用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不塌方、少沉，实现不塌方、少沉降、安全施工等，并形成多种综合配套技术。降、安全施工等，并形成多种综合配套技术。u十八字原则十八字原则“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”管超前管超前指采用超前导管注浆防护。实际上就是指采用超前导管注浆防护。实际上就是采用超前支护的各种手段提高掌子面的稳定性，防止采用超前支护的各种手段提高掌子面的稳定性，防止围岩松弛和坍塌围岩松弛和坍塌严注浆严注浆在导管超前支护后，立即进行压注水泥在导管超前支护后，立即进行压注

17、水泥砂浆或其它化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形砂浆或其它化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形成一个具有一定强度的壳体，以增强围岩的自稳成一个具有一定强度的壳体，以增强围岩的自稳能力能力短开挖短开挖一次注浆，多次开挖，即限制一次一次注浆，多次开挖，即限制一次进尺的长度，减小围岩的松弛进尺的长度，减小围岩的松弛强支护强支护在浅埋的松软地层中施工，初期支在浅埋的松软地层中施工，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制开护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制开挖初期的变形挖初期的变形u十八字原则十八字原则“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”快封闭快封闭在在台阶法施工中，如上台阶过长时，变台阶法施工中，如上台