公路隧道的施工关键点分析内蒙古课件

1、公路隧道施工安全关键点分析刘学增 同济大学主要内容公路隧道的现状一公路隧道施工与常见问题三 公路隧道的设计二公路隧道现状隧道分类土质隧道石质隧道按所处的地质条件浅埋隧道深埋隧道按隧道的埋置深度山岭隧道城市隧道按所处的地理位置 水底隧道公路隧道的规模 截止到2010年底，全国公路隧道为7384处、512.26万米，比上年末增加1245处、118.06万米，比“十五”末增加4495处、359.55万米。其中，特长隧道265处、113.80万米，长隧道1218处、202.08万米。“十一五”期内，秦岭终南山隧道、上海崇明隧桥、厦门翔安海底隧道等重大工程相继建成. 公路隧道施工难度逐步增加1、公路隧道

2、的跨度增加 单洞三车道、四车道隧道逐步增多，广州龙头山隧道、福建机场二期为单洞四车道分离式、小间距和连拱隧道等。公路隧道施工难度逐步增加大跨度公路隧道特点：进出洞困难变形较大施工工法复杂、工序转换较多大型机械施工空间困难相互影响较大易出现变形较大引起的初支开裂或者塌方公路隧道施工难度逐步增加2、特长隧道逐步增多 已建好的苍岭隧道（7km）、括苍山隧道（7km） 、终南山隧道等（18km），在建的山西的西山隧道（13km）、虹梯关隧道（13km）、四川的米仓山隧道 （13km）特长隧道的特点：运营期的通风、防灾高地应力引起的岩爆、大变形环境问题：施工引起的地下水环境的变化、大量废渣引起的环境污染

3、或者二次灾害、洞口环境等3、隧道的原位扩建 车流量的逐渐增加，原有隧道的通行规模不能满足要求，出现隧道的原位扩建，福建泉厦高速大帽山隧道，由两车道原位扩建为四车道原有隧道衬砌的拆除爆破振动控制技术现状 秦岭终南山隧道的运营标志我国公路隧道建设技术取得了重大突破，个月完成公里的主洞掘进任务，平均月掘进米，同时由铁十二局创造了钻爆法单口月掘进429.5米的国内纪录。在特长隧道的通风、监控、施工等方面都取得了很多成果。 目前公路隧道施工存在的主要问题1、公路隧道的设计理念还有一定的分歧；包括设计荷载、荷载分担以及二次衬砌的作用；2、前期勘察设计不细导致实际揭露围岩与实际差别较多，变更也较多；3、施工

4、监控往往不能落实并指导施工；4、施工管理相对比较混乱、偷工减料比较普遍；5、承包单位由于任务较多，施工人员技术培训和技术管理相对比较落后。 隧道结构或地下结构与地面结构所处环境不同，它是处在岩土地层或通称为围岩中，既受到围岩的荷载作用，又受到围岩的约束有利作用。荷载结构地层结构目前的设计理论收敛约束经验类比 目前应用比较多的是经验类比法 公路隧道设计【第184页条文说明9.2.5条】采用地层结构法计算时，可通过对释放荷载设置释放系数控制初期支护的受力，以使初期支护和二次衬砌能按较为合理的分担比例共同承受释放荷载的作用。具体分担比例可按下表选定。释放荷载分担比例围岩级别分担比例围岩初期支护二次衬

5、砌IV60804020V20408060【第184页条文说明9.2.6条】 复合式衬砌的二次衬砌用于IIII级（类）围岩计算时，由于初期支护作为永久支护已可使围岩保持稳定，因而二次衬砌可按构造要求选定厚度，不必进行验算。 竖向围岩压力围岩压力的计算方法 1、普氏系数法 2、太沙基法 3、规范推荐的半经验半理论的方法水平压力二衬围岩压力荷载分担比围岩级别IIIIIIVV二衬压力与跨度比值均值(KPa/m)0.150.542.395.99初期支护压力与跨度比值的均值(KPa/m)3.364.014.677.63二衬围岩压力荷载分担比（二衬压力/围岩总压力）4.5%13.5%51.18%78.5%新

6、奥法隧道施工工法全断面法台阶法中隔壁法双侧壁导坑法基本原则 “少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”全断面法全断面开挖法是按着设计断面一次开挖成型 全断面开挖法施工流程1-全断面开挖； 2-锚喷支护； 3-灌筑混凝土衬砌台阶法施工一般为采用上下台阶法开挖；地质条件较差时采用台阶式上部弧形导坑超前开挖的中隔壁法（CD法/CRD法）CRD法对变形控制比较有利，安全性较高。中隔壁法（CD法/CRD法）厦门海底隧道双侧壁导坑安全、变形小；工法复杂，造价高，进度慢，施工条件差；工法适应性全断面法：围岩较好，两车道隧道级围岩，对于大跨度隧道级围岩可根据具体情况选择台阶法：一般情况下都可以采用，对于围岩较差的大跨

7、度隧道，从控制围岩变形的角度，不如中隔壁法和双侧壁导坑法中隔壁法和双侧壁导坑法：适用于较差围岩或者大跨度隧道，双侧壁法更有利于控制围岩的变形全断面法：公路隧道级围岩地段。通常采用全断面钻孔一次起爆方法。 台阶法：公路隧道级围岩地段。台阶数量和长度，要根据围岩条件而定。级围岩一般采用两台阶法；级围岩及级偏弱围岩，可改用三台阶法。 台阶法施工的循环进尺，要根据开挖跨度和围岩类别、自稳时间严格控制，并与初期支护钢架设计间距相对应。每次以架立12榀钢架为宜。 上断面开挖视围岩自稳条件，可采用一次开挖成形和环形导坑预留核心土开挖法，该法适用于、级围岩地段。当围岩自稳性很差时，必须采用小导管或锚杆(注浆)

8、等超前支护措施。 下断面(中、下层台阶)是开挖作业的重要环节。在开挖顺序上，宜采用先挖侧槽、左右错开向前推进的做法，不宜采用拉中槽挖马口的方法。侧槽开挖长度，靠近边墙范围应采用风钻、风镐手工开挖，人工清壁扒碴，严禁使用重型机械开挖和装碴，以免对围岩过大扰动、破坏围岩和初期支护系统的整体稳定性。 分部开挖法（双侧壁导坑、CD法等）：适用于浅埋大跨公路隧道、山岭软弱破碎、地下水发育的隧道、土质或易坍塌的软弱围岩地段 分部开挖法（双侧壁导坑、CD法等）：适用于浅埋大跨公路隧道、山岭软弱破碎、地下水发育的隧道、土质或易坍塌的软弱围岩地段 初期支护应及时施作，早封闭，快成环，控制变形。开挖后，要尽早对暴

9、露岩石进行封闭，先初喷45cm厚混凝土封闭岩面，然后安装钢拱架、打设锚杆、挂钢筋网，再复喷至设计厚度。 拱脚处要根据现场情况采用垫石、垫钢板、纵向托梁、锁脚锚杆、导管等措施进行加强，以保证拱脚的稳定性。 工法安全控制的关键点全断面法：围岩结构面不利组合造成的小型塌方事 故以及掌子面的局部掉块；台阶法：下台阶开挖、下部支撑与上部支撑的搭接 以及上部支护的稳定性；公路隧道施工安全风险控制公路隧道施工安全风险控制工法安全控制的关键点中隔壁法：中隔壁拆除后安全控制；双侧壁导坑法：临时支护拆除后安全控制。大跨度隧道施工工法对比分析破碎围岩隧道施工施工原则 ：管超前、严注浆、短开挖、不(弱)爆破、强支护、

10、快封闭、勤测量、速反馈破碎围岩通常是指围岩节理非常发育，不同于软弱围岩，软弱围岩通常指软质岩，强风化、全风化岩石等。隧道的进洞方式1、加固山坡进洞：松软、破碎地层，由于隧道施工可能影响边坡的稳定2、接长明洞进洞：洞口有坍塌的危险或者仰坡不甚稳定，接长明洞以防落石掉块或稳定边仰坡3、零开挖进洞：覆盖层较薄、山坡稳定性较好4、明洞暗进：将传统的明洞明做的施工方法改为暗进施工的方法, 利用回填土体作洞顶覆盖层, 以减少边仰坡开挖工作量, 保护山体自然平衡。进洞施工方法要根据洞口段地形、地貌和围岩条件而定。 洞口段为整体性好的、级硬岩时，路堑成型后，即可按全断面法直接进洞。洞口段为浅埋、坡积、软弱的、

11、级围岩时，宜采用台阶法进洞。一般应结合洞口路堑施工分层开挖，到达暗洞进口里程前2m左右，沿设计开挖廓线外施作管棚(常用42mm小钢管，有条件的也可用89mm、108钢管mm)超前支护，而后按台阶法施工。拱部要采用环形开挖留核心土法，下部视情况分一层或两层开挖。为确保安全顺利进洞，暗洞前2m的初期支护通常做成套拱。小间距隧道施工关键点1、合理的爆破方式，尽量减少相邻隧道爆破震动的相互影响2、中间岩柱的稳定性：加固方式3、合理的开挖工序：减少对中间岩柱的扰动以及隧道的相互影响4、加强监控量测工作。中间岩柱爆破震动影响小间距隧道施工关键点爆破震动速度控制指标建议值(cm/s)围岩级别小净距隧道分类A

12、类(严重影响)B类(一般影响)C类(轻微影响)81010121520588101015558810小间距隧道施工关键点小净距隧道分类表围岩条件及加强措施小净距隧道分类分离式单洞A类(严重影响)B类(中等影响)C类(轻微影响)围岩级别0.375B(0.3750.75)B(0.752.0)B2.0B0.5B(0.51.0)B(1.02.5)B2.5B0.75B(0.751.5)B(1.53.5)B3.5B加强措施中岩墙重点加固简单加固不加固按单洞设计初期支护加强加强加强按单洞设计二次衬砌加强加强不加强按单洞设计两车道隧道围岩稳定性评价不同级别围岩变形稳定时间围岩级别稳定时间(d)拱顶下沉收敛变形平

13、均值级围岩29.8432.4431级围岩34.253736级围岩45.794244级围岩46.0446.6646小间距隧道施工关键点小间距隧道施工关键点1、合理的爆破方式，尽量减少相邻隧道爆破震动的相互影响2、中间岩柱的稳定性：加固方式3、合理的开挖工序：减少对中间岩柱的扰动以及隧道的相互影响4、加强监控量测工作。小间距隧道施工关键点不同级别围岩稳定时的相对变形值围岩级别拱顶下沉相对值（）拱顶下沉相对值（）ABACBC级围岩0.1660.1470.1660.156级围岩0.2350.2310.2350.225级围岩0.3470.3420.3470.291级围岩0.4620.4070.4620.

14、481不同级别围岩稳定时的变形值(mm)围岩级别拱顶下沉收敛位移AB收敛位移AC收敛位移BC级围岩1.551.541.641.75级围岩2.402.432.362.87级围岩3.643.593.064.54级围岩4.754.275.055.47隧道常见的地质灾害 隧道常见的地质灾害:洞口边坡失稳、突水涌泥、塌方、大变形、瓦斯、岩爆等公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险隧道施工周围山体发生滑坡事故公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险隧道涌水事故公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险马鹿箐隧道突水5人遇难，直接损失3000多万。公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险隧道涌水突泥事故公路

15、隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险隧道涌水突泥事故公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险2007.8宜万铁路野三关隧道发生特大透水事故 ，52名工人被困 隧道崩塌公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险 塌方宜万铁路复线线高阳寨隧道进口塌方， 35人死亡公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险2011.7.18，大连胜利路附近在建隧道发生坍塌，12人被困。公路隧道常见风险公路隧道施工安全风险概述2009.6，海南三亚绕城高速公路隧道塌方，8人被困。公路隧道常见风险公路隧道施工安全风险概述救生通道公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险 隧道塌方及其引

16、起的地表开裂公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险 溶 洞岩溶冒顶公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险董家山隧道右线隧道瓦斯爆炸44人死亡，11人伤。隧道掘进引起地表发生沉陷破坏公路隧道常见风险公路隧道施工安全风险概述隧道施工引起周围区域发生塌陷事故公路隧道常见风险公路隧道施工安全风险概述公路隧道施工安全风险概述公路隧道常见风险大变形瓦斯爆炸公路隧道施工安全风险概述常见风险事故统计分析塌方公路隧道施工安全风险概述常见风险事故统计分析塌方公路隧道施工安全风险概述常见风险事故统计分析突水涌泥公路隧道施工安全风险概述常见风险事故统计分析岩爆公路隧道施工安全风险概述常见风险事故统计分析岩爆公路隧

17、道施工安全风险概述常见风险事故统计分析大变形塌方主要受降雨、围岩级别、断层破碎带、地下水、埋深、跨度、偏压、开挖工法和断面形状等影响。岩爆由地层岩性、地质构造、水文条件、围岩应力状态、设计施工等多种因素综合作用的结果。公路隧道施工安全风险概述常见风险事故影响因素大变形受岩性、地质构造、地下水、埋深、地应力、断面跨度及施工工法等因素影响。岩溶主要有岩性、断层、褶皱、地表条件、水文地质条件、设计施工因素影响。公路隧道施工安全风险概述常见风险事故影响因素突水涌泥类 别 涌水量104（m3/d） 危 害 性 质 地 下 水 类 型特大涌水 10 可能造成重大设备和人身事故 岩溶水、岩溶裂隙水大 涌 水

18、 110 可能造成重大设备和人身事故 岩溶水、岩溶裂隙水、断层裂隙水中 涌 水 0.11 可能造成重大设备和人身事故 岩溶水、岩溶裂隙水、断层裂隙水小 涌 水 0.010.1 可能造成一般事故及冻害 风化裂隙水、潜水渗滴涌水 0.01 可能造成一般事故及冻害 风化裂隙水、上层滞水隧道涌水分类（1）初期涌水：随着隧道的掘进，扩大涌水断面，其涌水量也增大，这期间的涌水叫初期涌水。其最大涌水量叫初期最大涌水量。（2）衰减涌水：达到初期最大涌水量后，随着静储量的流失，涌水量逐渐衰减，这期间的涌水叫衰减涌水。（3）稳定涌水：尔后，经过一段时间的排泄，达到补给与排泄平衡，称之为稳定涌水，这期间的涌水量称为

19、稳定涌水量。隧道涌水的类型良透水岩层与相对不透水岩层的接触带；可溶性岩层与非溶解岩层的交接带；断层破碎带，尤其是深大断裂破碎带；向斜构造的轴部与背斜构造的两翼；孔隙裂隙多和可溶性岩石地层，遇地下水危害的可能性较大。在节理裂隙极多的风化砂岩、砾岩和石灰岩地区的隧道，大多遇有较大涌水。隧道涌水与地质条件的关系位于河、湖、海下的地下工程涌水应以堵为主，因为涌水的来源是河、湖、海，补给充分，是排不完的，所以应以堵为主。对无补给或补给量小的涌水点则以排为主。地下水防治 目前公路隧道设计理念：逐渐由“以排为主”向“以堵为主”转变。塌 方 围岩稳定性主要受岩性、岩体结构、地下水特征以及初始应力的影响。但在实

20、际工程中，这四秤地质因素又是共同发生作用的。因此，根据这四方面因素的具体组合情况，即根据岩性的软硬，岩石强度的高低，岩体结构特征，特别是软弱结构面的特征，结构面的抗剪强度，地下水的水量、水压和运动特征，以及岩体中初始应力的大小、方向和主应力的比值等的具体情况，围岩的稳定性是不同的，因而围岩的变形和破坏的类型也是不同的。围岩失稳的类型和特征（1）岩体的破裂：主要发生在裂隙较少的坚硬、脆性的围岩岩体中。由于这类岩体在工程中可视为均质的连续介质，因而围岩稳定性主要取决于岩石本身的强度和岩体中应力重分布的情况。当重分布应力小于围岩岩石的强度时，岩体只产生弹性变形，在岩石弹性变形不大的情况下，围岩是稳定

21、的。但若岩体申重分布应力超过围岩岩石的强度，在洞顶或边墙上便可能产生拉裂、剪断、压溃和剥离等破坏现象。而对于薄层状岩层，则可能由于隧道开挖的卸荷回弹等作用，引起岩层弯折内鼓的变形破坏。（2）岩块的滑移和坠落：主要是发生在由各种结构面切割的、比较坚硬的岩体申。当围岩中的初始应力超过结构面的抗剪强度，或在重力作用下，隧道周边的结构体沿结构面产生的松弛、滑移和坠落等变形破坏现象。特别是当软弱结构面在地下水的作用下，更易发生这类的变形和破坏。（3）破碎松散岩（土）体的坍塌：当隧道穿过断层破碎带、密集结构面切割形成的破碎岩体或松散的堆积层时，由于岩体的自承能力很低，因而在隧道开挖过程中，洞顶或侧壁产生的

22、坍塌破坏现象。对这类变形破坏现象如不及时支护，坍塌可能很快发展，以至坍塌到很大的高度。特别是在有地下水的情况下，破坏现象则更为严重。（4）松软岩体的塑性变形：软岩、膨胀性岩层、松软土层以及含粘土的破碎岩层、强度低，塑性强，与水作用强烈，在外力作用下易于变形。洞室开挖后或在开挖过程申，由于应力作用由于向洞室临空面的膨胀、流动，可使这类围岩产生向洞内膨胀、挤人和流动等塑性变形的现象。（1）松软围岩变形破坏的治理: 弱爆破开挖，及时封闭初期支护；根据监测结果，再适时作永久支护。对于埋深较大、较完整的软质围岩的大变形位移，一般可采用加强的柔性支护措施。（2）破碎松散围岩变形破坏的治理: 破碎松散围岩的自稳能力极低，特别是富含地下水时，几乎不具自稳能力。为防止其变形破坏的发生，或控制其破坏的规模，一般采用预注浆加固和排水降压等措施，并以“预防为主、宁强勿弱、步步为营，稳中求快”作为施工的指导思想，认真做到“先排水、短开挖、弱爆破、强支撑、快衬砌”，尽量减少对围岩的扰动。（3）块状围岩滑移和坠落的治理：变形破坏主要受结构面的控制，一般可采用喷混凝土局部加锚杆的支护形式。锚杆首先应用来加固“关键块体”，因为大量围岩的滑移和坠落多由于 “关键块体”的掉落而引起。塌方的防治岩 爆 岩爆发生的条件 从地层岩性上看，岩爆都是