隧道施工方法讲义

第6章隧道施工方法本章讲授：

1.新奥法施工方法

2.传统矿山法与新奥法的对比

3.洞口段施工方法

4.明洞施工方法

5.辅助施工措施

6.特殊地质地段的隧道施工6.1概述6.1.1隧道工程的施工特点

1.施工全过程受制于地质条件

2.大型的隐避工程

3.施工环境较差

4.多地处偏远山区，交通不便。

5.狭长建筑物，工作面很少。

6.施工不受气候影响

第6章隧道施工方法1.隧道施工主要方法⑴矿山法●传统矿山法●新奥法⑵明挖法⑶掘进机法⑷盾构法⑸沉管法⑹顶进法本章介绍：矿山法、明挖法

第6章隧道施工方法6.1.2隧道施工方法及其选择

⑴工程的重要性⑵工程地质与水文地质条件⑶施工技术水平、机械设备情况⑷施工中动力和原材料供应情况⑸工程投资与运营后的社会效益和经济效益⑹对环境的保护要求⑺施工单位的习惯做法2.影响施工方法的主要因素

第6章隧道施工方法

新奥法与传统矿山法的关键异同点：

相同：均采用钻爆法施工。不同：对围岩的处理不同。

新奥法施工的基本原则：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。

12字口诀，务必理解渗透！6.2新奥法施工方法第6章隧道施工方法

～全断面一次开挖法

1.适应条件⑴Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ级围岩⑵大型施工机具(钻孔台车、模板台车等)⑶经济性考虑：中长隧道。

6.2.1全断面法

第6章隧道施工方法

表示方法：横断面工序图、纵断面工序展开图习惯标注方法：①阿拉伯字1、2、3...表示挖掘;②罗马字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ...表示支护；2.施工顺序

第6章隧道施工方法

量测

台车就位钻眼装药、放炮找顶出碴锚喷通风

钻爆作业循环：

第6章隧道施工方法

⑴工序少，管理方便；⑵进度快～大型机械、爆破效果好；⑶对围岩扰动少～爆破1次；⑷要求地质条件较好。问题：地质条件变差时，大型机械怎么办？

3.施工特点

第6章隧道施工方法

三条主要作业线：(1)

开挖作业线

钻孔台车、装药台车、大型装碴机与运载车…(2)锚喷作业线

混凝土喷射机、喷射机械手、运输进料设施…(3)模注混凝土衬砌作业线

混凝土拌合、混凝土输送、防水层作业、衬砌模板…

4.机械化施工的关键

第6章隧道施工方法

1.特点●将断面从上上至下分成成2个或3个台阶开挖挖；●随着台阶长长度的调整整，它几乎乎可以用于于所有的地地层，因而而是在现场场使用的主主导方法。。2.种类长台阶法短台阶法超短台阶法法6.2.2台阶法第6章隧道道施工方法法(1)初期支护闭闭合环的时时间要求围岩越差，，闭合时间间要求越短短，台阶必必须缩短。。(2)施工机械的的效率效率高，则则可以缩短短支护闭合合时间，台台阶可适当当加长。原则：希望初期支支护尽快闭闭合。围岩不好时时，应以条条件⑴为主主；围岩较好时时，应以条条件⑵为主主。3.选择台阶长长度的条件件第6章隧道道施工方法法⑴长台台阶法台阶长度L≥5B，B为洞室的宽宽度。甚至可以上上台阶先贯贯通，即为为“半断面面法”。特点：进度快，仅仅次于全断断面法。适用于：Ⅲ～Ⅰ级围岩。4.施工工序第6章隧道道施工方法法台阶缩短：：（1～1.5）B≤L＜5B,特点：①支护闭闭合时间加加快，围岩岩稳定性增增加；②台阶缩缩短加大了了对下台阶阶施工的干干扰。适用于：Ⅴ、Ⅳ级围岩(2)短台阶法第6章隧道道施工方法法答：上台阶存碴碴面积减小小，往下台台阶推碴次次数增多。。解决办法：：增加平行作作业的时间间，有利于于加快进度度。①皮带运运输机②过渡坡坡道Ⅰ、钢结构跳跳板(仰拱先做)Ⅱ、石碴坡道道(仰拱后做)～见下面的相相片问题：台台阶缩短对对施工进度度有何不利利？第6章隧道道施工方法法上台阶长度度仅为3～5m。特点：更有利于控控制围岩变变形，但上上下台阶相相隔太近，，施工干扰扰大。适用于：软弱破碎围围岩(Ⅴ、Ⅵ级围岩)⑶超短台台阶法第6章隧道道施工方法法①下半断断面开挖应应在上半断断面初期支支护基本稳稳定后才能能进行；②开挖后后要及时喷喷砼，暴露露时间愈长长愈不安全全；③量测要要及时，当当位移速度度加快时，，应立即采采取措施。。短台阶施工工注意：第6章隧道道施工方法法将3种台阶法放放在一起比比较：区别主要在在台阶长度度。第6章隧道道施工方法法答：反台阶阶法速度快不安全淘汰问题：能否否下台阶先先进？第6章隧道道施工方法法1.环形开挖留留核心土法法特点：①留核心心土支顶工工作面，稳稳定性优于于超短台阶阶法：②进度慢慢。适用于：土质或易坍坍塌的软弱弱围岩；小小型施工机机具。6.2.3分部开挖法法第6章隧道道施工方法法核心土工字钢临时工作平平台环形开挖留留核心土法法的变化方方案：核心土留在在下台阶，，减少开挖挖工序课堂讨论：：变化方案与与原方案的的比较？第6章隧道道施工方法法特点：①洞室开开挖跨度减减小，有利利于围岩稳稳定；②导坑要要闭合，增增加了材料料用量；③进度慢慢。适用于：断面跨度大大，对地表表沉陷有控控制要求的的软弱。2.单侧壁导坑坑法第6章隧道道施工方法法特点：①双导坑，，使洞室最最大开挖跨跨度更小，，稳定性增增加；②耗材增加加；③进度慢。。适用于：对对地表沉陷要要求更高，，或跨度更更大的隧道道。3.双侧壁导坑坑法(眼镜工法)第6章隧道道施工方法法1.双侧导坑的的开挖是对对开还是错错开？为什什么？答：应错开开挖，间距距7～10m。避免在同同一断面面上同时时开挖的的总跨度度过大。。2.导坑尺寸寸如何确确定？答：应满满足施工工要求，，但宽度度不宜超超过断面面最大跨跨度的1/3。问题：第6章隧隧道施工工方法6.3.1传统矿山山法简介介传统矿山山法有：：●全断面法法●台阶法●漏斗棚架架法●蘑菇形法法●上下导坑坑先拱后后墙法，，等。仅选择传传统矿山山法中具具有代表表性的上下导坑坑法予以介绍绍，以资资与新奥奥法施工工对照。。6.3传统矿山山法第6章隧隧道施工工方法上下导坑坑先拱后后墙法优点：①有拱拱圈保护护，安全全；②有两两个导坑坑，有利利于通风风、排水水与运输输。缺点：①两个个导坑增增加了造造价；②边墙墙须开挖马口，进度慢慢。适应于：：Ⅴ、Ⅳ级围岩。。第6章隧隧道施工工方法名词解释释：挖马口～在“先先拱后墙墙法”施施工中，，开挖边边墙的工工序。第6章隧隧道施工工方法定义：先行开挖挖，能为为后续开开挖提供供施工便便利的坑坑道。①为后后续工作作面创造造临空面面，提高高爆破效效果；②查明明前方地地质情况况；③排除除地下水水；④铺设设“三管两两线”～水管、、压缩风风管、通通风管；；电线、、运输线线；⑤改善善施工通通风条件件。导坑的作作用：第6章隧隧道施工工方法相同：均属于钻钻爆法。。不相同：：对围岩的的认识和和处理上上不同。。对照表6-2解释：6.3.2传统矿山山法与新新奥法施施工的区区别第6章隧隧道施工工方法6.4.1洞口段的的概念指洞口浅浅埋段，，即开挖挖可能给给洞口地地表造成成不良影影响的范范围。6.4洞口段施施工方法法第6章隧隧道施工工方法1.覆盖浅、、地质差差，地地表水汇汇集。2.进洞顺利利与否，，对工程程的展开开影响甚甚大。洞口段施施工注意意事项:⑴先清理洞洞口边仰仰坡有可可能滑塌塌的表土土及危石石。⑵刷坡应应自上而而下逐段段开挖。。⑶不采用用深眼大大爆破开开挖边仰仰坡。⑷洞门厚厚度内的的衬砌应应与洞身身衬砌同同时施工工，连成成整体。。⑸端墙砌砌筑与回回填应两两侧对称称同时进进行，以以防衬砌砌产生偏偏压。⑹洞口应应设置加加强衬砌砌段，其其长度一一般不小小于10m。洞口段特特点：第6章隧隧道施工工方法影响施工工方法的的因素：：●施工机具具配备情情况●洞外相邻邻建筑的的影响●地形条件件●地质条件件---最为重要要！按地质条条件，有有以下几几种施工工方法：：1.全断面法法进洞适应于：：Ⅱ、Ⅰ级围岩。。注意事项项：初始10～20m区段的开开挖，应应将爆破破进尺控控制在2～3m。6.4.2进洞方法法第6章隧隧道施工工方法视地质条条件，严严格控制制爆破进进尺：⑴Ⅳ、Ⅲ级围岩～～短台阶爆破进尺尺1.5m～2.5m；网、锚锚、喷支支护。⑵Ⅴ、Ⅳ级围岩～～短台阶爆破进尺尺在1.5m以内；超超前锚杆杆(或小导管管)，钢拱架架。⑶Ⅵ、Ⅴ级围岩～～超短台阶阶进尺0.5～1.0m；不爆破破，人工工或机械械挖掘。。问题：Ⅰ、Ⅱ级围岩能能否用台台阶法进进洞？答：可以以，前提提是在不不具备全全断面进进洞的条条件下(无大型机机具)用长台阶阶法，但但初始段段爆破进进尺仍应应控制在在2～3m内。2.台阶法进进洞第6章隧隧道施工工方法当围岩很很差，超超短台阶阶法往往往还不够够安全，，可用:⑴环形开挖挖留核心心土法(前已述)⑵侧壁导坑坑法(前已述)⑶下导坑法法3.其它进洞洞方法第6章隧隧道施工工方法超前锚杆杆

超前前小导管管

管棚棚等简介管棚棚进洞法法：

适用用于：软软弱地地层等。。(4)预支护法法进洞第6章隧隧道施工工方法现场管棚棚：管棚及套套拱管棚及套套拱适用于：：覆盖层薄薄、边仰仰坡不稳稳、偏压压等。方法：在洞口处处先作一一段明洞洞，抵紧紧仰坡坡坡脚，在在明洞上上及时回回填以加加固仰坡坡，然后后暗挖进进洞。4.明洞法进进洞第6章隧隧道施工工方法6.5明洞施工工方法6.5.1先墙后拱法全称为“全部明挖先先墙后拱法””。适用于：临时边坡能暂暂时稳定的对对称式明洞。。优点：衬砌整体性好好，施工空间间大，有利于于施工。缺点：土方开挖量大大，刷坡较高高。第6章隧道施施工方法6.5.2先拱后墙法适用于：不宜宜大范围开挖挖边仰坡的情情况。优点：土石方方开挖量较小小，刷坡较低低。缺点：衬砌整整体性较差，，边墙防水层层施作不方便便。第6章隧道施施工方法辅助施工措施施：对地层进行预预支护或预加加固。预支护：预留核心土超前锚杆管棚，等。预加固：地层注浆地表锚喷加固固。预支护兼预加加固：超前小导管注注浆6.6辅助施工措施施第6章隧道施施工方法6.6.1超前锚杆特点：形成超前于工工作面的围岩岩加固棚。适用于：软弱破碎地层层。第6章隧道施施工方法超前锚杆表6-3超前锚杆(或小钢管)设计参数围岩级别锚杆直径(mm)小钢管直径(mm)锚杆长度(m)环向间距(cm)外插角锚杆小钢管Ⅴ20～25323～530～505°～10°5°～10°Ⅳ18～2240～60注：①外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角；②锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑；③中空锚杆目前的最小直径为25mm。第6章隧道施施工方法6.6.2管棚第6章隧道施施工方法特点：管径粗(外径为70～180mm)。施作要点：(1)单根长4～6m，总长可至数数十米。(2)一环管棚长度度一般不小于于10m。(3)可向管内注入入水泥砂浆，，以增加其刚刚度。(4)钢管的尾部需需架设在钢拱拱架上，并焊焊死；(5)相邻两榀钢拱拱架间以拉筋筋相连。(6)与岩壁之间，，环向每隔2m应用楔子楔紧紧。优点：在所有预支护护措施中，管管棚支护能力力最强。缺点：施工技术较复复杂，造价较较高。第6章隧道施施工方法单根钢管构造造：第6章隧道施施工方法6.6.3超前小导管注注浆特点：预支护+预加固，支护护效果强于超超前锚杆。适用于：软弱破碎地层层。步骤：喷砼封闭开挖挖面；钻孔；；插入小导管管；；导管注注浆。第6章隧道施施工方法小导管构造：：φ38～42mm无缝钢管，单单根长3～5m，管壁注浆孔，，孔径φ6～8mm,孔距15～20cm。第6章隧道施施工方法小导管钢拱架①注浆材料～～水泥浆，或或水泥～水玻玻璃浆；②注浆压力～～0.5～1.0MPa。③单根导管浆浆液扩散半径径，按下式计计算：b--导管中至中间间距.④单根导管注浆浆量：：l—导管长度，m；n—围岩空隙率，，%。④注浆效果检检查：取岩芯芯，达设计要要求后才能进进行开挖。第6章隧道施施工方法小导管设计注注意事项：6.6.4预注浆加固地地层1.注浆方法⑴渗入性注注浆⑵劈裂性注注浆⑶压密性注注浆⑷高压喷灌灌注浆2.钻孔机械和灌灌注管⑴钻机⑵注浆管：：第6章隧道施施工方法隧道注浆方法法:①超前小导管管注浆(见前)；②超前长导管管注浆，图a；第6章隧道施施工方法③地表注浆,图b；③由平导内向向正洞周围注注浆，图c，等。而采用得最多多的仍是超前前小导管注浆浆。第6章隧道施施工方法3.注浆数量控制制⑴现场注浆浆试验；⑵公式计算算作参考：注浆总数量(6-3)式中：A——注浆范围岩的的体积；n——围岩空隙率，，%；α——浆液充填系数数，一般取0.7～0.9；β——注浆材料损耗耗系数，通常常在0.1左右。式中的就就是是地层充填率率。第6章隧道施施工方法目的：稳定边仰坡。。适用于：覆盖层薄或高高大边仰坡。。1.地表锚喷预加加固类型与加加固方法⑴洞边仰坡坡网、锚、喷喷(相片)地表网锚喷6.6.5地表锚喷加固固第6章隧道施施工方法⑵洞门上方方陡坎加固第6章隧道施施工方法锚杆加固范围围：①经验方法法加固宽度B≥(1～2)b，b为隧道开挖宽宽度；加固长度为浅浅埋段长度。。②破裂面估估算法：用一院法计算算破裂角β。第6章隧道施施工方法⑴喷层厚5～10cm；⑵锚杆直径径16～22cm，长度3～6m，间距1～2m；⑶钢筋网：：筋径6～8mm，40cm×40cm的网格；(4)在洞门一定范范围内，宜尽尽量将地表锚锚杆插入拱部部衬砌中。2.地表锚喷加固固经验参数第6章隧道施施工方法6.7特殊地质地段段的隧道施工工特殊地质地段段：膨胀土、软弱弱黄土、溶洞洞、断层、流流沙、岩爆，，瓦斯地层等等。施工注意:●制订针对性强强的施工方案案。●施工总原则：：“先治水、短短开挖、弱爆爆破、强支护护、早衬砌、、勤检查、稳稳步前进”。●充分考虑采用用预支护、预预加固措施。。第6章隧道施施工方法1.膨胀土围岩的的特性膨胀土：土中粘土成分分主要由蒙脱脱石等亲水性性矿物组成。。特点：⑴明显的塑塑性流变特性性，开挖后塑塑性变形大。。⑵初期围岩岩变形大，且且变形发展速速度快。⑶膨胀压力力将使得围岩岩压力显著增增加。第6章隧道施施工方法6.7.1膨胀土围岩2.膨胀土围岩岩对隧道施施工的危害害⑴围岩裂裂缝⑵隧道下下沉⑶围岩鼓鼓出(包括底鼓)、坍塌⑷衬砌变变形和破坏坏第6章隧道道施工方法法3.隧道在膨胀胀土围岩中中的施工要要点⑴加强观观查与量测测⑵合理选选择施工方方法：短台阶或超超短台阶法法单侧壁导坑坑法环形开挖留留核心土法法眼镜工法等等第6章隧道道施工方法法4.隧道在膨胀胀土围岩中中的基本施施工原则施工基本原原则：应尽量减少少对围岩的的扰动和防防止水的浸浸湿。注意两点：：①尽量不用用爆破，而而是采用风风镐、液压压镐等开挖挖机械。②尽可能缩缩短围岩暴暴露时间，，及时支护护。第6章隧道道施工方法法4.膨胀土隧道道的支护结结构初期支护：：网、锚、喷喷联合支护护喷射钢纤维维混凝土(取消钢筋网网)辅助施工措措施：超前锚杆超前小导管管注浆管棚、钢支支撑等。衬砌：必须设仰拱拱。第6章隧道道施工方法法6.7.2黄土1.黄土分类及及其对隧道道施工的影影响⑴黄土节节理◆在隧道开挖挖时，土体体顺着节理理张松或剪剪断。◆隧道顶部极极易产生““塌顶”；；◆侧壁普遍出出现掉土。。第6章隧道道施工方法法⑵黄土冲冲沟地段隧道沿黄土土冲沟或塬边(四边陡、顶顶上平的黄黄土高地)地段穿过，，且覆盖较较薄或偏压压较大时，，容易发生生较大的坍坍塌或滑坡坡现象。⑶黄土溶溶洞与陷穴穴这是黄土地地区经常见见到的现象象。◆隧道若在其其上方，则则有基础下下沉的危害害；◆隧道若在其其下方，常常有发生冒冒顶的危险险；◆隧道若在其其邻侧，则则有可能承承受偏压。。第6章隧道道施工方法法⑷水对黄黄土隧道施施工的影响响◆黄土在干燥燥时很坚固固，承压力力也较高，，施工可顺顺利进行。。◆当土受水浸浸湿后则呈呈不同程度度的湿陷性性，会突然然发生下沉沉现象，极极容易造成成隧道坍塌塌。第6章隧道道施工方法法2.黄土隧道的的施工方法法◆施工原则则：“短开挖、、少扰动、、强支护、、实回填、、严治水、、勤量测””。◆开挖方法法：短、超短台台阶法、环环形开挖留留核心法。。第6章隧道道施工方法法6.7.3溶洞岩溶：可溶性岩层层，如石灰灰岩、白云云岩等，在在水的作用用下产生沟沟槽、空洞洞以及地表表陷穴等现现象。溶洞：溶洞是岩溶溶现象的一一种。1.溶洞的类型型及其对隧隧道施工的的影响◆溶洞类型型：●死、干、小小型溶洞：：较容易处处理●活、湿、大大型溶洞：：较难处理理。第6章隧道道施工方法法◆对隧道施工工影响：●溶洞岩质破破碎，容易易发生坍塌塌；●溶洞位于隧隧道底部，，充填物松松软且深，，使隧道基基底难于处处理；●溶洞涌泥危危及施工。。2.隧道遇到溶溶洞时的工工程对策处理溶洞的的方法：“引、堵、、越、绕””四种。第6章隧道道施工方法法⑴引◆注意：遇到暗河或或溶洞有水水流时，宜宜排不宜堵堵。◆方法：暗管、涵管管或小桥等等，见图6-19。⑵堵◆对象：已停止发育育、跨径较较小，无水水的溶洞。。◆方法：●混凝土、浆浆砌或干砌砌片石回填填封闭，见图6-20；●隧顶溶洞，，锚喷加固固，必要时时注浆加固固与堵水，，并加设隧隧道护拱及及拱顶回填填，见图6-21。第6章隧道道施工方法法第6章隧道道施工方法法⑶越◆现象1：隧道一侧遇遇到狭长而而较深的溶溶洞。●方法：加深该侧的的边墙基础础(图6-22)。◆现象2：隧道底部遇遇有较大溶溶洞并有流流水。●方法：在隧底以下下砌筑圬工工承重墙，，跨越而过过，承重墙墙内套设涵涵管引排溶溶洞水(图6-23)。◆现象3：隧道过墙部部位遇到较较大、较深深的溶洞，，加深边墙墙基础困难难。●方法：在边墙下或或隧底以下下筑拱跨过过(图6-24)。第6章隧道道施工方法法第6章隧道道施工方法法⑷绕若溶洞处理理耗时，可可采用迂回回导坑绕过过溶洞，继继续隧道前前方的施工工,同时处理溶溶洞。3.溶洞地段施施工的注意意事项⑴多作物物探超前预预报，如地地质雷达。。⑵穿过溶溶洞时，细细查溶洞顶顶部，及时时处理危石石。⑶严格控控制爆破药药量，减少少对围岩的的扰动。第6章隧道道施工方法法6.7.4岩爆◆岩爆：岩体中聚集集的高弹性性应变能因因隧道开挖挖而发生的的一种应力力突发现象象。◆岩爆形成成的两个条条件：(1)地层的岩性性条件。结构基本完完整的脆硬硬岩地层。。多见于石石英岩、花花岗岩、正正长岩、闪闪长岩、花花岗闪长岩岩、大理岩岩、片麻岩岩等。(2)地应力条件。埋深大的隧道，，因只有埋深大大才足以形成高高地应力，埋深深超过700m的隧道发生岩爆爆的情况居多。。第6章隧道施工工方法1.隧道内岩爆的特特点⑴岩爆在发生前前并无明显预兆兆，总是突然发发生。⑵岩爆时，岩块块自洞壁迸射而而出，块度从几几厘米到几十厘厘米不等，甚至至上吨重岩石从从拱部弹落。⑶岩爆多发生在在新开挖工作面面及其附近。危险性：伤害人员、损坏坏机械！第6章隧道施工工方法2.岩爆的防治措施施⑴强化围岩出发点：给围岩一定的径径向约束，使围围岩的应力状态态从平面转向三三维。◆方法：锚喷加固、网锚锚喷联合、钢支支撑网喷联合、、注浆等。⑵弱化围岩◆方法：●往岩层中注水：：可改变岩石的的物理力学性质质，降低岩石的的脆性和储存能能量的能力。●解除围岩中的高高地应力：预裂裂爆破、排孔法法、切缝法等。。可消减围岩中中的能量。第6章隧道施工工方法3.施工注意事项⑴超前地质预预报：平导超前、地质质雷达等。⑵爆破方法：：尽量采用能预先先释放地应力的的方法，如预裂裂爆破、切缝法法等。⑶缩短爆破进进尺：要尽快闭合支护护。第6章隧道施工工方法6.7.5高地温1.高地温的热源◆火山热的热源◆放射性元素裂变变热的热源2.隧道施工注意事事项及措施◆事项1：洞内温度应满足足相关规定，不不要超过30℃。●措施：主要措施为通风风和洒水。第6章隧道施工工方法◆事项2：防止高温地段段的二衬开裂。。●措施：(1)宜采用高炉矿碴碴水泥(分离粉碎型水泥泥)。(2)用防水板和无纺纺布，将二衬与与喷层隔离，可可使二衬的收缩缩不受约束。(3)在防水板和二衬衬之间设置隔热热材料，有助于