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文檔簡介

1、第6章 隧道施工方法,一、隧道施工技術的發(fā)展 1、1949年以前 基本是人工開挖、手工操作襯砌、機具簡單、技術落后的時期。當時鐵路隧道建設既沒有固定專業(yè)技術隊伍,也沒有完整的設計、施工規(guī)范,設備機具少,方法簡單,工人勞動強度大,效率很低。,人工打眼 木排架支撐,2、20世紀50年代 (1)隧道施工由人力為主轉入小型機械施工; (2)制定了施工規(guī)范; (3)輔助坑道采用斜、豎井和平行導坑,豎井最深達130m; (4)施工方法以上下導坑先拱后墻法為主; (5)較長隧道試用后翻式裝碴機裝碴,用電瓶車牽引軌道運輸出碴; (6)逐步采用水泥砂漿注漿防水。,干風鉆打眼 濕風鉆打眼,1957年川黔線涼風埡隧

2、道,是我國建國后修建的第一座最長的隧道,也是首次采用平行導坑施工,也是由人工施工到輕型機械化施工的轉折點。,涼風埡隧道(單線,長4270m),3、20世紀6070年代 (1)推廣采用機械設備,以中小型機械施工為主; (2)平面控制測量采用閉合導線法和一條基線的三角網(wǎng); (3)施工方法以漏斗棚架先墻后拱法為主,部分采用全斷面開挖; (4)試用光面爆破; (5)對整治巖溶、巖爆、坍塌、涌水和瓦斯突出等也逐步積累經(jīng)驗。,關村壩隧道(單線,長6107m,使線路縮短10.1km),1966年成昆線上的關村壩隧道,長6107m,使線路縮短了10.1km,地質為灰?guī)r,采用上下導坑漏斗棚架法施工,組織均衡生產(chǎn)

3、,快速施工,創(chuàng)雙口月成洞672.71m的最快隧道施工記錄。中共中央1965年3月9日特發(fā)電報祝賀。發(fā)生過7次巖爆。,長沙隧道(雙線,長714m),1965年京廣線上的長沙隧道,長714m,埋深15m,是我國60年代地質最壞,塌方事故最多,施工方案多次變更,施工時限最長的雙線隧道,塌方199次,工期5年半。地質為砂頁巖、粘土砂層、砂卵石層、紅粘土等,地下水豐富。采用上下導坑先拱后墻法施工。,4、20世紀80年代 (1)普遍采用新奧法施工; (2)開挖方法普遍采用全斷面、半斷面法; (3)采用光面深孔爆破、預裂爆破、弱爆破技術減少對圍巖的擾動; (4)噴錨支護技術大發(fā)展; (5)編制鐵路隧道新奧法

4、指南; (6)應用監(jiān)控量測進行信息化設計和施工; (7)進入大型機械配套時期,引入鑿巖臺車、裝運碴機械、噴錨及灌漿機械; (8)在軟弱圍巖施工中由新奧法的發(fā)展出現(xiàn)淺埋暗挖法。,1987年京廣鐵路衡廣段復線的大瑤山隧道,雙線隧道,長14.29km。地質為白云質灰?guī)r、泥灰?guī)r及砂巖,斷層14條,涌水量高達51000m3/d。設計、施工均按新奧法原則進行,大斷面機械化作業(yè),首次采用復合襯砌。大瑤山隧道的建設,是新奧法原理在中國鐵路隧道施工中的成功典范,也是中國鐵路隧道建設新舊方法的轉折,是隧道發(fā)展史上的里程碑工程。,大瑤山隧道(雙線,長14.29km,縮短11km ),5、20世紀90年代以來 (1)

5、制定鐵路隧道噴錨構筑法技術規(guī)則,形成有中國特色的隧道修建新方法; (2)濕噴混凝土技術、工藝及濕噴機; (3)自進式錨桿支護技術的發(fā)展; (4)單線鐵路長隧道快速施工配套技術與設備;,(5)淺埋暗挖法進一步發(fā)展,由臺階法演變?yōu)閱蝹缺趯Э臃?、雙側壁導坑法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法); (6)采用隧道掘進機(TBM)施工,標志著我國單線鐵路長隧道的修建技術,也達到了國際先進水平。,秦嶺隧道(雙洞單線,長18.46km),1999年西安安康鐵路的秦嶺隧道,雙洞單線隧道,長18.46km。I線兩端采用TBM掘進,中間由II線平導及橫洞進入I線正洞采用鉆爆法開挖;II線等平導貫通后采用

6、鉆爆法擴挖。是我國隧道由鉆爆法施工上升到采用敞開式全斷面掘進機(TBM)施工的新臺階。標志著中國鐵路隧道機械化施工跨入世界先進行列,成為中國鐵路隧道史的里程碑。,二、隧道的施工特點,(1)隱蔽性大;,北京地鐵崇文門站,宜萬鐵路野山關隧道,謹慎規(guī)劃,嚴密把關,確保質量。,(2)作業(yè)的循環(huán)性強;速度慢,工期長。,廈門海底隧道開挖方法,第1步:開挖,第2步:安裝鋼拱架,第3步:噴混凝土,第4步:拆除臨時支護,第5步:二次襯砌,(3)作業(yè)空間有限;,(4)作業(yè)的綜合性;,廈門海底隧道斜井,(5)施工是動態(tài)的,施工過程的力學動態(tài)是變化的,圍巖物理力學性質也是變化的; (6)作業(yè)環(huán)境惡劣; (7)作業(yè)的風

7、險性大。,北京某明挖車站基坑坍塌,北京某暗挖區(qū)間坍塌,上海地鐵四號線樓房坍塌,宜萬鐵路某隧道涌水,圓粱山隧道突水突泥,某黃土隧道塌方,1. 隧道施工主要方法 礦山法 傳統(tǒng)礦山法 新奧法 明挖法 掘進機法 盾構法 沉管法 頂進法,三、 隧道施工方法及其選擇,2.隧道施工方法的分類,3.隧道施工方法的選擇原則,選擇施工方法時需考慮的基本因素大體上可歸納為:,1、 施工條件,2、 圍巖條件,3、 隧道斷面積,4、 埋深,5、 工期,6、 環(huán)境條件,“礦山法”因其最早應用于坑道采礦而得名。它是采用鉆眼爆破方式破巖,縱向分段,橫向全斷面或分部開挖,每一部分開挖成形后即對暴露圍巖加以適當?shù)闹位蛑ёo,繼而

8、提供必要的永久性人工結構以保持隧道長期穩(wěn)定的施工方法。礦山法又因其采用“鉆眼爆破”方式破巖,故隧道工程中也稱之為“鉆爆法”。,“傳統(tǒng)礦山法”,“新奧法”,礦山法,1963年,由奧地利學者L臘布茲維奇教授命名為“新奧地利隧道施工法(New Austria Tunneling Method)”,簡稱“新奧法(NTAM)”正式出臺,它是以控制爆破或機械開挖為主要掘進手段,以錨桿、噴射混凝土為主要支護方法,理論、量測和經(jīng)驗相結合的一種施工方法。同時又是一系列指導隧道設計和施工的原則。,6.2 新奧法,一、新奧法(NATM)概述,新奧法主要采用錨桿和噴射混凝土作為維護圍巖穩(wěn)定的初期支護,以幫助圍巖獲得初

9、步穩(wěn)定,施作后的錨噴支護即成為永久性承載結構的一部分而不予拆除,然后在此基礎上再施作內層襯砌作為安全儲備(內層襯砌也稱為后期支護)。初期支護、內層襯砌與圍巖三者共同構成了永久的隧道結構承載體系。,二、新奧法施工的基本程序,“少擾動、早支護(噴錨)、勤量測、緊封閉”,(1)少擾動,是指在進行隧道開挖時,要盡量減少對圍巖的擾動次數(shù)、擾動強度、擾動范圍和擾動持續(xù)時間。,(2)早支護(早錨噴),是指開挖后及時施作初期錨噴支護,使圍巖的變形進入受控制狀態(tài)。,(3)勤量測,是指以直觀、可靠的量測方法和量測數(shù)據(jù)來準確評價圍巖(或圍巖加支護)的穩(wěn)定狀態(tài),或判斷其動態(tài)發(fā)展趨勢,以便及時調整支護形式、開挖方法,確

10、保施工安全和順利進行。,(4)緊封閉,一方面是指采取噴射混凝土等防護措施,避免圍巖因長時間暴露而致強度和穩(wěn)定性的衰減,尤其是對于易風化的軟弱圍巖。另一方面更為重要的是指要適時對圍巖施作封閉形支護,而且可以使支護和圍巖能進入良好的共同工作狀態(tài)。,三、新奧法施工的基本原則,四、新奧法開挖施工方法,1.全斷面法 2.臺階法 3.分部開挖法,3.施工循環(huán)作業(yè),二襯,將3種臺階法放在一起比較: 區(qū)別主要在臺階長度。, 下半斷面開挖應在上半斷面初期支護基本穩(wěn)定后才能進行; 開挖后要及時噴砼,暴露時間愈長愈不安全; 量測要及時,當發(fā)現(xiàn)拱頂、拱腳和邊墻中部的位移速度加快時,應立即進行仰拱封閉。,臺階法施工注意

11、:,臺階法上斷面開挖,臺階法上斷面開挖,臺階法上斷面開挖,臺階法上斷面開挖,分部開挖法是開挖軟弱巖層或土層隧道的一種施工方法,主要適用于隧道斷面較大或圍巖穩(wěn)定性較差的條件下。它將隧道斷面分部開挖逐步成型,且一般將某部超前開挖。,導坑的作用主要是超前探察前方巖體的工程地質條件。,先行開挖形成的坑道稱為“導坑”,“導坑超前開挖法”,分部開挖法,1. 環(huán)形開挖留核心土法 特點: 留核心土支頂工作面,穩(wěn)定性優(yōu)于超短臺階法: 進度慢。 適用于:土質或易坍塌的軟弱圍巖;小型施工機具。,出口側壁導坑臺階法施工,中隔壁法(CD),適用于V級圍巖淺埋雙線隧道。,中隔壁法施工要求:,各部開挖時,周邊輪廓盡量圓順,

12、減小應力集中; 各部的底部高程應與鋼架接頭處一致; 每一部的開挖高度為35m;后一側開挖應全斷面及時封閉; 左右兩側縱向間距一般為30-50m; 中隔壁設置為弧形或圓弧形。,交叉中隔壁法(CRD),適用于級圍巖淺埋的雙線或多線隧道。,采用交叉中隔壁法施工,除滿足中隔壁法的要求外,尚應滿足: 設置臨時仰拱,步步成環(huán); 自上而下,交叉進行; 中隔壁及交叉臨時支護,在灌注二次襯砌時,應逐段拆除。,圣哥達隧道的木支撐,“傳統(tǒng)礦山法”是采用木構件或鋼構件作為臨時支撐,抵抗圍巖變形,承受圍巖壓力,獲得坑道的臨時穩(wěn)定,待隧道開挖成形后,再逐步地將臨時支撐撤換下來,而代之以整體式單層襯砌作為永久性支護的施工方

13、法。它是人們在長期的施工實踐中逐步自然發(fā)展起來的。,6.3 傳統(tǒng)礦山法,(一)概述,(二)傳統(tǒng)礦山法施工的基本程序,(三)傳統(tǒng)礦山法施工方法,全斷面法 臺階法 漏斗棚架法 蘑菇形法 上下導坑先拱后墻法,等。 僅選擇傳統(tǒng)礦山法中具有代表性的上下導坑法 予以介紹,以資與新奧法施工對照。,上下導坑先拱后墻法,優(yōu)點: 有拱圈保護,安全; 有兩個導坑,有利于通風、排水與運輸。 缺點: 兩個導坑增加了造價; 邊墻須開挖馬口,進度慢。 適應于:、級圍巖。,名詞解釋: 挖馬口在“先拱后墻法”施工中,開挖邊墻的工序。,上下導坑法施工,(四)新奧法與傳統(tǒng)的礦山法的主要區(qū)別,這不僅僅是技術手段上的不同,更重要的是對

14、工程問題認識的不同、理論解釋的不同和施工原則的不同。,新奧法與傳統(tǒng)的礦山法的主要區(qū)別在于支護方式的不同。,新奧法的錨噴初期支護與傳統(tǒng)礦山法的鋼木構件臨時支撐相比較,具有顯著的靈活性、及時性、密貼性、深入性、柔韌性、封閉性等工程特點。,它強調采用錨噴支護,而不大量采用鋼、木支撐;強調要及早閉合支護環(huán);提倡采用復合式襯砌,而不是采用剛度較大的單層襯砌;要求加強施工量測等。它是人們對隧道及地下工程問題認識和理解的一次重要進步,也是人們對隧道及地下工程理論的繼承和發(fā)展。,6.4.1 洞口段的概念 指洞口淺埋段,即開挖可能給洞口地表造成不良影響的范圍。,6.4 洞口段施工方法,洞口段施工中最關鍵的工序就

15、是進洞開挖。隧道進洞前應對邊仰坡進行妥善防護或加固,作好排水系統(tǒng)。,(1)在場地清理作施工準備時,應先清理洞口上方及側方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。,(2)洞口施工宜避開雨季和融雪期。,(3)洞口部分圬工基礎必須置于穩(wěn)固的地基上。,(4)洞門拱墻應與洞內相鄰的拱墻襯砌同時施工連接成整體,以確保拱墻連接良好。洞門端墻的砌筑與回填應兩側同時進行,防止對襯砌產(chǎn)生側壓。,(5)洞口段洞身施工時,應根據(jù)地質條件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素選擇開挖方法和支護方式。,(6)洞門完成后,洞門以上仰坡腳受破壞處,應及時處理。,洞口段施工注意事項:,影響施工方法的因素: 施工機具配備情況 洞外相鄰

16、建筑的影響 地形條件 地質條件-最為重要! 按地質條件,有以下幾種施工方法: 1. 全斷面法進洞 適應于:、級圍巖。 注意事項: 初始1020m區(qū)段的開挖,應將爆破進尺控制在23m。,6.4.2 進洞方法,視地質條件,嚴格控制爆破進尺: 、級圍巖短臺階 爆破進尺1.5m2.5m;網(wǎng)、錨、噴支護。 、級圍巖短臺階 爆破進尺在1.5m以內;超前錨桿(或小導管),鋼拱架。 、級圍巖超短臺階 進尺0.51.0m;不爆破,人工或機械挖掘;管棚與系統(tǒng)錨桿。 問題:、級圍巖能否用臺階法進洞? 答:可以,前提是在不具備全斷面進洞的條件下(無大型機具) 用長臺階法,但初始段爆破進尺仍應控制在23m內。,2. 臺階法進洞,當圍巖很差,超短臺階法往往還不夠安全,可用: 環(huán)形開挖留核心土法(前已述) 側壁導坑法(前已述) 下導坑法,3. 其它進洞方法,超前錨桿超前小導管管棚等適用于:軟弱地層等。,(4)預支護法進洞,現(xiàn)場管棚:,管棚及套拱

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