隧道施工方法

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