隧道工程-第6章 隧道施工方法1

1、隧 道 工 程第6章 隧道施工方法（一）1本章學(xué)習(xí)要點(diǎn) 1.掌握隧道工程施工的特點(diǎn)、流程及常見(jiàn)問(wèn)題 2.了解隧道常用的修建方法 3.掌握鉆爆法各種開(kāi)挖工法及其特點(diǎn)、適用性 4.熟悉隧道進(jìn)洞施工常用方法 5.掌握隧道輔助施工措施的概念、作用機(jī)理、設(shè) 計(jì)參數(shù)、施工方法及質(zhì)量控制 6.了解特殊地質(zhì)隧道施工施工方法第6章 隧道施工方法26.1 概述6.2 礦山法施工方法6.3 洞口段與明洞施工方法6.4 輔助施工措施第6章 隧道施工方法6.5 特殊地段的隧道施工3本節(jié)主要內(nèi)容：隧道工程施工的特點(diǎn)隧道施工方法分類(lèi)隧道施工方法選擇6.1 概述4 隧道工程施工通常包括： 在地層內(nèi)挖出土方石方形成符合設(shè)計(jì)要求

2、的坑道，進(jìn)行必要的臨時(shí)支撐，和修筑最后的永久襯砌，以控制坑道圍巖變形，保證隧道長(zhǎng)期地安全使用，其中坑道開(kāi)挖是隧道施工的主要作業(yè)內(nèi)容。6.1 概述6.1.1 隧道工程的特點(diǎn) 1. 山嶺隧道施工的基本流程5施工準(zhǔn)備超前支護(hù) 開(kāi) 挖 初期支護(hù) 防水層 二次襯砌 路面及附屬6.1.1 隧道工程的特點(diǎn) 1. 山嶺隧道施工的基本流程6 2.隧道工程的施工特點(diǎn) （1）施工全過(guò)程受制于地質(zhì)條件 整個(gè)工程埋設(shè)于地下，因此工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件對(duì)隧道施工的成敗起著重要的、甚至是決定性的作用。 必須在勘測(cè)階段做好詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查和勘探，盡可能準(zhǔn)確地掌握隧道工程范圍內(nèi)的巖層性質(zhì)、巖體強(qiáng)度、完整程度、地應(yīng)力場(chǎng)、自穩(wěn)能力、

3、地下水狀態(tài)、有害氣體和地溫狀況等資料，并根據(jù)這些原始材料，初步選定合適的施工方法，確定相應(yīng)的施工措施和配套的施工機(jī)具。 6.1.1 隧道工程的特點(diǎn)7（2）屬狹長(zhǎng)建筑物，工作面很少 隧道是一個(gè)狹長(zhǎng)的建筑物，正常情況下只有進(jìn)口與出口兩個(gè)工作面，施工速度比較慢，工期也比較長(zhǎng)，往往使一些長(zhǎng)大隧道成為新建線(xiàn)路上起控制性作用的關(guān)鍵工程。 隧道斷面較小，工作場(chǎng)地狹長(zhǎng)，一些工序只能順序作業(yè)，很花時(shí)間，需通過(guò)合理的施工管理來(lái)予以協(xié)調(diào)。因此，如何在有限的施工空間中最大限度地發(fā)揮施工管理的作用，是影響施工進(jìn)度的關(guān)鍵性問(wèn)題。6.1.1 隧道工程的特點(diǎn)8（3）施工環(huán)境較差 在施工過(guò)程中還可能進(jìn)一步惡化，如爆破產(chǎn)生有害氣

4、體、噴射混凝土產(chǎn)生粉塵等。須采取有效措施加以改善，如人工通風(fēng)、防塵等，使施工場(chǎng)地符合衛(wèi)生條件，以保證施工人員的身體健康，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 （4）多地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通不便 隧道大多穿越崇山峻嶺，施工工地一般都位于偏遠(yuǎn)的深山狹谷之中，往往遠(yuǎn)離既有交通線(xiàn)，運(yùn)輸不便，供應(yīng)困難，這些也是規(guī)劃隧通工程時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的問(wèn)題。6.1.1 隧道工程的特點(diǎn)9（5）屬大型的隱避工程 隧道埋設(shè)于地下，一旦建成就難以更改，所以，除了必須審慎規(guī)劃和設(shè)計(jì)外，在施工過(guò)程中還要切實(shí)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，確保每一道工序都嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。 （6）施工不受氣候影響 與橋梁和線(xiàn)路工程相比，隧道施工可以不受或少受晝夜更替、季節(jié)變換、氣候變化等自然

5、條件的影響，可以長(zhǎng)年穩(wěn)定地安排施工。6.1.1 隧道工程的特點(diǎn)10隧道施工方法明挖法暗挖法明挖法蓋挖法沉埋法蓋挖順作法蓋挖逆作法礦山法機(jī)械法頂進(jìn)法傳統(tǒng)礦山法新奧法盾構(gòu)法掘進(jìn)機(jī)法6.1 概述6.1.2 隧道施工方法的分類(lèi)11 隧道施工一般可分為明挖法和暗挖法兩大類(lèi)。 1明挖法6.1 概述6.1.2 隧道施工方法的分類(lèi) 先將隧道上方地層全部挖開(kāi)，然后修筑隧道襯砌，并敷設(shè)外貼式防水層，再在上面進(jìn)行回填。此法使用于淺埋隧道如明洞和淺埋地下鐵道(也有挖上部分的)。12 1明挖法13 2暗挖法 不開(kāi)挖隧道上方地層，全部工程均在地下進(jìn)行。暗挖法又分為礦山法和機(jī)械化兩大類(lèi)。 （1）礦山法 凡采用鉆眼爆破為主來(lái)

6、開(kāi)挖隧道的方法，都可稱(chēng)為礦山法。它因最早應(yīng)用礦山開(kāi)采而得名。它是將隧道橫斷面進(jìn)行分塊開(kāi)挖和分部修建襯砌的。 主要應(yīng)用山嶺鐵路或公路隧道中。6.1 概述6.1.2 隧道施工方法的分類(lèi)14（2）盾構(gòu)法 是指用一種專(zhuān)門(mén)的機(jī)械“盾構(gòu)”(shield，TBM)來(lái)修筑隧道的方法。這種機(jī)械有專(zhuān)門(mén)的鑿巖設(shè)備和支撐與防護(hù)設(shè)備。它一般用于水底隧道或軟土深埋地下鐵道中。 6.1.2 隧道施工方法的分類(lèi)15 3其它施工方法 還有一些特殊的施工方法，如 沉管法 凍結(jié)法 頂管法等 也一般多用于城市隧道工程中。6.1.2 隧道施工方法的分類(lèi) 山嶺隧道一般都采用礦山法進(jìn)行施工，本章重點(diǎn)介紹：礦山法、明挖法 16 由于在進(jìn)行隧

7、道施工時(shí)，必須充分考慮隧道工程的特點(diǎn)，才能在保證施工安全的條件下，快速、優(yōu)質(zhì)、低價(jià)地建成隧道建筑物。因此對(duì)某個(gè)具體的隧道工程，就需要選擇與該工程的相適用的施工方法。選擇施工方法的主要原則可歸納為以下幾個(gè)方面： 1. 工程的重要性 一般由工程的規(guī)模，使用上的特殊要求，以及工期緩急體現(xiàn)出來(lái)。6.1 概述6.1.3 隧道施工方法的選擇17 2. 隧道的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件 即應(yīng)保證在開(kāi)挖過(guò)程中，坑道有足夠的穩(wěn)定性。 3. 工程結(jié)構(gòu)條件 即應(yīng)考慮隧道的埋深，斷面的形狀，尺寸和線(xiàn)路坡度等。 4. 施工條件 指應(yīng)考慮隧道所處的地形條件，作業(yè)場(chǎng)地布置，不同地質(zhì)地段改變施工方法的銜接問(wèn)題；同時(shí)應(yīng)盡量采用大斷

8、面或分部少的開(kāi)挖方法，以利簡(jiǎn)化工序，和拓寬工作面，便于機(jī)械化施工。6.1.3 隧道施工方法的選擇18 5. 技術(shù)條件 包括施工隊(duì)伍的技術(shù)水平，動(dòng)力和機(jī)具設(shè)備，施工期限和工程造價(jià)等，應(yīng)盡量考慮采用先進(jìn)施工技術(shù)、工藝和大型現(xiàn)代化設(shè)備。 6. 工程投資效益和環(huán)境要求 以上幾點(diǎn)尤以工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件是選擇施工方法的先決條件。當(dāng)然隧道施工方法的選擇，是一項(xiàng)“模糊”的決策過(guò)程，它依賴(lài)于有關(guān)人員的學(xué)識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、毅力和創(chuàng)新精神。6.1.3 隧道施工方法的選擇19本節(jié)主要內(nèi)容：礦山法施工方法的類(lèi)型全斷面法臺(tái)階法分部開(kāi)挖法施工中可能發(fā)生的問(wèn)題及其對(duì)策6.2 礦山法施工方法20 1.習(xí)慣分類(lèi) 目前在工程界常把礦山

9、法分為： 新奧法與傳統(tǒng)礦山法兩大類(lèi)型。 新奧法的施工方法脫胎于傳統(tǒng)礦山法，二者既有相同又有不同。 由于新奧法的廣泛普及，在我國(guó)的隧道工程中已很少采用傳統(tǒng)礦山法。 6.2 礦山法施工方法6.2.1 礦山法施工方法的類(lèi)型21 2.新奧法與傳統(tǒng)礦山法的關(guān)鍵異同點(diǎn)： 相同： 均采用鉆爆法施工。 不同： 對(duì)圍巖的處理不同。 新奧法施工的基本原則： “少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、緊封閉”。6.2.1 礦山法施工方法的類(lèi)型22開(kāi)挖工法全斷面法分部開(kāi)挖臺(tái)階法導(dǎo)洞法中導(dǎo)洞法和三導(dǎo)洞法上下臺(tái)階法臺(tái)階分部法單側(cè)壁導(dǎo)洞法雙側(cè)壁導(dǎo)洞法下臺(tái)階分部法上臺(tái)階分部法6.2.1 礦山法施工方法的類(lèi)型 3.新奧法施工的開(kāi)挖方法分類(lèi)23

10、 1. 施工順序 就是將全部設(shè)計(jì)斷面一次開(kāi)挖好，接著修建襯砌的方法，其橫斷面工序圖和縱斷面工序圖如所示：6.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法24 1. 施工順序 (1)用鉆孔臺(tái)車(chē)鉆眼，然后裝藥聯(lián)線(xiàn)； (2)退出鉆孔臺(tái)車(chē)，引爆炸藥，開(kāi)挖出整個(gè)隧道的斷面輪廓； (3)排除危石，安裝拱部錨桿(必要時(shí))和噴射第一層混凝土； (4)用裝碴機(jī)械將石碴裝入出碴車(chē)運(yùn)出洞外； (5)安裝邊墻錨桿(必要時(shí))和噴射第一層混凝土； 6.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法25 (5)安裝邊墻錨桿(必要時(shí))和噴射第一層混凝土； (6)必要時(shí)拱、墻噴射第二層混凝土； (7)按上述工序開(kāi)始下一輪循環(huán)作業(yè)； (8)在

11、圍巖和初期支護(hù)基本穩(wěn)定后，或按施工作者要求的日期施作二次襯砌及灌注底部混凝土。6.2 礦山法施工方法注：習(xí)慣標(biāo)注方法：阿拉伯字1、2、3.表示挖掘; 羅馬字、.表示支護(hù)；266.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法27 鉆爆作業(yè)循環(huán)：6.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法28 2. 適應(yīng)條件 (1)主要在穩(wěn)定的級(jí)圍巖中采用，但如果有可靠的支護(hù)手段(如鋼拱支撐，噴錨支護(hù))，在級(jí)圍巖或無(wú)水的級(jí)圍巖中亦可使用。 (2)需有全斷面鉆孔臺(tái)車(chē)，和高效率的裝運(yùn)機(jī)械及其配套設(shè)備：大型開(kāi)挖及運(yùn)輸設(shè)備。6.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法29 3優(yōu)點(diǎn) (1)工序少，相互干擾少，便于組織，施工和管理；

12、(2)開(kāi)挖一次成型，對(duì)圍巖擾動(dòng)少，有利于圍巖的穩(wěn)定性； (3)工作空間大，便于組織大型機(jī)械化施工，因此，施工進(jìn)度高，目前，我國(guó)雙線(xiàn)鐵路隧道一般都能保持月進(jìn)成洞平均150m左右，高者已接近300m/月。6.2 礦山法施工方法30 三條主要作業(yè)線(xiàn)： (1)開(kāi)挖作業(yè)線(xiàn) 鉆孔臺(tái)車(chē)、裝藥臺(tái)車(chē)、大型裝碴機(jī)與運(yùn)載車(chē) (2)錨噴作業(yè)線(xiàn) 混凝土噴射機(jī)、噴射機(jī)械手、運(yùn)輸進(jìn)料設(shè)施 (3)模注混凝土襯砌作業(yè)線(xiàn) 混凝土拌合、混凝土輸送、防水層作業(yè)、襯砌模板 4.機(jī)械化施工的關(guān)鍵6.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法316.2.2 全斷面法326.2.2 全斷面法33 1.臺(tái)階法的類(lèi)型 將斷面從上至下分成2個(gè)或3個(gè)臺(tái)

13、階進(jìn)行開(kāi)挖的方法； 根據(jù)臺(tái)階的長(zhǎng)度可分為3種 （1）長(zhǎng)臺(tái)階法 （2）短臺(tái)階法 （3）超短臺(tái)階法6.2 礦山法施工方法6.2.3 臺(tái)階法34 (1) 長(zhǎng)臺(tái)階法 上、下兩斷面相距較遠(yuǎn)，上臺(tái)階超前50m以上或大于5倍洞跨。甚至上臺(tái)階先可以貫通，即為“半斷面法”。 適用條件：適用于石質(zhì)較好的級(jí)圍巖和配備有中型鉆孔臺(tái)車(chē)的場(chǎng)地； 特點(diǎn)：進(jìn)度快，僅次于全斷面法。6.2.3 臺(tái)階法35 臺(tái)階縮短：（11.5）B L5B, 特點(diǎn)：支護(hù)閉合時(shí)間加快，圍巖穩(wěn)定性增加； 臺(tái)階縮短加大了對(duì)下臺(tái)階施工的干擾。 適用條件：、級(jí)圍巖，是施工中常采用的方法。(2) 短臺(tái)階法6.2.3 臺(tái)階法36 上臺(tái)階長(zhǎng)度僅為35m。 特點(diǎn)：

14、更有利于控制圍巖變形，但上下臺(tái)階相隔 太近，施工干擾大。 適用條件：軟弱破碎圍巖(、級(jí)圍巖) 超短臺(tái)階法6.2.3 臺(tái)階法37 將3種臺(tái)階法放在一起比較：區(qū)別主要在臺(tái)階長(zhǎng)度。6.2.3 臺(tái)階法38 2.臺(tái)階法的一般開(kāi)挖順序 (1)開(kāi)挖上半斷面（拱部）噴射混凝土對(duì)軟弱地層需安設(shè)錨桿和加設(shè)鋼支撐出碴。 (2)開(kāi)挖下半斷面(邊墻及底部)噴射混凝土同樣對(duì)軟弱地層需安設(shè)錨桿和加設(shè)鋼支撐，及時(shí)形成閉和圈出碴。 (3)修筑永久性模注襯砌。6.2.3 臺(tái)階法396.2.3 臺(tái)階法406.2.3 臺(tái)階法41 (1)初期支護(hù)閉合環(huán)的時(shí)間要求 圍巖越差，閉合時(shí)間要求越短，臺(tái)階必須縮短。 (2)施工機(jī)械的效率 效率高

15、，則可以縮短支護(hù)閉合時(shí)間，臺(tái)階可適當(dāng)加長(zhǎng)。 (3)原則：希望初期支護(hù)盡快閉合。 圍巖不好時(shí)，應(yīng)以條件為主； 圍巖較好時(shí)，應(yīng)以條件為主。3. 選擇臺(tái)階長(zhǎng)度的條件 6.2.3 臺(tái)階法42 （1）下半斷面開(kāi)挖:必要時(shí)下臺(tái)階可采用分部開(kāi)挖； （2）開(kāi)挖后要及時(shí)噴射混凝土，暴露時(shí)間愈長(zhǎng)愈不安全； （3）量測(cè)要及時(shí)，當(dāng)位移速度加快時(shí)，應(yīng)立即采取措施。4.短臺(tái)階施工注意事項(xiàng)：6.2.3 臺(tái)階法436.2.3 臺(tái)階法44 1.適用條件 主要應(yīng)用于斷面跨度較大的隧道。且?guī)r層較軟弱的地質(zhì)條件(如土質(zhì)或易坍塌)的隧道中(軟弱，松散圍巖)。 2. 類(lèi)型 (1)環(huán)形開(kāi)挖留核心土法； (2)單側(cè)壁導(dǎo)坑法； (3)雙側(cè)壁導(dǎo)

16、坑法其中(2)是(3)的變化方案； (4)中隔墻法(CD法)和交叉中隔墻法(CRD法)。 重點(diǎn)介紹前(3)種 6.2 礦山法施工方法6.2.4 分部開(kāi)挖法45 3. 環(huán)形開(kāi)挖留核心土法 （1）適用于：土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖；小型施工機(jī)具。 （2）特點(diǎn)： 留核心土支頂工作面，穩(wěn)定性?xún)?yōu)于超短臺(tái)階法： 進(jìn)度慢。 6.2.4 分部開(kāi)挖法46（3）作業(yè)順序 1)用人工或單臂掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖環(huán)形拱部(在能不爆破時(shí)盡量不爆破，以免擾動(dòng)圍巖)； 2)施作拱部初期支護(hù)，如架鋼支撐、打錨桿、噴砼； 6.2.4 分部開(kāi)挖法 3)在拱部初期支護(hù)的保護(hù)下，挖掘核心土； 4)開(kāi)挖下臺(tái)階，隨時(shí)接長(zhǎng)鋼支撐，施作邊墻初期支護(hù)并封底；

17、 5)根據(jù)初期支護(hù)的變形情況適時(shí)施作二次模筑襯砌47核心土工字鋼臨時(shí)工作平臺(tái)3. 環(huán)形開(kāi)挖留核心土法483. 環(huán)形開(kāi)挖留核心土法49 （1）適用于：斷面跨度大，對(duì)地表沉陷有控制要求的軟巖。 （2）特點(diǎn)： 洞室開(kāi)挖跨度減小，有利于圍巖穩(wěn)定； 導(dǎo)坑要閉合，增加了材料用量； 進(jìn)度慢。 4.單側(cè)壁導(dǎo)坑法6.2.4 分部開(kāi)挖法50 （3）作業(yè)順序 1)開(kāi)挖側(cè)壁導(dǎo)坑，并施作閉合臨時(shí)支護(hù)； 2)開(kāi)挖上臺(tái)階，進(jìn)行拱部初期支護(hù)，使其一側(cè)支承在導(dǎo)坑的初期支護(hù)上，另一側(cè)支承在下臺(tái)階上； 3)開(kāi)挖下臺(tái)階，進(jìn)行另一側(cè)邊墻的初期支護(hù)，并盡快施作底部初期支護(hù)，使全斷面形成閉合支護(hù)； 4)拆除導(dǎo)坑臨空部分的臨時(shí)支護(hù)； 5)施

18、作二次模注混凝土襯砌。 6.2.4 分部開(kāi)挖法514.單側(cè)壁導(dǎo)坑法6.2.4 分部開(kāi)挖法52 （1）適用于：對(duì)地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。 （2）特點(diǎn)： 雙導(dǎo)坑，使洞室最大開(kāi)挖跨度更小，穩(wěn)定性增加； 耗材增加； 進(jìn)度慢。 5.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡工法)6.2.4 分部開(kāi)挖法53 （3）作業(yè)順序 1)開(kāi)挖一側(cè)導(dǎo)坑，及時(shí)將其初期支護(hù)閉合； 2)相隔適當(dāng)距離后開(kāi)挖另一側(cè)導(dǎo)坑，將初期支護(hù)閉合； 3)開(kāi)挖上部核心土，施作拱部初期支護(hù)，拱腳支承在兩側(cè)壁導(dǎo)坑的初期支護(hù)上； 4)開(kāi)挖下臺(tái)階，施作底部的初期支護(hù)，使初期支護(hù)全斷面閉合； 5)拆除導(dǎo)坑臨空部分的初期支護(hù)； 6)待隧道周邊變形基本穩(wěn)定后，施作二

19、次模注襯砌。6.2.4 分部開(kāi)挖法546.2.4 分部開(kāi)挖法5.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡工法)556.2.4 分部開(kāi)挖法5.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡工法)566.2.4 分部開(kāi)挖法5.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡工法)576.2.4 分部開(kāi)挖法5.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡工法)586.2.4 分部開(kāi)挖法5.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡工法)596.2.4 分部開(kāi)挖法5.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡工法) 問(wèn)題： （1）雙側(cè)導(dǎo)坑的開(kāi)挖是對(duì)開(kāi)還是錯(cuò)開(kāi)？為什么？應(yīng)錯(cuò)開(kāi)挖，間距710m。避免在同一斷面上同時(shí)開(kāi)挖的總跨度過(guò)大。 （2）導(dǎo)坑尺寸如何確定？應(yīng)滿(mǎn)足施工要求，但寬度不宜超過(guò)斷面最大跨度的1/3。606.2.4 分部開(kāi)挖法5.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡

20、工法)6162本節(jié)主要內(nèi)容：洞口段的概念進(jìn)洞方法明洞施工方法6.3 洞口段與明洞施工方法63 1.概念 “洞口段”是指隧道開(kāi)挖可能給洞口地表造成不良影響(下沉、塌穴等)的洞口范圍。一般情況可按下圖劃分。6.3 洞口段與明洞施工方法6.3.1 洞口段的概念64埋深淺地質(zhì)條件差地表水匯集可能存在偏壓要考慮環(huán)境、景觀影響工序循環(huán)再準(zhǔn)備、磨合階段2.洞口段特點(diǎn)6.3 洞口段與明洞施工方法65 3.洞口段施工注意事項(xiàng): 先清理洞口邊仰坡有可能滑塌的表土及危石。 刷坡應(yīng)自上而下逐段開(kāi)挖。 不采用深眼大爆破開(kāi)挖邊仰坡。 洞門(mén)厚度內(nèi)的襯砌應(yīng)與洞身襯砌同時(shí)施工，連成 整體。 端墻砌筑與回填應(yīng)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)同時(shí)進(jìn)行，以防襯砌 產(chǎn)生偏壓。 洞口應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)襯砌段，其長(zhǎng)度一般不小于10m。6.3 洞口段與明洞施工方法66 影響施工方法的因素： 地質(zhì)條件-最為重要！ 地形條件 施工機(jī)具配備情況 洞外相鄰建筑的影響 隧道自身構(gòu)造特點(diǎn) 6.3 洞口段與明洞施工方法6.3.2 進(jìn)洞方法676.3 洞口段與明洞施工方法6.3.2 進(jìn)洞方法隧道進(jìn)洞方案刷坡進(jìn)洞 不刷坡進(jìn)洞強(qiáng)支護(hù)零開(kāi)挖進(jìn)洞 明洞暗做 掏槽先墻后拱 全斷面法進(jìn)洞 其它進(jìn)洞方法 進(jìn)洞方法