公路隧道課件

1、公路隧道施工技術(shù)1、隧道工程概論2、公路隧道施工方法3、隧道開(kāi)挖施工4、隧道施工中突出的幾個(gè)問(wèn)題5、我國(guó)和國(guó)外隧道施工對(duì)比一、隧道工程概論（一）隧道的定義： 通常指用作地下通道的工程建筑物。修建在巖石中稱為巖石隧道（山嶺隧道）；修建在土層中稱為軟土隧道（水底或城市道路隧道）。（二）隧道組成 洞門（端墻、翼墻、削竹、遮光式、環(huán)保型）、明洞（拱式、棚式）、洞身（曲墻、直墻、連拱）、隧道附屬設(shè)施（通風(fēng)、照明、應(yīng)急、公用）。（三）隧道施工組織設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)階段-初步施工組織設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)單位）2、施工準(zhǔn)備階段（投標(biāo)）-指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)（施工單位)3、施工階段-實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)（施工單位） 施組的內(nèi)容包括

2、文字和圖表兩部分，其中重點(diǎn)是施工方案的選擇，是決定工程全局的關(guān)鍵。 方案確定-進(jìn)度、勞動(dòng)力、機(jī)械配套、質(zhì)量、安全、成本等將一一確定。 施工方案選擇：1、內(nèi)容 主導(dǎo)施工過(guò)程中的施工方法；總的施工程序安排；選擇施工中的機(jī)械設(shè)備；質(zhì)量、安全、成本、環(huán)保等技術(shù)保證措施。2、原則 優(yōu)質(zhì)、安全、快速、經(jīng)濟(jì)（方案比較）、均衡生產(chǎn)B、支護(hù)1、臨時(shí)支護(hù) 剛性支護(hù)-木支撐、鋼支撐、鋼木混合支撐、鋼筋砼支撐 柔性支護(hù)-錨桿支護(hù)、噴砼支護(hù)、錨噴聯(lián)合支護(hù)、錨噴及鋼架聯(lián)合支護(hù)2、永久支護(hù) 整體式襯砌:永久性隧道模注砼襯砌 復(fù)合式襯砌：現(xiàn)代支護(hù)理論和新奧法施工原則，由初支和二次支護(hù)（二襯）組成，初支為主要承載結(jié)構(gòu)，二次支護(hù)

3、則是安全儲(chǔ)備（類圍巖及以上）或承受后期圍巖壓力（類及以下）。在圍巖穩(wěn)定后施做。 隧道施工方案的選擇就是依據(jù)所處地理位置、隧道地質(zhì)條件、隧道長(zhǎng)度、隧道斷面、工期要求、施工中勞力、材料供應(yīng)情況結(jié)合已有技術(shù)力量，機(jī)械設(shè)備和施工經(jīng)驗(yàn)等實(shí)際情況選用合理的開(kāi)挖方式，確定運(yùn)用的開(kāi)挖方法，采取可靠的支護(hù)措施以及為完成開(kāi)挖和支護(hù)工作而需采取的技術(shù)措施及配備的機(jī)械設(shè)備、勞動(dòng)力、材料（施工三要素）等。隧道施工方法：1、山嶺隧道施工：（1）礦山法（鉆爆法） 傳統(tǒng)礦山法和新奧法（2）掘進(jìn)機(jī)法2、淺埋及軟土隧道施工（1）明挖法（2）蓋挖法（3）淺埋暗挖法（4）盾構(gòu)法3、水底隧道施工沉管法、盾構(gòu)法公路隧道常用施工方法常用施

4、工方法： 新奧法 礦山法 掘進(jìn)機(jī)法 新奧法：-新奧地利隧道施工方法（NATM) 從巖體力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)并在總結(jié)隧道建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)立的指導(dǎo)隧道施工的方法。1、理論基礎(chǔ)：最大限度地發(fā)揮圍巖的自承作用。2、三大體系：錨噴量測(cè)光爆3、內(nèi)涵：保護(hù)圍巖，調(diào)動(dòng)和發(fā)揮圍巖的自承能力。礦山法： 視圍巖為松散體，開(kāi)挖后，圍巖自身無(wú)承載能力，產(chǎn)生松動(dòng)，剝離和墜落。必須用支護(hù)結(jié)構(gòu)承受山體的壓力。1、基礎(chǔ)理論： 圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)分離，荷載只是作用在剛性支護(hù)體系上，圍巖不是承載部分。2、施工順序： 施工準(zhǔn)備后確定施工方案，進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖后施做臨時(shí)支撐。在施工中根據(jù)情況就臨時(shí)支撐進(jìn)行撤換或加強(qiáng)后進(jìn)行整體式厚襯砌。3、施

5、工基本原則：少擾動(dòng)、早支撐、慎撤換、快襯砌 *新奧法的二襯僅作為安全儲(chǔ)備，而礦山法二襯為主承載結(jié)構(gòu)。礦山法(新奧法）施工順序圖（2）鋼支撐架設(shè)專用機(jī)安裝鋼架3臂液壓臺(tái)車打設(shè)錨桿10m3噴射機(jī)械手二次噴混凝土射礦山法(新奧法）施工順序圖（3）噴砼仰拱1300kg級(jí)反鏟開(kāi)挖仰拱（早期閉合用仰拱）礦山法（新奧法）施工順序圖（4）澆筑仰拱鋪防水板腳手架鋪防水板、布筋混凝土泵車全斷面模板臺(tái)車二襯澆筑混凝土2、掘進(jìn)機(jī)法施工巖石掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)機(jī)法：TBMTunnel Boring Machine 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)、對(duì)刀盤施加一定壓力、使其貼近巖壁、通過(guò)刀盤上裝設(shè)的盤形滾刀破碎巖石，使斷面一次成型的大型工程機(jī)械

6、。*1952年美國(guó)羅賓斯公司生產(chǎn)出第一臺(tái)掘進(jìn)機(jī)。*生產(chǎn)商：美國(guó)Robbins，德國(guó)德馬克公司Demag，維爾特公司W(wǎng)irth，瑞典阿特拉斯科普科公司的美國(guó)佳伐公司Jarva。*1966年中國(guó)第一臺(tái)直徑3.5米的全斷面掘進(jìn)機(jī)出廠1、施工優(yōu)點(diǎn)：（1）作業(yè)人員少，進(jìn)度快，日進(jìn)尺可達(dá)10-30米。（2）洞內(nèi)粉塵、有害氣體含量低，改善了勞動(dòng)條件；施工過(guò)程連續(xù)，有工廠化的特點(diǎn)。（3）對(duì)圍巖擾動(dòng)小，巖壁完整，施工安全，減少隧道塌方事故。（4）成洞質(zhì)量好，無(wú)超欠挖現(xiàn)象，襯砌支護(hù)質(zhì)量好、通風(fēng)條件好、減少輔助工程，節(jié)省投資。2、缺點(diǎn)（1）適合中硬巖施工，不宜在硬巖中施工，刀具易磨損、價(jià)格昂貴，且更換費(fèi)時(shí)費(fèi)工，成本

7、高。（2）一次性投資較大，現(xiàn)每臺(tái)市場(chǎng)價(jià)在4000-5000萬(wàn)人民幣。設(shè)備的型號(hào)一旦確定，開(kāi)挖斷面尺寸不可改變，機(jī)械運(yùn)輸和組裝較難。（6）刀盤到一定長(zhǎng)度，收縮側(cè)支撐，刀盤重量由前下支撐承擔(dān)，收縮推進(jìn)活塞，側(cè)支撐向前移動(dòng)，然后再將側(cè)支撐靴板頂攏洞壁，完成刀盤一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)。3、待發(fā)展技術(shù)：（1）增加護(hù)盾，提高適應(yīng)能力（2）增大刀盤直徑，改進(jìn)破巖能力（3）增加刀具壽命（4）改進(jìn)換刀技術(shù)（5）改進(jìn)調(diào)向裝置（6）非圓形斷面開(kāi)挖技術(shù)刀盤滾刀掘進(jìn)機(jī)法施工順序圖掘進(jìn)機(jī)法施工順序圖 TBM 短片TBM1、適用于公路隧道開(kāi)挖的常見(jiàn)施工方法：全斷面法 臺(tái)階法環(huán)形預(yù)留核心土法CD（中隔壁法）CRD（交叉中隔壁法）雙側(cè)壁

8、導(dǎo)坑法施工方法選擇的原則： 隧道所處的地質(zhì)條件三、山嶺隧道開(kāi)挖施工及爆破方法：常用方法之一：全斷面法適用范圍：類硬巖 石質(zhì)隧道常用方法之二：臺(tái)階法3臂液壓臺(tái)車適用范圍：普遍采用，多適用、類較軟且節(jié)理發(fā)育圍巖常用方法之三：環(huán)形預(yù)留核心土法臺(tái)階分部法（8步）適用范圍：土質(zhì)、軟弱圍巖掌子面易滑塌常用方法之四：CD（中隔壁法）14步適用范圍：圍巖穩(wěn)定性差，跨度較大，豎向變形大常用方法之五：CRD交叉中隔壁法（14步）適用范圍：圍巖穩(wěn)定性差，跨度較大，豎向變形大 ，橫向變形大常用方法之六：雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（10步）適用范圍：淺埋大跨度隧道，圍巖條件特別差嚴(yán)格控制地表沉降例如：隧道下穿公路2、隧道施工爆破方法

9、： 山嶺隧道常用掘進(jìn)方式是光爆（硬質(zhì)巖）和預(yù)裂爆破（軟質(zhì)巖），能使開(kāi)挖輪廓線符合設(shè)計(jì)要求，減少超欠挖量，并能減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。（1）鉆爆設(shè)計(jì)： 根據(jù)地質(zhì)情況、斷面大小、進(jìn)尺、爆破器材性能（毫秒非電雷管、 2號(hào)巖石硝銨炸藥、乳化炸藥、導(dǎo)爆管）、鉆爆機(jī)具（風(fēng)鉆、臺(tái)車）、出碴能力等編制鉆爆設(shè)計(jì)方案。鉆爆設(shè)計(jì)：炮眼（掏槽眼、輔助眼、周邊眼）的布置圖、數(shù)目、深度、角度、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)圖、起爆方法和順序等爆破設(shè)計(jì)圖： 炮眼布置圖、周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)圖、鉆爆參數(shù)表、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及設(shè)計(jì)施工相關(guān)的必要文字說(shuō)明。（2）光爆：（新奧法三大支柱之一） 定義： 通過(guò)調(diào)整周邊眼的爆破參數(shù)，使爆炸先沿各孔的中心連線形成貫

10、通的破裂縫，后使圍巖裂解，臨空拋擲。 起爆順序：掏槽眼-輔助眼-周邊眼-底板眼 輔助眼由內(nèi)向外逐層起爆，其數(shù)量根據(jù)斷面大小調(diào)整。（通過(guò)非電毫秒雷管來(lái)實(shí)現(xiàn)）光爆參數(shù)：1、周邊眼間距：E（cm）相鄰炮眼間的距離2、最小抵抗線：W （cm）周邊眼爆落的巖石的厚度3、相對(duì)距離：E/W4、裝藥集中度:q（Kg/m）-裝藥量 光爆參數(shù)通過(guò)試驗(yàn)確定，不同時(shí)間段圍巖不同，參數(shù)不同，屬于動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。參考對(duì)比數(shù)值見(jiàn)下表：光爆的實(shí)施：1、畫線布眼 測(cè)量班必須準(zhǔn)確放樣畫線，目前可以用幻燈布眼機(jī)布置炮眼，精度高、速度快。2、平行鉆眼 指各個(gè)炮眼的軸線保持平行。鑿巖臺(tái)車精度很高，是保證光爆的有效設(shè)備。鑿巖機(jī)鉆眼方向主要靠工

11、人的經(jīng)驗(yàn)。3、正確的裝藥結(jié)構(gòu)（連續(xù)、間隔）和準(zhǔn)確的起爆順序光爆實(shí)例：鉆爆設(shè)計(jì)圖和效果圖四、隧道施工中突出的幾個(gè)問(wèn)題： * 坍方 * 洞內(nèi)大變形 * 施工進(jìn)度慢 * 缺乏隧道施工專業(yè)化配套機(jī)械。* 塌方： 隧道突出問(wèn)題之一，會(huì)嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，安全隱患大，施工處理成本大。塌方發(fā)生后，首先查明塌方誘因，類型、范圍、形狀、塌穴的地質(zhì)構(gòu)造，確定初步處理方案，處理過(guò)程中不斷進(jìn)行完善。1、處理方案（1）先加固未塌方段，防止外延。（注漿、臨時(shí)鋼架）（2）塌碴堵死洞身時(shí)，采取先護(hù)后挖方法。噴砼封閉塌腔口，視情況采用管棚法或注漿固結(jié)法（需做止?jié){墻）穩(wěn)固圍巖體和碴體，待穩(wěn)定后，采用臺(tái)階分部法開(kāi)挖碴體。（3）開(kāi)挖后

12、立即支護(hù)，支護(hù)參數(shù)視塌方實(shí)況進(jìn)行調(diào)整，寧強(qiáng)不弱?。?）可采用砼護(hù)拱形式通過(guò)塌腔，護(hù)拱厚度根據(jù)塌腔塌空高度和圍巖穩(wěn)定性確定。塌穴較小，漿砌片石回填即可；塌穴較大，漿砌片石回填后用錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼支撐加固塌腔圍巖，。（5）按照強(qiáng)支護(hù)、緊封閉原則，處理夠一段二襯距離后，立即襯砌，二襯參數(shù)需加強(qiáng)，厚度應(yīng)按照松散體荷載（6）地表塌穴用不透水土夯填，標(biāo)高高出原地面，施做截水溝，做好排水工作。-完善后的方案需監(jiān)理、設(shè)計(jì)代表、業(yè)主方簽字共同認(rèn)可2、塌方預(yù)防新奧法理念：充分利用圍巖自穩(wěn)能力，圍巖可以達(dá)到自穩(wěn)狀態(tài)。（1）針對(duì)工程特點(diǎn)編制詳實(shí)的施工方案，特殊地段單獨(dú)編制施工方案。（2）嚴(yán)格按照新奧法施工原則進(jìn)行施工

13、。錨噴、量測(cè)、光爆。（3）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及施工規(guī)范進(jìn)行施工（4）合理組織、科學(xué)施工，杜絕個(gè)人主義和冒進(jìn)思想，避免人為制造塌方。3、塌方實(shí)例：（1）洞口坍方浙贛線某隧道工點(diǎn)，洞口處于淺埋偏壓段。經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)： 1、選線-淺埋、偏壓 2、地質(zhì)-弱膨脹土改為明洞經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)： 1、設(shè)計(jì)不到位 2、施工不到位西攀線某隧道洞口塌方，洞口防護(hù)不到位。設(shè)計(jì)思路： 早進(jìn)晚出，先護(hù)后挖施工實(shí)施： 洞口坡面防護(hù)必須到位不重視監(jiān)控量測(cè)工作, 襯砌滯后、開(kāi)挖過(guò)長(zhǎng)新奧法思路：量測(cè)、 封閉（2）洞內(nèi)塌方實(shí)例：施工不規(guī)范、二襯滯后、冒進(jìn)。* 變形 常見(jiàn)于石質(zhì)差、構(gòu)造復(fù)雜的軟弱圍巖隧道，如擠壓性圍巖，膨脹巖隧道。變形初期噴砼表面開(kāi)裂，

14、掉快，鋼架開(kāi)始彎曲，后期鋼架扭曲，甚至斷裂，共同的特征是：斷面縮小、基腳下沉、拱頂上抬、拱腰開(kāi)裂、基底鼓起。處理不及時(shí)就會(huì)導(dǎo)致塌方。涉及到工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本、效益等方面，危害極大。1、處理方案：（1）加固變形段：長(zhǎng)導(dǎo)管，長(zhǎng)錨桿深層注漿（2）拆除變形鋼架：短進(jìn)尺、弱爆破（3）重新施做初支：強(qiáng)支護(hù)，足夠預(yù)留量（4）二襯緊跟：夠長(zhǎng)度立即襯砌。2、預(yù)防措施 地質(zhì)條件差，設(shè)計(jì)偏弱，施工不規(guī)范均會(huì)導(dǎo)致變形侵限的產(chǎn)生，其中地質(zhì)條件是客觀原因；設(shè)計(jì)偏弱是因?yàn)榭碧劫Y料的不詳實(shí)，而勘探本身的局限性無(wú)法改變；而施工不規(guī)范純屬主觀原因，完全可以通過(guò)加強(qiáng)管理來(lái)杜絕 。（1）加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)，預(yù)報(bào)工作，根據(jù)結(jié)果及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)（2）加強(qiáng)圍巖量測(cè)工作，及時(shí)加固，及時(shí)二襯。二襯緊跟，必要時(shí)跳躍襯砌。（3）與設(shè)計(jì)、監(jiān)理及業(yè)主及時(shí)溝通，編制詳實(shí)的具有針對(duì)性的施工方案。（4）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行施工工程實(shí)例： I22鋼架間距40cm，仰拱鋼架封閉成環(huán)；噴砼厚度30cm；6.0米27自進(jìn)式錨桿每米21根；3.5米25自進(jìn)式錨桿每米21根；超前小導(dǎo)管間距30cm