隧道施工主題知識講座

隧道施工---------------李娜隧道施工主題知識講座第1頁緒論一、隧道概念隧道通常是指修建在底層中地下通道等工程建筑物.它被廣泛地應(yīng)用于公路、鐵路、礦山、水利、市政和國防等方面.所以可單純了解為“地下通道”隧道概念.二、隧道基本分類與功效1.依隧道所處地質(zhì)條件,能夠分為土質(zhì)隧道和實質(zhì)隧道.2.按照隧道長度能夠分為短隧道（鐵路隧道要求:L≤500m:公路隧道要求L≤500m）、中長隧道（鐵路隧道要求:500<L≤3000m:公路隧道要求500<L<1000m）長隧道(鐵路隧道要求:3000<L≤10000m;公路隧道要求1000m≤L≤3000m)和專長隧道（鐵路隧道；L＞10000：公路隧道L＞30000）3.依據(jù)隧道橫斷面面積;極小斷面隧道(2-3㎡)、小斷面隧道(3-10㎡）、大斷面隧道（50-100㎡）、特大斷面隧道(大于100㎡)4.依隧道所在位置;山嶺隧道、水底隧道和城市隧道5.依據(jù)埋置深度:淺埋隧道和深埋隧道6按照用途:交通隧道、水工隧道、市政隧道和礦山隧道9中長隧道隧道施工主題知識講座第2頁隧道按照用途分類1.交通隧道:提供交通運輸和人行通道,以滿足交通線路通暢要求.普通包含.鐵路隧道(開挖隧道直接穿山而過.即可使線路順直,防止許多無謂占線,使線路縮短,又可降低坡度,使運行條件得以改進,提升牽引定數(shù),對拉多跑)公路隧道(高速公路對道路修建提出了較高標準,要求線路順直、坡度平緩、路面平緩.隧道修建在改進公路技術(shù)狀態(tài)、縮短運行距離、提升運輸能力、降低事故等方面起了主要作用)隨地隧道(交通線路需要跨江河湖海洋時,優(yōu)點是不受氣候影響,不影響通航,引道占地少,戰(zhàn)時不暴露交通設(shè)施目標)地下鐵道(處理大城市中交通擁擠.車輛堵塞問題,能大量,快速地運輸乘客一個城市交通設(shè)施)航運隧道(當(dāng)運河需要過分水嶺時,隧道將分水嶺兩邊河道貫通,即可縮短航程沒有可省去船匣費用,并使航運條件大為改進)人行地道(降低交通事故,提升交通運輸能力)隧道施工主題知識講座第3頁2.水工隧道:是水利工程和水力發(fā)電樞紐主要組成部分.普通包含:引水隧道(驚醒水資源調(diào)動或把水引入水電站發(fā)電機組,產(chǎn)生動力水資源.引水隧道內(nèi)部充水因而內(nèi)壁承壓,有只是部分過水,因而內(nèi)部只受大氣壓而無水壓,分別稱之為優(yōu)雅隧道和無壓隧道)排水隧道.把發(fā)電機組排出廢水送出去隧道導(dǎo)流隧道或泄洪隧道(疏導(dǎo)水流并補充溢洪道流量超限后泄洪作用)排沙隧道(用來沖涮水庫中淤積泥沙,把泥沙裹帶運出水庫,有時也用來放空水庫里水,方便進行庫身檢驗或修理建筑物)3.市政隧道:安置各種市政設(shè)施,改進人居環(huán)境,合理利用地下空間洞室.主要包含給水隧道.布置城市自來水供水管網(wǎng)污水隧道.本身倒流排送或由管道排污,普通排污隧道進口處,多設(shè)排渣隔柵,把漂浮雜物攔在隧道外面,不至于造成堵塞.管路隧道.供給煤氣、暖氣、熱水.線路隧道.鋪設(shè)電力電纜、通訊電纜隧道施工主題知識講座第4頁人防隧道.為戰(zhàn)士防空目標而修建隧道.4.礦山隧道.在礦山開采中,常設(shè)一些為采礦服務(wù)隧道,從山體以外通向礦床,并將開采到礦石運輸出來.主要有:運輸巷道給水隧道.送入清潔水為采掘機使用,并將廢水及積水經(jīng)過泵抽,派出隧道通風(fēng)隧道.凈化巷道中空氣,創(chuàng)造良好工作環(huán)境.三.隧道基本組成隧道能充分利用沿土地層固有性質(zhì),到達有效修建隧道目標,取得良好社會效益和經(jīng)濟效益.隧道普通由主體結(jié)構(gòu)物和從屬結(jié)構(gòu)物兩大部分組成.隧道施工主題知識講座第5頁1.隧道主體結(jié)構(gòu)物隧道主體結(jié)構(gòu)物由圍巖和支護結(jié)構(gòu)共同組成,用來保持巖體穩(wěn)定和隧道在使用中安全.支護又包含早期支護和二次襯砌.隧道開挖后,為了有效控制和約束圍巖變形,依據(jù)不一樣圍巖穩(wěn)定狀態(tài),及時施作噴射混凝土、錨桿、鋼纖維混凝土、鋼支撐等組合起來早期支護,以充分調(diào)動和發(fā)揮圍巖自承能力.同時,憑借早期支護良好柔性特點,使得他在與圍巖體共同變形過程中能有效調(diào)整圍巖應(yīng)力,控制圍巖作有程度變形,進而將圍巖體與早期支護組成統(tǒng)一承載體系,提升圍巖與支護共同作用.二次襯砌能夠用噴射砼層柔性支護,也能夠采取模筑混凝土施作,起到增加安全度、保護防水層、預(yù)防噴射混凝土層或圍巖風(fēng)化并作為安全貯備作用,確保隧道主體結(jié)構(gòu)永久穩(wěn)定和安全.隧道施工主題知識講座第6頁2.隧道從屬結(jié)構(gòu)物為了使隧道能夠正常使用,確保車輛安全通行而設(shè).其中包含:隧道通風(fēng)建筑物、安全避讓設(shè)施、照明設(shè)施和電力及通信信號安放設(shè)備.由此可見,隧道從屬結(jié)構(gòu)物是為運行管理、維涵養(yǎng)護、給水排水、供需發(fā)電、通風(fēng)、照明、通信、安全而設(shè)置.隧道主體結(jié)構(gòu)物與從屬結(jié)構(gòu)物一同組成永久性建筑物.3,隧道施工方法介紹〝愛護圍巖、內(nèi)實外美、重視環(huán)境、動態(tài)施工〞施工理念隧道施工主題知識講座第7頁當(dāng)前隧道施工方法主要有礦山法、明挖法、掘進機法、沉管法、盾構(gòu)法等.礦山法:是應(yīng)用最廣,最成熟山嶺隧道修建方法.施工時嚴格按照〝鉆孔-裝藥-爆破-通風(fēng)-出渣〞次序,一步一步循環(huán)開挖,并趨向大斷面少分部開挖,輔以簡單易行、安全可靠強有力支護結(jié)構(gòu).如全斷面法、臺階法、分部開挖法中(CD、CDR法)、側(cè)壁導(dǎo)坑法.明挖法:是在露天路塹地面上,或是從地表向下開挖基坑內(nèi),先修筑襯砌結(jié)構(gòu)物,然后敷設(shè)外貼式防水層,再回填覆蓋土石.明挖法多適合用于地下鐵道、城市市政隧道、山嶺隧道等埋深淺但難以暗挖地段掘進機法(硬巖):利用巖石隧道挖掘機在巖石地層中暗挖隧道一個施工方法,利用刀具一次便將隧道整個斷面切削成型,掘進時還兼有出渣及掘進作用隧道施工主題知識講座第8頁盾構(gòu)法:應(yīng)用于軟土、流沙、淤泥等特殊底層.用一個有形鋼制組件沿隧道設(shè)計軸線開挖土體,并向前進.這個鋼制組件在初步或最終隧道襯砌建成前,主要起防護開挖出土體,確保作業(yè)人員和機械設(shè)備安全作用,這個鋼制組件簡稱為盾構(gòu).盾構(gòu)另一個作用是承受來自底層壓力,預(yù)防地下水或流沙入侵.盾構(gòu)施工不但不受地面交通、河道、潮汐、氣候條件影響,而且盾構(gòu)推進、出土、襯砌拼裝等可實現(xiàn)自動化、智能化和施工遠程控制信息化,掘進速度較快,施工勞動強度低,并含有顯著環(huán)境保護功效.沉管法(水底隧道):將預(yù)制好隧道管段拖航浮運至隧止,沉入基槽并進行水下連接,從而形成隧道.隧道施工主題知識講座第9頁第一章圍巖分級與壓力隧道施工主題知識講座第10頁

第一節(jié)圍巖分級

一.概述圍巖定義.圍巖是指隧道開挖后其周圍產(chǎn)生應(yīng)力重分布巖體,或指隧道開挖后對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響那部分巖體.(巖體土體與巖體總稱)在不一樣巖體條件中開挖隧道后巖體所表現(xiàn)形態(tài).充分穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、暫時穩(wěn)定和不穩(wěn)定.分級目標.隧道工程所處地質(zhì)條件十分復(fù)雜,依據(jù)長久工程實際,工程師認識到各種圍巖物理性質(zhì)之間存在一定內(nèi)在聯(lián)絡(luò)和規(guī)律,依據(jù)這些規(guī)律可將圍巖分成若干級.圍巖分級目標是:作為選擇施工方法依據(jù);進行科學(xué)管理及正確評價經(jīng)濟效益;確定結(jié)構(gòu)上荷載;給出襯砌結(jié)構(gòu)類型和尺寸;作為制訂勞動定額、材料消耗標準基礎(chǔ).隧道施工主題知識講座第11頁二、圍巖分級方法圍巖分級要素.第一類;與巖性相關(guān)要素.比如硬巖、軟巖、膨脹巖.其分級指標是巖石強度和變形性質(zhì)等,比如巖石單軸抗壓強度、巖石變形模量和彈性波速度等第二類:與地質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)要素,如軟弱結(jié)構(gòu)面分布于性態(tài)、風(fēng)化程度等.其分級指標采取巖石質(zhì)量指標、地質(zhì)原因評分法等.這些指標其實是對巖體完整性或結(jié)構(gòu)狀態(tài)評價.在劃分圍巖級別中普通占有主要地位.第三類:與地下水相關(guān)要素按其性質(zhì)主要分為以下幾類:.三、我國鐵路隧道圍巖分級法1.圍巖分級:在我國現(xiàn)行《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003-)中明確要求了圍巖分級法應(yīng)由巖石堅硬程度和巖體完整程度兩個原因決定,巖石堅硬程度和巖體完整程度應(yīng)采取定性劃分和定量指標兩種方法綜合確定隧道施工主題知識講座第12頁2.圍巖基本分級按照以上幾個原因,把圍巖分為六級.依其堅硬程度和完整程度由好到差依次分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級.3.圍巖分級修正.結(jié)合隧道工程特點,考慮地下水狀態(tài)、初始地應(yīng)力狀態(tài)等必要原因,圍巖級別在基本分級基礎(chǔ)上應(yīng)該進行修正.隧道施工主題知識講座第13頁第二節(jié)、圍巖壓力一、概述1.圍巖壓力.圍巖壓力是指導(dǎo)起隧道威嚴和支護變形和破壞作用力,既包含由地引力引發(fā)圍巖壓力,由包含圍巖變形受到支護約束力而作用在支護結(jié)構(gòu)上作用力.(1)坑道開挖前巖體中應(yīng)力狀態(tài).坑道開挖前,巖體是一個處于平衡狀態(tài)半無限體,在僅有重力作用下,其中任一深度應(yīng)力狀態(tài)以下列圖:隧道施工主題知識講座第14頁(2)基坑開挖后圍巖應(yīng)力狀態(tài),因為基坑開挖破壞了原來平衡狀態(tài),使靠近坑道周圍部分圍巖應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了改變,同時產(chǎn)生了位移,直至新平衡狀態(tài).其應(yīng)力狀態(tài)以下列圖:隧道施工主題知識講座第15頁2.圍巖壓力客觀表現(xiàn)無支護坑道,往往有巖塊掉落或從坑道周圍彈出,局部坍塌、圍巖內(nèi)擠、坑道底部鼓起,甚至全部垮塌.有支護坑道,則會產(chǎn)生支護破裂、變形、坍毀等.在有些條件下,即使無支護,但坑道坍塌到一定程度下會穩(wěn)定下來.而且成為一個自然拱形.實際上是以自然拱承受著上覆土體重力,即所謂成拱作用.拱下和坑周圍兩側(cè)坍塌巖體則是施加給坑道支護結(jié)構(gòu)荷載,即所謂松動圍巖壓力.隧道施工主題知識講座第16頁3.水平坑道中圍巖壓力種類:垂直壓力、側(cè)壓力、底壓力.其分布可假設(shè)為規(guī)則(均勻分布),實際上往往是不規(guī)則,當(dāng)?shù)匦胃淖冚^大或坑道兩側(cè)山體高差很大時,則要依據(jù)情況深入分析.4.圍巖壓力影響原因:工程地質(zhì)原因.原始應(yīng)力狀態(tài)、巖石力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)面等.工程結(jié)構(gòu)原因.支護方法、支護設(shè)置時間、支護本身剛度、坑道形狀和尺寸、埋置深度等.其中其決定性作用是圍巖地質(zhì)條件,它是內(nèi)因.外因分析:二、確定圍巖壓力方法確定隧道圍巖方法普通有:現(xiàn)場量測法、理論計算法、統(tǒng)計法.現(xiàn)場量測法是用儀器實地量測圍巖壓力方法,最具說服力.但因量測技術(shù)伎倆方面原因影響,量測俄結(jié)果不能充分反應(yīng)真實隧道施工主題知識講座第17頁情況;理論計算是用一些成熟計算理論對圍巖體做一些假定,來實現(xiàn)對隧道圍巖壓力計算,因圍巖條件千變?nèi)f化,所用計算參數(shù)難免與實際不符,故現(xiàn)階段理論計算方法往往還需要配合其它方法.經(jīng)過實際工程圍巖壓力值統(tǒng)計分析而成經(jīng)驗計算方法含有簡單可靠等特點而被廣范采取.當(dāng)前,在實際中往往用上述幾個方法相互驗證.1.深埋隧道圍巖壓力計算單線深埋隧道襯砌圍堰松弛壓力時,圍巖壓力按渙散壓力考慮.(1)垂直均布壓力作用大標準值可按下式確定

q=rh

h=0.41

×1.79?s式中：q-垂直均布壓力（kPa）

R-圍巖重度（K

N/m2)

h-圍巖壓力計算高度

S-圍巖級別，如Ⅱ級圍巖s=2（2)水平均布壓力作用。水平均布壓力作用標準值可按下表確定。

圍巖級別Ⅰ、ⅡⅢⅣⅤⅥ水平均布壓力作用0〈0.15q(0.15-0.30)q(0.10-0.50)q(0.50-1.00)

q隧道施工主題知識講座第18頁以上兩式使用條件:不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹性壓力普通圍巖;采取鉆爆法施工隧道.當(dāng)?shù)孛嫠交蚩拷?且單(雙)線隧道覆蓋深度小于下表所列數(shù)值時,應(yīng)按淺埋隧道進行設(shè)計.2.淺埋隧道圍巖壓力對于淺埋隧道而言，因為形不整天然拱而不能再套用深埋隧道圍巖壓力確實定方法，所以要經(jīng)過研究淺埋隧道巖體平衡條件，找出新方法。圍巖級別ⅢⅣⅤ單線隧道m(xù)5-710-1418-25隧道覆蓋深度m8-1015-2030-35隧道施工主題知識講座第19頁（1）深、淺埋隧道判定標準普通情況下是以隧道能否形整天然拱為深、淺埋隧道判定標準，但詳細較難確定，當(dāng)前在鐵路隧道設(shè)計中是以實際統(tǒng)計資料來確定。Hp=(2-2.5)hq式中：Hp-深、淺埋隧道分界埋深；Hq-鐵路隧道實際塌方體統(tǒng)計平均高度，hq=0.41×1.79?s.w(w=1)當(dāng)埋深h》Hq時為深埋隧道；當(dāng)h〈Hq時為淺埋。普通在松軟圍巖中去最高限，在最低圍巖中取最低限，其它情況試情況而定。（2）淺埋隧道圍巖壓力確定方法隧道施工主題知識講座第20頁當(dāng)h《hq時，作用在隧道襯砌上壓力為q=rhe1=rhγe2=

rγ(h+ht)γ=tan?2(45o-Φ/2)式中：ht=隧道開挖高度(m)

h=隧道埋深(m)

e1=作用在隧道頂處側(cè)壓力（K

N/m2)

e2=作用在隧道底處側(cè)壓力（K

N/m2)

Φ=圍巖計算摩擦角(o)當(dāng)hq〈h〈Hp時,垂直均布壓力標準值計算qk=rh(1-bkh/B)隧道施工主題知識講座第21頁式中r-圍巖重度(kN／m3)按下表取值

h-隧道覆蓋深度(m)

B-坑道深度(m)

bk-隧道均布作用夾持系數(shù),按下表取值圍巖重度及夾持系數(shù)圍巖級別ⅣⅤⅥ圍巖重度r(kN／m3)20.518.516.0拱部截面夾持系數(shù)bk0.100.080.01邊墻截面夾持系數(shù)bk0.230.160.08隧道施工主題知識講座第22頁水平側(cè)壓力按梯形分布,其標準值按下式計算Eik=rhγEik-結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi),任一點水平側(cè)壓力標準值hi-結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi),任一點離地面高度γi-側(cè)壓力系數(shù),按下表取值圍巖級別ⅣⅤⅥ拱部截面?zhèn)葔毫ο禂?shù)0.150.250.35邊墻截面?zhèn)葔毫ο禂?shù)0.350.50.65隧道施工主題知識講座第23頁某隧道洞口地段地質(zhì)條件為Ⅳ類圍巖,其隧道開挖高度為8.0米,寬度為6.4m,求洞頂4m.8m及12m處圍巖壓力.解計算隧道實際塌方體統(tǒng)計平均高度Hp=(2-2.5)hq=2.5×0.41×1.79?s.w=2.5×0.41×1.79?4=10.53m(1)求4m處圍巖壓力.h=4m〈Hp=10.53m,所以洞頂4m處為淺埋