隧道工程第六章隧道施工方法2課件

隧道工程『第六章▎隧道施工方法『6.1▎隧道施工方法概述6『6.2▎主要開挖方法『6.3▎新奧法的基本概念SUIDAOGONGCHENG『6.4▎巖土控制變形分析工法簡介『6.5▎隧道洞口施工『6.1▎隧道施工方法概述隧道工程一、隧道施工基本概念1.隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技術和施工管理的總稱。2.隧道施工過程通常包括：在地層中挖出土石，形成符合設計輪廓尺寸的坑道；進行必要的初期支護和砌筑最后的永久襯砌，以控制坑道圍巖變形，保證隧道施工安全和長期地安全使用。SUIDAOGONGCHENG3.隧道施工方法分類：???傳統(tǒng)礦山法??礦山法(鉆爆法)??山嶺隧道施工方法??新奧法??掘進機法????明挖法????地下連續(xù)檣法??隧道施工方法?淺埋及軟土隧道施工方法?蓋挖法??淺埋暗挖法?????盾構(gòu)法??沉管法??水底隧道施工方法?盾構(gòu)法????隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程①礦山法：因最早應用于礦石開采而得名，它包括傳統(tǒng)方法和新奧法。由于在這種方法中，多數(shù)情況下都需要采用鉆眼爆破進行開挖，故又稱為鉆爆法。有時為了強調(diào)新奧法與傳統(tǒng)礦山法的區(qū)別，而將新奧法從礦山法中分出另立系統(tǒng)。②掘進機法：包括隧道掘進機（TunnelBoringMachine，簡寫為TBM）法和盾構(gòu)掘進機法。③沉管法、頂進法、明挖法：是用來修建水底隧道、地下鐵道、城市市政隧道等，以及埋深很淺的山嶺隧道。SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG明挖法隧道工程SUIDAOGONGCHENG頂管法隧道工程SUIDAOGONGCHENG沉管法施工技術：沉埋管段法；懸浮管段法。隧道工程SUIDAOGONGCHENG西康鐵路秦嶺隧道Ⅰ線(左線)隧道使用2臺8.8米敞開式掘進機（TBM）由隧道兩端相向施工。隧道工程SUIDAOGONGCHENG2007年7月26日，在南京地鐵二號線漢中門工地，工人們在順利出洞的盾構(gòu)機旁揮舞旗幟。隧道施工工法的對比隧道工程施工方法環(huán)境場地要求優(yōu)點缺點明挖法進度快，工作市郊施工場地開闊，軟破壞環(huán)境生態(tài)，面大，便于機巖和土體，如北京和影響交通，帶來械和大量勞動天津地鐵塵土和噪聲污染力投入埋深較淺對土體進行凍結(jié)、注漿、深層攪拌樁機械化程度低，地面干擾小，加固地基，管棚法加固，勞動強度高，環(huán)造價低淺埋車站，如北京、哈境惡劣，風險大爾濱等城市地鐵SUIDAOGONGCHENG暗挖法施工方法環(huán)境場地要求優(yōu)點缺點礦山法隧道工程巖石和堅硬土體，地面干擾小，造價進度慢，勞動強度如青島和重慶地鐵低高，風險大地面影響小，機械機械設備復雜，價化程度高，安全，格昂貴，施工工藝工人勞動強度低，繁，專業(yè)施工隊伍進度快城市軟地層、深埋盾構(gòu)法隧道，如上海、廣和頂管法州、北京等城市地鐵SUIDAOGONGCHENG速度快，機械化程鑿巖機法堅硬巖石地質(zhì)，如造價高，使用掌握度高，安全，地面（TBM）廣州地鐵復雜，刀具易磨損無干擾封鎖江河水面，專沉管法跨越江河湖海，軟造價省，速度快，門的駁運、下沉、(連續(xù)沉地基，如廣州、寧隧道斷面大對接的機具，水下井)波、上海過江隧道作業(yè)，風險大4、施工方法選擇需要考慮的因素①工程的重要性隧道工程一般由工程的規(guī)模、使用上的特殊要求，以及工期的緩急體現(xiàn)出來；②地質(zhì)和水文條件包括圍巖級別、地下水及不良地質(zhì)現(xiàn)象等；SUIDAOGONGCHENG?圍巖級別是對圍巖工程性質(zhì)的綜合判定，對施工方法的選擇起著重要的甚至決定性的作用；③施工技術條件和機械裝備狀況實踐證實，施工條件是決定施工方法的最基本因素，它包括一個施工隊伍所具備的施工能力、素質(zhì)以及管理水平。④施工中動力和原材料供應情況；隧道工程⑤隧道橫斷的形狀和尺寸⑥隧道的埋深：隧道的埋深與圍巖的初始應力場及多種因素有關，在同樣的地質(zhì)條件下，由于埋深不同，施工方法也有很大差異。⑦工期：工期決定了在均衡生產(chǎn)的條件下，對應配備的開挖、SUIDAOGONGCHENG運輸?shù)染C合生產(chǎn)能力的基本要求，即對施工均衡速度、機械化水平和管理模式的要求。⑧工程投資與運營后的社會效益和經(jīng)濟效益；⑨有關污染、地面沉降等環(huán)境方面的要求和限制。隧道工程應該看到隧道施工方法的選擇，是一項“模糊”的決策過程，它依賴于有關人員的學識、經(jīng)驗、毅力和創(chuàng)新精神。對于重要工程則需匯集專家們的意見，廣泛論證。必要時應當開挖試驗洞對理論方案進行實踐驗證。SUIDAOGONGCHENG從目前我國公路隧道發(fā)展趨勢來看，在今后很長一段時間內(nèi)，將以采用新奧法為主，這也符合世界潮流。5、隧道施工技術隧道工程隧道施工技術主要研究解決上述各種隧道施工方法所需的技術方案和措施（如開挖、掘進、支護和襯砌施工方案和措施）、隧道穿越特殊地質(zhì)地段時（如膨脹土、黃土、溶洞、塌方、流沙、高地溫、巖爆、瓦斯地層等）的施工手段、隧道施工過程中的通風、防塵、防有害氣體及照明、風水電作SUIDAOGONGCHENG業(yè)的方式方法和對圍巖變化的量測監(jiān)控方法。6、隧道施工管理隧道工程隧道施工管理是以按期完成合同為目的，研究隧道施工管理體系的建立、運行和改進，以及過程的計劃（plan）、實施（do）、檢查（check）、改進（action）（PDCA循環(huán)，又稱質(zhì)量環(huán)，是管理學中的通用模型）的方法和程序。按照管理的對象可以將隧道施工管理分為：人事管理、材料管理、機械管理、技術管理、質(zhì)量管理、經(jīng)濟管理、安全管理等方面。SUIDAOGONGCHENG二、山嶺隧道常規(guī)施工方法隧道工程又稱礦山法，因最早應用于礦石開采而得名，由于在這種方法中，多數(shù)情況下都需要采用鉆眼爆破進行開挖，故又稱為鉆爆法。有時候為了強調(diào)新奧法與傳統(tǒng)礦山法的區(qū)別，而將新奧法從礦山法中分出另立系統(tǒng)。習慣上將采用鉆爆開挖加鋼木支撐的施工方法稱為“傳統(tǒng)的礦山法”，采用鉆爆開挖加錨噴支護的施工方法稱為“礦山法”或“鉆爆法”。1.傳統(tǒng)的礦山法它是鑿眼爆破、以木或鋼構(gòu)件作為臨時支撐，待隧道開挖成形后，逐步將臨時支撐撤換下來，而代之以整體式襯砌作為永久性支護的施工方法。SUIDAOGONGCHENG隧道工程木構(gòu)件支撐耐久性差和對坑道形狀的適應性差，支撐撤換工作既麻煩又不安全，且對圍巖有所擾動，因此，目前已很少采用。鋼構(gòu)件支撐強度高、剛度大和對坑道形狀的適應性好等優(yōu)點，采用較多但也存在撤換時不完全，若不撤換時成本高，以及與圍巖非面接觸支撐的缺點。鋼木構(gòu)件支撐類似于地上的“荷載結(jié)構(gòu)”力學體系。維持坑道穩(wěn)定很直觀和奏效，也容易被施工人員理解和掌握。常被應用于不便采用錨噴支護的現(xiàn)代隧道中或處埋坍方等。2．礦山法隧道是圍巖和支護組成的體系，應充分保護圍巖，發(fā)揮其自身的承載能力，維護其穩(wěn)定性；只有充分掌握隧道的圍巖條件，才能有合理的隧道設計與施工。SUIDAOGONGCHENG隧道工程施工手段由人力、小型機械化、半機械化到機械化施工。人力施工指錘、釬、鎬、純?nèi)斯ぷ鳂I(yè)方式；小型機械化系指風動鑿巖機鉆眼、人力或小型裝渣機裝渣、人力或電瓶車牽引、小礦車運輸、人力或機械攪拌混凝土、人力灌注襯砌的施工模式；半機械化施工系指采用氣腿式風動鑿巖機或鑿巖臺車鉆眼、軌行鏟斗式裝渣機裝渣、礦車有軌運輸或汽車無軌運輸?shù)?，其主要特點是機械設備配套；機械化施工系指采用以臺車鉆眼、挖裝運機械化作業(yè)、噴錨支護機械化作業(yè)、混凝土襯砌機械化作業(yè)、注漿機械化作業(yè)等為特征的施工模式。施工技術上更加重視施工地質(zhì)調(diào)查工作，超前地質(zhì)預報的技術更加豐富和有效，光面控制爆破技術獲得了廣泛應用。噴錨支護技術已成為隧道施工支護的基本方式，實現(xiàn)了在硬巖、軟弱破碎圍巖、松散砂土等各類圍巖中的良好噴錨支護。SUIDAOGONGCHENG隧道工程在材料方面如ZM型系列早強砂漿錨桿、ZP型早強噴射混凝土新材料，纖維噴射混凝土降低噴射混凝土回彈和粉塵的混凝土增黏劑等；在工藝方面干噴、潮噴、濕噴混凝土都獲得了成功應用。在軟弱破碎圍巖中，形成了超前支護技術、地層預加固技術，以及多分部和各分部支護及時封閉技術等，這對現(xiàn)代礦山法的技術進步十分重要。SUIDAOGONGCHENG『6.2▎新奧法隧道工程『6.2.1▎新奧法名稱由來與產(chǎn)生的歷史背景新奧法的全稱是新奧地利隧道工程方法，即NewAustrianTunnelingMethod，縮寫為NATM，是由奧地利學者L.V.Rabcewiez、L.Muller等教授創(chuàng)建于上世紀五十年代，在1963年正式命名為新奧地利隧道工程方法。它的產(chǎn)生是基于以下背景：(1)錨桿支護在20世紀初出現(xiàn)(2)噴射混凝土機在20世紀40年代末研制成功(3)巖石力學的理論發(fā)展為新奧法提供了科學依據(jù)SUIDAOGONGCHENG『6.2.2▎新奧法的基本概念隧道工程以控制爆破（光面爆破、預裂爆破等）為開挖方法；新奧法以噴錨作為主要支護手段；通過監(jiān)測控制圍巖變形，動態(tài)修正設計參數(shù)和變動施工方法。SUIDAOGONGCHENG核心內(nèi)容是充分發(fā)揮圍巖的自承能力。把新奧法理解為隧道開挖與支護的方法誤以為采用了錨噴支護就是新奧法對施工監(jiān)控量測不夠重視對新奧法的誤解新奧法是修建隧道一種基本理論，是包含設計與施工內(nèi)容的隧道工程新概念。隧道工程對新奧法正確認識新奧法使用錨噴支護是為了達到保護圍巖強度、控制圍巖變形、實現(xiàn)發(fā)揮圍者自承能力的目的。只有采用施工監(jiān)控量測才能掌握圍巖變形動態(tài)，做到控制變形。錨桿、噴射混凝土和施工量測是新奧法的三大要素。SUIDAOGONGCHENG『6.2.3▎新奧法施工的要點1)在隧道的整個支護體系中，圍巖是承載結(jié)構(gòu)的一部分，施工中要合理利用圍巖的自承能力，保持圍巖的穩(wěn)定；2)隧道開挖時，應盡可能減輕對隧道圍巖的擾動或盡可能不破壞圍巖的強度。隧道工程3)允許圍巖有一定的變形，初期支護應盡量做成柔性的，以便與圍巖緊密接觸，共同變形和共同承載，充分圍巖的自身承載作用。4)洞室開挖后及時施作初期支護，封閉圍巖表面，抑制圍巖體的早期變形，待圍巖穩(wěn)定后，再進行二次襯砌，但遇軟弱圍巖特別是洞口段襯砌要緊跟。5)隧道的幾何形狀必須滿足在靜力學上作為圓筒結(jié)構(gòu)的計算條件，因此,要盡可能使結(jié)構(gòu)做得圓順(如做成圓形或橢圓形的),不產(chǎn)生突出的拐角,避免產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象。同時,盡早使襯砌結(jié)構(gòu)閉合(封底)，以形成承載環(huán)；SUIDAOGONGCHENG隧道工程6)對隧道周邊進行位移收斂量測是施工過程中必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，從現(xiàn)場量測反饋信息及時修改設計和施工方案。7)對外層襯砌周圍巖體的滲水，要通過足夠的“排堵措施”予以解決，如在兩層襯砌之間設置中間防水層等。『6.2.4▎新奧法施工方法1.全斷面法SUIDAOGONGCHENG全斷面法全稱為“全斷面一次開挖法”，即按隧道設計斷面輪廓一次開挖成型的方法，即一次鉆孔，一次爆破成型、一次初期支護到位，如圖6-3所示。全斷面法常適用于Ⅰ~III級硬巖的石質(zhì)隧道，可采用深孔爆破施工。IV級滿足從開挖到初支時間內(nèi)自身穩(wěn)定也可以采用。隧道工程SUIDAOGONGCHENG開挖斷面一次成型隧道工程SUIDAOGONGCHENG三臂鑿巖臺車開挖隧道工程SUIDAOGONGCHENG適用條件全斷面法適用于巖層覆蓋條件簡單、巖質(zhì)較均勻的硬巖中。必須具備大型施工機械。隧道長度或施工區(qū)段長度不宜太短。根據(jù)經(jīng)驗，這個長度不應小于1km。隧道工程2313掘進方向21圖6-3全斷面施工方法1-全斷面開挖；2-錨噴支護；3-模筑混凝土SUIDAOGONGCHENG優(yōu)點：較大的作業(yè)空間，有利于采用大型配套機械化作業(yè)，提高施工速度，工序少，干擾少，便于施工組織與管理，采用深孔爆破時，可加快掘進速度，對圍巖的震動次數(shù)較少，有利于圍巖穩(wěn)定。缺點：是由于開挖面較大，圍巖相對穩(wěn)定性降低，且每隧道工程循環(huán)工作量相對較大，要求施工單位有較強的開挖、出渣與運輸及支護能力，采用深孔爆破時，產(chǎn)生的爆破震動較大，對鉆爆設計和控制爆破作業(yè)要求較高。①鉆眼，裝藥、聯(lián)接導火線；②人機退出，引爆炸藥，開挖出整個隧道斷面；全斷面施工工序③排除危石（找頂）；④噴射拱圈混凝土，必要時安設拱部錨桿；⑤用裝碴機將石碴裝入運輸車輛，運出洞外；SUIDAOGONGCHENG⑥噴射邊墻混凝土，必要時安設邊墻錨桿；⑦根據(jù)需要可噴第二層混凝土和隧道底部混凝土；⑧開始下一輪循環(huán)；⑨通過量測判斷圍巖和初期支護的變形，待基本穩(wěn)定后，施作二襯砌。隧道工程SUIDAOGONGCHENG全斷面開挖法工作面設備布置隧道工程機械化施工的關鍵三條主要作業(yè)線：（1)開挖作業(yè)線鉆孔臺車、裝藥臺車、大型裝碴機與運載車…(2)錨噴作業(yè)線混凝土噴射機、噴射機械手、運輸進料設施…(3)模注混凝土襯砌作業(yè)線混凝土拌合、混凝土輸送、防水層作業(yè)、襯砌模板…問題：地質(zhì)條件變差時，大型機械怎么辦？1)加強對開挖面前方的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的調(diào)查。2)各工序機械設備要配套。3)加強各種輔助施工方法的設計和施工檢查。4)重視和加強對施工操作人員的技術培訓。5)在選擇支護類型時，應優(yōu)先考慮錨桿和噴射混凝土、掛網(wǎng)、拱架等支護型式。SUIDAOGONGCHENG全斷面施工注意問題隧道工程2.臺階法是新奧法中適用性最廣的施工方法，適用于雙線隧道Ⅲ、Ⅳ級圍巖，單線隧道Ⅴ級圍巖亦可采用，但支護條件應予以加強。它將斷面分成分成上下兩個斷面或上中下三個斷面分別進行開挖，如圖6-4所示，隨著臺階長度的調(diào)整，它幾乎可以用于所有的地層。根據(jù)臺階的長度，它有長臺階法、短臺階法和超短臺階法三種方式。全斷面法與短臺階法相結(jié)合的方法是目前隧道施工方法發(fā)展的趨勢。適用條件：跨度較大，圍巖較破碎的情況。選擇何種臺階法，取決于以下條件：SUIDAOGONGCHENG?形成閉合斷面的時間要求，圍巖越差，閉合時間要求越短，臺階必須縮短；?上斷面施工所用的開挖、支護、出碴等機械設備對施工場地大小的要求。效率高，則可以縮短支護閉合時間，臺階可適當加長。隧道工程1)長臺階法如圖6-5a，上、下開挖斷面相距較遠，一般上臺階超前50m以上或大于5倍洞寬。施工時，上、下部可配備同類機械進行平行作業(yè)。當機械不足時也可用一套機械設備交替作業(yè)，即在上半斷面開挖一個進尺，然后再在下斷面開挖一個進尺。當隧道長度較短時，亦可先將上半斷面全部挖通后，再進行下半斷面施工，習慣上又稱為“半斷面法”。2143465SUIDAOGONGCHENG圖6-4臺階施工方法1—上半部開挖2—拱部噴錨支護3—下半部中央部開挖4—邊墻部開挖5—邊墻部噴錨支護6—襯砌長臺階法的作業(yè)順序為：上半斷面開挖：隧道工程?用鉆孔臺車鉆眼、裝藥爆破，地層較軟時亦可用挖掘機開挖；?安設錨桿和鋼筋網(wǎng)，必要時加設鋼支撐、噴射混凝土；?用推鏟機將石碴推運到臺階下，再由裝載機裝入車內(nèi)運至洞外。下半斷面開挖：?用兩臂鉆孔臺車鉆眼、裝藥爆破、裝碴直接運至洞外；?安設邊墻錨桿(必要時)和噴混凝土；?用反鏟挖掘機開挖水溝，噴底部混凝土。SUIDAOGONGCHENG優(yōu)缺點及適用條件：隧道工程?有足夠的工作空間和相當?shù)氖┕に俣龋?上部開挖支護后，下部作業(yè)就較為安全；?相對于全斷面法來說，長臺階法一次開挖的斷面和高度都比較小，只需配備中型鉆孔臺車即可施工；?上下部作業(yè)有一定的干擾；凡是在全斷面法中開挖面不能自穩(wěn)，但圍巖堅硬不要用底拱封閉斷面的情況，都可采用長臺階法。SUIDAOGONGCHENG隧道工程（2）短臺階法如圖6-5b，這種方法也是分成上下兩個斷面開挖，兩個斷面相距較近，一般上臺階長度小于5倍但大于1~1.5倍洞寬，或5~50m，上下斷面基本上可以采用平行作業(yè)。短臺階法能縮短支護結(jié)構(gòu)閉合的時間，改善初期支護的受力條件，臺階縮短加大了對下臺階施工的干擾。當遇到軟弱圍巖時需慎重考慮，必要時應采用輔助施工措施穩(wěn)定開挖工作面，以保證施工安全。12B掘進方向12>5Ba)12B1掘進方向2>(1~1.5)Bb)SUIDAOGONGCHENG12Bc)掘進方向12<B圖6-5臺階法a)長臺階法b)短臺階法c)超短臺階法問題：臺階縮短對施工進度有何不利？答：上臺階存渣面積減小，往下臺階推渣次數(shù)增多。隧道工程解決辦法：增加平行作業(yè)的時間，有利于加快進度。①皮帶運輸機②過渡坡道Ⅰ、鋼結(jié)構(gòu)跳板(仰拱先做)Ⅱ、石碴坡道(仰拱后做)～見下面的相片SUIDAOGONGCHENG短臺階施工注意：①初期支護的全斷面閉合應在距開挖面30m以內(nèi)，或距開挖上半斷面開始的30天內(nèi)完成；②初期支護變形、下沉顯著時，要提前閉合；③研究在保證施工機械正常工作的前提下臺階的最小長度。隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程(3)超短臺階法如圖6-5c，這是一種適于在軟弱地層中開挖的施工方法，一般在膨脹性圍巖及土質(zhì)地層中采用。為了盡快形成初期閉合支護以穩(wěn)定圍巖，上下臺階之間的距離進一步縮短，上臺階僅超前3~5m，不能平行作業(yè)，只能采用交替作業(yè)，上下臺階相隔太近，施工干擾大，施工進度會受到很大的影響。在軟弱圍巖中采用超短臺階法施工時應特別注意開挖工作面的穩(wěn)定性，必要時可對圍巖采用預加固或預支護措施，如向圍巖中注漿或打入超前水平小導管等。SUIDAOGONGCHENG隧道工程超短臺階法施工作業(yè)順序?用一臺停在臺階下的長臂挖掘機或單臂掘進機開挖上半斷面至一個進尺；?安設拱部錨桿、鋼筋網(wǎng)或鋼支撐，噴拱部混凝土；?用同一臺機械開挖下半斷面至一個進尺。安設邊墻錨桿、鋼筋網(wǎng)或接長鋼支撐，噴邊墻混凝土(必要時加噴拱部混凝土)；?開挖水溝、安設底部鋼支撐，噴底拱混凝土。灌注內(nèi)層襯砌。問題：能否下臺階先進？答：反臺階法。速度快；不安全淘汰?。?！SUIDAOGONGCHENG隧道工程臺階法優(yōu)點：開挖作業(yè)空間大和較快的施工速度，有利于穩(wěn)定，上部開挖支護后，下部作業(yè)較安全。對地質(zhì)變化的適應性較強，工序轉(zhuǎn)換較容易，并能較早地使初期支護閉合，有利于控制沉降。缺點：上下部作業(yè)互相干擾，臺階開挖增加對圍巖擾動次數(shù)。下半臺階開挖需要注意：①下半斷面開挖（落底）應在上半斷面初期支護基本穩(wěn)定后進行，單側(cè)落底或雙側(cè)交錯落底，避免上部初期支護兩側(cè)同時懸空；SUIDAOGONGCHENG②下部邊墻開挖后要及時噴砼，暴露時間愈長愈不安全；③側(cè)槽一次開挖長度不宜太長，靠近邊墻范圍應手工開挖和扒碴，嚴禁使用重型機械，以免對圍巖過大擾動、破壞圍巖和初期支護系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。④量測工作必須及時，當發(fā)現(xiàn)速率增大，應立即進行底（仰）拱封閉，或縮短進尺，加強支護，分割掌子面等。隧道工程SUIDAOGONGCHENG三臺階法隧道工程短臺階法SUIDAOGONGCHENG隧道工程長臺階法SUIDAOGONGCHENG1)臺階數(shù)不宜過多，臺階長度要適當，一般以一個臺階垂直開挖到底，保持平臺長2.5m~3m為好。隧道工程臺階法注意問題2)個別破碎地段可配合噴錨支護和掛網(wǎng)施工。3)上部開挖時，因臨空面較大，易使爆破面渣塊較大，不利于裝渣，應適當密布中小炮孔。3)采用臺階法開挖關鍵問題是臺階的劃分形式。臺階劃分要求做到爆破后渣量較大，鉆孔作業(yè)面與出渣運輸干擾少。3.分部開挖法臺階分部開挖法又稱環(huán)形開挖留核心土法，適用于一般土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖地段。上部留核心土可以支擋開挖工作面，增強開挖工作面的穩(wěn)定，施工安全性較好。一般環(huán)形開挖進尺為0.5m~1.0m，不宜過長，上下臺階可用單臂掘進機開挖，開挖和支護順序如圖6-6所示。SUIDAOGONGCHENG隧道工程優(yōu)點：與超短臺階法相比，臺階的長度可以加長，相當于短臺階法的臺階長度，減少了上下臺階的施工干擾，施工速度可加快。而且較側(cè)臂導坑法的機械化程度高。

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mSUIDAOGONGCHENG圖6-6臺階分部開挖法缺點：開挖中圍巖要經(jīng)受多次擾動，而且斷面分塊多，支護結(jié)構(gòu)形成全斷面封閉的時間長，將可能使圍巖變形增大，需要結(jié)合輔助施工措施對開挖工作面及其前方巖體進行預支護或預加固。隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG單側(cè)壁導坑法隧道工程3適用于圍巖穩(wěn)定性較2363差（如軟弱松散圍11掘進方向844巖），隧道跨度較大，7地表沉陷難于控制地7段。該法確定側(cè)壁導圖6-7單側(cè)壁導坑法坑的尺寸很重要，一1—側(cè)壁導坑開挖2—側(cè)壁導坑錨噴支護及設般側(cè)壁導坑的寬度不置中壁墻臨時支撐3—后行部分上臺階開挖4—后行部分下臺階開挖5—后行部分噴錨宜超過0.5倍洞寬，支護6—拆除中壁墻7—灌筑仰拱高度以到起拱線為宜，8—灌筑洞周襯砌導坑可分二次開挖和支護，不需要架設工作平臺，人工架立鋼支撐也較方便，開挖和支護順序如圖6-7所示。25SUIDAOGONGCHENG隧道工程優(yōu)點：是通過形成閉合支護的側(cè)導坑將隧道斷面的跨度一分為二，有效地避免了大跨度開挖造成的不利影響，明顯地提高了圍巖的穩(wěn)定性。缺點：是因為要施作側(cè)壁導坑的內(nèi)側(cè)支護，隨后又要拆除，增加了工程造價。雙側(cè)壁導坑法又稱眼鏡工法，適用于在軟弱圍巖中，當隧道跨度更大（如三車道公路隧道等）或因環(huán)境要求，且要求嚴格控制地表沉陷地段，地表沉陷僅為短臺階法的1/2。開挖和支護順序如圖6-8所示。導坑尺寸擬定的原則同單側(cè)壁導坑法，但寬度不宜超過斷面最大跨度的1/3。左、右側(cè)導坑應錯開開挖，以避免在同一斷面上同時開挖而不利于圍巖穩(wěn)定。SUIDAOGONGCHENG隧道工程雙側(cè)壁導坑法雖然開挖斷面分塊多一點，對圍巖的擾動次數(shù)增加，且初期支護全斷面閉合的時間延長，但每個分塊都是在開挖后立即各自閉合的，所以在施工期間變形幾乎不發(fā)展。該法施工安全，但進度慢，成本高。52614631232314787掘進方向圖6-8雙側(cè)壁導坑法1—側(cè)壁導坑開挖2—側(cè)壁導坑錨噴支護及設置中壁墻臨時支撐3—后行部分上臺階開挖4—后行部分下臺階開挖5—后行部分噴錨支護6—拆除中壁墻7—灌筑仰拱SUIDAOGONGCHENG8—灌筑洞周襯砌隧道工程SUIDAOGONGCHENG三線大跨隧道雙側(cè)壁導坑法施工(右上)運用“雙側(cè)壁導坑法”隧道工程修建國內(nèi)第一大跨雙連拱的公路隧道—最大開挖跨度32.6米的京珠高速公路五龍嶺隧道，1998年10月開工，1999年11月全隧貫通SUIDAOGONGCHENG（左下）國內(nèi)第一座海底儲氣工程—汕頭LPG工程，1997年10月開工，1999年12月建成隧道工程SUIDAOGONGCHENG問題：1.雙側(cè)導坑的開挖是對開還是錯開？為什么？隧道工程答：應錯開挖，根據(jù)開挖一側(cè)導坑所引起的圍巖應力重分布的影響不致波及另一側(cè)已成導坑的原則確定。一般間距7～10m。避免在同一斷面上同時開挖的總跨度過大。SUIDAOGONGCHENG隧道工程左側(cè)壁上部開挖；左側(cè)壁上部錨桿、噴射混凝土層、鋼支撐等初期支護，及側(cè)壁臨時支撐SUIDAOGONGCHENG右側(cè)壁上部開挖右側(cè)壁上部錨桿、噴射混凝土層、鋼支撐等初期支護、及側(cè)壁臨時支撐左側(cè)壁下部開挖隧道工程左側(cè)壁下部錨桿、噴射混凝土層、鋼支撐等初期支護、及側(cè)壁臨時支撐SUIDAOGONGCHENG右側(cè)壁下部開挖右側(cè)壁下部錨桿、噴射混凝土層、鋼支撐等初期支護、及側(cè)壁臨時支撐仰拱左幅澆筑隧道工程仰拱右幅澆筑SUIDAOGONGCHENG核心土上部開挖拱部中央錨桿、噴射混凝土、鋼支撐等初期支護核心土下部開挖隧道工程SUIDAOGONGCHENG仰拱中央部澆筑，形成仰拱整體結(jié)構(gòu)撤除雙側(cè)壁臨時結(jié)構(gòu)，鋪設防水板中隔壁法（CD法）隧道工程?CD（centerdiaphragm）法是將隧道斷面左右一分為二，先挖一側(cè)，并在隧道中部設立利用鋼支撐及噴混凝土為臨時支撐隔墻，當先開挖一側(cè)超前一定距離后，再開挖另一側(cè)的隧道開挖方法。?變大跨為小跨、變大斷面為小斷面，施工安全，可靠。?工序較多，作業(yè)空間小，適應小型機械作業(yè)，施工進度較慢。適合于Ⅳ-Ⅴ級圍巖和淺埋、偏壓及洞口段。?必要爆破時，應控制藥量，避免損壞中隔墻。臨時中隔墻型鋼支撐規(guī)格應與初期支護所采用的一致。每步臺階長度控制在3-5m，步步封閉成環(huán)。?增加中隔墻，并采用超前大管棚、超前錨桿、超前注漿小導管、超前預注漿等一種或多種輔助措施進行超前加固，成本增加較大。SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程左側(cè)壁上部開挖（先行）左側(cè)壁上部錨桿、噴射混凝土層、鋼支撐等初期支護及側(cè)壁臨時支撐SUIDAOGONGCHENG左側(cè)壁下部開挖左側(cè)壁下部錨桿、噴射混凝土層、鋼支撐等初期支護及側(cè)壁臨時支撐隧道工程右側(cè)壁上部開挖（后行）SUIDAOGONGCHENG右側(cè)壁上部錨桿、噴射混凝土層、鋼支撐等初期支護及側(cè)壁臨時支撐右側(cè)壁下部開挖右側(cè)壁下部錨桿、噴射混凝土層、鋼支撐等初期支護及側(cè)壁臨時支撐隧道工程撤除中隔壁，澆筑仰

①SUIDAOGONGCHENG④②⑤③3~5

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m3~53~5

m⑥3~5

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m3~5中隔壁法施工示意圖隧道工程SUIDAOGONGCHENG上圖是中隔壁法嗎，為什么？不嚴格的中隔壁法-實為臺階法，左右半幅同時開挖交叉中隔壁法CRD（crossdiaphragm）法隧道工程將隧道分側(cè)分層進行開挖，分部封閉成環(huán)。每開挖一部均及時施作錨噴支護、安設鋼架、施作中隔壁、安裝底部臨時仰拱。一側(cè)超前的上、中部，待初期支護完成且噴射混凝土達到設計強度70%以上時再開挖隧道的另一側(cè)的上、中部，然后開挖一側(cè)的下部，最后開挖另一側(cè)的下部，左右交替開挖。SUIDAOGONGCHENG3隧道工程14265交叉中隔壁法開挖示意SUIDAOGONGCHENG

①③②④5

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m3~⑤⑥5

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m3~CRD法施工圖示隧道工程SUIDAOGONGCHENG適用于斷層破碎帶、碎石土、卵石土、圓礫土、濕陷性黃土、全風化的花崗巖地層的Ⅴ~Ⅵ級圍巖及較差圍巖中的淺埋、偏壓及洞口段等。隧道工程SUIDAOGONGCHENGCRD工法超淺埋大跨度施工技術『6.2.5▎新奧法施工中可能發(fā)生的問題及處理措施隧道工程新奧法施工的基本原則：是根據(jù)圍巖性質(zhì)允許產(chǎn)生適量的變形，但又不使圍巖松動失穩(wěn)。根據(jù)實踐經(jīng)驗，將新奧法中經(jīng)常出觀的一些異?，F(xiàn)象及應采取的措施列于表6-1中。SUIDAOGONGCHENG表6-1施工中的現(xiàn)象及處理措施施工中現(xiàn)象凈空位移量增大，位移速率變快，掌子面變得不穩(wěn)定開挖面頂部出現(xiàn)掉塊措施A1.縮短掘進長度，保留核心土2.向掌子面或隧底噴射混凝土，形成封閉支護立即施噴混凝土和打錨桿1.加速混凝土硬化(增加速凝劑等)2.噴射混凝土前作好排水3.設置鋼筋網(wǎng)，或?qū)摻罹W(wǎng)格加密。1.加厚底腳處的噴射混凝土，增加支撐面積。2.盡快施作仰拱，形成閉合支護開挖后盡快噴射混凝土，并適當加厚噴層或封閉支護。1.增補錨桿(根數(shù)、直徑、密度)2.改變錨桿型號或類型(如將砂漿錨桿改為中空錨桿)1．瓦斯檢測并進行稀釋2．注水措施B1.縮小開挖斷面，改變施工方法。2.預支護圍巖(打超前導管等)3.必要時設置鋼支撐1.加鋼支撐2.預支護圍巖3.改變施工方法1.加強排水措施(井點降水等)2.注漿止水3.改變施工方法1.縮短掘進長度2.預加固地層3.改變施工方法1.掛鋼筋網(wǎng)2.打局部錨桿3.設置系統(tǒng)錨桿1.縮短掘進長度，盡快閉合支護2.改變施工方法1．全斷面開挖2．超前預裂爆破、切縫等釋放能量隧道工程開挖面出現(xiàn)涌水或涌水量增加SUIDAOGONGCHENG地基承載力不足，下沉增大或產(chǎn)生底鼓。噴混凝土層出現(xiàn)明顯裂縫、脫離甚至塌落錨桿軸力增大，墊板松弛或錨桿斷裂。瓦斯或巖爆注：A指進行比較簡單的改變就可解決問題的措施；B指包括需要改變支護方法等比較大的變動才能解決問題的措施。隧道工程『6.2.6▎新奧法與傳統(tǒng)礦山法的區(qū)別新奧法與傳統(tǒng)礦山法的基本施工程序看上去大致相同，但實際上對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效果卻截然不同。現(xiàn)將二者的主要區(qū)別列于表6-2。表6-2傳統(tǒng)礦山法與新奧法施工的區(qū)別開挖方法臨時支護支護永久支護新奧法噴錨支護復合式襯砌傳統(tǒng)礦山法木支撐為主、鋼支撐單層模注混凝土襯砌SUIDAOGONGCHENG閉合支護控制爆破量測強調(diào)必須采用必須采用不強調(diào)可采用無施工方法分塊較少分塊較多『6.3▎新奧法的施工技術隧道工程『6.3.1▎新奧法施工程序采用新奧法施工的隧道，施工時應視其規(guī)模、地質(zhì)條件以及安全合理施工的要求，充分利用現(xiàn)場量測信息指導施工，根據(jù)已建立的量測管理基準，對隧道的施工方法、斷面開挖步驟及順序、初期支護的參數(shù)等進行合理調(diào)整。其主要施工程序如圖6-9所示。施工準備確定施工方法開挖修改施工方案改變開挖步驟、順序現(xiàn)場監(jiān)控量測是是否符合管理基準初期支護修正支護參數(shù)SUIDAOGONGCHENG否防水層二次襯砌竣工圖6-9新奧法施工程序『6.3.2▎新奧法施工基本原則隧道工程新奧法施工基本原則少擾動早支護在進行隧道開挖時，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；是指開挖后及時施作初期噴錨支護，使圍巖的變形進入受控制狀態(tài)；勤量測指以直觀、可靠的量測方法和量測數(shù)據(jù)來準確評價圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，或判斷其動態(tài)發(fā)展趨勢，以便及時調(diào)整支護形式和開挖方法，確保施工得以安全和順利地進行；指要盡快形成對圍巖的封閉形支護，這樣做可以有效控制圍巖變形，使得支護和圍巖共同進入良好的工作狀態(tài)。SUIDAOGONGCHENG緊封閉『6.4▎隧道巖土控制變形分析工法簡介隧道工程『6.2.1▎基本原理巖土控制變形分析工法（A.DE.CO-RS）是20世紀80年代意大利教授在隧道預支護工藝基礎上，將隧道開挖過程中的變形狀況按三維空間進行考慮，結(jié)合大量理論和試驗研究形成的。該工法適應各種圍巖條件，特別是淺埋松軟地層、變形控制要求高的隧道工程。傳人我國后有人稱之為“新意大利法”。該工法認為，隧道掘進時對隧道周邊及前方一定范圍的圍巖產(chǎn)生擾動，改變了圍巖原始應力狀態(tài)，圍巖由三軸應力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽顟B(tài)，開挖面及前方一定范圍內(nèi)圍巖應力重分布。SUIDAOGONGCHENG隧道工程開挖后圍巖變形在擾動區(qū)域內(nèi)提前發(fā)生，大小取決于開挖后的應力狀態(tài)和圍巖強度及變形特征。變形大小關系到地表沉降甚至隧道開挖面的失穩(wěn)，這時有三種基本情況可能發(fā)生，如圖6-4-1所示。SUIDAOGONGCHENG?當開挖面前方圍巖的應力狀態(tài)處于彈性范圍內(nèi)時，在開挖輪廓線附近產(chǎn)生彈性變形，稱為“拱部效應”，這時開挖面處于穩(wěn)定狀態(tài)；隧道工程?如果開挖后圍巖處于彈塑性狀況，開挖輪廓四周及開挖面將朝隧道內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，“拱部效應”將從開挖輪廓周圍往外移到地層中，但此“轉(zhuǎn)移”只能通過足夠的支護措施來實現(xiàn)和控制；?如果開挖后圍巖產(chǎn)生破壞滑移的應力狀態(tài)，圍巖大變形隨之產(chǎn)生，圍巖極不穩(wěn)定，“拱部效應”難以形成，極易引起坍塌。這時必須采取人工支護措施協(xié)助圍巖形成“拱部效應”。?隧道“拱部效應”的形成及其位置取決于開挖后圍巖的變形特征及其大小。SUIDAOGONGCHENG隧道工程隧道開挖擾動后周邊及前方圍巖所產(chǎn)生的變形分為掌子面前方圍巖預收斂變形、掌子面圍巖擠壓變形及開挖后洞室圍巖收斂變形三類，如圖6-4-2所示。?各種變形及失穩(wěn)表現(xiàn)均與掌子面前方圍巖的強度有關；?變形反應從掌子面前方圍巖變形開始，逐漸沿隧道向后發(fā)展，形成預收斂、擠壓和收斂變形，收斂變形是最后階段；?可以通過控制超前圍巖的變形（擠壓變形、預收斂變形）來控制隧洞總變形，措施是增加超前核心圍巖的強度。?充分了解圍巖狀況，要研究隧道開挖時是否存在“拱部效應”以及如何采取適當?shù)拈_挖和支護措施（包括預支護措施）來形成“拱部效應”。為此該工法形成一套工作程序，如表6-4-1所示。SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG『6.4.2▎實施要點隧道工程分為兩個實施階段：在設計階段完成地質(zhì)勘察、診斷及處理措施設計；施工階段邊作業(yè)邊監(jiān)控量測，優(yōu)化調(diào)整，使開挖面和洞身結(jié)構(gòu)體系形成平衡，保持穩(wěn)定。（一）設計階段1．地質(zhì)—巖性勘測（勘測）詳細地質(zhì)調(diào)查和勘測，了解圍巖地質(zhì)及地質(zhì)力學特征，盡可能獲取圍巖強度及變形參數(shù)(c，φ，E)，以便分析圍巖變形規(guī)律。將隧道各地段圍巖進行分類(A、B、C三類)，每一類圍巖具有相似的地質(zhì)及地質(zhì)力學特征。SUIDAOGONGCHENG2．開挖過程圍巖變形行為預測（診斷）預測各圍巖在開挖過程中的變形行為。根據(jù)圍巖的上述資料，及理論計算結(jié)果，預測各圍巖在未采取支護措施下圍巖和掌子面體系的穩(wěn)定性。判定隧道哪些地段屬于：隧道工程?穩(wěn)定的體系（圍巖變形在彈性范圍內(nèi)）；?短期穩(wěn)定體系（圍巖變形在彈塑性范圍內(nèi)，失穩(wěn)主要表現(xiàn)為掌子面及周邊局部脫落）；?不穩(wěn)定體系（變形在滑動破壞范圍，失穩(wěn)表現(xiàn)為掌子面滑動及隧道塌方）。即將各地段圍巖歸納為圖6-4-1及圖6-4-2的三種類別?？蛇\用特征曲線法、三維數(shù)值模型分析圍巖應力狀態(tài)，還可計算不同施工階段的靜力學效應以及掌子面擠壓變形和不同條件下掌子面的滑動狀態(tài)。該工法列出了判定A、B、C三類圍巖的各項條件（表6-4-2）。SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG3．確定開挖方法及穩(wěn)定支護措施（處治）假定各段隧道具有同樣的應力—應變形態(tài)，確定措施（預支護及普通支護）保證在開挖輪廓四周形成“拱部效應”，控制隧道變形。確定采用何種開挖方法（含開挖每步進尺）最適于產(chǎn)生“拱部效應”，保證隧道長期及短期穩(wěn)定的施工工藝。非隧道掘進機(TBM)開挖的情況下，可以遵循下述原則：?盡量采用全斷面掘進。即便困難條件下，可通過圍巖保護和加固，以便有效利用大型機械，并能高速、安全掘進。隧道工程SUIDAOGONGCHENG?開挖后，采取必要的預加固、預支護及初期支護措施以減小變形、防止塌方。穩(wěn)定性體系—簡單的初期支護措施；不穩(wěn)定體系—前方大范圍預加固或預支護，加固及保護圍巖核心。短期穩(wěn)定體系—普通支護或預支護。目前，采用較多的穩(wěn)定圍巖的方法如圖6-4-3所示。隧道工程?施作二襯（鋼筋）混凝土，盡快澆注仰拱以阻止開挖產(chǎn)生的極速變形。不同類別地層采用不同斷面形狀及尺寸，彈塑性平面及三維有限元模型分析施工及運營階段受力情況。制定施工計劃，包括各工序的距離、工作循環(huán)及每日進尺等。擬定監(jiān)控量測方案驗證設計及地質(zhì)條件變化時對應措施。SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG（二）施工階段1．施工作業(yè)隧道工程承包人通過現(xiàn)場勘察及附加測試確定設計文件的有效性及可行性，必要時改進。按擬定的施工方案作業(yè)，控制隧道的變形。2．監(jiān)控量測監(jiān)控和施工同時進行，監(jiān)測地層真正反應。反應以變形現(xiàn)象表現(xiàn)出來。為此，在開挖面前方、開挖面上方及后方安裝合適的監(jiān)測點。監(jiān)測項目如圖6-4-4所示，圖中①為預收斂變形；②為擠壓變形；③為收斂變形。隧道出現(xiàn)短期穩(wěn)定或不穩(wěn)定，而隧道的極限荷載允許，可在開挖前方特定斷面安裝多點垂直儀器以監(jiān)測預收斂。采用縱向滑動測微計測取開挖面上的擠壓變形值。收斂變形則用常規(guī)方法量測。施工完后仍要監(jiān)測，以保證整個隧道服務壽命期間的安全。SUIDAOGONGCHENG隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程3．設計調(diào)整通過監(jiān)測，決定是否繼續(xù)按