《隧道與地下工程施工》課件-模塊三 隧道工程施工準(zhǔn)備

《隧道與地下工程施工》模塊三

隧道地質(zhì)與施工準(zhǔn)備

單元一

隧道施工方法概述

《隧道與地下工程施工》本講主要內(nèi)容隧道施工特點(diǎn)1隧道施工技術(shù)發(fā)展201隧道施工方法概述1隧道施工方法分類2隧道施工方法概述01LOGO一、隧道施工方法概述

我國(guó)隧道與地下工程修建技術(shù)已步入了世界先進(jìn)水平的行列。施工方法的發(fā)展與社會(huì)的技術(shù)進(jìn)步緊密關(guān)聯(lián)，施工方法決定了工程的施工進(jìn)度和安全。

鉆爆法施工盾構(gòu)法施工隧道施工方法概述01LOGO一、隧道施工方法概述

隧道施工：指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技術(shù)和施工管理的總稱。

隧道施工方法的選擇主要依據(jù):?工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件

?埋深大小?隧道斷面形狀及尺寸

?隧道長(zhǎng)度?襯砌類型

?隧道的使用功能?施工技術(shù)條件和施工技術(shù)水平

?工期要求

隧道施工方法概述01LOGO一、隧道施工方法概述隧道施工技術(shù)主要研究解決：(1)各種隧道施工方法所需的技術(shù)方案和措施（如開挖、掘進(jìn)、支護(hù)、襯砌方案和措施）;(2)隧道穿越特殊地質(zhì)地段時(shí)（如膨脹土、黃士、溶洞、塌方、流沙、高地溫、巖爆、瓦斯地層等）的施工手段;(3)隧道施工中的通風(fēng)、防塵、防有害氣體及照明、水電作業(yè)的方式方法和對(duì)圍巖變化的監(jiān)控方法。隧道施工方法概述01LOGO二、隧道施工方法分類

根據(jù)隧道穿越地層的不同情況和目前隧道施工方法的發(fā)展，隧道施工方法常分為：礦山法、掘進(jìn)機(jī)法、淺埋暗挖法、明挖法、盾構(gòu)法、沉管法等。如下圖所示。隧道施工方法概述01LOGO1、明挖法

定義：明挖法施工是從地表面向下開挖到預(yù)定位置，修筑結(jié)構(gòu)物方法的總稱。以基坑開挖為特點(diǎn)，以支擋隧道側(cè)向壓力與基坑底部圍巖抗涌為支護(hù)設(shè)計(jì)理論，進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)作業(yè)、支撐體系作業(yè)、分層分段土方開挖作業(yè)，同時(shí)進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施作，是回填覆蓋作業(yè)常用的一種施工方法，在城市地下工程中得到廣泛應(yīng)用。

明挖法分類：放坡明挖法、圍護(hù)明挖法、蓋挖順作法、蓋挖逆作法、蓋挖半逆作法等。

明挖法施工特點(diǎn)：占用地表環(huán)境；需要做綠化遷移、管線遷改和交通疏解；

明挖法施工優(yōu)缺點(diǎn):技術(shù)成熟，安全可靠；造價(jià)相對(duì)較低。缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境要求較大。隧道施工方法概述01LOGO2、暗挖法

暗挖法通常指隧道的開挖和支護(hù)等施工作業(yè)全部在地下進(jìn)行。暗挖法可分為：

?礦山法（鉆爆法）

?淺埋暗挖法

?

掘進(jìn)機(jī)法（盾構(gòu)法、TBM法）、

?頂管法等

鉆爆法：適用于山嶺隧道，硬巖使用情況比較多。

淺埋暗挖法：多用于城市軟巖市政工程

。

隧道施工方法概述01LOGO3、沉管法

沉管法是在水底建筑隧道的一種施工方法，最早在19世紀(jì)末用于排水管道工程。

定義：沉管法是指在水底預(yù)先挖好溝槽，把在特殊場(chǎng)地預(yù)制的適當(dāng)長(zhǎng)度的鋼筋混凝土管段，浮運(yùn)到沉放現(xiàn)場(chǎng)，順序地沉放到溝槽中并進(jìn)行連接構(gòu)成隧道，然后回填覆蓋的施工方法。

特點(diǎn)：沉管法是隧道施工安全性很高的方法，適用于水流平緩、基底軟弱的水下隧道施工。隧道施工方法概述01LOGO

如何選擇施工方法：

隧道工程建筑都是在應(yīng)力巖（土）體中開拓地下空間，在選擇施工方法時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體地下工程的各方面條件綜合考慮，選擇最經(jīng)濟(jì)、最理想的設(shè)計(jì)和施工方案，甚至是多種方案的綜合應(yīng)用，因而這是一個(gè)受多種因素影響的動(dòng)態(tài)的擇優(yōu)過程。隧道施工方法概述01LOGO三、隧道施工特點(diǎn)

隧道工程施工的特點(diǎn)

?隱蔽性大

?作業(yè)的循環(huán)性強(qiáng)?作業(yè)空間有限

?作業(yè)的綜合性強(qiáng)

?施工是動(dòng)態(tài)的?作業(yè)環(huán)境惡劣

?作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)性大

?氣候影響小

隧道施工方法概述01LOGO四、隧道施工技術(shù)發(fā)展

隨著人類社會(huì)的發(fā)展，當(dāng)生產(chǎn)力進(jìn)步到一定程度時(shí)，人類社會(huì)就會(huì)制造出挖掘工具，地下通道隨即出現(xiàn)。

早期地下工程的開挖主要依靠“火焚法”、木石、青銅器、鐵器等原始工具，體力勞動(dòng)和施工難度非常高。

我國(guó)隧道與地下工程開挖技術(shù)和施工裝備大致經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段，每個(gè)階段均有顯著的技術(shù)進(jìn)步和突破。

隧道施工方法概述01LOGO四、隧道施工技術(shù)發(fā)展

1、1949年前，全人工作業(yè)（原始階段）這一時(shí)期中國(guó)隧道與地下工程開挖基本上是全人工作業(yè)。人工用鋼釬、大錘打眼，炸藥、火雷管爆破，人工裝碴，手推車運(yùn)輸或人工挑抬，支護(hù)方式以木材支架支撐，人工漿砌塊石襯砌或人工拌和混凝土澆筑襯砌。主要采用隨挖隨支，混凝土襯砌緊跟，邊襯砌邊拆支架的辦法。效率低下、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性低。

隧道施工方法概述01LOGO四、隧道施工技術(shù)發(fā)展

2、20世紀(jì)50年代，人工輔以小型機(jī)械（起步階段）這一時(shí)期是新中國(guó)隧道施工技術(shù)發(fā)展的起步階段，從人力開挖往小型機(jī)械過渡，機(jī)具簡(jiǎn)單、手工操作、技術(shù)落后。對(duì)于土質(zhì)或松軟的石質(zhì)隧道，則使用鐵鏟、鎬、鶴嘴斧及鐵撬棍和鐵楔進(jìn)行開挖，對(duì)于需要爆破的石質(zhì)隧道，多數(shù)使用鋼釬及鐵錘人工打眼，較長(zhǎng)的重點(diǎn)隧道使用手持風(fēng)鉆打眼，機(jī)械通風(fēng)，試用水泥砂漿堵水，施工方法以上下導(dǎo)坑，先拱后墻為主。

隧道施工方法概述01LOGO四、隧道施工技術(shù)發(fā)展

3、20世紀(jì)60—70年代，推廣機(jī)械化作業(yè)（提升階段）這一時(shí)期是新中國(guó)隧道施工技術(shù)發(fā)展的起步階段，從人力開挖往小型機(jī)械過渡，機(jī)具簡(jiǎn)單、手工操作、技術(shù)落后。對(duì)于土質(zhì)或松軟的石質(zhì)隧道，則使用鐵鏟、鎬、鶴嘴斧及鐵撬棍和鐵楔進(jìn)行開挖，對(duì)于需要爆破的石質(zhì)隧道，多數(shù)使用鋼釬及鐵錘人工打眼，較長(zhǎng)的重點(diǎn)隧道使用手持風(fēng)鉆打眼，機(jī)械通風(fēng)，試用水泥砂漿堵水，施工方法以上下導(dǎo)坑，先拱后墻為主。

隧道施工方法概述01LOGO四、隧道施工技術(shù)發(fā)展

4、20世紀(jì)80年代，進(jìn)入機(jī)械化配套階段（高速發(fā)展階段）

這一時(shí)期是中國(guó)隧道施工技術(shù)高速發(fā)展階段，開始進(jìn)入大型機(jī)械化配套隧道施工時(shí)期。該階段以衡廣鐵路復(fù)線的大瑤山雙線隧道為典型的代表，衡廣復(fù)線大瑤山隧道引進(jìn)國(guó)外大型設(shè)備配備到隧道施工，并從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)——新奧法，大膽實(shí)施深孔爆破和全斷面、半斷面開挖，實(shí)現(xiàn)了隧道施工的開挖、支護(hù)、運(yùn)輸、襯砌、注漿5條機(jī)械化作業(yè)線，從而結(jié)束了舊式手工操作、分部開挖的施工方法。施工效率大大提高，月成洞最長(zhǎng)達(dá)到217.68雙線米（其中開挖205雙線米，襯砌263雙線米），創(chuàng)造了雙線隧道全國(guó)紀(jì)錄。

隧道施工方法概述01LOGO四、隧道施工技術(shù)發(fā)展

5、20世紀(jì)90年代后，全機(jī)械施工（突破性發(fā)展階段）

這一時(shí)期我國(guó)隧道修建技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，TBM法、盾構(gòu)法異軍突起，從單一的鉆爆法發(fā)展到鉆爆法、TBM法、盾構(gòu)法并存，頂管法、沉管法也在相應(yīng)的環(huán)境廣泛應(yīng)用，TBM法和盾構(gòu)不僅掌握了全套施工技術(shù)，還具備了設(shè)備研發(fā)、制造能力，并制定了相應(yīng)的規(guī)范，隧道施工技術(shù)到達(dá)了世界前沿。隧道施工方法概述01LOGO四、隧道施工技術(shù)發(fā)展

5、20世紀(jì)90年代后，全機(jī)械施工（突破性發(fā)展階段）

隨著隧道機(jī)械化施工全面鋪展，邁入了長(zhǎng)大隧道大型機(jī)械化施工新時(shí)代。這個(gè)階段的特點(diǎn)：隧道施工裝備實(shí)現(xiàn)大型化，并向智能化方向發(fā)展，隧道施工全面推廣全斷面液壓鑿巖臺(tái)車、自行式仰拱棧橋、全斷面液壓模板臺(tái)車、錨桿鉆注一體機(jī)、拱架安裝臺(tái)車、防水板作業(yè)臺(tái)車、混凝土濕噴機(jī)械手等大型機(jī)械配套模式。鉆爆法全機(jī)械化作業(yè)線基本形成，引領(lǐng)鉆爆法隧道全工序機(jī)械化配套時(shí)代的新發(fā)展。模塊三

隧道勘察與施工準(zhǔn)備

單元2隧道輔助施工方法

《隧道工程施工》

超前錨桿1管棚2超前小導(dǎo)管注漿3本講主要內(nèi)容預(yù)注漿加固地層2地表錨噴預(yù)加固3隧道輔助施工方法01一、隧道輔助施工方法

?

定義：隧道施工過程中，可能會(huì)遇到開挖工作面不能自穩(wěn)或地表沉陷過大的情況，為了確保隧道工程順利進(jìn)行和施工安全，采取一定的工程措施對(duì)地層進(jìn)行預(yù)支護(hù)或預(yù)加固，稱為輔助施工措施。?

輔助工法的設(shè)計(jì)及施工應(yīng)遵循“先支護(hù)，后開挖，快封閉，勤量測(cè)”的原則，與隧道

主體支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工開挖方法選擇密切配合。?預(yù)支護(hù)：包括預(yù)留核心土、混凝土封閉開挖面、超前錨桿、管棚、臨時(shí)仰拱等?預(yù)加固：包括預(yù)注漿加固地層、地表錨噴加固?預(yù)加固、預(yù)支護(hù)雙重作用措施：超前小導(dǎo)管注漿隧道運(yùn)營(yíng)與養(yǎng)護(hù)01一、隧道輔助施工方法

1、超前錨桿

工作原理：超前錨桿是沿開挖輪廓線，以較大的外插角，向開挖面前方安裝錨桿，形成對(duì)前方圍巖的預(yù)錨固(預(yù)支護(hù))，在提前形成的圍巖錨固圈的保護(hù)下進(jìn)行開挖、裝渣、出渣和襯砌等作業(yè)。

性能特點(diǎn)：柔性較大，整體剛度較小。超前錨桿預(yù)加固圍巖隧道運(yùn)營(yíng)與養(yǎng)護(hù)01一、隧道輔助施工方法

1、超前錨桿

適用范圍：主要適用于圍巖應(yīng)力較小，地下水較少、巖體軟弱破碎，如土砂質(zhì)地層、膨脹性地層、裂隙發(fā)育的巖體以及斷層破碎帶等開挖面有可能坍塌的隧道中，在施工中極易發(fā)生坍塌，在這類地層中施工時(shí)，除減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)外，還應(yīng)加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)，臨時(shí)支護(hù)可采用超前錨桿。超前錨桿施工隧道運(yùn)營(yíng)與養(yǎng)護(hù)01一、隧道輔助施工方法

2、管棚法

管棚法，是指為防止隧道開挖引起地表下沉或圍巖松動(dòng)，在開挖掘進(jìn)前沿開挖工作面的上半斷面周邊按設(shè)計(jì)打入厚壁鋼管。在地層中構(gòu)筑的臨時(shí)承載棚防護(hù)下，為安全開挖預(yù)先提供增強(qiáng)地層承載力的臨時(shí)支護(hù)方法。洞口管棚洞內(nèi)管棚隧道運(yùn)營(yíng)與養(yǎng)護(hù)01一、隧道輔助施工方法

2、管棚法

管棚由鋼管和鋼拱架組成。

管棚中的鋼管應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工和開孔，管內(nèi)應(yīng)灌注水泥漿或水泥砂漿，以便提高鋼管自身剛度和強(qiáng)度。

適用于軟弱地層和特殊困難地段，如及破碎巖體、塌方體、砂土質(zhì)地層、強(qiáng)流失性地層、淺埋大偏壓等圍巖，并對(duì)地層變形有嚴(yán)格要求的工程。

管徑粗，承載力比超前錨桿大，是預(yù)支護(hù)措施中支護(hù)能力最大的。

施工技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)高隧道運(yùn)營(yíng)與養(yǎng)護(hù)01一、隧道輔助施工方法

2、管棚法

管棚設(shè)計(jì)原則?管棚形狀和導(dǎo)管布置應(yīng)根據(jù)開挖面形狀選擇?導(dǎo)管環(huán)向間距一般為30~50cm，縱向兩組管棚間應(yīng)不小于3.0m的水平搭接長(zhǎng)度?導(dǎo)管宜用無縫鋼管，外徑70~180mm，長(zhǎng)度10~45m；分段安裝時(shí)，分段長(zhǎng)度4~6m?導(dǎo)管上注漿孔徑10~16mm，間距15~20cm，梅花形布置?需加強(qiáng)管棚剛度時(shí)，可在導(dǎo)管內(nèi)注入水泥砂漿?管棚沿隧道開挖輪廓線縱向鉆設(shè)的孔不得侵入隧道開挖輪廓線，護(hù)拱基礎(chǔ)應(yīng)牢固?管棚應(yīng)與鋼拱架一起使用隧道運(yùn)營(yíng)與養(yǎng)護(hù)01一、隧道輔助施工方法

3、超前小導(dǎo)管注漿

超前小導(dǎo)管注漿是在開挖前，先向掌子面斜上方或附近的圍巖打入小鋼管進(jìn)行注漿，并通過小導(dǎo)管向圍巖壓注起膠結(jié)作用的漿液，待漿液硬化后，坑道周圍巖體就形成了有一定厚度的加固圈，以改善圍巖狀況，保證掌子面穩(wěn)定的方法。該方法對(duì)增加坑道圍巖的穩(wěn)定性是極為重要的，也對(duì)以后的結(jié)構(gòu)安全有很大好處。超前小導(dǎo)管超前小導(dǎo)管預(yù)加固圍巖隧道運(yùn)營(yíng)與養(yǎng)護(hù)01一、隧道輔助施工方法

3、超前小導(dǎo)管注漿

適用條件：超前小導(dǎo)管注漿適用于中砂、粗砂、礫石層等孔隙率較大的松散地層。由于漿液被壓注到巖體裂隙中并硬化后，不僅可將巖塊或顆粒膠結(jié)為整體起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道滲流的通道，起到了堵水作用。因此，超前小導(dǎo)管注漿不僅適用于一般軟弱破碎圍巖，也適用于地下水豐富的軟弱破碎圍巖。

常與鋼拱架一起設(shè)置，支護(hù)能力低于管棚隧道運(yùn)營(yíng)與養(yǎng)護(hù)01一、隧道輔助施工方法

3、超前小導(dǎo)管注漿

超前小導(dǎo)管注漿的工藝流程及施工要點(diǎn)：（1）封閉工作面。小導(dǎo)管鉆孔或安裝前，應(yīng)對(duì)掌子面及附近范圍內(nèi)(有說5m)的坑道噴射5～10cm厚的混凝土封閉。（2）小導(dǎo)管一般采用直徑32mm的焊接管或直徑40mm無縫鋼管制作，長(zhǎng)度3~5m，前端做成尖錐形，小導(dǎo)管前段管壁上注漿孔徑宜為6~8mm，間隔10~20cm交錯(cuò)布置

小導(dǎo)管環(huán)向設(shè)置間距20~50cm，外插角度10~30度，一般采用15度。（3）

安設(shè)小導(dǎo)管。對(duì)Ⅳ級(jí)圍巖劈裂、壓密注漿時(shí)可布置單排管；對(duì)V級(jí)圍巖或處理塌方時(shí)可