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第一节隧道施工方法第六章隧道施工隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技术和施工管理的总称。一、隧道施工基本概念传统矿山法隧道施工方法山岭隧道施工方法浅埋及软土隧道施工方法水底隧道施工方法矿山法(钻爆法)掘进机法新奥法盖挖法明挖法浅埋暗挖法盾构法沉埋法盾构法隧道施工方法可按以下方式分类:隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件,并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。•隧道施工技术主要研究解决上述各种隧道施工方法所需的技术方案和措施(如开挖、掘进、支护和衬砌施工方案和措施);隧道穿越特殊地质地段时(如膨胀土、黄土、溶洞、塌方、流沙、高地温、岩爆、瓦斯地层等)的施工手段;隧道施工过程中的通风、防尘、防有害气体及照明、风水电作业的方式方法和对围岩变化的量测监控方法。•隧道施工管理主要解决施工组织设计(如施工方案的选择、施工技术措施、场地布置、进度控制、材料供应、劳力及机具安排等)和施工中的技术管理、计划管理、质量管理、经济管理、安全管理等问题。二、山岭隧道的常规施工方法山岭隧道的常规施工方法又称为矿山法(钻爆法)。将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统的矿山法”;而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“矿山法”或“新奥法”。它是以木或钢构件作为临时支撑,待隧道开挖成形后,逐步将临时支撑撤换下来,而代之以整体式衬砌作为永久性支护的施工方法。(一)传统的矿山法(二)新奥法认识到隧道是围岩和支护组成的体系,应充分保护围岩,发挥围岩自身的承载能力,维护围岩的稳定性。隧道设计与施工与隧道的围岩条件密切相关,只有充分掌握隧道的围岩条件,才能有合理的隧道设计与施工。施工手段也由人力、小型机械化、半机械化到机械化施工。人力施工系指锤、钎、镐、纯人工作业方式;小型机械化系指风动凿岩机钻眼、人力或小型装渣机装渣、人力或电瓶车牵引、小矿车运输、人力或机械搅拌混凝土、人力灌注衬砌的施工模式;半机械化施工系指采用气腿式风动凿岩机或凿岩台车钻眼、轨行铲斗式装渣机装渣、矿车有轨运输或汽车无轨运输等,其主要特点是机械设备配套;机械化施工系指采用以台车钻眼、挖装运机械化作业、喷锚支护机械化作业、混凝土衬砌机械化作业、注浆机械化作业等为特征的施工模式。施工技术上不仅更加重视施工地质工作,超前地质预报技术更加丰富和有效,光面控制爆破技术获得了广泛应用。喷锚支护技术已成为隧道施工支护的基本方式,实现了硬岩、软弱破碎围岩、松散砂土围岩中的良好喷锚支护。在材料方面如ZM型系列早强砂浆锚杆、ZP型早强喷射混凝土新材料、纤维喷射混凝土、降低喷射混凝土回弹和粉尘的混凝土增粘剂等;在工艺方面干喷混凝土、潮喷、湿喷混凝土都获得了成功应用。在软弱破碎等能力差的围岩中,形成了超前支护技术、地层预加固技术,以及多分部和各分部支护及时封闭技术等。新奥法即奥地利隧道施工新方法(NewAustrianTunnellingmethod-NATM),是以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段,通过监测控制围岩的变形,便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法。由于锚喷支护技术的应用和发展,导致隧道及地下洞室工程理论步入到现代理论的新领域,也使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程实际,即设计理论-施工方法-结构(体系)工作状态(结果)的一致。第二节新奥法的基本概念一、新奥法的概念奥地利的泰勒教授认为,所谓新奥法不是单纯的开挖、支护的方法和顺序,而是按照实际观察到的围岩动态的各项指标来指导开挖隧道的方法。有人把新奥法归纳为充分保护并利用围岩的承载能力;其施工要点为控制爆破、锚喷支护和施工监测,其实施方法为设计、施工和监测三位一体的动态模式。。新奥法的概念,我国是在20世纪70年代末开始被人们了解和接受;从20世纪80年代开始,在一些隧道设计中贯彻了新奥法基本原理,采用了信息设计方法。1988年颁布了《铁路隧道新奥法指南》,并编写了“喷锚技术法规则”、“复合衬砌标准设计”等作业标准。逐步形成具有中国特色的浅埋暗挖法(即“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字决)和复合式衬砌等隧道施工技术,大大丰富和发展了新奥法原理。新奥法在我国的发展二、新奥法施工程序施工准备确定施工方案开挖初期支护量测监控是否符合管理基准?防水隔离层二次支护竣工是修改施工方案改变开挖方法和顺序修正支护参数否三、新奥法施工的基本原则归纳为“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。少扰动,指在进行隧道开挖时,要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。早支护,指开挖后及时施作初期锚喷支护,使围岩的变形进入受控制状态。勤量测,指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩(或围岩加支护)的稳定状态,或判断其动态发展趋势,以便及时调整支护形式、开挖方法,确保施工安全和顺利进行。紧封闭,一方面指采取喷射混凝土等防护措施,避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减。另一方面指要适时对围岩施作封闭形支护。第三节开挖方法隧道开挖的基本原则在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下,选择恰当的开挖方法和掘进方式,并应尽量提高掘进速度。开挖方法分类按开挖隧道的横断面分部情形来分,分为全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法等。一、全断面开挖法全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形,然后修建衬砌的施工方法。(一)施工顺序隧道掘进正规循环作业横道图见图。工序交换班钻眼装药爆破、通风初期支护出碴机动时间二次衬砌12345678时间(h)(二)适用条件(1)I~IV级围岩,在用于Ⅳ级围岩时,围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内,保持其自身稳定的条件。(2)有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。(3)隧道长度或施工区段长度不宜太短,根据经验一般不应小于lkm,否则采用大型机械化施工,其经济性较差。作业线采用的大型机械设备开挖作业线钻孔台车、装药台车、装载机配合自卸汽车(无轨运输时)、装渣机配合矿车及电瓶车或内燃机车(有轨运输时)喷锚作业线混凝土喷射机、混凝土喷射机械手、喷锚作业平台进料运输设备及锚杆灌浆设备模筑衬砌作业线混凝土拌和作业厂、混凝土输送车及输送泵、施作防水层作业平台、衬砌钢模台车隧道机械化施工中三条主要作业线(三)全断面法施工特点(1)开挖断面与作业空间大、干扰小;(2)有条件充分使用机械,减少人力;(3)工序少,便于施工组织与管理,改善劳动条件;(4)开挖一次成形,对围岩扰动少,有利于围岩稳定。二、台阶法根据台阶长度不同,划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。施工中采用哪一种台阶法,要根据两个条件来决定,第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求,围岩越差,要求闭合时间越短,第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。(一)长台阶法长台阶法开挖断面小,有利于维持开挖面的稳定,适用范围较全断面法广,一般适用于地质条件较差的Ⅲ、Ⅳ、V级围岩。125L12L(二)短台阶法12L12(1~1.5)L短台阶法短台阶法适用于地质条件差的Ⅳ、V级围岩,台阶长度定为10~15m,即1~2倍开挖宽度,主要是考虑拉开工作面,减少干扰,因此台阶长度不宜过短。短台阶法可缩短支护闭合时间,改善初期支护的受力条件,有利于控制围岩变形。缺点是上部出碴对下部断面施工干扰较大,不能全部平行作业。123~5m(c)微台阶法12L(三)微台阶法适用于V~VI级围岩,一般为3~5m的台阶长度。微台阶法上下断面相距较近,机械设备集中,作业时相互干扰大,生产效率低,施工速度慢。三、分部开挖法分部开挖法包括环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法等。(一)环形开挖留核心土法③①②②③①②施工要点:环形开挖进尺一般为0.5~2.0m;开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢架支撑,每两榀钢架之间采用连续钢筋连接,并加锁脚锚杆;核心土面积不小于整个断面的50%;当围岩地质条件差,自稳时间较短时,开挖前在拱部设计开挖轮廓线以外,进行超前支护;二次衬砌采用先墙后拱法施作。。特点:不需要特殊的机械设备,减少施工投入;开挖工作面稳定性好,施工较安全。但施工干扰大、工效低等。适用范围:常用于Ⅵ级围岩单线和V~Ⅵ级围岩双线隧道掘进。(二)侧壁导坑法根据侧壁导坑开挖的个数,分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法。1.单侧壁导坑法①②③①②③施工要点:侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞跨,高度以到起拱线为宜。导坑与台阶的距离没有硬性规定,一般以施工互不干扰为原则。适用性:由于单侧壁导坑法每步开挖的宽度较小,而且封闭型的导坑初期支护承载能力大,所以它适用于断面跨度大,地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。施工要求:侧壁导坑高度以到起拱线为宜;侧壁导坑形状应近于椭圆形断面,导坑断面为整个断面的1/3;侧壁导坑领先长度一般为30~50m,以开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布不影响另一侧导坑为原则;导坑开挖后应及时进行初期支护,并尽早封闭成环。2.双侧壁导坑法①①①②②③③双侧壁导坑法具有控制地表沉陷好,施工安全等优点,但进度慢,成本高。因此,适用于断面跨度大,地表沉陷要求严格,围岩条件特别差的隧道。一般适用于V-Ⅵ级围岩双线或多线隧道掘进。(三)中洞法中洞法适用于双连拱隧道。采用先施作隧道中墙混凝土,后开挖两侧的施工方法。①②②②①③③③施工要求:中洞开挖高度应大于中墙高度1m,开挖宽度应大于5m;中洞开挖超前长度根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑,一般为50~80m;对长度200~300m的短隧道可先贯通中洞,然后再施工两侧侧洞;中洞开挖后应及时施作初期支护,再分段灌筑中墙混凝土,每一纵向段长度为4~10m,在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模,并进行临时横向支撑。(四)中隔壁法(CD)①②③④④⑤⑥①②③⑤⑥施工要求:各部开挖时,周边轮廓尽量圆顺,减小应力集中;各部的底部高程应与钢架接头处一致;每一部的开挖高度为3.5m;后一侧开挖应全断面及时封闭;左右两侧纵向间距一般为30~50m;中隔壁设置为弧形或圆弧形。中隔壁法适用于V~Ⅵ级围岩的浅埋双线隧道。(五)交叉中隔壁法(CRD)采用自上而下分为二至三步开挖中隔墙的一侧,并及时支护,待完成1~2部后,即开始另一侧l~2部开挖及支护,形成左右两侧开挖及支护相互交叉的情形。⑥①①②②③③④④⑤⑤⑥交叉中隔壁法施工,除满足中隔壁法的要求外,尚应满足:设置临时仰拱,步步成环;自上而下,交叉进行;中隔壁及交叉临时支护,在灌注二次衬砌时,应逐段拆除。交叉中隔壁法适用于V~Ⅵ级围岩浅埋的双线或多线隧道。第四节围岩预支护(预加固)隧道施工中常用的辅助稳定措施:超前深孔围幕注浆超前小导管注浆注浆加固围岩和堵水预切槽超前预支护水平旋喷超前预支护长管棚小导管管棚超前支护前方围岩超前锚杆喷射混凝土封闭工作面预留核心土挡护开挖面稳定工作面一、超前锚杆(一)构造组成超前锚杆是沿开挖轮廓线,以一定的外插角,向开挖面前方钻孔安装锚杆,风枪或凿岩机或专用的锚杆台车钻孔、锚固剂或砂浆锚固,形成对前方围岩的预锚固,在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业。超前锚杆(二)性能特点及适用条件特点:柔性较大,整体刚度较小;工艺简单、工效高。适用条件:主要适用于应力不太大,地下水较少的破碎、软弱围岩的隧道工程中,如裂隙发育的岩体、断层破碎带等、浅埋无显著偏压隧道。也适宜于采用中小型机械施工。(三)设计、施工要点1.超前锚杆的超前量、环向间距、外插角等参数,应视围岩地质条件、施工断面大小、开挖循环进尺和施工条件而定。一般超前长度为循环进尺的3-5倍,宜采用3-5m长,环向间距0.3-1.0m;外插角10°-30°;搭接长度宜为超前长度的40%-60%左右。2.超前锚杆宜用早强砂浆全粘结式锚杆,锚杆材料可用不小于φ22的螺纹钢筋。3.超前锚杆的安装误差,一般要求孔位偏差不超过10cm,外插角不超过1°-2°,锚入长度不小于设计长度的96%。4.开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区,以使
本文标题:第6章 隧道施工1
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