隧道施工工艺

第6章隧道施工方法本章讲授：1.新奥法施工方法2.传统矿山法与新奥法的对比3.洞口段施工方法4.明洞施工方法5.辅助施工措施6.特殊地质地段的隧道施工6.1概述6.1.1隧道工程的施工特点1.施工全过程受制于地质条件2.大型的隐避工程3.施工环境较差4.多地处偏远山区，交通不便。5.狭长建筑物，工作面很少。6.施工不受气候影响第6章隧道施工方法1.隧道施工主要方法⑴矿山法●传统矿山法●新奥法⑵明挖法⑶掘进机法⑷盾构法⑸沉管法⑹顶进法本章介绍：矿山法、明挖法第6章隧道施工方法6.1.2隧道施工方法及其选择⑴工程的重要性⑵工程地质与水文地质条件⑶施工技术水平、机械设备情况⑷施工中动力和原材料供应情况⑸工程投资与运营后的社会效益和经济效益⑹对环境的保护要求⑺施工单位的习惯做法2.影响施工方法的主要因素第6章隧道施工方法新奥法与传统矿山法的关键异同点：相同：均采用钻爆法施工。不同：对围岩的处理不同。新奥法施工的基本原则：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。12字口诀，务必理解渗透！6.2新奥法施工方法第6章隧道施工方法～全断面一次开挖法1.适应条件⑴Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ级围岩⑵大型施工机具(钻孔台车、模板台车等)⑶经济性考虑：中长隧道。6.2.1全断面法第6章隧道施工方法表示方法：横断面工序图、纵断面工序展开图习惯标注方法：①阿拉伯字1、2、3...表示挖掘;②罗马字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ...表示支护；图6-1全断面施工方法(单位：m)120～150ⅢⅡ1ⅡⅢ2.施工顺序第6章隧道施工方法量测台车就位钻眼装药、放炮找顶出碴锚喷通风钻爆作业循环：第6章隧道施工方法⑴工序少，管理方便；⑵进度快～大型机械、爆破效果好；⑶对围岩扰动少～爆破1次；⑷要求地质条件较好。问题：地质条件变差时，大型机械怎么办？3.施工特点第6章隧道施工方法三条主要作业线：(1)开挖作业线钻孔台车、装药台车、大型装碴机与运载车…(2)锚喷作业线混凝土喷射机、喷射机械手、运输进料设施…(3)模注混凝土衬砌作业线混凝土拌合、混凝土输送、防水层作业、衬砌模板…4.机械化施工的关键第6章隧道施工方法1.特点●将断面从上至下分成2个或3个台阶开挖；●随着台阶长度的调整，它几乎可以用于所有的地层，因而是在现场使用的主导方法。2.种类长台阶法短台阶法超短台阶法6.2.2台阶法第6章隧道施工方法(1)初期支护闭合环的时间要求围岩越差，闭合时间要求越短，台阶必须缩短。(2)施工机械的效率效率高，则可以缩短支护闭合时间，台阶可适当加长。原则：希望初期支护尽快闭合。围岩不好时，应以条件⑴为主；围岩较好时，应以条件⑵为主。3.选择台阶长度的条件第6章隧道施工方法⑴长台阶法台阶长度L≥5B，B为洞室的宽度。甚至可以上台阶先贯通，即为“半断面法”。特点：进度快，仅次于全断面法。适用于：Ⅲ～Ⅰ级围岩。B(a)5B12124.施工工序第6章隧道施工方法台阶缩短：（1～1.5）B≤L＜5B,特点：①支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；②台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。适用于：Ⅴ、Ⅳ级围岩(b)(1～1.5)BB1122(2)短台阶法第6章隧道施工方法答：上台阶存碴面积减小，往下台阶推碴次数增多。解决办法：增加平行作业的时间，有利于加快进度。①皮带运输机②过渡坡道Ⅰ、钢结构跳板(仰拱先做)Ⅱ、石碴坡道(仰拱后做)～见下面的相片问题：台阶缩短对施工进度有何不利？第6章隧道施工方法上台阶长度仅为3～5m。特点：更有利于控制围岩变形，但上下台阶相隔太近，施工干扰大。适用于：软弱破碎围岩(Ⅴ、Ⅵ级围岩)B(c)B(或3～5m)2121⑶超短台阶法第6章隧道施工方法①下半断面开挖应在上半断面初期支护基本稳定后才能进行；②开挖后要及时喷砼，暴露时间愈长愈不安全；③量测要及时，当位移速度加快时，应立即采取措施。短台阶施工注意：第6章隧道施工方法(a)2115B2B1B212B2(b)2(1～1.5)B11B(或3～5m)(c)将3种台阶法放在一起比较：区别主要在台阶长度。第6章隧道施工方法答：反台阶法速度快不安全淘汰问题：能否下台阶先进？第6章隧道施工方法1.环形开挖留核心土法特点：①留核心土支顶工作面，稳定性优于超短台阶法：②进度慢。适用于：土质或易坍塌的软弱围岩；小型施工机具。25图6-3环形开挖留核心土法3414156.2.3分部开挖法第6章隧道施工方法核心土工字钢临时工作平台环形开挖留核心土法的变化方案：核心土留在下台阶，减少开挖工序课堂讨论：变化方案与原方案的比较？第6章隧道施工方法特点：①洞室开挖跨度减小，有利于围岩稳定；②导坑要闭合，增加了材料用量；③进度慢。适用于：断面跨度大，对地表沉陷有控制要求的软弱。图6-4单侧壁导坑法1231322.单侧壁导坑法第6章隧道施工方法特点：①双导坑，使洞室最大开挖跨度更小，稳定性增加；②耗材增加；③进度慢。适用于：对地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。图6-5双侧壁导坑法133241423.双侧壁导坑法(眼镜工法)第6章隧道施工方法1.双侧导坑的开挖是对开还是错开？为什么？答：应错开挖，间距7～10m。避免在同一断面上同时开挖的总跨度过大。2.导坑尺寸如何确定？答：应满足施工要求，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。问题：第6章隧道施工方法6.3.1传统矿山法简介传统矿山法有：●全断面法●台阶法●漏斗棚架法●蘑菇形法●上下导坑先拱后墙法，等。仅选择传统矿山法中具有代表性的上下导坑法予以介绍，以资与新奥法施工对照。6.3传统矿山法第6章隧道施工方法Ⅴ下导坑15～20＞5011Ⅷ76Ⅹ9442图6-6上下导坑先拱后墙法(单位：m)15～2015～2015～20上导坑落底上导坑扩大立模板灌注砼20～3015～2030～40养生7～10天挖中层漏斗4～64～63246ⅤⅩ挖马口砌边墙Ⅷ793上下导坑先拱后墙法优点：①有拱圈保护，安全；②有两个导坑，有利于通风、排水与运输。缺点：①两个导坑增加了造价；②边墙须开挖马口，进度慢。适应于：Ⅴ、Ⅳ级围岩。第6章隧道施工方法名词解释：挖马口～在“先拱后墙法”施工中，开挖边墙的工序。隧道中线衬砌边墙衬砌边墙挖马口示意图111112222221第6章隧道施工方法定义：先行开挖，能为后续开挖提供施工便利的坑道。①为后续工作面创造临空面，提高爆破效果；②查明前方地质情况；③排除地下水；④铺设“三管两线”～水管、压缩风管、通风管；电线、运输线；⑤改善施工通风条件。导坑的作用：第6章隧道施工方法相同：均属于钻爆法。不相同：对围岩的认识和处理上不同。对照表6-2解释：6.3.2传统矿山法与新奥法施工的区别表6-2传统矿山法与新奥法施工的区别新奥法传统矿山法临时支护喷锚支护木支撑为主、钢支撑永久支护复合式衬砌单层模注混凝土衬砌支护闭合支护强调不强调控制爆破必须采用可采用量测必须采用无施工方法分块较少分块较多第6章隧道施工方法6.4.1洞口段的概念指洞口浅埋段，即开挖可能给洞口地表造成不良影响的范围。6.4洞口段施工方法图6-7洞口段的一般范围洞门位置明暗交界明洞段洞口段HH--深浅埋分界处覆盖层厚度，约为2～2.5倍天然拱高度。第6章隧道施工方法1.覆盖浅、地质差，地表水汇集。2.进洞顺利与否，对工程的展开影响甚大。洞口段施工注意事项:⑴先清理洞口边仰坡有可能滑塌的表土及危石。⑵刷坡应自上而下逐段开挖。⑶不采用深眼大爆破开挖边仰坡。⑷洞门厚度内的衬砌应与洞身衬砌同时施工，连成整体。⑸端墙砌筑与回填应两侧对称同时进行，以防衬砌产生偏压。⑹洞口应设置加强衬砌段，其长度一般不小于10m。洞口段特点：第6章隧道施工方法影响施工方法的因素：●施工机具配备情况●洞外相邻建筑的影响●地形条件●地质条件---最为重要！按地质条件，有以下几种施工方法：1.全断面法进洞适应于：Ⅱ、Ⅰ级围岩。注意事项：初始10～20m区段的开挖，应将爆破进尺控制在2～3m。6.4.2进洞方法第6章隧道施工方法视地质条件，严格控制爆破进尺：⑴Ⅳ、Ⅲ级围岩～短台阶爆破进尺1.5m～2.5m；网、锚、喷支护。⑵Ⅴ、Ⅳ级围岩～短台阶爆破进尺在1.5m以内；超前锚杆(或小导管)，钢拱架。⑶Ⅵ、Ⅴ级围岩～超短台阶进尺0.5～1.0m；不爆破，人工或机械挖掘。问题：Ⅰ、Ⅱ级围岩能否用台阶法进洞？答：可以，前提是在不具备全断面进洞的条件下(无大型机具)用长台阶法，但初始段爆破进尺仍应控制在2～3m内。2.台阶法进洞第6章隧道施工方法当围岩很差，超短台阶法往往还不够安全，可用:⑴环形开挖留核心土法(前已述)⑵侧壁导坑法(前已述)⑶下导坑法图6-8下导坑进洞方式154325315～20m3.其它进洞方法第6章隧道施工方法超前锚杆超前小导管管棚等简介管棚进洞法：适用于：软弱地层等。管棚预支护进洞示意图衬砌隧道中心线C25钢筋混凝土套拱导向架(纵向2.5m长)管棚(4)预支护法进洞第6章隧道施工方法现场管棚：管棚及套拱管棚及套拱适用于：覆盖层薄、边仰坡不稳、偏压等。方法：在洞口处先作一段明洞，抵紧仰坡坡脚，在明洞上及时回填以加固仰坡，然后暗挖进洞。洞门位置明洞回填土4.明洞法进洞第6章隧道施工方法6.5明洞施工方法6.5.1先墙后拱法全称为“全部明挖先墙后拱法”。适用于：临时边坡能暂时稳定的对称式明洞。优点：衬砌整体性好，施工空间大，有利于施工。缺点：土方开挖量大，刷坡较高。第6章隧道施工方法6.5.2先拱后墙法适用于：不宜大范围开挖边仰坡的情况。优点：土石方开挖量较小，刷坡较低。缺点：衬砌整体性较差，边墙防水层施作不方便。31图6-10明洞先拱后墙法1：mⅡ4Ⅴ6Ⅶ第6章隧道施工方法辅助施工措施：对地层进行预支护或预加固。预支护：预留核心土超前锚杆管棚，等。预加固：地层注浆地表锚喷加固。预支护兼预加固：超前小导管注浆6.6辅助施工措施第6章隧道施工方法6.6.1超前锚杆特点：形成超前于工作面的围岩加固棚。适用于：软弱破碎地层。5～10°开挖面超前锚杆图6-11超前锚杆设置方式示意图超前锚杆第6章隧道施工方法超前锚杆表6-3超前锚杆(或小钢管)设计参数围岩级别锚杆直径(mm)小钢管直径(mm)锚杆长度(m)环向间距(cm)外插角锚杆小钢管Ⅴ20～25323～530～505°～10°5°～10°Ⅳ18～2240～60注：①外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角；②锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑；③中空锚杆目前的最小直径为25mm。第6章隧道施工方法6.6.2管棚图6-12管棚设置示意图纵向连接钢筋钢拱架1°～2°钢管(φ70～180mm)钢管(φ70～180mm)第6章隧道施工方法特点：管径粗(外径为70～180mm)。施作要点：(1)单根长4～6m，总长可至数十米。(2)一环管棚长度一般不小于10m。(3)可向管内注入水泥砂浆，以增加其刚度。(4)钢管的尾部需架设在钢拱架上，并焊死；(5)相邻两榀钢拱架间以拉筋相连。(6)与岩壁之间，环向每隔2m应用楔子楔紧。优点：在所有预支护措施中，管棚支护能力最强。缺点：施工技术较复杂，造价较高。第6章隧道施工方法单根钢管构造：第6章隧道施工方法6.6.3超前小导管注浆特点：预支护+预加固，支护效果强于超前锚杆。适用于：软弱破碎地层。步骤：喷砼封闭开挖面；钻孔；插入小导管；；导管注浆。小导管(钢管)小导管(φ38～42mm)图6-14超前小导管设置示意图纵向连接筋钢拱架10°～15°第6章隧道施工方法小导管构造：φ38～42mm无缝钢管，单根长3～5m，管壁注浆孔，孔径φ6～8mm,孔距15～20cm。第6章隧道施工方法小导管钢拱架①注浆材料～水泥浆，或水泥～水玻璃浆；②注浆压力～0.5～1.0MPa。③单根导管浆液扩散半径，按下式计算：b--导管中至中间距.④单根导管注浆量：l—导管长度，m；n—围岩空隙率，%。④注浆效果检查：取岩芯，达设计要求后才能进行开挖。第6章隧道施工方法小导管设计注意事项：bR)7.06.0(～nlRQ.26.6.4预注浆加固地层1.注浆方法⑴渗入性注浆⑵劈裂性注浆⑶压密性注浆⑷高压喷灌注浆2.钻孔机械和灌