山岭隧道施工技术1

山岭隧道施工技术中铁隧道集团有限公司刘招伟2010.072隧道工程是与人类生活息息相关的古老工程，古人类为穴居而开挖的洞穴，应是最原始的隧道工程。随着人类社会的进步，隧道工程修建水平也不断提高与发展。隧道工程技术发展是与社会进步和相关学科领域的技术进步密切相关的，特别是与隧道机械设备的更新密不可分。新技术、新设备、新工艺的应用，使隧道工程技术发生了质的飞跃。21世纪，是人类向地下空间发展的世纪，隧道施工技术也将有大的提高，不断发展更新，以服务于人类的需要。前言3重点介绍以下九个方面的内容：一、当前隧道技术发展概况二、山岭隧道的施工方法三、装砟、运输方式四、辅助工法的应用五、隧道施工通风六、特殊地质条件下的隧道施工要点七、安全、质量控制要求八、隧道及地下工程面临的基本课题九、十八项卡死制度4一、当前隧道技术发展概况在二十世纪以前，隧道建筑主要是交通道路隧道和水工隧道，而道路隧道又占大多数。二十世纪初，很多国家相继发展地下铁道，有的大城市，已拥有数百公里地下铁道。之后，又发展了军事用途的地下工程，同时也出现了大型民用地下仓库建筑。随后服务于不同科学实验的地下建筑相继修建，特别是核物理的实验隧道。二十世纪五十年代以来，随着市政建设需要，不少城市开始发展地下大型停车场及商业街，还发展和修建了不少海底储气库。1、隧道技术发展的综合趋势5我国的隧道工程，早期主要以铁路隧道为主，到二十世纪末，已投入运营的铁路隧道6877座，总延3667km，已列世界前茅。我国公路隧道的修建起步较晚，但发展很快，高速公路上相继修建长度超过5km的特长隧道，最长的终南山隧道达19km多。我国地铁也处于发展阶段，北京、天津、上海、广州、南京、深圳等城市已有六百三十多公里地铁投入运营，目前已获批修建地铁的城市达二十多个，总长达2000公里。由于大型水电站的建设，长、大输水隧洞不断出现，如引大入秦工程，修建了上百公里的隧洞，其中盘道岭隧洞长15.7km；万家寨引黄入晋工程，有200多公里隧道，南水北调工程引水隧洞就更多了。我国正在修建不少地下停车场。总之，随着人们生活、生产需要，今后将会修建更多的多用途、多功能的隧道与地下工程，6由于修建技术的不断提高，过去认为无法修建的隧道，已经变成事实。隧道越来越长，通车距离却大为缩短，技术条件却越来越好，从而改善了运输条件，已成为当前发展的趁势。国际隧协把大于10Km的隧道划为特长隧道，目前世界各国铁路上已建成的特长隧道50多座，我国占六座即大瑶山双隧道（14.295km）、长梁山双线隧道（12.782km）,秦岭两座单线隧道（18.46km）、兰武铁路乌鞘岭单线铁路隧道（左右线隧道各长20.05km），渝怀铁路圆梁山单线隧道（全长11.07km）。世界上最长的为日本青函海底隧道（53.85km）,和第二长的英、法海底隧道（50.5km）。2、隧道的单座长度，向长隧道发展7近几年，由于客运专线开始建设，超过10Km的单双线铁路隧道就更多了，如石太客运专线太行山隧道（左右线隧道各长27.84km）、武广客运专线大瑶山隧道群（大瑶山1号隧道10.08km,大瑶山2号隧道6.03km,大瑶山3号隧道8.39km），同时我国还在“世界屋脊”上建成了青藏铁路，并建成了世界海拔最高的铁路隧道-风火山隧道（全长1338m，海拔4905m）。隧道单座长度不断向长隧道发展，首先在技术上要解决一系列重大问题。因此，单座隧道长度的增加，是衡量隧道工程技术发展水平的重要标志之一。83、勘察设计向综合化、现代化发展隧道工程建设，与地质条件紧密相关。隧道工程技术发展与地质勘察技术不可分离。地质学的技术进步，为隧道工程技术发展起到了重要作用。当前地质勘察综合化，隧道设计现代化，野外测量数据处理自动化，勘察设计一体化、智能化，已经成为隧道工程技术发展的趋势。表现在以下几个方面：9⑴对长大隧道，越来越注意进行大面积地质调查和测绘，进行大面积地质选线；由于陆地卫星照片分辨率的不断提高和普及使用，已能够在室内对隧道所在位置的区域进行大面积选线并做到充分优化比选；遥感地质的发展已能在遥感图片上对诸多工程地质因素加以正确判释，从而使隧道选在地质条件较好的位置。GPS全球定位系统在隧道工程中的应用，确保了测量工作在极端困难条件下定位的准确和正确性。10⑵地质勘察多手段、综合化。除了传统的、必要的地质现场测绘及钻探外，物理勘探发展迅速，多种物探方法相互补充印证，再有针对性地用钻探验证，大大提高了地质勘察资料的准确性。地质资料数据处理技术广泛采用了计算机，大大加速了对地质数据的分析、判别、处理速度，为隧道设计提供了可靠条件。野外测量数据采集、处理、成图用计算机完成，加快了设计进程。11⑶隧道设计广泛采用CAD技术，可以迅速进行多方案比选，专家系统的建立和使用，使设计更加完善准确，特殊情况下的理论分析，用大型软件在计算机上进行，很快就能完成分析，提出成果，使过去用人工计算无法办到的事变为事实。⑷岩石力学的发展，逐步使理论和工程有机结合，形成岩土工程科学，由于岩石力学理论上的成就，近代对隧道及地下建筑物的围岩变形、结构受力状态、围岩内部应力分布等有了区别于普氏理论的全新概念，从而使设计出现了新的突破，新奥法原理应用于设计，使设计更加科学合理。12⑸对隧道设计，逐步注重了功能要求。铁路长隧道的安全防灾设计、铁路长隧道的环保和维修作业特殊要求设计，公路隧道的通风自动控制、防灾报警抢险及监视系统设计，地铁及地下停车场的通风、照明、安全设计，已普遍进行详尽的施工图设计，在主体建筑设计中一次考虑，提出完善配套的设计。⑹在一些地质复杂的长大隧道中，推行掌子面地质超前预报技术，采用地震波法、声波法等预报掌子面前方50~150m范围内的地质条件，一方面使施工有所准备，另一方面可以据以提前考虑做出修正设计，实现设计→施工→修正设计→修正施工的轨道。134、钻爆施工开挖不断向大断面少分部开挖转变，与之相适应的支护技术整飞速发展二十世纪初，隧道钻爆法开挖大多采用小断面多分部的矿山法施工。由于分部多，断面小，对围岩多次扰动，支护工程量巨大，安全无保障，施工工序干扰很大。二十世纪中叶开始，由于岩石力学在理论上的成果，由于施工机械的不断现代化，由于支护技术的巨大进步，在钻爆法施工的开挖方法上有了根本性的变化。14其总的趋势是趋向大断面少分部开挖，辅以简单易行且安全可靠的强有力的支护结构。诸如全断面开挖，台阶法开挖，中隔墙法（CD、CRD法）开挖，都是当前的主要开挖方法。矿山法导坑、扩大、拉槽、落底等传统旧方法，已经较少使用了。开挖方法的转变，关键因素是要解决大能力施工机械和高效易行的支护技术。我国隧道工程在二十世纪八十年代前，几乎全部多用分部的矿山法施工，原因是受上述关键因素未能解决所致。八十年代，随着大瑶山双线铁路隧道的修建和发展，在交通道路隧道中实现了开挖方法的转变。155、隧道施工设备向大型机械化发展其总趋势,一是能力越来越大，效率越来越高，无论钻爆法的钻孔机械、装碴机械、运输机械，都朝向大能力、高效率、用现代技术注入工程机械方向发展。二是二十世纪从三、四十年代起，出现了隧道掘进机，改变了利用化学、物理能破碎岩石的传统方法，利用机械能挤压破碎岩石完成开挖。三是隧道施工的辅助作业机械，特别是通风机械，朝着大容量、高效率、节能、自动调速、可逆运转等方向发展，大大改善了施工作业环境。166、施工方法的多样化、也是当前发展的趋势在铁路、公路隧道方面，目前除钻爆法施工外，掘进机法正在蓬勃发展。欧美国家用掘进机施工的隧道，已占总数的三分之一以上。瑞士圣哥达铁路隧道（57km）使用8台掘进机。当遇到江河海峡需要穿越时，除钻爆法、掘进机法外，如地质条件许可，沉埋管段施工技术正在兴起。我国也已在甬江、黄浦江、珠江修建了三座沉埋管段公路隧道。17在地铁施工方面，除传统的明挖及暗挖外，已出现了盖挖法、辅以强有力的边坡加固结构（如连续墙结构，悬喷桩、搅拌桩、SMW桩、钻孔咬合桩等）。北京地铁天安门东、西站采用梁、板、柱法施工，形成了一种新的工法。我国海底隧道采用钻爆法施工的也正在进行，厦门东通道翔安海底隧道正在施工，还有青岛至黄岛的海底隧道也已经开始施工。187、建立风险评估机制，加强风险管理，有效对风险进行控制、规避，保证施工安全是当前隧道工程的发展方向由于地下工程地质条件、周边环境的复杂性和不确定因素太多，使地下工程建设成为高风险的行业，使大家普遍认识到实行风险管理的必要性和紧迫性，于是开展了在隧道工程中进行了风险管理的探索，目前建设部、铁道部已组织有关单位编制了风险评估的规范与指南，用以指导和规范隧道施工，提高隧道和地下工程的安全管理水平。198、以人为本，创造和谐社会，已成为我国的基本国策，在山岭隧道施工中，注重环境保护、水土保持，尽量减少对环境的污染也已成为必然选择和发展趋势。20二、山岭隧道的施工方法施工方法的选择，主要是开挖与运输方法的选择，从大的方面分类可分为钻爆法（旧矿山法、新奥法）、掘进机（TBM）、掘进机辅以钻爆法、沉埋管段（水底隧道）。今天主要讲钻爆法施工。211、选择隧道施工方法的指导思想与应遵循的原则隧道施工符合安全环保、工艺先进、质量优良、进度均衡、节能降耗的要求，隧道施工应本着“安全、有序、优质、高效”的指导思想，按照“保护围岩、内实外美、重视环境、动态施工”的原则组织施工。其施工方法的选择应遵循以下原则：（1）、确保施工安全，改善施工环境。（2）、应根据设计文件、施工调研情况、地质围岩级别、22结合隧道长度、断面大小、纵坡情况、衬砌方法、工期要求、装备水平、队伍素质等综合因素决定。（3）、地质变换频繁隧道应考虑其适应性，便于工序调整转换。（4）、应尽量采用新技术、新工艺、新设备、新材料。（5）、认真按照新奥法原理、掌握应用好光爆、喷锚、量测施工三要素。232、选择隧道施工方法的基本要素（1）、施工条件它包括一个施工队伍所具备的施工能力、素质以及管理水平。目前隧道施工队伍的素质和施工装备水平，有高有低，参差不齐，因此，在选择施工方法时，不能不考虑这个因素的影响。（2）、围岩条件围岩条件也就是地质条件，其中包括围岩级别、地下水及不良地质现象等。围岩级别是对围岩工程性质的综合判定，对施工方法的选择起着重要的甚至决定性的作用。。24（3）、隧道断面积隧道尺寸和形状，对施工方法选择也有一定的影响。目前隧道断面有向大断面方向发展的趋势，如公路隧道已开始修建3车道甚至4车道的大断面，水电工程中的大断面洞室，更是屡见不鲜。在这种情况下，施工方法必须适应其发展。在单线和双线的铁路隧道中，越来越多地采用了全断面法及台阶法；而在更大断面的隧道工程中，先采用各种方法修小断面的导坑，再扩大形成全断面的施工方法极为盛行。（4）、埋深隧道埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关，通常将埋深分为浅埋和深埋两类，有时将浅埋又分为超浅埋和浅埋两类。在同样地质条件下，埋深的不同，施工方法也将有很大差异。25（5）、工期作为设计条件之一的施工工期，在一定程度上会影响基本施工方法的选择。因为工期决定了在均衡生产的条件下，对开挖、运输等综合生产能力的基本要求，即对施工均衡速度、机械化水平和管理模式的要求。（6）、环境条件当隧道施工对周围环境产生如爆破振动、地表下沉、噪声、地下水条件的变化等不良影响时，环境条件也应成为选择隧道施工方法的重要因素之一，在城市市区条件下，甚至会成为选择施工方法的决定性因素。完善施工方法标准化、模式化的重要条件是建立适应各种条件下的隧道施工机械化配套技术的标准模式。。263、山岭隧道开挖方法的选择山岭隧道施工的过程和方法是多种多样的，但钻爆法仍然是我国目前应用最广、最成熟的隧道修建方法，山岭隧道开挖常用的方法为全断面法、台阶法、中隔壁法（CD法），交叉中隔壁法（CRD法）、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等。27在当前的施工实践中，从工程造价和施工的速度考虑，施工方法的选择顺序应为：全断面法正台阶法台阶设临时仰拱法中隔壁法（CD法）交叉中隔壁法（CRD法）双侧壁导坑法；从施工安全考虑，其选择顺序应反