《隧道施工技术》课件

隧道施工技术二O二O年十一月二十四日隧道施工技术二O一四年三月五日随着国家基础建设投入加大，科学技术不断的进步，土建施工技术水平不断提高，隧道施工技术不断成熟，隧道工程建设的发展极大改善了铁路、公路交通事业，隧道已成为交通、引水、地下工矿等方面重要建筑。为我国的国民经济发展起着重要作用。目录一、隧道围岩级别二、隧道洞口工程三、隧道开挖施工方法四、隧道钻爆作业五、初期支护六、洞内施工辅助措施七、二次衬砌八、防水层铺设九、隧道通风与防尘一、隧道围岩级别•隧道围岩分级判定（分六个级别）•隧道施工方法主要由隧道本身围岩地质条件、断面大小、结构形式、机械配备、周围环境等因素决定，但主要取决于地质条件，因此在施工过程中正确判断隧道围岩地质质量至关重要，同时隧道施工技术人员及管理人员必须要掌握,隧道施工地质情况怎样来判断？铁路、公路将隧道围岩分为六个级别。Ⅰ级围岩：•主要工程地质特征：硬质岩（单轴饱和抗压强度Rc＞60MPa）：受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱面（或夹层）；层状岩层为厚层，层间结合良好。•结构特征和完整状态：岩体完整,整体状或巨厚层状结构。•围岩开挖后的稳定状态（单线）：围岩稳定，无坍塌，可能产生岩爆。•Ⅱ级围岩：•主要工程地质特征：硬质岩（Rc＞30MPa）：受地质构造影响较重，节理较发育，有少量软弱面（或夹层）和贯通微张节理，但其产状及组合关系不致产生滑动；层状岩层为中层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象，或为硬质岩石偶夹软质岩石。软质岩（Rc≈30MPa）：受地质构造影响轻微，节理不发育；层状岩层为厚层，层间结合良好。•结构特征和完整状态：硬质岩岩体较完整,块状或厚层状结呈大块状砌体结构。软质岩呈巨块状整体结构。•围岩开挖后的稳定状态（单线）：暴露时间长，可能会出现局部小坍塌；边墙稳定；层间结合差的平缓岩层，顶板易塌落。•Ⅲ级围岩：•主要工程地质特征：硬质岩（Rc＞30MPa）：受地质构造影响严重，节理发育，有层状软弱面（或夹层），但其产状及组合关系尚不致产生滑动；层状岩层为薄层或中层，层间结合差，多有分离现象；或为硬、软质岩石互层。软质岩（Rc≈5～30MPa）：受地质构造影响较严重，节理较发育；层状岩层为薄层，中层或厚层，层间结合一般。•结构特征和完整状态：硬质岩呈块（石）碎（石）状镶嵌结构。软质岩呈大块状砌体结构。•围岩开挖后的稳定状态（单线）：拱部无支护时可产生小坍塌，边墙基本稳定，爆破震动过大易塌。•Ⅳ级围岩：•主要工程地质特征：硬质岩（Rc＞30MPa）：受地质构造影响很严重，节理很发育；层状软弱面（或夹层）已基本被破坏。软质岩（Rc≈5～３０MPa）：受地质构造影响严重，节理发育。土体：①略具压密或成岩作用的黏性土及砂性土。②黄土。③一般钙质铁、质胶结的碎石土、卵石土、大块石土。•结构特征和完整状态：硬质岩呈碎石状，压碎结构。拱部无支护时可产生较大的坍塌，边墙有时失去稳定。软质岩呈块（石）碎（石）状，镶嵌结构。土体①和②呈大块状，压密结构；③呈巨块状，整体结构。•围岩开挖后的稳定状态（单线）：拱部无支护时可产生较大的坍塌，边墙有时失去稳定。•Ⅴ级围岩：•主要工程地质特征：石质围岩位于挤压强烈的断裂带内，裂隙杂乱，呈石夹土或土夹石状。一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的一般碎石土、卵石土、圆砾、角砾土及黄土。•结构特征和完整状态：呈角（砾）碎石状，松散结构。非黏性土呈松散结构，黏性土及黄土呈松软结构。•围岩开挖后的稳定状态（单线）：围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，边墙经常小坍塌；浅埋时易出现地表下沉（陷）或塌至地表。•Ⅵ级围岩：•主要工程地质特征：软塑状黏性土及潮湿的粉细砂等。•结构特征和完整状态：黏性土呈易蠕动的松软结构，砂性土呈潮湿松散结构。•围岩开挖后的稳定状态（单线）：围岩极易坍塌变形，有水时土砂常与水一齐涌出；浅埋时易塌至地表。二、隧道洞口工程•（一）洞口段开挖及防护•洞口段工程应结合洞口相邻工程及场地布置统筹规划、及早完成，施工时最好避开雨季及严寒季节。洞顶边、仰坡周围的排水系统要求在雨季及边、仰坡开挖前完成。隧道门及明洞门施工避开雨季和严寒季节，并及早完成。•（二）洞口段施工工艺流程•（三）洞口段开挖要求：•1、洞口土方采用机械施工时，边、仰坡预留约30cm的整修层，用人工刷坡并及时夯实整平成型，防止超挖，保证边、仰坡平顺，坡率符合设计要求。•2、洞口土石方必须自上而下分层开挖，严禁掏底开挖或上下重叠开挖，结合正洞开挖方法，预留进洞台阶，形成进洞面（洞脸）及边、仰坡，边、仰坡防护和处理措施的同时考虑防止洞口段产生整体滑动。•3、洞口石方开挖采用浅孔小台阶爆破，严禁采用洞室爆破，边、仰坡开挖要采用松动控制爆破并预留光爆层，光面爆破成型。施工中要按批准的爆破设计组织施工，严禁超量装药。爆破后，要及时清除松动石块。•4、开挖后坡面应稳定、平整、美观。•5、当洞口段可能出现地层滑坡、崩塌时，要采取相应的工程措施，并要适当放缓坡率，保证施工人员的安全和边、仰坡的稳定。•6、当洞口位于软弱、松散地层或堆积层时，按“先加固、预支护、后开挖”的原则施工，洞口浅埋、软弱破碎段采用管棚、小导管、锚杆等超前支护措施，进洞开挖时并与钢架配合形成支护体系。三、隧道开挖施工方法•现代隧道开挖施工方法（钻爆法）主要有：全断面法。台阶法（两台阶、三台阶、三台阶七步开挖法、环形导坑预留核心土法）。中隔壁法(包括中隔壁法、交叉中隔壁法)。双侧壁导坑法。•（一）全断面法•1、全断面法施工工序图示Ⅱ1Ⅴ3Ⅳ说明:1、全断面开挖；Ⅱ、初期支护；3、隧道底部开挖(捡底)；Ⅳ、底板(仰拱)浇筑；Ⅴ、拱墙二次衬砌20～40mⅡⅤ6～12m40～100m栈桥Ⅳ13•2、全断面法施工工艺流程•3、全断面法施工要求•（1）全断面法开挖空间大，工序少，施工一般采用大型配套机械化作业，各道工序尽可能平行交叉作业，缩短循环时间。•（2）全断面法开挖量大，爆破引起的震动较大，要严格控制一次同时起爆的炸药量，按钻爆设计要求控制炮眼间距、深度和角度，钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，对不符合要求的炮眼要重钻，经检查合格后方可装药。•（3）钻眼时，周边眼及掏槽眼要定人定岗，并严格控制周边眼外插角。每循环爆破后，要认真查看爆破效果，并根据超欠挖及炮眼痕迹保留率不断优化钻爆参数，改善爆破效果，减少超欠挖。•（4）要确定合理的循环进尺，确保两个循环的接茬位置平滑、圆顺。•（5）每循环爆破后及时找顶，初期支护施作前按要求进行地质素描。•（二）台阶法•台阶法有多种开挖方式，可根据地层条件、断面大小和机械配备情况合理选用。台阶法可分上、下两部或上、中、下三部开挖，其演变的有三台阶七步开挖法、弧形导坑预留核心土法等。•1、两部台阶法与弧形导坑预留核心土法•（1）两部台阶法施工工序图示Ⅱ5Ⅵ13ⅦⅣ仰拱栈桥上台阶13Ⅱ6～12m3～10m40～60m20～40m说明:1、上部开挖；Ⅱ、上部初期支护；3、下部开挖；Ⅳ、下部初期支护；5、底部开挖(捡底)；Ⅵ、仰拱及混凝土填充；Ⅶ、二次衬砌；ⅦⅥ5Ⅳ•（2）弧形导坑预留核心土施工工序图示•Ⅲ10Ⅺ49ⅩⅧ仰拱栈桥2Ⅲ6～12m2～3mⅠ1022257ⅢⅠⅫⅥ1倍的洞径420～30m40～50m说明:Ⅰ超前支护2上部弧形导坑开挖Ⅲ上部初期支护4上部核心土5、7两侧开挖Ⅵ、Ⅷ两侧初期支护9下部核心土开挖10仰拱开挖(捡底)Ⅺ仰拱初期支护Ⅻ、仰拱及填充混凝土ⅩⅢ、拱墙二次衬砌。两台阶预留核心土施工工序正面示意图两台阶预留核心土施工工序纵断面示意图9ⅩⅢⅫ两部台阶法弧形导坑法•（3）台阶法施工工艺流程•（4）台阶法施工要求：•①根据围岩条件和施工机械配备情况合理确定台阶长度、台阶高度及台阶数量，其各部形状应有利于保持围岩稳定的前提下尽量便于机械作业。•②当围岩自稳能力较好，隧道开挖跨度不大时，为方便作业，台阶长度一般控制在10～50m以内；围岩稳定性较差时，台阶长度一般控制在3～10m。•③上部断面使用钢架时，可采用扩大拱脚和施作锁脚锚杆（管）等措施，防止拱部下沉变形。上下断面初期支护钢架连接应平顺，螺栓连接要牢固。•④围岩整体性较差时，施工中要采取措施减少下部开挖时对上部围岩和支护的扰动，下部断面开挖两侧交错进行，下部断面在上部断面喷混凝土达到一定强度后开挖。•⑤当围岩不稳定时进尺宜为1～1.5m，落底时要立即施作初期支护。•⑥仰拱要及时施作，使支护及早闭合成环。•2、三台阶七步开挖法•三台阶七步开挖法是以弧形导坑预留核心土法为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开，平行推进的施工方法。•（1）三台阶七步开挖法施工工序图示Ⅱ7Ⅶ6-1Ⅳ仰拱栈桥Ⅱ6～12m3～5mⅠ91114ⅠⅧⅤ20～30m6-26-33252～3m30～40mⅢⅥⅨ624ⅣⅢⅥⅤ说明:Ⅰ超前支护1上部弧形导坑开挖Ⅱ上部初期支护2、3中部两侧开挖Ⅲ、Ⅳ中部两侧初期支护4、5下部两侧开挖Ⅴ、Ⅵ下部两侧初期支护6-1、6-2、6-3上、中、下、部核心土开挖7仰拱开挖Ⅶ仰拱初期支护Ⅷ仰拱及填充混凝土Ⅸ拱墙二次衬砌。2～3mⅨⅧ135•（2）三台阶七步开挖法施工工艺流程（3）三台阶七步开挖法要求：•①三台阶七步开挖法以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破，各分步平行作业，平行施作初期支护，各分部初期支护应衔接紧密，及时封闭成环。•②仰拱要紧跟下台阶施作，及时闭合构成稳固的支护体系。•③施工过程中通过监控量测掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全。•④要完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。•⑤拱部超前支护完成后，环向开挖上台阶弧形导坑，预留核心土长度宜为3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。开挖循环进尺根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，上台阶开挖矢跨比应大于0.3。•⑥中台阶及下台阶左、右侧开挖进尺根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度宜为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m。•⑦上、中、下台阶预留核心土开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。•⑧仰拱循环开挖长度宜为2～3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4～6m。三台阶七步开挖法•（三）中隔壁法(CD法)•中隔壁法（CD法）是将隧道分为左右两部分进行开挖，先在隧道一侧采用二部或三部分层开挖，施作初期支护和中隔墙临时支护，再分台阶开挖隧道另一侧，并进行相应的初期支护的施工方法。•1、中隔壁法施工工序图示ⅡⅦⅥ仰拱栈桥Ⅱ6～12mⅠ413ⅠⅧⅣ20～30m5262～3m30～40mⅢⅨ说明:Ⅰ超前支护1左侧上部开挖Ⅱ左侧上部初期支护2左侧中部开挖Ⅲ左侧中部初期支护3左侧下部开挖Ⅳ左侧下部初期支护4右侧上部开挖Ⅴ右侧上部初期支护5右侧中部开挖Ⅵ右侧中部初期支护6右侧下部开挖Ⅶ右侧下部初期支护7拆除中隔墙Ⅷ仰拱及填充混凝土Ⅸ拱墙二次衬砌。2～3mⅨ1、4ⅤⅢⅣ2、53、6Ⅸ7中隔壁法(CD法)•2、中隔壁法施工工艺流程•3、中隔壁法施工要求•①中隔壁法左右部的台阶高度根据地质情况、隧道断面大小和施工设备确定。•②每侧按两部或三部分台阶开挖，开挖后及时施作初期支护、中隔壁；两侧先后距离宜保持10～20m，上下断面的距离宜保持3～5m。•③各部开挖时，相邻部位的喷混凝土强度达设计强度的70％以上。•④先行侧的中隔壁设置为向外鼓的弧形。•⑤中隔壁在浇筑仰拱前逐段拆除。中隔壁一次拆除长度根据量测结果确定，不宜大于15m。临时支护拆除后要及时施作仰拱和二次衬砌。•⑥特殊情况下可将中隔壁浇筑在仰拱中，待铺设防水板时再割断。•（四）交叉中隔壁法(CRD)•交叉中隔壁法（CRD法）是分部开挖、支护，分部闭合成小环，最后全断面闭合成大环。每开挖一部均及时施作初期支护、中隔壁及临时仰拱。•1、交叉中隔壁法施工工序图示ⅡⅦⅥ仰拱栈桥Ⅱ6～12mⅠ413ⅠⅧⅣ20～30m5262～3m30～40mⅢⅨ说明:Ⅰ超前支护1左侧上部开挖Ⅱ左侧上部初期支护