第7讲-隧道施工方法(简介)

第六章隧道施工方法•隧道施工方法概述•主要开挖方法•新奥法的概念•隧道岩土控制变形分析工法简介•隧道洞口施工主要内容第六章隧道施工方法第一节隧道施工方法概述一、隧道施工的概念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。隧道施工过程通常包括：在地层中挖出土石，形成符合设计轮廓尺寸的坑道；进行必要的初期支护和砌筑最后的永久衬砌，以控制坑道围岩变形，保证隧道长期地安全使用。第六章隧道施工方法隧道工程特点•隧道工程全部为隐蔽工程，工程地质和水文十分重要，甚至起决定性的作用；•隧道施工工作面少(正常情况下只有进、出口两个工作面)，工期较长；•隧道施工环境差，采取有效措施加以改善；•工程施工不受季节变换及气候变化的影响；第六章隧道施工方法•施工工地一般都位于偏远的深山狭谷之中，往往远离既有交通线，运输不便，供应困难；•隧道埋设于地下，一旦建成就难以更改，所以，除了事先必须审慎规划和设计外，施工中还要做到不留后患。第六章隧道施工方法隧道施工方法可按以下方式分类：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）掘进机法新奥法地下连续墙法盖挖法明挖法浅埋暗挖法盾构法沉埋法盾构法第六章隧道施工方法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。所选择的施工方法也应体现出技术先进、经济合理及安全适用。施工方法选择需要考虑的因素①工程的重要性。一般由工程的规模、使用上的特殊要求，以及工期的缓急体现出来；第六章隧道施工方法②地质和水文条件，其中包括围岩级别、地下水及不良地质现象等③施工技术条件和机械装备状况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。实践证实，施工条件是决定施工方法的最基本的因素，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。第六章隧道施工方法④施工中动力和原材料供应情况；⑤隧道的横断面积隧道横断面的形状和尺寸，对施工方法选择也有一定的影响。⑥隧道的埋深隧道的埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关，在同样的地质条件下，由于埋深不同，施工方法也有很大差异。第六章隧道施工方法⑦工期作为设计条件之一的工期，在一定程度上会影响基本施工方法的选择。因此，工期决定了在均衡生产的条件下，对应配备的开挖、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。⑧工程投资与运营后的社会效益和经济效益；⑨施工安全状况。第六章隧道施工方法⑩有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。当隧道施工对周围环境产生不良影响(如爆破震动、地表下沉、噪声、地下水条件的变化等)时，环境条件也成为选择隧道施工方法的重要因素之一，在某些条件下，甚至会成为选择施工方法的决定性因素。第六章隧道施工方法应该看到隧道施工方法的选择，是一项“模糊”的决策过程，它依赖于有关人员的学识、经验、毅力和创新精神。对于重要工程则需汇集专家们的意见，广泛论证。必要时应当开挖试验洞对理论方案进行实践验证。从目前我国山岭隧道发展趋势来看，在今后很长一段时间内，仍以采用新奥法为主，这也符合世界潮流。第六章隧道施工方法二、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。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”；将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“新奥法”。第六章隧道施工方法第二节新奥法的概念新奥法即奥地利隧道施工新方法(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。核心内容：充分保护，利用围岩的承载能力。施工要点：控制爆破、锚喷支护和施工监测。实施方法：设计、施工和监测三位一体的动态模式。第六章隧道施工方法新奥法施工程序施工准备确定施工方案开挖是否符合管理基准？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初期支护量测监控必要时须超前支护或预先进行地层改良第六章隧道施工方法隧道施工应遵循的基本精神和原则•在施工中必须充分保护围岩，避免过渡破坏和损伤遗留围岩的强度，使暴露的围岩尽量保留既有的质量，因此，采用控制爆破技术是必要的；•为了充分发挥围岩的承载力，应允许并控制围岩的变形允许围岩变形达到不在围岩中形成松弛的量级；必须限制围岩变形，使围岩不会过渡松弛而丧失或大大降低承载力；第六章隧道施工方法•变形的控制主要通过支护阻力(即各种支护结构)的效应达到的；支护结构的类型支护结构参与工作的时间各种支护手段的相互配合底部封闭时间1次掘进长度第六章隧道施工方法•必须在施工中进行实地量测监控，及时提出可靠的、足够数量的量测信息，以指导施工和设计；•在施工过程中，必须建立设计－施工检验－地址预测－量测反馈－修正设计的一体化的施工管理系统，以不断的提高和完善隧道施工技术；•选择支护手段，一般应选择大面积、牢固与围岩紧密接触、能及时施设和应变能力强的支护手段；第六章隧道施工方法•在可能的条件下，应尽量采用全断面或大断面分部的开挖方法；多采用喷砼、并与锚杆、金属网联合使用要与钢支撑或格栅等配合使用临时仰拱也是重要的、不容忽视的支护手段•在任何情况下，使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的；第六章隧道施工方法•为保证二次衬砌的质量和整体性，在任何情况下，都应采用先墙后拱的施工顺序。新奥法施工的基本原则可以归纳：少扰动——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——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。第六章隧道施工方法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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。第六章隧道施工方法第三节主要开挖方法在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、工区长度、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析，采用恰当的开挖方法。按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法等。第六章隧道施工方法一、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。第六章隧道施工方法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。第六章隧道施工方法隧道机械化施工作业线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、衬砌钢模台车第六章隧道施工方法全断面开挖法工作面设备布置第六章隧道施工方法Ⅰ－ⅠⅡ－ⅡⅢ－Ⅲ第六章隧道施工方法第六章隧道施工方法第六章隧道施工方法第六章隧道施工方法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。第六章隧道施工方法全采用全断面法应注意的问题(1)摸清开挖面前方的地质情况，随时准备好应急措施（包括改变施工方法等），以确保施工安全；(2)各种施工机械设备务求配套，以充分发挥机械设备的效率；(3)加强各项辅助作业，尤其加强施工通风，保证工作面有足够新鲜空气；第六章隧道施工方法二、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。第六章隧道施工方法正台阶施工示意A-垂直钻机；B-水平钻机；C-通风管；D-水管；E－电缆管；F-风管第六章隧道施工方法1、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级围岩长台阶法125L12L第六章隧道施工方法2、短台阶法12L12(1~1.5)L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。第六章隧道施工方法优点：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：上部出渣对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。第六章隧道施工方法采用短台阶法时应注意的问题：①初期支护全断面闭合要在距开挖面30m以内，或距开挖上半断面开始的30天内完成。②初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合。③要研究在保证施工机械正常工作的前提下台阶的最小长度。第六章隧道施工方法123~5m微台阶法12L3、微台阶法适用于Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ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。第六章隧道施工方法三、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。1、环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法常用于Ⅵ级围岩单线和V~Ⅵ级围岩双线隧道掘进。③①②②③①②第六章隧道施工方法第六章隧道施工方法施工要求：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；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，进行超前支护特点：开挖工作面稳定性好施工干扰大、工效低第六章隧道施工方法2、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。单侧壁导坑法单侧壁导坑法一般将断面分成三块：侧壁导坑、上台阶、下台阶。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。第六章隧道施工方法①②③①②③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。第六章隧道施工方法双侧壁导坑法①①①②②③③适用于V－Ⅵ级围岩双线或多线隧道掘进。具有控制地表沉陷好，施工安全等优点，但进度慢，成本高。第六章隧道施工方法第六章隧道施工方法第六章隧道施工方法第六章隧道施工方法施工要求：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。第六章隧道施工方法3、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第六章隧道施工方法施工要求：中洞法开挖高度应大于中墙高度1m，开挖宽度应大于5m；中洞开挖长度根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑，一般为50~80m；中洞开挖后应及时施作初期支护，再分段灌筑中墙混凝土，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。第六章隧道施工方法4、中隔壁法(CD)①②③④④⑤⑥①②③⑤⑥适用于V~Ⅵ级围岩的浅埋双线隧道。第六章隧道施工方法中隔墙开挖时，应沿一侧自上而下分为二或三部进行，每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁，底部应设临时仰拱，中隔壁墙依次分步联结而成，之后再开挖中隔墙的另一侧，其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同。第六