隧道设计对施工技术的要求

隧道设计对施工技术的要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司2014年9月程勇隧道与地下工程院总工教授级高工主要汇报内容（1）隧道设计理念与方法（2）隧道设计对施工的关键性工艺要求（3）隧道动态设计中交第二公路勘察设计研究院有限公司3一、隧道设计理念与方法按用途分：1、铁路隧道（数量最多）2、公路及城市道路隧道（跨度最大）3、地铁隧道（发展最快）4、输水隧道（正在发展）5、排水隧道6、油气输送隧道7、城市公用管线隧道（电力、通信、燃气等）按建设条件分：1、山岭隧道2、城市隧道3、水下隧道按施工方法分：1、钻爆法隧道2、沉管法隧道3、掘进机法隧道4、明挖法隧道中交第二公路勘察设计研究院有限公司4公路隧道一般可分为三类1、山岭公路隧道以钻爆法、明挖法施工为主2、城市公路隧道以钻爆法、明挖法、盾构法施工为主3、水下公路隧道以钻爆法、盾构法、沉管法及围堰明挖法施工为主一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司5公路隧道应注意根据地质条件确定隧道位置避开重大断层破碎带避开富水构造避开重大不良地层避开洞口不稳定地层一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司6几个典型隧道布置方案一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司7避开严重偏压地带：施工过程中易失稳，支护费用较高避开陡崖地带：易坍塌、施工场地不宜展开避开易被洪水冲击的地带：易影响施工及运营安全公路隧道根据地形条件确定洞口位置一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司8几个典型公路隧道洞门一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司9双洞可不可虑相互之间的影响，造价低且有利于施工安全及永久安全由于双洞之间距离较近，施工过程中存在较大相互影响，支护结构需加强，因此造价稍高，施工风险更大，不适应于长大隧道及地质条件较差的隧道由于在隧道进出口无分离式路基，因此运营养护条件较好，当洞口地形条件较差时经济效益也较好。主要应用于中短隧道标准分离式小净距隧道连拱隧道灵活选择公路隧道的设置形式及平纵面布置方式一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司10123超前加固洞口浅埋偏压地段注浆加固地层辅助进洞施工超前支护超前加固改善围岩强度，与钢架组成支护体系，保证开挖安全超前堵水超前注浆加固围岩，形成固结止水帷幕充分重视公路隧道的辅助施工措施设计，使其与地质条件更具有针对性一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司11充分重视大跨度隧道及软弱围岩地段隧道的施工开挖方法设计，使其与隧道跨度、地质条件相适应。公路隧道常用施工开挖方法一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司12围岩位移支护特征曲线充分重视大跨度隧道及软弱围岩地段隧道的衬砌设计，注意与辅助施工方法及开挖方法的密切配合。一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司13新奥法基本原则可归纳为如下几点：①将围岩视为支护结构的一部分，应充分利用围岩的自身承载能力；②根据量测结果确定支护参数及支护施作时间；③开挖断面要圆顺，开挖步骤要少，以尽量减少对周边岩体的扰动破坏；④控制洞室周边变形，以减少松散荷载，同时又容许洞室周边围岩有有限的变形，以减少周边变形荷载；⑤衬砌必须是薄而柔性的结构。值得注意的问题：软弱围岩、不良地质地段及地层变形控制严格的隧道，应正确理解和运用新奥法。一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司14充分重视特长隧道通风防灾救援设计，需要较强综合设计技术，确保有效、节能。一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司15其他：1、充分重视隧道防排水系统细节设计，保证后期隧道运营与结构安全。2、注重标准化设计工作，以便于施工与质量检验。3、注重各种建设条件下安全设计与预设计。4、坚持依据超前地质预报与监控量测进行动态设计。一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司16运营管理系统设计：1、隧道通风系统设计2、隧道照明系统设计3、隧道消防系统设计4、隧道给排水系统设计5、隧道供配电系统设计6、隧道监控系统设计7、隧道安全设施设计8、隧道防灾与救援设计9、隧道绿化与景观设计土建工程设计：1、总体设计（平纵横设计）2、洞口段设计(洞门、明洞)3、隧道衬砌设计4、竖井斜井等通风构造物设计5、隧道防排水系统设计6、辅助施工措施设计7、施工开挖方法设计8、路基路面设计9、横洞及沟管等附属工程设计10、监控量测方案设计11、超前地质预报方案设计12、施工组织方案设计公路隧道设计：土建工程设计与运营管理系统设计一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司17做好隧道设计的关键：1、做好综合设计是隧道质量与安全的基础2、洞口设计是隧道设计成败的关键3、充分重视隧道结构计算与分析4、施工工序设计是隧道设计的重要部分5、辅助施工措施设计是保证隧道施工安全关键6、隧道动态设计是确保隧道建设质量的关键7、隧道设计及施工必须用数据说话8、细节决定成败（设计与施工）一、隧道设计理念与方法中交第二公路勘察设计研究院有限公司181、洞口施工必须注意从上到下，边开挖边防护。2、在进行明洞开挖过程中，当发现地形、地质条件与设计值相差太大时应及时提出，必要时应调整设计方案。3、明洞未施作完毕前不得进洞（暗洞）开挖施工。4、隧道暗洞开挖前还应做好紧急救援设施准备与相关演练。5、只有在施作明洞仰拱（达到设计强度）后才能进行两侧及拱部土体回填。二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司196、超前支护是确保隧道施工与结构安全的重要手段，确保每循环施工质量与搭接长度满足要求。7、选择适宜的隧道爆破方法,严格控制爆破震动，加强监测,减少施工过程中对周边围岩以及已施工完衬砌的扰动,尽量发挥围岩的自身承载能力。8、不得随意改变设计施工方法。9、严格控制隧道超、欠挖，超挖部分应采用喷射混凝土或同标号混凝土浇筑密实。10、施工中应注意喷射混凝土以及钢筋网与围岩的密贴，初喷混凝土为施作不到进行钢拱架施工。二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司2011、钢拱架环纵向连接、锁脚是初期支护的核心。12、系统锚杆不是形同虚设，其在隧道支护体系中占有举足轻重的地位。施工时应根据岩体节理裂隙发育情况灵活调整。13、初期支护落底应严格按两侧错开跳槽实施，严格控制单侧一次落底长度。14、初期支护仰拱应按设计要求的弧度及深度及时实施，严禁与二次衬砌仰拱同时实施。15、初期支护完毕后严格按设计进行拱墙部防排水系统施工，二衬施工前应仔细检查并做好记录。防水板搭接质量应满足规范要求。二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司2116、二次衬砌仰拱应整幅一次施工，仰拱回填严禁采用洞渣或其他废料填充，路面整平层施工时注意路面下横纵向排水系统的施工质量。17、二衬施作时机应科学，监控量测及应用是核心。18、注意二衬台车强度与刚度，二衬混凝土强度低于设计强度70%时严禁移走台车，注意衬砌混凝土的养护。19、二衬钢筋应严格按设计控制保护层厚度，钢筋搭接焊接应满足规范要求。20、做好二衬施工缝变形缝防水措施，在结构与地质变化处应设置变形缝，变形缝处仰拱与边墙拱部应同时断开。二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司2221、二次衬砌施作完成后应全面检查其背后与初期支护之间的空隙,一旦发现应及时回填。22、断层、溶洞、瓦斯、高地应力等不良地质地段应根据现场实测地质信息进行针对性方案设计与施工。岩溶地段应重点解决好水和结构受力的问题。23、施工时应注意预留洞室及预埋件的设置。24、施工过程中应加强地质超前预测预报工作，特别是对地层变化、围岩变更及水文条件变化处的超前预测预报等，并根据各种测试的结果，及时修正设计。25、隧道施工要重视保护生态环境,实行文明施工,尽量减少对隧道附近环境的破坏。二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司23隧道支护结构一般由喷锚初期支护与模注混凝土二次衬砌组成，如果岩体很差，在初期支护的喷射混凝土中还必须设置钢拱架；如果围岩自稳时间较短，还必须考虑设置超前支护。这些支护，包括周边岩体，共同构成了隧道抵抗围岩变形与松散塌落的承载体系。因此隧道支护结构应该包含如下几个方面：超前支护：超前锚杆，超前小导管，超前长管棚，超前注浆等。围岩：自然岩体，注浆改良后的岩体等。初期支护：喷射混凝土，钢筋网，系统锚杆，钢拱架等。二次衬砌：素混凝土，钢筋混凝土等。隧道各部分支护结构在一定条件下均具有维持洞室稳定的作用，也就是说各部分结构在一定条件下存在一定的抵抗周边荷载的能力，这就是结构的承载能力。※支护承载能力二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司24新奥法施工就是随着隧道开挖面的推进，在监测信息指导下，适时而安全地将支护结构分阶段地施作完成。因此作为新奥法施工的灵魂——监控量测，必须解决如下几个问题：（1）了解施工过程的可行性，以便合理进行施工组织。（2）了解施工过程中已施作的各部分结构的安全度，以确保施工安全。（3）了解结构在使用期间的安全度，以保证工程质量。作用在隧道结构上的荷载是随着开挖面的推进及时间的流逝而逐渐增加的，而隧道结构也存在一个分步施作的问题，从某种程度上讲，要保证隧道施工安全，就必须保证结构承载能力的提高速率适当高于围岩荷载的增加速率。※支护承载能力二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司25支护承载能力与隧道荷载变化关系※支护承载能力二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司26锚杆的作用系统锚杆一般使用在岩体较破碎的地段，通过密而长的锚杆在洞室周围形成一个具有一定承载能力的承载拱，因此计算系统锚杆的承载能力应将其与围岩当成一个整体来看待。系统锚杆的承载能力※支护承载能力二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司27对于Ⅱ类及Ⅲ类偏差的围岩地段，喷射混凝土层内部一般均设有钢拱架，此时喷射混凝土层较厚（约18~30cm），其承载能力较强，应将喷混凝土层与钢拱架视为整体考虑其承载能力。钢拱架的承载能力※支护承载能力二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司28当在二次衬砌与初期支护之间设有防水层，围岩对二次衬砌的弹性抗力应只考虑径向压力。弹性抗力分布形式可按假定荷载法计算，如果采用有限元法进行结构计算时，按照温克尔弹性地基梁理论根据各节点实际产生的径向向外的位移计算弹性抗力则更加合理。进行仰拱内力计算时一般采用完全的弹性地基梁理论，主要原因是仰拱一般与下部围岩完全密贴，具备完全弹性地基梁的变形受力条件。二次衬砌的承载能力※支护承载能力二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司29在工程实践中，我们已经认识到辅助工法的重要性，在这方面我们也做了相当的努力，取得的成就是不言而喻的,我们许多隧道都是采用在有效的辅助工法建成的就是一个证明。在不良围岩或特殊围岩中修筑隧道，辅助工法是不可缺少的技术对策。※辅助工法二、隧道设计对施工的关键性工艺要求中交第二公路勘察设计研究院有限公司30※辅助工法二、隧道设计对施工的关键性工艺要求第一点：隧道结构物的特点众所周知,隧道施工的基本目的是在各类地质体〈围岩〉中修筑为各种目的服务的、长期稳定的洞室结构体系。在隧道工程的设计、施工和运营中，我们必须清楚地认识这种结构体系的特点。从结构角度看,这个结构体系是由周围地质体（围岩）和各种支护结构构成的,即洞室结构体系=周围地质体（围岩）+支护构件它是由天然的、具有固有的应力场、渗流场、温度场的地质体和人工的支护构件构成的，这与地面结构体系是完全不同的。在这个结构体系中，周围地质体（围岩）起着主导的作用。例如在充分稳定的地质体（围岩）中，可以不需要任何结构意义上的支护构件，而处于长期稳定的状态。如一些天然洞穴的存在，人工修筑的无支护构件的洞室（黄