[PPT]山岭隧道工程施工方法及质量通病防治333页-PPT

山岭隧道工程施工方法及质量通病防治主要内容1、山岭隧道常用施工方法简介2、施工组织方案确定原则和技巧3、新奥法要诀简介4、隧道、地铁质量通病及其防治措施1、山岭隧道常用施工方法简介1、山岭隧道常用施工方法简介我国隧道工程建设的发展•1890年在台湾基隆至新竹窄轨铁路上建成的216m长的狮球岭隧道是我国最早修建的一条铁路隧道。•1908年，由杰出的工程师詹天佑博士主持，在北京至张家口的铁路上用18个月的时间修建了长1091m的八达岭隧道,在中国近代隧道修建史上写下了重要的一页。大规模地修建各种用途的隧道还是从新中国成立后开始的。•狮球岭隧道八达岭隧道1、山岭隧道常用施工方法简介我国隧道工程建设的发展•在建国之初的50年代，为了避免修建长隧道，常常尽可能地采用迂回展线来克服地形障碍，使线路靠近地表。宝成铁路翻越秦岭的一段线路就是采用短小隧道群迂回展线的一个实例。在这段线路上有34座隧道，最长的秦岭隧道其长度仅为2363m。但是，根据当时的技术水平，修建这样一座长度在2km以上的隧道也并不是一件容易的事。由于在施工中首次使用了风动凿岩机和轨行式矿车，使得宝成铁路秦岭隧道的修建成为从“人力开挖”过渡到“机械开挖”的标志。但这里的机械化主要是是针对钻孔而言，也就是从大锤钢钎钻孔过渡到手持式风动凿岩机钻孔。而装载出碴还是小型矿车，仍采用人力手推。•在此期间，铁路人开凿隧道采取的是分部开挖的矿山法，这种方法因借鉴矿山开拓巷道的方法而得名，是八、九十年代新的隧道开掘方法（如新奥法）大规模采用之前，开凿铁路隧道的主要方法，矿山法主要用钻眼爆破方法开挖断面，也有叫钻爆法的。在用矿山法施工时，将整个断面分部开挖至设计轮廓，并随之修筑衬砌。分部开挖时，断面上最先开挖导坑，再由导坑向断面设计轮廓进行扩大开挖，分部开挖主要是为了减少对围岩的扰动，根据不同地质地形岩层的情况，分部方式也有许多种。凿岩、装载以人工和小型机械为主，临时支护采用原木支架和扇形支撑。隧道施工基本无通风，由于技术水平落后，人员伤亡事故时有发生。但是通过秦岭隧道的开掘铁路人丰富了山岳地区修建隧道设计和施工的经验。国外初次采用风动凿岩机代替人工，是从法国、意大利建造穿越阿尔卑斯山的仙尼斯峰铁路隧道开始的，而这座仙尼斯峰铁路隧道的长度是12.9公里，从1857年至1871年修了14年，这座隧道后来由于地层移动，于1881年加长至13.7公里，由于未采取必要的通风措施，曾发生过司机窒息死亡的事故，1915年改用电力机车牵引。中国在机械化施工这个方面落后了近90年，而突破10公里的隧道长度记录，中国比西方国家晚了110多年。关于凿岩机的使用，实际上在八达岭隧道的开凿过程中就曾经用过，但发现凿岩机操作中困难很多，使用不便，而工人用手钻开凿进度更快，因此包工将凿岩机弃而不用（詹天佑日记1907年5月4日）。此外，曾经有人著文说中国为了备战有意识地多修隧道少修桥，现在看的资料多了，感觉这个论断缺乏史实依据，吕正操在《从京通线的修建看铁路建设中的几个问题》一文中曾经提到：“...为了迁就一些小城镇或为了躲避长隧道而不惜绕长线路，造成长期运营的浪费。...我们在成昆线、襄渝线也有类似教训。这种为了怕打长隧道而大量绕行展线的教训必须认真吸取。”可见，尽管有政治命令，尽管有备战需要，铁路人还是在避免打长大隧道，毕竟，用嘴说天堑变通途容易，真的用手把通途建造出来就太难了，在技术水平落后的年代，那是要用人命来交换的。1、山岭隧道常用施工方法简介我国隧道工程建设的发展•隧道工程技术发展第二个阶段的代表性工程是60年代中期修建的成都—昆明铁路。成昆铁路全长1085km,隧道竟占31%。其中关村坝隧道和沙木拉打隧道长度均在6km以上。在这批隧道的施工中采用了轻型机具，分部开挖的“小型机械化”施工，修建速度达到了“百米成洞”（平均每月单口成洞100m）的水平。在1965年3月，当成昆铁路关村坝隧道创造双口月成洞百米的纪录时，这个位于川南大渡河谷偏僻山沟中的铁路隧道一下成为举国瞩目的焦点，因为中共中央为祝贺这个铁路隧道掘进记录的创造专门发去了贺电，注意，这只是一条隧道的掘进记录，可不是这条隧道的贯通，更不是成昆铁路的全线建成。时间过去了40年，在今天，除去青藏铁路的全线通车，恐怕只有发射宇航员上天的神州飞船能够享受如此殊荣了。1、山岭隧道常用施工方法简介•我国修建长度10km以上的铁路隧道的实践是从修建14.295km长的双线隧道—大瑶山隧道开始的。在这座隧道的施工中，采用凿岩台车，衬砌模板台车和高效能的装运工具等机具配套作业，实行全断面开挖。大瑶山隧道是我国山岭隧道采用重型机具综合机械化施工的开端，将隧道工程的修建技术和修建长大隧道的能力提高到一个新的阶段，缩短了同国际隧道施工先进水平的差距。•在此以后修建的许多长大隧道基本上都是按“大瑶山模式”施工的。南昆铁路上长度为9388m米花岭隧道，就创造了单口月成洞502.2m的好成绩。•综合机械化施工和相关技术的发展大大提高了修建长隧道的能力。这引起了铁路线路设计思想的变化。西安—安康铁路在穿越秦岭时就不再像40年前修建宝成铁路那样采用迂回曲折的展线,而决定修建18.4km的越岭隧道。显然，长隧道的修建使线路顺直，提高了运营标准。1、山岭隧道常用施工方法简介•隧道施工基本概念•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：在地层内挖出土石，形成符合设计断面的坑道，进行必要的支护和衬砌，控制坑道围岩变形，保证隧道施工安全和长期安全使用。•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。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隧道施工方法可按以下方式分类：1、山岭隧道常用施工方法简介隧道施工技术主要研究解决上述各种隧道施工方法所需的技术方案和措施(如开挖、掘进、支护和衬砌施工方案和措施)；隧道穿越特殊地质地段时(如膨胀土、黄土、溶洞、塌方、流沙、高地温、岩爆、瓦斯地层等)的施工手段；隧道施工过程中的通风、防尘、防有害气体及照明、风水电作业的方式方法和对围岩变化的量测监控方法。隧道施工管理主要解决施工组织设计(如施工方案的选择、施工技术措施、场地布置、进度控制、材料供应、劳力及机具安排等)和施工中的技术管理、计划管理、质量管理、经济管理、安全管理等问题。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+钢木构件支撑的施工方法称为“传统的矿山法”；而将采用钻爆开挖+锚喷支护的施工方法称之为“新奥法”。(一)传统矿山法它是凿眼爆破、以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成形后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式衬砌作为永久性支护的施工方法。(二)矿山法采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称为“矿山法”或钻爆法。由于锚喷支护技术的应用和发展，导致隧道及地下洞室工程理论步入到现代理论的新领域，也使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程实际，即设计理论－施工方法－结构(体系)工作状态(结果)的一致。随着隧道工程理论及施工工艺的不断发展，人们逐渐深刻地认识到隧道是围岩和支护组成的体系，应充分的保护围岩，发挥围岩自身的承载能力，维护围岩的稳定性；隧道设计与施工与隧道的围岩条件密切相关，只有充分掌握隧道的围岩条件，才能有合理的隧道设计与施工。一、新奥法的基本概念二、新奥法施工程序三、新奥法施工的基本原则(三)新奥法新奥法即奥地利隧道施工新方法(NewAustrianTunnellingmethod－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。一、新奥法的基本概念由于锚喷支护技术的应用和发展，导致隧道及地下洞室工程理论步入到现代理论的新领域，也使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程实际，即设计理论－施工方法－结构(体系)工作状态(结果)的一致。二、新奥法施工程序施工准备确定施工方案开挖初期支护量测监控是否符合管理基准？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新奥法施工程序可用以下框图表示：三、新奥法施工的基本原则新奥法施工的基本原则可以归纳为“少扰动、早支护、勤量测、紧封闭”。少扰动，指在进行隧道开挖时，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，指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。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，确保施工安全和顺利进行。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。隧道开挖的基本原则：在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。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。隧道开挖方法1、山岭隧道常用施工方法简介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。施工顺序工序交换班钻眼装药爆破、通风初期支护出碴机动时间二次衬砌12345678时间(h)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。隧道机械化施工，有三条主要作业线，见下表。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）、装碴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(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。全断面法施工特点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、出碴等机械设备需要施工场地大小的要求。(一)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(二)短台阶法12L12(1~1.5)L短台阶法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。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。缺点是上部出碴对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。123~5m(c)微台阶法12L(三)微台阶法一般为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。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。(一)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。施工顺序见图。施工时要求：环形开挖进尺一般为0.5—1.0m；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