1、6.1 6.1 概述概述6.1.1 6.1.1 隧道工程的施工特點隧道工程的施工特點 1. 施工全過程受制于地質條件 2. 大型的隱避工程 3. 施工環境較差 4. 多地處偏遠山區，交通不便。 5. 狹長建筑物，工作面很少。 6. 施工不受氣候影響 第1頁/共93頁1. 隧道施工主要方法 礦山法 傳統礦山法 新奧法 明挖法 掘進機法 盾構法 沉管法 頂進法本章介紹：礦山法 、明挖法 第2頁/共93頁 工程的重要性 工程地質與水文地質條件 施工技術水平、機械設備情況 施工中動力和原材料供應情況 工程投資與運營后的社會效益和經濟效益 對環境的保護要求 施工單位的習慣做法第3頁/共93頁 新奧法與傳

2、統礦山法的關鍵異同點： 相同： 均采用鉆爆法施工。 不同： 對圍巖的處理不同。 新奧法施工的基本原則： “少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”。 12字口訣，務必理解滲透！第4頁/共93頁全斷面一次開挖法 1. 適應條件 、級圍巖 大型施工機具(鉆孔臺車、模板臺車等) 經濟性考慮：中長隧道。 第5頁/共93頁表示方法： 橫斷面工序圖、 縱斷面工序展開圖習慣標注方法： 阿拉伯字1、2、3.表示挖掘; 羅馬字、.表示支護；圖6-1 全斷面施工方法(單位：m)1201501第6頁/共93頁 量測量測 臺車就位 鉆眼裝藥、放炮 找頂 出碴錨噴通風 鉆爆作業循環：鉆爆作業循環： 第7頁/共93頁 工序少，管

3、理方便； 進度快大型機械、爆破效果好； 對圍巖擾動少爆破1次； 要求地質條件較好。問題： 地質條件變差時，大型機械怎么辦？3.施工特點 第8頁/共93頁 三條主要作業線：(1) 開挖作業線 鉆孔臺車、裝藥臺車、大型裝碴機與運載車(2) 錨噴作業線 混凝土噴射機、噴射機械手、運輸進料設施(3) 模注混凝土襯砌作業線 混凝土拌合、混凝土輸送、防水層作業、襯砌模板 4.機械化施工的關鍵第9頁/共93頁1. 特點將斷面從上至下分成2個或3個臺階開挖；隨著臺階長度的調整，它幾乎可以用于所有的地層，因而是在現場使用的主導方法。2.種類 長臺階法 短臺階法 超短臺階法 6.2.2 臺階法第10頁/共93頁(

4、1) 初期支護閉合環的時間要求 圍巖越差，閉合時間要求越短，臺階必須縮短。(2) 施工機械的效率 效率高，則可以縮短支護閉合時間，臺階可適當加長。原則： 希望初期支護盡快閉合。 圍巖不好時，應以條件為主； 圍巖較好時，應以條件為主。第11頁/共93頁 長臺階法臺階長度L5BL5B，B B為洞室的寬度。 甚至可以上臺階先貫通，即為“半斷面法”。特點：進度快，僅次于全斷面法。適用于：級圍巖。B(a)5B12124. 4. 施工工序施工工序第12頁/共93頁臺階縮短：臺階縮短： （1 11.51.5）B B L L5B, 5B, 特點：特點： 支護閉合時間加快，圍巖穩定性增加； 臺階縮短加大了對下臺

5、階施工的干擾。適用于：適用于：、級圍巖(b)(11.5)BB1122第13頁/共93頁答：答：上臺階存碴面積減小，往下臺階推碴次數增多。解決辦法：解決辦法：增加平行作業的時間，有利于加快進度。 皮帶運輸機 過渡坡道 、鋼結構跳板( (仰拱先做) ) 、石碴坡道( (仰拱后做) )見下面的相片見下面的相片問題：問題： 臺階縮短對施工進度有何不利？臺階縮短對施工進度有何不利？ 第14頁/共93頁第15頁/共93頁上臺階長度僅為35m。特點：更有利于控制圍巖變形，但上下臺階相隔太近，施工干擾大。適用于：軟弱破碎圍巖(、級圍巖) B(c)5B2B1B212B2(b)2(11.5)B11B(或35m)(

6、c)將3種臺階法放在一起比較：區別主要在臺階長度。第18頁/共93頁 答：反臺階法 速度快 不安全 淘汰問題：能否下臺階先進？問題：能否下臺階先進？第19頁/共93頁1. 環形開挖留核心土法特點： 留核心土支頂工作面，穩定性優于超短臺階法： 進度慢。適用于：土質或易坍塌的軟弱圍巖；小型施工機具。 25圖6-3 環形開挖留核心土法3414156.2.3 6.2.3 分部開挖法分部開挖法第20頁/共93頁核心土工字鋼臨時工作平臺第21頁/共93頁環形開挖留核心土法的變化方案：核心土留在下臺階，減少開挖工序課堂討論：變化方案與原方案的比較？第22頁/共93頁特點： 洞室開挖跨度減小，有利于圍巖穩定；

7、 導坑要閉合，增加了材料用量； 進度慢。 適用于：斷面跨度大，對地表沉陷有控制要求的軟弱。圖6-4 單側壁導坑法1231322.2.單側壁導坑法單側壁導坑法第23頁/共93頁特點：雙導坑，使洞室最大開挖跨度更小，穩定性增加；耗材增加；進度慢。 適用于：對地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。 圖6-5 雙側壁導坑法13324142第24頁/共93頁第25頁/共93頁1.雙側導坑的開挖是對開還是錯開？為什么？答：應錯開挖，間距710m。 避免在同一斷面上同時開挖的總跨度過大。2.導坑尺寸如何確定？答：應滿足施工要求，但寬度不宜超過斷面最大跨度的1/3。問題：第26頁/共93頁6.3.1傳統礦山法簡

8、介傳統礦山法有：全斷面法臺階法漏斗棚架法蘑菇形法上下導坑先拱后墻法，等。 僅選擇傳統礦山法中具有代表性的上下導坑法予以介紹，以資與新奧法施工對照。第27頁/共93頁下導坑15205011769442圖6-6 上下導坑先拱后墻法(單位：m)152015201520上導坑落 底上導坑擴大立模板灌注砼203015203040 養生710天挖中層漏斗46463246挖馬口砌邊墻793第28頁/共93頁優點： 有拱圈保護，安全； 有兩個導坑，有利于通風、排水與運輸。缺點： 兩個導坑增加了造價； 邊墻須開挖馬口，進度慢。適應于：、級圍巖。第29頁/共93頁名詞解釋： 挖馬口在“先拱后墻法”施工中，開挖邊墻

9、的工序。 隧道中線襯砌邊墻襯砌邊墻挖馬口示意圖111112222221第30頁/共93頁定義：先行開挖，能為后續開挖提供施工便利的坑道。 為后續工作面創造臨空面，提高爆破效果； 查明前方地質情況； 排除地下水； 鋪設“三管兩線”水管、壓縮風管、通風管；電線、運輸線； 改善施工通風條件。導坑的作用：第31頁/共93頁相同： 均屬于鉆爆法。不相同：對圍巖的認識和處理上不同。對照表6-2解釋：6.3.2 傳統礦山法與新奧法施工的區別表 6-2 傳統礦山法與新奧法施工的區別 新奧法 傳統礦山法 臨時支護 噴錨支護 木支撐為主、鋼支撐 永久支護 復合式襯砌 單層模注混凝土襯砌 支 護 閉合支護 強調 不

10、強調 控制爆破 必須采用 可采用 量測 必須采用 無 施工方法 分塊較少 分塊較多 第32頁/共93頁6.4.1 洞口段的概念指洞口淺埋段，即開挖可能給洞口地表造成不良影響的范圍。6.4 洞口段施工方法圖6-7 洞口段的一般范圍洞門位置明暗交界明洞段洞口段HH-深淺埋分界處 覆蓋層厚度，約 為22.5倍天然 拱高度。第33頁/共93頁1.覆蓋淺、地質差， 地表水匯集。2.進洞順利與否，對工程的展開影響甚大。洞口段施工注意事項:先清理洞口邊仰坡有可能滑塌的表土及危石。刷坡應自上而下逐段開挖。不采用深眼大爆破開挖邊仰坡。 洞門厚度內的襯砌應與洞身襯砌同時施工，連成整體。端墻砌筑與回填應兩側對稱同時

11、進行，以防襯砌產生偏壓。洞口應設置加強襯砌段，其長度一般不小于10m。 洞口段特點：第34頁/共93頁影響施工方法的因素：施工機具配備情況洞外相鄰建筑的影響地形條件地質條件-最為重要！按地質條件，有以下幾種施工方法：1. 全斷面法進洞適應于：、級圍巖。注意事項：初始1020m區段的開挖，應將爆破進尺控制在23m。6.4.2 進洞方法第35頁/共93頁視地質條件，嚴格控制爆破進尺： 、級圍巖短臺階 爆破進尺1.5m2.5m；網、錨、噴支護。 、級圍巖短臺階 爆破進尺在1.5m以內；超前錨桿(或小導管)，鋼拱架。 、級圍巖超短臺階 進尺0.51.0m；不爆破，人工或機械挖掘。問題：、級圍巖能否用臺

12、階法進洞？答：可以，前提是在不具備全斷面進洞的條件下(無大型機具) 用長臺階法，但初始段爆破進尺仍應控制在23m內。2. 臺階法進洞第36頁/共93頁當圍巖很差，超短臺階法往往還不夠安全，可用: 環形開挖留核心土法(前已述) 側壁導坑法(前已述) 下導坑法圖6-8 下導坑進洞方3. 其它進洞方法第37頁/共93頁超前錨桿超前錨桿超前小導管超前小導管管棚等管棚等簡介管棚進洞法簡介管棚進洞法：適用于：適用于：軟弱地層等。軟弱地層等。管棚預支護進洞示意圖襯砌隧道中心線C25鋼筋混凝土套拱導向架 (縱向2.5m長)管棚(4)預支護法進洞第38頁/共93頁現場管棚：現場管棚：管

13、棚及套拱第39頁/共93頁管棚及套拱第40頁/共93頁適用于：覆蓋層薄、邊仰坡不穩、偏壓等。方法： 在洞口處先作一段明洞，抵緊仰坡坡腳，在明洞上及時回填以加固仰坡，然后暗挖進洞。洞門位置明洞回填土4. 明洞法進洞第41頁/共93頁6.5 6.5 明洞施工方法明洞施工方法6.5.1 先墻后拱法全稱為“全部明挖先墻后拱法”。 適用于：臨時邊坡能暫時穩定的對稱式明洞。優點：襯砌整體性好，施工空間大，有利于施工。缺點：土方開挖量大，刷坡較高。第42頁/共93頁6.5.2 先拱后墻法 適用于：不宜大范圍開挖邊仰坡的情況。優點：土石方開挖量較小，刷坡較低。缺點：襯砌整體性較差，邊墻防水層施作不方便。 31

14、圖6-10 明洞先拱后墻法1：m46第43頁/共93頁輔助施工措施：對地層進行預支護或預加固。預支護： 預留核心土 超前錨桿 管棚，等。預加固： 地層注漿 地表錨噴加固。預支護兼預加固：超前小導管注漿 6.6 輔助施工措施第44頁/共93頁6.6.1 超前錨桿特點：形成超前于工作面的圍巖加固棚。適用于：軟弱破碎地層。510開挖面超前錨桿圖6-11 超前錨桿設置方式示意圖超前錨桿第45頁/共93頁超前錨桿第46頁/共93頁表表6-3 6-3 超前錨桿超前錨桿( (或小鋼管或小鋼管) )設計參數設計參數圍巖級別圍巖級別錨桿直徑錨桿直徑(mm)小鋼管直徑小鋼管直徑(mm)錨桿長度錨桿長度(m)環向間

15、距環向間距(cm)外插角外插角錨桿錨桿小鋼管小鋼管2020252532323 35 5303050505 510105 510101818222240406060注：外插角指錨桿或小鋼管與隧道縱向開挖輪廓線的夾角；注：外插角指錨桿或小鋼管與隧道縱向開挖輪廓線的夾角； 錨桿或小鋼管的長度應與實際掘進循環長度一起考慮；錨桿或小鋼管的長度應與實際掘進循環長度一起考慮； 中空錨桿目前的最小直徑為中空錨桿目前的最小直徑為25mm25mm。第47頁/共93頁6.6.2 管棚 圖6-12 管棚設置示意圖縱向連接鋼筋鋼拱架12鋼管(70180mm)鋼管(70180mm)第48頁/共93頁特點：管徑粗(外徑為7

16、0180mm) 。施作要點：(1) 單根長46m，總長可至數十米。(2) 一環管棚長度一般不小于10m。(3) 可向管內注入水泥砂漿，以增加其剛度。(4) 鋼管的尾部需架設在鋼拱架上，并焊死；(5) 相鄰兩榀鋼拱架間以拉筋相連 。(6)與巖壁之間，環向每隔2m應用楔子楔緊。優點：在所有預支護措施中，管棚支護能力最強。缺點：施工技術較復雜，造價較高。第49頁/共93頁單根鋼管構造：第50頁/共93頁6.6.3 超前小導管注漿特點：預支護+預加固，支護效果強于超前錨桿。適用于：軟弱破碎地層。步驟：噴砼封閉開挖面；鉆孔；插入小導管；導管注漿。小導管(鋼管) 小導管(3842mm)圖6-14 超前小導

17、管設置示意圖縱向連接筋鋼拱架1015第51頁/共93頁小導管構造：3842mm無縫鋼管，單根長35m，管壁注漿孔，孔徑68mm,孔距1520cm。第52頁/共93頁小導管鋼拱架 第53頁/共93頁第54頁/共93頁注漿材料水泥漿，或水泥水玻璃漿；注漿壓力0.51.0MPaMPa。單根導管漿液擴散半徑，按下式計算： b-導管中至中間距.單根導管注漿量 ： l導管長度，m； n 圍巖空隙率，% 。注漿效果檢查：取巖芯，達設計要求后才能進行開挖。小導管設計注意事項：bR)7.06.0(nlRQ.2第55頁/共93頁6.6.4 6.6.4 預注漿加固地層預注漿加固地層 1. 注漿方法 滲入性注漿 劈裂

18、性注漿 壓密性注漿 高壓噴灌注漿2. 鉆孔機械和灌注管 鉆機 注漿管：第56頁/共93頁隧道注漿方法隧道注漿方法: :超前小導管注漿(見前)；超前長導管注漿，圖a；正注漿區域已注漿區域(a)注漿加固區域注漿管第57頁/共93頁地表注漿,圖b；由平導內向正洞周圍注漿，圖c，等。 而采用得最多的仍是超前小導管注漿。地表(b)(c)平行導坑正洞第58頁/共93頁3. 3. 注漿數量控制注漿數量控制 現場注漿試驗； 公式計算作參考： 注漿總數量 (6-3)(6-3)式中： A A注漿范圍巖的體積； n n圍巖空隙率，% %； 漿液充填系數，一般取0.70.70.90.9； 注漿材料損耗系數，通常在0.

19、10.1左右。式中的 就是地層充填率。 )1 (.nAQ)1 (n第59頁/共93頁目的：穩定邊仰坡。適用于：覆蓋層薄或高大邊仰坡。1. 地表錨噴預加固類型與加固方法 洞邊仰坡網、錨、噴(相片)地表網錨噴6.6.5 地表錨噴加固第60頁/共93頁 洞門上方陡坎加固第61頁/共93頁錨桿加固范圍： 經驗方法 加固寬度B(12)b，b為隧道開挖寬度； 加固長度為淺埋段長度。 破裂面估算法：用一院法計算破裂角。第62頁/共93頁 噴層厚噴層厚5 510cm10cm； 錨桿直徑錨桿直徑161622cm22cm，長度，長度3 36m6m， 間距間距1 12m2m； 鋼筋網：筋徑鋼筋網：筋徑6 68mm8

20、mm，40cm40cm40cm40cm的網格；的網格；(4)(4)在洞門一定范圍內，宜盡量將地表錨桿插入在洞門一定范圍內，宜盡量將地表錨桿插入拱部襯砌中。拱部襯砌中。 2. 地表錨噴加固經驗參數第63頁/共93頁6.7 6.7 特殊地質地段的隧道施工特殊地質地段的隧道施工特殊地質地段： 膨脹土、軟弱黃土、溶洞、斷層、流沙、巖爆，瓦斯地層等。 施工注意:制訂針對性強的施工方案。施工總原則： “先治水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤檢查、穩步前進”。充分考慮采用預支護、預加固措施。第64頁/共93頁1.膨脹土圍巖的特性膨脹土：土中粘土成分主要由蒙脫石等親水性礦物組成。特點： 明顯的塑性流變特性

21、，開挖后塑性變形大。 初期圍巖變形大，且變形發展速度快。 膨脹壓力將使得圍巖壓力顯著增加。第65頁/共93頁2. 2. 膨脹土圍巖對隧道施工的危害膨脹土圍巖對隧道施工的危害 圍巖裂縫 隧道下沉 圍巖鼓出(包括底鼓)、坍塌 襯砌變形和破壞第66頁/共93頁3. 3. 隧道在膨脹土圍巖中的施工要點隧道在膨脹土圍巖中的施工要點 加強觀查與量測 合理選擇施工方法：短臺階或超短臺階法單側壁導坑法環形開挖留核心土法眼鏡工法等第67頁/共93頁4. 4. 隧道在膨脹土圍巖中的基本施工原則隧道在膨脹土圍巖中的基本施工原則 施工基本原則：應盡量減少對圍巖的擾動和防止水的浸濕。 注意兩點：盡量不用爆破，而是采用風

22、鎬、液壓鎬等開挖機械。盡可能縮短圍巖暴露時間，及時支護。第68頁/共93頁4. 4. 膨脹土隧道的支護結構膨脹土隧道的支護結構 初期支護： 網、錨、噴聯合支護 噴射鋼纖維混凝土(取消鋼筋網) 輔助施工措施： 超前錨桿 超前小導管注漿 管棚、鋼支撐等。 襯砌：必須設仰拱。第69頁/共93頁6.7.2 6.7.2 黃土黃土1.黃土分類及其對隧道施工的影響 黃土節理在隧道開挖時，土體順著節理張松或剪斷。隧道頂部極易產生“塌頂”；側壁普遍出現掉土。第70頁/共93頁 黃土沖溝地段黃土沖溝地段 隧道沿黃土沖溝或塬邊(四邊陡、頂上平的黃土高地)地段穿過，且覆蓋較薄或偏壓較大時，容易發生較大的坍塌或滑坡現象

23、。 黃土溶洞與陷穴 這是黃土地區經常見到的現象。隧道若在其上方，則有基礎下沉的危害；隧道若在其下方，常有發生冒頂的危險；隧道若在其鄰側，則有可能承受偏壓。第71頁/共93頁 水對黃土隧道施工的影響水對黃土隧道施工的影響黃土在干燥時很堅固，承壓力也較高，施工可順利進行。當土受水浸濕后則呈不同程度的濕陷性，會突然發生下沉現象，極容易造成隧道坍塌。第72頁/共93頁2.2.黃土隧道的施工方法黃土隧道的施工方法施工原則： “短開挖、少擾動、強支護、實回填、嚴治水、勤量測”。開挖方法：短、超短臺階法、環形開挖留核心法。第73頁/共93頁6.7.36.7.3溶洞溶洞 巖溶：可溶性巖層，如石灰巖、白云巖等，

24、在水的作用下產生溝槽、空洞以及地表陷穴等現象。 溶洞：溶洞是巖溶現象的一種。1. 溶洞的類型及其對隧道施工的影響溶洞類型：死、干、小型溶洞：較容易處理活、濕、大型溶洞：較難處理。 第74頁/共93頁對隧道施工影響：對隧道施工影響：溶洞巖質破碎，容易發生坍塌；溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于處理；溶洞涌泥危及施工。2. 隧道遇到溶洞時的工程對策處理溶洞的方法：“引、堵、越、繞”四種。第75頁/共93頁 引引注意：遇到暗河或溶洞有水流時，宜排不宜堵。方法：暗管、涵管或小橋等，見圖6-19。 堵對象：已停止發育、跨徑較小，無水的溶洞。方法：混凝土、漿砌或干砌片石回填封閉，見圖6-20

25、；隧頂溶洞，錨噴加固，必要時注漿加固與堵水，并加設隧道護拱及拱頂回填，見 圖6-21。第76頁/共93頁圖6-20 溶洞堵填示意圖干砌片石片石、碎石回填密實圖6-21 錨噴加固與護拱示意圖混凝土填實漿砌片石漿砌片石漿砌片石或混凝土護拱錨桿水流隧道漿砌片石暗管，涵洞或小橋圖6-19 渲泄水流示意圖第77頁/共93頁 越越現象1： 隧道一側遇到狹長而較深的溶洞。 方法：加深該側的邊墻基礎(圖6-22)?，F象2：隧道底部遇有較大溶洞并有流水。 方法：在隧底以下砌筑圬工承重墻，跨越而過，承重墻內套設涵管引排溶洞水(圖6-23)?，F象3：隧道過墻部位遇到較大、較深的溶洞，加深邊墻基礎困難。 方法：在邊墻

26、下或隧底以下筑拱跨過(圖6-24)。 第78頁/共93頁混凝土拱拱基礎溶洞圖6-24 筑拱跨越溶洞示意圖漿砌片石承重墻涵管漿砌片石水流圖6-23 在承重墻內套設涵管示意圖漿砌片石圖6-22 加深邊墻基礎示意圖混凝土墻基第79頁/共93頁 繞繞 若溶洞處理耗時，可采用迂回導坑繞過溶洞，繼續隧道前方的施工,同時處理溶洞。3. 溶洞地段施工的注意事項 多作物探超前預報，如地質雷達。 穿過溶洞時，細查溶洞頂部，及時處理危石。 嚴格控制爆破藥量，減少對圍巖的擾動。第80頁/共93頁6.7.4 6.7.4 巖爆巖爆巖爆：巖體中聚集的高彈性應變能因隧道開挖而發生的一種應力突發現象。巖爆形成的兩個條件：(1)

27、地層的巖性條件。結構基本完整的脆硬巖地層。多見于石英巖、花崗巖、正長巖、閃長巖、花崗閃長巖、大理巖、片麻巖等。(2)地應力條件。埋深大的隧道，因只有埋深大才足以形成高地應力，埋深超過700m的隧道發生巖爆的情況居多。第81頁/共93頁1. 1.隧道內巖爆的特點隧道內巖爆的特點巖爆在發生前并無明顯預兆，總是突然發生。巖爆時，巖塊自洞壁迸射而出，塊度從幾厘米到幾十厘米不等，甚至上噸重巖石從拱部彈落。巖爆多發生在新開挖工作面及其附近。危險性： 傷害人員、損壞機械！第82頁/共93頁2. 2. 巖爆的防治措施巖爆的防治措施 強化圍巖出發點：給圍巖一定的徑向約束，使圍巖的應力狀態從平面轉向三維。方法：錨

28、噴加固、網錨噴聯合、鋼支撐網噴聯合、注漿等。 弱化圍巖方法：往巖層中注水：可改變巖石的物理力學性質，降低巖石的脆性和儲存能量的能力。解除圍巖中的高地應力：預裂爆破、排孔法、切縫法等。可消減圍巖中的能量。 第83頁/共93頁3. 3. 施工注意事項施工注意事項 超前地質預報：平導超前、地質雷達等。 爆破方法：盡量采用能預先釋放地應力的方法，如預裂爆破、切縫法等。 縮短爆破進尺：要盡快閉合支護。第84頁/共93頁6.7.56.7.5高地溫高地溫1.高地溫的熱源火山熱的熱源放射性元素裂變熱的熱源2. 隧道施工注意事項及措施事項1：洞內溫度應滿足相關規定，不要超過30。 措施：主要措施為通風和灑水。第85頁/共93頁事項事項2 2：防止高溫地段的二襯開裂。：防止高溫地段的二襯開裂。措施： (1) 宜采用高爐礦碴水泥(分離粉碎型水泥)。 (2) 用防水板和無紡布，將二襯與噴層隔離，可使二襯的收縮不受約束。 (3) 在防水板和二襯之間設置隔熱材料，有助于隔斷圍巖熱量。 (4) 適當