公路隧道工程第七、八章課件

1、第七章 隧道施工方法一、隧道施工方法的概念二、隧道工程施工的特點(diǎn)三、隧道施工應(yīng)遵循的基本原則四、隧道施工方法 隧道施工方法是開(kāi)挖方式、開(kāi)挖方法、支護(hù)方式、洞內(nèi)運(yùn)輸方式、輔助方法和通風(fēng)方式等的總稱(chēng)。開(kāi)挖方式是指爆破開(kāi)挖、掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖、人力開(kāi)挖等開(kāi)挖手段。開(kāi)挖方法是指全斷面法、臺(tái)階法、導(dǎo)坑法、分部法等開(kāi)挖方法。支護(hù)方式有錨桿、噴射混凝土、鋼支撐、鋼筋網(wǎng)、構(gòu)件支撐等。洞內(nèi)運(yùn)輸方式有無(wú)軌式和有軌道式。輔助方法主要是指在穩(wěn)固開(kāi)挖面和處治涌水的超前錨桿、小導(dǎo)管、管棚、藥液注漿、凍結(jié)、混凝土注漿等。一、隧道施工方法的概念 隱蔽性大 作業(yè)的循環(huán)性強(qiáng) 作業(yè)空間有限 作業(yè)的綜合性二、隧道工程施工的特點(diǎn) 施工是動(dòng)態(tài)的

2、 作業(yè)環(huán)境惡劣 作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)性大 氣候影響小 三、隧道施工應(yīng)遵循的基本原則 歸納起來(lái)，施工中不管采用哪種方法，都必須遵循的基本技術(shù)原則是(1) 因?yàn)閲鷰r是隧道的主要承載單元，所以要在施工中充分 保護(hù)和愛(ài)護(hù)圍巖(2) 為了充分發(fā)揮圍巖的結(jié)構(gòu)作用，應(yīng)容許圍巖有可控制的變形(3) 變形的控制主要是通過(guò)支護(hù)阻力(即各種支護(hù)結(jié)構(gòu))的效應(yīng)達(dá)到的(4) 在施工中，必須進(jìn)行實(shí)地量測(cè)監(jiān)控，及時(shí)提出可靠的、足夠數(shù)量的量測(cè)信息，以指導(dǎo)施工和設(shè)計(jì)(5) 在選擇支護(hù)手段時(shí)，一般應(yīng)選擇能大面積的、牢固的與圍巖緊密接觸的、能及時(shí)施設(shè)和應(yīng)變能力強(qiáng)的支護(hù)手段(6) 要特別注意，隧道施工過(guò)程是圍巖力學(xué)狀態(tài)不斷變化的過(guò)程(7) 在任

3、何情況下，使隧道斷面能在較短時(shí)間內(nèi)閉合是極為 重要的(8) 在隧道施工過(guò)程中，必須建立設(shè)計(jì)施工檢驗(yàn)地質(zhì)預(yù)測(cè)量測(cè)反饋修正設(shè)計(jì)的一體化的施工管理系統(tǒng)，以不斷地提高和完善隧道施工技術(shù)上述隧道施工的基本原則可扼要地概括為：“少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、緊封閉”。 掘進(jìn)機(jī)法包括隧道掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine，簡(jiǎn)寫(xiě)為(T.B.M.)法和盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)法。前者應(yīng)用于巖石地層，后者則主要應(yīng)用于土質(zhì)圍巖，尤其適用于軟土、流砂、淤泥等特殊地層。 沉管法、明挖法等則是用來(lái)修建水底隧道、地下鐵道、城市市政隧道等，以及埋深很淺的山嶺隧道。 隧道施工過(guò)程和方法是多種多樣的，目前在我們經(jīng)常采用的大致有全斷面

4、法、臺(tái)階法(長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法、超短臺(tái)階法）和分部開(kāi)挖法(環(huán)形開(kāi)挖留核心土法、中隔壁法（單側(cè)壁導(dǎo)坑法、CD法)、 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡法) ) 。 在當(dāng)前的施工實(shí)踐中，采用最多的方法是臺(tái)階法，其次是全斷面法。在大斷面隧道中，單側(cè)壁導(dǎo)坑(中隔壁法)和雙側(cè)壁導(dǎo)坑(眼鏡法)采用較多。 (5) 用裝碴機(jī)將石碴裝入礦車(chē)或運(yùn)輸機(jī)，運(yùn)出洞外(6) 安設(shè)邊墻錨桿和噴混凝土(7) 必要時(shí)可噴拱部第二層混凝土和隧道底部混凝土(8) 開(kāi)始下一輪循環(huán)(9) 在初次支護(hù)變形穩(wěn)定后，或按施工組織中規(guī)定日期灌注內(nèi)層襯砌圖7-1 全斷面開(kāi)挖法1-全斷面開(kāi)挖法; 2-錨噴支護(hù); 3-模筑混凝土襯砌 2 . 適用條件 全斷面法適用

5、于巖層覆蓋條件簡(jiǎn)單、巖質(zhì)較均勻的硬巖中。 3 . 全斷面開(kāi)挖法的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 有較大的工作空間，適用于大型配套機(jī)械化施工，施工速度較快，且因單工作面作業(yè)，便于施工組織和管理。有較大的斷面進(jìn)尺比(即開(kāi)挖斷面面積與掘進(jìn)進(jìn)尺之比)，可獲得較好的爆破效果，且爆破對(duì)圍巖的震動(dòng)次數(shù)相對(duì)較少，有利于圍巖的穩(wěn)定。一般應(yīng)盡量采用全斷面開(kāi)挖法。 缺點(diǎn) 要求進(jìn)行分段裝藥，嚴(yán)格的控制爆破設(shè)計(jì)，尤其是對(duì)于穩(wěn)定性較差的圍巖。因開(kāi)挖面大，圍巖相對(duì)穩(wěn)定性降低，且每循環(huán)工作量相對(duì)較大，因此要求具有較強(qiáng)的開(kāi)挖、出渣能力和相應(yīng)的支護(hù)能力。 (二) 臺(tái)階開(kāi)挖法 臺(tái)階開(kāi)挖法一般是將設(shè)計(jì)斷面分上半斷面和下半斷面兩次開(kāi)挖成型。臺(tái)階法包括長(zhǎng)

6、臺(tái)階法、短臺(tái)階法和超短臺(tái)階法等三種，其劃分是根據(jù)臺(tái)階長(zhǎng)度來(lái)決定如圖7-2所示。圖7-2 臺(tái)階法施工形式長(zhǎng)臺(tái)階法 上、下斷面相距較遠(yuǎn)，一般上臺(tái)階超前50m以上或大于5倍洞跨。施工時(shí)上下部可配屬同類(lèi)機(jī)械進(jìn)行平行作業(yè)，當(dāng)機(jī)械不足時(shí)也可用一套機(jī)械設(shè)備交替作業(yè)，即在上半斷面開(kāi)挖一個(gè)進(jìn)尺，然后再在下斷面開(kāi)挖一個(gè)進(jìn)尺。當(dāng)隧道長(zhǎng)度較短時(shí)，亦可先將上半斷面全部挖通后，再進(jìn)行下半斷面施工，即為半斷面法。長(zhǎng)臺(tái)階法的作業(yè)順序?yàn)椋?上半斷面開(kāi)挖：用鉆孔臺(tái)車(chē)鉆眼、裝藥爆破，地層較軟時(shí)亦可用挖掘機(jī)開(kāi)挖安設(shè)錨桿和鋼筋網(wǎng)，必要時(shí)加設(shè)鋼支撐、噴射混凝土2. 短臺(tái)階法 臺(tái)階長(zhǎng)度小于5倍但大于11.5倍洞跨。上下斷面采用平行作業(yè)。

7、短臺(tái)階法的作業(yè)順序和長(zhǎng)臺(tái)階相同 優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件：短臺(tái)階法可縮短支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合的時(shí)間，改善初次支護(hù)的受力條件，有利于控制隧道收斂速度和量值，級(jí)圍巖都能采用，尤其運(yùn)用于、級(jí)圍巖，是新奧法施工中經(jīng)常采用的方法。缺點(diǎn)是上臺(tái)階出碴時(shí)對(duì)下半斷面施工的干擾較大，不能全部平行作業(yè)。 3 . 超短臺(tái)階法 上臺(tái)階僅超前35m，只能采用交替作業(yè)。 (1) 超短臺(tái)階法施工作業(yè)順序 用一臺(tái)停在臺(tái)階下的長(zhǎng)臂挖掘機(jī)或單臂掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖上半斷面至一個(gè)進(jìn)尺 安設(shè)拱部錨桿、鋼筋網(wǎng)或鋼支撐，噴拱部混凝土 用同一臺(tái)機(jī)械開(kāi)挖下半斷面至一個(gè)進(jìn)尺。安設(shè)邊墻錨桿、鋼筋網(wǎng)或接長(zhǎng)鋼支撐，噴邊墻混凝土(必要時(shí)加噴拱部混凝土) 開(kāi)挖水溝、安設(shè)底部鋼支撐

8、，噴底拱混凝土。灌注內(nèi)層襯砌(2)優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件 由于超短臺(tái)階法初次支護(hù)全斷面閉合時(shí)間更短，更有利于控制圍巖變形、更有效的控制地表沉陷。所以，超短臺(tái)階法適用于膨脹性圍巖和土質(zhì)圍巖，要求及早閉合斷面的場(chǎng)合。當(dāng)然，也適用于機(jī)械化程度不高的各類(lèi)圍巖地段。缺點(diǎn)是上下斷面相距較近，機(jī)械設(shè)備集中，作業(yè)時(shí)相互干擾較大生產(chǎn)效率較低，施工速度較慢。在軟弱圍巖中施工時(shí)，應(yīng)特別注意開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定性，必要時(shí)可對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)行預(yù)加固或預(yù)支護(hù)。 (三)分部開(kāi)挖法 分部開(kāi)挖法是將隧道斷面分部開(kāi)挖逐步成型，且一般將某部超前開(kāi)挖，故也可稱(chēng)為導(dǎo)坑超前開(kāi)挖法。分部開(kāi)挖法可分為三種變化方案：臺(tái)階分部開(kāi)挖法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

9、，見(jiàn)圖7-3、圖7-4 、圖7-5。1. 臺(tái)階分部開(kāi)挖法(又稱(chēng)環(huán)形開(kāi)挖留核心土法) (1) 開(kāi)挖面分部形式一般將斷面分成為環(huán)形拱部、上部核心土、下部臺(tái)階等三部分。 圖7-3 環(huán)形開(kāi)挖留核心土法示意圖 (3) 優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件能迅速及時(shí)地建造拱部初次支護(hù)，開(kāi)挖工作面穩(wěn)定性好。核心土和下部開(kāi)挖都是在拱部初次支護(hù)保護(hù)下進(jìn)行的，施工安全性好。這種方法適用于一般土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖中。 (2) 施工作業(yè)順序 用人工或單臂進(jìn)機(jī)開(kāi)挖環(huán)形拱部?；蚋鶕?jù)斷面的大小，環(huán)形拱部又可分成幾塊交替開(kāi)挖 安設(shè)拱部錨桿、鋼筋網(wǎng)或鋼支撐、噴混凝土 在拱部初次支護(hù)保護(hù)下，用挖掘機(jī)或單臂掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖核心土和下臺(tái)階，隨時(shí)接長(zhǎng)鋼支撐和

10、噴混凝土、封底 根據(jù)初次支護(hù)變形情況或施工安排建造內(nèi)層襯砌CRD工法超淺埋大跨度施工技術(shù)開(kāi)挖面分部形式 一般將斷面分成側(cè)壁導(dǎo)坑、上臺(tái)階、下臺(tái)階，見(jiàn)圖7-4。側(cè)壁導(dǎo)坑尺寸應(yīng)本著充分利用臺(tái)階的支撐作用，并考慮機(jī)械設(shè)備和施工條件而定。 (2) 優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件 單側(cè)壁導(dǎo)坑法是將斷面橫向分成3塊或4塊，每步開(kāi)挖的寬度較小，而且封閉型的導(dǎo)坑初次支護(hù)承載能力大，所以，單側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于斷面跨度大，地表沉陷難于控制的軟弱松散圍巖中。 (3) 優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件當(dāng)隧道跨度很大，地表沉陷要求嚴(yán)格，圍巖條件特別差，單側(cè)壁導(dǎo)坑法難以控制圍巖變形時(shí)，可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法所引起的地表沉陷僅為短臺(tái)

11、階法的1/2。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法雖然開(kāi)挖斷面分塊多，擾動(dòng)大，初次支護(hù)全斷面閉合的時(shí)間長(zhǎng)，但每個(gè)分塊都是在開(kāi)挖后立即各自閉合的，所以在施工中間變形幾乎不發(fā)展。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工安全，但速度較慢，成本較高。 開(kāi)挖下臺(tái)階，建造底部的初次支護(hù)，使初次支護(hù)全斷面閉合 拆除導(dǎo)坑臨空部分的初次支護(hù) 建造內(nèi)層襯砌圖7-5 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法示意圖三線大跨隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工（四）連體隧道施工方法連拱隧道一般具有埋深淺、跨度大、地質(zhì)條件復(fù)雜、受雨季地表水影響大的特點(diǎn)，一般采用中導(dǎo)洞法施工，由于按兩個(gè)獨(dú)立單洞考慮的開(kāi)挖法成功經(jīng)驗(yàn)很少，應(yīng)慎重采用。中導(dǎo)洞法開(kāi)挖均宜先貫通中導(dǎo)洞、澆筑中隔墻，然后依次開(kāi)挖主洞。根據(jù)兩側(cè)主洞開(kāi)挖方法的

12、差異中導(dǎo)洞法又可細(xì)分為“先左洞后右洞開(kāi)挖法”、“中導(dǎo)洞-兩側(cè)下導(dǎo)洞開(kāi)挖法”、“中導(dǎo)洞-正洞臺(tái)階開(kāi)挖法”、“中導(dǎo)洞-雙側(cè)壁三導(dǎo)洞開(kāi)挖法”。 圖7-6 先左洞后右洞開(kāi)挖法示意圖圖7-7 中導(dǎo)洞-正洞臺(tái)階開(kāi)挖法示意圖圖7-8 中導(dǎo)洞-雙側(cè)壁三導(dǎo)洞開(kāi)挖法示意圖（四）小凈距隧道施工方法 應(yīng)綜合考慮小凈距隧道工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、隧道斷面形式、尺寸、埋深、施工機(jī)械設(shè)備、工效、工序轉(zhuǎn)換和工序配合等因素制定施工單項(xiàng)技術(shù)方案，方案應(yīng)遵循“少擾動(dòng)、快加固、勤量測(cè)、早封閉”的原則，將中巖柱的穩(wěn)定與加固作為小凈距隧道的施工重點(diǎn)，嚴(yán)格貫徹設(shè)計(jì)意圖。 先行洞的開(kāi)挖可采用與分離隧道相同的施工方法，但應(yīng)重視爆破振動(dòng)對(duì)中巖柱

13、的影響。后行洞的開(kāi)挖，當(dāng)采用中隔壁法時(shí)，宜先開(kāi)挖靠近中巖墻側(cè)。圖7-9 先行洞全斷面法-后行洞臺(tái)階法示意圖圖7-10 先行洞臺(tái)階法-后行洞中隔壁法示意圖圖7-11 先行洞中隔壁法-后行洞中隔壁法示意圖1.合理分配建設(shè)投資2.動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)施工管理3.規(guī)避施工質(zhì)量通病第八章 隧道工程建設(shè)管理8 隧道施工建設(shè)管理8.1 合理分配建設(shè)投資象重視工程結(jié)構(gòu)一樣重視超前預(yù)報(bào)象重視主體工程一樣重視附屬工程象重視建設(shè)時(shí)期一樣重視運(yùn)管時(shí)期8 隧道施工建設(shè)管理8.1 合理分配建設(shè)投資8.1.1象重視工程結(jié)構(gòu)一樣重視超前預(yù)報(bào) 由于本隧道黃土狀土發(fā)育，對(duì)黃土中溶洞和陷穴暫未有揭示。另外，隧道穿越多條斷層破碎帶，尤其是F7斷

14、層規(guī)模較大。這些不良地質(zhì)問(wèn)題均需要在施工中依靠超前地質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)一步探明驗(yàn)證，這對(duì)于降低工程風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約工程造價(jià)都大有益處，這些工作與工程結(jié)構(gòu)本身同樣重要，由此而付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)、工期代價(jià)都是值得的。8 隧道施工建設(shè)管理8.1 合理分配建設(shè)投資8.1.2象重視主體工程一樣重視附屬工程 隧道防排水的質(zhì)量好壞對(duì)主體結(jié)構(gòu)工程有著至關(guān)重要的影響，尤其是黃土隧道中的防排水工程，如果防水不利、排水不暢，在襯砌背后形成較大的水壓，使隧道黃土圍巖物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生突變，圍巖荷載變大，地基承載力下降，使隧道襯砌出現(xiàn)變形裂縫、整體沉降等諸多工程問(wèn)題，后期處理難度極大。8 隧道施工建設(shè)管理8.1 合理分配建設(shè)投資8.1.2象

15、重視主體工程一樣重視附屬工程 通風(fēng)、照明、消防、配電等工程使隧道成為一個(gè)安全、舒適、順暢的通行環(huán)境，其重要性不亞于主體工程結(jié)構(gòu)。相關(guān)設(shè)備應(yīng)滿足技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、節(jié)約能源、可維護(hù)性強(qiáng)的要求。8 隧道施工建設(shè)管理8.1 合理分配建設(shè)投資8.1.3象重視建設(shè)時(shí)期一樣重視運(yùn)管時(shí)期 隧道工程與其它工程一樣，同樣面臨著重建設(shè)輕管理的現(xiàn)實(shí)。維修養(yǎng)護(hù)工作跟不上，對(duì)于隧道工程的運(yùn)營(yíng)安全、使用壽命都會(huì)形成很大影響。運(yùn)營(yíng)管理時(shí)期的維修養(yǎng)護(hù)成本是全壽命周期成本的重要組成部分，必須加以重視。8 隧道施工建設(shè)管理8.2 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)施工管理選擇合適的方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)加強(qiáng)對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的分析管理及時(shí)確定變更方案跟蹤驗(yàn)證實(shí)

16、施效果8 隧道施工建設(shè)管理8.2 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)施工管理8.2.1選擇合適的方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào) 針對(duì)可能存在的黃土溶洞、陷穴和斷層破碎帶的規(guī)模產(chǎn)狀等不良地質(zhì)問(wèn)題，應(yīng)分別選取超前水平地質(zhì)鉆探和地震波法、反射波法、地質(zhì)雷達(dá)法等一種或幾種綜合物探技術(shù)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。8 隧道施工建設(shè)管理8.2 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)施工管理8.2.2加強(qiáng)對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的分析管理 監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行采集、整理、分析，出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)及時(shí)將分析結(jié)果報(bào)送業(yè)主、總監(jiān)辦和設(shè)計(jì)部門(mén)，以期最快取得變更設(shè)計(jì)方案。后期應(yīng)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔備案。必要時(shí)可委托第三方負(fù)責(zé)監(jiān)控量測(cè)工作。8 隧道施工建設(shè)管理8.2 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)施工管理8.2.3及

17、時(shí)確定變更方案 在隧道施工中，若發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與原設(shè)計(jì)不符，或監(jiān)控量測(cè)分析結(jié)果出現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)采取一些必要的應(yīng)急措施，同時(shí)將具體情況按管理程序通報(bào)給業(yè)主、總監(jiān)辦、設(shè)計(jì)代表，盡早共同現(xiàn)場(chǎng)踏勘，確定設(shè)計(jì)變更方案。變更方案的及時(shí)性是現(xiàn)場(chǎng)最需要的。8 隧道施工建設(shè)管理8.2 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)施工管理8.2.4跟蹤驗(yàn)證實(shí)施效果 在設(shè)計(jì)變更方案實(shí)施的過(guò)程中，應(yīng)時(shí)刻注意是否有新的不利情況出現(xiàn)，必要時(shí)重新調(diào)整變更方案。在變更方案實(shí)施后，應(yīng)通過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形等監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證變更方案實(shí)施的效果。8 隧道施工建設(shè)管理8.3 規(guī)避施工質(zhì)量通病開(kāi)挖前期開(kāi)挖支護(hù)期防排水設(shè)施安裝期二次襯砌模筑期運(yùn)營(yíng)設(shè)備安裝期8 隧道施工建設(shè)管理8.3 規(guī)避施工質(zhì)量通病8.3.1開(kāi)挖前期：嚴(yán)格控制管棚、小導(dǎo)管的施工精度，確保其準(zhǔn)確就位；全程跟蹤、工后檢驗(yàn)確保注漿質(zhì)量可靠；合理選取爆破參數(shù)，嚴(yán)格控制超欠挖。8 隧道施工建設(shè)管理8.3 規(guī)避施工質(zhì)量通病8.3.2開(kāi)挖支護(hù)期：嚴(yán)格控制分部開(kāi)挖導(dǎo)坑的縱向距離；加強(qiáng)錨桿等隱蔽工程檢驗(yàn)、檢測(cè)，堅(jiān)決制止偷工減料行為；初期支護(hù)背后嚴(yán)禁出現(xiàn)空洞；嚴(yán)禁在初期支護(hù)中填塞片石；鋼拱架（臨時(shí)）底腳鋼板應(yīng)落實(shí)；8 隧道施工建設(shè)管理8.3 規(guī)避施工質(zhì)量通病8.3.3防排水設(shè)施安裝期：把好防水板焊接質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格執(zhí)行充氣