隧道工程第7章課件

隧道工程主講教師：博士Tel:E-mail:第五章錨噴支護結構的設計與施工第一節(jié)錨噴支護與新奧法的概念一、錨噴支護的概念1、噴混凝土噴混凝土是利用高壓空氣，將摻有速凝劑的混凝土混合料通過混凝土噴射機與高壓水混合，噴射到開挖面上，迅速凝固而成的。2、錨噴支護噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架等結構組合起來的支護形式?？梢愿鶕?jù)不同圍巖的穩(wěn)定狀況，采用錨噴支護中的一種或幾種組合。

二、錨噴支護的特點1.及時性：快速及時2.緊貼性：“聯(lián)鎖”作用、“復合”作用、“增強”作用3.柔韌性4.深入圍巖內部加固5.支護組合和設置時間的靈活性6.密封性

四、新奧法（NewAustrianTunnellingMethod簡寫為NATM）從巖土力學觀點出發(fā)，進行支護設計和施工時，把隧道周圍巖土體和各種支護結構組合為一個完整支護體系的新的支護理論和方法，稱為新奧法。五、新奧法（NATM）的要點1.圍巖和支護視作統(tǒng)一的承載結構體系，圍巖是主要的承載單元。2.允許圍巖產(chǎn)生局部應力松弛，也允許作為承載環(huán)的支護結構有限制的變形。3.通過試驗，量測決定圍巖體和支護結構的承載變形時間特性。4.按“預計的”圍巖局部應力松弛選擇開挖方法和支護結構。5.在施工過程中，通過對支護的監(jiān)控量測，修改支護結構設計，并決定支護措施或第二次襯砌。（二）、錨桿作用原理1聯(lián)結作用：隧道圍巖有不穩(wěn)定的巖塊和巖層時，可用錨桿將它們聯(lián)結起來，并盡可能的深入到穩(wěn)定的巖層中。2組合作用：依靠錨桿將一定厚度的巖層，尤其時成層的巖層組合在一起，組成組合拱或組合梁，阻止巖層面滑移和坍塌。3整體加固作用：通過有規(guī)律布置的錨桿群，將隧道周圍一定深度得圍巖進行擠壓，粘結加固，組成一個支承環(huán)。二、噴混凝土支護結構噴混凝土作用原理1、局部穩(wěn)定原理噴混凝土支護結構通過及時的封閉巖層表面得節(jié)理、裂隙，填平或緩和表面得凹凸不平，使洞室內輪廓較為平順，從而提高節(jié)理裂隙間的粘結力，摩阻力和抗剪強度，減少應力集中現(xiàn)象。防止巖層表面風化、剝落、松動、掉塊和坍塌的產(chǎn)生，使圍巖穩(wěn)定下來，發(fā)揮圍巖體的自承能力。2、整體穩(wěn)定性原理噴混凝土層與圍巖體表面緊密粘結、咬合。使洞室表面巖體形成較平順的整體，依靠結合面處的抗拉、抗壓、抗剪能力，與巖體密貼組成“組合結構物“共同作用。三、新奧法中錨噴聯(lián)合支護的作用1、錨噴聯(lián)合支護的適用情況錨噴聯(lián)合支護是錨桿支護和噴混凝土支護這兩種支護作用原理的有機組合。一般在較好的圍巖中，可將噴混凝土作為主要的支護手段，輔以錨桿加固;而在較差的圍巖體中，則以錨桿，尤其是預應力錨桿作為主要的巖體加固手段，并與噴混凝土、鋼筋網(wǎng)噴混凝土或加鋼拱的鋼筋網(wǎng)噴混凝土配合使用。第三節(jié)錨噴支護的施工一、錨桿的安設鋼筋水泥砂漿錨桿的施工順序：選孔鉆孔注漿安設錨桿和掛金屬網(wǎng)或者：選孔鉆孔安設錨桿和掛金屬網(wǎng)注漿1、選孔（1）孔的縱橫間距L錨桿（2）孔與巖面、層面或裂隙面的交角以90度為宜2、鉆孔：孔徑一般為37~45mm，比桿徑大15~20mm3、注漿水泥砂漿配合比：膠骨比1:1~1:2，水灰比0.38~0.42

4、安設錨桿、金屬網(wǎng)(1)錨桿:桿體宜用HRB335、HRB400帶肋鋼筋，直徑為22mm以上。(2)鋼筋網(wǎng)：宜用R235小于12mm的鋼筋，間距為150mm~300mm（三）噴射混凝土設備1混凝土噴射機2上料機3噴混凝土機械手（四）噴混凝土作業(yè)施工要點（干法噴射混凝土）1、準備工作清理噴射面作好噴射厚度標志機械設備就位和場地布置，保證運輸線路風水電暢通，搞好照明。安排好回彈物的用。試運轉混合料拌制2、噴射作業(yè)注意要點①噴射作業(yè)應在劃定的區(qū)段內進行，區(qū)段的長度一般不超過6m②噴射應在自下而上，先墻后拱，分部、分塊順序進行③噴射時，噴嘴要正對受噴面作均勻順時針方向的螺旋轉動，螺旋直徑20～30cm。④若巖面有較大坑洼時，應先噴凹處，然后刮平。⑤噴層既不能太厚也不能太薄。一般拱部4～6cm/次，邊墻一次噴厚6～8cm。⑥噴射層間的間歇時間，應視混凝土的凝結情況而定。⑦噴混凝土緊跟開挖時，從混凝土噴完到下一個循環(huán)放炮的時間隔。3、噴射機操作順序開始時：給風給水（冷卻水）給電送料結束時：停料停電斷水斷風（與上述相反）4、噴槍頭操作順序開始時：給水給料結束時：停料關水2、錨桿的物理力學性能（鋼筋水泥砂漿錨桿）(1)水泥砂漿強度（抗壓強度）：抗壓強度20MPa(2)錨桿的錨固力：(3)水泥砂漿與錨桿的粘結力(4)水泥砂漿與圍巖的粘結力

二、錨噴支護檢測1、質量檢測（1）原材料檢驗（2）噴射混凝土實際配合比與水灰比的測定（3）噴混凝土強度檢測：主要是抗壓強度試驗（4）噴混凝土厚度檢查（5）錨桿質量檢查：主要是錨固力試驗（6）支護外觀、尺寸的檢查2、新奧法支護變形監(jiān)測重點在施工階段（1）主要量測項目（見圖）地質和支護狀況觀察隧道周邊位移量測拱頂下沉錨桿或錨索內力及抗拔力地表下沉圍巖內位移支護與圍巖的接觸應力的量測支護襯砌內應力的量測圍巖中的應力分布情況量測圍巖彈性波測試

1－多點式或單點式位移計或量測錨桿2－必要增加的量測點3－一般需要的量測點4－軟弱圍巖時需要增加的量測點第五章思考題1、錨噴支護概念及特點？2、新澳法概念及其要點？3、錨桿類型及作用原理？4、噴混凝土作用原理？5、錨噴支護質量檢測內容？6、隧道施工主要監(jiān)測項目？

第二節(jié)傳統(tǒng)礦山法修筑道路隧道的基本施工方法

一、漏斗棚架法（下導坑先墻后拱法或稱六部開挖法）

1、施工順序（見下圖）2、適用范圍漏斗棚架法常用于圍巖較穩(wěn)定的坑道施工，適用于Ⅰ～Ⅲ級圍巖石質隧道。（無大型機具條件）3、特點：優(yōu)點工作面拉開，可同時施工；爆破臨空面多，爆破效果好；利用棚架及渣堆可不另作腳手架；棚架上石渣裝車由漏斗口漏入車內，省力、速度快；襯砌施工先墻后拱，襯砌質量好。缺點需大量木材、鋼軌；棚架也易因爆破而損壞；第⑥部開挖易損壞風、水管設備；工作面拉開距離長，圍巖離時間較長，不利安全施工。二、反臺階法1、施工順序2、適用范圍Ⅰ、Ⅱ級圍巖且無大型裝渣機具3、特點優(yōu)點施工工序少；施工干擾少；下部斷面可一次挖至設計寬度、空間大，便于出渣運輸和布置管線；節(jié)省材料。缺點：需大量木材、鋼材。三、正臺階法1、施工順序2、適用范圍Ⅰ、Ⅱ級圍巖且有大型裝渣機具3、特點優(yōu)點工序少；干擾少；爆破效果好；缺點：因圍巖條件變化較大而需變換為其他施工方法時則較困難。四、全斷面開挖法1、施工順序2、適用范圍Ⅰ、Ⅱ級圍巖的石質隧道3、特點優(yōu)點工序簡單，斷面一次挖成；能較好地發(fā)揮深眼爆破的優(yōu)越性，提高鉆爆效果；各工序干擾少；空間大，便于大型機具設備的應用；各種管線鋪設便利并較少被爆破損壞；運輸、通風、排水等條件均較有利；便于施工組織與施工管理。缺點需施工便道、組裝場地、檢修設備、足夠的能源（因應用大型機具）；變換施工方法需較多時間。五、上下導坑先拱后墻法1、施工順序2、適用范圍Ⅲ、Ⅳ級圍巖3、施工特點優(yōu)點施工安全；運輸、通風、排水、管線等布置都易解決；能拉開工作面，便于使用小型機具;遇地質情況變化，變化施工方法較易。缺點導口開挖影響進度；襯砌質量低，整體性差，邊墻與拱腳處封口不易密實；工方多，干擾大；施工管理不便；增加開挖費用。六、下導坑先拱后墻法（蘑菇形開挖法）1、施工順序2、適用范圍Ⅰ、Ⅱ級圍巖3、施工特點優(yōu)點該法介于漏斗棚架法與上下導坑先拱后墻法之間，故此法既有漏斗棚架法出渣的優(yōu)點，又具有先拱后墻法的安全優(yōu)點。缺點消耗木材鋼軌多；棚架易因爆破受損；挖導口影響施工進度；襯砌的整體性差。七、品字形導坑先拱后墻法1、施工順序772、適用范圍Ⅱ～Ⅳ級圍巖石質隧道3、施工特點優(yōu)點工作面多；施工干擾少；保留核心，有利于支撐和施工安全；進度較快。缺點費用高；襯砌整體性差；變換施工方法較難。八、側壁導坑法1、施工順序2、適用范圍適用于Ⅴ～Ⅵ級圍巖土質隧道3、施工特點優(yōu)點安全可靠；開挖面?。粚鷰r干擾較少；坑道圍巖暴露時間短；留核心土能使支撐材料節(jié)省并較可靠；襯砌先墻后拱，質量較好。缺點施工進度慢；導坑多；造價高；通風排水困難。九、復合襯砌施工法（新奧法）1、施工順序（見圖）（1）當開挖面穩(wěn)定時（圖a）開挖、第一次柔性襯砌施工、量測（位移、應力等量測）、防水層、第二次襯砌（2）當開挖面不穩(wěn)定時（圖b）開挖上部弧形導坑、第一次柔性襯砌（拱）、開挖核心及側壁、第一次柔性襯砌（邊墻）、開挖仰拱部分并修筑仰拱、施工量測（位移、應力等量測）、防水層、第二次襯砌2、適用范圍可用于各類圍巖3、施工特點支護為聯(lián)合型復合襯砌，支護作業(yè)分兩步：坑道開挖后迅速修筑早期柔性支護，用以控制巖體初期變形，這種變形在初期發(fā)展較快，經(jīng)量測確定圍巖充分穩(wěn)定后，修筑防水層及第二次襯砌。第一次柔性支護與圍巖共同作用，并允許有限制的變形，防止產(chǎn)生強大的松散土壓，第二次襯砌基本上是不承載的。如設錨桿，則可提高原巖體的巖體強度。以施工量測信息控制施工程序，并根據(jù)量測信息檢驗修改和完善支護體系的設計。第三節(jié)洞口及不良地質條件下隧道施工一、洞口段施工（一）施工內容1、進洞前的路塹施工、邊仰坡處理、擋墻、洞口周圍排水工程；2、洞口襯砌（洞門）；3、進洞段襯砌。（二）進洞方式1、導坑進洞；2、先修明洞，再挖導坑進洞；3、用輔助坑道（橫洞、豎井、斜井）進洞。二、塌方的預防及處理1、塌方的概念在地質不良區(qū)段修筑隧道，常會遇到洞頂圍巖下塌、側壁滑動等現(xiàn)象，甚至會發(fā)生冒頂?shù)葒乐厥鹿是闆r，這些現(xiàn)象稱為塌方。2、造成塌方的原因及預防措施（1）原因：地質不良；設計定位不當；施工方法不正確。（2）預防措施認真做好地質勘查工作；設計時盡量避免不良地質區(qū)段，洞口位置選擇要慎重；施工設計、支護設計要合理，需要符合實際情況；施工前要仔細核對設計文件，并需作必要的補測和驗證；預測可能發(fā)生塌方的區(qū)段，事先做好必要準備，確定合適的施工方法和支護措施。3、塌方的處理處理塌方應按“小堵清，大塌穿”及“治塌先治水”的原則進行。三、巖溶區(qū)隧道設計施工要點“避、引、堵、越、繞”的方法處理1.“避”是指避開工程量過大的溶洞區(qū)；2.“引”是指引流溶洞水（若有水的話）；3.“堵”是指用漿砌片石、干砌片石等堵塞停止發(fā)育，無水的小溶洞；4.“越”是指修建橋梁等工程跨越不宜堵的大溶洞；5.“繞”是指用迂回導坑繞過溶洞。四、遇到流沙時的一般施工方法1、應制止水夾泥沙漏入坑道，施工需用“先護后挖”、“密閉支撐，邊挖邊封”的方法，必要時可采用雙層插板支撐，兩層板間作濾水層（如塞麻袋）；2、隧道結構采用有仰拱的封閉式襯砌；3、施工中除用小斷面，工序緊跟，封閉支撐外，還應注意留有足夠的預留沉落量，并隨時觀察，測量實際沉落情況；4、用降低地下水位法，硅化法，凍結法，壓氣法等特殊施工方法。五、瓦斯隧道施工盡可能查清瓦斯狀況；施工須切實執(zhí)行通風、瓦斯檢查、防火防爆等措施，嚴格遵守有關安全規(guī)程；對瓦斯隧道處理應按封閉與排放結合的原則。襯砌宜用帶仰拱的有防瓦斯層的封閉式襯砌，襯砌背后修筑排放瓦斯通道；施工通風設計應用按瓦斯隧道通風要求校核通風量。第六章思考題1、礦山法施工類型和常見的施工工法有哪些？2、復合襯砌施工法（新奧法施工）的順序、特點和適用范圍？3、洞口段施工內容及進洞方式？4、隧道塌方的原因及預防和處理措施？5、隧道遇巖溶、流沙、瓦斯時的施工要點？第七章礦山法施工工序和輔助作業(yè)第一節(jié)開挖開挖占總造價的20％～40％，是隧道施工中較關鍵的基本作業(yè)。一、導坑開挖導坑開挖的關鍵是掏槽。即在只有一個臨空面的條件下（全斷面一次開挖時也是一個臨空面），首先開挖出一個槽口，作為其余部分的新的臨空面，提高爆破效果，先開這個槽口就稱為掏槽。最小抵抗線：藥包重心至自由面的距離。二、擴大爆破即按設計要求開挖出隧道斷面?？刂魄烦凇Ｈ?、光面爆破和預裂爆破1、光面爆破它是利用巖石抗劈能力低，用縮小周邊眼間距、嚴格控制周邊眼方向、限制裝藥量、正確掌握起爆順序等措施，使爆破面沿周邊眼劈裂開來，從而避免周邊眼以外的圍巖受到破壞，并使坑道周邊達到光面的效果。2、預裂爆破預裂爆破是先爆破周邊炮眼，沿設計輪廓線先炸出一個平整的預裂面，從而不但獲得了光面爆破的效果，并且可使坑道斷面內各部分的爆炸破壞作用被該預裂面所阻斷，使輪廓線外的圍巖受到的擾動較小。預裂爆破的技術要求與光面爆破的要求基本相仿。第二節(jié)隧道支撐和支護

支撐：隧道道開挖后，為防止開挖以后，因圍巖松動而引起的坍塌，往往需要架設臨時支護，臨時支護稱為支撐。一、隧道臨時支撐種類1、木支撐；2、鋼支撐；二、支撐形式先挖后支：適用于Ⅳ類以上圍巖；隨挖隨支：適用于Ⅱ、Ⅲ類圍巖；先支后挖：適用于Ⅰ、Ⅱ類圍巖；三、隧道支護（結合臨時支撐進行錨噴支護等初次支護）第三節(jié)裝渣運輸一、裝渣運輸?shù)母拍钸\輸作業(yè)是把開挖的土石在一定的時間內裝車，運到洞外，并棄石渣于指定地點。二、裝渣運輸?shù)慕M成1、裝（裝車）；2、調（調車）；3、運（運輸）；4、卸（卸渣、卸料）。第四節(jié)模筑混凝土襯砌施工

道路隧道模筑混凝土襯砌的基本工藝流程與其它道路工程中的模筑混凝土作業(yè)基本相同。清理場地架設模板灌注混凝土養(yǎng)護拆模第五節(jié)隧道施工輔助作業(yè)

一、施工通風1、通風方式（1）按供風來源自然通風；機械通風；（2）按風流循環(huán)系統(tǒng)自然通風；風管式通風；巷道式通風；風道式通風。2、防塵措施濕式鑿巖標準化；機械通風經(jīng)?；粐婌F灑水正規(guī)化；人人防護普遍化。二、施工中給水、排水、供電、照明（一）給水1、水量用水量應根據(jù)工程情況、機械用水量、施工進度、施工人員數(shù)、氣候等確定。2、水流及水質要求（1）水源凡不含有害礦物質、沒有污染、沒有臭味的天然水均可作為水源。（2）水質要求不能影響人的健康；不能影響混凝土工程質量；水源能保證不間斷供水。（二）排水排水方式應按水量多少、路線坡度等因素確定。1、正坡施工時可采取順坡自然排水方式，排水溝坡度與路線縱坡一致。2、反坡施工時隧道較短、坡度又不大時，筑一與路線縱坡相反的反溝排水；其他情況時，機械排水。（三）供電與照明1、供電（1）用電量按隧道施工機具及照明確定用電量，同時還應考慮電路能力損失，以及同時用電系數(shù)。（2）電源當?shù)仉娫?；建立發(fā)電站。2、施工照明采用電燈照明三、輔助坑道（一）設置輔助坑道的作用增加施工工作面；加快施工進度；改善施工條件。（二）設置輔助坑道考慮因素隧道長度；是否利用其作為永久通風通道；工期要求；地形條件；地質及水文地質情況；棄渣場地；具備的施工機具；經(jīng)濟。（三）輔助坑道形式1、橫洞（1）定義：橫洞是在隧道側面修筑的與之相交的坑道。（2）設置橫洞適用范圍傍山沿河隧道；側面覆蓋層較薄或在適當位置處側向覆蓋層較薄。（3）設置橫洞要求橫洞與隧道的交角最好是90°，若斜交，交角40°；橫洞與隧道相交處應是隧道線路的設計標高處；橫洞縱坡應向外設3％的下坡；若需增辟兩個工作面，則應盡量設在隧道中部；若橫洞作為運營時的通風口，則橫洞斷面大小應按通風要求及施工需要一并考慮，并修筑永久襯砌。2、平行導坑（1）定義：平行導坑是與隧道平行修筑的坑道。（2）適用范圍：無法選用其他輔助導坑時；長大隧道。（3）要求平行導坑一般設于地下水流向隧道的一側；平行導坑距正洞約為15～20m；平行導坑底面標高低于隧道底面標高0.2～0.6m，其縱坡原則與隧道縱坡一致，≥3％；每隔120～180m設一橫通道，每隔3～4個橫通道設一個反向的橫通道，橫通道與隧道中線的交角一般以40°～50°為宜；平行導坑應超