隧道工程第六章隧道施工方法(1).ppt

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隧道工程SUIDAOGONGCHENG内容回顾经验法

（1）深埋隧道围岩松动压力的确定方法单线、双线及多线铁路隧道按破坏阶段设计时垂直压力公式：

单线铁路隧道按概率极限状态设计时的垂直压力公式：

公路隧道围岩压力计算方法hq等效荷载高度值（坍落拱高度），m；S围岩级别，如III级围岩S=3；围岩容重，kN/m3；宽度影响系数，由1+i（B-5）计算。

B坑道宽度，m；iB每增加1m时的围岩压力增减率（以B=5为基准），当B5m时，取i=0.2；当B5m时，取i=0.1。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG适用条件H/B1.7，式中H为隧道高度；深埋隧道；不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道；采用钻爆法施工的隧道。

围岩的水平均布压力e的确定，按下表中的经验公式计算：

隧道工程SUIDAOGONGCHENG

（2）浅埋隧道围岩松动压力的确定方法当隧道埋深不大时，地层多为松散堆积物，开挖的影响将波及到地表，无法形成“天然拱”。

铁路隧道设计规范推荐（土柱法），隧道埋深hhq等效荷载高度时，因覆盖岩层薄，滑动面上阻力小，偏于安全地忽略摩擦阻力，则围岩垂直均布压力：

q=h式中：

上覆围岩容重，kN/m3；h隧道埋深，隧道顶至地面的距离，m。

围岩水平均布压力e按郎金公式计算：

隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道工程的计算模型根据实际环境和边界条件如何简化对计算结果影响非常重要。

u结构力学模型（荷载结构模型、作用反作用模型）松弛（动）荷载理论将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载的主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，以计算衬砌在荷载作用下的内力和变形的方法。

u岩体力学模型（围岩结构模型、复合整体模型、收敛约束模型）现代围岩共同承载理论将衬砌和地层视为整体，在满足变形协调条件的前提下分别计算衬砌与地层的内力，并据以验算地层的稳定性和进行构件截面设计。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG2、隧道衬砌受力变形特点u弹性抗力：

由于支护结构发生向围岩方向的变形而引起的围岩对支护结构的约束反力。

围岩对衬砌变形起双重作用：

围岩产生主动压力使衬砌变形，又产生被动压力阻止衬砌变形。

隧道工程SUIDAOGONGCHENGu被动荷载（即围岩的弹性抗力）局部变形理论：

弹性抗力的计算，目前多采用温克尔（E.Winkler）假定为基础的局部变形理论计算。

认为围岩是一组各自独立的弹簧，每个弹簧表示一个小岩柱。

应力和变形之间呈线性关系，用围岩弹性抗力系数表示。

支护结构表面某点i的位移（即对应的围岩表面某点的压缩变形），m。

在该点处围岩和结构相互作用的反力，kPa。

K围岩的弹性反力系数，kN/m3。

共同变形理论：

把围岩视为弹性半无限体，考虑相邻质点之间变形的相互影响。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG6隧道工程SUIDAOGONGCHENG第六章隧道施工方法6.1隧道施工方法概述6.2主要开挖方法6.3新奥法的基本概念6.4岩土控制变形分析工法简介6.5隧道洞口施工隧道工程SUIDAOGONGCHENG6.1隧道施工方法概述一、隧道施工基本概念1.隧道施工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。

2.隧隧道道施施工工过过程程通通常常包包括括：

在在地地层层中中挖挖出出土土石石，形形成成符符合合设设计计轮轮廓廓尺尺寸寸的的坑坑道道；进进行行必必要要的的初初期期支支护护和和砌砌筑筑最最后后的的永永久久衬衬砌砌，以以控控制制坑坑道道围围岩岩变变形形，保保证证隧隧道道施施工工安安全全和和长长期期地地安安全使用。

全使用。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG3.隧道施工方法分类：

隧道施工方法分类：

隧道工程SUIDAOGONGCHENG矿山法：

因最早应用于矿石开采而得名，它包括传统方法和新奥法。

由于在这种方法中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。

有时为了强调新奥法与传统矿山法的区别，而将新奥法从矿山法中分出另立系统。

掘进机法：

包括隧道掘进机（TunnelBoringMachine，简写为TBM）法和盾构掘进机法。

沉管法、顶进法、明挖法：

是用来修建水底隧道、地下铁道、城市市政隧道等，以及埋深很浅的山岭隧道。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG明挖法隧道工程SUIDAOGONGCHENG顶管法隧道工程SUIDAOGONGCHENG沉管法施工技术：

沉埋管段法；悬浮管段法。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG西康铁路秦岭隧道线（左线）隧道使用2台8.8米敞开式掘进机（TBM）由隧道两端相向施工。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG2007年7月26日，在南京地铁二号线汉中门工地，工人们在顺利出洞的盾构机旁挥舞旗帜。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道施工工法的对比施工方法环境场地要求优点缺点明挖法市郊施工场地开阔，软岩和土体，如北京和天津地铁进度快，工作面大，便于机械和大量劳动力投入破坏环境生态，影响交通，带来尘土和噪声污染暗挖法埋深较浅对土体进行冻结、注浆、深层搅拌桩加固地基，管棚法加固，浅埋车站，如北京、哈尔滨等城市地铁地面干扰小，造价低机械化程度低，劳动强度高，环境恶劣，风险大隧道工程SUIDAOGONGCHENG施工方法环境场地要求优点缺点矿山法岩石和坚硬土体，如青岛和重庆地铁地面干扰小，造价低进度慢，劳动强度高，风险大盾构法和顶管法城市软地层、深埋隧道，如上海、广州、北京等城市地铁地面影响小，机械化程度高，安全，工人劳动强度低，进度快机械设备复杂，价格昂贵，施工工艺繁，专业施工队伍凿岩机法（TBM）坚硬岩石地质，如广州地铁速度快，机械化程度高，安全，地面无干扰造价高，使用掌握复杂，刀具易磨损沉管法（连续沉井）跨越江河湖海，软地基，如广州、宁波、上海过江隧道造价省，速度快，隧道断面大封锁江河水面，专门的驳运、下沉、对接的机具，水下作业，风险大隧道工程SUIDAOGONGCHENG4、施工方法选择需要考虑的因素工程的重要性一般由工程的规模、使用上的特殊要求，以及工期的缓急体现出来；地质和水文条件包括围岩级别、地下水及不良地质现象等；围岩级别是对围岩工程性质的综合判定，对施工方法的选择起着重要的甚至决定性的作用；施工技术条件和机械装备状况实践证实，施工条件是决定施工方法的最基本因素，它包括一个施工队伍所具备的施工能力、素质以及管理水平。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG施工中动力和原材料供应情况；隧道横断的形状和尺寸隧道的埋深：

隧道的埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关，在同样的地质条件下，由于埋深不同，施工方法也有很大差异。

工期：

工期决定了在均衡生产的条件下，对应配备的开挖、运输等综合生产能力的基本要求，即对施工均衡速度、机械化水平和管理模式的要求。

工程投资与运营后的社会效益和经济效益；有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG应该看到隧道施工方法的选择，是一项“模糊”的决策过程，它依赖于有关人员的学识、经验、毅力和创新精神。

对于重要工程则需汇集专家们的意见，广泛论证。

必要时应当开挖试验洞对理论方案进行实践验证。

从目前我国公路隧道发展趋势来看，在今后很长一段时间内，将以采用新奥法为主，这也符合世界潮流。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG5、隧道施工技术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。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG6、隧道施工管理隧道施工管理是以按期完成合同为目的，研究隧道施工管理体系的建立、运行和改进，以及过程的计划（plan）、实施（do）、检查（check）、改进（action）（PDCA循环，又称质量环，是管理学中的通用模型）的方法和程序。

按照管理的对象可以将隧道施工管理分为：

人事管理、材料管理、机械管理、技术管理、质量管理、经济管理、安全管理等方面。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG二、山岭隧道常规施工方法又称矿山法，因最早应用于矿石开采而得名，由于在这种方法中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。

有时候为了强调新奥法与传统矿山法的区别，而将新奥法从矿山法中分出另立系统。

习惯上将采用钻爆开挖加钢木支撑的施工方法称为“传统的矿山法”，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”。

1.传统的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。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG木构件支撑耐久性差和对坑道形状的适应性差，支撑撤换工作既麻烦又不安全，且对围岩有所扰动，因此，目前已很少采用。

钢构件支撑强度高、刚度大和对坑道形状的适应性好等优点，采用较多但也存在撤换时不完全，若不撤换时成本高，以及与围岩非面接触支撑的缺点。

钢木构件支撑类似于地上的“荷载结构”力学体系。

维持坑道稳定很直观和奏效，也容易被施工人员理解和掌握。

常被应用于不便采用锚喷支护的现代隧道中或处埋坍方等。

2矿山法隧道是围岩和支护组成的体系，应充分保护围岩，发挥其自身的承载能力，维护其稳定性；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。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG施工手段由人力、小型机械化、半机械化到机械化施工。

人力施工指锤、钎、镐、纯人工作业方式；小型机械化系指风动凿岩机钻眼、人力或小型装渣机装渣、人力或电瓶车牵引、小矿车运输、人力或机械搅拌混凝土、人力灌注衬砌的施工模式；半机械化施工系指采用气腿式风动凿岩机或凿岩台车钻眼、轨行铲斗式装渣机装渣、矿车有轨运输或汽车无轨运输等，其主要特点是机械设备配套；机械化施工系指采用以台车钻眼、挖装运机械化作业、喷锚支护机械化作业、混凝土衬砌机械化作业、注浆机械化作业等为特征的施工模式。

施工技术上更加重视施工地质调查工作，超前地质预报的技术更加丰富和有效，光面控制爆破技术获得了广泛应用。

喷锚支护技术已成为隧道施工支护的基本方式，实现了在硬岩、软弱破碎围岩、松散砂土等各类围岩中的良好喷锚支护。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG在材料方面如ZM型系列早强砂浆锚杆、ZP型早强喷射混凝土新材料，纤维喷射混凝土降低喷射混凝土回弹和粉尘的混凝土增黏剂等；在工艺方面干喷、潮喷、湿喷混凝土都获得了成功应用。

在软弱破碎围岩中，形成了超前支护技术、地层预加固技术，以及多分部和各分部支护及时封闭技术等，这对现代矿山法的技术进步十分重要。

隧道工程SUIDAOGONGCHENG6.2新奥法6.2.16.2.1新奥法名称由来与产生的历史背景新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法新奥地利隧道工程方法，即NewAustrianTunnelingMethod，缩写为NATMNATM，是由奥地利学者L.V.Rabcewiez、L.Muller等教授创建于上世纪五十年代，在1963年正式命名为新奥地利隧道工程方法。

它的产生是基于以下背景：

（1）

（1）锚杆支护在锚杆支护在2020世纪初出现世纪初出现

（2）

（2）喷射混凝土机在喷射混凝土机在2020世纪世纪4040年代末研制成功年代末研制成功（3）（3）岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据岩石力学的