隧道洞口工程施工原则与方法.ppt
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邓尤东,隧道洞口工程施工原则与方法,随着基础设施建设步伐的逐步加快,隧道建设规模正日益扩大,人们不但重视隧道施工技术水平的提高,还不断追求艺术性,尤其注重隧道洞门的美学效应,使隧道不单成为交通通道,同时又起着点缀周围环境的作用。
隧道洞门的外墙设计与周围的景观环境相协调,洞门的形式在研究建筑的现象学基础上,结合地方民族特色,既美观又经济。
前言,福建机场二期魁歧隧道,厦门翔安隧道,厦门云顶隧道,宜昌季家坡隧道,昆明百花山隧道,法国Mont-Blanc隧道,在实际施工中,洞口工程又是隧道施工中最为困难的地段。
在以往的施工过程中,常常采用拉槽刷坡的方式寻求能正面沿隧道轴线进洞的地点,为此需要削剥大量的坡面岩体,这将使得洞口处的围岩稳定性进一步恶化,加剧了进口施工的困难,甚至导致进洞失败。
为摆脱正面进洞观念,在施工中我们须寻找一种合理的隧道洞口结构形式和进洞里程,不仅能克服进洞开挖时的困难,而且还能减少对环境破坏,使整个洞口工程受力合理。
延吴高速项目大梁峁隧道,主要内容,一、隧道洞口工程结构形式,无墙洞门,端墙式洞门、洞口环框式翼墙式洞门、台阶式洞门柱式洞门、城堡式洞门拱翼式洞门,3、洞门分类,当洞口石质坚硬稳定,可设无墙洞门。
无墙洞门,端墙式洞门适用于地形开阔、石质较稳定(级围岩)的地区,隧道轴线与坡面基本正交,由端墙和洞门顶和排水沟组成。
端墙的作用是抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡,保持其稳定,对地基的承载力要求较高。
洞门顶排水沟用来将仰坡流下来的地表水汇集后排走。
端墙式洞门,直墙端墙式洞门,曲面端墙式洞门,环框式洞门,当洞口石质坚硬稳定(级围墙),节理不发育,不易风化,且地势陡峭无排水要求时,可仅修建洞口环框,以起到加固洞口、防止落石和减少洞口雨后滴水的作用。
环框式洞门,环框式洞门,当洞门位于傍山侧坡地区,洞门一侧边仰坡较高时,为了提高靠山侧仰坡起坡点,减少仰坡高度,将端墙顶部改为逐渐升高的台阶形式,以适应地形的特点,减少洞门圬工及仰坡开挖数量,也能起到美化洞门的作用。
台阶式洞门,当地势陡峭(级围岩),仰坡有下滑的可能性,又受地质或地形条件的限制,不能设置翼墙时,可在端墙中设置2个(或4个)断面较大的柱墩,以增加端墙的稳定性。
柱式洞门比较美观,适用于城市要道、风景区或长大隧道的洞口。
柱式洞门,柱式洞门,拱翼式洞门,削竹式洞门,削竹式洞门,喇叭口式洞门,通常用于城市隧道中,起到调节洞口段光线的作用,同时也起到一定装饰作用。
当洞外需要设置遮光棚时,其入口通常外伸很远。
遮光构造物有开放式和封闭式之分,前者遮光板之间是透空的,后者则用透光材料将前者透空部分封闭。
但由于透光材料上面容易沾染尘垢油污,养护困难,所以很少使用后者。
棚洞式洞门,棚洞式洞门,棚洞式洞门,南宁市平乐大道隧道,二、洞口工程施工理念及原则,隧道洞口段是从洞口到上覆土层为隧道开挖跨度的两倍的地方。
隧道洞口段与隧道内的一般地段的形态不同,洞口段的衬砌与一般的洞身段衬砌不同,由于处于隧道明暗交接位置,围岩自稳能力较差,隧道的开挖可能加速围岩失稳,必须在充分分析洞口边仰坡稳定、围岩稳定、施工方法等因素的基础上,进行正确的设计或变更。
洞口不宜设在沟谷低洼处和汇水沟处,一般宜将洞口移到沟谷地质条件较好的一侧且有足够宽度的山嘴处。
位于悬崖陡壁下的洞口,根据地质情况采用贴壁或采用接长明洞的办法,将洞口堆到坍方范围以外35m处,不宜切削原山坡;应避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞。
跨沟或沿沟进洞时,应考虑水文情况,结合防排水工程,充分比选后确定。
洞口路肩应高出设计洪水位(包括浪高)以上0.5m,以免洪水浸入隧道。
漫坡地段的洞口位置,应结合洞外路堑地质、弃渣、排水及施工等因素综合分析确定。
长大隧道在洞门附近应考虑施工场地、弃渣场等的位置。
洞口设计或变更应考虑与附近的地面建筑及地下埋设物的相互影响,必要时采取防范措施。
考虑通风设备排出的废气和噪声对周围环境的影响程度和解决办法。
考虑设置防雪工程、防风工程和防路面冻害工程的要求。
洞口以外必须留有生产活动的场所。
明挖法,护(套)拱+短管棚法,护(套)拱+长管棚法,1.洞口工程施工总原则,2、洞口工程施工理念,安全、质量体系及制度建设是洞口工程施工安全管理的前提。
严格执行“早进晚出”原则。
固牢树立环保进洞理念。
始终践行“零开挖”进洞。
边仰坡稳定是洞口工程的安全保障。
初支及防护及时、密贴、柔性、封闭的原则。
衬砌紧跟是保证洞口山体稳定的重要措施。
洞口工程控制爆破原则。
监控量测是新奥法核心的理念。
三、洞口工程施工技术准备,在熟悉掌握设计地形及地质参数后,要进行实际地质与水文情况调查,要进行纵横断面实际测量(每5米一个断面及地形突变点断面),要进行坡积物和堆积体测量等。
洞口工程施工前,应对设计文件中的技术标准、主要技术条件、设计原则、勘测资料、隧道平面、纵断面、洞门位置和式样、衬砌类型、洞口周围环境及衔接工程、确定的施工方法、通风方案、技术措施、洞外排水系统和设施的布置与施工实际条件是否相符合,与实际的地形、地貌、水文、气象等条件相适应。
重点现场核对隧道洞口段的平面、纵断面,工程地质情况,洞门位置和式样,衬砌类型,洞口周围环境。
四、进洞施工方案比选,进洞施工方案从方案比较、计算分析、方案效果评价(施工安全、快速成环、施工变形可控范围)三个方面进行。
洞顶截水沟,洞口边仰坡控制,隧道洞门与周围结构相结合将建筑与结构设计有机地结合起来,使之既美观又符合功能要求。
环境与意境相结合通过对洞门所处地理特点进行构思,将环境与意境相结合。
洞门形式与洞口地形相协调洞口应结合隧道所处的地理位置、地形地貌情况,洞口场地的宽阔程度来确定,使协调统一。
外墙装饰与相邻建筑物相协调洞门外墙装饰通过材料的色调、质感和线条三个方面体现,与相领建筑相协调。
隧道支护,隧道支护,隧道支护,3、格栅钢架,超前锚杆,超前锚杆是沿隧道开挖面外轮廓钻孔,插入钢筋杆体并用水泥砂浆使杆体与围岩固结成整体。
超前锚杆,4、超前锚杆,5、超前小导管注浆加固,长管棚a)管棚的环向布置;b)管棚钢管纵向错接;c)钢管端部横向连接,6、长管棚,全断面注浆,7、全断面注浆,1.辅助导坑(平导、横洞)进洞,横洞,导管施工,长管棚超前支护进洞,10.明挖进洞,(5)中隔墙法适用于软弱地层的施工方法,特别是对于控制地表沉陷有很好的效果,一般主要用于城市地下铁道施工中,但其造价高。
围岩监控量测示意图,五、洞口工程施工案例,
(一)隧道洞口工程失败的案例,线隧道进口位置,线隧道进口位置,坍塌体位置,318国道,原始地貌图,、线洞口、318国道及坍塌体的位置关系,1、宜万铁路高阳寨隧道进口边坡崩塌事故,事故现场图一,事故现场图二,事故前318国道上的防护排架,事故发生的直接原因是隧道洞口边坡岩体在长期表生地质作用下,受施工爆破动力作用,致使边坡岩石沿原生节理面与母岩分离,在其自身重力作用下失稳向坡外滑出,岩体瞬间向下崩塌解体,造成事故发生。
虽然这起事故原因复杂,但也暴露出施工企业安全生产责任不落实,勘察设计单位的勘察设计工作不到位,监理单位对施工现场疏于监管,建设单位对工程项目安全监控不利等问题。
2、武黄城际铁路项目魏王村隧道进口施工,魏王村隧道位于湖北省武汉市洪山区花山镇,设计为双线隧道,起讫里程分别为DK10+245和DK11+110,隧道全长为865米,其进口标高36.341,出口标高42.196。
本隧道断面尺寸为:
宽高=13.309.08m(衬砌内轮廓线)。
隧道进口DK10+390.583段左、右线分别位于R左=10000m、R右=9995.2m的右偏曲线上。
隧道内设置单面上坡,坡度为6.63。
洞口段为、围岩。
表层粉质粘土,遇水易软化,强风化砂岩,右侧顺层。
洞身位于粉质粘土与强风化砂岩,右侧顺层,浅埋偏压。
洞口段设计采用明挖法施工,超前大管棚进洞。
变更后施工的魏王村隧道,最终施工的魏王村隧道,最终施工的魏王村隧道,3、延吴高速项目大梁峁隧道,4、五盂高速项目藏山隧道进口,
(二)隧道洞口工程成功的案例,工程概况,隧道出口从黄土冲沟下出洞,地形条件偏压,纵坡较陡。
DK227+060DK227+096段先在沟槽中夯填水泥土后再行暗进;线路右侧洞口基础悬空,采用M7.5浆砌片石回填。
原洞口里程桩号为DK227+090。
考虑到黏质黄土的特性、地形条件偏压和黄土冲沟等因素,为确保进洞的安全,达到“早进晚出”,尽量少破坏原有土体结构的原则,改DK227+090DK227+096段明挖为暗挖,优化洞口里程为DK227+096。
1、张茅隧道出口进洞施工方案,说明:
1、改DK227+090DK227+096段明挖为暗挖,减少挖方,少扰动。
2、回填水泥土后,缓解洞口偏压,确保进洞安全。
DK227+060DK227+096段先在沟槽中夯填水泥土。
洞顶回填后效果,进洞方案,为保证进洞的安全,上台阶开挖矢跨比应大于0.3。
进洞方案,依据设计图纸,结合现场实际地形地貌,针对进口的围岩特点,结合新奥法理论基础,遵循隧道施工“早进晚出”的理念,进洞采用超前大管棚法,套拱设置里程DK227+096DK227+097。
后按三台阶七步开挖法进洞施工。
工程概况,麦子山隧道设计为双线铁路隧道,隧道起讫里程为K164+032DK166+365,长度为2333m。
全隧道自进口至出口为连续下坡,纵坡分别为-16、-16.2、-15.9。
地质条件:
隧道穿越T2b1紫红色粉砂岩,构造上处在一宽缓向斜下部,节理裂隙不发育,岩体完整,上覆T2b1泥质灰岩夹钙质页岩。
隧道进出口岩体均有节理发育,但对隧道的稳定性影响不大。
2、麦子山隧道斜井进洞施工方案,麦子山隧道进口原地貌,斜井横断面图,斜井洞门正面图,挡墙及洞口场地硬化,斜井洞口预留核心土环形开挖,套拱安装,套拱砼浇注,洞顶截水沟设置,削竹式洞门,铺底紧跟,成型后的斜井洞口,3、落水洞隧道进口进洞施工方案,工程概况,落水洞隧道设计为单线隧道,隧道进口里程DK160+342,隧道全长3467米。
隧道位于低山及谷地区,海拔8001100米,相对高差70400米,山坡自然坡度为3050,局部为约80陡崖,植被发育,风化层薄,辟为旱地、林场,基岩多有出露,谷地低洼狭长,辟为菜地与水田。
进口距318国道近,交通较为便利。
隧道洞身穿越粉砂质泥岩组成的宽缓向斜的一翼,全弱风化,层理发育,隧道岩体属高应力区,软岩易产生软化、大位移,成洞性差,隧道预测正常涌水量为5343m3/d,最大涌水量为31055m3/d。
原设计,边仰坡及超前预支护,短进尺开挖上导坑,交错施工进中导,中导坑成型图,全断面成型图,洞口衬砌成型图,成型后隧道洞口,4、向家湾二号隧道出口进洞施工方案,工程概况,向家湾二号隧道全长210m,洞口为三叠系中统巴东组粉砂质泥岩,紫红色,厚层中厚层状,强弱风化,节理、裂隙较发育,岩体较破碎。
本区位于红岩寺向斜东南翼属单斜地层,岩层产状为3203353045。
裂隙水较发育。
隧道出口为台阶式洞门,洞口段13m设计为明洞结构,地形较陡,两侧边坡开挖工程量较大,特别是左侧边坡高达约15m,挖方1980m3。
(原设计纵横断面分别见图1、2)为了减少对现有地表的破坏,尽量少扰动山体,实现隧道施工“早进晚出”的理念,在施工前我部针对此段明洞提出了采取“明洞暗作”的施工方案,即增加护拱,开挖量非常小。
将明洞改为了暗洞护拱,然后采取三台阶法顺利进洞。
向家湾二号隧道出口原地貌,原设计,进入隧道出口便道,洞口施工横断面二,洞口施工横断面三,洞口护拱模板安装,洞口护拱倒退法施工,洞口场地及时硬化,洞口段三台阶法施工,成型后隧道洞口,谢谢大家!