隧道施工技术基本知识概述.ppt

1、隧道施工技术基本知识概述 第一章 概述 第二章 施工方法简介第三章 隧道施工组织及施工方案 第四章 施工测量第五章 地质预报 第六章 煤层与瓦斯第七章 不良地质 第一章 概述o1.隧道结构基本组成o2.隧道分类o3.中国隧道修建技术发展史 o5.隧道修建理念隧道结构基本组成 o主体建筑物洞身、洞门o附属设施避车洞、维护洞室、防排水设施、通风和照明设备隧道分类 o按用途交通隧道（包括：铁路隧道、公路隧道、城市地铁隧道、城市过街隧道、人行隧道、运河隧道）、水工隧道（包括：输水隧道、电站导流洞、排洪隧道）、市政隧道（包括：排水（污）、地下管线廊道）、矿山隧道和能源输送隧道（包括：输油隧道、输气隧道、

2、电缆隧道）o按隧道所处位置山岭隧道、水底隧道和城市隧道 o按地质条件土质隧道和石质隧道 o按隧道长度短隧道（铁路隧道规定：L500m；公路隧道规定：L500m）、中长隧道（铁路隧道规定：500L3000m；公路隧道规定：500L1000m）、长隧道（铁路隧道规定：300010000m；公路隧道规定：L3000m）。o按断面大小极小断面隧道（23）、小断面隧道（310）、中等断面隧道（1050）、大断面隧道（50100）和特大断面隧道（大于100）。中国隧道修建技术发展史 o前奏：前奏：1874年1949年。修建铁路隧道600余座，142公里。o起步：起步：5060年代初。以钻爆法为主，机械化程

3、度极低，施工技术条件极差，伤亡事故时有发生。1959年建成的渝黔铁路凉风垭隧道全长4270m，代表着这一阶段的先进技术水平，为长隧道的修建积累了宝贵经验。o稳定发展：稳定发展：6080年代初。修建了大量的铁路隧道、导流洞和引水隧洞。施工机械化水平有了较大改善，开始使用气腿式风动凿岩机、内燃凿岩机、电动凿岩机钻孔，风动装载机、电动装载机装碴，电机车牵引，混凝土搅拌机、通风机、空压机；从国外引进锚喷技术；主动解决施工环境，施工安全有了较大改善。1969年建成的京原铁路驿马岭隧道7032m、成昆铁路关村坝隧道6107m，沙木拉达隧道6379m和引滦入津引水隧洞代表这一时期的修建新技术 o技术突破与创

4、新：技术突破与创新：80 90年代中期。隧道施工技术不断引进、消化、吸收，逐步形成自身技术体系，施工机械化水平达到相当高程度，基本接近于国际先进水平。o 1988年建成的衡广铁路大瑶山隧道全长14.295公里，引进新奥法原理修建隧道；4臂液压凿岩台车钻孔，非电毫秒雷管光面爆破；侧卸式装载机装碴，自卸汽车运输；国混凝土喷射机械手喷混凝土支护；自行式液压衬砌台车整体衬砌；输送泵、混凝土运输搅拌车和混凝土自动拌合站实现混凝土生产、浇筑全机械化；高压注浆机注浆。获得国家科技进步一等奖。o 1988年，甘肃引大入秦引水工程的盘道岭隧道全长17.75公里，采用单臂掘进机开挖，电机车牵引25t梭式矿车运输，

5、长距离（独头通风长度5公里）软风管压入式通风。o 1988年，甘肃引大入秦引水工程的天王沟隧道全长12公里，采用全断面掘进机（TBM）独头掘进，月进尺达到1200m，开启我国TBM技术新纪元。这一时期还采用TBM修建陕西万家寨引水洞。o 上海越江隧道开始采用气压盾构机修建修建隧道穿越黄浦江；采用冷冻技术黄浦江沙积层。o 云南鲁布革电站、四川二滩电站的导流洞和地下厂房断面达到300余平方米，掌握了超大断面隧道施工技术。o 北京地铁开发和推广城市浅埋暗挖技术，消除城市修建地下隧道“开膛破肚”，严重干扰正常城市管理与市民出行、生活的传统施工方法被取代。o 高速发展：高速发展：进入90年代中期，中国隧

6、道修建技术达到新的水平，已经与世界接轨，部分技术处于世界领先地位。o 1998年建成的18.46公里的秦岭铁路隧道，采用TBM施工技术，开启大断面TBM施工的先河，具有新的里程碑意义。o 兰新二线乌鞘岭铁路隧道全长20余公里，采用钻爆法施工，在隧道通风、抗冻、机械化配套等方面具有新突破。o 高速公路和引水隧道建设突飞猛进开展。建成公路隧道500余座，总长200余公里，最长达到18公里，最大四车道隧道断面达到200平方米，最高海拔4500米；辽宁大伙房引水隧洞采用TBM技术修建，全长76公里。o 城市地铁进入高速建设期，全国有20余座城市正在大规模建设地铁。盾构技术、TBM技术和浅埋暗挖技术、减

7、震爆破技术等隧道修建新技术、新工艺不断拓展。o 钻爆法修建厦门翔安海底隧道，开启我国海底隧道修建的先河，先后建成青岛黄海海底隧道，广东海底隧道。盾构法修建武汉长江隧道。这些，为今后越江过海隧道修建奠定了技术基础。隧道建设特点 o荷载不明确 o设计与施工动态性强 o设计和施工经验性强 o风险性高 o施工管理难度大 隧道修建理念 o减少环境破坏（早进洞，晚出洞；洞顶仰坡“0”开挖；隧道涌水“以堵为主，堵排结合”）和资源消耗，实现可持续发展；o充分满足现状（20年以内），适度考虑长远；o修建技术先进，施工与运营安全可靠，建设质量保证；o信息（揭露的地质信息、变形监测信息）指导，动态设计；o以人为本，

8、保证隧道施工与运营各时期的空气质量良好。第二章 施工方法简介o1.施工方法简介o2.新奥法（NATM）施工方法简介 o矿山法（MTMMine Tunneling Method）借鉴矿山开挖巷道的方法，基于岩石爆破后松弛，运用荷载松弛理论，以松弛围岩体作为荷载全部作用于衬砌结构的应力计算法确定衬砌结构的参数。掘进期间,采用大量的钢、木临时支撑,防止坍塌。公路隧道已很少采用。o新奥法（NATMNew Austrian Tunnelling Method）应用岩体力学的理论，通过对隧道围岩变形的量测、监控，采用新型的支护结构，尽量利用围岩自承能力指导隧道设计和施工的方法。主要特征就是利用围岩本身所具

9、有的承载效能,开挖后对围岩施以锚杆钢筋网钢支撑喷混凝土等柔性支护与围岩组合在一起,约束围岩变形，使围岩最大效能地发挥自承能力。施工无需临时支撑，二衬只是美观与安全储备。公路、铁路、城市地铁广泛应用 o挪威法（NMTNmpan Method of Tunnelling）通过正确评价围岩（Q系统巴顿法），选用合理的支护参数，采用高性能的支护材料（如湿喷钢纤维混凝土、锚杆）修建隧道的方法。支护厚度薄，不需临时支撑和二次衬砌，经济安全。oTBMTunnel Boring Macine 全断面隧道掘进机掘削岩石成洞，预制钢筋混凝土管片作为衬砌结构的施工方法。速度快（直径10m隧道，国外900m/月，国内

10、590m/月），安全性高，施工环境好（无粉尘、噪音小），机械化程度高，人员少，设备一次性投入大。o盾构机法新奥法（NATM）o基本原理基本原理 充分利用围岩的自承能力和开挖洞室的空间约束作用，采用喷混凝土和锚杆及时加固围岩，约束围岩松弛和变形，并通过对围岩和支护的监控、量测指导施工与设计。主要原则主要原则 保护围岩，少扰动；充分发挥围岩自承能力；初期支护尽快封闭成环；加强监控量测，指导施工；掌握“少扰动、早支护、快封闭、勤量测”十二字方针。基本措施基本措施 “光面爆破、锚喷支护、监控量测”作为新奥法施工的三大“支柱”，必须严格执行。隧道施工组织及施工方案 o施工准备 o隧道施工方案与施工方法

11、施工准备 o技术准备 设计现场核对。设计图纸施工会审。现场调查。编制实时性施工组织设计。专项施工技术方案。主要包括：隧道开挖防坍、岩溶突水、煤层瓦斯、断层破碎带、矿山采空区等危险性较大的分项工程。编制各工序施工作业指导书。混凝土原材料选取及试验配合比设计与试配。线路及洞口位置复测，隧道控制网布设，隧道测量方案设计。设计优化建议。o现场准备 临时用地租用；临时便道修建；临时电力线路架设及供电；施工用水供给；施工场地平整；生产设施建设及设备安装、调试；临时通讯设施建设；隧道污水处理设施建设；既有道路、管网、3电线路、文物、建构物迁改或保护；弃碴场租用及弃碴场挡墙修建。o资源准备 前期所需设备在开工

12、前到场;物资准备。所需物资招标采购，前期所需主材应在开工前1周到场，并进行检验试验。周转性材料根据进度计划提前1周到场。劳动力准备。各工种人员，培训后上岗，特殊工种持证上岗。考虑季节性劳务工的补充方案。o资金准备 启动资金必须满足前期需求；过程所需资金按预算准备；及时收方计价，建设单位及时拨付资金满足现场需求；民工工资专项资金和安全专项资金专门储备和管理。隧道施工方案与施工方法 o洞口工程o施工准备（1）现场核对设计文件（2）调整进洞桩号，力争“0”开挖；（3）施工天沟，做好排水系统o洞口土石方开挖（1）自上而下进行，分层开挖，随挖随护（2）爆破采用松动控制爆破，并做好防护o洞门施工（1）洞口

13、地质一般较差，大多数为、级围岩，要及早施工洞门确保进洞安全；施工前均需做好排水系统，确保洞口段排水畅通，避免排水不畅引起的洞口段土体发生大的沉降和变形。必要时施做临时排水系统。（2）洞门混凝土达到设计强度的80%后，进行土方回填和施作粘土隔水层。土方回填至拱顶后分层满铺填筑，顶层回填材料采用粘土以利于隔水。进洞方案 o（1）尽可能减少明挖土石方数量,以保持地表的原始状态，刷坡后及时以喷锚网对地表加固。o（2）超前支护。一般采用不小于20m长108大管棚或76中管棚及不小于5m长42小导管作为超前支护。o岩体预加固。当围岩破碎，轻微滑移或管棚不足以支撑时，应对岩体进行注浆预加固。o抗滑桩加固。当

14、洞口处于滑坡体上时，应采用抗滑桩阻止滑坡，保证洞口围岩及结构稳定。也可根据情况设置抗滑明洞。o（3）洞口段开挖一般采用预留核心土环形开挖法施工（级）或正台阶法（V级、IV级）进行开挖支护，短进尺，弱爆破，喷砼分两次进行，即开挖后初喷，架立钢架、打锚杆后复喷，及时封闭，保证支护质量。明洞施工 o明洞施工顺序 测量放线排截水沟施作边仰坡开挖、支护基底处理仰拱、填充施工拱墙衬砌明洞防水层施工洞顶回填o施工方法 明洞土方开挖采取横向分层纵向分段的方法进行施工，采用挖掘机开挖，装载机装碴自卸汽车出碴。按照设计施作边坡防护。开挖完成后进行基底处理，基底承载力达到要求后施作仰拱、填充混凝土。明洞衬砌均采用模

15、板台车作内模，外模采用组合钢模对拱墙衬砌混凝土一次性灌注。明洞回填分层填筑，每层层厚不大于1m，左右对称回填。浅埋段施工 o遵循原则 隧道浅埋段一般地质较差，开挖后围岩难以形成稳定自然岩拱，极易造成冒顶坍塌，危及安全。必须遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的原则；采用化整为零、小断面的方法。o常用施工方法（1）预支护方法 通过拱顶超前预支护，有效防止掘进过程坍塌，保证施工安全。主要措施有：大管棚、超前小导管、超前锚杆、围岩注浆。（2）开挖方法 半断面预留核心土法、三台阶预留核心土环形开挖法、CD法（单侧壁导坑法、双侧壁导坑法）、CRD法 （3）支护方法 初期支护加强

16、，保证有较大的刚性，但仍需一定柔性。一般采用I18以上工字钢架，间距5000cm；喷砼厚度2228cm；系统锚杆加长到3m，多数选用自进式锚杆或中空注浆锚杆；双层钢筋网。二衬采用钢筋混凝土结构超前预支护 o通过拱顶超前预支护，有效防止掘进过程坍塌，保证施工安全。主要措施有：大管棚、超前小导管、超前锚杆、围岩注浆 o（1）大管棚：一般用于洞口或洞内坍方处理或特别软弱地层，108*6mm无缝钢管，全程钻10mm注浆孔，长度15m40m,间距3545cm，范围120150。注意外插角（23）o（2）超前小导管：一般用于洞内V级围岩或坍塌处理。42*5mm无缝钢管，全程钻6mm注浆孔，长度3m5m，间距3040cm，范围120150。注意外插角（35），必要时可设双层，环间纵向搭接长度不小于1m。o（3）围岩注浆。通过注浆改善围岩结构，聚合破碎岩块及岩砾，封堵或挤排地下水，提高围岩稳定性。主要注浆种类：水泥砂浆、水泥浆（单液浆）、水泥水玻璃浆（双液浆）、超细水泥浆、纳米硅胶、聚氨酯、硅酸脲树脂等。o1）水泥砂浆：用于充填注浆（大空隙堆积岩块、洞腔、结构背后空腔、管结构填芯等）。经济、强度高、工