山岭隧道工程施工方法及质量通病防治ppt课件.ppt

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1、山岭隧道工程施工方法及质量通病防治,主要内容1、山岭隧道常用施工方法简介2、施工组织方案确定原则和技巧3、新奥法要诀简介4、隧道、地铁质量通病及其防治措施,1、山岭隧道常用施工方法简介,1、山岭隧道常用施工方法简介,我国隧道工程建设的发展,1890年在台湾基隆至新竹窄轨铁路上建成的216m长的狮球岭隧道是我国最早修建的一条铁路隧道。1908年，由杰出的工程师詹天佑博士主持，在北京至张家口的铁路上用18个月的时间修建了长1091m的八达岭隧道,在中国近代隧道修建史上写下了重要的一页。大规模地修建各种用途的隧道还是从新中国成立后开始的。,狮球岭隧道,八达岭隧道,1、山岭隧道常用施工方法简介,我国隧

2、道工程建设的发展,在建国之初的50年代，为了避免修建长隧道，常常尽可能地采用迂回展线来克服地形障碍，使线路靠近地表。宝成铁路翻越秦岭的一段线路就是采用短小隧道群迂回展线的一个实例。在这段线路上有34座隧道，最长的秦岭隧道其长度仅为2363m。但是，根据当时的技术水平，修建这样一座长度在2km以上的隧道也并不是一件容易的事。由于在施工中首次使用了风动凿岩机和轨行式矿车，使得宝成铁路秦岭隧道的修建成为从“人力开挖”过渡到“机械开挖”的标志。但这里的机械化主要是是针对钻孔而言，也就是从大锤钢钎钻孔过渡到手持式风动凿岩机钻孔。而装载出碴还是小型矿车，仍采用人力手推。,在此期间，铁路人开凿隧道采取的是分

3、部开挖的矿山法，这种方法因借鉴矿山开拓巷道的方法而得名，是八、九十年代新的隧道开掘方法（如新奥法）大规模采用之前，开凿铁路隧道的主要方法，矿山法主要用钻眼爆破方法开挖断面，也有叫钻爆法的。在用矿山法施工时，将整个断面分部开挖至设计轮廓，并随之修筑衬砌。分部开挖时，断面上最先开挖导坑，再由导坑向断面设计轮廓进行扩大开挖，分部开挖主要是为了减少对围岩的扰动，根据不同地质地形岩层的情况，分部方式也有许多种。,凿岩、装载以人工和小型机械为主，临时支护采用原木支架和扇形支撑。隧道施工基本无通风，由于技术水平落后，人员伤亡事故时有发生。但是通过秦岭隧道的开掘铁路人丰富了山岳地区修建隧道设计和施工的经验。国

4、外初次采用风动凿岩机代替人工，是从法国、意大利建造穿越阿尔卑斯山的仙尼斯峰铁路隧道开始的，而这座仙尼斯峰铁路隧道的长度是12.9公里，从1857年至1871年修了14年，这座隧道后来由于地层移动，于1881年加长至13.7公里，由于未采取必要的通风措施，曾发生过司机窒息死亡的事故，1915年改用电力机车牵引。中国在机械化施工这个方面落后了近90年，而突破10公里的隧道长度记录，中国比西方国家晚了110多年。关于凿岩机的使用，实际上在八达岭隧道的开凿过程中就曾经用过，但发现凿岩机操作中困难很多，使用不便，而工人用手钻开凿进度更快，因此包工将凿岩机弃而不用（詹天佑日记1907年5月4日）。此外，曾

5、经有人著文说中国为了备战有意识地多修隧道少修桥，现在看的资料多了，感觉这个论断缺乏史实依据，吕正操在从京通线的修建看铁路建设中的几个问题一文中曾经提到：“.为了迁就一些小城镇或为了躲避长隧道而不惜绕长线路，造成长期运营的浪费。.我们在成昆线、襄渝线也有类似教训。这种为了怕打长隧道而大量绕行展线的教训必须认真吸取。”可见，尽管有政治命令，尽管有备战需要，铁路人还是在避免打长大隧道，毕竟，用嘴说天堑变通途容易，真的用手把通途建造出来就太难了，在技术水平落后的年代，那是要用人命来交换的。,1、山岭隧道常用施工方法简介,我国隧道工程建设的发展,隧道工程技术发展第二个阶段的代表性工程是60年代中期修建的

6、成都昆明铁路。成昆铁路全长1085km,隧道竟占31%。其中关村坝隧道和沙木拉打隧道长度均在6km以上。在这批隧道的施工中采用了轻型机具，分部开挖的“小型机械化”施工，修建速度达到了“百米成洞”（平均每月单口成洞100m）的水平。,在1965年3月，当成昆铁路关村坝隧道创造双口月成洞百米的纪录时，这个位于川南大渡河谷偏僻山沟中的铁路隧道一下成为举国瞩目的焦点，因为中共中央为祝贺这个铁路隧道掘进记录的创造专门发去了贺电，注意，这只是一条隧道的掘进记录，可不是这条隧道的贯通，更不是成昆铁路的全线建成。时间过去了40年，在今天，除去青藏铁路的全线通车，恐怕只有发射宇航员上天的神州飞船能够享受如此殊荣

7、了。,1、山岭隧道常用施工方法简介,我国修建长度10km以上的铁路隧道的实践是从修建14.295km长的双线隧道大瑶山隧道开始的。在这座隧道的施工中，采用凿岩台车，衬砌模板台车和高效能的装运工具等机具配套作业，实行全断面开挖。大瑶山隧道是我国山岭隧道采用重型机具综合机械化施工的开端，将隧道工程的修建技术和修建长大隧道的能力提高到一个新的阶段，缩短了同国际隧道施工先进水平的差距。 在此以后修建的许多长大隧道基本上都是按“大瑶山模式”施工的。南昆铁路上长度为9388m米花岭隧道，就创造了单口月成洞502.2m的好成绩。 综合机械化施工和相关技术的发展大大提高了修建长隧道的能力。这引起了铁路线路设计

8、思想的变化。西安安康铁路在穿越秦岭时就不再像40年前修建宝成铁路那样采用迂回曲折的展线,而决定修建18.4km的越岭隧道。显然，长隧道的修建使线路顺直，提高了运营标准。,1、山岭隧道常用施工方法简介,隧道施工基本概念,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。 隧道施工过程通常包括：在地层内挖出土石，形成符合设计断面的坑道，进行必要的支护和衬砌，控制坑道围岩变形，保证隧道施工安全和长期安全使用。 隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件，并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。,传统矿山法,隧道施工方法,山岭隧道

9、施工方法,浅埋及软土隧道施工方法,水底隧道施工方法,矿山法（钻爆法）,掘进机法,新奥法,地下连续墙法,盖挖法,明挖法,浅埋暗挖法,盾构法,沉埋法,盾构法,隧道施工方法可按以下方式分类：,1、山岭隧道常用施工方法简介,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。,隧道施工管理主要解决施工组织设计(如施工方案的选择、施工技术措施、场地布置、进度控制

10、、材料供应、劳力及机具安排等)和施工中的技术管理、计划管理、质量管理、经济管理、安全管理等问题。,山岭隧道的常规施工方法,山岭隧道的常规施工方法又称为矿山法。将采用钻爆开挖+钢木构件支撑的施工方法称为“传统的矿山法”；而将采用钻爆开挖+锚喷支护的施工方法称之为“新奥法”。,(一)传统矿山法,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，而代之以整体式衬砌作为永久性支护的施工方法。,(二)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。,由于锚喷支护技术的应用和发展，导致隧道及地下洞室工程理论步入到现代理论的新领域，也使隧道及地下洞室工程的

11、设计和施工更符合地下工程实际，即设计理论施工方法结构(体系)工作状态(结果)的一致。随着隧道工程理论及施工工艺的不断发展，人们逐渐深刻地认识到隧道是围岩和支护组成的体系，应充分的保护围岩，发挥围岩自身的承载能力，维护围岩的稳定性；隧道设计与施工与隧道的围岩条件密切相关，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。,一、新奥法的基本概念 二、新奥法施工程序三、新奥法施工的基本原则,(三) 新奥法,新奥法即奥地利隧道施工新方法(New Austrian Tunnelling methodNATM)，是以喷射混凝土、锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，便于充分发挥围岩的自承能力

12、的施工方法。,一、新奥法的基本概念,由于锚喷支护技术的应用和发展，导致隧道及地下洞室工程理论步入到现代理论的新领域，也使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程实际，即设计理论施工方法结构(体系)工作状态(结果)的一致。,二、新奥法施工程序,施工准备,确定施工方案,开挖,初期支护,量测监控,是否符合管理基准？,防水隔离层,二次支护,竣工,是,修改施工方案,改变开挖方法和顺序,修正支护参数,否,新奥法施工程序可用以下框图表示：,三、新奥法施工的基本原则,新奥法施工的基本原则可以归纳为“少扰动、早支护、勤量测、紧封闭”。,少扰动，指在进行隧道开挖时，要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范

13、围和扰动持续时间。,早支护，指开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态。,勤量测，指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩(或围岩加支护)的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式、开挖方法，确保施工安全和顺利进行。,紧封闭，一方面指采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减。另一方面指要适时对围岩施作封闭形支护。,隧道开挖的基本原则：在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。,在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、工区长度、机械配备能

14、力、经济性等相关因素进行综合分析，采用恰当的开挖方法。,按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法等。,隧道开挖方法,1、山岭隧道常用施工方法简介,全断面开挖法,全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。,施工顺序,适用条件,(1)IIV级围岩，在用于级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件。 (2)有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。 (3)隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于lkm，否则采用大型机械化施工，其经济性较差。 隧道机械化施工，有三条主要作业线，见下表。,

15、(1)开挖断面与作业空间大、干扰小； (2)有条件充分使用机械，减少人力； (3)工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件； (4)开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。,全断面法施工特点,台阶法,根据台阶长度不同，划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。,施工中采用哪一种台阶法，要根据两个条件来决定，第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短，第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出碴等机械设备需要施工场地大小的要求。,(一)长台阶法,长台阶法开挖断面小，有利于维持开挖面的稳定，适用范围较全断面法广，一般适用于地质条件较差的、V级围岩。,(二)短台阶法,短台阶

16、法适用于地质条件差的、V级围岩，台阶长度定为1015m，即12倍开挖宽度，主要是考虑拉开工作面，减少干扰，因此台阶长度不宜过短。 短台阶法可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩变形。缺点是上部出碴对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。,(三)微台阶法,一般为35m的台阶长度。 微台阶法上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。,分部开挖法,分部开挖法包括环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法等。,(一)环形开挖留核心土法 环形开挖留核心土法常用于级围岩单线和V级围岩双线隧道掘进。 施工顺序见图。 施工时要求： 环形开挖进尺一

17、般为0.51.0m； 开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢架支撑，每两榀钢架之间采用连续钢筋连接，并加锁脚锚杆；,核心土面积不小于整个断面的50； 当围岩地质条件差，自稳时间较短时，开挖前在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护； 二次衬砌采用先墙后拱法施作。,特点：简单明了，施工易行；不需要特殊的机械设备，减少施工投入；开挖工作面稳定性好，施工较安全 。,根据侧壁导坑开挖的个数，分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法。1.单侧壁导坑法 单侧壁导坑法一般将断面分成三块：侧壁导坑、上台阶、下台阶。 侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞跨，高度以到起拱线为宜。导坑与台阶的距离没有硬性规定，一般以施工互不干扰为原则。,

18、(二) 侧壁导坑法,由于单侧壁导坑法每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初期支护承载能力大，所以它适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。,2.双侧壁导坑法 双侧壁导坑法施工顺序如图，适用于V级围岩双线或多线隧道掘进。双侧壁导坑法将断面分成四块：左右侧壁导坑、上台阶、下台阶。 双侧壁导坑法施工要求：侧壁导坑高度以到起拱线为宜；侧壁导坑形状应近于椭圆形断面，导坑断面为整个断面的1/3；侧壁导坑领先长度一般为3050m，以开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布不影响另一侧导坑为原则；导坑开挖后应及时进行初期支护，并尽早封闭成环。,3、中洞法 中洞法适用于双连拱隧道。采用先施作隧道中墙混凝土

19、，后开挖两侧的施工方法(如图) 。,中洞法施工要求：中洞法开挖高度应大于中墙高度1m，开挖宽度应大于5m；中洞开挖长度根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑，一般为5080m；中洞开挖后应及时施作初期支护，再分段灌筑中墙混凝土，在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模，并进行临时横向支撑。,4、中隔壁法(CD) 中隔壁法(如图)适用于V级围岩的浅埋双线隧道。中隔墙开挖时，应沿一侧自上而下分为二或三部进行，每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁，底部应设临时仰拱，中隔壁墙依次分步联结而成，之后再开挖中隔墙的另一侧，其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同。,中隔壁洞法施工要求：各部开挖时，

20、周边轮廓尽量圆顺，减小应力集中；各部的底部高程应与钢架接头处一致；每一部的开挖高度为3 5m；后一侧开挖应全断面及时封闭；左右两侧纵向间距一般为3050m；中隔壁设置为弧形或圆弧形。,5、交叉中隔壁法(CRD) 交叉中隔壁法适用于V级围岩浅埋的双线或多线隧道。采用自上而下分为二至三步开挖中隔墙的一侧，并及时支护，待完成12部后，即开始另一侧l2部开挖及支护，形成左右两侧开挖及支护相互交叉的情形。,采用交叉中隔壁法施工，除满足中隔壁法的要求外，尚应满足：设置临时仰拱，步步成环；自上而下，交叉进行；中隔壁及交叉临时支护，在灌注二次衬砌时，应逐段拆除。,围岩预支护（预加固）,隧道施工中常用的辅助稳定

21、措施有下图所示的几种。这些辅助稳定措施的选用应视围岩地质条件、地下水情况、施工方法、环境要求等具体情况而定，并尽量与常规施工方法相结合 。,稳定工作面,喷射混凝土封闭工作面,预留核心土挡护开挖面,临时仰拱封底,超前锚杆锚固前方围岩,管棚超前支护前方围岩,超前深孔围幕注浆,超前小导管注浆,注浆加固围岩和堵水,超前锚杆构造组成,超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业(图)。,特点：柔性较大，整体刚度较小。 主要适用于应力不太大，地下水较少的软弱围岩的隧道工程中，如土砂质地层、弱膨胀性地层、流变性较小的地层、

22、裂隙发育的岩体、断层破碎带等、浅埋无显著偏压隧道。也适宜于采用中小型机械施工。,超前锚杆性能特点及适用条件,管棚是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护。,管棚构造组成,管棚性能特点及适用条件,特点：整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力。 管棚主要适用于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱破碎围岩隧道工程中。,超前小导管注浆是沿坑道周边向前方围岩内打入带孔小导管，并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就形成了有一定厚度的加固圈。在此加固圈的保护下即

23、可安全地进行开挖等作业。,超前小导管构造组成,超前小导管性能特点及适用条件,特点：浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后，不仅将岩块或颗粒胶结为整体起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道渗流的通道，起到了堵水作用。 适用于一般软弱破碎围岩，也适用于地下水丰富的软弱破碎围岩。,注浆机理可以分成四种： 1.渗透注浆 即是对于破碎岩层、砂卵石石层、中细、粉砂层等有一定渗透性的地层，采用中低压力将浆液压注到地层中的空穴、裂缝、孔隙里、凝固后将岩土或土颗粒胶结为整体，以提高地层的稳定性和强度。2.劈裂注浆 即对于颗粒更细的粘土质不透水(浆)地层，采用高压浆液强行挤压孔周，在注浆压力的作用下，浆液作用

24、的周围土体被劈裂并形成裂缝，通过土体中形成的浆液脉状固结作用对粘土层起到挤压加固和增加高强夹层加固作用，以提高其强度和稳定性。,超前深孔围幕注浆注浆机理及适用条件,3.压密注浆 即用浓稠的浆液注入土层中，使土体形成浆泡，向周围土层加压使得到加固。4.高压喷灌注浆 即通过灌浆管在高压作用下，从管底部的特殊喷咀中喷射出高速浆液流及其外围的高速气流，促使土粒在冲击力、离心力及重力作用下，随注浆管的向上抽出与浆液混合形成柱状固结体，以达到加固之目的。 如果隧道埋深较浅，注浆作业可在地面进行；对于深埋长大隧道可利用辅助平行导坑对正洞进行预注浆，这样可以避免与正洞施工的干扰，缩短施工工期。,水平旋喷预支护

25、,喷射注浆法，又称旋喷法，分为垂直和水平旋喷注浆两种方法，水平旋喷注浆法是在一般的初期导管注浆的基础上发展起来的，以高压旋喷的方式压注水泥浆，从而在隧道开挖轮廓外形成拱形预衬砌的超前预支护工法。水平旋喷注浆的施工原理类似于垂直旋喷注浆，只是一个为水平一个为垂直，我国垂直旋喷注浆技术已比较成熟。 主要适用于粘性土、砂类土、淤泥等地层。,施工方法：首先使用旋喷注浆机，沿着隧道掌子面周边的设计位置旋喷注浆形成旋喷柱体，通过固结体的相互咬合形成预支护拱棚。一般每根旋喷体，首先通过水平钻机成孔，钻到设计位置以后，随着钻杆的退出，用水泥浆或水泥一水玻璃双浆液旋喷注入钻成的孔腔，通过高压射流切割腔壁土体，被

26、切割下的土体与浆液搅拌混合、固结形成直径600mm左右的固结体，同时周围地层受到压缩和固结，其土体的物理力学性能得到定程度的改善。旋喷柱体沿隧道拱部形成环向咬合、纵向搭接的预支护拱棚，在松散不稳定地层隧道中，可有效控制坍塌和地层变形。,机械预切槽法,机械预切槽法是利用专业的切槽机械，沿隧道外轮廓切割一定深度的切槽。切槽方式有带踞式和排钻式两种。在硬岩地层中，利用该切槽，作为爆破振动的隔振层，主要起隔振或减振的目的。在软石或砂质地层中，在切槽内填筑混凝土，形成预支护拱，提高隧道稳定性。,机械预切槽法的优点：可减轻在硬岩爆破时，振动的扩展；在作业面开挖前，快速形成一临时的整体弧形拱，从而减小围岩变

27、形与地表沉陷；为人员和设备提供清洁、安全的工作条件；有利于作业全过程的工业化及机械化，从而使进度快速均衡，适应性增强，大大节约了成本。机械预切槽法在硬岩地层中应用的最大弱点是推进速度慢，较适合用于市区隧道工程、松散地层和大断面隧道。,隧道洞口施工,一、洞口地段的一般概念 二、洞口地段施工注意事项 三、洞口的施工方法,隧道施工的洞口地段是指隧道进口(或出口)附近对隧道施工有影响的地段，该地段通常因地质地形复杂需要做特殊处理。 隧道洞口工程主要包括边、仰坡土石方；边、仰坡防护；端墙、翼墙等洞门圬工；洞口排水系统；洞口检查设备安装；洞口段洞身衬砌。,洞口地段的特点为：地层一般较破碎，多属堆积、坡积、

28、严重风化或节理裂隙发育的松软岩层，稳定性较差；当岩层层面坡度与洞门主墙开挖坡度一致时，容易产生纵向推滑力；山体覆盖层较薄，一旦塌方可能塌穿到地表面；若隧道处于沟谷一侧或傍山时，通常会产生侧向压力。,一、洞口地段的一般概念,洞口地段的确定：由于每座隧道的地形、地质及线路位置不同，要很明确规定洞口段的范围是比较困难的。在一般情况下，可以将由于隧道开挖可能给上坡地表造成不良影响的洞口范围称为洞口加强段。每座隧道应根据各自的围岩条件来确定洞口段范围。,洞口段施工时应注意以下事项：l.在场地清理作施工准备时，应先清理洞口上方及侧方有可 能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。2.洞口施工宜避开雨季和融雪期。 3

29、.洞口部分圬工基础必须置于稳固的地基上。 4.洞门拱墙应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工连接成整体， 确保拱墙连接良好。5.洞口段洞身施工时，应根据地质条件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素选择开挖方法和支护方式。 6.洞门完成后，洞门以上仰坡脚受破坏处，应及时处理。,二、洞口地段施工注意事项,三、洞口的施工方法,(1)洞口段围岩为级以下，地层条件良好时，一般可采用全断面直接开挖进洞。 施工支护：于拱部可施做局部锚杆；墙、拱采用素喷混凝上支护。洞口35m区段可以挂网喷混凝土及设钢拱架予以加强。(2)洞口段围岩为IV级，地层条件较好时，宜采用正台阶法进洞(不短于20m区段)爆破进尺控制在1.52.

30、5m。 施工支护采用拱、墙系统锚杆和钢筋网喷射混凝土。必要时设钢拱架加强施工支护。 (3)洞口段围岩为级，地层条件较差时，宜采用上半断面长台阶法进洞施工。 施工支护采用超前锚杆与系统锚杆相结合，挂网喷射混凝土。拱部安设间距为0.51.0m的钢拱架支护，及早施做混凝土衬砌，确保稳定和安全。,(4)洞口段围岩为级以上，地层条件差时，可采用分部开挖法和其它特殊方法进洞施工。 具体方法有：预留核心土环形开挖法；插板法或管棚法；侧壁导坑法；下导坑先进再上挑扩大，由里向外施工法；预切槽法等。 开挖前应对围岩进行预加固措施，用钢架紧贴洞口开挖面进行支护，再进行开挖作业，随挖随支。施工支护采用网喷混凝土，系统

31、锚杆支护；架立钢拱架间距为0.5m，必要时可在开挖底面施做临时仰拱。开挖完毕后及早施作混凝土内层衬砌。,第一节 概述,钻爆法目前仍是我国隧道施工中开挖的主要方法，与机械开挖相比，适用地质条件广、费用低、设备简单，但对围岩的扰动大、开挖面成形质量差，主要表现在超欠挖量上。 1、超欠挖的定义：以设计的隧道开挖轮廓线为基准，实际开挖的断面在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分称为欠挖。,隧道爆破施工技术,2、严重的超欠挖会造成资源浪费和增大施工难度，主要表现在以下几方面：弃渣量增加，需多装多运；超挖空间回填，增加混凝土材料的消耗；欠挖清除，造成人工、器材的超额消耗；超欠挖形成的凹凸不平，对喷

32、射混凝土、张挂防水板造成困难。 3、严重的超欠挖会影响施工质量，主要从以下几方面认识： 超欠挖造成开挖轮廓（形状和尺寸）与设计相差很大时，围岩应力重分布也会相差很大，使支护受力状态与设计不符； 超挖形成的凹角处存在应力集中，岩块易损坏； 欠挖形成的凸部，在高地应力的作用下，岩块易挤出。,4、对隧道轮廓控制爆破的初步评价 隧道轮廓控制爆破两种技术光面爆破与预裂爆破的比较。 英国人认为在有显著节理裂隙的地层中，岩体经常沿节理面破碎爆落，不完全按预裂方向开裂，应普遍采用光面爆破； 我国隧道工程实践也表明，裂隙发育程度及倾角对预裂爆破后形成平滑壁面有很大影响，当裂隙与裂面斜交或几组裂隙相交，则易于造成

33、岩石沿节理面脱落。应根据不同地质条件采取不同的爆破方法及相应的钻爆参数。,隧道轮廓控制爆破的经济价值。 瑞士经验表明，光面爆破减少20cm超挖，节省各种费用是爆破成本的4倍； 前苏联资料显示，光面爆破可使超挖减少到510cm，使圬工消耗量降低3050，减少装载、运输费用57； 日本试验表明，采用光面爆破后，超挖率由23.77降低到8.46，混凝土超灌量由77.25减少到27.5。 国内对光面爆破的经济评价，概括为：超挖量由20降低到10，衬砌速度加快30，开挖进度提高12.6，炸药消耗量减少19.5。,隧道轮廓控制爆破的技术价值。主要表现在： 围岩炮震裂缝减少，保护了围岩自身的承载能力，为锚喷

34、支护提供有利的基础。特别在软弱岩层更显示出这一作用； 避免围岩裂隙扩大，提高了坑道的稳定性，减少落石伤人事故； 极大减少超挖量，减少出渣量，节约衬砌材料，提高施工进度； 隧道成形规整，凹凸减小，有利于围岩稳定，喷层易平顺，有利于防水板铺挂。,第二节 岩石爆破机理与地质影响作用 1、炸药的爆炸作用 (1)炸药的爆炸反应极为迅速，瞬间产生大量的高温、高压的爆生气体。1kg炸药爆炸，爆温可达20004000，爆压可达数十万个大气压，反应时间为十万百万分之一秒。 (2)药包爆炸的瞬间，在周围岩石中激起一个强烈的冲击波，较高的波头压力具有很大的摧毁力，向外传递，随传播距离增加而逐渐衰减，称为冲击作用。属

35、于动力作用，表现为炸药的猛度作功形式，其大小主要取决于炸药的爆炸速度。,(3)同时爆生气体的膨胀也对周围岩石施加巨大压力，但传播速度较低，随传播距离增加而脱离冲击波，称为爆生气体的膨胀作用。被视为静力作用，表现为炸药的暴力作功形式，其大小主要取决于炸药的爆热。 (4)一般工程爆破，冲击作用与爆生气体的膨胀作用是同时存在的，只是气体膨胀作功的时间比冲击作用长。从岩石致碎原因讲，岩性不同，两种作用占的地位也有所不同。在松软的岩层，爆生气体起主要破坏作用；在坚硬的岩层，冲击作用起主要破坏作用。为充分利用炸药的能量应根据岩性选用不同品种的炸药。,2、爆破破岩过程(1)从破岩的角度考虑，将爆破后由药包中

36、心向外，分成爆破粉碎区和爆破破碎区。,(2)靠近药包周围的岩石直接受到巨大爆轰压力的作用，被击的粉碎，形成粉碎区。 (3)破损区的形成是两个过程： 在爆轰压力作用下，岩石质点向外做径向位移，产生径向压缩应力，在切向引起拉应力，因岩石的抗拉强度远小于抗压强度，岩石被拉裂，在药包周围断产生一系列放射状的径向裂缝，直到拉应力小于岩石抗拉强度处为止。被压缩的岩石内储存了弹性能。 当爆生气体的温度和压力迅速下降，导致岩石的弹性能释放，岩石质点向内做径向位移，产生切向压缩应力，在径向引起拉应力，岩石被拉裂，在药包周围断产生环状的裂缝。,3、爆破漏斗 当药包处于临空面附近（其最短距离称为最小抵抗线），压缩应

37、力波到达临空面，被反射成拉伸波，当拉伸应力大于岩石抗拉强度，在临空面附近形成一系列张拉裂缝，当最小抵抗线合适时，与药包周围的裂缝贯通，在爆生气体膨胀作功的作用下，将破碎的岩石抛出，形成爆破漏斗。,4、地质条件对隧道爆破作用的影响(1)岩体层理的影响 层厚0.5m，节理不发育的完整岩体对爆破作用的影响不大。 层厚0.5m，节理裂隙极为发育的岩体，爆破易引起垂直层理方向的掉块或塌方。在易坍塌之处均采用密钻眼、弱装药的爆破技术。,(2)破碎岩体的影响 断层破碎带的岩体破碎、有时软硬间隔，处理不当会引起严重塌方。除采用隧道减轻振动控制爆破技术外，还应采取台阶法或分部法开挖，并严格控制循环进尺在12m内

38、。,(3)非均质岩体的影响 非均质岩体对爆破作用的影响十分明显。分部开挖时应将石质差的一侧先开挖或掏槽区设在该侧；爆破参数应根据两种岩体的特性分别采用。为防止掉块、坍塌，开挖后及时支护。,(4)人字形节理的影响节理发育、成人字形，隧道拱部易出现坍塌，爆破时应控制药量，加密炮眼。,第三节 隧道爆破的掏槽技术 影响隧道爆破开挖的质量，关键在掏槽爆破技术和周边成型控制爆破技术。掏槽爆破的目的在于为后续炮眼爆破提供新的、足够的临空面和空间。1、半断面开挖中深眼掏槽爆破技术 半断面的开挖面积约2050m2，中深炮眼深度为1.53.5m。有以下几种掏槽类型。(1)V形掏槽，适用于中硬岩、硬岩的中深眼隧道爆

39、破。只要钻眼精确（达到深度、保证角度），按设计装药，一般均能取得良好的效果。,三级复式楔形掏槽 上下排距用5090cm，硬岩取小值、中硬岩取中值、软岩取大值。硬岩爆破时最好全部采用高威力炸药；排数通常上下两排即可，十分坚硬岩石可用三排或四排。,二级复式楔形掏槽,几个关键技术技术： 开挖断面较宽时，尽量缩小掏槽角，因而要尽量加大第一级掏槽眼的水平间距。 掏槽炮眼深度2.5m，其底部加强装药应占1/3炮眼长度，前部装药集中度可减为底部装药集中度的4050，留出20的炮眼程度不装药，并装填不少于40cm长的炮泥。 掏槽眼应每级均尽量同时起爆，级间间隔时差以2550ms为宜，以保证前段爆破的岩石破碎与

40、抛掷。,(2)大直径中空直眼掏槽 由中空眼逐步扩大形成槽腔。常用的有单螺旋、双螺旋掏槽，对称掏槽。要求钻孔方向精确；减少眼位偏差值；使用毫秒雷管按设计起爆顺序起爆；控制掏槽眼间距，防止殉爆；控制掏槽眼的炸药用量，防止拒爆。,2、全断面深眼掏槽爆破技术 在掌子面中下部钻大直径中空炮眼，周围配合一些逐渐最大间距的小炮眼进行掏槽。一般有菱形、螺旋、对称等掏槽。,设计时要考虑以下几个问题：(1)影响直眼掏槽的最重要的因素是岩石特性。主要有三个方面： 在塑性岩石中直眼掏槽比脆性岩石直眼掏槽困难的多。 岩石结构是中空直眼掏槽必须考虑的因素。 岩体的结构面或不均质性是设计时的特殊问题。(2)空眼的直径与数量

41、构成的容积至少满足破碎岩石的膨胀余量要求，否则爆碎抛不出，导致掏槽失败。目前国内采用空眼直径75100mm，空眼个数24个。(3)在装药眼条件及装药密度一定时，根据装药眼与空眼间距，其间岩石可发生四种情况：,塑性变形。眼间岩石被剪切到空眼，大部分岩石密实、变质固结在空眼中，不增加槽口。破碎。岩石被破碎，大部分残留或挂在槽腔内。对脆性岩石大多可达到掏槽；但塑性岩石的碎屑在槽腔内重新固结，掏槽失败。,完全抛出。理想的间距必须处于完全抛出带，不仅岩石破碎，且抛出槽腔之外。两眼贯穿。槽口并无增大。 实践证明，空眼直径102mm，装药眼直径40mm，空眼到装药眼岩壁间距1820mm，掏槽爆破效果非常好。

42、,(4)炸药的性质和装药量对掏槽影响很大，其中爆速最具决定性。中硬岩选用爆速3000m/s，硝铵类炸药；坚硬岩选用爆速4000m/s，乳胶、乳化类炸药。 装药量往往采用把炮眼基本填满，浅眼留出1020cm的炮眼，深眼留出2040cm的炮眼装填炮泥。(5)起爆顺序和段间隔时差。距空眼最近的炮眼最先起爆、后续炮按此确定。段间隔时间50100ms，效果较好，开始几段一定要跳段使用，以免串段。(6)除第一段顺向起爆外，其余眼均反向起爆，以便破碎岩石、抛出槽外。,第四节光面爆破效果的提高途经 1、影响光面爆破效果的主要因素 根据对276各开挖循环的统计、研究和调查的结果分析，将影响超欠挖的因素和影响程度

43、列于下表出。这种分析与当前的施工实际是符合的。 钻孔精度 爆破技术 施工管理 测量放样 地质变化 其他发生次数 122 56 49 21 17 11发生频率 0.442 0.203 0.176 0.076 0.061 0.040累计频率 0.442 0.645 0.822 0.899 0.960 1.000,上述六个影响因素中，钻孔精度、爆破技术、施工管理对超欠挖的影响占82，因此这三项影响因素应作为对超欠挖的控制重点。 2、降低超欠挖的方法与途径 改变“宁超勿欠”的观念，树立“少欠少超”的观点。日本隧道施工中，在断面上取100个点，有不超过16个点的欠挖就可以，避免开挖轮廓线无谓扩大，使超挖

44、得以减少。我国铁路隧道施工规范规定：当围岩完整、石质坚硬时，容许岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌，侵入值应小于衬砌厚度的1/3，并小于10cm；对喷锚衬砌应不大于5cm。 提高钻孔技术。周边炮孔的外插角、开口位置和钻孔深度,与超挖高度有关。,开口位置取正值（在设计线以外），超挖高度随增加而增大； 开口位置取负值（在设计线以内），超挖高度随减小而减少。 如容许一定欠挖，对减少超挖是有效的。 再者，要解决开眼位置误差，采用掌子面标出炮眼位置，或设炮眼排距标尺，或实行领杆工制度。,钻孔深度是一个设计指标，在其他条件一定时，采用较浅孔爆破对减少超挖是有利的。一般情况下采用3.5m左

45、右的孔深即可。但施工中应注意检查每循环的各炮孔底在同一平面上，使下一循环开眼有一整齐的掌子面。 炮孔的外插角的最小值受钻孔机具的外缘高度控制，凿岩台车为57cm，故最小平均超挖约为7cm。如取钻孔深度为3m，则外插角为1.34,一般人工操作水平难以达到。需培训熟练的司钻工，或先钻一个标准眼插入炮棍，其他眼平行钻进；最好采用有控制钻眼角度装置的凿岩台车钻眼。,(3)提高爆破技术。这里的爆破技术包括光面爆破方式以及各种爆破参数。 不同爆破方式及减少超挖效果的比较，见下表。,影响光面爆破效果的主要技术参数：炮眼间距、最小抵抗线、周边孔密集系数、周边眼装药集中度、不耦合系数。光面爆破效果与技术参数的关

46、系，见下表。,技术参数之间是相互关联的，共同起作用，只有都在某一正确的范围内，爆破效果才能理想。其中周边眼装药集中度是最重要的参数。 合理采用爆破器材和装药方法，可以减少由于爆破产生的振动和应力波对围岩的破坏作用，有利于提高轮廓质量。测试表明： 同等条件下，等差雷管爆破效果最好、振动最小；毫秒雷管跳段使用也可获得较好效果。 小药包连续装药对控制超挖效果最好，比间隔装药和集中装药分别减少超挖16和28。,4）加强现场施工管理。通过人员组织、作业安排、技术交底与指导、质量检查及反馈、制定规章标准，将众多的因素置于可控的状态，达到爆破设计的基本要求。做好下列工作： 通过工程类比和现场实验，优化爆破参

47、数设计； 严格控制断面中线、标高的测量精度，防止因断面轮廓线偏向一侧而造成超欠挖； 严格控制断面的放线精度，避免随意放大或缩小断面； 严格控制钻孔精度，重点在周边眼的外插角、开口误差、炮眼在断面分布的均匀性； 严格控制装药量，保证正确的起爆顺序； 强调作业标准化、加强作业人员责任心教育。（5）根据地质变化，及时调整爆破参数。采用局部内移炮眼、局部空孔、加密炮眼、局部调整起爆顺序等辅助措施。,初期支护,一、概述 二、锚杆三、喷射混凝土,一、概述,初期支护是为了解决隧道在施工期间的稳定和安全的工程措施；二次衬砌则是为了保证隧道永久稳定和安全，作为安全储备的工程措施。初期支护加二次衬砌，构成复合式衬

48、砌。,(一)初期支护的基本概念,1.灵活性：锚喷支护是由喷射混凝土、锚杆、钢筋网等支护部件进行适当组合的支护形式，它们既可以单独使用，也可以组合使用；既可用于局部加固；也易于实施整体加固；既可一次完成，也可分次完成。充分体现“先柔后刚，按需提供”的原则。,2.及时性 ：锚喷支护能在施作后迅速发挥其对围岩的支护作用，这不仅表现在时间上，而且表现在空间上。,(二)锚喷支护工程特点,锚喷支护较传统的构件支撑，无论在施工工艺和作用机理上都有一些特点：,3.密贴性：喷射混凝土能与坑道周边的围岩全面、紧密地粘结，因而可以抵抗岩块之间沿节理的剪切和张裂。,4.深入性：锚杆能深入围岩体内部一定深度，对围岩起约

49、束作用。,5.柔性：锚喷支护属于柔性支护，它可以较便利地调节围岩变形，允许围岩作有限的变形，即允许在围岩塑性区有适度的发展，以发挥围岩的自承能力。岩体内部一定深度，对围岩起约束作用。,6.封闭性：喷射混凝土能全面及时地封闭围岩，这种封闭不仅阻止了洞内潮气和水对围岩的侵蚀作用，减少了膨胀性岩体的潮解软化和膨胀，而且能够及时有效地阻止围岩变形，使围岩较早地进入变形收敛状态。,二、锚杆,(一) 锚杆的支护效应(二) 锚杆的种类及各自的设计施工要点(三) 锚杆的布置(四) 锚杆的长度(五) 锚杆间距和布置,锚杆的支护效应一般认为有如下几种：,(1)支承围岩： 锚杆能限制约束围岩变形，并向围岩施加压力，

50、从而使处于二轴应力状态的洞室内表面附近的围岩保持三轴应力状态，因而能制止围岩强度的恶化，如图所示。,锚杆(索)是用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。,(一)锚杆的支护效应,(2)加固围岩 : 锚杆对加固节理发育的岩体和围岩松动区是十分有效的，有助于裂隙岩体和松动区形成整体，成为“加固带”(如图)。,(3)提高层间摩阻力，形成“组合梁” : 对于水平或缓倾斜的层状围岩，用锚杆群能把数层岩层连在一起，增大层间摩阻力，层结构力学观点来看就是形成“组合梁”(如图)。,(4)“悬吊”作用 : 水平“悬吊”作用是指为防止个别危岩的掉落或滑落，用锚杆将其稳定围岩联结起来，这种作用主要表现在加固局