隧道工程施工技术基础知识培训课件.ppt

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1、,隧道工程施工技术基础知识培训 中铁四局二公司技术中心2016年10月,目 录,一、前言二、新奥法简介三、隧道施工方法四、几点体会,2022年12月,2,一、 前 言,2022年12月,3,隧道工程发展现状与发展趋势,一、隧道的概念及种类1隧道的概念 狭义定义：用以保持地下空间作为交通孔道的工程建筑物。 广义定义：以某种用途，在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。,2隧道的种类 按不同的分类方式不同的分类方法：,铁路隧道的长度等级划分：,1、长度在500m及以下为短隧道；2、长度在500m以上至3km为中长隧道；3、长度在3km以上至10km为长隧道；4、长度在10k

2、m以上为特长隧道；,2022年12月,7,铁路隧道的开挖断面等级划分：,1、断面积在10m2及以下为小断面；2、断面积在10m2以上至50 m2为中等断面；3、断面积在50m2以上至100 m2为大断面；4、断面积在100 m2以上为特大断面；,2022年12月,8,二、我国隧道及地下工程发展的现状 (一)规模 1交通类隧道 (1)铁路隧道 据有关部门统计，我国大陆2013年底运营铁路隧道有11074座，总长893878km；2014年在建的铁路隧道有4206座，长度779515km；已规划有4600余座铁路隧道，总长10600km。目前运营铁路最长的隧道为关角隧道，长32645m；运营最长的

3、水下隧道是狮子洋隧道，长度10800m。在建最长的铁路隧道为中缅铁路大通道大（理）至瑞（丽）铁路高黎贡山隧道，长34538m。,武广222座172.152km广深24座32.016km郑西38座76.876km石太32座74.904km合武37座64.706km甬温59座88.115km温福59座149.423km福厦37座40.406km广珠4座4.172km,在建客运专线隧道,(2)公路隧道 截至2013年底，我国大陆有公路隧道11359座，总长96056km，与2012年相比净增1337座，长度增加15529km。进入21世纪以来，我国高速公路增长迅速，20102013年，高速公路的增长

4、率为290%，而其隧道总里程与座数的增长率分别为467%和 350%，远高于公路本身的增长率。目前运营最长的公路隧道为秦岭终南山隧道，长18020m；其次为麦积山隧道，长12286m；第3位为包家山隧道，长11193m。在我国公路隧道方面，跨江越海隧道工程蓬勃发展。,(3)地下铁道 截至2013年末，中国大陆已有19个城市开通了地铁，拥有83条运营线路，总里程达2746km；至2014年底，运营里程会超过3000km。另有15个城市的首条地铁线正在建设中。目前全部在建的地铁线路达106条，总里程超过2400km。,2水工隧洞 据不完全统计，截至2013年，已建成的地下水电站已超过3000座，已

5、建成的各类水工隧洞超过10000km；正在建设的引水隧洞超过1000km；已规划的引水隧洞工程长度超过2000km。目前在建的、长度比较长的引水隧洞有引汉济渭工程秦岭特长输水隧洞（全长983km）、引红济石工程隧洞（全长1976km）、引洮工程隧洞（长9635km）、引大济湟工程隧洞（全长2417km）、辽西北供水工程隧洞（全长230km）、吉林中部引松供水工程隧洞（全长134631km，隧洞直径66m，采用TBM施工）。,3地下工程 城市地下空间的开发与利用：地下商场，地下车库，地下仓库等地下建筑物以及各大中型平战结合工程相继建设。 地下共同管沟：如石家庄同其他城市一样供电线路基本要穿行于地

6、下隧道中。 地下储、输油气工程,(二)技术状况1长大隧道 钻爆法施工(大瑶山隧道、秦岭铁路隧道平导、秦岭公路隧道) 快速掘进(月进尺500m，已达世界水平) 出碴运输系统 通风系统 TBM施工(秦岭隧道、在建大伙房隧道) TBM快速掘进与对不良地层的适应性 出碴运输系统,大瑶山隧道,标志性工程,新奥法成功应用施工进度,全隧道最高年成洞4245m,月成洞521m单口月成洞218m，开挖205m，衬砌303m,大瑶山隧道,秦岭隧道,标志性工程,20世纪建成的最长铁路隧道TBM成功应用施工进度,TBM施工最高日进尺40.5m,月进尺528.1m,钻爆法施工最高月进尺456m,秦岭隧道,乌鞘岭隧道,标

7、志性工程,通过4条区域性大断层和3000m千枚岩地层创造了单线隧道施工进度最快纪录,级围岩单工作面436m/月级围岩连续5个月进度200m、级围岩交错情况下平均月掘进324m、级围岩交错情况下单工作面最高成洞271.8m/月，连续6个月成洞超过200m,乌鞘岭隧道,标志性工程,软岩深埋复杂应力隧道的修建技术取得突破,高地应力软岩大变形富水,乌鞘岭隧道,风火山和昆仑山隧道,标志性工程,高海拔4995m冻土设计施工,双层模筑混凝土多道防水措施保温隔热措施低温早强耐久性防水混凝土洞内空调,风火山隧道,昆仑山隧道,2不良地质隧道施工技术 富水断层破碎地质 流砂地质 岩溶地质 高地应力岩爆 高地应力挤压

8、大变形 煤系地层 湿陷性黄土,3设计理论 隧道结构或地下结构与地面结构所处环境不同，它是处在岩土地层或通称为围岩中，既受到围岩的荷载作用，又受到围岩的约束有利作用。,针对不同条件采用不同的设计理论。,太行山隧道,四 长大隧道工程概况,太行山特长隧道位于石太客运专线孤山车站和盂县车站之间，是本线的重点控制工程，隧道通过该段太行山山脉的主峰越宵山，越宵山最高高程为1320m，隧道最大埋深445m，太行山隧道设计为双洞单线隧道，两线线间距35m。隧道左线进口里程为DK69+276，出口里程为DK97+168，隧道全长27892 m；隧道右线进口里程为右DK69+286，出口里程为右DK97+163，

9、隧道全长27877 m。,大瑶山隧道群,大瑶山一号隧道、二号隧道和三号隧道共3座隧道组成，长度分别为10081m、6024m和8387m。双线隧道，线间距5m，最高时速350km/h，有效断面积100m2。总工期40个月。,一号隧道右侧设置2268m的平导，出口左侧设置885m的横洞； 二号隧道进出口左侧分别设置长约340和320m的横洞； 三号隧道进出口左侧分别设置长约256m和1272m的平导。,大瑶山隧道,狮子洋隧道,位于广深港客运专线东涌站至虎门站区间，穿越珠江口狮子洋河段，是中国第一座水下铁路隧道，行车目标值350km/h。,工程范围全长10800m，隧道长度10490m，引道敞开段

10、长310m。明、暗挖加盾构法施工。隧道采用双洞单线结构，断面净空有效面积约65m2。盾构段结构内径9.8m，外径10.8m，管片厚度50cm，采用7+1分块方式，单层钢筋混凝土衬砌。左右线之间的联络横通道23处。盾构段采用4台泥水平衡式盾构施工，总工期41个月。,狮子洋隧道,浏阳河隧道,武广客运专线，全长10100m。下穿京珠高速公路、星沙开发区、浏阳河与长沙市机场高速公路。设计为单洞双线，线间距5m，行车目标值350km/h。断面净空有效面积约100m2。,设计施工工期27个月，设置3座竖井和1个斜井。竖井采用矩形结构，位于隧道顶；斜井采用无轨运输。,浏阳河隧道,二、新奥法简介,2022年1

11、2月,37,一、新奥法（NATM）概述,二、新奥法施工的基本程序,三、新奥法施工的基本原则,一、新奥法（NATM）概述,“新奥法”，即奥地利隧道施工新方法，是奥地利隧道学家腊布希维兹教授在总结锚喷支护技术的基础上首先提出的，简称为NATM (New Austrian Tunnelling Method）、它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，采用锚杆和喷射混凝土作为初期支护，把理论、量测和经验结合在一起，达到坑道的基本稳定，待隧道开挖成形后，再逐步地施作内层衬砌作为安全储备，以保持隧道长期稳定的施工方法。同时又是一系列指导设计和施工的原则。,新奥法主要采用锚杆和喷射混凝土作为维护围岩稳定的初

12、期支护，以帮助围岩获得初步稳定，施作后的锚喷支护即成为永久性承载结构的一部分而不予拆除，然后在此基础上再施作内层衬砌作为安全储备（内层衬砌也称为后期支护）。初期支护、内层衬砌与围岩三者共同构成了永久的隧道结构承载体系。,2022年12月,40,新奥法三大要素 ？,光面爆破,喷锚支护,监控量测,(一)新奥法的基本要点可归纳如下：,1岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。新奥法将围岩视为隧道承载构件的一部分，因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少隧道周边围岩应

13、力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等措施。减少对围岩的震动，以保全其整体性。同时注意隧道表面尽可能平滑，避免局部应力集中。,2022年12月,42,2为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加施作的时间（包括闭合时间）来控制岩体的变形。,2022年12月,43,3、为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状应尽可

14、能圆顺，以避免拐角处的应力集中。 4、允许围岩由一定量的变形，以利于发挥围岩的固有强度。同时隧道的支护结构，也应具有预定的变形量，以缓和隧道压力。,2022年12月,44,二、新奥法施工的基本程序,三、新奥法施工的基本原则,“少扰动、早支护（锚喷）、勤量测、紧封闭”,（1）少扰动，是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、扰动范围和扰动持续时间。,（2）早支护（早锚喷），是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。,（3）勤量测，是指以直观、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，

15、确保施工安全和顺利进行。,（4）紧封闭，一方面是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，尤其是对于易风化的软弱围岩。另一方面更为重要的是指要适时对围岩施作封闭形支护，而且可以使支护和围岩能进入良好的共同工作状态。,2022年12月,47,三、隧道施工方法,第一节 隧道施工方法概述,一、隧道施工基本概念,二、隧道施工方法的分类及其选择,三、矿山法概述,一、隧道施工基本概念,1.隧道工程施工,2.隧道施工方法,3.隧道施工技术,4.隧道施工管理,1隧道工程施工,隧道工程施工是指按照规定的使用目的、规定的设计要求、规定的技术标准，使用适当的人员、资金、机械、材料，运用

16、适当的施工方法、施工技术和施工管理，在指定的地层中修建隧道及地下洞室建筑物的建筑活动。,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：在地层中挖出土石，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。,1） 隐蔽性大2）作业的循环性强3） 作业空间有限4） 作业的综合性5） 施工是动态的6） 作业环境恶劣7） 作业的风险性大8） 气候影响小,隧道施工具有以下特性：,2隧道施工方法,隧道施工方法是开挖和支护等工序的组合,*隧道施工方法主要研究在不同地下建筑环境条件下，修建不同建筑形式的隧道时，对建造过程

17、的施工工序的划分、作业程序的设计、施工技术的选择，以及对人员、材料、机械、资金的综合调配与应用。,*在隧道施工中最重要的是选择合理的施工方法。,常用的施工方法有：传统矿山法（日本称为背板法）、新奥法(NATM）、明挖法、盖挖法、盾构法（Shield）、掘进机法、沉埋法。,或者定义为：为达到规定的使用目的、规定的设计要求、规定的技术标准，使用一定的人员、材料、机械、资金，运用一定的技术措施和管理措施，遵循一定的作业程序，修建隧道及地下洞室建筑物的方法。,混凝土衬砌模板台车,盾构法施工技术：插刀盾构法；土压平衡盾构法；泥水盾构法；复合式盾构法；顶管法。,2007年7月26日，在南京地铁二号线汉中门

18、工地，工人们在顺利出洞的盾构机旁挥舞旗帜。,辽宁省大伙房水库输水工程全断面隧道掘进机,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。,沉管法施工技术：沉埋管段法；悬浮管段法。,3.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。,4.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

19、工管理体系的建立、运行和改进，以及过程的计划、实施、检查、改进（PDCA）的方法和程序。,施工方案选择、施工方法选择、施工技术选择；施工进度控制、施工质量控制、施工成本控制；施工场地布置；施工人员聘用和培训、工程材料和能源采购和供应、施工机械购置和配备；环境保护、职业健康与安全保护等项。,施工过程中的工作一般包括：,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、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

20、全管理等问题。,二、隧道施工方法分类及其选择,（一）隧道施工方法的分类,（二）隧道施工方法的适用条件,（三）隧道施工方法的选择原则,（一）隧道施工方法的分类,（二）隧道施工方法的适用条件,（三）隧道施工方法的选择原则,选择施工方法时需考虑的基本因素大体上可归纳为：,1、 施工条件,2、 围岩条件,3、 隧道断面积,4、 埋深,5、 工期,6、 环境条件,三、矿山法概述,“矿山法”因其最早应用于坑道采矿而得名。它是采用钻眼爆破方式破岩，纵向分段，横向全断面或分部开挖，每一部分开挖成形后即对暴露围岩加以适当的支撑或支护，继而提供必要的永久性人工结构以保持隧道长期稳定的施工方法。矿山法又因其采用“钻

21、眼爆破”方式破岩，故隧道工程中也称之为“钻爆法”。,“传统矿山法”,“新奥法”,第二节 主要开挖方法,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。,全断面开挖法,台阶开挖法,分部开挖法,第二节 主要开挖方法,一、开挖轮廓线、预留变形量、开挖面的支撑作用,二、开挖方法的种类与选择原则,三、全断面开挖法,四、台阶开挖法,五、分部开挖法,一、开挖轮廓线、预留变形量、开挖面的支撑作用,1、开挖轮廓线的确定与预留变形量,2、开挖面的支承作用,1、开挖轮廓线的确定与预留变形量,考虑到开挖坑道后，围岩因失去部分约束而产生向坑道方向的收

22、缩变形，施工开挖轮廓线应在设计开挖轮廓线的基础上适当加大，保证围岩变形完成后，坑道断面大小仍能满足设计要求（保证衬砌厚度）。这部分加大量称为预留（围岩）变形量。,2、开挖面的支承作用,隧道施工作业最前端的横断面称为“开挖面”或“掌子面”。,开挖面前方将被挖出而尚未挖除的岩体，对已开挖区段的围岩起着一定的约束作用，这种约束作用称为“开挖面的支承作用”。,二、开挖方法的种类与选择原则,1、开挖方法的种类,2、隧道开挖方法的选择原则,1、开挖方法的种类,2、隧道开挖方法的选择原则,隧道开挖方法的选择就是要确定横断面分部开挖面的大小和纵向分段掘进的深度，及其动态调整措施。,隧道开挖方法的选择，应主要考

23、虑围岩的稳定性，开挖与其他工序之间的相互干扰，施工过程中岩体应力重分布和结构体系转换，还应考虑隧道设计断面大小和形状，以及掘进方式、作业空间大小、机械配备能力、支护条件、工期要求、工区长度、经济性等因素的影响，进行综合分析，选用既有利于围岩稳定，又满足作业空间等要求的开挖方法。,现代隧道工程围岩承载理论主张尽可能采用大断面，同时主要通过调整掘进进尺来适应不同稳定能力的围岩条件。,三、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。,（一）全断面法施工的顺序,三、全断面开挖法,（二）适用条件,（三）全断面法施工特点,（四）全断面开挖法的技术要点,（一）全断面法施工

24、的顺序,隧道掘进正规循环作业横道图,(1) 施工准备完成后，用钻孔台车钻眼，然后装药，联接起爆网路；(2) 退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；(3) 进行通风、撒水，排烟、降尘；(4) 排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土；(5) 用装碴机将石碴装入矿车或运输机，运出洞外；(6) 安设边墙锚杆和喷混凝土；(7) 必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；(8) 开始下一轮循环；(9) 在初次支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期灌注内层衬砌。,（三）全断面法施工特点,（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，便于施工组织与施工管理，改善劳动

25、条件（4）开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定,优点：,缺点：,采用全断面开挖，每次爆破震动强度较大，因此要求进行分段装药，严格控制爆破设计，尤其是对于稳定性较差的围岩。,因开挖面大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，因此要求具有较强的开挖、出碴能力和相应的支护能力。,四、台阶开挖法,台阶开挖法一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型。,台阶开挖法主要适用于围岩稳定性较好，但隧道断面较大的条件下，或者隧道断面不太大，但围岩稳定性较差的条件下。,台阶法上断面开挖,台阶法上断面开挖,台阶法上断面开挖,台阶法上断面开挖,采用何种台阶法？,(1)初次支护形成闭合断面的时间要求，

26、围岩越差，闭合时间要求越短；,(2)上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工场地大小的要求。,（一）长台阶法,（二）短台阶法,（三）超短台阶法（微台阶法）,四、台阶开挖法,（一）长台阶法,这种方法是将断面分成上半断面和下半断面两部分进行开挖，上下断面相距较远，一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。,2、优缺点及适用条件,1、长台阶法的作业顺序,1、长台阶法的作业顺序,A、上半断面开挖：,用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破，地层较软时亦可用挖掘机开挖。安设锚杆和钢筋网，必要时加设钢支撑、喷射混凝土。用推铲机将石碴推运到台阶下，再由装载机装入车内运至洞外。根据支护结构形成闭合断面的时间要求，必要

27、时在开挖上半断面后，可建筑临时底拱，形成上半断面的临时闭合结构，然后在开挖下半断面时再将临时底拱挖掉。,B、下半断面开挖,用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破。装碴直接运至洞外。安设边墙锚杆(必要时)和喷混凝土。用反铲挖掘机开挖水沟。喷底部混凝土。,C、待初期支护的变形稳定后，或根据施工组织所规定的日期敷设防水层（必要时）和建造内层衬砌。,相对于全断面法来说，长台阶法一次开挖的断面和高度都比较小，只需配备中型钻孔台车即可施工，而且，对维持开挖面的稳定也十分有利。所以，它的适用范围较全断面法广泛，凡是在全断面法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬不要用底拱封闭断面的情况，都可采用长台阶法，一般适用于地质条件较差

28、的、级围岩。,在上、下两个台阶上，分别进行开挖、支护、运输、通风、排水等作业线，有足够的工作空间和相当的施工速度，上部开挖支护后，下部作业就较为安全；但上下部作业有一定的干扰，因此台阶长度适当长一些，一般考虑至少为50m，但台阶长度过长，如大于100m，则增加了轨道的铺设长度，同时其通风排烟、排水的难度也大大增加这样反而降低了施工的综合效率，因此推荐台阶长度为50-80m。,2、优缺点及适用条件,（二）短台阶法,这种方法也是分成上下两个断面进行开挖，只是两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍，为10-15m，即1-2倍开挖宽度，上下断面采用平行作业。,短台阶法的作业顺序和长台阶相同。,短台阶

29、法主要是考虑拉开工作面，减少干扰，因此台阶长度不宜过短。上台阶一般采用少药量的松动爆破，出渣采用人工或小型机械转运至下台阶，一般不考虑有轨运输。因此台阶长度又不宜过长，如果超过15m，则出渣所需的时间显得过长。,优缺点及适用条件：,短台阶法可缩短支护结构闭合的时间，改善初次支护的受力条件，有利于控制围岩变形。是新奥法施工中经常采用的方法。,适用：级围岩，尤其适用于地质条件差的-级围岩。,缺点是上台阶出碴时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业。为解决这种干扰可采用长皮带机运输上台阶的石碴；或设置由上半断面过渡到下半断面的坡道。将上台阶的石碴直接装车运出。过渡坡道的位置可设在中间，也可交替地

30、设在两侧。过渡坡道法通用于断面较大的双线隧道中。,初期支护全断面闭合要在距开挖面30m以内，或距开挖上半断面开始的30天内完成。初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合，要研究在保证施工机械正常工作的前提下台阶的最小长度。,采用短台阶法时应注意下列问题：,（三）超短台阶法（微台阶法）,超短台阶法是将设计坑道断面内的岩体分为上半断面、下半断面2部分，在一个作业循环内同时挖除，并始终保持上半断面超前于下半断面形成一个台阶的开挖方法，也称为“微台阶开挖法”。,适用于、级围岩，一般为3-5m的台阶长度，采用交替作业。,1、超短台阶法施工作业顺序,2、优缺点及适用条件,3、台阶开挖法的技术要点,1、超短台阶

31、法施工作业顺序,用一台停在台阶下的长臂挖掘机或单臂掘进机开挖上半断面至一个进尺。,安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑，喷拱部混凝土。,用同一台机械开挖下半断面至一个进尺。安设边墙锚杆、钢筋网或接长钢支撑，喷边墙混凝土（必要时加喷拱部混凝土）。,开挖水沟、安设底部钢支撑，喷底拱混凝土。灌筑内层衬砌。,2、优缺点及适用条件,将上、下半断面合为一个作业面同步开挖，与全断面开挖法基本相同，可以有足够的工作空间和较快的施工速度。,台阶开挖法将隧道下半断面滞后开挖，掌子面始终保留一个微台阶，既有利于开挖面的稳定和围岩的稳定，也给上部提供了一个工作平台，便于上部进行各项作业。,台阶开挖法既可以采用大型施工机械，也

32、可以采用中小型施工机械，其出渣、进料运输方面也与全断面开挖法基本相同。,台阶开挖法在遇到前方围岩地质条件的突变（如突变为软弱破碎、突水、泥石流或溶洞）时，其防御性要好一些，相对于全断面开挖法而言，可以避免造成较大的损失，并且可以比较方便地转换为留核心土环形开挖法或其他分部开挖法。,由于超短台阶法初次支护全断面闭合时间更短，更有利于控制围岩变形。在城市隧道施工中，能更有效的控制地表沉陷。所以，超短台阶法适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面的场合。当然，也适用于机械化程度不高的各类围岩地段。,缺点是上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰较大生产效率较低，施工速度较慢。,采用超短台阶

33、法施工时应注意以下问题：在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可采用辅助施工措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小钢管，对开挖面进行预加固或预支护。,五、分部开挖法,分部开挖法是开挖软弱岩层或土层隧道的一种施工方法，主要适用于隧道断面较大或围岩稳定性较差的条件下。它将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖。,导坑的作用主要是超前探察前方岩体的工程地质条件。,先行开挖形成的坑道称为“导坑”,“导坑超前开挖法”,（一）台阶分部开挖法（环形开挖留核心土法）,五、分部开挖法,（二） 单侧壁导坑法,（三）双侧壁导坑法，又称眼镜工法,（四）中洞法（洞柱法）,（五）中隔壁法（CD）,

34、（六）交叉中隔壁法（CRD）,（一）台阶分部开挖法（环形开挖留核心土法）,（一）台阶分部开挖法（环形开挖留核心土法）,1、开挖面分部形式,2、施工作业顺序,3、施工要求,4、优缺点及适用条件,1、开挖面分部形式,2、施工作业顺序,用人工或单臂进机开挖环形拱部。,安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑、喷混凝土。,在拱部初次支护保护下，用挖掘机或单臂掘进机开挖核心土和下台阶，随时接长钢支撑和喷混凝土、封底。,根据初次支护变形情况或施工安排建造内层衬砌。,3、施工要求,开挖进尺为0.52.0m，不宜过长。,上部核心土和下台阶的距离，一般双线隧道为1倍洞跨，单线隧道为2倍洞跨。,开挖后应及时施作喷锚支护、安设

35、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。,4、优缺点及适用条件,优点：,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；,施工安全性好。,缺点：,开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，这些都有可能使围岩变形增大。因此，它常要结合辅助施工措施对开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固。,适用条件：,级围岩单线和级围岩双线,与超短台阶法相比，台阶长度可以加长，减少上下台阶施工干

36、扰；,与下述的侧壁导坑法相比，施工机械化程度较高，施工速度可加快。,（二） 单侧壁导坑法,1、开挖面分部形式,2、施工作业顺序,3、优缺点及适用条件,出口侧壁导坑台阶法施工,1、开挖面分部形式,侧壁导坑,上台阶,下台阶,2、施工作业顺序,开挖侧壁导坑，并进行初次支护(锚杆加钢筋网、或锚杆加钢支撑、或钢支撑，喷射混凝土)，应尽快使导坑的初次支护闭合； 开挖上台阶，进行拱部初次支护，使其一侧支承在导坑的初次支护上，另一侧支撑在下台阶上； 开挖下台阶，进行另一侧边墙的初次支护，并尽快建造底部初次支护，使全断面闭合； 拆除导坑临空部分的初次支护； 建造内层衬砌。,3、优缺点及适用条件,单侧壁导坑法是将

37、断面横向分成3块或4块，每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初次支护承载能力大，所以，单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。,（三）双侧壁导坑法，又称眼镜工法,1、开挖面分部形式,2、施工作业顺序,3、施工要求,4、优缺点及适用条件,1、开挖面分部形式,宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。,左、右侧导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定,一般为30-50m。,双侧壁导坑法施工核心土开挖,双侧壁导坑法施工,2、施工作业顺序,开挖一侧导坑，并及时地将其初次支护闭合。相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初次支护。开挖上部

38、核心土，建造拱部初次支护，拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上。开挖下台阶，建造底部的初次支护，使初次支护全断面闭合。拆除导坑临空部分的初次支护。建造内层衬砌。,3、施工要求,侧壁导坑高度以达到起拱线为宜；侧壁导坑形状应接近于椭圆形断面，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。,4、优缺点及适用条件,双侧壁导坑法具有控制地表沉陷好，施工安全等优点，但速度较慢，成本较高。适用于级围岩双线或多线隧道掘进。,当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧壁导坑法难以控制

39、围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。,（四）中洞法（洞柱法）,中洞法适用于双连拱隧道。采用先开挖中洞并支护，在中洞内施作隧道中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法。,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；对长度200300m的短隧道可先贯通中洞，然后再施工两侧侧洞；中洞开挖后应及时施作初期支护，再分段灌筑中墙混凝土，每一纵向段长度为410m，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。,中洞拱部开挖,（五）中隔壁法（CD）,适用于V级围岩浅埋双线隧道。,中隔壁法施工要求：,各部开挖时，周边

40、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35m；后一侧开挖应全断面及时封闭；左右两侧纵向间距一般为30-50m；中隔壁设置为弧形或圆弧形。,（六）交叉中隔壁法（CRD）,适用于级围岩浅埋的双线或多线隧道。,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。,CRD法开挖全景,2022年12月,135,CRD法开挖局部,2022年12月,136,第五节 隧道洞口施工,三、洞口的施工方法,一、洞口地段的一般概念,二、洞口地段施工注意事项,一、洞口地段的一般概

41、念,隧道洞口地段，一般地质条件差，且地表水汇集，施工难度较大。施工时要结合洞外场地和相邻工程的情况，全面考虑、妥善安排、及早施工，为隧道洞身施工创造条件。,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。,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,隧道洞口工程,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。,洞口地段特点洞口地段地层一般较破碎，多属堆积、坡积、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

42、产生纵向推滑力；洞口附近山体覆盖层较薄，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。因此，该地段在开挖时宜特别谨慎小心，随挖随撑，并尽快做好衬砌。,二、洞口地段施工注意事项,洞口段施工中最关键的工序就是进洞开挖。隧道进洞前应对边仰坡进行妥善防护或加固，作好排水系统。,(1)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)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，以确保拱墙连接良好。洞门端墙的砌筑与回填应两侧同时进行，防止对衬砌产生侧压

43、。,(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。,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，初始1020 m区段的开挖，爆破进尺应控制在23m。施工支护，于拱部可施做局部锚杆；墙、拱采用素喷混凝土支护。洞口3-5m区段可以挂网喷混凝土及设钢拱架予以加强。,(2)洞口段围岩为级，地层条件较好时，宜采用正台阶法进洞（不短于20 m区段），爆破进尺控制在1.52.5 m。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

44、。,(3)洞口段围岩为一级，地层条件较差时，宜采用上半断面长台阶法进洞施工。上半断面先进50 m左右后，拉中槽落底，在保证岩体稳定的条件下，再进行边墙扩大及底部开挖。上部开挖进尺、般控制在1.5 m以下，并严格控制爆破药量。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0.51.0 m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他特殊方法进洞施工。具体方法有：开挖前应对围岩进行预加固措施，如先采用超前预注浆锚杆或采用管棚注浆法加固岩层，然后用钢架紧贴洞口开挖面进行支护，再采用短台阶或预留核心土环形开挖法等

45、进行开挖作业。在洞身开挖中，支撑应紧跟开挖工序，随挖随支。施工支护采用网喷混凝土、系统锚杆支护；架立钢拱架间距为0.5 m，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。,2022年12月,144,进洞施工前，先施作边仰坡加固和洞顶截水沟。边仰坡刷坡从上而下，随开挖随喷锚，封闭围岩暴露面。开挖到起拱线处，施工超前大管棚导向墙，接着进行超前大管棚施工。 进洞开挖一定要短进尺，每循环只能开挖一榀。上部台阶一定长度以后，应立即进行下台阶开挖支护，使初支封闭成环，控制初支变形。 洞口的衬砌和洞门要早做，以锁住洞口，有利于洞口安全和文明施工。软弱围岩浅埋隧道施工，衬砌台车未进场之前，

46、原则上不能进行洞内开挖。 洞门的位置选择非常关键，应坚持“早进晚出”原则，要尽量保持原地形地貌，除了必要的清表和松散土体清除，应避免大开挖，如果洞口仰坡非常陡且高，应加长隧道。,2022年12月,145,第六节 初期支护,一、概述,二、锚杆,三、喷射混凝土,四、钢拱架,五、初期支护的施工原则,一、概述,2锚喷支护工程特点,1初期支护的基本概念,1初期支护的基本概念,在开挖后的洞室周边，施作钢、混凝土等支撑物，向洞室周边提供抗力，控制围岩变形，这种开挖后隧道内的支撑体系，称为隧道支护。,为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全度和方便施工，隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结

47、构层，称为初期支护。,初期支护一般由锚杆、喷射混凝土、钢架、钢筋网等及其它们的组合组成，它是现代隧道工程中最常用的支护形式和方法。,2锚喷支护工程特点,(1)灵活性。,(2)及时性。,(3)密贴性。,(4)深入性。,(5)柔性。,(6)封闭性,二、锚杆 （一）锚杆的支护效应,锚杆（索）是用金属或其他高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。,(1)支承围岩。,(2)加固围岩。,(3)提高层间摩阻力，形成“组合梁”。,(4 )“悬吊”作用。,(1)支承围岩。,(2)加固围岩。,(3)提高层间摩阻力，形成“组合梁”。,(4 )“悬吊”作用。,（二）锚杆的种类,A按其对围岩加固的区域来分，可分为系统锚杆、

48、超前锚杆和局部锚杆3种。,系统锚杆是指在一个掘进进尺范围内的岩体被挖除后，沿隧道横断面的径向安装于围岩内的锚杆，以形成对已暴露围岩的锚固，并在已加固且稳定的坑道中进行下一个循环的开挖等作业。,超前锚杆是指沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方围岩内安装的锚杆，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。,局部锚杆是指为维护围岩的局部稳定或对初期支护的局部加强，只在一定的区域和要求的方向局部安装的锚杆。,B.按其在岩体中的锚固形式来分，可分为4种，见下表。,（二）锚杆的种类及各自的设计施工要点,三、喷射混凝土,喷射混凝土既是一种新型的支护结构，又是一种新的施工工艺。

49、它是使用混凝土喷射机，按一定的混合程序，将掺有速凝剂的细石混凝土，喷射到岩壁表面上，并迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。,喷射混凝土可以作为隧道工程的永久性或临时性支护，也可以与各种形式的锚杆、钢纤维、钢拱架、钢筋网等构成组合式支护结构。它的灵活性也很大，可以根据需要分次追加厚度。因此除用于地下工程外，还广泛应用于地面工程的边坡防护、加固，基坑防护，结构补强等。,喷混凝土的作用,1支撑围岩,3填平补强围岩,2“卸载”作用,4覆盖围岩表面,5阻止围岩松动,1支撑围岩,3填平补强围岩,4覆盖围岩表面,2“卸载”作用,5阻止围岩松动,6分配外力,四、钢拱架,1构造组成,2性能特点,3设

50、计要点,4施工要点,钢拱架因其整体刚度和强度均较大，对围岩松弛变形的限制作用更强，可及时阻止有害松动，也可以承受已发生的松弛荷载，保证坑道稳定与安全，还可以作为超前支护的反支点。,1构造组成,钢拱架,型钢拱架,花钢拱架（格栅钢架）,工字钢拱架槽钢拱架钢管拱架,钢筋焊接制成,1构造组成,1构造组成,1）接头钢拱架每榀分为2-6节，主要是为便于架设；为保证接头刚度，钢拱架的接头有端板栓接、夹板栓接及套管连接3种形式。2）垫板钢拱架构件下端断面积较小，应设底板，以增加支承面积。若围岩软弱，承载力不足，为防止拱架下沉，应在其下加设钢板、木板、片石铺垫，必要时可增设混凝土基座或纵向托梁（工字钢）。3）纵