1、第第6 6章章 隧道施工方法隧道施工方法本章讲授：本章讲授：1.1.新奥法施工方法新奥法施工方法 2.2.传统矿山法与新奥法的对比传统矿山法与新奥法的对比 3.3.洞口段施工方法洞口段施工方法 4.4.明洞施工方法明洞施工方法 5.5.辅助施工措施辅助施工措施 6.6.特殊地质地段的隧道施工特殊地质地段的隧道施工 工程的重要性 工程地质与水文地质条件 施工技术水平、机械设备情况 施工中动力和原材料供应情况 工程投资与运营后的社会效益和经济效益 对环境的保护要求 施工单位的习惯做法 隧道施工的主要工序 开挖(破岩)石碴外运修筑支护结构防排水处理铺轨或路面隧道装饰 2.隧道施工主要方法 矿山法 传
2、统矿山法 新奥法 明挖法 掘进机法 盾构法 沉管法 顶进法 新奥法与传统矿山法的关键异同点：相同：采用钻爆法施工。不同：对围岩的处理不同。新奥法施工的基本原则：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。12字口诀，务必理解渗透！全断面一次开挖法 1.适应条件 、级围岩 大型施工机具(钻孔台车、模板台车等)经济性考虑：中长隧道。表示方法：横断面工序图、纵断面工序展开图 习惯标注方法：阿拉伯字1、2、3.表示挖掘;罗马字、.表示支护；图6-1 全断面施工方法(单位：m)1201501 量测量测 台车就位 钻眼装药、放炮 找顶 出碴锚喷通风 钻爆作业循环：钻爆作业循环：工序少，管理方便；进度快大型机械、爆
3、破效果好；对围岩扰动少爆破1次；要求地质条件较好。问题：地质条件变差时，大型机械怎么办？3.施工特点 三条主要作业线：(1)开挖作业线 钻孔台车、装药台车、大型装碴机与运载车(2)锚喷作业线 混凝土喷射机、喷射机械手、运输进料设施(3)模注混凝土衬砌作业线 混凝土拌合、混凝土输送、防水层作业、衬砌模板 4.机械化施工的关键1.特点 将断面从上至下分成2个或3个台阶开挖；随着台阶长度的调整，它几乎可以用于所有的地层，因而是在现场使用的主导方法。2.种类 长台阶法 短台阶法 超短台阶法 6.2.2 台阶法(1)初期支护闭合环的时间要求 围岩越差，闭合时间要求越短，台阶必须缩短。(2)施工机械的效率
4、 效率高，则可以缩短支护闭合时间，台阶可适当加长。原则：希望初期支护尽快闭合。围岩不好时，应以条件为主；围岩较好时，应以条件为主。长台阶法 台阶长度L5BL5B，B B为洞室的宽度。甚至可以上台阶先贯通，即为“半断面法”。特点：进度快，仅次于全断面法。适用于：级围岩。B(a)5B12124.4.施工工序施工工序 台阶缩短：台阶缩短：（1 11.51.5）B B L L5B,5B,特点：特点：支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。适用于：适用于：、级围岩级围岩(b)(11.5)BB1122特点：适用
5、于：B(c)5B2B1B212B2(b)2(11.5)B11B(或35m)(c)将3种台阶法放在一起比较：区别主要在台阶长度。1.环形开挖留核心土法 特点：留核心土支顶工作面，稳定性优于超短台阶法：进度慢。适用于：土质或易坍塌的软弱围岩；小型施工机具。25图6-3 环形开挖留核心土法341415核心土核心土工字钢工字钢临时工作平台临时工作平台特点：洞室开挖跨度减小，有利于围岩稳定；导坑要闭合，增加了材料用量；进度慢。适用于：断面跨度大，对地表沉陷有控制要求的软弱。图6-4 单侧壁导坑法123132特点：双导坑，使洞室最大开挖跨度更小，稳定性增加；耗材增加；进度慢。适用于：对地表沉陷要求更高，或
6、跨度更大的隧道。图6-5 双侧壁导坑法13324142 1.双侧导坑的开挖是对开还是错开？为什么？答：应错开挖，间距710m。避免在同一断面上同时开挖的总跨度过大。2.导坑尺寸如何确定？答：应满足施工要求，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。问题：6.3.1传统矿山法简介 传统矿山法有：全断面法 台阶法 漏斗棚架法 蘑菇形法 上下导坑先拱后墙法，等。仅选择传统矿山法中具有代表性的上下导坑法 予以介绍，以资与新奥法施工对照。下导坑15205011769442图6-6 上下导坑先拱后墙法(单位：m)152015201520上导坑落 底上导坑扩大立模板灌注砼203015203040 养生710天挖中
7、层漏斗46463246挖马口砌边墙793优点：有拱圈保护，安全；有两个导坑，有利于通风、排水与运输。缺点：两个导坑增加了造价；边墙须开挖马口，进度慢。适应于：、级围岩。名词解释：挖马口在“先拱后墙法”施工中，开挖边墙的工序。隧道中线衬砌边墙衬砌边墙挖马口示意图111112222221定义：先行开挖，能为后续开挖提供施工便利的坑道。为后续工作面创造临空面，提高爆破效果；查明前方地质情况；排除地下水；铺设“三管两线”水管、压缩风管、通风管；电线、运输线；改善施工通风条件。导坑的作用：相同：均属于钻爆法。不相同：对围岩的认识和处理上不同。对照表6-2解释：6.3.2 传统矿山法与新奥法施工的区别表
8、6-2 传统矿山法与新奥法施工的区别 新奥法 传统矿山法 临时支护 喷锚支护 木支撑为主、钢支撑 永久支护 复合式衬砌 单层模注混凝土衬砌 支 护 闭合支护 强调 不强调 控制爆破 必须采用 可采用 量测 必须采用 无 施工方法 分块较少 分块较多 6.4.1 洞口段的概念 指洞口浅埋段，即开挖可能给洞口地表造成不良影响的范围。6.4 洞口段施工方法图6-7 洞口段的一般范围洞门位置明暗交界明洞段洞口段HH-深浅埋分界处 覆盖层厚度，约 为22.5倍天然 拱高度。1.覆盖浅、地质差，地表水汇集。2.进洞顺利与否，对工程的展开影响甚大。洞口段施工注意事项:先清理洞口边仰坡有可能滑塌的表土及危石。
9、刷坡应自上而下逐段开挖。不采用深眼大爆破开挖边仰坡。洞门厚度内的衬砌应与洞身衬砌同时施工，连成整体。端墙砌筑与回填应两侧对称同时进行，以防衬砌产生偏压。洞口应设置加强衬砌段，其长度一般不小于10m。洞口段特点：影响施工方法的因素：施工机具配备情况 洞外相邻建筑的影响 地形条件 地质条件-最为重要！按地质条件，有以下几种施工方法：1.全断面法进洞 适应于：、级围岩。注意事项：初始1020m区段的开挖，应将爆破进尺控制在23m。6.4.2 进洞方法视地质条件，严格控制爆破进尺：、级围岩短台阶 爆破进尺1.5m2.5m；网、锚、喷支护。、级围岩短台阶 爆破进尺在1.5m以内；超前锚杆(或小导管)，钢
10、拱架。、级围岩超短台阶 进尺0.51.0m；不爆破，人工或机械挖掘。问题：、级围岩能否用台阶法进洞？答：可以，前提是在不具备全断面进洞的条件下(无大型机具)用长台阶法，但初始段爆破进尺仍应控制在23m内。2.台阶法进洞当围岩很差，超短台阶法往往还不够安全，可用:环形开挖留核心土法(前已述)侧壁导坑法(前已述)下导坑法图6-8 下导坑进洞方式15432531520m3.其它进洞方法管棚预支护进洞示意图衬砌隧道中心线C25钢筋混凝土套拱导向架 (纵向2.5m长)管棚(4)预支护法进洞管棚及套拱管棚及套拱管棚及套拱管棚及套拱适用于：覆盖层薄、边仰坡不稳、偏压等。方法：在洞口处先作一段明洞，抵紧仰坡坡
11、脚，在明洞上及时回填以加固仰坡，然后暗挖进洞。洞门位置明洞回填土4.明洞法进洞6.5.2 先拱后墙法 适用于：不宜大范围开挖边仰坡的情况。优点：土石方开挖量较小，刷坡较低。缺点：衬砌整体性较差，边墙防水层施作不方便。31图6-10 明洞先拱后墙法1：m46辅助施工措施：对地层进行预支护或预加固。预支护：预留核心土 超前锚杆 管棚，等。预加固：地层注浆 地表锚喷加固。预支护兼预加固：超前小导管注浆 6.6 辅助施工措施6.6.1 超前锚杆 特点：形成超前于工作面的围岩加固棚。适用于：软弱破碎地层。510开挖面超前锚杆图6-11 超前锚杆设置方式示意图超前锚杆超前锚杆超前锚杆表表6-3 6-3 超
12、前锚杆超前锚杆(或小钢管或小钢管)设计参数设计参数围岩级别围岩级别 锚杆直径锚杆直径 (mm)小钢管直径小钢管直径 (mm)锚杆长度锚杆长度 (m)环向间距环向间距 (cm)外插角外插角 锚杆锚杆 小钢管小钢管 20202525 32323 35 5 30305050 5 51010 5 51010 18182222 40406060 注：注：外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角；外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角；锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑；锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑；中空锚杆目前的最小直径为中空锚杆目前的最小直径为25mm25m
13、m。6.6.2 管棚 图6-12 管棚设置示意图纵向连接钢筋钢拱架12钢管(70180mm)钢管(70180mm)特点：管径粗(外径为70180mm)。施作要点：(1)单根长46m，总长可至数十米。(2)一环管棚长度一般不小于10m。(3)可向管内注入水泥砂浆，以增加其刚度。(4)钢管的尾部需架设在钢拱架上，并焊死；(5)相邻两榀钢拱架间以拉筋相连。(6)与岩壁之间，环向每隔2m应用楔子楔紧。优点：在所有预支护措施中，管棚支护能力最强。缺点：施工技术较复杂，造价较高。单根钢管构造：6.6.3 超前小导管注浆 特点：预支护+预加固，支护效果强于超前锚杆。适用于：软弱破碎地层。步骤：喷砼封闭开挖面
14、；钻孔；插入小导管；导管注浆。小导管(钢管)小导管(3842mm)图6-14 超前小导管设置示意图纵向连接筋钢拱架1015小导管构造：3842mm无缝钢管，单根长35m，管壁注浆孔，孔径68mm,孔距1520cm。小导管小导管钢拱架钢拱架 小导管设计注意事项：bR)7.06.0(nlRQ.2超前小导管注浆(见前)；超前长导管注浆，图a；正注浆区域已注浆区域(a)注浆加固区域注浆管地表注浆,图b；由平导内向正洞周围注浆，图c，等。而采用得最多的仍是超前小导管注浆。地表(b)(c)平行导坑正洞 现场注浆试验；现场注浆试验；公式计算作参考：公式计算作参考：注浆总数量注浆总数量 (6-3)(6-3)式
15、中：式中：A A注浆范围岩的体积；注浆范围岩的体积；n n围岩空隙率，围岩空隙率，%；浆液充填系数，一般取浆液充填系数，一般取0.70.70.90.9；注浆材料损耗系数，通常在注浆材料损耗系数，通常在0.10.1左右。左右。式中的式中的 就是地层充填率。就是地层充填率。)1(.nAQ)1(n目的：稳定边仰坡。适用于：覆盖层薄或高大边仰坡。1.地表锚喷预加固类型与加固方法 洞边仰坡网、锚、喷(相片)地表网锚喷地表网锚喷6.6.5 地表锚喷加固 洞门上方陡坎加固 锚杆加固范围：经验方法 加固宽度B(12)b，b为隧道开挖宽度；加固长度为浅埋段长度。破裂面估算法：用一院法计算破裂角。喷层厚喷层厚5
16、510cm10cm；锚杆直径锚杆直径161622cm22cm，长度，长度3 36m6m，间距间距1 12m2m；钢筋网：筋径钢筋网：筋径6 68mm8mm，40cm40cm40cm40cm的网格；的网格；(4)(4)在洞门一定范围内，宜尽量将地表锚杆插入拱在洞门一定范围内，宜尽量将地表锚杆插入拱部衬砌中。部衬砌中。2.地表锚喷加固经验参数 图6-20 溶洞堵填示意图干砌片石片石、碎石回填密实图6-21 锚喷加固与护拱示意图混凝土填实浆砌片石浆砌片石浆砌片石或混凝土护拱锚杆水流隧道浆砌片石暗管，涵洞或小桥图6-19 渲泄水流示意图混凝土拱拱基础溶洞图6-24 筑拱跨越溶洞示意图浆砌片石承重墙涵管浆砌片石水流图6-23 在承重墙内套设涵管示意图浆砌片石图6-22 加深边墙基础示意图混凝土墙基
