1、本科毕业设计说明书通省隧道衬砌支护及施工组织设计STRUCTURE AND CONSTRUCTION ORGANIZATION DESIGN OF TONGSHENG TUNNEL LINING学院（部）： 土木建筑学院专业班级：学生姓名： 指导教师：2013 年6 月 9 日安徽理工大学毕业设计通省隧道衬砌支护及施工组织设计摘要我国经济的高速发展，使得人们对交通设施建设的标准也越来越来高，在道路的修建中也越来越来重视行车的舒适性和环保，同时也要求提高其抵抗灾害的能力。因此， 为了顺应地形减少对环境的破坏满足线形要求，保证行车的安全经济，本设计根据湖北省十堰市夷陵地区的水文地质条件，选定隧道施
2、工方案。在设计中，主要进行了隧道的结构、防排水及施工组织设计。首先是各种隧道工程施工方法简介，然后进行合理的隧道几何设计和结构设计计算，并且通过计算分析说明其支护结构的合理性；防排水方面，是在满足隧道适用性以及衬砌结构、路面、设备耐久性条件下，选择合适的防排水材料和设施以及设计防排水系统；施工组织设计中主要安排了监控量测、施工进度安排防排水等，并介绍了具体施工方法及其详细的施作过程。关键词：隧道工程;衬砌;结构; 防排水;施工组织IISTRUCTURE AND CONSTRUCTION ORGANIZATION DESIGN OF TONGSHENG TUNNEL LININGABSTRACT
3、The rapid development of Chinas economy, makes transport facilities construction standards and more to high, built of the road is more and more to pay attention to in the comfort and environmental protection, but also requires improving its ability to resist disasters. Therefore, in order to follow
4、the terrain to reduce environmental damage meet alignment requirements, ensuring safe economic. In the graduation design, the tunneling method and supporting structure are designed based on the hydrogeological condition of Yiling district located in Shiyan city in Hubei Province.In the design of the
5、 tunnel structure, drainage and construction organization design. First is the Introduction to the construction method of Tunnel Engineering, determine the entrance location, and then make reasonable tunnel geometry design and structure design, analysis and its support structure of rationality; Wate
6、rproof and drainage, is to meet tunnel applicability and lining structure and the durability of pavement and equipment conditions, Choice of drainage materials and facilities against the right and the design of waterproof and drainage system ; coordinate major arranged supervision, construction sche
7、dule and drainage, and so on, and describes specific construction methods and detailed procedures for the application.KEYWORDS: Tunneling engineering；Lining；Structure; Waterproofand drainage ；Construction organization安徽理工大学毕业设计目录ii摘要IABSTRACTII1 概述11.1 我国山岭隧道的发展状况11.2 近年来隧道修建状况12 山岭隧道施工方法42.1 矿山法42.
8、1.1 概念42.1.2 施工方法42.2 新奥法72.2.1 发展72.2.2 新奥法施工特点72.2.3 新奥法理论要点及施工要点82.2.4 新奥法的主要支护手段与施工顺序92.2.5 新奥法适用范围102.3 盾构法112.3.1 概念112.3.2 施工方法及工艺要求112.3.3 线路安全保证措施142.3.4 施工监测及纠偏152.3.5 桥式盾构法施工特别强调事项162.4 几种施工方法的区别及优缺点163 工程概况194 隧道截面设计及计算214.1 设计图及围岩压力计算214.2 半拱轴线长度 S 及分段轴线长S224.3 载位移主动荷载在基本结构中引起的位移264.4 载
9、位移334.5 墙底位移384.6 解力法方程384.7 计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力394.8 最大抗力值的求解414.9 计算衬砌总内力424.10 截面强度检算434.11 配筋计算444.12 弯矩及内力图465 隧道洞门结构设计475.1 洞门设计475.1.1 洞门类型选择475.1.2 洞门设计475.1.3 洞门建筑材料476 隧道施工开挖方法及掘进方式设计496.1 隧道开挖方法496.2 隧道掘进方式507 隧道防、排水设计及隧道附属设施设计527.1 防水设计527.1.1 防排水标准527.1.2 防水措施527.2 隧道洞内排水537.2.1 围岩疏导排水
10、537.2.2 路侧边沟排水537.2.3 侧向排水沟547.3 洞口与明洞防排水547.3.1 洞口防排水547.3.2 明洞防排水547.4 洞内横通道557.5 内检修道、设备洞室557.6 洞内路面557.6.1 正线隧道路面557.6.2 人行横道路面557.7 其它系统558 隧道施工组织设计578.1 施工方案578.2 施工方法及措施578.2.1 洞口施工578.2.2 明洞钢筋砼施工578.2.3 洞身开挖施工方法578.2.4 隧道通风及排水588.2.5 超前支护与初期支护598.2.6 隧道二次衬砌608.2.7 内砼路面施工方法及洞内附属施工618.3 施工注意事项
11、629 结论6410 参考文献6511 致谢66安徽理工大学毕业设计1 概述1.1 我国山岭隧道的发展状况隧道修建技术是涵盖多种专业、交叉性很强的综合技术。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。我国隧道修建技术的发展，大体上可划分为三个时期：第一阶段基本是人力开挖、利用锤、钎、镐等作为工具，手工操作、技术落后的时期。工人劳动强度大，效率很低，无法修建长大隧道，应对地质灾害的能力极其微弱。第二阶段隧道施工转入中、小型机械施工，隧道设计、施工技术有较大发展，通过实践和实验研究，改进、提高了勘测设计手
12、段和施工组织方法，推广采用机械设备，研究试用光面爆破，对整治岩溶、岩爆、坍塌、涌水和瓦斯突出等也逐步积累经验。第三阶段世界范围内隧道技术高速发展，向高速化、自动化、智能化方向发展，战胜困难、不良地质的能力和技术不断提高，隧道修建速度不断提高。改革开放以来，我国铁路、公路、水电站、引水等山岭隧道工程的发展进入了一个新的时期，隧道修建从传统的矿山法向采用以“新奥法”原则指导下的一系列新技术、新设备发展；隧道施工进入大型机械配套，是隧道修建技术追赶世界先进水平的时期，同时引入了隧道掘进机施工技术。如衡广铁路复线的大遥山隧道（14.29km）、西康铁路的秦岭隧道（18.46km ）、辽宁大伙房输水隧洞
13、（85.32km），终南山公路隧道（18.04km），四川锦屏电站隧洞群（4条主洞、2 条交通洞、1 条排水洞，单隧长度约 17km），西格铁路关角隧道（32.6km），吐库二线中天山隧道（22.452m，），甘肃引大济湟工程引水隧洞（24.2km），兰渝铁路西秦岭隧道（28.236km）等等。1.2 近年来隧道修建状况我国最早的交通隧道始于公元 66 年建成的陕西古褒斜道上的石门隧道。建国后， 上 20 世纪 50 年代，我国仅有公路隧道30 多座，总长2.5 公里。60 至 70 年代，我国在干线公路开始修建一些百米以上的隧道，但标准很低。80 年代后期，我国才真正开始兴建高速公路和高速公
14、路隧道。90 年代开通的成渝高速公路的中梁山隧道、缙云山隧道， 把我国公路隧道单洞长度提高到 3 000 m 以上，并在处理通风、塌方、瓦斯、地下水和营运管理与交通监控技术等方面取得了突破性进展，为我国今后修建山岭长大公路隧道积累了一些宝贵经验；90 代末，通车的四川省川藏公路上二郎山隧道（长 4160m）、四川广安地区华蓥山公路隧道（长 4634km）、云南楚大高速公路的九顶山隧道（长 3204m）开创了我国山岭长大隧道的建设史；广州珠江沙面水下公路隧道建成通车和上海穿越黄浦江江底隧道(长度超过 3000 m)标志着我国水下沉埋隧道修建技术达到了新的水平；3重庆铁山坪路隧道双线（全长 5 4
15、24 m ）、北京至八达岭高速公路的谭峪沟隧道、重庆市川黔公路的真武山隧道；辽宁沈大高速公路韩家岭隧道（亚洲最宽的四车道公路隧道） 等，应当说，目前我国公路隧道的施工技术水平已接近国际先进水平，部分已达到国际领先水平。我国是个多山国家，75左右国土都是山地或重丘，且江河纵横，海域宽阔。近十年来，公路网交通逐渐向崇山峻岭穿越，向离岸深水延伸，山岭公路隧道以年均350 公里的速度增长，28 座水下公路隧道也已建成通车；同时，在城市建设中，以节约土地和保护环境为宗旨，城市道路隧道方兴未艾，地下互通立交也应运而生。总体上，公路隧道的建设已进入快速发展时期，其建设成就表现为基础理论日趋成熟，研究手段日益
16、全面，勘测设计技术日益先进，建设规模日益宏大，结构型式日趋丰富，施工技术迈进机械化，材料日益先进，装备渐趋完备等。1.2.1 基础理论方面从 20 世纪 70 年代末开始，随着“新奥法”原理的引入和推广，公路隧道技术人员逐渐注意到隧道围岩为“三位一体”（产生荷载、承载结构和建筑材料）的特性，并通过控制爆破、锚喷支护和现场监测等手段成功应用，提高了我国的公路隧道建设水平； 而且在实践中也对新奥法进一步发展，特别是结合我国公路隧道建设国情，在基础理论方面开展了进一步的探索研究，如浅埋暗挖法等。1.2.2 研究手段方面早期，工程类比法和经典力学解析法是公路隧道的主要研究方法。然而，隧道一旦遇到复杂工
17、程地质条件，或形成特殊断面结构时，一方面难以找到类似工程先例可以借鉴，难以找到适合的经典力学解析模型可以应用；另一方面，仅凭上述方法也无法确保合理性与准确性。因此，随着各项技术的发展，借助计算机对隧道工程进行全过程数值模拟的研究方法逐渐得到了广泛应用。作为近代科学主要研究手段的实验法，无疑也是极其重要的研究方法。它是隧道工程研究中的一个强有力武器，可以弥补数值仿真分析方法的不足，二者相辅相承。总体上，工程类比法、经典解析法、数值模拟法和实验法构成了隧道工程的研究方法体系，特别是后两者已成为解决重大技术难题的主要有效手段。1.2.3. 勘测设计技术方面公路隧道勘测设计水平有了较大提高。首先是地质
18、勘察手段的进步，如现代物探工具和高速地质钻机的使用。在初测地质勘查和施工阶段地质超前预报工作中普遍采取了地震波反射法、声波反射法、红外线探水法和地质雷达等。各种地质勘察方法的综合， 使得地质情报的可靠度有了较大的改进；在设计理念方面，环保意识有所加强，施工前预设计、施工阶段信息化反馈动态设计的原则得到了推广；由于计算机技术的采用，隧道围岩、结构、地层和临近构筑物的受力、变形及破坏的数值分析，为设计提供了量化依据；计算机辅助设计（ CAD）手段的普及，使绘图工作的状况大为改观。在以上进步的基础上，公路隧道设计质量有了很大提高。1.2.4. 建设规模方面隧道建设规模主要表现为众多超特长隧道和超大跨
19、扁平隧道的建设。据不完全统计，目前国内的特长公路山岭隧道（含在建）已达到179 座，其中，双洞四车道、全长18.02 公里的陕西秦岭终南山公路隧道，已于 2007 年 10 月建成通车，是世界双洞规模世界第一的公路隧道，为超特长公路隧道建设技术的典型代表。对于大跨扁平隧道，双洞六车道隧道国内已建成近百座，其建设技术已基本成熟；双洞八车道公路隧道也相继建成了数座，2004 年建成通车的辽宁韩家岭隧道是我国第一座单洞四车道公路隧道， 2006 年建成的深圳雅宝隧道最大开挖宽度 21.1m，最大开挖高度 13.7m，是我国第一座投入运营的双洞八车道公路隧道，2008 年 10 月，国内最长双洞八车道
20、隧道广州龙头山隧道也竣工通车，近日河南、新疆等地也在开展双洞八车道公路隧道的建设。1.2.5结构型式方面早期公路隧道普遍采用双洞分离式的结构型式。但因种种条件限制，很多情况下双洞隧道左右线间距往往不能满足建设需求，因此出现了连拱式和小净距式的隧道结构型式。此外，伴随着桥隧相连和实现地下互通等特殊条件或功能的技术要求的出现，分岔式隧道结构型式、桥隧混合结构型式、地下立交结构型式的工程实践也日益增多。对于连拱隧道，其中墙型式已从最初的整体式直中墙到夹心式直中墙，再发展到夹心式曲中墙；从对称连拱隧道发展到不对称连拱隧道，甚至无中墙；从全暗或全明连拱隧道发展到明暗组合的连拱隧道。相对连拱隧道而言，小净
21、距隧道因其工程风险较小、造价相对较低等优点，也逐步得到了广泛应用。为解决桥隧紧邻问题，新开发了一种结构型式分岔式结构，其结构型式可分为两类：第一类依次由洞口的连拱结构段、小净距结构段，逐渐过渡为正常的双洞分离式结构；第二类洞口段先设置为四车道大拱，然后逐渐过渡为连拱隧道、小净距隧道，最后转变为标准的双洞分离隧道。2007 年建成的湖北沪蓉西高速公路八字岭隧道、 2008 年通车的山西晋济高速公路月湖泉隧道、拍盘隧道等均是典型工程。特别是拍盘隧道， 为适应整幅桥型结构伸入隧道，开发形成了特殊的上下双层桥隧混合共建结构，最大开挖跨径达 25.77m，矢跨比 0.35，断面面积达 346.6m2。由
22、于地下互通式立交可减少拆迁、保护环境，并可直接实现地下隧道之间或地下隧道与地面道路之间的交通转换，因此该型结构近年来也应运而生。由于相关研究的不断深入与工程实践的迫切需要，使得小净距隧道的中夹岩厚度、连拱隧道的中隔墙厚度的极限值不断被刷新，并伴随着一批新结构型式的开发与实践，丰富了隧道的结构型式， 增强了隧道工程的生命力。安徽理工大学毕业设计2 山岭隧道施工方法2.1 矿山法2.1.1 概念暗挖法的一种，主要用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。因借鉴矿山开拓巷道的方法，故名。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。当地层松软时，则可采用简便挖掘机具进行
23、，并根据围岩稳定程度， 在需要时应边开挖边支护。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，分部的大小和多少视地质条件、隧道断面尺寸、支护类型而定。在坚实、整体的岩层中，对中、小断面的隧道，可不分部而将全断面一次开挖。如遇松软、破碎地层，须分部开挖，并配合开挖及时设置临时支撑，以防止土石坍塌。喷锚支护的出现，使分部数目得以减少，并进而发展成新奥法。按衬砌施工顺序，可分为先拱后墙法及先墙后拱法两大类。后者又可按分部情况细分为漏斗棚架法、台阶法、全断面法和上下导坑先墙后拱法。在松软地层中，或在大跨度洞室的情况下，又有一种特殊的先墙后拱施工
24、法侧壁导坑先墙后拱法。此外，结合先拱后墙法和漏斗棚架法的特点，还有一种居于两者之间的蘑菇形法。2.1.2 施工方法1 先拱后墙法也称支承顶拱法。在稳定性较差的松软岩层中，为了施工安全，先开挖拱部断面并即砌筑顶拱，以支护顶部围岩，然后在顶拱保护下开挖下部断面和砌筑边墙。在开挖边墙部分的岩层之 前，必须将顶拱支承好,故有上述别称。开挖两侧边墙部分的岩层时(俗称挖马口),须左右交错分段进行，以免顶拱悬空而下沉。该法施工顺序见图 1 (图中阿拉伯数字为开挖顺序，罗马数字为衬砌顺序，下同)。施工时,须开挖上下两个导坑，开挖上部断面时的大量石碴，可通过上下导坑之间的一系列漏碴孔装车后从下导坑运出，既提高出
25、碴效率，又减少施工干扰。当隧道长度较短、岩层又干燥时，可只设上导坑。在此种场合，为避免运输和施工的干扰，可先将上半断面完全修筑完毕，然后再进行下半断面的施工。本法适用于松软岩层， 但其抗压强度应能承受拱座处较高的支承应力；也适用于坚硬岩层中跨度或高度较大的洞室施工，以简化修筑顶拱时的拱架和灌筑混凝土作业。该法在外文文献中也称为比国法。2 漏斗棚架法4安徽理工大学毕业设计也称下导坑先墙后拱法。适用于较坚硬稳定的岩层。施工时先开挖下导坑，在导坑上方开始由下向上作反台阶式的扩大开挖，直至拱顶；随后在两侧由上向下作正台阶式的扩大开挖，直至边墙底； 全断面完全开挖后，再由边墙到顶拱修筑衬砌。施工顺序见图
26、 2。此法在下导坑中设立的漏斗棚架,是用木料架设的临时结构。横梁上铺设轻便钢轨，在下导坑运输线路上方留出纵向缺口,其上铺横木, 相隔一定间距,留出漏斗口供漏碴用。在向上扩大开挖时,棚架作工作平台用。图中 2 至 5 部爆出的石碴全落在棚架上，经漏斗口卸入下面的斗车运出洞外。这种装碴方式可减轻劳动强度。下导坑的宽度，一般按双线斗车运输决定。由于宽度较大，在棚架横梁下可增设中间立柱作临时加固用。设立棚架区段的长度，安装碴的各扩大开挖部分的延长加上一定余量来决定。用漏斗棚架装碴优点显著，故在中国以漏斗棚架命名。此法曾广泛应用于修建铁路隧道。3 台阶法又有正台阶法和反台阶法之分。正台阶法系在稳定性较差
27、的岩层中施工时，将整个坑道断面分为几层，由上向下分部进行开挖，每层开挖面的前后距离较小而形成几个正台阶（图 3a）。上部台阶的钻眼作业和下部台阶的出碴，可以平行进行而使工效提高。全断面完全开挖后，再由边墙到顶拱筑衬砌。在坑道顶部最先开挖的第一层为一弧形导坑，需要钻较多的炮眼，导坑超前距离很短，可使爆破时石碴直接抛落到导坑之外,以减轻扒碴工作量,从而提高掘进速度。如坑道顶部岩层松动，应即在导坑内用锚杆或钢拱架作临时支护，以防坍塌。反台阶法则用于稳定性较好的岩层中施工，也将整个坑道断面分为几层，在坑道底层先开挖宽大的下导坑，再由下向上分部扩大开挖（图3b)。进行上层的钻眼时,须设立工作平台或采用漏
28、斗棚架，后者可供装碴之用。4 全断面法将整个断面一次挖出的施工方法。适用于较好岩层中的中、小型断面的隧道。此法能使用大型机械，如凿岩台车、大型装碴机、槽式列车或梭式矿车、模板台车和混凝土灌筑设备等进行综合机械化施工。新奥法的出现，扩大了全断面法和台阶法的适用范围。5 上下导坑先墙后拱法也称全断面分部开挖法。以前,在稳定性较差的松软岩层中，为提高衬砌的质量，曾采用过此种先分部挖出全断面，再按先墙后拱顺序修筑衬砌的施工方法。采用此法开挖时，要用大量木料支撑，还需多次5安徽理工大学毕业设计顶替，施工既困难又不安全，故在中国未见采用。还称之为奥国法或称老奥法。6 蘑菇形法综合先拱后墙法和漏斗棚架法的特
29、点而形成的一种混合方案。开挖 1 至 4 部后呈现形似蘑菇状的断面，故名。在下导坑中设立漏斗棚架，供向上扩大开挖时装碴之用，同时当拱部地质条件较差时， 为使施工安全可先筑顶拱。该法具有容易改变为其他方法的优点，遇岩层差时改为单纯的先拱后墙法，岩层好时改为漏斗棚架法。在中国首先应用于岩层基本稳定的铁路隧道施工，以后又用来修筑大断面洞室，为减少设立模架作业及其所需材料，并加快施工进度创造有利条件。7 侧壁导坑先墙后拱法简称侧壁导坑法，也称核心支持法。在很松软、不稳定地层中修筑大跨度隧道时，为了施工安全，先沿坑道周边分部开挖，随即逐步由边墙到顶拱修筑衬砌，以防止地层坍塌。开挖时可将临时支撑和拱架都支
30、承于坑道中间未被开挖的大块核心地层上，在衬砌保护之下最后将此核心挖除，必要时再砌筑仰拱。侧导坑的宽度较大，除包括边墙以外，还须有通行出土斗车和工人以及砌筑边墙的工作位置， 才能使导坑开挖和边墙衬砌作业同时进行。为了核心部分地层的稳定，也须保持足够的宽度,且其宽度愈大，留在最后的开挖量愈大,开挖费用就愈小。此法通常适用于围岩压力很大、地层不稳定的大跨度隧道（如双线或多线铁路隧道和道路隧道、运河隧道）。在坚硬岩层中修建大跨度洞室时也常采用，利用其核心部分作为支承顶拱和边墙模板的基础；开挖时临时支撑可大为减少，甚至完全免除。该法在外文文献中至今还称德国法。此外，在大断面洞室施工时，还采用先拱后墙法与
31、核心支持法、先拱后墙法与正台阶法等的混合方案。8 爆破开挖隧道及地下工程施工的爆破与一般石方工程的爆破要求不同。为了便于装碴和不损坏附近的临时支撑或永久性衬砌，不使岩层爆得粉碎或碎落的岩块过大，又不使爆破时的岩块抛掷很远，故一般用松动爆破。由钻眼、装药、封口、起爆、排烟、临时支护和出碴等作业，组成一个爆破循环，其中钻眼和出碴占用大部分时间，应使之机械化， 如采用凿岩机、装碴机、矿用牵引机车等。为了提高爆破效果，避免超挖或欠挖，并使坑道的轮廓符合设计要求，除须根据岩层情况和坑道断面大小，选择炮眼的数目、直径、深度和装药量等参数之外，炮眼布置也是重要影响因素。为了在爆破时开辟新的自由面（即临空面）
32、，不论在导坑开挖还是在全断面开挖时，通常在开挖面上布置位于中央的掏槽眼，及其周围用以扩大爆破范围的辅助眼，和控制6安徽理工大学毕业设计开挖面轮廓的周边眼等三类炮眼，并按先掏槽后周边的次序先后起爆。掏槽眼的布置形式一般有直眼掏槽和斜眼掏槽。前者的炮眼轴线与开挖面垂直，可将几个掏槽眼布置成一字形、梅花形或螺旋形；斜眼的轴线则与开挖面斜交，并随地质构造的不同，布置成楔形、锥形或扇形。爆破材料大多采用威力较低、价格较廉的硝铵炸药，有水时则用硝化甘油炸药。起爆时以往大多用火雷管作火花起爆；后来改用电雷管、毫秒雷管，用电起爆；近期又出现用导爆管的非电起爆。爆破开挖时，为保证开挖面轮廓准确而平整，并控制对围
33、岩的震动，近年来，在爆破技术上发展和应用了光面爆破、预裂爆破和毫秒爆破等新技术，达到了预期的爆破效果。2.2 新奥法2.2.1 发展新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，原文是 New Austrian Tunnelling Method 简称 NATM ， 新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹 （L. V. RABCEW ICZ） 教授于 50 年代提出的， 它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础， 将锚杆和喷射混凝土组合在一起，作为主要支护手段的一种施工方法，经过一些国家的许多实践和理论研究， 于 60 年代取得专利权并正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速
34、发展， 已成为现代隧道工程新技术标志之一。六十年代 NATM 被介绍到我国， 七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今，可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开 NATM.新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。2.2.2 新奥法施工特点1 及时性新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，可以最大限度地紧跟开挖作业面施工，因此可以利用开挖施工面的时空效应，以限制支护前的变形发展，阻止围岩进入松动的状态， 在必要的情况下可以进行超前支护，加之喷射混凝土的早强和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性。在巷道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展，并控制应力降低区的伸展而减
35、轻支护的承载，增强了岩层的稳定性。2 封闭性由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度。10巷道开挖后，围岩由于爆破作用产生新的裂缝，加上原有地质构造上的裂缝，随时都有可能产生变形或塌落。当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面，很好的充填围岩的裂隙，节理和凹穴，大大提高了围岩的强度。（提高围岩的粘聚力 C 和内摩擦角）。同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用，隔绝了水和空气同岩层的接触，使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开，导致围岩失去稳定。3 粘结性喷锚支护同围岩能全面粘结，这种粘结作用可以产生三
36、种作用： 联锁作用，即将被裂隙分割的岩块粘结在一起若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落， 则引起临近岩块的联锁反应，相继丧失稳定，从而造成较大范围的冒顶或片帮。开巷后如能及时进行喷锚支护，喷锚支护的粘结力和抗剪强度是可以抵抗围岩的局部破坏，防止个别威岩活石滑移和坠落，从而保持围岩的稳定性。复和作用，即围岩与支护构成一个复合体（受力体系）共同支护围岩。喷锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支撑能力，同时与围岩形成了一个共同工作的力学系统，具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用，从根本上改变了支架消极承担的弱点。增加作用。开巷后及时继进行喷锚支护，一方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除因岩面不平引起的应
37、力集中现象，避免过大的应力集中所造成的围岩破坏；另一方面， 使巷道周边围岩由双方向受力状态，提高了围岩的粘结力C 和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。4 柔性喷锚支护属于柔性薄性支护，能够和围岩紧粘在一起共同作用，由于喷锚支护具有一定柔性，可以和围岩共同产生变形，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，并能有效控制允许围岩塑性区有适度的发展，使围岩的自承能力得以充分发挥。另一方面，喷锚支护在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生越来越大的支护反力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩发生松动破坏。2.2.3 新奥法理论要点及施工要点1 新奥法与传统施工方法的区别：传统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚
38、壁混凝土加以支护松动围岩。而新奥法认为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段）并使围岩与支护结构共同形成支撑环，来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部分，因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少巷道周边围岩应力的扰动，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。同时注意巷道表面尽可能平滑，避免局部应力集中。新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩-支护系统，保持两者的共同变形， 故而可以最大限度地
39、利用围岩本身的承载力。2 保护巷道围岩自身的承载能力新奥法施工在巷道开挖后采取了一系列综合性措施：构筑防水层、围岩巷道排水； 选择合理的断面形状尺寸；给支护留变形余量；开巷后及时做好支护、封闭围岩等，都是为保护巷道围岩的自身承载能力，使围岩的扰动影响控制在最小范围内，并加固围岩， 提高围筵强度。使其与人工支护结构共同承受巷道压力。3 允许围岩由一定量的变形，以利于发挥围岩的固有强度。同时巷道的支护结构， 也应具有预定的可缩量，以缓和巷道压力。围岩的变形是控制在一定范围内的，必须避免围岩变形过大，从而导致围岩强度的削弱以致引起垮落、失稳。支护结构具有一定的变形量，允许巷道围岩产生一定的变形，以缓
40、和来自巷道的巨大压力，更进一步减轻支护荷载。4 新奥法施工过程中量测工作的特殊性由于岩体生成条件与地质作用的复杂性，施工条件的复杂性，以及对工程设计参数的精确要求，得要通过许多量测手段，在施工过程中对围岩动态和支护结构工作状态和支护结构工作状态进行监测。并用监测结果修改初步设计，指导施工.量测的结果可以作为施工现场分析参数和修改设计的依据，因而能够预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然提到施工的安全程度。由上所述，新奥法的支护原则是：围岩不仅是载物体，而且是承载结构；围岩承载圈和支护体组成巷道的统一体，是一个力学体系；巷道的开挖和支护都是为保持改善与提高围岩的自身支撑能力服务。2.2.4
41、 新奥法的主要支护手段与施工顺序新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段，因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层，与围岩紧密粘结的可缩性支护结构，允许围岩有一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力。施工顺序可以概括为：开挖一次支护二次支护。开挖作业的内容依次包括：钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。开挖作业与一次支护作业同时交叉进行，为保护围岩的自身支撑能力，第一次支护工作应尽快进行。为了冲分利用围岩的自身支撑能力开挖应采用灌面爆破（控制爆破）或机械开挖，并尽量采用全断面开挖，地质条件较差时可以采用分块多次开挖。一次开挖长度应根据岩质条件和开挖方式确定。岩质条件好时，长度可大一些，岩质条件差
42、时长度可小一些，在同等岩质条件下，分块多次开挖长度可大一些，全断面开挖长度就要小一些。一般在中硬岩中长度约为 2-2.5 米，在膨胀性地层中大约为 0.8-1.0 米。第一次支护作业包括：一次喷射混凝土、打锚杆、联网、立钢拱架、复喷混凝土 ， 在巷道开挖后，应尽快地喷一层薄层混凝土（3-5mm），为争取时间在较松散的围岩掘进中第一次支护作业是在开挖的渣堆上进行的，待把未被渣堆覆盖的开挖面的一次喷射混凝土完成后再出渣。按一定系统布置锚杆，加固深度围岩，在围岩内形成承载拱，由喷层、锚杆及岩面承载拱构成外拱，起临时支护作用，同时又是永久支护的一部分。复喷后应达到设计厚度（一般为10-15mm），并要
43、求将锚杆、金属网、钢拱架等覆裹在喷射混凝土内。 完成第一次支护的时间非常重要，一般情况应在开挖后围岩自稳时间的二分之一时间内完成。目前的施工经验是松散围岩应在爆破后三小时内完成，主要由施工条件决定。在地质条件非常差的破碎带或膨胀性地层（如风华花岗岩）中开挖巷道，为了延长围岩的自稳时间，为了给一次支护争取时间，安全的作业，需要在开挖工作面的前方围岩进行超前支护（预支护），然后再开挖。在安装锚杆的同时，在围岩和支护中埋设仪器或测点，进行围岩位移和应力的现场测量：依据测量得到的信息来了解围岩的动态， 以及支护抗力与围岩的相适应程度。一次支护后，在围岩变形趋于稳定时，进行第二次支护和封底，即永久性的支
44、护（或是补喷射混凝土，或是浇注混凝土内拱），起到提高安全度和整个支护承载能力增强的作用，而此支护时机可以由监测结果得到。对于底板不稳，底鼓变形严重，必然牵动侧墙及顶部支护不稳，所以应尽快封底，形成封闭式的支护，以谋求围岩的稳定。2.2.5 新奥法适用范围 具有较长自稳时间的中等岩体； 弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩； 强风化的岩石； 刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩； 坚硬粘土，也有带坚硬夹层的粘土； 微裂隙的，但很少粘土的岩体； 在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变坚硬的岩石； 在下述条件下应用新奥法必须与一些辅助方法相配合 有强烈地压显现的岩体； 膨胀性岩体（要与仰拱与底部锚杆相配合）；
45、在一些松散岩体中，要与钢背板与之配合； 在蠕动性岩体中，要与冻结法或预加固法等配合； 在下列场合中应用应慎重安徽理工大学毕业设计 大量涌水的岩体； 由于涌水会产生流砂现象的围岩； 极为破碎，锚杆钻孔、安装都极为困难的岩体； 开挖面完全不能自稳的岩体等。2.2.6 新奥法的缺点主要有： 实施不仅要求有良好的施工组织和管理，也要求技术人员和量测人员都十分熟练，没有这一点就易于发生错误；作业质量都与每一个人的仔细操作有关。 开挖暴露出的地质会立即改变其状态，因此要求施工地质人员要亲临现场，以便发现问题； 用能控制的施工量测，往往给施工带来不便； 干喷射带来的灰尘以及由于易受化学药品的损害必须加强防护
46、，尤其是对眼睛的防护，湿喷虽然可以避免此缺点，但在同样条件下，不如干喷那样有效的支护岩体。新奥法施工是从实际经验中总结出来的，又在不断实践经验中得以丰富其内容和进一步发展，新澳法施工在我国推广以来，经过几十年的发展，通过科研、设计、施工三结合，在修建下坑、西坪、大瑶山、军都山等铁路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多座公路隧道中，应用新奥法远离及其相应的技术，取得了较大的成就。2.3 盾构法2.3.1 概念是一种较为先进的顶涵施工方法，是在保留传统顶涵施工、桥涵结构路侧预制工艺的基础上，对结构顶进支护方法进行了重大改革，将明挖开槽改为地下暗挖盾构支护， 暗挖推进减低了施工对行车的影响。2.3.2
47、 施工方法及工艺要求盾构法顶涵施工，施工前期工作与普通施工方法相同主要为以下几个方面：施工准备、基坑开挖及滑板制作、框架箱身预制、后座制做,下面主要就盾构的安制、掘进、监测及线路防护等几个方面进行论述：1 盾构制安前要注意以下几点框架桥几何尺寸修整框架桥前端面为盾构止推梁、柱推力传递面。其不平整度将影响止推梁及相关柱的受力状态，不均衡受力可能造成盾构变形与偏向推进，影响安全和破坏盾构的导向功能。所以在盾构安装前必需对刚架桥前端面进行检测、修整。同时也应对刚架桥外廓几何尺寸进行严格检查，对跑模较严重部分进行必要的修整来减低推进阻力，刚架桥各表面的整体平整度还直接影响线路沉降控制的效果。为此：刚架桥边墙不允许误差3cm，刚架1安徽理工大学毕业设计桥顶面不允许误差1cm。其检查方法可采用仪器与拉线，对凸出部位采取凿底后再补平， 对较底部位则先凿毛再水泥砂浆补平。刚架桥底部润滑层效果确认及预顶
