隧道施工方法质量安全

1、隧道施工方法、安全与质量控制,XXX 教授 博士（后）,重庆交通大学 隧道及岩土工程系,2、隧道围岩分级及其支护方式,3、新奥法施工原则,4、隧道开挖方法,6、案例分析以及其他,1、隧道勘察,5、隧道施工质量与安全控制,1、隧道勘察,隧道勘察的目的： 是在于查明隧道所处位置的工程地质条件和水文地质条件以及隧道施工和运营对环境保护的影响。为规划、设计、施工提供所需的勘察资料，并对存在的岩土工程问题、环境问题进行分析评价提出合理的设计方案和施工措施，从而使隧道工程经济合理和安全可靠。,1 隧道勘察的几个阶段隧道勘察阶段的划分应与公路设计阶段相适应，一般分为：可行性研究勘察；初步勘察；详细勘察。,可行性研究勘察,预可行性研究,工程可行性研究,我国桥隧可行性研究现状,侧重于是收集与研究已有的文献资料,在分析已有资料的基础上，通过踏勘，实地调查，大致查明地质情况,初步勘察,收集资料,工程地质选定隧道线位,初勘资料整理,取得隧道所在位置的初步总平面布置地形图及有关工程性质，规模的文件,初勘工作的任务是选择经济合理、技术可行的最优隧道位置方案,工程地质勘察的原始资料，包括调查、测绘、勘探、试验等资料

2、,详细勘察,通过详细工程地质勘察，为线位布设和编制施工图设计提供完整的工程地质资料,目的,任务,步骤,在初勘的基础上，进一步查明隧道沿线地质特征和不良地质规模、大小范围,(1)前期的准备工作；(2)沿线地质勘察； (3)试验；(4)资料整理；(5)编写详勘报告,2 隧道勘察的主要方法 2.1 收集研究既有资料 地形地貌:区域地貌类型及主要特征；地质情况:地层、地质构造、岩性、土质等；区域水文气象情况：地下水的类型、分布、埋深等；特殊地质及不良地质：分布，发育与活动特点等；植被及环境: 如气候、水文、植被、土壤等；类似工程经验: 区内已有公路、铁路等其它土建工程的工程地质问题及其防治措施等；地震资料:历史地质情况，地震烈度、地震破坏情况等；气象资料：如气温、降水、蒸发、温度、积雪等；其他资料：相关的法令、法规、方针和政策等内容。,2.2 调查与测绘通过调查观察、访问以及测绘所取的资料，应能充分的地说明隧道通过地段的地形，地质条件，自然条件和施工条件等。 （1）自然概况 以地形地貌特征为主等的概括情况。 （2）工程地质调查 * 直接观察 * 访问群众 （3）工程地质测绘1) 无航测资料时：

3、野外要讲究测绘 方法与量测精度。（a）标测方法（b）工程地质测绘的基本方法（c）隧道工程地质测绘的路线法要求把调查研究结果填绘在一定的比例尺的地形图上，以编制工程地质图。,2）有航摄资料时遥感技术是根据电磁波辐射（发射、吸收、 反射）的理论，应用各种光学、电子学探测器， 对远距离目标进行探测和识别综合技术，可用 于工程地质调查测绘。包括： （a）立体镜判释 （b）实地调查测绘 （c）绘制工程地质图 波谱特性 波谱分布 （4）调查测绘内容 地质、地貌；地层、岩性； 地质构造； 航测影像与地籍图套叠 地表水和地下水；特殊地质、不良地层；地震；工程经验；施工条件等。,泉州地形图,3 隧道勘察的主要手段挖探： 23米简易钻探：310米钻探：冲击钻、回转钻等,地球物理勘探（物探）： 利用岩土体材料的导电性和导磁性等，根据接收信号判断地层缺陷及力学性质。主要有：*电法勘探(利用岩层介电常数、导电性差异)、*地震勘探(利用岩体弹性性质差异)、*地质雷达。,SIR-300型地质雷达,4 地质勘察4.1 初步勘察 (1)目的任务：选定隧道位置 (2)基本内容：查明控制隧道 方案的工程地质问 题，如 地形

4、、地质、岩性、不良地质等。4.2 详细勘察 (1)目的任务：对选定的隧道提供详细的工程地质水文地质等信息。 (2)基本内容：查明为施工图设计服务的地质问题,5 水文勘察 5.1 地下水涌水调查 (1) 内容：调查地下水的类型及其与地表水 的相互补给关系；调查地下水的流量、 流向及水质等； (2)预测地下水涌水量：须调查隧道中心线上 的“谷”及“梁”的分布情况 ； (3) 利用钻探成果判断涌水情况； (4) 查明涌向隧道的地下水的范围。 5.2 枯水调查 (1)目的：明确由于修建隧道工程而使地下水及供水受到影响，造成工业用水及居民饮水困难等； (2)主要内容：地下水的利用状况、地下水季节性变化以及雨后变化、植被情况等。按照分区、分类等，考察分析能否受到隧道涌水的影响,6 建筑环境评价 目的：明确环境现状，不因修建工程而使环境恶化，研 究有关对环境影响的内容及其程度，提出防止破坏环境的措施等。 6.1 对现有生态环境保护的项目 （1）水资源保护； （2）植被保护； （3）特殊区(名胜古迹、温泉、风景等)保护； （4）环境污染的保护(污水、烟尘、噪声、有害物等) （5）弃碴处理；,6.2 隧

5、道工程周围环境现状的调查（1）地物地貌的调查，包括：洞口附近居民住宅，单位分布及规模；（2）地形地质的调查，包括：地形特征、地质构造及不稳定地层类型；（3）大气质量的调查，包括：气象资料，大气污染现状。（4）水体质量的调查，包括：水源类型、供水量、供水方式、水源补给转化情况；（5）噪声振动的调查，包括：运输装卸及爆破产生的噪声。（6）生态资源的调查，包括：森林、草场、水域的面积和位置；野生动物。,打浦路隧道复线工程环境影响,6.3 预测环境影响 （1）大气：预测隧道运营后，大气中废气对人的影响程度，预测方式是扩散模式； （2）水质：隧道内排出的施工及运营水等； （3）振动与噪声 （4）地表沉陷 （5）动物与植物 （6）自然景观 6.4 环境影响的评价根据掌握情况，对照影响指标进行评价。,6.5 环境保护措施的探讨 (1)水资源的保护措施； (2)对污水的防治措施； (3)对粉尘污染防治措施； (4)对有毒有害气体、物质的防治措施； (5)对噪声控制措施； (6)对振动的防治； (7)自然环境的保护； 6.6 环境评价报告环境工程的必要性、效果；环境现状调查；环境预测、评价和保护措施等。

6、,2、隧道围岩分级及其支护方式,1.1 隧道围岩分级, 公路隧道围岩分级的出发点, 考虑分级的指标和因素, 公路隧道围岩分级, 隧道施工围岩分级, 公路隧道围岩分级的出发点, 完整性和稳定性； 定性和定量结合； 明确工程目的和内容； 分级应简明； 尽量和我国其它工程分级一致。, 考虑分级的指标和因素,当 取 当 取, 岩体的结构特征与完整状态 岩石强度围岩基本质量指标BQ,采用降级的方法 整体的硬质岩石中，不考虑降级； 块状硬质岩和整体软质岩中，地下水将影响其稳定性，产生局部坍塌，或软化软弱结构面，围岩分级时一般可酌情降低1级；, 地下水, 碎石状松散结构岩体，裂隙中有泥质充填物，地下水对稳定性影响很大，可根据地下水的性质、水量、渗流条件、动水和静水压力等情况，可降低12级； 强烈的断裂带，或软塑性粘土和潮湿的粉细砂，不再降级。, 公路隧道围岩分级, 施工阶段围岩判定具有直接性、可靠性、重要性特征。 评定因素采用围岩坚硬程度、围岩完整性程度和地下水状态三项因素，细分为十三个子因素， 即313评定;, 隧道施工围岩分级,隧道根据地质、施工条件和使用要求可分别采用喷锚衬砌、整体式衬砌、复合

7、式衬砌。 高速、一级、二级公路隧道应采用复合式衬砌，三级及以下的公路隧道。 I、II、III级围岩，隧道洞口应采取复合式衬砌和整体式衬砌，其他段可采取喷锚衬砌。,1.2 隧道支护方式,(1)锚喷支护,及时性：喷射砼，如早强，能迅速给围岩提供支护抗力； 粘贴性：喷射砼与围岩能全面密贴粘结，粘结力一般可达70kg/cm3；,作用：连锁作用、复合作用和增强作用(填充凹隙),柔性：容易调节围岩变形，可控制围岩塑性变形适度发展，发挥自承能力； 深入性：锚杆可深入围岩一定深度加固围岩，形成承载圈；,灵活性：支护类型、参数、数量可灵活调整。 封闭性：可阻止水对围岩的侵蚀而引起风化等。,（2）锚杆支护结构 锚杆类型 锚杆的力学作用 锚杆的设计与计算,锚杆类型 全长粘结型, 端头锚固型, 摩察型,锚杆的力学作用 悬吊作用 减跨作用 组合梁作用 整体加固作用,悬吊作用, 减跨作用, 组合梁作用, 整体加固作用,锚杆的设计与计算 锚杆承载力计算 锚杆锚固长度确定 锚杆直径的确定 锚杆间距的确定, 锚杆承载力计算,当块体危石坠落时，除使锚杆受拉外，还对锚杆产生剪切作用。,如图所示，根据静力平衡及正弦定理有：,

8、式中：N是锚杆所受拉力；Q是锚杆所受剪力；G是危石重量或一根锚杆承担的岩石重量；是锚杆与地质结构面的夹角；是锚杆与垂直线夹角。, 锚固长度确定,锚固深度L3：根据锚杆轴力与砂浆粘结力相等的等强度原则，可确定锚杆的锚固深度L3,其中：D是钻孔直径；k安全系数，3-5； 是砂浆与岩孔之间的抗剪强度。实践中要求 大于30厘米；,锚杆长总度L：式中：L3是锚固深度；L2为不稳定岩层厚度；L1是外露长度（约小于喷射混凝土厚度）, 锚杆直径的确定,式中：K是安全系数，可取2；Rg是锚杆抗拉强度；N是锚杆所受拉力；d是锚杆直径。, 锚杆间距的确定,若等间距布置，每根锚杆所负担的 岩体重量即为所受荷载。,其中，是岩体容重；b锚杆间距， 一般L32b；k安全系数2-3。,二车道,三车道,3、新奥法施工原则及措施,2、新奥法施工原则,（1）原则 （2）充分保护围岩 （3）充分发挥围岩的承载力 （4）变形的控制 （5）实时量测监控 （6）动态施工,（1）原则,“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”,避免过渡破坏和损伤围岩的强度，使暴露的围岩尽量保留既有的质量，采用控制爆破技术；,（2）充分保护围岩,应允许并控制

9、围岩的变形，而不会过渡松弛而丧失承载力；,（3）充分发挥围岩的承载力,支护结构的类型 支护结构参与工作的时间 各种支护手段的相互配合 底部封闭时间 1次掘进长度等；,（4） 变形的控制,及时提出可靠的、足够数量的量测信息，以指导施工和修改设计；,（5）实时量测监控,（6） 动态设计和施工,设计施工检验地质预测 量测反馈修正设计的一体化的 动态施工管理系统。,4、隧道开挖方法,新奥法施工，按其开挖断面的大小及位置，基本上又可分为：（1）全断面开挖法（2）台阶开挖法（3）分部开挖法,（1）全断面开挖方法：按隧道设计轮廓线一次爆破成型的施工方法，适用于较完整的、坚硬围岩，如、级围岩。,全断面开挖法工作面设备布置, 全断面开挖的优点 工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理； 工作空间大，便于大型机械化施工 ； 施工进度快，目前，我国公路隧道一般都能保持月进成洞平均150m左右，高者已接近400m月。 施工环境较好, 采用全断面法应注意下列问题： 摸清开挖面前方的地质情况，随时准备好应急措施，以确保施工安全； 各种施工机械设备务求配套，以充分发挥机械设备的效率； 加强各项辅助作业，尤其加强施工通风，保证工作面有足够新鲜空气； 加强对施工人员的技术培训， 增强施工人员对新奥法的理解,采用全断面法容易出现的质量问题： 过分超挖； 超挖后回填不实；采用全断面法容易出现的安全问题： 塌方； 大量涌水； 瓦斯聚集；,（2）台阶开挖法 台阶法中包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法等三种。 适用条件跨度较大，围岩较破碎的情况。 选择何种台阶法，取决于以下条件：, 长台阶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，一段上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。, 短台阶法分成上下两个断面进行开挖，两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍但大于11.5倍洞跨。上下断面采用平行作业。,

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