隧道施工技术培训.pptx

隧道施工技术培训,宋德果 2016.01.10,主要内容隧道基本知识 隧道施工技术 软弱围岩大断面隧道修建技术 龙头山双洞八车道高速公路隧道实例 隧道质量通病及控制 6 公路隧道工程施工作业要点卡片 7《隧道施工安全九条规定》读本介绍 日本隧道部分照片 结束语,1.1隧道采用的主要规范,JTG D70-2004 公路隧道设计规范 JTGT D70-2010 公路隧道设计细则 JTG F60-2009 公路隧道施工技术规范 JTGT F60-2009 公路隧道施工技术细则 JTG F90-2015 公路工程施工安全技术规范 JTGF801 2012 公路工程质量检验评定标准 GB 50086-2001 锚杆喷射混凝土支护技术规范,1.2隧道长度划分,1.3小净距隧道,1.4公路隧道建设宽度分级,,1.5隧道围岩级别,,1.5浅埋偏压隧道（铁路）,1.6 隧道施工的基本理念,隧道施工的基本理念：爱护围岩、内实外美、重视环境、动态施工所谓爱护围岩：一是不损伤或少损伤遗留围岩的固有支护能力，这可以通过采用机械开挖技术和控制爆破技术予以解决；二是通过各法增强围岩的支护能力，如采用支护技术、加固或予加固技术以及各种辅助施工技术等。

这些技术形成了隧道施工的核心技术 所谓内实外美：关键是内实，内实的关键就是要做到四密实，即：混凝土密实、喷混凝土密实、喷混凝土与围岩密实、二次衬砌与初期支护密实这牵涉到混凝土、喷混凝土、回填、支护接触等技术所谓重视环境：一是指内部环境，即施工作业环境；一是对外部环境，即对周边环境的影响重视环境是时代的要求，许多环境技术都是因时代的变迁而得到发展，许多基准都是因环境的要求而制定所谓动态施工：是指隧道施工过程中地质条件是不断变化的，力学动态是不断变化的，因而采用的各种施工方法和技术也应该是不断变化的，来适应这种不断变化的过程，所谓“岩变我变”因此，隧道施工的各种决策都要在施工阶段的地质技术、量测技术和质量控制技术的基础上进行管理2 隧道施工技术,2.1 概述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2.1.1 隧道施工方法分类,高速公路隧道施工方法一般采用新奥法2.1.2新意法 新意法，即岩土控制变形分析法，20世纪70年代提出 在困难地质情况下采用新意法进行隧道设计基于以下基本原则： 1.全断面开挖； 2.运用超前支护和加固措施减小或避免围岩变形； 3.在离掌子面较短的距离支护封闭以减小隧道变形。

主要术语：超前核心土 掌子面挤出变形 隧道预收敛 新意法设计阶段由以下步骤组成： 测量阶段：在此阶段实施对既有的自然平衡状态进行分析；在此阶段至少需要用到工程成本的2％； 诊断阶段：此阶段对不采取任何稳定支护措施产生的变形现象进行分析和预测；根据隧道掌子面预期稳定形态（稳定的掌子面、掌子面短期稳定和不稳定掌子面）得出的A、B、C三类变形行为种类隧道线路可以被分成具有均匀/相同应力－应变状态的许多段； 处治阶段：在此阶段通过适当的稳定支护措施/体系控制变形现象新意法施工阶段包括： 实施阶段：此阶段稳定支护手段被实施并控制变形现象； 监控阶段：此阶段对开挖期间围岩变形应答进行量测及核对（通过掌子面挤压变形量测以及对掌子面及其后方每间隔一定距离洞身轮廓收敛量测实现）； 最终设计调整阶段：围岩变形被诠释，相应达到隧道掌子面以及隧道洞身稳定支护体系间的平衡 2.1.3 隧道施工技术的发展方向：“四化”施工机械化：各道工序逐步实现机械化，以设备保工艺、以工 艺保质量、以质量保安全（铁道部2008年颁布了机械配套指南）工序标准化：各道工序都建立标准，严格按标准作业(部已重视， 颁布了施工工序作业指南）。

构件工厂化：管片、仰拱块、混凝土搅拌、钢拱架、预埋件、连 接件等尽量厂制探测定量化：物探、钻探、检测等尽量定量，用数据说话2.2新奥法介绍,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2.2.1 新奥法的基本要点 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。

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、刚度和它参加工作的时间（包括闭合时间）来控制岩体的变形 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能圆顺，以避免拐角处的应力集中 4．通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测，合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理 5．为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，可采用复合式衬砌 6．二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩和支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度 上述新奥法的基本要点可扼要的概括为：“少扰动、早喷锚，勤量测、紧封闭”2.2.2 新奥法的优点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。

在隧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，保护原有岩体强度隧道开挖后，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种作用：① 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洞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，防止个别危岩活石滑移和坠落，从而保持围岩的稳定性②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。

③增加作用 开挖后及时继进行喷锚护，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，使隧道周边围岩成双方向受力状态，提高了围岩的粘结力和内摩擦角，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 新奥法施工要点,1） 新奥法与传统施工方法的区别：传统方法认为隧道围岩是一种荷载，应用厚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利用围岩本身的承载力 2）保护隧道围岩自身的承载能力新奥法施工在隧道开挖后采取了一系列综合性措施：构筑防水层、增加隧道排水；选择合理的断面形状尺寸；给支护留变形余量；开挖后及时做好支护、封闭围岩等，都是为保护隧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，提高围岩强度使其与人工支护结构共同承受隧道压力 3）允许围岩由一定量的变形，以利于发挥围岩的固有强度隧道的支护结构有预定的可缩量，以缓和隧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，允许隧道围岩产生一定的变形，以缓和来自隧道的巨大压力，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，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,从而提高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隧道的统一体，是一个力学体系；隧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 2.2.4新奥法三要素：锚杆 喷射混凝土 监控量测,2.3隧道开挖方法,主要有： 全断面法、台阶法、环形台阶法（预留核心土） 、CD法、CRD法、侧壁导坑法等 2.3.1 全断面法 在围岩稳定、完整，开挖后不需临时支护，施工有大型机具设备的情况下，可采用全断面开挖法 该法特点是：开挖断面与作业净空大，便于大型机具设备的应用，工序简单，各工序干扰少，断面一次挖成，能够较好地发挥深孔爆破的优越性，提高钻爆效果；各种管线铺设便利并较少被爆破损坏，运输、通风、排水等条件均较有利；便于施工组织与施工管理。

但是由于应用大型机具，需要相应的施工便道、组装场地、检修设备、足够的能源，因此该法的应用往往受到条件限制适用范围：Ⅱ～Ⅲ类围岩的石质隧道施工2.3.2 台阶法 台阶法按上台阶超前长度分为长台阶法(台长50m以上)、短台阶法(台长5～50m)和微台阶法(3～5m)三种采用长台阶法时，上下部可配属同类较大型机械平行作业，当机械不足时也可交替作业当遇短隧道时，可将上部断面全部挖通后，再挖下半断面该法施工干扰较少，可进行单工序作业短台阶或微台阶二种方法可缩短仰拱封闭时间，改善初期支护受力条件，但施工干扰较大，当遇软弱围岩时需慎重考虑，必要时应采用辅助开挖措施稳定开挖面，以保证施工安全适用范围： Ⅳ～Ⅴ类较软或节理发育的围岩。