隧道工程讲义

《隧道工程讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《隧道工程讲义（21页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上隧道工程施工技术一、隧道工程基础知识1、隧道组成(1)种类：隧道通常指用作地下通道的工程建筑物，一般可分为两大类，一类是修建在岩层中的，称为岩石隧道；一类是修建在土层中的，称为软土隧道。岩石隧道修建在山体中的较多，故又称山岭隧道；软土隧道常常修建在水底和城市立交，故称为水底隧道和城市道路隧道。埋置较浅的隧道，一般采用明挖法施工，埋置较深的隧道则多采用暗挖法施工。用作地下通道的有道路隧道、水底隧道、城市道路隧道、地下铁道、铁路隧道和航运隧道等。(2)组成：隧道是地下工程建筑物，为保持坑道岩体的稳定，保证行车安全，通常需要修建主体建筑物和附属建筑物。前者包括洞身衬砌和洞门

2、，后者包括通风、照明、防排水、安全设备等。洞身衬砌的作用是承受围岩压力，结构自重及其他荷载，防止围岩风化，崩塌和洞内的防水、防潮等。洞门的主要作用是防止洞口坍方落石、保持仰坡和边坡的稳定。通风照明、防排水、安全设备等的作用是确保行车安全、舒适。2、围岩分类(1)道路隧道是道路穿越山岭修建的工程结构物，它与周围的岩(土)体(一般简称为围岩)有密切关系，相互影响、相互作用。不同的围岩在修建隧道时会有不同的地质现象会表现出不同的稳定性。为满足工程设计、施工等的需要，对于各种不同的具体要求，例如爆破、支护、挖掘、编制定额等，把与这些不同的要求相应的地质条件归类，这就是围岩分类。(2)分类中主要考虑下述

3、三个分类指标： 1)坑道围岩的结构特征和完整状态，即围岩被各种结构面切割的破碎程度及其组合状态； 2)岩石的物理力学性质，即坑道围岩的岩石强度、物理、水理性质，在分类中主要是岩石单轴饱和极限强度Rb较有意义，以Rb30MPa作为软、硬岩的分界指标，Rb100mm孔眼并不困难。直眼掏槽中多采用大直径空眼，其作用相当于为装药掏槽提拱了临空面，并取得了良好的掏槽效果。一般在中硬和坚硬岩层中，对于设计循环进尺为35m左右时，采用双空孔形式最佳，对3.55m的深孔掏槽，宜采用三空孔形式最好；对3m以下的浅眼掏槽，则采用单空孔形式较好。为了保证掏槽炮眼爆炸后岩渣有足够的膨胀窨，一般要求眼体积为掏槽槽口体积

4、的约1020为宜。 2)辅助眼及周边眼布置方法 辅助眼的作用是进一步扩大槽口体积和爆破量，并逐步接近开挖断面形状，为周边 眼创造有利的条件。 辅助眼的布置主要是指炮眼间正值和最小抵抗线y值的确定，主要根据岩石软硬和药量多少，由工地试验确定。其布置原则可参照后述周边眼的布置原则进行，只是y，正值及单孔装药量g较大些。一般取Ey0608为宜。并宜采用孔底连续装药。辅助眼应由内向，逐层布置，逐层起爆，逐步接近开挖断面轮廓形状。 周边眼的作用是一种辅助炮眼，目的是成型作用。周边眼爆破后使坑道断面达到设 计的形状和尺寸。周边眼的位置一般是沿着设计轮廓线均匀布置，其炮眼间距和最小抵抗 线长度均比辅助眼小，

5、目的是使爆破出坑道的轮廓较为平顺和控制超欠挖量。 为了保证开挖面平整，辅助眼及周边眼应使其眼底落在同一垂直面上，必要时应根 据实际情况调整炮眼的深度。 (3)光面爆破法 1)概述 光面爆破是通过调整周边眼的各爆破参数，使爆炸先沿各孔的中心连线形成贯通的破 裂缝，然后内围岩体裂解，并向临空面方向抛掷。这种爆破在围岩中产生的裂缝较少，使爆 破后的岩石表面能按设计轮廓线成型，表面较平顺，超欠挖很小。 2)光面爆破的技术要求 根据围岩特点合理选择周边眼间距和周边的最小抵抗线。 严格控制周边眼的装药量，应使用药量沿炮眼全长合理分布，并合理选择炸药品种 和装药结构。 采用周边同时起爆。 3)光面爆破的分区

6、起爆顺序：掏槽眼辅助眼周边眼底板眼。辅助眼则应由里向外逐层起爆。 (4)预裂爆破法 预裂爆破法的分区起爆顺序为：周边眼掏槽眼辅助眼底板眼。 (5)毫秒爆破法 1)概述 毫秒爆破其实质是以毫秒雷管严格按一定顺序起爆炸药包组，使爆破前后阶段的时间间隔极其短促，以毫秒计算。爆破产生的岩石破坏作用力(应力波或冲击波)可以叠加，促使岩石易于被炸碎；同时，前后段爆破传递到围岩内部的冲击波又相互干扰和相互抵消，使冲击波对围岩的振动破坏大为减弱。 2)实现毫秒破坏一般有两个方法：一是用毫秒雷管和毫秒起爆器(用延长仪器控制延发时间)；另一方法是使用毫秒雷管起爆。 3)装药结构 正向装药；将起爆药卷放在炮眼口第二

7、个药卷位置上，药管聚能穴朝向眼底，并用炮泥堵塞眼口，即每个炮眼内从眼底到眼口的装药顺序是：先装普通药卷+次装引爆药卷+后用炮眼泥堵塞眼口。 反向装药：将起爆药卷放在眼底第二个药卷位置上，雷管聚能穴朝向眼口；即每一个炮眼内从眼底向眼口的装药顺序是：先装引爆药卷+次装普通药卷+后用炮眼泥堵塞眼口。国内外实践证明反向装药结构能提高炮眼利用率、减少瞎炮率、减少石渣块度，便于装渣运输，增强抛掷能力和降低炸药消耗量。当炮眼愈深时，反向装药结构的爆破效果愈好。2、 盾构法施工方法 (1)概述 盾构(Shield)是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市中心区修建隧道的

8、一种机械。在它的掩护下，头部可以安全地开挖地层，一次掘进相当于装配式衬砌一环的宽度。尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌，并将衬砌与土层之间的空隙用水泥压浆填实，防止周围地层的继续变形和围岩压力的增长。 (2)盾构的基本构造 通常由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统等四大部分组成 1)通常由盾构壳体； 2)推进系统； 3)拼装系统； 4)出土系统。 (3)盾构分类及适用范围 盾构分类及适用范围见表1B。 (4)盾构法隧道衬砌 盾构法隧道的衬砌应具有支撑土压的能力和易于操作的结构形式。因此，一般而言，结 构由两层构成，第一层是推进时在盾尾内进行拼装的一次衬砌，第二层是在其内侧

9、浇筑的二次衬砌。一次衬砌在施工中起到支撑和承受盾构推力的作用，成环后成为永久性的结构。 一次衬砌一般采用的是施工迅速：、安装容易的管片结构。 二次衬砌通常是用来加强管片防水、防锈的能力。并且起到内部装修的作用，在地铁中 还用来提高结构的刚度以此作为防振措施，因此均采用现浇混凝土。3、新奥法施工方法 (1)新奥法基本理论 1)新奥法理论假定： 围岩是各项同性的连续弹性体，围岩在塑性变形，剪切破坏的极限平衡中仍表现有 剩余强度。 隧道初始应力场为自重应力场，侧压力系数为1。 隧道形状为圆形。 隧道在一定的埋深条件下，将它看作无限体中的孔洞问题。 2)用最小的支护阻力设计支护结构。 3)控制围岩的初

10、始变形。 4)适应围岩的特性，采用薄层柔性支护结构。 5)采用量测来检验并修改设计及施工。 (2)施工方法 1)概述 新奥法的施工方法根据地质条件、断面开挖宽度的不同，一般采用全断面法、台阶法及侧壁导坑法。全断面法及台阶法应用最广，约占新奥法施工总量的98，其施工程序及施工方法同矿山法。 侧壁导坑法仅在以下情况下采用：断面开挖宽度大于8m，围岩十分软弱；采用其他方法基础承载力不能满足要求；对地面沉陷有严格控制时。 2)开挖面稳定时，支护衬砌的施工程序 初期支护一个掘进循环为0.61.2m，由压缩刚拱架、金属网、锚杆、喷射混凝土等构成，施工程序如图1B1。 二次衬砌：二次衬砌距开挖面后10015

11、0m、迟4个月左右，当围岩变形以及作用在初期支护上的土压力增长速度都变得很小时开始修筑。施工顺序为：防水层一模筑混凝土厚30cm左右。 开挖面不稳定时，支护衬砌的施工程序： 初期支护施工程序 二次衬砌：二次衬砌距开挖面后100150m、迟4个月左右，当围岩变形以及作用在初期支护上的土压力增长速度都变得很小时开始修筑。施工顺序为：防水层模筑混凝土厚30cm左右。 (3)喷射混凝土施工 1)认真检查隧道开挖的净空尺寸，凿除欠挖部分。清除松动岩块、浮石和墙脚岩渣，拆除各种障碍。用高压风、水冲洗受喷面。如有滴漏水，应采取集、排水措施。 2)利用锚杆外露长度和用快凝浆粘铁钉或U形铁丝于岩面上，作为喷射厚

12、度的标志。 3)做好机械设备的就位和场地布置，保证运输线路、风水电畅通，搞好照明。安排好回弹物的利用。 4)试运转。开启高压风及水，如喷嘴风压正常，喷出风水应呈雾状。只有运转正常后，才能进料喷射。 5)混合料的拌制，应配合喷射作业，随拌随用。未掺速凝剂时，存放时间不超过3h,掺速凝剂后，存放不得超过30rain并须在1h内用完。砂、石子应严格过筛，混合料拌制均匀，颜色一致。 6)喷射混凝土。喷射作业在划定的区域内进行，区段长度一般不超过6m。喷射时要自下而上，先墙后拱分部分块的按顺序进行。当岩面有较大坑洼时，应先喷凹处，然后找平。喷边强时，应由下向上的进行，以抵消一部分重力作用；喷射拱部时应尽

13、量利用拱形的支持作用，采用成环的喷射法，先按同等厚度喷好一环，再继续喷射次一环。喷射时，喷嘴与受喷面保持lm左右的距离，喷嘴的流束要基本垂直于喷面并作均匀顺时针方向的螺圈形移动，螺圈直径2030cra，以使混凝土喷射密实。 (4)锚杆支护的施工 1)选用材料及配合比 钢筋(锚杆体)：按设计选用。 砂子：选用粒径不大于3mm的中粗砂，含云母量不超过0.5，含泥量不超过3，不含有机杂质，使用前严格过筛。 水：选用洁净水，pH值应大于4。 速凝剂：氯化钙或其他速凝剂，使用前应作速凝效果试验，一般要求初凝时间不大于5min。如使用红星一型，掺量占水泥重量的3左右。 2)选孔和钻孔 钻孔前应根据围岩状况

14、和设计要求布置孔眼。锚杆按梅花形布置，横向间距X纵向间距为100cmXl00em，锚杆与岩面、层面或裂隙面的交角为90，按锚杆的设计长度及直径选定孔眼直径，并作标记。用普通气腿式凿岩机或0145型等向上凿岩机钻孔，并用高压风或高压水将孔彻底清洗干净。 3)注浆注浆设备采用牛角形锚杆注浆器。往锚杆孔中注浆是否饱满是保证砂浆锚杆支护质量的关键。注浆时，以水引路，将搅拌好的砂浆装入注浆器并充满管路，一个操作手把好进风阀门，另一人(应戴防护镜)将注浆管插入孔中，使管口离孔底10cm间隙，开进风阀门，用高压空气将水泥砂浆压人孔眼中，注浆管逐渐被砂浆向外推挤，此时可将注浆管均匀向外退出，注到孔深的23以上

15、时停止注浆，由插入的钢筋将孔内砂浆挤出填满为止。注浆过程中要始终保持罐内有足够的砂浆(14以上)。尤其是最后一根锚杆，防止高压风将孔眼中砂浆吹掉，并确保安全。 4)安设锚杆、金属网 锚杆钢筋在使用前应矫直和清除污锈并用水湿润，以保证和砂浆紧密结合。一般先注浆后插入锚杆，先将钢筋头部加工成扁铲形，以利于减少钎阻力并增大锚固力；插入钢筋时，不可左右摇晃，要沿孔轴线缓慢推入。如遇插入阻力大，可用锤子轻轻打入。对较大型的锚杆或锚索，常采用先锚后注的地方，先给预应力，后予注浆，以加强粘结和防护。采用金属网时，网格间距为20cmX20cm。钢筋(丝)网应随岩面平顺起伏敷设，与岩面间距一般不小于3cma，以

16、5cm为宜。钢筋网与锚杆连结牢固，使喷混凝土时不发生位移和松动。如发现有脱落的石块被网架住时，应及时清除。 4、 矿山法施工方法 (1)概述 矿山法包括全断面法、台阶法、台阶分部法、上下导坑法、上导坑法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法。 (2)矿山法开挖顺序 1)全断面法 2)台阶法 3)台阶分部法 4)上下导坑法 5)上导坑法 6)单侧壁导坑法(中壁墙法) 7)双侧壁导坑法 (3)各种开挖法简介 1)全断面一次开挖法 全断面一次开挖法就是将全部设计断面一次开挖成型，再修筑衬砌。一般适用类围岩，并配有钻孔台车和高效率装运机械的石质隧道。采用深孔钻爆，浓度可取335mo，全断面一次开挖法主要工序是：

17、使用移动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点；再起爆，使一次爆破成型，出渣后钻孔台车再推进至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环，同时进行先墙后拱衬砌。 2)台阶开挖法 台阶开挖法可以说是全断面开挖法的变化方案，即将设计断面分上半部断面和下牛部断面两次开挖成型；或采用上弧形导坑超前开挖和中核开挖及下部开挖。在上部断面以弧形导坑领先252m，下部断面以一个正台阶垂直挖到底，一次爆破，利用渣堆钻眼，机械装渣运输，先墙后拱衬砌台阶法适用于类围岩。 3)上下导坑先拱后墙法 在松软地层修建隧道时，应采用台阶分部开挖法。适用于类围岩或一般土质围岩 地段。一

18、次开挖的范围宜小，而且要及时支撑与衬砌，以保持围岩的稳定。在公软地层开挖 隧道，一般宜采用先拱后墙法。上下导坑先拱后墙法的基本要求是：先将上部断面开挖成 型，随即浇注拱圈衬砌混凝土，并须待拱圈混凝土达到设计强度20之后，方向进行下部断面开挖。在拱圈的保护下，开挖下部断面及修建边墙、仰拱。 分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某一部分超前开挖，故称为导坑 超前开挖法。常用的有上下导坑法、上导坑法、单侧壁导坑法，双侧壁导坑法等。5、 全断面掘进机施工方法 (1)概述 隧道掘进机是暗挖法修建隧道的综合性专用机械。它是装置有破碎岩石的刀具，采用 机械破碎岩石的方法开挖隧道，并将破碎的石渣传

19、送出机外的一种开挖与出碴联合作业的 掘进机械，能连续掘进。 (2)掘进机施工特点 1)作业人员少，进度快，日进尺可达1030m；有时可达50m。 2)与钻爆法施工比较，洞内粉尘、有害气体含量低，改善了劳动条件。 3)对围岩扰动小，岩壁完整，施工安全，减少隧洞塌方事故。 4)成洞质量好，无超欠挖现象，可减少洞壁衬砌与灌浆，节省投资。 5)缺点是掘进机设备一次性投资大，开挖直径不能随意改变，机械运输和组装较难。 (3)掘进机的选用 目前在硬岩中(抗压强度150MPa)一般不采用掘进机施工。由于岩石硬度大，刀具要 求硬度高，价格昂贵，易磨损，更换气具费时费工，因此一般宜用钻爆法施工。 在中硬岩中(抗

20、压强度在15080MPa)最适宜采用掘进机，而在软岩中则需采用特殊 装置的掘进机。 (4)进机施工隧洞工艺流程 1)隧洞进洞前常规的洞口处理，包括劈坡、安全处理及洞口施工的场地平整，附属设施 修建等； 2)由厂家运来的掘进机零部件在洞口外组装； 3)用钻爆法先掘进一定长度(即为掘进机机身的全长)，并用混凝土支护洞壁； 4)将施工用的风、水、电、道路(如用有轨运输应修铁路)、激光定向点等引入洞内； 5)整机移入洞内，利用侧支撑与洞壁的摩擦力将刀盘顶拢岩面，回转刀盘使岩块削落， 装在刀盘上的铲斗将石渣装入机头皮带机运到存料斗，再用其他运输工具运到洞外；6)刀盘推进到一定长度(即推进活塞杆长度视不同

21、机械而异)，收缩侧支撑，刀盘重量 由前下支撑承担，收缩推进活塞，侧支撑向前移动，然后再将侧支撑靴板顶拢洞壁，完成刀盘一次掘进全过程。六、 隧道机械 (1)凿岩台机 是支撑凿岩机并完成凿岩作业所需的推进、移位等运动的移动式凿岩机械。凿岩台机的钻孔速度高，平均速度达2030(cmmin)，最高达60(cmmin)。凿岩台车节省劳动力，劳动强度低，机动性好，可作为其他工序的工作台。凿岩台车主要用于地质条件好，不要临时支护的大断面隧道施工。 (2)喷锚机械 用于隧道工作面进行支撑时，进行混凝土喷射和在岩体中打入锚杆，主要有锚杆台车、 混凝土喷射机等。喷锚机械的生产效率高，在节省劳动力、材料、缩短工期、

22、降低造价方面有显著优势。 (3)衬砌设备 衬砌设备专用于隧道工程衬砌混凝土，衬砌模板设备是隧道施工中的重要设备，生产能 力由选用机型和地质条件决定。 (4)全断面隧道掘进机 即刀头直径与开挖隧道的直径大小一致，在岩层中进行隧道掘进的机械，生产能力由选 用机型和地质条件决定。 (5)臂式隧道掘进机 又称悬臂式掘进机，是集开挖、装卸于一体的隧道掘进机，生产能力由选用机型和地质 条件决定。 (6)盾构机构盾构是一种集开挖、支护、衬砌等多种作业于一体的大型隧道施工机械，生产能力由选用机型和地质条件决定。 七、 掌握隧道工程质量通病及防治措施1、 隧道水害的防治 因势利导，给地下水以排走的出路，将水迅速

23、地排到洞外。 将流向隧道的水源截断，或尽可能使其水量减少。 堵塞衬砌背后的渗流水，集中引导排出。2、 隧道衬砌腐蚀病害的防治 坚持以排为主，排、堵、截并用，综合治水。 用各种耐腐蚀材料敷设在混凝土衬砌的表面，作为防蚀层。在各种腐蚀病害较为严重的地段，除采取排水降低水压外，同时采用抗侵蚀材料作衬砌，使防水、防蚀设施与结构合为一体。 在隧道的伸缩缝、变形缝和施工缝都设置止水带，从而达到防蚀的目的。3、 隧道衬砌裂缝病害的防治 设计时应根据围岩类别、性状、结构等地质情况，正确选取衬砌形式及衬砌厚度，确保衬砌具有足够的承载能力。 施工过程中发现围岩地质情况有变化，与原设计不符时，应及时变更设计，使衬砌

24、符合实际需求；欠挖必须控制在容许范围内。 钢筋保护层必须保证不小于3cm，钢筋使用前应作除锈、清污处理。 混凝土强度必须符合设计要求，所用材料应符合质量要求，严格控制水灰比。 衬砌背后如有可能形成水囊，应对围岩进行止水处理。 衬砌施工时应严格按要求正确设置沉降缝、伸缩缝。1B 隧道的相关技术要求 1)一般规定 隧道应根据公路功能和发展的需求，遵照安全、经济、利于保护生态环境的原则，结合隧道所处地区的地形、地质、施工、，运营、管理等条件进行综合设计。 隧道选址必须对该区域的自然地理、场地与生态环境、工程地质、水文地质、地震等进行勘察，取得完整勘察基础资料，经技术经济论证后确定。 隧道的标高和平面

25、位置应根据公路等级、路线总体设计方案确定，选在地层稳定，利于设置洞口、洞口两端接线、防灾救助系统、管理养护等设施的地段。 在拟定路线设计方案中，应论证采用隧道或深挖等不同方案给生态环境带来的影响。对生态环境脆弱的地带或可能因施工造成生态环境难以恢复的地段，应优先选择对环境影响小的方案，并辅以治理措施。 2)隧道分类应符合表1B1规定。3)隧道净空应符合本标准公路建筑限界的规定，且横断面各组成部分宽度应符合以下要求：隧道内的最小侧向宽度应符合表1B2规定。 高速公路、一级公路的隧道应在两侧设置检修道，其宽度应等于或大于075m。二、三级公路的隧道宜在两侧设置人行道(兼检修道)，其宽度应等于或大于

26、075m。 四级公路可不设人行道，但应保留025m的C值。 特长、长隧道内右侧侧向宽度小于250m时，应设置紧急停车带。紧急停车带宽度应为350m，长度不应小于30m，间距不宜大于750m。 单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路标准修建。 4)隧道及其洞口两端路线的平、纵、横技术指标应符合以下规定： 隧道洞口内侧不小于3s设计速度行程长度与洞口外侧不小于3s设计速度行程长度范围内的平、纵线形应一致。 洞口外与之相连接的路段应设置距洞口不小于3s设计速度行程长度，且不小于50m的过渡段，以保持横断面过渡的顺适。 隧道内的纵坡应小于3，但短于100m的隧道不受此限。 高速公路、一级公路的中、短隧

27、道，当条件受限制时，经技术经济论证后最大纵坡可适当加大，但不宜大于4。 5)隧道应根据所处地质条件等，确定结构形式和适应于地层特性的施工方法。 6)隧道防水和排水应按照排、防、截、堵相结合的原则进行综合设计，使洞内、洞口与洞外构成完整的防水、排水系统，并应注意防止水土流失和保护自然环境。隧道内纵坡应大于03。 7)隧道交通工程及沿线设施的配置应符合以下规定： 隧道交通工程及沿线设施的技术标准与建设规模应根据公路功能、等级、交通量、隧道长度等确定，并应符合交通工程及沿线设施总体设计的要求。 公路隧道应采用反光标志、反光标线。高速公路、一级公路隧道洞口两端的标志、标线、视线诱导标及护栏与洞口的连接

28、过渡等应进行专门设计。 特长隧道高速公路、一级公路的长隧道，应设置监控设施。 隧道通风设施应根据交通组成和交通量增长情况等，按统筹规则、总体设计、分期实施的原则设置。 高速公路、一级公路的隧道，其长度大于100m时应设置照明设施。 二、三、四级公路的隧道，其照明设施可根据具体情况设置。 特长隧道和高速公路、一级公路的长隧道，其重要电力负荷必须保证供电可靠，技术、经济合理。 特长隧道和高速公路、千级公路的长隧道，必须配置报警设施、警报设施、消防设施、救助设施等。 二级、三级公路的长隧道，可根据需要设置报警设施、警报设施、消防设施、救助设施等。8)隧道设计应拟定发生交通或火灾事故的应急处理预案。例：关于隧道的相关技术要求中，一般规定说法错误的是( )A 对可能因施工造成生态环境难以恢复的地段，应放弃施工B隧道的标高和平面位置应根据公路等级、路线总体设计方案确定C隧道选址必须对该区域的自然地理、场地与生态环境等进行勘察，取得完整勘察基础资料，D在拟定路线设计方案中，应论证采用隧道或深挖等不同方案给生态环境带来的影响答案：A专心-专注-专业