隧道工程施工标准化工艺工法及安全生产管理演示文稿(定稿)

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1、山 岭 隧 道 标准化工艺工法及防坍控制要点,中铁隧道集团三处有限公司 湖北十堰 2012年5月10日,主要内容,前言 隧道施工技术发展简史 一、隧道工程的施工特点和原则 二、洞口工程的施工要点 三、洞身施工的主要方法 四、隧道防坍控制要点,前言 隧道施工技术发展简史,纵观我国隧道修建史，其修建技术的发展大体上经历了三个阶段： 1、中华人民共和国成立前，隧道修建技术落后的时期。这一时期基本上是靠人力开挖，手工操作，机具十分简单。 2、20世纪5070年代，隧道修建技术有所发展时期。隧道施工由以人力为主转为普遍采用中、小型机械施工，隧道建设能力较低，断面分割一般在10 左右。如隧道开挖采用上、下

2、导坑法，正、反台阶法，漏斗棚架法、蘑菇形开挖法，等等；隧道衬砌采用先拱后墙法或先墙后拱法。,3、20世纪80年代以后，隧道技术进入大发展时期。由于从国外引进了隧道施工大型专用机械设备和先进技术，隧道施工能力有了较大的提高。在较好岩层里隧道钻爆掘进施工多采用全断面法，半断面法，短台阶法、中导洞法；在软弱地层中隧道开挖施工则采用微台阶法（或加反拱），CD 工法，CRD 工法、单侧洞法、双侧洞法（眼镜法）。,其发展趋势是：掘进分部断面增大以能更好地适应高效率的机械化施工；支护结构骨架的工厂化预制与现场实施相结合以达到及早、快速的安全需求；尽可能实现全断面衬砌施工一次完成以提高工程质量水平。,隧道施工

3、机械,悬臂掘进机,全断面掘进机（TBM）,隧道施工机械,钢拱架安装机,三臂凿岩台车,砼喷射机械手,隧道施工机械,防水板自动铺设机,全液压自行式仰拱栈桥,无门架衬砌模板台车,一、隧道工程的施工特点和原则,1、施工特点 施工环境恶劣：封闭的作业空间 ，受地下水、 通风、 燥声、 采光等多种因素制约； 地质条件复杂：隧道处于一个复杂的地质体中，且具有不确定性、变化性。 2、施工原则 根据山岭公路隧道的特点，应严格遵循初支紧跟开挖面、仰拱尽早封闭成环、适时施工二次衬砌的施工原则。,二、洞口工程的施工要点,1、洞口土石方开挖应根据设计要求、洞口地质条件、地形地势等合理选择，宜采用台阶法或环形开挖预留核心

4、土法。 洞口土石方开挖前先完善洞口排水系统； 洞口土石方开挖至成洞面后，预留成洞面核心土，以核心土体作为工作平台施工暗洞超前支护； 暗洞超前支护施工完成后，挖除部分核心土，开始暗洞开挖。 洞口段预留变形量宜不小于30cm，加强洞内外的监控量测。,2、为了减少边仰坡开挖，保证边仰坡的稳定，应遵循“早进晚出”的原则，提倡“零开挖”进洞理念，合理确定明暗交界位置。 洞口断面复测是最重要的手段，应以地表高出洞顶标高3050cm处作为明暗交界面。,三、洞身施工主要方法,1、目前公路隧道常用的几种施工方法，从工程造价和施工速度考虑，施工方法的选择顺序应为：全断面法上下台阶法三台阶法环形开挖留核心土法中隔壁

5、（CD）法 交叉中隔壁（CRD）法双侧壁导坑法（眼镜法）。 如果从施工安全方面考虑，上述顺序应反过来。 施工工法选择的正确与否关系到隧道施工的安全、质量、工期和效益。,2、施工方法选择的原则： （1）简单根据围岩级别来选择： 全断面法适用于级围岩隧道。 上下台阶法适用于级围岩隧道。 三台阶法、环形开挖留核心土法适用于级围岩隧道。 中隔壁（CD）法或交叉中隔壁（CRD）法适用于围岩较差、浅埋隧道的级围岩。 双侧壁导坑法适用于围岩较差、浅埋、大跨度隧道的级围岩。,（2）考虑施工和管理因素 利于整个隧道及洞室断面的支护和衬砌及时封闭成环，确有成效地控制围岩及结构的最终位移和变形；如控制台阶距离、增加

6、临时仰拱等。 便于更多地采用先进机械和机具投入作业，最大限度地减轻工人劳动强度及提高工作效率； 过多的工法转换不利于施工组织管理和资源配备。 在分部开挖后能稳定的情况下选择简单的工法，工法施工难度大对技术、管理要求高，如过程控制不严，施工不到位，易留下安全隐患。,3、全断面开挖工艺流程图,4、上下台阶法 上下台阶法施工工序横断面及纵断面示意图,上下台阶法实例 比全断面开挖安全度高，当采用微台阶时可以实现上下台阶平行推进，加快施工进度。,上下台阶法施工要点： 上台阶循环进尺宜控制在两榀钢拱架距离内； 上台阶高度控制在3.54.2m； 台阶长度的控制是关键，对于软弱地层应控制在11.5倍洞径。通过

7、受力分析，若过大台阶断面形状不利于受力，造成拱脚附近受力大而失去稳定性，台阶若过短，宜造成洞顶土体下滑，引起工作面不稳定，若一定要采用长台阶法施工，应在上台阶底部施作临时仰拱或架设底部横撑。 若围岩较稳定，台阶长度可适当缩短至35m，上下台阶同时钻眼爆破，以起到加快施工进度、减少资源配置的目的。,下台阶开挖时，宜采用先挖侧槽“接腿”、左右错开向前推进的方法，侧槽一次开挖长度宜控制在两榀钢架内不宜过长，靠近边墙范围应特别注意，避免扰动上台阶初期支护。两侧“接腿”完成后开挖中间土体。 初期支护监控量测数据异常时，宜采用增加锁脚锚杆（管）、扩大拱脚、增设临时仰拱等措施。,5、三台阶法 三台阶法施工工

8、序横断面及纵断面示意图,三台阶法实例 比上下台阶法安全度高，但施工干扰大，施工进度较慢。,三台阶法施工要点： 上台阶循环进尺宜控制在两榀钢拱架距离内； 上台阶高度宜为2.02.5m，中间台阶高度宜为3.03.5m，上、中台阶长度宜为35m； 中台阶及下台阶施工参照上下台阶法下台阶的施工要求。,6、环形开挖预留核心土法 环形开挖预留核心土法施工工序横断面及纵断面示意图,环形开挖预留核心土法实例 比三台阶法安全度高，适合于土质或采用微爆破开挖的岩层，施工干扰大，比三台阶法进度慢。,环形开挖预留核心土法施工要点： 环形开挖每循环长度宜为0.51m。 上部弧形导坑、中部核心土、下台阶等各部各错开35m

9、，进行平行作业。 上部开挖高度控制在4.5m左右，中部核心土离隧道顶部2.0m左右，预留核心土面积不应小于整个断面的50。 全断面初期支护封闭距拱部开挖面的距离不大于30m。,7、中隔壁（CD）法 中隔壁（CD）法施工工序横断面及纵断面示意图,中隔壁（CD）法实例： 优点：施工安全度较高、控制地层变形较好 缺点：施工进度较台阶法慢、临时工程量和造价也是较台阶法大。,中隔壁（CD）法施工要点： 左、右侧各工作面每循环进尺控制在1榀拱架的距离。 左右部上中台阶高度不大于3.5m（如围岩较稳定时分上下台阶），左右各台阶长度35m，左右两侧纵向距离小于12倍隧道洞径，且不大于15m。当开挖形成全断面时

10、，应及时完成全断面初期支护闭合。 根据监控量测信息，初期支护稳定后拆除中隔壁临时支护，中隔壁的拆除应滞后于仰拱，一次拆除长度不超过15m，并加强监控量测，拆除后应立即施作二次衬砌。,8、交叉中隔壁（CRD）法 交叉中隔壁（CRD）法施工工序横断面及纵断面示意图,交叉中隔壁（CRD）法实例： 优点：施工安全度较高、控制地层变形较CD法好，特点是步步成环。 缺点：施工进度较CD法慢、临时工程量和造价也是较CD法大。,交叉中隔壁（CRD）法施工要点： 上台阶开挖循环进尺控制在1榀拱架距离，中下台阶控制在12榀拱架距离。 上、中台阶高度宜控制在2.5m，台阶长度为35m，左右两侧纵向距离宜小于1倍隧道

11、洞径。当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。 中隔壁临时支护的拆除参照CD法相关要求。,9、双侧壁导坑法 双侧壁导坑法施工工序横断面及纵断面示意图,双侧壁导坑法实例： 优点：施工安全度高、控制地层变形比CRD法好 缺点：施工进度较CRD法慢，临时工程量、造价也比CRD法大。,双侧壁导坑法施工要点： 两侧壁导坑和中部上台阶每循环进尺控制在1榀拱架距离（0.5m0.75m），下台阶可控制在两榀拱架距离内（1m1.5m）。 侧壁导坑形状应近于椭圆形断面，导坑断面宜为整个断面的1/3 ，导坑跨度不应大于0.3倍隧道宽度；左右导坑施工时，前后错开距离为1015m，中间土体滞后侧壁1015m；

12、左右部的台阶开挖高度不应超过3.5米，台阶长度控制在23m。 中隔壁临时支护的拆除参照CD法相关要求。,10、超欠挖控制要点 超欠挖控制是隧道施工的关键，控制不好不仅影响工程质量和安全，更会增加施工成本。 做好控制点的复测和隧道进出口的联测工作，加强日常施工放样测量工作。 要根据开挖方法、地质条件等进行动态爆破设计，要有立拱断面采用光面爆破的观念。 对开挖工进行“定置”管理，熟练的、经验丰富的司钻周边眼和掏槽眼。 每茬炮均进行断面检查，及时处理，调整爆破参数。,四、隧道防坍控制要点,1、隧道易塌方的不良地质及地形条件 1.1 隧道洞口边仰坡 1.1.1 易塌方的地形地貌 隧道洞口施工中边仰坡产

13、生塌方滑坡，除施工方法不当外，地形地貌亦是一种潜在因素: 宽谷地段 峡谷陡坡地段的局部缓坡区 山涧盆地边缘地区起伏平缓的丘陵地貌 凸形山坡或凸形山咀 单面山 线状延伸的断层陡崖或其下的崩塌,1、隧道易塌方的不良地质及地形条件 1.1 隧道洞口边仰坡 1.1.2 影响隧道洞口边坡稳定的因素 岩土性质 岩层结构、构造 水文地质条件 风化作用 气候影响 地震作用 地貌因素 其他因素：人类活动,1、隧道易塌方的不良地质及地形条件 1.2 偏压 对于偏压隧道，若施工处理不当，易引发塌方。施工中因地质构造最可能出现偏压的情形： 急倾岩层，节理发育； 急倾岩层，有软弱层； 洞顶有破碎层； 受节理层理作用形成

14、危害； 高边墙侧壁受裂隙切割； 岩壁软弱夹层，泥岩产生偏压和塌方。,1、隧道易塌方的不良地质及地形条件 1.3 滑坡体 （1）滑坡体形成的地形地貌条件容易汇集地表水和地下水的洼形斜坡地段，易受流水冲刷和掏蚀的山区河流的岸缓坡地段，堆积土组成的上陡下缓、下伏基岩向坡外倾斜的斜坡地段。 （2）滑坡与隧道塌方的关系穿越滑坡体会引起大规模塌方，影响隧道的稳定，选线时应绕避。对无法绕避的滑坡，应早期发现，预防为主，综合整治。,1、隧道易塌方的不良地质及地形条件 1.4 断层破碎带 断层破碎带是诱发隧道塌方的主要因素之一。（1）断层地貌的工程地质和水文地质条件 断层带全部充水并成为地下水良好的通道。 断层

15、带局部充水，部分地区形成地下水通道。 断层带本身含水，本身是静贮量，往往很快消耗完。（2）断裂构造与隧道塌方隧道施工通过断裂带时，由于岩体破碎，一般级，容易出现塌方、涌水，危及安全。,1、隧道易塌方的不良地质及地形条件 1.5 岩溶 通过岩溶洞穴时引起的 岩体失稳和岩溶水的侵袭，影响隧道的稳定。 隧道通过岩溶侵蚀地貌有漏斗、溶水洞和岩溶盆地干谷等，当有暗河时，在相应部位的隧道内会出现塌方、涌泥和涌水，施工中需提前做好预测预报。 岩溶堆积地貌多由石灰华，石钟乳，石笋及残余堆积物组成，特别是溶洞堆积物，结构松散，大多土夹石，围岩类别低，隧道通过时极易发生塌方。,1、隧道易塌方的不良地质及地形条件

16、1.6 采空区 隧道通过采空区及地面沉降区，会引发规模不等的塌方。 小型采空顶板岩(土)层的厚度地下矿层大面积采空后，矿层上部失去了支撑，平衡条件破坏，采空区上方岩体及地表随之产生变形，形成漏斗状沉落，隧道通过大面积采空时，易诱发坍方。,Ho埋深；H基岩顶板厚度； h1冒落带高度；M采厚； h2裂隙带高度；矿层倾角； K=H/M采厚比； C地面最大沉降量； 、岩层移动角。,1、隧道易塌方的不良地质及地形条件 1.6 采空区 小型采空顶板的岩土性质直接影响塌陷坑的形态：顶板密实，抗剪强度高时，塌陷坑为坛形井状；土体软弱含水时为漏斗状，顶板岩质坚硬，开挖掌子面宽，常形成塌陷。 长期水位变化、流水的岩质小型采空，水对顶板有顶托作用，水流消失，则托力消失，顶板塌陷向上延伸，易发生地表下沉和突然塌陷。