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1、隧道工程 第6章 隧道工程矿山法施工邵 鹏 中国矿业大学力学与建筑工程学院*隧道矿山法概述围岩预加固方法洞口段施工方法爆破施工技术初期支护施工二次衬砌施工隧道通风与降尘隧道施工组织主要内容隧道施工方法山岭隧道 施工方法浅埋及软土隧道 施工方法水底隧道 施工方法明挖法 地下连续墙 盖挖法 浅埋暗挖法 盾构法掘进机法 矿山法沉管法 盾构法 传统矿山法 新奥法 新意法6.1 隧道矿山法概述（1）定义：指用开挖地下坑道的作业方式修建隧道的施工方法 。 （2）分类传统矿山法新奥法新意法1. 矿山法的概念基本理论：松弛荷载理论爆破方法：普通爆破法支护方法：钢木构件2. 传统矿山法6.1 隧道矿山法概述（1
2、）新奥法的由来和产生背景由来 新奥法是新奥地利隧道施工法（New Austrian Tunneling Method）的简称。由奥地利拉布西维兹教授（L.V.Rabcewicz）于20世纪50年代提出。产生背景 20世纪初出现了锚杆支护方法1940年代末研制成功喷射混凝土机械岩石力学理论为新奥法提供了科学依据3. 新奥法（NATM）6.1 隧道矿山法概述（2）新奥法的定义The New Austrian Tunneling Method（NATM） is based on a concept whereby the ground(rock or soil) surrounding an und
3、erground opening becomes a load bearing structural component through activation of a ring-like body of supporting ground.新奥法是基于一个概念，即通过发挥围岩承载环的主动作用使隧道围岩成为承载结构。6.1 隧道矿山法概述岩承理论（3）新奥法的基本思想应用岩体力学原理，保护围岩和利用围岩自承能力为基点将锚喷支护作为支护的主要手段应及时支护，以便控制围岩变形和松弛，使围岩成为支护结构的组成部分，形成锚杆、喷射砼和围岩共同承载结构进行现场监测，及时反馈围岩-支护复合体的力学动态及其
4、变化，为二次支护提供合理的假设时机，从而指导设计和施工。三大支柱：柔性支护、控制爆破、监控量测 一个中心：充分发挥围岩自身承载能力一个一体化：设计、施工和监测动态一体化6.1 隧道矿山法概述6.1 隧道矿山法概述早封闭柔性支护6.1 隧道矿山法概述共同承载6.1 隧道矿山法概述量测反馈（4）新奥法施工的基本原则少扰动早支护勤测量紧封闭减少围岩扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动时间开挖后及时施作锚喷支护，使围岩变形进入受控状态通过经常性测量来准确评价围岩稳定状态及发展趋势避免围岩因长时间暴露导致强度和稳定性衰减；适时对 围岩施作封闭型支护6.1 隧道矿山法概述新意法即New Italian Tu
5、nneling Method，是20世纪70年代中期意大利Pietro Lunardi教授在围岩压力拱理论和新奥法理论基础上，通过理论分析和现场试验所创立。强调利用掌子面-超前核心土的稳定性来控制隧道变形，并以此为基础对施工方法进行选择。4. 新意法（NITM法，ADECO-RS法）6.1 隧道矿山法概述（1）新意法的核心思想超前核心土的变形对隧道变形的发生发展起关键性作用，隧道塌方一般是由超前核心土的滑动引起的，因此可通过控制其变形特性来对隧道变形进行调整。超前核心土的变形取决于自身强度和刚度，因此可调节其强度和刚度来控制隧道变形，保证长期稳定。6.1 隧道矿山法概述（2）开挖变形反应研究的
6、三个阶段-隧道三种变形类型脱落剥落掌子面 及隧道 塌方A类B类C类6.1 隧道矿山法概述（2）开挖变形反应研究的三个阶段-证实核心土强度的作用6.1 隧道矿山法概述（2）开挖变形反应研究的三个阶段-改良核心土后的稳定性6.1 隧道矿山法概述（3）新意法隧道设计施工程序6.1 隧道矿山法概述6.1 隧道矿山法概述5. 隧道矿山法施工工艺稳定掌子面控制地层松弛控制围岩变形6.2 围岩预加固方法预防工程事故塌方突水突泥滑坡1. 预加固的目的和意义隧道塌方事故案例6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法直接原因岩层倾角陡、节理发育 、岩石破碎，岩层间结 合力差；冰雪融水下渗 软化结构面使其抗剪强
7、度降低。兰新铁路小平羌隧道掌子面坍塌事故，2人死亡 。6.2 围岩预加固方法小平羌隧道塌方救援现场6.2 围岩预加固方法直接原因当年雨水偏多，对地表 裂缝没有明确处理方案 ，造成雨水下渗，影响 初支稳定；上断面为黏 土，下断面为玄武岩， 上断面初支拱脚在黏土 中。2008年，阮家窑隧道进口发生塌方，将隧道整个断面掩埋 。6.2 围岩预加固方法3条主裂缝，宽 15140cm，长 度52m。6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法2008年4月，御河隧道洞内发生塌方冒顶直接原因覆土层为无粘性和强风 化片麻状破碎岩层，隧 道左侧存在一组垂直张 开节理，沿隧道中心有 严重断层破碎带，且岩 石有光滑
8、面。6.2 围岩预加固方法8m深的孔洞。6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法直接原因隧道开挖破坏了含水层 结构，水动力条件和围 岩力学平衡状态急剧改 变，地下水体瞬间释放 ；黄土湿陷，使围岩自 稳能力迅速丧失。宝兰西坪隧道塌方6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法2008年8月，福生庄隧道发生塌方，掩埋整个掌子面。直接原因岩质较软且具有膨胀性 ，施工处于雨季，有裂 隙水下渗导致膨胀加大 ；掌子面拱顶右侧围岩 局部有夹层，出现掉块 。6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法2011年7月大连南山隧道发生坍塌事故，12人被困。直接原因岩质较软且具有膨胀性 ，
9、施工处于雨季，有裂 隙水下渗导致膨胀加大 ；掌子面拱顶右侧围岩 局部有夹层，出现掉块 。6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法2012年9月16日，大广高速象形1#隧道左线距洞口20米处发生塌方 事故，致使16名施工人员被困隧道内。6.2 围岩预加固方法2012年10月10日，位于广西德保县在建的百色至靖西高速公路多贤隧道发生坍塌事故，6人被埋，5死1伤。6.2 围岩预加固方法杭州紫之路隧道塌方6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法直接原因山体土质松软，压垮支 撑后发生坍塌。2015年4月，昆明安企村一号隧道塌方，11人被困2014年5月
10、21日，贵州罗甸县境内边阳隧道发生坍塌事故，造成人 死亡，人受伤。6.2 围岩预加固方法隧道突泥突水事故案例6.2 围岩预加固方法宜万铁路“四宗最”造价最贵：总投资约为227亿元，平均每公里耗资约6000万元，青 藏铁路平均每公里也只花了2900万元。工程最难：穿越喀斯特地貌区，史上施工难度最大的山区铁路工程桥隧最多：桥梁隧道就占到线路总长的74%，达到278公里。历时最长：从2003年12月开工全线铺轨贯通，耗时七年。6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法（a）马鹿箐隧道位于利川市境内，全长7879米，2004年6月正式开工建设。地处清江源头地带，溶腔连通的暗河流
11、域广、汇水范围大 ，被称为“中国铁路建设史上最大的涌水隧道”。6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法2006年1月，马鹿箐隧道出口段平导开挖时发生突水突泥，总突水量18 万立方。造成10人死亡，1人失踪直接原因隧道区域漏斗、落水洞 、暗河十分普遍，岩溶 强烈发育，管道岩溶水 系极为复杂。6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法逃生者讲述：“太可怕了。”21日，平导洞已经开掘到了3152米，安检员彭开军和另外5名工友乘坐电瓶轨道车进到了洞内。到达洞底时，彭开军发现洞顶出现渗水，并开始掉石块。“不好，要出事，快跑。”彭开军大叫一声，他们跳上电瓶车紧急发动。洞顶掉下的
12、石块越来越大。“轰”地一声巨响，洞顶塌了下来，一股巨大的洪水一下子冲了过来。彭开军坐在电瓶轨道车里吓得不敢松手，电瓶车开出不到800米，涌水就赶了上来，一个巨浪将电瓶车盖在了下面。“打死也不敢松手。”“洞内停电了，电瓶车是唯一的逃生希望。” 在漆黑的山洞内，他们6人紧紧抓住电瓶车不松手，随着涌水逃到洞外，所幸的是没有受任何伤。 6.2 围岩预加固方法（2）野三关隧道位于湖北省巴东县野三关镇碗口河和支井河之间，全长13.976公里，是宜万铁路全线最长的隧道，穿越灰岩地层长度8772m，占隧道的63，碎屑岩长度5074m，占隧道的37，另发育5条暗河及管道流。6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法2007年8月，野三关隧道I号线发生突水突泥事故，一个半小时内突水量 15.1万立方，泥石量5.35万立方。隧道被块石、泥沙堵塞约400米，威力巨大 的泥石流将几十吨重的衬砌台车、挖掘机、自卸车、装载机等大型机械设备 冲出500多米远，造成10人死亡。 直接原因当地连续降雨，地表雨 水与地下岩腔及断层水 系相通；存有大容量承 压水体。6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法6.2 围岩预加固方法遂渝高速云雾山隧道突水 引起的设备损坏6.2 围岩预加固方法
