学习资料五_认识隧道施工方法

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1、学习资料五认识隧道施工方法一、施工方法的种类v1、矿山法是传统的施工方法，日本称为“背板法PBMPoling Board Method”,我国称为”钻爆法DBMDrilling and Blasting Method”,或称为”暗挖法UCMUndercutting Method”。v2、新奥法是现代的施工方法，山岭隧道最常用。我国称为“锚喷构筑法”，奥地利称为NATMNew Austrian Tunnelling Method。v3、明挖法（CCMCut And Cover Method）v4、盖挖法v5、盾构法（SDMShield Driven Method）v6、掘进机法（TBMTunne

2、l Boring Machine）v7、沉埋法（沉管法ITTMImmersed Tube Tunnelling Method）二、施工方法及其适用条件矿矿山法 （钻钻爆法 ）新奥法 （锚喷锚喷 构筑法 ）明挖法盖挖 法盾构法掘进进 机法沉埋 法山岭 隧道适用 最常用浅埋段 适用软软岩段 适用适用浅埋隧道 （软软岩、土质质 ）可用 加特殊措施适用适用适用适用水下隧道 （水下地层层中 ）硬岩段适用软软岩段 适用水底隧道 （水下河床上 ）适用施工 方法地层 条件第三节 新奥法一、隧道施工应遵循的基本原则归纳起来，施工中不管采用哪种方法，都必须遵循的基 本技术原则是(1) 因为围岩是隧道的主要承载单元

3、，所以要在施工中充分 保护和爱护围岩(2) 为了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制的 变形(3) 变形的控制主要是通过支护阻力(即各种支护结构)的效 应达到的(4) 在施工中，必须进行实地量测监控，及时提出可靠的、 足够数量的量测信息，以指导施工和设计(5) 在选择支护手段时，一般应选择能大面积的、牢固的与 围岩紧密接触的、能及时施设和应变能力强的支护手段(6) 要特别注意，隧道施工过程是围岩力学状态不断变化的 过程(7) 在任何情况下，使隧道断面能在较短时间内闭合是极为 重要的(8) 在隧道施工过程中，必须建立设计施工检验地质预 测量测反馈修正设计的一体化的施工管理系统，以不断 地提

4、高和完善隧道施工技术上述隧道施工的基本原则可扼要地概括为：“少扰动、 早喷锚、勤量测、紧封闭”。在实际施工过程中，这些原则也不是一成不变的，应该 结合实际情况进行完善和提高。二、新奥法的分类及施工工序新奥法施工，按其开挖断面的大小及位置，基本上又可分为以下几种： 全断面开挖法 台阶法其中包括：(1) 长台阶法 (2) 短台阶法 (3) 超短台 阶法 分部开挖法(1) 台阶分部开挖法(环形开挖留核心土法)(2) 中隔壁法(单侧壁导坑法、CD法) (3) 双侧壁导坑法(眼镜法)等新奥法的施工工序可用以下框图(图5-1)表示：图 5-1三、开挖方法按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面

5、开挖法、台阶开挖法、分部开挖法。 （一）全断面开挖法全断面开挖法是按设计开挖断面一次开挖成型(图5-2)。1. 全断面法施工的顺序(1) 施工准备完成后，用钻孔台车钻眼，然后装药，联接起 爆网路(2) 退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面(3) 进行通风、撒水，排烟、降尘(4) 排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土(5) 用装碴机将石碴装入矿车或运输机，运出洞外(6) 安设边墙锚杆和喷混凝土(7) 必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土(8) 开始下一轮循环(9) 在初次支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期灌注内 层衬砌图5-2 全断面开挖法1-全断面开挖法; 2-锚喷支护; 3

6、-模筑混凝土衬砌2 . 适用条件 全断面法适用于岩层覆盖条件简单、岩质较均匀的硬岩中。必须具备大型施工机械。隧道长度或施工区段长度不宜 太短。根据经验，这个长度不应小于1km。3 . 全断面开挖法的优缺点优点有较大的工作空间，适用于大型配套机械化施工，施工速度较快，且因单工作面作业，便于施工组织和管理。有较 大的断面进尺比(即开挖断面面积与掘进进尺之比)，可获得较好的爆破效果，且爆破对围岩的震动次数相对较少，有利于围岩的稳定。一般应尽量采用全断面开挖法。 缺点要求进行分段装药，严格的控制爆破设计，尤其是对于稳定性较差的围岩。因开挖面大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，因此要求具有较

7、强的开挖、出渣能力和相应的支护能力。 (二) 台阶开挖法台阶开挖法一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型。台阶法包括长台阶法、短台阶法和超 短台阶法等三种，其划分是根据台阶长度来决定如图5-3所示。图5-3 台阶法施工形式1. 长台阶法2. 上、下断面相距较远，一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。施工时上下部可配属同类机械进行平行作业，当机械不足时也可用一套机械设备交替作业，即在上半断面开挖一个进尺，然后再在下断面开挖一个进尺。当隧道长度较短时，亦可先将上半断面全部挖通后，再进行下半断面施，即为半断面法。(1) 长台阶法的作业顺序为： 上半断面开挖： 用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破

8、，地层较软时亦可用 挖掘机开挖 安设锚杆和钢筋网，必要时加设钢支撑、喷射混凝土(2) 优缺点及适用条件：有足够的工作空间和相当的施工速度，上部开挖支护后，下部作业就较为安全，但上下部作业 有一定的干扰。相对于全断面法来说，长台阶法一次开挖的 断面和高度都比较小，只需配备中型钻孔台车即可施工。凡 是在全断面法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬不要用底拱封 闭断面的情况，都可采用长台阶法。 用推铲机将石碴推运到台阶下，再由装载机装入车内运至 洞外下半断面开挖： 用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破、装碴直接运至洞外 安设边墙锚杆(必要时)和喷混凝土 用反铲挖掘机开挖水沟，喷底部混凝土2. 短台阶法台阶长度小于5

9、倍但大于11.5倍洞跨。上下断面采用平行作业。短台阶法的作业顺序和长台阶相同优缺点及适用条件：短台阶法可缩短支护结构闭合的时间，改善初次支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和 量值，级围岩都能采用，尤其运用于、级围岩，是新奥法施工中经常采用的方法。缺点是上台阶出碴时对下 半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业。可采用长皮带 机运输上台阶的石碴；或设置由上半断面过渡到下半断面的 坡道。过渡坡道的位置可设在中间，也可交替地设在两侧。 过渡坡道法通用于断面较大的双线隧道中。3 . 超短台阶法台阶仅超前35m，只能采用交替作业。(1) 超短台阶法施工作业顺序 用一台停在台阶下的长臂挖掘机或单臂掘进机

10、开挖上半 断面至一个进尺 安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑，喷拱部混凝土 用同一台机械开挖下半断面至一个进尺。安设边墙锚杆 、钢筋网或接长钢支撑，喷边墙混凝土(必要时加喷拱部 混凝土) 开挖水沟、安设底部钢支撑，喷底拱混凝土。灌注内层 衬砌(2)优缺点及适用条件由于超短台阶法初次支护全断面闭合时间更短，更有利于控制围岩变形。在城市隧道施工中，能更有效的控制地表沉陷。所以，超短台阶法适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面的场合。当然，也适用于机械化程度不高的各类围岩地段。缺点是上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰较大生产效率较低，施工速度较慢。在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面

11、的稳定性，必要时可对开挖面进行预加固或预支护。(三)分部开挖法分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖，故也可称为导坑超前开挖法。分部开挖法可分为三种变化方案：台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧 壁导坑法，见图5-4。1. 台阶分部开挖法(又称环形开挖留核心土法)(1) 开挖面分部形式一般将断面分成为环形拱部（图5-4(a)中的1、2、3）、上部核心土4、下部台阶5等三部分。(3) 优缺点及适用条件能迅速及时地建造拱部初次支护，开挖工作面稳定性 好。核心土和下部开挖都是在拱部初次支护保护下进行的 ，施工安全性好。这种方法适用于一般土质或易坍塌的软 弱围岩中。(2) 施工作业

12、顺序 用人工或单臂进机开挖环形拱部。或根据断面的大小，环 形拱部又可分成几块交替开挖 安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑、喷混凝土 在拱部初次支护保护下，用挖掘机或单臂掘进机开挖核心 土和下台阶，随时接长钢支撑和喷混凝土、封底 根据初次支护变形情况或施工安排建造内层衬砌2 . 单侧壁导坑法(1) 开挖面分部形式一般将断面分成三块：侧壁导坑1、上台阶2、下台 阶3，见图5-4(b)。侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用，并考虑机械设备和施工条件而定。 (1) (2) 优缺点及适用条件(2) 单侧壁导坑法是将断面横向分成3块或4块，每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初次支护承载能 力大，所以，单侧

13、壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉 陷难于控制的软弱松散围岩中。图5-4 台阶开挖形式 3. 双侧壁导坑法(又称眼镜工法)(1) 开挖面分部形式一般将断面分成四块：左、右侧壁导坑1、上部核心土2、下台阶3 ，见图6-6(c)。导坑尺寸拟定的原则同前，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。(2) 施工作业顺序 开挖一侧导坑，并及时地将其初次支护闭合 相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初次支护 开挖上部核心土，建造拱部初次支护，拱脚支承在两侧壁 导坑的初次支护上(3) 优缺点及适用条件当隧道跨度很

14、大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。现场实测表明，双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台 阶法的1/2。双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面闭合的时间长，但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工中间变形几乎不发展。双侧壁导坑法施工安全，但速度较慢，成本较高。 开挖下台阶，建造底部的初次支护，使初次支护全断面 闭合 拆除导坑临空部分的初次支护 建造内层衬砌三线大跨隧道双侧壁导坑法施工(右上)运用“双侧壁导坑法”修建国内第一大跨双连拱的公路 隧道最大开挖跨度32.6米的京珠高速公路五龙岭隧道， 1998年10月开工，19

15、99年11月全隧贯通（左下）国内第一座海底储气工 程汕头LPG工程，1997年10月开工，1999年12月建成CRD工法超浅埋大跨度施工技术大跨隧道软弱围岩施工第四节 其它施工方法 一、明挖法明挖法是从地表面向下开挖，形成露天的基坑，然后在基 坑中修筑衬砌，敷设外贴式防水层，最后用土回填。 明挖法施工中，基坑 的开挖方式常用的有如 下几种：（一） 放坡开挖适用于隧道埋深较 浅、地势、地面空旷， 土质稳定，地下水位较 低的情况。此法机械化 程度高，施工速度快， 质量也易得到保证。 图 5-11 放坡开挖法（二）支护开挖法基坑的支护开挖法是将基坑围护结构插入基坑底部以下， 开挖到设计标高后，再进行

16、主体结构施工。视边坡的稳定性， 基坑内既可设置支撑，也可不设。1. 基坑内无支撑(图5-12)2. 围护结构有支撑当基坑深度较大，开挖时除采用围护结构外，还常采用支撑加强围护结构以抵抗较大的侧压力。支撑分为水平支撑、斜支撑以及采用锚杆加固围护结构。 图5-12 悬臂支护开挖法(1) 水平支撑水平支撑常用的形式有横 撑和角撑(图5-13)，基坑拐角或断面变化处用角撑，其它一般 用横撑。采用水平支撑的优点 是：墙体水平位移小；安全可 靠，开挖深度不受限制；但要 求围护结构的平面形状比较规 则，以矩形为最佳。开挖基坑 宽度较大时，支撑应加设中间 支柱来保持其稳定性。中间支 柱应在开挖前按设计位置作好 。 图5-13水平支撑开挖支护(a)立面图 (b)平面图(2)斜支撑 斜支撑是在基坑横向宽度较大或形状不规则，不便使用