隧道設(shè)計對施工技術(shù)的要求.ppt

1、隧道設(shè)計對施工技術(shù)的要求,中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司 2014年9月,程 勇 隧道與地下工程院總工 教授級高工,主要匯報內(nèi)容,（1）隧道設(shè)計理念與方法 （2）隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求 （3）隧道動態(tài)設(shè)計,3,一、隧道設(shè)計理念與方法,按用途分： 1、鐵路隧道（數(shù)量最多） 2、公路及城市道路隧道（跨度最大） 3、地鐵隧道（發(fā)展最快） 4、輸水隧道（正在發(fā)展） 5、排水隧道 6、油氣輸送隧道 7、城市公用管線隧道（電力、通信、燃?xì)獾龋?按建設(shè)條件分： 1、山嶺隧道 2、城市隧道 3、水下隧道,按施工方法分： 1、鉆爆法隧道 2、沉管法隧道 3、掘進(jìn)機(jī)法隧道 4、明挖法隧道,4,公路隧道

2、一般可分為三類,1、山嶺公路隧道,以鉆爆法、明挖法施工為主,2、城市公路隧道,以鉆爆法、明挖法、盾構(gòu)法施工為主,3、水下公路隧道,以鉆爆法、盾構(gòu)法、沉管法及圍堰明挖法施工為主,一、隧道設(shè)計理念與方法,5,公路隧道應(yīng)注意根據(jù)地質(zhì)條件確定隧道位置,避開重大斷層破碎帶 避開富水構(gòu)造 避開重大不良地層 避開洞口不穩(wěn)定地層,一、隧道設(shè)計理念與方法,6,幾個典型隧道布置方案,一、隧道設(shè)計理念與方法,7,避開嚴(yán)重偏壓地帶：施工過程中易失穩(wěn)，支護(hù)費(fèi)用較高 避開陡崖地帶：易坍塌、施工場地不宜展開 避開易被洪水沖擊的地帶：易影響施工及運(yùn)營安全,公路隧道根據(jù)地形條件確定洞口位置,一、隧道設(shè)計理念與方法,8,幾個典型

3、公路隧道洞門,一、隧道設(shè)計理念與方法,9,靈活選擇公路隧道的設(shè)置形式及平縱面布置方式,一、隧道設(shè)計理念與方法,10,1,2,3,充分重視公路隧道的輔助施工措施設(shè)計，使其與地質(zhì)條件更具有針對性,一、隧道設(shè)計理念與方法,11,充分重視大跨度隧道及軟弱圍巖地段隧道的施工開挖方法設(shè)計，使其與隧道跨度、地質(zhì)條件相適應(yīng)。,公路隧道常用施工開挖方法,一、隧道設(shè)計理念與方法,12,圍巖位移支護(hù)特征曲線,充分重視大跨度隧道及軟弱圍巖地段隧道的襯砌設(shè)計，注意與輔助施工方法及開挖方法的密切配合。,一、隧道設(shè)計理念與方法,13,新奧法基本原則可歸納為如下幾點： 將圍巖視為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，應(yīng)充分利用圍巖的自身承載能力

4、； 根據(jù)量測結(jié)果確定支護(hù)參數(shù)及支護(hù)施作時間； 開挖斷面要圓順，開挖步驟要少，以盡量減少對周邊巖體的擾動破壞； 控制洞室周邊變形，以減少松散荷載，同時又容許洞室周邊圍巖有有限的變形，以減少周邊變形荷載； 襯砌必須是薄而柔性的結(jié)構(gòu)。 值得注意的問題：軟弱圍巖、不良地質(zhì)地段及地層變形控制嚴(yán)格的隧道，應(yīng)正確理解和運(yùn)用新奧法。,一、隧道設(shè)計理念與方法,14,充分重視特長隧道通風(fēng)防災(zāi)救援設(shè)計，需要較強(qiáng)綜合設(shè)計技術(shù)，確保有效、節(jié)能。,一、隧道設(shè)計理念與方法,15,其他： 1、充分重視隧道防排水系統(tǒng)細(xì)節(jié)設(shè)計，保證后期隧道運(yùn)營與結(jié)構(gòu)安全。 2、注重標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計工作，以便于施工與質(zhì)量檢驗。 3、注重各種建設(shè)條件下安

5、全設(shè)計與預(yù)設(shè)計。 4、堅持依據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報與監(jiān)控量測進(jìn)行動態(tài)設(shè)計。,一、隧道設(shè)計理念與方法,16,運(yùn)營管理系統(tǒng)設(shè)計： 1、隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計 2、隧道照明系統(tǒng)設(shè)計 3、隧道消防系統(tǒng)設(shè)計 4、隧道給排水系統(tǒng)設(shè)計 5、隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計 6、隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 7、隧道安全設(shè)施設(shè)計 8、隧道防災(zāi)與救援設(shè)計 9、隧道綠化與景觀設(shè)計,土建工程設(shè)計： 1、總體設(shè)計（平縱橫設(shè)計） 2、洞口段設(shè)計(洞門、明洞) 3、隧道襯砌設(shè)計 4、豎井斜井等通風(fēng)構(gòu)造物設(shè)計 5、隧道防排水系統(tǒng)設(shè)計 6、輔助施工措施設(shè)計 7、施工開挖方法設(shè)計 8、路基路面設(shè)計 9、橫洞及溝管等附屬工程設(shè)計 10、監(jiān)控量測方案設(shè)計 11、超前地質(zhì)

6、預(yù)報方案設(shè)計 12、施工組織方案設(shè)計,公路隧道設(shè)計：土建工程設(shè)計與運(yùn)營管理系統(tǒng)設(shè)計,一、隧道設(shè)計理念與方法,17,做好隧道設(shè)計的關(guān)鍵： 1、做好綜合設(shè)計是隧道質(zhì)量與安全的基礎(chǔ) 2、洞口設(shè)計是隧道設(shè)計成敗的關(guān)鍵 3、充分重視隧道結(jié)構(gòu)計算與分析 4、施工工序設(shè)計是隧道設(shè)計的重要部分 5、輔助施工措施設(shè)計是保證隧道施工安全關(guān)鍵 6、隧道動態(tài)設(shè)計是確保隧道建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵 7、隧道設(shè)計及施工必須用數(shù)據(jù)說話 8、細(xì)節(jié)決定成?。ㄔO(shè)計與施工）,一、隧道設(shè)計理念與方法,18,1、洞口施工必須注意從上到下，邊開挖邊防護(hù)。 2、在進(jìn)行明洞開挖過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)地形、地質(zhì)條件與設(shè)計值相差太大時應(yīng)及時提出，必要時應(yīng)調(diào)整設(shè)計

7、方案。 3、明洞未施作完畢前不得進(jìn)洞（暗洞）開挖施工。 4、隧道暗洞開挖前還應(yīng)做好緊急救援設(shè)施準(zhǔn)備與相關(guān)演練。 5、只有在施作明洞仰拱（達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度）后才能進(jìn)行兩側(cè)及拱部土體回填。,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,19,6、超前支護(hù)是確保隧道施工與結(jié)構(gòu)安全的重要手段，確保每循環(huán)施工質(zhì)量與搭接長度滿足要求。 7、選擇適宜的隧道爆破方法,嚴(yán)格控制爆破震動，加強(qiáng)監(jiān)測,減少施工過程中對周邊圍巖以及已施工完襯砌的擾動,盡量發(fā)揮圍巖的自身承載能力。 8、不得隨意改變設(shè)計施工方法。 9、嚴(yán)格控制隧道超、欠挖，超挖部分應(yīng)采用噴射混凝土或同標(biāo)號混凝土澆筑密實。 10、施工中應(yīng)注意噴射混凝土以及鋼筋網(wǎng)與圍巖的

8、密貼，初噴混凝土為施作不到進(jìn)行鋼拱架施工。,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,20,11、鋼拱架環(huán)縱向連接、鎖腳是初期支護(hù)的核心。 12、系統(tǒng)錨桿不是形同虛設(shè)，其在隧道支護(hù)體系中占有舉足輕重的地位。施工時應(yīng)根據(jù)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育情況靈活調(diào)整。 13、初期支護(hù)落底應(yīng)嚴(yán)格按兩側(cè)錯開跳槽實施，嚴(yán)格控制單側(cè)一次落底長度。 14、初期支護(hù)仰拱應(yīng)按設(shè)計要求的弧度及深度及時實施，嚴(yán)禁與二次襯砌仰拱同時實施。 15、初期支護(hù)完畢后嚴(yán)格按設(shè)計進(jìn)行拱墻部防排水系統(tǒng)施工，二襯施工前應(yīng)仔細(xì)檢查并做好記錄。防水板搭接質(zhì)量應(yīng)滿足規(guī)范要求。,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,21,16、二次襯砌仰拱應(yīng)整幅一次施工，仰拱回

9、填嚴(yán)禁采用洞渣或其他廢料填充，路面整平層施工時注意路面下橫縱向排水系統(tǒng)的施工質(zhì)量。 17、二襯施作時機(jī)應(yīng)科學(xué)，監(jiān)控量測及應(yīng)用是核心。 18、注意二襯臺車強(qiáng)度與剛度，二襯混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計強(qiáng)度70%時嚴(yán)禁移走臺車，注意襯砌混凝土的養(yǎng)護(hù)。 19、二襯鋼筋應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計控制保護(hù)層厚度，鋼筋搭接焊接應(yīng)滿足規(guī)范要求。 20、做好二襯施工縫變形縫防水措施，在結(jié)構(gòu)與地質(zhì)變化處應(yīng)設(shè)置變形縫，變形縫處仰拱與邊墻拱部應(yīng)同時斷開。,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,22,21、二次襯砌施作完成后應(yīng)全面檢查其背后與初期支護(hù)之間的空隙,一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時回填。 22、斷層、溶洞、瓦斯、高地應(yīng)力等不良地質(zhì)地段應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實測地

10、質(zhì)信息進(jìn)行針對性方案設(shè)計與施工。巖溶地段應(yīng)重點解決好水和結(jié)構(gòu)受力的問題。 23、施工時應(yīng)注意預(yù)留洞室及預(yù)埋件的設(shè)置。 24、施工過程中應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報工作，特別是對地層變化、圍巖變更及水文條件變化處的超前預(yù)測預(yù)報等，并根據(jù)各種測試的結(jié)果，及時修正設(shè)計。 25、隧道施工要重視保護(hù)生態(tài)環(huán)境,實行文明施工,盡量減少對隧道附近環(huán)境的破壞。,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,23,隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)一般由噴錨初期支護(hù)與模注混凝土二次襯砌組成，如果巖體很差，在初期支護(hù)的噴射混凝土中還必須設(shè)置鋼拱架；如果圍巖自穩(wěn)時間較短，還必須考慮設(shè)置超前支護(hù)。這些支護(hù)，包括周邊巖體，共同構(gòu)成了隧道抵抗圍巖變形與松散塌落

11、的承載體系。因此隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該包含如下幾個方面： 超前支護(hù)：超前錨桿，超前小導(dǎo)管，超前長管棚，超前注漿等。 圍巖：自然巖體，注漿改良后的巖體等。 初期支護(hù)：噴射混凝土，鋼筋網(wǎng)，系統(tǒng)錨桿，鋼拱架等。 二次襯砌：素混凝土，鋼筋混凝土等。 隧道各部分支護(hù)結(jié)構(gòu)在一定條件下均具有維持洞室穩(wěn)定的作用，也就是說各部分結(jié)構(gòu)在一定條件下存在一定的抵抗周邊荷載的能力，這就是結(jié)構(gòu)的承載能力。,支護(hù)承載能力,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,24,新奧法施工就是隨著隧道開挖面的推進(jìn)，在監(jiān)測信息指導(dǎo)下，適時而安全地將支護(hù)結(jié)構(gòu)分階段地施作完成。因此作為新奧法施工的靈魂監(jiān)控量測，必須解決如下幾個問題： （1）了解施工過

12、程的可行性，以便合理進(jìn)行施工組織。 （2）了解施工過程中已施作的各部分結(jié)構(gòu)的安全度，以確保施工安全。 （3）了解結(jié)構(gòu)在使用期間的安全度，以保證工程質(zhì)量。 作用在隧道結(jié)構(gòu)上的荷載是隨著開挖面的推進(jìn)及時間的流逝而逐漸增加的，而隧道結(jié)構(gòu)也存在一個分步施作的問題，從某種程度上講，要保證隧道施工安全，就必須保證結(jié)構(gòu)承載能力的提高速率適當(dāng)高于圍巖荷載的增加速率。,支護(hù)承載能力,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,25,支護(hù)承載能力與隧道荷載變化關(guān)系,支護(hù)承載能力,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,26,錨桿的作用 系統(tǒng)錨桿一般使用在巖體較破碎的地段，通過密而長的錨桿在洞室周圍形成一個具有一定承載能力的承

13、載拱，因此計算系統(tǒng)錨桿的承載能力應(yīng)將其與圍巖當(dāng)成一個整體來看待。,系統(tǒng)錨桿的承載能力,支護(hù)承載能力,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,27,對于類及類偏差的圍巖地段，噴射混凝土層內(nèi)部一般均設(shè)有鋼拱架，此時噴射混凝土層較厚（約1830cm），其承載能力較強(qiáng)，應(yīng)將噴混凝土層與鋼拱架視為整體考慮其承載能力 。,鋼拱架的承載能力,支護(hù)承載能力,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,28,當(dāng)在二次襯砌與初期支護(hù)之間設(shè)有防水層，圍巖對二次襯砌的彈性抗力應(yīng)只考慮徑向壓力。彈性抗力分布形式可按假定荷載法計算，如果采用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算時，按照溫克爾彈性地基梁理論根據(jù)各節(jié)點實際產(chǎn)生的徑向向外的位移計算彈性抗力

14、則更加合理。進(jìn)行仰拱內(nèi)力計算時一般采用完全的彈性地基梁理論，主要原因是仰拱一般與下部圍巖完全密貼，具備完全彈性地基梁的變形受力條件。,二次襯砌的承載能力,支護(hù)承載能力,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,29,在工程實踐中，我們已經(jīng)認(rèn)識到輔助工法的重要性，在這方面我們也做了相當(dāng)?shù)呐?，取得的成就是不言而喻?我們許多隧道都是采用在有效的輔助工法建成的就是一個證明。在不良圍巖或特殊圍巖中修筑隧道，輔助工法是不可缺少的技術(shù)對策。,輔助工法,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,30,輔助工法,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,第一點：隧道結(jié)構(gòu)物的特點 眾所周知,隧道施工的基本目的是在各類地質(zhì)體圍巖

15、中修筑為各種目的服務(wù)的、長期穩(wěn)定的洞室結(jié)構(gòu)體系。 在隧道工程的設(shè)計、施工和運(yùn)營中，我們必須清楚地認(rèn)識這種結(jié)構(gòu)體系的特點。從結(jié)構(gòu)角度看,這個結(jié)構(gòu)體系是由周圍地質(zhì)體（圍巖）和各種支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的,即 洞室結(jié)構(gòu)體系=周圍地質(zhì)體（圍巖）+支護(hù)構(gòu)件 它是由天然的、具有固有的應(yīng)力場、滲流場、溫度場的地質(zhì)體和人工的支護(hù)構(gòu)件構(gòu)成的，這與地面結(jié)構(gòu)體系是完全不同的。在這個結(jié)構(gòu)體系中，周圍地質(zhì)體（圍巖）起著主導(dǎo)的作用。例如在充分穩(wěn)定的地質(zhì)體（圍巖）中，可以不需要任何結(jié)構(gòu)意義上的支護(hù)構(gòu)件，而處于長期穩(wěn)定的狀態(tài)。如一些天然洞穴的存在，人工修筑的無支護(hù)構(gòu)件的洞室（黃土窯洞、無支護(hù)坑道等）等。就是需要支護(hù)的地質(zhì)體（圍巖），也

16、只是需要薄薄一層噴混凝土或者幾根錨桿、幾榀鋼架就可以使之成為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這也說明，周圍地質(zhì)體是主要的承載體。,31,與之相適應(yīng)的力學(xué)過程如下,第二點：隧道施工過程的特點 從工程結(jié)構(gòu)的角度看，這種結(jié)構(gòu)體系的形成則是通過一定的施工過程或者說是一定的力學(xué)過程來實現(xiàn)的.這個過程大體上可作如下表達(dá)。,簡單地說，這個過程是動態(tài)的，力學(xué)狀態(tài)的變化過程。隧道施工也就是一個應(yīng)力釋放與應(yīng)力控制的過程。應(yīng)力釋放到什么程度，是可以通過一定的人為的干涉手段(支護(hù))加以控制的。因此，施工過程就是利用和控制圍巖動態(tài)變形（應(yīng)力）的過程。,輔助工法,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,32,第三點：隧道變形過程及其類型 前面提

17、到，隧道工程，歸根結(jié)底，就是一個應(yīng)力釋放和應(yīng)力控制的 問題。應(yīng)力釋放的直接后果，就是引起周邊圍巖的變形和松弛。因此， 應(yīng)力控制實質(zhì)上就是控制圍巖的變形和松弛。也就是說如何在開挖和支 護(hù)過程中，使圍巖不松弛或少松弛，這是隧道設(shè)計施工的主要原則。圍 巖松弛與圍巖變形直接相關(guān)。也就是說要想控制住圍巖的松弛，就要控 制住圍巖的變形。 因此，認(rèn)識和掌握圍巖在開挖后是如何變形及其變形的過程是非常 重要的。,輔助工法,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,33,從圖可知，在計算條件下，從掌子面前方到掌子面后方一定范圍內(nèi)的拱頂下沉分布規(guī)律，大致如下。 1）隧道開挖后在掌子面前方一定范圍內(nèi)（2a5a）產(chǎn)生了下沉，

18、我們稱之為“先行位移”或稱為掌子面前方的位移； 2）在掌子面處，產(chǎn)生一定量的“初始位移”，此值與地質(zhì)條件關(guān)系密切，視圍巖條件的不同，約為最終位移值的2050左右，這個位移是開挖后瞬間發(fā)生的；我們目前的量測技術(shù)是量測不到的； 3）在掌子面后方，隨掌子面的推進(jìn)，產(chǎn)生不斷增大的位移，其特點是初期的位移速度很大，而后增長的速度逐漸減緩，并趨于穩(wěn)定。 這是處于一般圍巖中的隧道變形的基本規(guī)律。,輔助工法,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,34,隧道開挖后的變形二維概貌,輔助工法,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,35,開挖后位移三維概貌,由上述各圖可知，隧道開挖后隧道的變形可分為掌子面前方的先行位移、

19、掌子面位移及掌子面后方的位移三種。這三種位移是同時發(fā)生的。在所隧道施工中，各種支護(hù)方法的就是要抑制這些位移的發(fā)展，也就是抑制由這些位移引起的圍巖松弛。因此，對設(shè)計、施工來說就是要搞清楚這三種位移（變形）的產(chǎn)生條件和發(fā)展規(guī)律，并通過什么手段來控制其發(fā)展。,輔助工法,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,36,上述3點基本認(rèn)識，引申出來的就是隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計施工的4點基本原則。 1、最大限度地利用圍巖固有的支護(hù)能力； 2、必須以不同的施工方法和支護(hù)方法，控制開挖后產(chǎn)生的不同的位移； 3、初期支護(hù)與圍巖必須成為一體，才能發(fā)揮其控制變形的功能； 4、在不良地質(zhì)、地形條件下，初期支護(hù)斷面早期閉合，極力控制圍巖

20、的松弛及其發(fā)展。,輔助工法,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,37,如何實現(xiàn)上述理念，是需要我們認(rèn)真對待的問題。所謂的隧道施工技術(shù)都是圍繞上述理念形成的。例如，如何控制掌子面前方的先行位移？如何控制拱腳下沉？如何利用圍巖固有的支護(hù)功能？如何快速使初期支護(hù)斷面早期閉合？如何等等問題，都需要一定的施工技術(shù)，予以解決。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,38,這里所謂的關(guān)鍵技術(shù)，就是開挖和支護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)。開挖是應(yīng)力釋放的方法，不同的開挖方法，應(yīng)力釋放的過程及程度也是不同的，支護(hù)則是應(yīng)力控制的方法，同樣地，不同的支護(hù)方法應(yīng)力控制的過程和程度也是不同的。除開挖、支護(hù)作業(yè)外，其他作業(yè)都是

21、輔助性的，如運(yùn)輸、排水、通風(fēng)、量測、地質(zhì)超前預(yù)報等。但這些作業(yè)也是左右開挖、支護(hù)成敗的關(guān)鍵，也不能忽視。 因此作為關(guān)鍵技術(shù)主要指：開挖、支護(hù)。,一、控制隧道變形的關(guān)鍵技術(shù),開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,39,開挖、支護(hù)作業(yè)的關(guān)系定位,在礦山法施工中，開挖和支護(hù)是密切相關(guān)的。根據(jù)地質(zhì)情況，其關(guān)系大致可分為以下幾類： 只挖不支；在無需支護(hù)的硬質(zhì)圍巖中采用的方法； 先挖后支；開挖后進(jìn)行支護(hù)的一般地質(zhì)、地形條件下采用的方法； 先支后挖；開挖前進(jìn)行支護(hù)的特殊地質(zhì)、地形條件下采用的方法。 我主要談在“先支后挖”情況下，應(yīng)該采取的技術(shù)對策，即：輔助工法。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)

22、鍵性工藝要求,40,所謂的“先支后挖”的基本概念就是：在特殊地質(zhì)、地形條件下要： 1、先行支護(hù)（預(yù)支護(hù)）抑制掌子面前方先行位移（變形）和掌子面位移（變形），確保掌子面和拱頂?shù)姆€(wěn)定； 2、開挖后再用初期支護(hù)抑制掌子面后方位移、拱腳下沉、及早閉合斷面，使變形（位移）在一定范圍內(nèi)收斂，形成一個穩(wěn)定的隧道結(jié)構(gòu)體系。 一般說，初期支護(hù)只能抑制掌子面后方位移的發(fā)展。對控制先行位移和掌子面位移是無能為力的。因此，為完成上述任務(wù)，就不得不借助輔助工法。這也說明了，輔助工法在不良地質(zhì)、地形條件下修建隧道的重要作用。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,41,二、輔助施工措施,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計

23、對施工的關(guān)鍵性工藝要求,42,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,輔助施工是為保證施工安全而采用的臨時支護(hù)或臨時加固措施。 隧道常用輔助施工措施按其功能和效果，可分為地層穩(wěn)定措施與涌水處理措施，地層穩(wěn)定措施又可分為地層支護(hù)措施與地層加固措施，涌水處理措施又可分為排水措施與注漿止水措施。 輔助施工措施一般不考慮其支護(hù)能力對結(jié)構(gòu)永久安全的影響。如需考慮其永久作用時，應(yīng)進(jìn)行專門分析研究后確定。,43,三、控制掌子面失穩(wěn)的技術(shù),開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,44,1、傾斜的掌子面,為了提高掌子面穩(wěn)定性和作業(yè)人員的安全，采用傾斜的掌子面進(jìn)行開挖，可取得良好的穩(wěn)定效果。其施工

24、步驟示于下圖。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,45,2、掌子面加固,設(shè)置掌子面錨桿的目的是給全斷面開挖創(chuàng)造條件。掌子面錨桿的長度一般都在630m之間，為便于后期掌子面土體開挖，可采用玻璃纖維錨桿。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,46,掌子面錨桿是向掌子面前方大致水平的打設(shè)錨桿的工法（圖5.22）。掌子面錨桿有短錨桿和長錨桿，前者是以防止松弛和裂隙張開等小崩落和巖塊掉落為目的的，后者則以控制先行位移為目的的。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,47,3、留核心土,根據(jù)研究表明，不留核心土的場合，掌子面擠出量超過70mm的部分可達(dá)到掌子面前方1.3

25、m，而留有核心土的場合，掌子面擠出量超過70mm的部分，只達(dá)到掌子面前方0.6m處。核心土對控制掌子面擠出的效果較好。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,48,四、控制拱頂失穩(wěn)、坍塌,在復(fù)雜地質(zhì)、地形條件下，要想安全施工必須確保掌子面的穩(wěn)定和極力控制圍巖的松弛和坍塌，除加強(qiáng)初期支護(hù)外，必須采用有效的超前支護(hù)技術(shù)。超前支護(hù)技術(shù)它不是輔助性的，而是支護(hù)技術(shù)中的主要方法之一，與噴混凝土、錨桿以及鋼架具有同等的重要性。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,49,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,50,預(yù)襯砌法是用厚約混凝土殼或砂漿殼，形成比較柔軟的拱殼，也可以用

26、厚約形成剛性比較大的拱殼。柔軟的拱殼主要用于穩(wěn)定掌子面，剛性大的拱殼用于控制地表下沉。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,51,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,52,五、加強(qiáng)初期支護(hù),初期支護(hù)是抑制掌子面后方位移的主要方法。目前，加強(qiáng)初期支護(hù)有兩種做法，一種是加大噴混凝土的厚度、加密鋼架間距或者縮小錨桿間距；另外一種做法是改變噴混凝土的性能、提高鋼架的規(guī)格和采用抗拔力大的錨桿。目前國內(nèi)主要采用前一種做法，國外則主要采用后一種做法。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,53,開挖與支護(hù),六、控制拱腳下沉、失穩(wěn) 在臺階法施工中，控制拱腳下沉目前采用的方法有

27、擴(kuò)大拱腳、鎖腳錨桿、臨時仰拱、橫撐等方法。 腳部補(bǔ)強(qiáng)可以把集中在腳部的荷載分散到周邊的圍巖中，同時提高了腳部圍巖的強(qiáng)度和變形特性，而能夠抑制圍巖的破壞和變形。同時也有抑制剪切變形和抵抗水平力的效果。,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,54,有無腳部鋼管樁的腳部下沉的比較,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,55,七、初期支護(hù)及時閉合 在復(fù)雜地質(zhì)條件下，一個重要的原則，就是盡可能地在短時間內(nèi)閉合斷面。包括分部開挖斷面的臨時閉合。如上臺階的臨時閉合、各種導(dǎo)洞的臨時閉合等。施工中雖然大家都認(rèn)識到臨時閉合的重要性，但常常卻做不到這一點。 這里我們強(qiáng)調(diào)的是時間因素。因為開挖后的圍巖動態(tài)的發(fā)

28、展與時間密切相關(guān)。 從時間概念上說，應(yīng)該考慮的是： 1）從開挖到設(shè)置支護(hù)的時間； 2）從導(dǎo)坑開挖到整個斷面閉合的時間； 3）二次襯砌的施設(shè)時間等。 為了縮短閉合時間，應(yīng)盡量控制臺階長度。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,56,目前國內(nèi)公路隧道從掌子面到環(huán)體閉合的時間,約為34周，太長。 初期支護(hù)的斷面閉合是非常重要的。不管是采用噴混凝土，還是格柵、鋼支撐，還是仰拱，一定要使之閉合，這樣做雖然對后續(xù)作業(yè)有一定影響，但也要堅持這樣做。 作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，閉合與不閉合，對控制周邊圍巖的位移和松弛，具有不可忽視的影響。其承載力可有數(shù)量級之差。 應(yīng)該說，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，所謂的快速施工，實質(zhì)

29、上就體現(xiàn)在大幅度的縮短斷面閉合時間上。 總結(jié)近二十年山嶺隧道的實績和經(jīng)驗，可以看出：隧道施工最基本的經(jīng)驗，就是“斷面的早期閉合”，這已為眾多實績所證實。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,57,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,58,隧道的施工開挖方法設(shè)計是隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工過程中動態(tài)設(shè)計的重要部分。在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)對施工開挖方法進(jìn)行專項設(shè)計，并在施工過程中根據(jù)揭露的地質(zhì)條件變化情況及時調(diào)整。施工開挖方法應(yīng)考慮的主要因素有： 1、隧道的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。 2、隧道的長度與隧道跨度。 3、有關(guān)環(huán)境污染、地面沉降等環(huán)境方面的要求和限制。 4、為加快施工

30、進(jìn)度和通風(fēng)而增設(shè)豎井、斜井、橫洞及平行導(dǎo)洞等。 5、施工技術(shù)條件和機(jī)械裝備狀況。 6、施工過程中安全狀況。,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,59,全斷面盡早閉合工法施工簡便，開挖速度快，斷面形狀良好，周邊圍巖應(yīng)力狀態(tài)也好，支護(hù)效率高，能夠把隧道開挖影響控制在最小限度。因此，在圍巖狀態(tài)差，需要極力控制隧道開挖影響的隧道，采用使最終斷面早期閉合的全斷面法和帶輔助臺階的全斷面法，是較好的選擇。,開挖與支護(hù),施工方法探討： 仰拱閉合的可能位置，在前者約為5m左右，后者則在30m左右。在這30m范圍內(nèi)，控制下沉的手段，可以采用鋼支撐或修筑臨時仰拱。此種措施必然要增加許多費(fèi)用，而且效果欠佳

31、。,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,60,采用輔助工法的2個條件： 1、掌子面位移超過總位移2030的圍巖；這是理論上的定量的指標(biāo)；也就是說輔助工法必須把發(fā)生的掌子面位移控制在總位移的2030之內(nèi)，而用初期支護(hù)來處理掌子面后方的位移； 2、是二次襯砌可能承載的地質(zhì)條件；這是定性的指標(biāo)。也就是說，在二次襯砌可能承載的地質(zhì)條件下，必須把位移控制在不使二次襯砌承載，或承受部分荷載（1020左右）的水平。 第1個指標(biāo)需要進(jìn)行理論上的研究，而且需要解決量測掌子面初始圍巖的技術(shù)難題。 第2個指標(biāo)，需要確定二次襯砌容許承載力？,開挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,61,安全規(guī)范施工,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,62,安全規(guī)范施工,二、隧道設(shè)計對施工的關(guān)鍵性工藝要求,63,隧道支護(hù)襯砌設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)動態(tài)設(shè)計與信息化施工的思想。 1、無論隧道長短、跨度大小，在隧道設(shè)計過程中均應(yīng)制定監(jiān)控量測方案，在隧道施工過程中應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控量測。 2、地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道應(yīng)制定超前地質(zhì)預(yù)報方案。隧道長度大于1000m時，應(yīng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報工作，對于地質(zhì)條件復(fù)雜的中隧道也宜進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報工作。 3、地質(zhì)條件或襯砌結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜的隧道、周邊環(huán)境對隧道變形破壞較為敏感的隧道，宜設(shè)置襯砌結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，并且在