隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工技術(shù)的要求PPT

1、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工技術(shù)的要求,中交第二公路勘察設(shè)計(jì)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(jí)高工,主要匯報(bào)內(nèi)容,（1）隧道設(shè)計(jì)理念與方法 （2）隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求 （3）隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì),3,一、隧道設(shè)計(jì)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(lèi),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(jì)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(kāi)重大斷層破碎帶 避開(kāi)富水構(gòu)造 避開(kāi)重大不良地層 避開(kāi)洞口不穩(wěn)定地層,一、隧道設(shè)計(jì)理念與方法,6,幾個(gè)典型隧道布置方案,一、隧道設(shè)計(jì)理念與方法,7,避開(kāi)嚴(yán)重偏壓地帶：施工過(guò)程中易失穩(wěn)，支護(hù)費(fèi)用較高 避開(kāi)陡崖地帶：易坍塌、施工場(chǎng)地不宜展開(kāi) 避開(kāi)易被洪水沖擊的地帶：易影響施工及運(yùn)營(yíng)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(jì)理念與方法,8,幾個(gè)典型

3、公路隧道洞門(mén),一、隧道設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)，使其與地質(zhì)條件更具有針對(duì)性,一、隧道設(shè)計(jì)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(kāi)挖方法設(shè)計(jì)，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(kāi)挖方法,一、隧道設(shè)計(jì)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(jì)，注意與輔助施工方法及開(kāi)挖方法的密切配合。,一、隧道設(shè)計(jì)理念與方法,13,新奧法基本原則可歸納為如下幾點(diǎn)： 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(cè)結(jié)果確定支護(hù)參數(shù)及支護(hù)施作時(shí)間； 開(kāi)挖斷面要圓順，開(kāi)挖步驟要少，以盡量減少對(duì)周邊巖體的擾動(dòng)破壞； 控制洞室周邊變形，以減少松散荷載，同時(shí)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(wèn)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(jì)理念與方法,14,充分重視特長(zhǎng)隧道通風(fēng)防災(zāi)救援設(shè)計(jì)，需要較強(qiáng)綜合設(shè)計(jì)技術(shù)，確保有效、節(jié)能。,一、隧道設(shè)計(jì)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(jì)，保證后期隧道運(yùn)營(yíng)與結(jié)構(gòu)安全。2、注重標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)工作，以便于施工與質(zhì)量檢驗(yàn)。3、注重各種建設(shè)條件下安全設(shè)計(jì)

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

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

7、3、明洞未施作完畢前不得進(jìn)洞（暗洞）開(kāi)挖施工。 4、隧道暗洞開(kāi)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(jì)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(jì)對(duì)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(zhǎng)度滿(mǎn)足要求。 7、選擇適宜的隧道爆破方法,嚴(yán)格控制爆破震動(dòng)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè),減少施工過(guò)程中對(duì)周邊圍巖以及已施工完襯砌的擾動(dòng),盡量發(fā)揮圍巖的自身承載能力。 8、不得隨意改變?cè)O(shè)計(jì)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(hào)混凝土澆筑密實(shí)。 10、施工中應(yīng)注意噴射混凝土以及鋼筋網(wǎng)與圍巖的密貼，初

8、噴混凝土為施作不到進(jìn)行鋼拱架施工。,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(shí)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(cuò)開(kāi)跳槽實(shí)施，嚴(yán)格控制單側(cè)一次落底長(zhǎng)度。 14、初期支護(hù)仰拱應(yīng)按設(shè)計(jì)要求的弧度及深度及時(shí)實(shí)施，嚴(yán)禁與二次襯砌仰拱同時(shí)實(shí)施。 15、初期支護(hù)完畢后嚴(yán)格按設(shè)計(jì)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(mǎn)足規(guī)范要求。,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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，仰拱回填嚴(yán)禁采

9、用洞渣或其他廢料填充，路面整平層施工時(shí)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(shí)機(jī)應(yīng)科學(xué)，監(jiān)控量測(cè)及應(yīng)用是核心。 18、注意二襯臺(tái)車(chē)強(qiáng)度與剛度，二襯混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%時(shí)嚴(yán)禁移走臺(tái)車(chē)，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(jì)控制保護(hù)層厚度，鋼筋搭接焊接應(yīng)滿(mǎn)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(shí)斷開(kāi)。,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(shí)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(chǎng)實(shí)測(cè)地質(zhì)信息進(jìn)

10、行針對(duì)性方案設(shè)計(jì)與施工。巖溶地段應(yīng)重點(diǎn)解決好水和結(jié)構(gòu)受力的問(wèn)題。 23、施工時(shí)應(yīng)注意預(yù)留洞室及預(yù)埋件的設(shè)置。 24、施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，特別是對(duì)地層變化、圍巖變更及水文條件變化處的超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等，并根據(jù)各種測(cè)試的結(jié)果，及時(shí)修正設(shè)計(jì)。 25、隧道施工要重視保護(hù)生態(tài)環(huán)境,實(shí)行文明施工,盡量減少對(duì)隧道附近環(huán)境的破壞。,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(shí)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的承載體

11、系。因此隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該包含如下幾個(gè)方面： 超前支護(hù)：超前錨桿，超前小導(dǎo)管，超前長(zhǎng)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(shuō)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(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,24,新奧法施工就是隨著隧道開(kāi)挖面的推進(jìn)，在監(jiān)測(cè)信息指導(dǎo)下，適時(shí)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(cè)，必須解決如下幾個(gè)問(wèn)題： （1）了解施工過(guò)程的可行

12、性，以便合理進(jìn)行施工組織。 （2）了解施工過(guò)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(kāi)挖面的推進(jìn)及時(shí)間的流逝而逐漸增加的，而隧道結(jié)構(gòu)也存在一個(gè)分步施作的問(wèn)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(jì)對(duì)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(jì)對(duì)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(guò)密而長(zhǎng)的錨桿在洞室周?chē)纬梢粋€(gè)具有一定承載能力的承載拱，因

13、此計(jì)算系統(tǒng)錨桿的承載能力應(yīng)將其與圍巖當(dāng)成一個(gè)整體來(lái)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(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,27,對(duì)于類(lèi)及類(lèi)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(shí)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(jì)對(duì)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(duì)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(jì)算，如果采用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，按照溫克爾彈性地基梁理論根據(jù)各節(jié)點(diǎn)實(shí)際產(chǎn)生的徑向向外的位移計(jì)算彈性抗力則更加合

14、理。進(jìn)行仰拱內(nèi)力計(jì)算時(shí)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(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,29,在工程實(shí)踐中，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)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?cè)S多隧道都是采用在有效的輔助工法建成的就是一個(gè)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(duì)策。,輔助工法,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,30,輔助工法,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,第一點(diǎn)：隧道結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn) 眾所周知,隧道施工的基本目的是在各類(lèi)地質(zhì)體圍巖中修筑為

15、各種目的服務(wù)的、長(zhǎng)期穩(wěn)定的洞室結(jié)構(gòu)體系。 在隧道工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)中，我們必須清楚地認(rèn)識(shí)這種結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)角度看,這個(gè)結(jié)構(gòu)體系是由周?chē)刭|(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?chē)刭|(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(chǎng)、滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)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(gè)結(jié)構(gòu)體系中，周?chē)刭|(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(zhǎng)期穩(wěn)定的狀態(tài)。如一些天然洞穴的存在，人工修筑的無(wú)支護(hù)構(gòu)件的洞室（黃土窯洞、無(wú)支護(hù)坑道等）等。就是需要支護(hù)的地質(zhì)體（圍巖），也只是需要

16、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(shuō)明，周?chē)刭|(zhì)體是主要的承載體。,31,與之相適應(yīng)的力學(xué)過(guò)程如下,第二點(diǎn)：隧道施工過(guò)程的特點(diǎn) 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(guò)一定的施工過(guò)程或者說(shuō)是一定的力學(xué)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的.這個(gè)過(guò)程大體上可作如下表達(dá)。,簡(jiǎn)單地說(shuō)，這個(gè)過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，力學(xué)狀態(tài)的變化過(guò)程。隧道施工也就是一個(gè)應(yīng)力釋放與應(yīng)力控制的過(guò)程。應(yīng)力釋放到什么程度，是可以通過(guò)一定的人為的干涉手段(支護(hù))加以控制的。因此，施工過(guò)程就是利用和控制圍巖動(dòng)態(tài)變形（應(yīng)力）的過(guò)程。,輔助工法,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,32,第三點(diǎn)：隧道變形過(guò)程及其類(lèi)型 前面提到，隧道

17、工程，歸根結(jié)底，就是一個(gè)應(yīng)力釋放和應(yīng)力控制的 問(wèn)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(shí)質(zhì)上就是控制圍巖的變形和松弛。也就是說(shuō)如何在開(kāi)挖和支 護(hù)過(guò)程中，使圍巖不松弛或少松弛，這是隧道設(shè)計(jì)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(shuō)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(shí)和掌握圍巖在開(kāi)挖后是如何變形及其變形的過(guò)程是非常 重要的。,輔助工法,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,33,從圖可知，在計(jì)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(kāi)挖后在掌子面前方一定范圍內(nèi)（2a5a）產(chǎn)生了下沉，我們稱(chēng)之

18、為“先行位移”或稱(chēng)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(gè)位移是開(kāi)挖后瞬間發(fā)生的；我們目前的量測(cè)技術(shù)是量測(cè)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(diǎn)是初期的位移速度很大，而后增長(zhǎng)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(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,34,隧道開(kāi)挖后的變形二維概貌,輔助工法,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,35,開(kāi)挖后位移三維概貌,由上述各圖可知，隧道開(kāi)挖后隧道的變形可分為掌子面前方的先行位移、掌子面位

19、移及掌子面后方的位移三種。這三種位移是同時(shí)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(duì)設(shè)計(jì)、施工來(lái)說(shuō)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(guò)什么手段來(lái)控制其發(fā)展。,輔助工法,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,36,上述3點(diǎn)基本認(rèn)識(shí)，引申出來(lái)的就是隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工的4點(diǎn)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(kāi)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，極力控制圍巖的松弛及

20、其發(fā)展。,輔助工法,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,37,如何實(shí)現(xiàn)上述理念，是需要我們認(rèn)真對(duì)待的問(wèn)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(wèn)題，都需要一定的施工技術(shù)，予以解決。,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(kāi)挖和支護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)。開(kāi)挖是應(yīng)力釋放的方法，不同的開(kāi)挖方法，應(yīng)力釋放的過(guò)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(guò)程和程度也是不同的。除開(kāi)挖、支護(hù)作業(yè)外，其他作業(yè)都是輔助性的

21、，如運(yùn)輸、排水、通風(fēng)、量測(cè)、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)等。但這些作業(yè)也是左右開(kāi)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(kāi)挖、支護(hù)。,一、控制隧道變形的關(guān)鍵技術(shù),開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,39,開(kāi)挖、支護(hù)作業(yè)的關(guān)系定位,在礦山法施工中，開(kāi)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(lèi)： 只挖不支；在無(wú)需支護(hù)的硬質(zhì)圍巖中采用的方法； 先挖后支；開(kāi)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(kāi)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(duì)策，即：輔助工法。,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝

22、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(kāi)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(gè)穩(wěn)定的隧道結(jié)構(gòu)體系。 一般說(shuō)，初期支護(hù)只能抑制掌子面后方位移的發(fā)展。對(duì)控制先行位移和掌子面位移是無(wú)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(shuō)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(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,41,二、輔助施工措施,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的

23、關(guān)鍵性工藝要求,42,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(shí)支護(hù)或臨時(shí)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(duì)結(jié)構(gòu)永久安全的影響。如需考慮其永久作用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)分析研究后確定。,43,三、控制掌子面失穩(wěn)的技術(shù),開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(kāi)挖，可取得良好的穩(wěn)定效果。其施工步驟示于

24、下圖。,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(kāi)挖創(chuàng)造條件。掌子面錨桿的長(zhǎng)度一般都在630m之間，為便于后期掌子面土體開(kāi)挖，可采用玻璃纖維錨桿。,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(zhǎng)錨桿，前者是以防止松弛和裂隙張開(kāi)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(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(chǎng)合，掌子面擠出量超過(guò)70mm的部分可達(dá)到掌子面前方1.3m，而留

25、有核心土的場(chǎng)合，掌子面擠出量超過(guò)70mm的部分，只達(dá)到掌子面前方0.6m處。核心土對(duì)控制掌子面擠出的效果較好。,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,49,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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，也可以用厚約形成

26、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(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,51,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(guó)內(nèi)主要采用前一種做法，國(guó)外則主要采用后一種做法。,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,53,開(kāi)挖與支護(hù),六、控制拱腳下沉、失穩(wěn) 在臺(tái)階法施工中，控制拱腳下沉目前采用的方法有擴(kuò)大拱腳

27、、鎖腳錨桿、臨時(shí)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(shí)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(shí)也有抑制剪切變形和抵抗水平力的效果。,二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,54,有無(wú)腳部鋼管樁的腳部下沉的比較,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,55,七、初期支護(hù)及時(shí)閉合 在復(fù)雜地質(zhì)條件下，一個(gè)重要的原則，就是盡可能地在短時(shí)間內(nèi)閉合斷面。包括分部開(kāi)挖斷面的臨時(shí)閉合。如上臺(tái)階的臨時(shí)閉合、各種導(dǎo)洞的臨時(shí)閉合等。施工中雖然大家都認(rèn)識(shí)到臨時(shí)閉合的重要性，但常常卻做不到這一點(diǎn)。 這里我們強(qiáng)調(diào)的是時(shí)間因素。因?yàn)殚_(kāi)挖后的圍巖動(dòng)態(tài)的發(fā)展與時(shí)間

28、密切相關(guān)。 從時(shí)間概念上說(shuō)，應(yīng)該考慮的是： 1）從開(kāi)挖到設(shè)置支護(hù)的時(shí)間； 2）從導(dǎo)坑開(kāi)挖到整個(gè)斷面閉合的時(shí)間； 3）二次襯砌的施設(shè)時(shí)間等。 為了縮短閉合時(shí)間，應(yīng)盡量控制臺(tái)階長(zhǎng)度。,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,56,目前國(guó)內(nèi)公路隧道從掌子面到環(huán)體閉合的時(shí)間,約為34周，太長(zhǎng)。 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(duì)后續(xù)作業(yè)有一定影響，但也要堅(jiān)持這樣做。 作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，閉合與不閉合，對(duì)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(jí)之差。 應(yīng)該說(shuō)，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，所謂的快速施工，實(shí)質(zhì)上就體現(xiàn)

29、在大幅度的縮短斷面閉合時(shí)間上。 總結(jié)近二十年山嶺隧道的實(shí)績(jī)和經(jīng)驗(yàn)，可以看出：隧道施工最基本的經(jīng)驗(yàn)，就是“斷面的早期閉合”，這已為眾多實(shí)績(jī)所證實(shí)。,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,57,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,58,隧道的施工開(kāi)挖方法設(shè)計(jì)是隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的重要部分。在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)施工開(kāi)挖方法進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)，并在施工過(guò)程中根據(jù)揭露的地質(zhì)條件變化情況及時(shí)調(diào)整。施工開(kāi)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(zhǎng)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、為加快施工進(jìn)度和通

30、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(guò)程中安全狀況。,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,59,全斷面盡早閉合工法施工簡(jiǎn)便，開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(tái)階的全斷面法，是較好的選擇。,開(kāi)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(shí)仰拱。此種措施必然要增加許多費(fèi)用，而且效果欠佳。,二、

31、隧道設(shè)計(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,60,采用輔助工法的2個(gè)條件： 1、掌子面位移超過(guò)總位移2030的圍巖；這是理論上的定量的指標(biāo)；也就是說(shuō)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(lái)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(shuō)，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(gè)指標(biāo)需要進(jìn)行理論上的研究，而且需要解決量測(cè)掌子面初始圍巖的技術(shù)難題。 第2個(gè)指標(biāo)，需要確定二次襯砌容許承載力？,開(kāi)挖與支護(hù),二、隧道設(shè)計(jì)對(duì)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(jì)對(duì)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(jì)對(duì)施工的關(guān)鍵性工藝要求,63,隧道支護(hù)襯砌設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工的思想。 1、無(wú)論隧道長(zhǎng)短、跨度大小，在隧道設(shè)計(jì)過(guò)程中均應(yīng)制定監(jiān)控量測(cè)方案，在隧道施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。 2、地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道應(yīng)制定超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案。隧道長(zhǎng)度大于1000m時(shí)，應(yīng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，對(duì)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(bào)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(duì)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(cè)系統(tǒng)，并且在運(yùn)