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1、公路工程隧道工程 第1页，本讲稿共43页隧道组成隧道组成 n种类：岩石隧道，软土隧道。n埋置较浅的隧道，一般采用明挖法施工；n埋置较深的隧道则多用暗挖法施工。第2页，本讲稿共43页隧道组成隧道组成n组成：主体建筑物和附属建筑物。n前者包括洞身衬砌和洞门。n后者包括通风、照明、防排水、安全设备等。第3页，本讲稿共43页围岩分类围岩分类n道路隧道是道路穿越山岭修建的工程结构物，它与周围的岩体有密切关系，相互影响，相互作用。为满足工程设计、施工等的需要，对于各种不同的具体要求，例如爆破、支护、挖掘、编制定额等，把与这些不同的要求相应的地质条件归类，就是围岩分类。第4页，本讲稿共43页分类指标 分类中
2、主要考虑下述三个分类指标：n 坑道围岩的结构特征和完整状态；n 岩石的物理力学性质；n 地下水的影响：一般采用“遇水降级”的原则，通常降一级。第5页，本讲稿共43页隧道施工的主要技术隧道施工的主要技术 n盾构法 n新奥法 n矿山法 第6页，本讲稿共43页盾构法n盾构法是指用暗挖法掘进并使用装配式被覆结构构筑隧道的一种方法。此法适宜于在软土地层中构筑隧道。n按照挖掘方式及构造类型归纳见表1B414012。第7页，本讲稿共43页新奥法施工顺序n施工顺序施工顺序：n当开挖面稳定时,施工顺序是开挖柔性衬砌施工量测(位移、应力等量测)防水层第二次衬砌。n当开挖面不稳定时,施工顺序是开挖弧形导坑第一次柔性
3、 衬砌(拱)开挖核心及侧壁第一次柔性衬砌边墙)开挖仰拱部分并修筑仰拱施工量 测(位移、应力等量测)防水层第二次衬砌。坑道开挖后,在岩体松散破坏之前,及时修筑一层柔性薄壁衬砌(第一次衬砌),通过施 工中的量测监视,确定围岩变形稳定之后,修筑防水层及第二次衬砌,此即为复合衬砌施工方法(新奥法)。主要工序：喷射混凝土；锚杆支护；现场监控。第8页，本讲稿共43页新奥法n施工顺序：当开挖面稳定时，施工顺序是开挖 柔性衬砌-施工量测（位移、应力等量测）-防水层-第二次衬砌。当开挖面不稳定时，施工顺序是开挖弧形导坑-第一次柔性衬砌（拱）-开挖核心及侧壁-第一次柔性衬砌（边墙）-开挖仰拱部分并修筑仰拱-施工量
4、测（位移、应力等量测）-防水层-第二次衬砌。n主要工序：喷射混凝土；锚杆支护；现场监控。第9页，本讲稿共43页新奥法特点n 支护为联合型复合衬砌，支护作业分两步，坑道开挖后迅速修筑早期柔性支护，用以岩体初期变形，这种变形在初期发展较快，经量测确定围岩充分稳定后，修筑防水层及第二次衬砌。n第一次柔性支护与围岩共同工作，并允许有限制的变形，防止产生强大的松散土压，第二次衬砌基本上是不承载的。n如设锚杆则可提高原岩体强度。n以施工量测信息控制施工程序，并根据量测信息检验、修改和完善支护体系的设计。第10页，本讲稿共43页矿山法n 漏斗棚架法 反台阶法正台阶法 全断面开挖法 上下导坑先拱后墙法 下导坑
5、先导后墙法 品字形导坑先拱后墙法 侧壁导坑法第11页，本讲稿共43页漏斗棚架法n该施工方法也称为下导坑先墙后拱法或称六部开挖法:开挖下导坑;拉槽;挑顶开挖;两侧扩大开挖;向下刷帮;刷帮至底面水平。该法常用于围岩较稳定的坑道施工,一般适用于 VI IV类围岩石质隧道。该法将断面分成若干部分进行开挖,工作面拉开,可容纳较多人员 同时施工,适合于工作面小和空间窄小的地下施工、且无大型机具的情况。n该法衬砌施工是先墙后拱,因此衬砌质量较好。施工中对于个别岩块松动,因有棚架,可便于架设临时支护。但该法由于每个开挖口需要 6070 延米的漏斗棚架,需有大量木 材、钢轨,棚架也易因爆破而损坏,刷帮至底面水平
6、易损坏风水管设备,工作面拉开距离长,虽对配备劳力有利,但围岩暴露时间过长,对施工安全不利。第12页，本讲稿共43页反台阶法n该法由棚架漏斗法发展而来。当坑道开挖后,围岩稳定,不需要临时支护,如 VI、V 类围岩,且无大型装渣等施工机具时,可采用该法。因道路隧道跨度较大,漏斗棚架需大量木材、钢材。该法施工既能使工序减少、施工干扰少、下部断面可一次挖至设计宽度、空间大、便于出渣运输和布置管线,又能节省大量材料。第13页，本讲稿共43页正台阶法n当围岩稳定性较好,开挖后不需或仅需局部临时支护的坑道,且有能力较强的装渣出渣机具设备,可使用正台阶法施工。施工顺序为先挖上部弧形断面(高一般为 2.04.O
7、m),然 后开挖下部分,下部分亦分若干个台阶,装渣机械有足够能力时,因尽量减少分层,以一次开 挖为直,这可使开挖面平整,便于爆破,减少翻渣工作量。n该法工序少,干扰少,爆破效果好。但在围岩条件变化太大时而需变换为其他施工方法时,则比较困难。第14页，本讲稿共43页全断面开挖法n在围岩稳定、完整,开挖后不需要有临时支护,施工有大型机具设备的情况下,可采用全断面开挖法。该法的特点是:工序简单,断面一次挖成,能够较好地发挥深眼爆破的优越性,提高钻爆效果;各工序干扰少,空间大,便于大型机具设备的应用;各种管线铺设便利并较少 被爆破损坏,运输、通风、排水等条件均较有利;便于施工组织和施工管理。n但是由于
8、运用大型机具,需要相应的施工便道、组装场地、检修设备、足够的能源,因此 该法的应用往往受到条件限制。而且隧道较长,地质情况多变时,交换施工方法需要较长时 间。该法一般适用于 V、14 类围岩的石质隧道施工。第15页，本讲稿共43页上下导坑先拱后墙法n该法有两个导坑,先挖上部断面,然后把拱圈修筑好,在拱圈保护之下开挖下部断面,然后再修筑边墙等。n该法最大的优点是施工安全。设两个导坑,运输、通风、排水、管线路布置都易解决,能拉 开工作面,便于使用小型机具。遇地质条件变化,变换施工方法较易。但马口开挖影响进度,并使衬砌质量低,整体性差,边墙与拱脚处封口不易密实。该法工序多、干扰大、施工管理不 便,两
9、个导坑也增加开挖费用。该法适用于 VI、III类围岩的石质或土质的道路隧道施工。第16页，本讲稿共43页下导坑先导后墙法n该法以下导坑领先,然后类似漏斗棚架法。又称为蘑菇开挖法。后面步骤与上下导坑先拱后墙法相同。由于介于漏斗棚架法和上下导坑先拱后墙法之间,故有漏斗棚架法出渣 的优点,也具有上下导坑先拱后墙法安全的优点。不过该法消耗木材钢轨较多,棚架易爆破 受损,挖马口还影响施工进度,衬砌的整体性也差。该法适用于IV、V 类围岩的道路隧道施工。第17页，本讲稿共43页品字形导坑先拱后墙法n在下部两侧开挖下导坑,顶部布置上导坑,呈品字形。上导坑沿两帮扩大,挖完拱部围 岩后既砌拱圈,然后向下挖出拱圈
10、部分,修筑边墙衬砌,最后开挖核心,在开挖之前,它可作 为临时支护的基础。n该法工作面较多,施工干扰少,保留核心有利于支撑和施工安全,进度也较快。但有三 个导坑,造价较高,衬砌整体性能也差,变换施工方法较难。该法适用于 V III类围岩石质道路隧道施工。第18页，本讲稿共43页侧壁导坑法n断面下部两侧开挖导坑,挖后即灌注边墙下部,达到强度要求后再开挖上面第二层导 坑,接着灌注边墙上部。待两侧边墙修筑好后,在开挖上导坑,并沿两帮扩大,核心部分暂时 保留,待砌筑拱圈之后,最后挖除核心,并砌筑仰拱。n此法安全可靠,坑道暴露时间短,开挖面小,对围岩扰动少,留核心土能使支撑材料节省 并较可靠。衬砌先墙后拱
11、,质量较好。但施工进度慢,导坑多造价高,通风排水困难。此法 适用于 I、II类围岩土质道路隧道。第19页，本讲稿共43页隧道施工测量技术隧道施工测量技术 n一般规定 n控制测量的精度应以中误差衡量，最大误差（极限误差）规定为中误差的两倍。n隧道施工时应做好下列工作：n长隧道设置的精密三角网或精密导线网,应定期对其基准点和水准点进行校核;n洞外水准点、中线点应根据隧道平纵面、隧道长度等定期进行复核,洞内控制点应根据施工进度设定。第20页，本讲稿共43页隧道施工测量技术隧道施工测量技术n洞内施工隧道测量，桩点必须稳定、可靠，且通视良好。水准点应设于不易损坏处，并加以妥善保护。测量仪器、工具在使用前
12、应做检校。n隧道平面控制测量的精度、隧道内两相向施工中线在贯通面上的极限误差、由洞外和洞口内控制测量误差引起在贯通面产生的贯通误差影响值、洞内导线测角、量距的精度以及两洞口水准点间往返测高差不符值,均应符合交通部现行的公路隧道勘测规程JTJ 063 的规定。n隧道竣工后应提交贯通测量技术成果书、贯通误差的实测成果和说明、净空断面测量和永久中线点、水准点的实测成果及示意图。第21页，本讲稿共43页洞内施工测量n洞内导线应根据洞口投点向洞内作引伸测量，洞口投点应纳入控制网内，由洞口投点传递进洞方向的联接角测角中误差，不应超过测量等级的要求，后视方向的长度不宜小于300mm。导线点应尽量沿路线中线布
13、设，导线边长在直线地段不宜短于200m；曲线地段不宜短于70m。无闭合条件的单导线，应进行二组独立观测，相互校核：n用中线法进行洞内测量的隧道，中线点间距直线部分不宜短于100m；曲线部分不宜短于50m。n当用正倒镜延长直线法或曲线偏角法检测延伸的中线点时，其点位横向偏差不得大于5mm。第22页，本讲稿共43页洞内施工测量n特长隧道、长隧道及采用大型掘进机机械施工的隧道，宜用激光设备导向。n供导坑延伸和掘进用的临时点可用中线法标定，其延伸长度在直线部分不应大于30m；曲线部分不应大于20m,串线法的两吊线间距不宜小于5m。第23页，本讲稿共43页洞内施工测量n开挖前应在开挖断面标出设计断面尺寸
14、线，开挖工作完成后应及时测量并给出断面图。采用上下导坑法施工的隧道，上部导坑的中线每引伸一定距离后，应与下部导坑的中线联测一次，用以校核上部导坑的中线点或向上部导坑引点。n供衬砌用的临时中线点，必须用经纬仪测定，其间距可视放样需要适当加密，但不宜大于10m。第24页，本讲稿共43页洞内施工测量n衬砌立模前应复核中线和高程，标出拱架顶、边墙底和起拱线高程，用设计衬砌断面的支距控制架立拱模和墙模。立模后必须进行检查和校正，确保无误。n洞内散设路线应由洞口高程控制点向洞内布设，结合洞内施工情况，测点高距以200-500m为宜。洞内施工用的水准点，应根据洞外、洞内已设定的水准点，按施工需要加设。为使施
15、工方便，在导坑内拱部、边墙施工地段宜每100m设立一个临时水准点，并定期复核。第25页，本讲稿共43页贯通误差的测定的要求采用精密导线测量时，在贯通面附近定一临时点，由进测得两方向分别测量该点的坐标，所得的闭合差分别投影至贯通面及其垂直的方向上，得出实际的横向和纵向贯通误差，再置镜于临时点测求方位角贯通误差。采用中线法测量时，应由测量的相向两方向分别向贯通面延伸，并取一临时点，量出两点的横向和纵向距离，得出该隧道的实际贯通误差。水准路线由两端向洞内进测，分别测至贯通面附近的同一水准点或中线点上，所测得的高程差值即为实际的高程贯通误差。第26页，本讲稿共43页贯通误差的调整方法n用折线法调整直线
16、隧道中线n曲线隧道，根据实际贯通误差，由曲线的两端向贯通面按长度比例调整中线。n采取精密导线法测量时，贯通误差用坐标增量平差来调整。n进行高程贯通误差调整时，贯通点附近的水准点高程，采用由进出口分别引测得高程平均值作为调整后的高程。n隧道贯通后，施工中线及高程的实际贯通误差，应在未衬砌的100m地段内（即调线地段）调整。该段的开挖及衬砌均应以调整后的中线及高程进行放样。第27页，本讲稿共43页隧道施工测量技术隧道施工测量技术 n竣工测量nGPS测量n施工过程的控制测量 第28页，本讲稿共43页竣工测量n隧道竣工后,应在直线地段每 50m、曲线地段每 20m 及需要加测断面处,测绘以路线中线为准
17、的隧道实际净空,标出拱顶高程、起拱线宽度、路面水平宽度。n 隧道永久中线点,应在竣工测量后用混凝土包埋金属标志。直线上的永久中线点,每 200250m 设一个,曲线上应在缓和曲线的起终点各设一个;曲线中部,可根据通视条件 适当增加。永久中线点设立后,应在隧道边墙上画出标志。n洞内水准点每公里应埋设一个,短于 Ikrn 的隧道应至少设一个,并应在隧道边墙上画出标志。第29页，本讲稿共43页GPS 测量nGPS 测量比传统测量的一个显著优点是 GPS 测量不需要点与点之间的相互通视,且不受图形强度的限制，从而使选点工作具有很大的灵活性,特别是贯穿树木茂密通视困难地区 隧道测量。第30页，本讲稿共4
18、3页GPS 测量n布设 GPS 隧道控制网时,每个洞口至少有一个 GPS 点在隧道轴线上(即洞口投点),并以最简单的图形将洞口两端联系起来,但不允许出现自由基线矢量,使 GPS 网构成闭合 图形,以便检核。nGPS 点虽不要求相互通视,但为了给隧道施工提供进洞方向,要求每个洞口至少有一个相互通视的方向,在通视条件允许的情况下,最好再增加一个检核方向。n在设计图形时,应充分考虑加强异步环路的检查,可以检核外业观测中的对中整平误差,大气变化等因素对成果的影响,同时可避免粗差的存在。n对长的隧道贯通,由于点间距较远,在编制调度计划时,必须顾及到交通工具、交通路线,以保证作业人员有充分的时间抵达点位,
19、并作好观测前的准备工作。n由于测区环视条件相当差,使 GPS 观测受到极大的限制。而各控制点上障碍物的n高度角、方位角都不一样,这就容易造成每站上观测到同一卫星的时间不同,因此要求在观测前必须制定出高度准确的计划,并保证观测工作按计划进行,使观测一次成功。第31页，本讲稿共43页施工过程的控制测量n监控量测应达到以下目的n掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈,指导施工作业;n通过对围岩和支护的变位、应力量测,修改支护系统设计。n复合式衬砌的隧道应按公路隧道施工技术规范(JTJ 0421994)表 9.2.1 选择量测项目。表中的 14 项为必测项目;511 项为选测项目,应根据围岩条件、地表沉降
20、要求 等确定。n爆破开挖后应立即进行工程地质与水文地质状况的观察和记录,并进行地质描述。地质变化处和重要地段,应有照片记载。初期支护完成后应进行喷层表面的观察和记录,并 进行裂缝;n隧道开挖后应及时进行围岩、初期支护的周边位移量测、拱顶下沉量测;安设锚杆后,应进行锚杆抗拔力试验。当围岩差、段面大或地表沉降控制严时宜进行围岩体内位移量测和 其他量测。位于III I 类围岩中且覆盖层厚度小于 40m 的隧道,应进行地表沉降量测。第32页，本讲稿共43页第33页，本讲稿共43页特殊地段施工技术 n流沙地段施工流沙地段施工n涌水地段施工涌水地段施工n软卧层地段施工软卧层地段施工 第34页，本讲稿共43
21、页流沙地段施工n首先应制止水夹泥沙涌入坑道,施工需用“先护后挖”、“密闭支撑”、“边挖边封”的方法,必要时可采用双层插板支撑，两层板间作滤水层(如塞麻袋),避免流水过多带起泥沙而造成塌方。n(2)隧道结构应采用有仰拱的封闭式衬砌，地下水不允许经隧道排走，以免流水带走泥砂导致拥塌。施工中除用小断面，工序紧跟、封闭支撑外,还应注意留有足够的预留沉落量,并随时注意观察、测量实际情况。n(3)其他,如降低地下水法、硅化法、冻结法、压气法等特殊施工方法。这些方法在遇到特大流砂时常被采用。第35页，本讲稿共43页涌水地段施工n根据设计文件对隧道可能出现涌水地段的涌水量大小、补给方式、变化规律、及水质成 分
22、等进行详细调查,选择既经济又合理,又能确保围岩稳定,并保护环境的治水方案。处理涌水可用下列辅助施工办法:n超前钻孔或辅助坑道排水;n超前小导管预注浆;n超前围岩预注浆堵水;n井点降水及深井降水。第36页，本讲稿共43页软卧层地段施工n在地质不良的地区修建隧道,常会遇到洞顶围岩下塌、侧壁滑动等现象,甚至会发 生冒顶等严重现象,这些现象在施工中称为塌方。塌方会威胁人身安全、使施工延误工期、围岩更不稳定,故在施工中因预防其发生,发生塌方后需及时正确的处理,减少塌方带来的 危害。n对于塌方因以预防为主。首先因认真作好勘查工作。施工中要仔细核对设计文 件,并须做必要的补测和验证。预测可能发生塌方的区段,
23、事先作好必要的准备,并在施工 中采取相应的措施,如在不良地段采取先排水、短开挖、弱爆破、强支撑、快衬砌、各工序紧跟 的措施,消除不利因素,尽快修好衬砌,避免塌方发生。n在施工中还需加强观察分析。如顶部围岩旁出现裂缝岩粉,或洞内无故尘土飞扬、或不断掉小石块、或围岩裂缝逐渐扩大等,说明塌方即将发生;支撑压坏或变形不断加大,说 明围岩压力在不断加大,有塌方的可能性围岩中突然出水或水压突然增加,要注意是否即将 发生塌方;地下水冲走裂隙中的充填物,会使围岩松动下塌,当水由浊变清,说明裂隙中填充 物已经冲走很多,水量加大,则可能有塌方;洞顶滴水位置不定来回移动,表明岩体在变形,当变形达到一定程度有可能明塌
24、。第37页，本讲稿共43页隧道工程通风隧道工程通风n风管式通风n巷道式通风n风墙式通风 第38页，本讲稿共43页风管式通风n风流经由管道输送,分为压力式、抽出式、棍合式三种方式。风管式通风的优点是设备简单,布置灵活,易于拆装,故为一般隧道施工采用。但由于 管路的增长;另外由于管道的接头或多或少有漏风,若不保证接头的质量就会造成因风管过长而达不到要求的风量。第39页，本讲稿共43页巷道式通风n适用于有平行坑道的长隧道。其特点是:通过最前面的横洞和平行导坑组成一个风流循环系统,在平行导坑洞口附近安装通风机,将污浊空气由导坑抽出,新鲜空气由正洞流入,形成循环风流。另外对行导坑和正洞前面的独头巷道,在辅以局部的内管式通风。n这种通风方式,断面大、阻力小,可提供较大的风量,是目前解决长隧道施工通风比较有效的方法。第40页，本讲稿共43页风墙式通风n这种方法适用于较长隧道,一般管道式通风难以解决,又无平行导坑可以利用的话,它利用隧道成洞部分较大的断面,用砖砌或木板隔出一条 23 旷的风道,以减小风管长度,增大风量满足通风要求。第41页，本讲稿共43页隧道工程防尘隧道工程防尘 n湿式凿岩标准化n机械通风正常化n喷雾洒水经常化n个人防护普遍化，第42页，本讲稿共43页隧道工程水电作业 n供水n供电 第43页，本讲稿共43页