隧道设计对施工技术的要求PPT课件

一、隧道设计理念与方法
几个典型公路隧道洞门
一、隧道设计理念与方法
灵活选择公路隧道的设置形式及平纵面布置方式
标准分离式
双洞可不可虑相互之间 的影响，造价低且有利 于施工安全及永久安全
小净距隧道
由于双洞之间距离较近 ，施工过程中存在较大 相互影响，支护结构需 加强，因此造价稍高， 施工风险更大，不适应 于长大隧道及地质条件
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求
21、二次衬砌施作完成后应全面检查其背后与初期支护之间的空 隙,一旦发现应及时回填。
22、断层、溶洞、瓦斯、高地应力等不良地质地段应根据现场实 测地质信息进行针对性方案设计与施工。岩溶地段应重点解决好水 和结构受力的问题。
23、施工时应注意预留洞室及预埋件的设置。 24、施工过程中应加强地质超前预测预报工作，特别是对地层 变化、围岩变更及水文条件变化处的超前预测预报等，并根据各种 测试的结果，及时修正设计。 25、隧道施工要重视保护生态环境,实行文明施工,尽量减少对 隧道附近环境的破坏。
系统锚杆的承载能力
锚杆的作用 系统锚杆一般使用在岩体较破碎的地段，通过密而长的锚杆在洞室周 围形成一个具有一定承载能力的承载拱，因此计算系统锚杆的承载能力应 将其与围岩当成一个整体来看待。
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求 ※支护承载能力
钢拱架的承载能力
对于Ⅱ类及Ⅲ类偏差的围岩地段，喷射混凝土层内部一般均设有钢拱架， 此时喷射混凝土层较厚（约18~30cm），其承载能力较强，应将喷混凝土层 与钢拱架视为整体考虑其承载能力 。
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求
1、洞口施工必须注意从上到下，边开挖边防护。 2、在进行明洞开挖过程中，当发现地形、地质条件与设计值相差太 大时应及时提出，必要时应调整设计方案。 3、明洞未施作完毕前不得进洞（暗洞）开挖施工。 4、隧道暗洞开挖前还应做好紧急救援设施准备与相关演练。 5、只有在施作明洞仰拱（达到设计强度）后才能进行两侧及拱部土 体回填。
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求
※辅助工法
在工程实践中，我们已经认识到辅助工法的重要性，在这 方面我们也做了相当的努力，取得的成就是不言而喻的, 我们许多隧道都是采用在有效的辅助工法建成的就是一个 证明。在不良围岩或特殊围岩中修筑隧道，辅助工法是不 可缺少的技术对策。
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求 ※支护承载能力
新奥法施工就是随着隧道开挖面的推进，在监测信息指导下，适时 而安全地将支护结构分阶段地施作完成。因此作为新奥法施工的灵魂— —监控量测，必须解决如下几个问题：
（1）了解施工过程的可行性，以便合理进行施工组织。 （2）了解施工过程中已施作的各部分结构的安全度，以确保施工安 全。 （3）了解结构在使用期间的安全度，以保证工程质量。
较差的隧道
连拱隧道
由于在隧道进出口无分 离式路基，因此运营养 护条件较好，当洞口地 形条件较差时经济效益 也较好。主要应用于中
短隧道
一、隧道设计理念与方法
充分重视公路隧道的辅助施工措施设计，使其与地质条件更具有针对性
超前加固
洞口浅埋偏压地段 注浆加固地层辅助进洞 施工
超前支护
超前加固改善围岩强度 ，与钢架组成支护体系 ，保证开挖安全
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求 ※支护承载能力
隧道支护结构一般由喷锚初期支护与模注混凝土二次衬砌组成，如 果岩体很差，在初期支护的喷射混凝土中还必须设置钢拱架；如果围岩 自稳时间较短，还必须考虑设置超前支护。这些支护，包括周边岩体， 共同构成了隧道抵抗围岩变形与松散塌落的承载体系。因此隧道支护结 构应该包含如下几个方面：
※辅助工法
第一点：隧道结构物的特点 众所周知,隧道施工的基本目的是在各类地质体〈围岩〉中修筑为
各种目的服务的、长期稳定的洞室结构体系。 在隧道工程的设计、施工和运营中，我们必须清楚地认识这种结构
体系的特点。从结构角度看,这个结构体系是由周围地质体（围岩）和各 种支护结构构成的,即
洞室结构体系=周围地质体（围岩）+支护构件 它是由天然的、具有固有的应力场、渗流场、温度场的地质体和人 工的支护构件构成的，这与地面结构体系是完全不同的。在这个结构体系 中，周围地质体（围岩）起着主导的作用。例如在充分稳定的地质体（围 岩）中，可以不需要任何结构意义上的支护构件，而处于长期稳定的状态。 如一些天然洞穴的存在，人工修筑的无支护构件的洞室（黄土窑洞、无支 护坑道等）等。就是需要支护的地质体（围岩），也只是需要薄薄一层喷 混凝土或者几根锚杆、几榀钢架就可以使之成为稳定的结构，这也说明， 周围地质体是主要的承载体。
一、隧道设计理念与方法
公路隧道设计：土建工程设计与运营管理系统设计
土建工程设计： 1、总体设计（平纵横设计） 2、洞口段设计(洞门、明洞) 3、隧道衬砌设计 4、竖井斜井等通风构造物设计 5、隧道防排水系统设计 6、辅助施工措施设计 7、施工开挖方法设计 8、路基路面设计 9、横洞及沟管等附属工程设计 10、监控量测方案设计 11、超前地质预报方案设计 12、施工组织方案设计
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求
16、二次衬砌仰拱应整幅一次施工，仰拱回填严禁采用洞渣或其 他废料填充，路面整平层施工时注意路面下横纵向排水系统的施工 质量。
17、二衬施作时机应科学，监控量测及应用是核心。 18、注意二衬台车强度与刚度，二衬混凝土强度低于设计强度 70%时严禁移走台车，注意衬砌混凝土的养护。 19、二衬钢筋应严格按设计控制保护层厚度，钢筋搭接焊接应满 足规范要求。 20、做好二衬施工缝变形缝防水措施，在结构与地质变化处应设 置变形缝，变形缝处仰拱与边墙拱部应同时断开。
主要汇报内容
（1）隧道设计理念与方法 （2）隧道设计对施工的关键性工艺要求 （3）隧道动态设计
一、隧道设计理念与方法
按用途分： 1、铁路隧道（数量最多） 2、公路及城市道路隧道（跨度最大） 3、地铁隧道（发展最快） 4、输水隧道（正在发展） 5、排水隧道 6、油气输送隧道 7、城市公用管线隧道（电力、通信、燃气等）
为主
一、隧道设计理念与方法
公路隧道应注意根据地质条件确定隧道位置
➢
避开重大断层破碎带
➢
避开富水构造
➢
避开重大不良地层
➢
避开洞口不稳定地层
一、隧道设计理念与方法
几个典型隧道布置方案
一、隧道设计理念与方法
公路隧道根据地形条件确定洞口位置
➢ 避开严重偏压地带：施工过程中易失稳，支护费用较高 ➢ 避开陡崖地带：易坍塌、施工场地不宜展开 ➢ 避开易被洪水冲击的地带：易影响施工及运营安全
超前堵水
超前注浆加固围岩，形 成固结止水帷幕
一、隧道设计理念与方法
充分重视大跨度隧道及软弱围岩地段隧道的施工开 公路隧道常用施工开挖方法 挖方法设计，使其与隧道跨度、地质条件相适应。
一、隧道设计理念与方法
充分重视大跨度隧道及软弱围岩地段隧道的衬砌设计，注 意与辅助施工方法及开挖方法的密切配合。
围岩位移支护特征曲线
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求
※辅助工法
第二点：隧道施工过程的特点
从工程结构的角度看，这种结构体系的形成则是通过一定的施工过程或者说是一 定的力学过程来实现的.这个过程大体上可作如下表达。
开挖
支护
时间
原始岩体
毛洞
支护体系
稳定洞室
与之相适应的力学过程如下
简单地说，这个过程是动态的， 力学状态的变化过程。隧道施工也就 是一个应力释放与应力控制的过程。 应力释放到什么程度，是可以通过一 定的人为的干涉手段(支护)加以控制 的。因此，施工过程就是利用和控制 围岩动态变形（应力）的过程。
作用在隧道结构上的荷载是随着开挖面的推进及时间的流逝而逐渐 增加的，而隧道结构也存在一个分步施作的问题，从某种程度上讲，要 保证隧道施工安全，就必须保证结构承载能力的提高速率适当高于围岩 荷载的增加速率。
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求 ※支护承载能力
支护承载能力与隧道荷载变化关系
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求 ※支护承载能力
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求
11、钢拱架环纵向连接、锁脚是初期支护的核心。 12、系统锚杆不是形同虚设，其在隧道支护体系中占有举足轻重 的地位。施工时应根据岩体节理裂隙发育情况灵活调整。 13、初期支护落底应严格按两侧错开跳槽实施，严格控制单侧一 次落底长度。 14、初期支护仰拱应按设计要求的弧度及深度及时实施，严禁与 二次衬砌仰拱同时实施。 15、初期支护完毕后严格按设计进行拱墙部防排水系统施工，二 衬施工前应仔细检查并做好记录。防水板搭接质量应满足规范要求。
超前支护：超前锚杆，超前小导管，超前长管棚，超前注浆等。 围岩：自然岩体，注浆改良后的岩体等。 初期支护：喷射混凝土，钢筋网，系统锚杆，钢拱架等。 二次衬砌：素混凝土，钢筋混凝土等。 隧道各部分支护结构在一定条件下均具有维持洞室稳定的作用，也 就是说各部分结构在一定条件下存在一定的抵抗周边荷载的能力，这就 是结构的承载能力。
一、隧道设计理念与方法
新奥法基本原则可归纳为如下几点： ① 将围岩视为支护结构的一部分，应充分利用围岩的自身承载能力； ② 根据量测结果确定支护参数及支护施作时间； ③ 开挖断面要圆顺，开挖步骤要少，以尽量减少对周边岩体的扰动破 坏； ④ 控制洞室周边变形，以减少松散荷载，同时又容许洞室周边围岩有 有限的变形，以减少周边变形荷载； ⑤ 衬砌必须是薄而柔性的结构。
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求
6、超前支护是确保隧道施工与结构安全的重要手段，确保每 循环施工质量与搭接长度满足要求。
7、选择适宜的隧道爆破方法,严格控制爆破震动，加强监测, 减少施工过程中对周边围岩以及已施工完衬砌的扰动,尽量发挥 围岩的自身承载能力。
8、不得随意改变设计施工方法。 9、严格控制隧道超、欠挖，超挖部分应采用喷射混凝土或同 标号混凝土浇筑密实。 10、施工中应注意喷射混凝土以及钢筋网与围岩的密贴，初 喷混凝土为施作不到进行钢拱架施工。
运营管理系统设计： 1、隧道通风系统设计 2、隧道照明系统设计 3、隧道消防系统设计 4、隧道给排水系统设计 5、隧道供配电系统设计 6、隧道监控系统设计 7、隧道安全设施设计 8、隧道防灾与救援设计 9、隧道绿化与景观设计
一、隧道设计理念与方法
做好隧道设计的关键： 1、做好综合设计是隧道质量与安全的基础 2、洞口设计是隧道设计成败的关键 3、充分重视隧道结构计算与分析 4、施工工序设计是隧道设计的重要部分 5、辅助施工措施设计是保证隧道施工安全关键 6、隧道动态设计是确保隧道建设质量的关键 7、隧道设计及施工必须用数据说话 8、细节决定成败（设计与施工）
按建设条件分： ➢1、山岭隧道 2、城市隧道 3、水下隧道
按施工方法分： ➢1、钻爆法隧道 2、沉管法隧道 3、掘进机法隧道 4、明挖法隧道
一、隧道设计理念与方法
公路隧道一般可分为三类
1、山岭公路隧道
以钻爆法、明挖法施工 为主
2、城市公路隧道
以钻爆法、明挖法、盾 构法施工为主
3、水下公路隧道
以钻爆法、盾构法、沉 管法及围堰明挖法施工
值得注意的问题：软弱围岩、不良地质地段及地层变形控制严格的 隧道，应正确理解和运用新奥法。
一、隧道设计理念与方法
充分重视特长隧道通风防灾救援设计，需要 较强综合设计技术，确保有效、节能。
一、隧道设计理念与方法
其他： 1、充分重视隧道防排水系统细节设计，保证后期隧道运营与结 构安全。 2、注重标准化设计工作，以便于施工与质量检验。 3、注重各种建设条件下安全设计与预设计。 4、坚持依据超前地质预报与监控量测进行动态设计。
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求
※辅助工法
第三点：隧道变形过程及其类型 前面提到，隧道工程，归根结底，就是一个应力释放和应力控制的
二、隧道设计对施工的关键性工艺要求 ※支护承载能力
二次衬砌的承载能力
当在二次衬砌与初期支护之间设有防水层，围岩对二次衬砌的弹性抗力 应只考虑径向压力。弹性抗力分布形式可按假定荷载法计算，如果采用有限 元法进行结构计算时，按照温克尔弹性地基梁理论根据各节点实际产生的径 向向外的位移计算弹性抗力则更加合理。进行仰拱内力计算时一般采用完全 的弹性地基梁理论，主要原因是仰拱一般与下部围岩完全密贴，具备完全弹 性地基梁的变形受力条件。