隧道工程之第六章 隧道施工方法

第六章隧道施工方法

1、掌握新奥法理论；

2、掌握辅助施工措施；

3、掌握不良地质隧道的施工方法；

施工方法：(1)矿山法（传统矿山法&新奥法NTAM）(2)明挖法(3)盖挖法(4)盾构法(5)掘进机法TBM（6）沉埋法ITM

1、新奥法施工

它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段；以喷锚支护为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法。

核心内容：充分保护、利用围岩的承载能力。

施工要点：控制爆破、锚喷支护和施工监测。

实施方法：设计、施工和检测三位一体的动态模式

施工程序

施工准备——制定施工方案——开挖——初期支护——量测监控——是否稳定——yes——防水隔离层——内层衬砌

原则

“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。

少扰动：扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。

早喷锚：控制围岩的变形。

紧封闭：采用喷锚支护，减少围岩暴露时间；适时对围岩施作封闭形支护。

基本要求

围岩是隧道结构体系中的主要承载单元；

为了充分发挥围岩的承载能力，应允许围岩有适当变形；

隧道的几何形状：避免应力集中；

采用复合衬砌；为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭结构；

在各施工阶段应进行现场量测监视；

防水措施：外层衬砌；两层衬砌间。

开挖方法

全断面开挖、台阶开挖、分步开挖

1全断面法——全断面一次开挖法

按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。

适用条件

⑴Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ级围岩；

⑵大型施工机具(钻孔台车、模板台车等)；

⑶经济性考虑：中长隧道（不应小于１km）。

机械化施工的关键-三条主要作业线：

1开挖作业线

钻孔台车、装药台车、大型装碴机与运载车…

2锚喷作业线

混凝土喷射机、喷射机械手、运输进料设施…

3模注混凝土衬砌作业线

混凝土拌合、混凝土输送、防水层作业、衬砌模板…

施工特点

(1)工序少，管理方便；

(2)工作空间大，便于大型机械化施工;

(3)进度快～大型机械、爆破效果好；

(4)对围岩扰动少～爆破1次；

(5)要求地质条件较好。

注意问题

摸清开挖面前方的地质情况，随时准备好应急措施，以确保施工安全；

问题：当前方的地质条件变差时怎么办？

各种施工机械设备务求配套，以充分发挥机械设备的效率；

加强各项辅助作业，尤其加强施工通风，保证工作面有足够新鲜空气。

2台阶法--将断面从上至下分成2个或3个台阶开挖；

随着台阶长度的调整，它几乎可以用于所有的地层，因而是在现场使用的主导方法。

分为长台阶法；短台阶法；超短台阶法

选择台阶长度的条件

(1)初期支护闭合环的时间要求

围岩越差，闭合时间要求越短，台阶必须缩短。

(2)施工机械的效率

效率高，则可以缩短支护闭合时间，台阶可适当加长。

原则：

希望初期支护尽快闭合。

围岩不好时，应以条件⑴为主；

围岩较好时，应以条件⑵为主。

台阶法施工注意事项

下半断面开挖应在上半断面初期支护基本稳定后才能进行；采用单侧落底或双侧交错落底，避免上部初期支护两侧同时悬空；

开挖后要及时喷砼，暴露时间愈长愈不安全；

量测要及时，当位移速度加快时，应立即采取措施。

施工工序

(1) 长台阶法

台阶长度L≥5B，B为洞室的宽度。甚至可以上台阶先贯通，即为“半断面法”。

特点：进度快，仅次于全断面法。

适用于：I-III级围岩。

(2) 短台阶法

台阶缩短：（1～1.5）B≤ L＜5B；

特点：

支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；

台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。

适用于：Ⅳ、Ⅴ级围岩。

问题：台阶缩短对施工进度有何不利？

答：上台阶存碴面积减小，往下台阶推碴次数增多。

解决办法：增加平行作业的时间，有利于加快进度。

如：皮带运输机；过渡坡道；钢结构跳板(仰拱先做)；石碴坡道(仰拱后做)

采用短台阶法时应注意下列问题：

①初期支护的全断面闭合应在距开挖面30m以内，或距开挖上半断面开始的30天内完成。

②初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合；

③要研究在保证施工机械正常工作的前提下台阶的最小长度。

⑶超短台阶法---上台阶长度仅为3～5m。

特点：更有利于控制围岩变形，但上下台阶相隔太近，施工干扰大，交替作业。

适用于：软弱破碎围岩(Ⅴ、Ⅵ级围岩)，膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面

超短台阶法施工时应注意以下问题：

在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可采用辅助施工措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小钢管，对开挖面进行预加固或预支护。

3）分部开挖法---大断面隧道，软弱破碎地层。

台阶分布开挖法（环形开挖留核心土法）；

单侧壁导坑法；（导坑要闭合，增加材料用量）

双侧壁导坑法；

其他施工方法：中洞法；中隔墙法；交叉中隔墙法。

Q1双侧导坑的开挖是对开还是错开？为什么？

答：应错开挖，避免在同一断面上同时开挖的总跨度过大。一侧导坑引起的围岩应力重分布不影响另外一侧导坑为原则。

Q2. 双侧导坑尺寸如何确定？

答：应满足施工要求，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3；断面接近椭圆形。

传统矿山法有：全断面法；台阶法；上下导坑先拱后墙法，等

传统矿山法与新奥法比较

2、辅助施工措施：对地层进行预支护或预加固。

预支护：预留核心土；超前锚杆；管棚，等。

预加固：地层注浆；地表锚喷加固。

预支护兼预加固：超前小导管注浆

超前锚杆：形成超前于工作面的围岩加固棚

适用于：土砂质地层、膨胀性地层、裂隙发育的岩体以及断层破碎带