隧道施工和安全培训课件

• 5、初次支护的建造应是适时的，使围岩在开挖后延时一 定时间来得及变形并形成承力保护区，以达到较好的支撑 效果。
• 6、围岩自稳时间，一方面依靠对围岩地质条件的初步调 查，另一方面可通过在建造过程中量测隧道周边的位移来 评定。
• 7、由于喷射混凝土具有可填平洞壁不平整面、与围岩紧 密结合等特点，使围岩不发生严重的应力重分布，常被用 来作为初次支护，必要时还使用锚杆、钢筋网和钢拱架。
• 超前小导管主要注意注浆。
2、初期支护（1）
• 初期支护采用钢拱架（工字钢拱架、格栅钢拱架 ）、钢筋网、锚杆、喷射砼组成的锚喷支护，以 控制围岩变形、防止塌方。
• 喷射砼必须满足设计强度、长期强度、厚度和岩 面粘结力。喷射砼水胶比不大于0.5，水泥（胶凝 材料）用量不宜小于400kg/m3，3h强度应达到 1.5MPa，24h强度应达到10MPa。
五、施工方法
• 1、明挖法：敞开法、基坑支护法、盖挖法（钻孔 桩、地下连续墙）。
• 2、暗挖法：鉆爆矿山法（传统矿山法、新奥法） 、非鉆爆法（浅埋暗挖法、TBM、盾构法、沉管 法、顶管法）
六、新奥法基本原理（1）
新奥法（NATM）是新奥地利隧道施工方法的简称 ，它是奥地利土木工程师L.V.Rabcewics于20世纪 60年代提出的，1978年奥地利的L.Muller(米勒)总 结了22条，以后有人总结了7条。
1、全断面法：按照隧道开挖外轮廓线一次开挖成形 的施工方法。适用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩，Ⅳ、Ⅴ 级围岩在采取措施稳定掌子面或小断面适用。 全断面法施工工序示意图
全断面法施工特点
1、全断面法施工作业空间大，有利于大型机械施工 ，施工速度快，操作工序少，施工干扰少，便于 施工组织和管理。
2、由于开挖面积大，对地质条件要求高，围岩必须 有足够的自稳能力，每循环工作量大，爆破开挖 震动大，对施工机械能力要求大
• 双侧壁导坑法施工断面更小，工序更复杂，临时 材料用量大，主要为人工施工，施工沉降量小。
双侧壁导坑法施工工序示意图
八、浅埋暗挖法施工
浅埋暗挖法是王梦恕院士于20世纪80年代在北京地铁创 立的，2004年12月出版了《地下工程浅埋暗挖技术 通论》，详细介绍浅埋暗挖法施工。
浅埋暗挖法采用了新奥法基本原理，创建了信息化量测 反馈设计与施工的新理念，采用先柔后刚的复合式衬 砌新型支护结构体系，初期支护承担全部基本荷载， 二次衬砌作为安全储备，初期支护和二次衬砌共同承 担特殊荷载；采用多种辅助工法，超前支护，改善加 固围岩，调动部分围岩的自承能力；采用不同的开挖 方法，及时支护封闭成环，与围岩共同形成暖联合支 护体系；施工中应用监控量测、信息反馈和优化设计 ，实现不塌方，少沉降。
2、变形的控制主要是通过支护阻力的效应来达到的。 3、在施工中，必须进行实地观察、量测和监控，及时提出可
靠的、足够数量的量测围岩变化、支护变化等资料，以指 导施工和设计。 4、支护手段一般应选择能大面积的、牢固地与围岩紧密接触 的、能及时施作和应变能力强的。 5、隧道施工过程是围岩力学状态不断变化的过程。在可能条 件下应尽量采用全断面或大断面开挖方法。 6、隧道支护结构在较短时间内闭合极为重要。 7、隧道结构的耐久性主要体现在二次衬砌上。 8、隧道施工必须建立设计—施工—修改设计一体化的施工管 理体系。
十、装运渣
• 装运渣时间是隧道施工重要作业环节，在掘进循 环中占比重很大。
• 装渣机械：按行走方式：轨行式、轮胎式、履带 式；
• 按动力方式：风动、电动、内燃； • 按作业方式：铲斗式、立爪式、耙斗式； • 一般采用装载机、铲斗装渣机、立爪装载机。 • 运渣方式：有轨运输（平板车、矿车、槽式列车
）和无轨运输（自卸汽车）。
隧道施工和安全
中铁二十一局集团有限公司 2012年1月
引言
• 随着我国经济的发展，我国铁路、公路、地铁、水电 站等隧道工程得到很大发展，除隧道的数量增加外， 隧道的长度也大幅增加，隧道施工方法也多种多样。 据不完全统计，截止到2010年底，我国建成的铁路隧 道总长度已经接近8000公里，公路隧道总里程数超过 3000公里，而目前，全国有轨道交通规划线路总长超 过4000公里，其中需要建设隧道的线路占了相当大的 比例，另外，包括西部大开发的铁路、公路隧道，地 铁、地下公用设施、顶管机械及其它西气东输、水电 站工程等，一年也有450公里的隧道建设量。我国到 2020年前规划建设5000座隧道，长度超过9000公里 。在取得骄人成绩的同时，我们憧憬着未来，也背负 着挑战。
钻爆设计
• 隧道开挖根据地质条件、开挖断面、开挖方法、 循环进尺、钻眼机具、爆破器材及环境要求进行 钻爆设计。
• 钻爆设计的内容：炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边 眼、底板眼）布置、深度、斜率、数量，爆破器 材，装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序， 钻眼机具和钻眼要求，主要技术指标及必要的说 明。
炮眼形式（1）
今年11月26日集团公司在邯长铁路举行了水压爆破 推广现场会，效果很好。水压爆破是何广沂教授 在20世纪80年代应用的，2002年开始隧道水压爆 破研究。水压爆破推广缓慢我认为有两个原因， 一是水袋生产，二是施工管理。隧道水压爆破的 操作简单、效果是明显，具有“三提高、一保护 ”的作用，提高了炸药利用率，提高了施工效率 ，提高了经济效益，保护环境。现在已解决了水 袋问题，施工效率高，值得推广。
• CD法、CRD法施工复杂，初期支护材Байду номын сангаас用量大， 需大量采用临时工字钢、喷射砼，主要为人工施 工，机械辅助，早期沉降量小，但临时中隔壁拆 除时，沉降量急剧增大。
CD法（中隔壁法）及CRD法（交叉中隔壁法） 施工工序示意图
新奥法开挖方法——双侧壁导坑法
• 4、双侧壁导坑法：又称眼镜法，一般把断面分成 三部分，左、右侧壁导坑及中间上、下台阶，导 坑宽度不宜大于断面最大宽度的1/3。适用于Ⅴ、 Ⅵ级围岩大断面隧道，特别是对地表沉降要求严 格的隧道。
• 浅埋暗挖法是应用新奥法原理，结合我国施工情 况，采用施工辅助措施的一种施工方法，我国软 弱围岩施工原理都基于此方法
九、钻爆施工
• 钻爆施工是以钻孔、爆破工序为主，配以机械出 渣的施工方法。根据不同炮眼起爆顺序不同，隧 道钻爆施工分为光面爆破、预裂爆破、预留光爆 层爆破。
爆破方法及适用围岩
光面爆破先起爆掏槽眼，再起爆辅助眼，最后同时 起爆周边眼。适用于硬质岩。
一、隧道施工特点
• 隐蔽性大，风险性大，环境恶劣； • 作业空间有限，循环次数多，综合性强； • 施工是动态的，施工过程力学状态是变化的，围
岩的力学性质是变化的。
二、隧道施工理念
• 保护围岩、 • 内实外美、 • 重视环境、 • 动态施工
三、隧道施工基本原则
1、围岩是隧道的主要承载单元，施工中要充分保护围岩。为 了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制的变形 。
新奥法开挖方法——台阶法
2、台阶法：把施工断面分成上、下两个断面或三个
断面的方法。
有二台阶法、三台阶法、
三台阶预留核心土法、三台阶七步法，适用于Ⅲ
级围岩，Ⅳ、Ⅴ级围岩在采取超前支护措施稳定
掌子面或小断面适用；隧道断面较大可采用三台
阶法；地质条件较差，掌子面自稳能力差可采用
三台阶预留核心土。
台阶法施工工序示意图 三台阶预留核心土施工工序示意图
十一、支护结构
• 隧道支护结构分为超前支护、初期支护。
1、超前支护
• 超前支护为了提高围岩强度、自稳能力和止水效 果，包括预注浆（垂直注浆、水平注浆）、超前 管棚、超前小导管、超前锚杆、水平旋喷桩。
• 管棚施工一是要注意增加管棚地段预留沉降量； 二是要注意导向墙基承载力，可以采用向外扩大 基础；三是钻孔要向外有一定的角度，防止管棚 侵界；四是注浆压力要符合要求。
• 新奥法的核心：利用围岩、锚喷支护、监控量测
七、新奥法开挖方法
• 利用新奥法施工的隧道开挖方法有全断面法、台 阶法(三台阶七步法)、分部开挖法(CD法、CRD法 、双侧壁导坑法)。
• 隧道开挖外轮廓线为隧道净空轮廓线＋ 5cm＋二 次衬砌厚度＋初期支护厚度＋预留沉落量。
新奥法开挖方法——全断面法
• 掏槽形式应根据钻眼机具、断面大小、循环进尺 、围岩级别及爆破震动选择直眼掏槽、楔形掏槽 。掏槽眼应加深10～20cm；采用高猛度的炸药。
• 周边眼沿开挖外轮廓线布置，炮眼间距误差不大 于5cm，外插脚2°～3°，眼底不得大于外轮廓 线15cm。周边眼宜采用低密度、低爆速、低猛度 、高爆力的炸药，装药结构采用小直径连续装药 或间隔装药。
预裂爆破先起爆周边眼，再起爆掏槽眼，最后起爆 辅助眼。适用于软质岩。
预留光爆层爆破爆破顺序基本同光面爆破。适用于 分部开挖软弱地层。
预裂爆破方法
预裂爆破首先起爆周边眼，由于围岩夹制作用，只 能在软质岩中效果好。理想的预裂爆破在周边眼 形成一个贯通裂缝，其爆破技术较光面爆破复杂 ，钻眼数量多，现阶段隧道施工很少采用，一般 采用光面爆破。
• 1、围岩是隧道结构的主要承载部分。 • 2、开挖后需对围岩进行加固，以使围岩在开挖卸
载后不失去原有的强度。 • 3、隧道围岩支护过程中，一方面允许围岩有一定
的位移，从而产生受力环区；另一方面，又必须 限制围岩位移的程度以避免围岩变形过大而产生 严重松弛卸载。
六、新奥法基本原理（2）
• 4、初次支护主要作用不是用来承担隧道围岩所失去的承 载力，而是保持围岩的自承状态，防止严重的松弛和卸载 。
四、施工方法选择的因素
• 1、施工条件：施工队伍的施工能力、素质和管理 水平等。
• 2、地质条件：围岩级别、地下水、不良地质现象 等。
• 3、隧道断面：尺寸、形状。 • 4、埋深：浅埋、深埋。 • 5、工期：辅助坑道设置、机械化水平、管理水平
。 • 6、环境条件：隧道施工对周围环境产生的爆破震
动、地表下沉、噪声、地下水变化等。
台阶法施工特点
1、台阶法灵活多变，适应性强；具有足够的作业空 间，施工速度；台阶有利于开挖面稳定。
2、台阶法上下台阶施工干扰大，多次开挖围岩扰动 大。
新奥法开挖方法——CD法、CRD法
• 3、CD法（中隔壁法）、CRD法（交叉中隔壁法 ）：把断面分为两个断面，每个断面采用两个或 三个台阶施工，两者区别主要在于台阶施工顺序 不同，且CD法无临时仰拱，CRD法有临时仰拱。 适用于Ⅳ、Ⅴ级围岩浅埋或Ⅵ级围岩大断面隧道 。
• 辅助眼位于周边眼和掏槽眼之间均匀分布，间距 应满足爆破岩石块度要求。
炮眼形式（2）
• 钻爆法施工钻孔的位置、深度一定要符合规定， 钻孔效率要高。由于钻爆设计采用工程类比法， 因此装药量要根据爆破试验确定。
• 关于炮眼直径、炮眼数量、深度、装药量等详细 爆破参数由于时间关系不一一介绍。
钻爆施工新工艺——水压爆破
浅埋暗挖法十八字方针及适用范围
• 浅埋暗挖法十八字方针：管超前、严注浆、短进 尺、强支护、早封闭、勤量测。
• 适用范围：软弱围岩浅埋地段洞口段；土质或软 弱无胶结的砂、卵石等第四纪地层；结构埋置浅 、地面建筑物密集、交通繁忙、地下管线密布、 沉降要求严格的地下工程。
浅埋暗挖常用的辅助措施
• 浅埋暗挖常用的辅助措施：环形开挖预留核心土 、喷射砼封闭掌子面、超前锚杆或小导管支护、 超前小导管周边注浆加固围岩、上半断面临时仰 拱、水平旋喷桩超前支护、深孔注浆加固地层、 长管棚超前支护或注浆加固地层、特殊地层的冻 结加固地层、地面锚杆或高压旋喷桩加固地层、 洞内超前水平降排水、洞内外降水。
• 隧道基底处理采用旋喷桩、灰土挤密桩、树根桩 、钢管桩。隧道施工作业面小，基底处理要注意 选用合理的施工机械。尽量不采用随意扩大断面 的方法加固基础。
十二、衬砌
• 二次衬砌在围岩变形基本稳定后施作，变形趋于 稳定条件：周边变形速率明显下降并趋于缓和； 水平收敛（拱脚附近7d平均值）小于0.2mm/d、 拱部下沉速度小于0.15mm/d；累计位移值达到极 限位移值的80%。
• 现阶段多采用干喷，注意速凝剂的掺量，特别是 喷射砼的强度。
• 工字钢架一般采用Q235钢，存在问题是采购国标 和非标，肋板厚度要够。钢架加工尺寸要标准。 焊接质量合格，接头要增加夹板。
2、初期支护（2）
• 锚杆一般采用砂浆锚杆、中空注浆锚杆、组合中 空锚杆、自进式锚杆。锚杆要和钢架焊接，中空 锚杆要注浆。