隧道工程(学术前沿讲座)

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2. 隧道的支护结构(衬砌)
❖ 修建隧道时,首先按照使用要求在地层中开挖空 间(洞室),然后沿洞室周边修建永久性支护结 构——即衬砌(与岩、土层直接接触的结构)。
❖ 衬砌主要作用:承担岩、土层压力和防水。
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3. 隧道主要施工方法
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3.2 新奥法-施工仰拱
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3.2 新奥法-超前支护(管棚支护)
一般是沿隧道断面的一部分或全部, 以一定的间距环向布设,形成钢管棚护。
管棚超前支护是为了在特殊条件下安 全开挖,预先提供增强地层承载力的临时 支护方法。
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3.2 新奥法—隧道衬砌施工
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3.2 新奥法—隧道衬砌施工
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3.2 新奥法-隧道仰拱衬砌
一般是指隧道二次衬砌下半部 分结构隧道底部分,通俗解释为向 上仰的拱。仰拱为一般由钢筋混凝 土结构。仰拱的作用:与二次衬砌 构成隧道整体。防水,增加结构稳 定性。
3.2 新奥法-超前支护(管棚钻机)
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3.2 新奥法-公路隧道路面施工
混凝土刚性路面
沥青柔性路面
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3.2 新奥法-公路隧道路面施工
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3.2 新奥法-隧道监控量测
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➢ 地铁和轻轨都选用轨距为1435毫米的国际标准Tu双nn轨el E作ngi为nee列ring车
3.5 地铁隧道施工—盾构法
❖ 我国国务院批准城市建设地铁的指标
➢ 城市人口超300万;(淮南-240万左右) ➢ GDP超1000亿元;(淮南-500亿万,2009年统计) ➢ 地方财政一般预算收入超100亿元;
3.2 新奥法—隧道支护结构
初期支护:锚杆和喷射混凝土
二次支护:现浇钢筋混凝土台车
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3.2 新奥法—隧道开挖
❖ 隧道断面开挖方式:
➢ 人工(风镐) ➢ 钻眼爆破 ➢ 凿岩台车
❖ 隧道断面的开挖方法:
➢ 全断面法 ➢ 正台阶法 ➢ CD法(中隔墙法) ➢ CRD法(交叉中隔墙法) ➢ 双侧壁导坑法(眼镜工法) ➢ 预留核心土法
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双侧壁导坑法(眼镜工法)
适用条件:Ⅳ~Ⅵ级围岩双线或多线隧道。一般用于大断面 隧道
优点:施工安全度较高、控制地层变形较好
缺点:施工进度较全断面法、台阶法慢,造价较高


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环形开挖预留核心土法
适用条件:Ⅴ~Ⅵ级围岩的双线隧道 优点:施工安全度较高、控制地层变形较好 缺点:施工进度较全断面法、台阶法慢,造价较高
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3.3 隧道掘进机法(TBM)
❖ TBM施工的主要流程:
➢ 初期支护(锚喷结构或预制管片)及二次支护(现浇 钢筋混凝土)
喷层 模筑混凝土 仰拱预制块
预制混凝土管片
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3.3 隧道掘进机法(TBM)
❖ TBM施工的主要流程:
➢ 掘进机的向前推进、支护,直至隧道贯通。
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3.3 隧道掘进机法(TBM)
控制室
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3.3 隧道掘进机法(TBM)
❖ TBM施工的主要流程:
➢ 掘进机施工的准备工作
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3.3 隧道掘进机法(TBM)
❖ TBM施工的主要流程:
➢ 掘进机全断面开挖
➢ 岩石掘进机法(TBM工法) 开挖方式:机械 工作面开挖方法: 全断面 支护:锚杆和喷射混凝土、预制管片 隧道断面:圆形断面
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3.3盾构法
3.5 盾构法
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3.5 地铁隧道施工—盾构法
❖ 地下铁道
➢ 地下铁道是指在城市地下修筑隧道,铺设轨道,以电动快速 列车运送大量乘客的公共交通体系,简称“地铁” (metro)。
3.3 TBM法
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3.3 隧道掘进机法(TBM工法)
❖ 岩层隧道的施工工法除新奥法之外,还有隧道掘 进机法(TBM工法,Tunnel Boring Machine 的简写)。适用于特长山岭隧道施工。
➢ TBM是集隧道开挖、支护及运渣等为一体的完全自动 化隧道修建设备。
❖ 盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧 道的一种施工方法。其埋设深度可以很深而不受 地面建筑物和交通的限制。近年来,由于盾构法 在施工技术上的不断改进,机械化程度越来越高, 对地层的适应性也越来越好。
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3.5 盾构法
❖ 盾构法的主要内容是:先在隧道某段的一端建造 竖井或基坑(工作井),以供盾构安装就位。盾 构从工作井的墙壁预留孔处出发,在地层中沿着 设计轴线开挖、支护土体,向另一竖井或基坑 (接收井)的设计预留孔洞推进。
3.4 客运专线隧道施工方法
❖ 目前,正在建设的和拟建的几条客运专线都有大 量的隧道工程涌现。
❖列车高速运营 隧道的净空断面积增大 施 工难度急剧增加。
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3.4 客运专线隧道施工方法
❖ 客运专线隧道可选择的施工方法为
➢ 新奥法(NATM工法) 开挖方式:人工、钻眼爆破 工作面开挖方法:CD、CRD、眼镜工法、预留核心土法 支护:锚杆和喷射混凝土 隧道断面:任意断面
3.2 新奥法-隧道工作面开挖方法
❖ 隧道断面开挖的基本原则: 在保护围岩稳定或减少对围岩的扰动 的前提下,选择恰当的开挖方法,尽 可能提高掘进速度。
❖ 隧道断面开挖方法可分为:
➢ 全断面开挖法(Ⅰ~Ⅲ级围岩单线隧道) ➢ 台阶开挖法(Ⅲ~Ⅴ级围岩单线隧道) ➢ 分部开挖法(Ⅳ~Ⅵ级围岩多线隧道)
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3.2 新奥法-隧道钻眼爆破
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3.2 新奥法-隧道钻眼爆破效果
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3.2 新奥法-隧道凿岩台车
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3.2 新奥法-隧道凿岩台车
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TBM 精确贯通
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3.3 隧道掘进机法(TBM)
❖ 掘进机法的优点
➢ 安全。开挖断面一般为圆形。 ➢ 快速。掘进速度一般可达:软岩层2m/h,中硬岩层
1m/h,硬岩层0.5m/h。 ➢ 经济。 ➢ 省工与降低劳动强度。 ➢ 排渣容易。
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隧道工程
1. 隧道
❖ 隧道修筑在岩体、土体或水底的,两端有出入口 的,供车辆、行人、水流及管线等通过的通道。 包括交通运输方面的铁路、公路、水(海)底隧 道和各种水工隧道等。
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1. 隧道(铁路隧道、公路隧道)
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1. 隧道(隧道桥梁连接段、海底隧道)
❖ 岩层隧道的常规施工方法为新奥法(NATM工法, New Austrian Tunnelling Method 的简写)
➢ 以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段,通过监测控制 围岩的变形,便于充分发挥围岩自承能力的施工工法。
开挖
锚杆和 喷射混凝土
初期支护
现浇 钢筋混凝土
二次支护
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CD法、CRD法、双侧壁导坑法等
❖ 隧道断面大须选择分部开挖法。
全断面开挖法
台阶开挖法
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CD工法(中隔墙法)
适用条件:Ⅳ~Ⅴ级围岩的浅埋双线隧道 优点:施工安全度较高、控制地层变形较好 缺点:施工进度较全断面法和台阶法慢,造价较高
Ⅱ Ⅱ
ⅩⅣ 1
Ⅳ ⅩⅣ 3 Ⅳ
➢ 地铁系统不是单纯的地下铁道,而是由地面铁路,高架铁路 和地下铁道组成的快速轨道交通系统,只是由于长期的习惯, 仍沿用过去地下铁道的名称。
❖ 地铁和轻轨的区别
➢ 按照国际标准,城市轨道交通列车可分为A、B、C三种型号, 分别对应3米、2.8米、2.6米的列车宽度。凡是选用A型或B 型列车的轨道交通线路称为地铁,采用5~8节编组列车;选 用C型列车的轨道交通线路称为轻轨,采用2~4节编组列车, 列车的车型和编组决定了车轴重量和站台长度。
3.3 隧道掘进机法(TBM)
❖秦岭特长隧道TBM施工(φ8.8mTBM )
➢ 秦岭隧道位于安康铁路线上,是我国最长单线铁路隧 道,全长18.46km,是国外铁路应用TBM施工的第三 座长隧道(英法海峡隧道,瑞士费尔爱那铁路隧道)。
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3.4 客运专线 隧道施工方法
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3.1 明挖法
❖ 明挖法是先将隧道部位的岩(土)体全部挖除,然后 修建衬砌,再进行回填的施工方法。
❖ 明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点但 对周围环境的影响较大。
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3.2 新奥法
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3.2 新奥法(NATM工法)—概念
(淮南-37亿元,2009年统计)
❖ 我国地铁建设的发展及前景
➢ 截至2009年9月,国内已有北京、上海、广州、深圳等10座 城市建成运营30条城市轨道交通线路,运营里程已达813.7 公里;截至目前,全国已有25个城市的轨道交通近期建设规 划获得国务院批复;按照现有规划,到2015年前后,我国将 建设87条线路、总里程2495公里,2020年总里程将达6100 公里,2010至2015年地铁建设投资规划额将达11568亿。
3.2 新奥法(NATM工法)—概念
基本理念:
保护围岩,发挥围岩自承能力
结构形式:
复合式衬砌(初次+防水+二衬) 初次衬砌为锚喷支护结构 二次衬砌为现浇钢筋混凝土结构
工作重点:
施工过程中的监控量测
核心技术:
动态设计和信息化施工
基本原则:
少扰动、早锚喷、勤量测、紧封闭
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3.5 地铁隧道施工—盾构法
❖ 我国地铁城市一览表
❖ 地铁引发的一系列思考 ➢ 没有地铁的城市是一个不完整的城市; ➢ 造价过高、并不经济; ➢ 造得起、不一定养得起; ➢ 地铁修到哪,房价就涨到哪。
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3.5 地铁隧道施工—盾构法
明挖法***
➢ 修建地铁隧道、城市公路隧道等,适用于土层中的隧
道。
新奥法(矿山法)*****
➢ 修建公路隧道、铁路隧道等,适用于岩层中的隧道。
掘进机法
➢ 修建公路隧道、铁路隧道等,适用于岩层中的隧道。
盾构法*****
➢ 修建城市地铁隧道等,适用于土层中的隧道。
沉管法
➢ 修建海底隧道、水工隧道等。
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Ⅷ 7 ⅩⅣ
9 ⅩⅣ

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ⅩⅢ

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CD工法(中隔墙法)
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CRD工法(交叉中隔墙法)
适用条件:Ⅳ~Ⅵ级围岩浅埋的双线隧道或多线隧道 优点:施工安全度较高、控制地层变形较好 缺点:施工进度较全断面法、台阶法和CD法慢,造价较高
核心土面积不应小于整个断面的50%
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3.2 新奥法—隧道衬砌施工
开挖
锚杆和 喷射混凝土
初期支护
现浇 钢筋混凝土
二次支护
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3.2 新奥法—隧道衬砌施工
开挖
锚杆和 喷射混凝土
初期支护
现浇 钢筋混凝土
二次支护
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3.4 客运专线隧道施工方法
❖ 时速200至350km/h的铁路统称为客运专线,它 是以客运为主的高速铁路。
❖ 根据国务院批准的《中长期铁路网规划》,我国 将规划建设“四纵四横”铁路快速客运专线,总 长1.2万公里以上。
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3.3 隧道掘进机法(TBM)
❖ 掘进机法的缺点
➢ 一次投资大,尺寸重量大,机器较复杂制造周期长, 装运费时费事费钱,刀具的消耗和维修费用也很昂贵。
➢ 对岩层变化的适应性差。 ➢ 开挖的隧道断面局限于圆形,对于其他形状的断面,
则需进行二次开挖。 ➢ 作业率低。 ➢ 能耗大。
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