隧道施工主题知识讲座

隧道施工---------------李娜隧道施工主题知识讲座第1页绪论一、隧道概念隧道通常是指修建在底层中地下通道等工程建筑物.它被广泛地应用于公路、铁路、矿山、水利、市政和国防等方面.所以可单纯了解为“地下通道”隧道概念.二、隧道基本分类与功效1.依隧道所处地质条件,能够分为土质隧道和实质隧道.2.按照隧道长度能够分为短隧道（铁路隧道要求:L≤500m:公路隧道要求L≤500m）、中长隧道（铁路隧道要求:500<L≤3000m:公路隧道要求500<L<1000m）长隧道(铁路隧道要求:3000<L≤10000m;公路隧道要求1000m≤L≤3000m)和专长隧道（铁路隧道；L＞10000：公路隧道L＞30000）3.依据隧道横断面面积;极小断面隧道(2-3㎡)、小断面隧道(3-10㎡）、大断面隧道（50-100㎡）、特大断面隧道(大于100㎡)4.依隧道所在位置;山岭隧道、水底隧道和城市隧道5.依据埋置深度:浅埋隧道和深埋隧道6按照用途:交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿山隧道9中长隧道隧道施工主题知识讲座第2页隧道按照用途分类1.交通隧道:提供交通运输和人行通道,以满足交通线路通畅要求.普通包含.铁路隧道(开挖隧道直接穿山而过.即可使线路顺直,防止许多无谓占线,使线路缩短,又可降低坡度,使运行条件得以改进,提升牵引定数,对拉多跑)公路隧道(高速公路对道路修建提出了较高标准,要求线路顺直、坡度平缓、路面平缓.隧道修建在改进公路技术状态、缩短运行距离、提升运输能力、降低事故等方面起了主要作用)随地隧道(交通线路需要跨江河湖海洋时,优点是不受气候影响,不影响通航,引道占地少,战时不暴露交通设施目标)地下铁道(处理大城市中交通拥挤.车辆堵塞问题,能大量,快速地运输乘客一个城市交通设施)航运隧道(当运河需要过分水岭时,隧道将分水岭两边河道贯通,即可缩短航程没有可省去船匣费用,并使航运条件大为改进)人行地道(降低交通事故,提升交通运输能力)隧道施工主题知识讲座第3页2.水工隧道:是水利工程和水力发电枢纽主要组成部分.普通包含:引水隧道(惊醒水资源调动或把水引入水电站发电机组,产生动力水资源.引水隧道内部充水因而内壁承压,有只是部分过水,因而内部只受大气压而无水压,分别称之为优雅隧道和无压隧道)排水隧道.把发电机组排出废水送出去隧道导流隧道或泄洪隧道(疏导水流并补充溢洪道流量超限后泄洪作用)排沙隧道(用来冲涮水库中淤积泥沙,把泥沙裹带运出水库,有时也用来放空水库里水,方便进行库身检验或修理建筑物)3.市政隧道:安置各种市政设施,改进人居环境,合理利用地下空间洞室.主要包含给水隧道.布置城市自来水供水管网污水隧道.本身倒流排送或由管道排污,普通排污隧道进口处,多设排渣隔栅,把漂浮杂物拦在隧道外面,不至于造成堵塞.管路隧道.供给煤气、暖气、热水.线路隧道.铺设电力电缆、通讯电缆隧道施工主题知识讲座第4页人防隧道.为战士防空目标而修建隧道.4.矿山隧道.在矿山开采中,常设一些为采矿服务隧道,从山体以外通向矿床,并将开采到矿石运输出来.主要有:运输巷道给水隧道.送入清洁水为采掘机使用,并将废水及积水经过泵抽,派出隧道通风隧道.净化巷道中空气,创造良好工作环境.三.隧道基本组成隧道能充分利用沿土地层固有性质,到达有效修建隧道目标,取得良好社会效益和经济效益.隧道普通由主体结构物和从属结构物两大部分组成.隧道施工主题知识讲座第5页1.隧道主体结构物隧道主体结构物由围岩和支护结构共同组成,用来保持岩体稳定和隧道在使用中安全.支护又包含早期支护和二次衬砌.隧道开挖后,为了有效控制和约束围岩变形,依据不一样围岩稳定状态,及时施作喷射混凝土、锚杆、钢纤维混凝土、钢支撑等组合起来早期支护,以充分调动和发挥围岩自承能力.同时,凭借早期支护良好柔性特点,使得他在与围岩体共同变形过程中能有效调整围岩应力,控制围岩作有程度变形,进而将围岩体与早期支护组成统一承载体系,提升围岩与支护共同作用.二次衬砌能够用喷射砼层柔性支护,也能够采取模筑混凝土施作,起到增加安全度、保护防水层、预防喷射混凝土层或围岩风化并作为安全贮备作用,确保隧道主体结构永久稳定和安全.隧道施工主题知识讲座第6页2.隧道从属结构物为了使隧道能够正常使用,确保车辆安全通行而设.其中包含:隧道通风建筑物、安全避让设施、照明设施和电力及通信信号安放设备.由此可见,隧道从属结构物是为运行管理、维涵养护、给水排水、供需发电、通风、照明、通信、安全而设置.隧道主体结构物与从属结构物一同组成永久性建筑物.3,隧道施工方法介绍〝爱护围岩、内实外美、重视环境、动态施工〞施工理念隧道施工主题知识讲座第7页当前隧道施工方法主要有矿山法、明挖法、掘进机法、沉管法、盾构法等.矿山法:是应用最广,最成熟山岭隧道修建方法.施工时严格按照〝钻孔-装药-爆破-通风-出渣〞次序,一步一步循环开挖,并趋向大断面少分部开挖,辅以简单易行、安全可靠强有力支护结构.如全断面法、台阶法、分部开挖法中(CD、CDR法)、侧壁导坑法.明挖法:是在露天路堑地面上,或是从地表向下开挖基坑内,先修筑衬砌结构物,然后敷设外贴式防水层,再回填覆盖土石.明挖法多适合用于地下铁道、城市市政隧道、山岭隧道等埋深浅但难以暗挖地段掘进机法(硬岩):利用岩石隧道挖掘机在岩石地层中暗挖隧道一个施工方法,利用刀具一次便将隧道整个断面切削成型,掘进时还兼有出渣及掘进作用隧道施工主题知识讲座第8页盾构法:应用于软土、流沙、淤泥等特殊底层.用一个有形钢制组件沿隧道设计轴线开挖土体,并向前进.这个钢制组件在初步或最终隧道衬砌建成前,主要起防护开挖出土体,确保作业人员和机械设备安全作用,这个钢制组件简称为盾构.盾构另一个作用是承受来自底层压力,预防地下水或流沙入侵.盾构施工不但不受地面交通、河道、潮汐、气候条件影响,而且盾构推进、出土、衬砌拼装等可实现自动化、智能化和施工远程控制信息化,掘进速度较快,施工劳动强度低,并含有显著环境保护功效.沉管法(水底隧道):将预制好隧道管段拖航浮运至隧止,沉入基槽并进行水下连接,从而形成隧道.隧道施工主题知识讲座第9页第一章围岩分级与压力隧道施工主题知识讲座第10页

第一节围岩分级

一.概述围岩定义.围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分布岩体,或指隧道开挖后对其稳定性产生影响那部分岩体.(岩体土体与岩体总称)在不一样岩体条件中开挖隧道后岩体所表现形态.充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定.分级目标.隧道工程所处地质条件十分复杂,依据长久工程实际,工程师认识到各种围岩物理性质之间存在一定内在联络和规律,依据这些规律可将围岩分成若干级.围岩分级目标是:作为选择施工方法依据;进行科学管理及正确评价经济效益;确定结构上荷载;给出衬砌结构类型和尺寸;作为制订劳动定额、材料消耗标准基础.隧道施工主题知识讲座第11页二、围岩分级方法围岩分级要素.第一类;与岩性相关要素.比如硬岩、软岩、膨胀岩.其分级指标是岩石强度和变形性质等,比如岩石单轴抗压强度、岩石变形模量和弹性波速度等第二类:与地质结构相关要素,如软弱结构面分布于性态、风化程度等.其分级指标采取岩石质量指标、地质原因评分法等.这些指标其实是对岩体完整性或结构状态评价.在划分围岩级别中普通占有主要地位.第三类:与地下水相关要素按其性质主要分为以下几类:.三、我国铁路隧道围岩分级法1.围岩分级:在我国现行《铁路隧道设计规范》(TB10003-)中明确要求了围岩分级法应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个原因决定,岩石坚硬程度和岩体完整程度应采取定性划分和定量指标两种方法综合确定隧道施工主题知识讲座第12页2.围岩基本分级按照以上几个原因,把围岩分为六级.依其坚硬程度和完整程度由好到差依次分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级.3.围岩分级修正.结合隧道工程特点,考虑地下水状态、初始地应力状态等必要原因,围岩级别在基本分级基础上应该进行修正.隧道施工主题知识讲座第13页第二节、围岩压力一、概述1.围岩压力.围岩压力是指导起隧道威严和支护变形和破坏作用力,既包含由地引力引发围岩压力,由包含围岩变形受到支护约束力而作用在支护结构上作用力.(1)坑道开挖前岩体中应力状态.坑道开挖前,岩体是一个处于平衡状态半无限体,在仅有重力作用下,其中任一深度应力状态以下列图:隧道施工主题知识讲座第14页(2)基坑开挖后围岩应力状态,因为基坑开挖破坏了原来平衡状态,使靠近坑道周围部分围岩应力状态发生了改变,同时产生了位移,直至新平衡状态.其应力状态以下列图:隧道施工主题知识讲座第15页2.围岩压力客观表现无支护坑道,往往有岩块掉落或从坑道周围弹出,局部坍塌、围岩内挤、坑道底部鼓起,甚至全部垮塌.有支护坑道,则会产生支护破裂、变形、坍毁等.在有些条件下,即使无支护,但坑道坍塌到一定程度下会稳定下来.而且成为一个自然拱形.实际上是以自然拱承受着上覆土体重力,即所谓成拱作用.拱下和坑周围两侧坍塌岩体则是施加给坑道支护结构荷载,即所谓松动围岩压力.隧道施工主题知识讲座第16页3.水平坑道中围岩压力种类:垂直压力、侧压力、底压力.其分布可假设为规则(均匀分布),实际上往往是不规则,当地形改变较大或坑道两侧山体高差很大时,则要依据情况深入分析.4.围岩压力影响原因:工程地质原因.原始应力状态、岩石力学性质、岩体结构面等.工程结构原因.支护方法、支护设置时间、支护本身刚度、坑道形状和尺寸、埋置深度等.其中其决定性作用是围岩地质条件,它是内因.外因分析:二、确定围岩压力方法确定隧道围岩方法普通有:现场量测法、理论计算法、统计法.现场量测法是用仪器实地量测围岩压力方法,最具说服力.但因量测技术伎俩方面原因影响,量测俄结果不能充分反应真实隧道施工主题知识讲座第17页情况;理论计算是用一些成熟计算理论对围岩体做一些假定,来实现对隧道围岩压力计算,因围岩条件千变万化,所用计算参数难免与实际不符,故现阶段理论计算方法往往还需要配合其它方法.经过实际工程围岩压力值统计分析而成经验计算方法含有简单可靠等特点而被广范采取.当前,在实际中往往用上述几个方法相互验证.1.深埋隧道围岩压力计算单线深埋隧道衬砌围堰松弛压力时,围岩压力按涣散压力考虑.(1)垂直均布压力作用大标准值可按下式确定

q=rh

h=0.41

×1.79ˆs式中：q-垂直均布压力（kPa）

R-围岩重度（K

N/m2)

h-围岩压力计算高度

S-围岩级别，如Ⅱ级围岩s=2（2)水平均布压力作用。水平均布压力作用标准值可按下表确定。

围岩级别Ⅰ、ⅡⅢⅣⅤⅥ水平均布压力作用0〈0.15q(0.15-0.30)q(0.10-0.50)q(0.50-1.00)

q隧道施工主题知识讲座第18页以上两式使用条件:不产生显著偏压力及膨胀性压力普通围岩;采取钻爆法施工隧道.当地面水平或靠近水平,且单(双)线隧道覆盖深度小于下表所列数值时,应按浅埋隧道进行设计.2.浅埋隧道围岩压力对于浅埋隧道而言，因为形不整天然拱而不能再套用深埋隧道围岩压力确实定方法，所以要经过研究浅埋隧道岩体平衡条件，找出新方法。围岩级别ⅢⅣⅤ单线隧道m5-710-1418-25隧道覆盖深度m8-1015-2030-35隧道施工主题知识讲座第19页（1）深、浅埋隧道判定标准普通情况下是以隧道能否形整天然拱为深、浅埋隧道判定标准，但详细较难确定，当前在铁路隧道设计中是以实际统计资料来确定。Hp=(2-2.5)hq式中：Hp-深、浅埋隧道分界埋深；Hq-铁路隧道实际塌方体统计平均高度，hq=0.41×1.79ˆs.w(w=1)当埋深h》Hq时为深埋隧道；当h〈Hq时为浅埋。普通在松软围岩中去最高限，在最低围岩中取最低限，其它情况试情况而定。（2）浅埋隧道围岩压力确定方法隧道施工主题知识讲座第20页当h《hq时，作用在隧道衬砌上压力为q=rhe1=rhγe2=

rγ(h+ht)γ=tanˆ2(45º-Φ/2)式中：ht=隧道开挖高度(m)

h=隧道埋深(m)

e1=作用在隧道顶处侧压力（K

N/m2)

e2=作用在隧道底处侧压力（K

N/m2)

Φ=围岩计算摩擦角(º)当hq〈h〈Hp时,垂直均布压力标准值计算qk=rh(1-bkh/B)隧道施工主题知识讲座第21页式中r-围岩重度(kN／m3)按下表取值

h-隧道覆盖深度(m)

B-坑道深度(m)

bk-隧道均布作用夹持系数,按下表取值围岩重度及夹持系数围岩级别ⅣⅤⅥ围岩重度r(kN／m3)20.518.516.0拱部截面夹持系数bk0.100.080.01边墙截面夹持系数bk0.230.160.08隧道施工主题知识讲座第22页水平侧压力按梯形分布,其标准值按下式计算Eik=rhγEik-结构高度范围内,任一点水平侧压力标准值hi-结构高度范围内,任一点离地面高度γi-侧压力系数,按下表取值围岩级别ⅣⅤⅥ拱部截面侧压力系数0.150.250.35边墙截面侧压力系数0.350.50.65隧道施工主题知识讲座第23页某隧道洞口地段地质条件为Ⅳ类围岩,其隧道开挖高度为8.0米,宽度为6.4m,求洞顶4m.8m及12m处围岩压力.解计算隧道实际塌方体统计平均高度Hp=(2-2.5)hq=2.5×0.41×1.79ˆs.w=2.5×0.41×1.79ˆ4=10.53m(1)求4m处围岩压力.h=4m〈Hp=10.53m,所以洞顶4m处为浅埋