隧道施工-新奥法施工(隧道工程课件)

隧道施工方法——新奥法施工新奥法施工1963年，由奥地利学者L·腊布兹维奇教授命名为“新奥地利隧道施工法（NewAstriaTunnellingMethod）”，简称“新奥法（NATM）”正式出台。它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段。新奥法施工以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，通过监测控制围岩的变形，动态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道施工方法，其核心内容就是充分发挥围岩的自承能力。新奥法施工新奥法施工，按其开挖断面的大小及位置，基本上又可分为：全断面法、台阶法、分部开挖法三大类及若干变化方案。1.全断面开挖方法按隧道设计轮廓线一次爆破成型的施工方法，适用于较完整的、坚硬围岩，如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩。全断面开挖法工作面设备布置全断面开挖法工作面设备布置全断面开挖法工作面设备布置全断面开挖法工作面设备布置①用钻孔台车，钻眼，然后装药、联接导火线；②退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；③排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土；④用装碴机将石碴装入出碴车，运出洞外；开挖施工程序⑴开挖施工程序1.全断面开挖方法⑤安设边墙锚杆和喷混凝土；⑥必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；⑦开始下一轮循环；⑧在初期支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期灌注内层衬砌。开挖施工程序⑴开挖施工程序1.全断面开挖方法工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理；工作空间大，便于大型机械化施工；施工进度高，目前，我国公路隧道一般都能保持月进成洞平均150m左右，高者已接近300m／月。施工环境较好全断面开挖的优点⑵全断面开挖的优点1.全断面开挖方法DummyTitle1DummyTitle2DummyTitle3DummyTitle4Step.1Step.2Step.3Step.4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；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；加强对施工人员的技术培训，增强施工人员对新奥法的理解⑶采用全断面法应注意下列问题：1.全断面开挖方法2、台阶法台阶法中包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法等三种，其划分一般是根据台阶长度来决定的。适用条件：跨度较大，围岩较破碎的情况。2、台阶法选择何种台阶法，取决于以下条件：初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短；上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备对施工场地大小的要求。2、台阶法2、台阶法⑴长台阶法是将断面分成上半断面和下半断面两部分进行开挖，上、下断面相距较远，一段上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。2、台阶法⑴长台阶法其纵向工序布置和机械配置如图所示2、台阶法⑴长台阶法适用条件：适用范围较全断面法广泛，凡是在全断面法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬不用底拱封闭断面的情况，都可采用长台阶法。2、台阶法⑵短台阶法分成上下两个断面进行开挖，两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍但大于1~1.5倍洞跨。上下断面采用平行作业。2、台阶法⑵短台阶法适用条件：适用范围很广，Ⅰ-Ⅴ级围岩都能采用，尤其适用于Ⅳ、Ⅴ级围岩，是新奥法施工中主要采用的方法之一。2、台阶法⑵短台阶法短台阶法可缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值上台阶出碴时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业。优点缺点2、台阶法⑵短台阶法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。2、台阶法⑶超短台阶法这种方法也是分成上下两部分，但上台阶仅超前3~5m，只能采用交替作业。2、台阶法⑶超短台阶法适用条件：超短台阶法适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面的场合。也适用于机械化程度不高的各类围岩地段。优点：超短台阶法初期支护全断面闭合时间更短，更有利于控制围岩变形。在城市隧道施工中，能更有效地控制地表沉陷。缺点：上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰较大，生产效率较低，施工速度较慢。2、台阶法⑶超短台阶法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。2、台阶法⑷下半台阶开挖需要注意：下半断面的开挖（又称落底）应在上半断面初期支护基本稳定后进行；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；2、台阶法⑷下半台阶开挖需要注意：下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土，并按规定做初期支护。2、台阶法⑷下半台阶开挖需要注意：量测工作必须及时，以观察拱顶、拱脚和边墙中部位移值，当发现速率增大，应立即进行底（仰）拱封闭，或缩短进尺，加强支护，分割掌子面等。3、分部开挖法分部开挖法可分为三种变化方案：台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法3、分部开挖法3、分部开挖法3、分部开挖法3、分部开挖法3、分部开挖法3、分部开挖法三线大跨双侧壁导坑施工3、分部开挖法3、分部开挖法⑴台阶分部开挖法(弧形导坑法)又称环形开挖留核心土法，一般将断面分成为环形拱部、上部核心土、下部台阶等三部分。环形开挖进尺为0.5-1.0m，不宜过长。上部核心土和下台阶的距离，一般为1倍洞跨。导洞开挖导坑超前＋扩挖爆破法小型掘进机＋扩挖爆破法日本在1968～1969首次在惠那山隧道的4.45m导坑开挖中采用了TBM，约掘进1000m。之后在三车道的舞子隧道用于开挖直径5.0m的运输坑道，岩层的单轴抗压强度是100～250MPa的花岗岩，平均掘进速度是1.0～1.7m/h，共掘进2400m。小型掘进机＋扩挖爆破法⑴台阶分部开挖法(弧形导坑法)适用条件：这种方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩中。优点：与超短台阶法相比，台阶长度可以加长，减少上下台阶施工干扰；而与下述的侧壁导坑法相比，施工机械化程度较高，施工速度可加快。开挖中围岩要经受多次扰动，断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，这些都有可能使围岩变形增大。台阶分部开挖时应注意下列问题：小型掘进机＋扩挖爆破法⑴台阶分部开挖法(弧形导坑法)小型掘进机＋扩挖爆破法⑵单侧壁导坑法这种方法一般是将断面分成三块：侧壁导坑(1)、上台阶(2)、下台阶(3)。侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用，并考虑机械设备和施工条件而定。一般侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以到起拱线为宜。小型掘进机＋扩挖爆破法⑵单侧壁导坑法小型掘进机＋扩挖爆破法⑵单侧壁导坑适用条件：单侧壁导坑法是将断面横向分成3块或4块，每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初期支护承载能力大，所以，单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。小型掘进机＋扩挖爆破法⑶双侧壁导坑法这种方法又称眼镜工法，一般是将断面分成四块：左、右侧壁导坑(1)、上部核心土(2)、下台阶(3)。导坑尺寸拟定的原则同前，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。小型掘进机＋扩挖爆破法⑶双侧壁导坑法小型掘进机＋扩挖爆破法⑶双侧壁导坑法适用条件：当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。现场实测表明，双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的1/2左右。小型掘进机＋扩挖爆破法⑶双侧壁导坑法双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多，扰动大，初期支护全断面闭合的时间长，但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的