一级建造师《公路工程管理与实务》-隧道工程培训课件

一级建造师《公路工程管理与实务》专题：隧道工程本节考点：1.隧道主要施工方法2.隧道开挖3.隧道支护与衬砌【知识拓展：仰拱】仰拱的作用：1.解决基础承载力不够，减少下沉；防止底鼓的隆起变形，调整衬砌应力的作用；2.封闭围岩，阻止围岩过大的变形，提高机构的整体承载力；3.增加底部和墙部的支撑抵抗力，防止内挤而产生剪切破坏。新奥法施工方法包括：台阶法环形开挖留核心土法中隔墙法（简称CD法）（a）横断面（b）纵断面交叉中隔墙法（简称CRD法）双侧壁导坑法1B414033隧道支护与衬砌一、隧道施工预支护技术道施工过程中，当遇到软弱破碎围岩时，其自支护能力是比较弱的，经常采用的预支护措施有超前锚杆、插板、或小钢管；管棚；超前小导管注浆；开挖工作面及围岩预注浆等。（一）超前锚杆、小钢管施工技术要点超前锚杆主要适用于地下水较少的软弱破碎围岩的隧道工程中，如土砂质地层、弱膨胀性地层、流变性较小的地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带、浅理无显著偏压的隧道等，也适宜于采用中小型机械施工。超前锚杆宜采用早强砂浆锚杆。（二）管棚施工技术要点管棚主要适用于围岩压力来得快、来得大，用于对围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩隧道工程中。如土砂质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带、浅埋有显著偏压等围岩的隧道中。此外，在一般无胶结的土及砂质围岩中，可采用插板封闭较为有效；在地下水较多时，则可利用钢管注浆堵水和加固围岩。短管棚（长度小于10m的小钢管）一次超前量小，基本上与开挖作业交替进行，占用循环时间较大，但钻孔安装或顶入安装较容易。长管棚（长度为10～45m，直径较粗的钢管）一次超前量大，单次钻孔或打入长钢管的作业时间较长，但减少了安装钢管的次数，减少了与开挖作业之间的干扰。（a）管棚的环向布置；（b）管棚钢管纵向错接；（c）钢管端部横向连接（三）超前小导管注浆施工技术要点（a）超前小导管布置；（b）注浆半径孔距选择；（c）小导管全图超前小导管注浆是在开挖掘进前，先用喷混凝土将开挖面和5m范围内的坑道封闭，然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管并通过小导管向围岩注浆，待浆液硬化后，在坑道周围形成了一个加固圈，在此加固圈的防护下即可安全地进行开挖。超前小导管注浆不仅适用于一般软弱破碎围岩，也适用于地下水丰富的松软围岩。但超前小导管注浆对围岩加固的范围和强度是有限的，在围岩条件特别差而变形又严格控制的隧道施工中，超前小导管注浆常常作为一项主要的辅助措施，与管棚结合起来加固围岩。（四）预注浆加固围岩施工技术要点预注浆一般可超前开挖面30～50m，可以形成有相当厚度的和较长区段的筒状加固区，从而使得堵水的效果更好，也使得注浆作业的次数减少，它更适用于有压地下水及地下水丰富的地层中，也更适用于采用大中型机械化施工。预注浆加固围岩有洞内超前注浆、地表超前注浆和平导超前注浆三种方式。对于浅埋隧道，可以从地表向隧道所在区域打辐射状或平行状钻孔注浆；对于深埋长大隧道，可设置平行导坑，由平行导坑向正洞所在区域钻孔注浆。二、初期支护（一）喷射混凝土喷射混凝土的工艺流程有干喷、潮喷、湿喷和混合喷，具体见表。喷射混凝土的工艺流程适用范围干喷粉尘污染及回弹情况较严重，隧道内不得采用潮喷粉尘少、目前施工现场较多湿喷软弱围岩特别是黄土隧道以及渗水隧道混合喷工艺复杂，使用机械多，机械清洗和故障处理很麻烦。一般只用在喷射混凝土量大和大断面隧道工程中。（二）锚杆按照锚固形式可划分为全长粘结型、端头锚固型、摩擦型和预应力型四种。（三）钢支撑钢支撑按其材料的组成可分为钢拱架和格栅钢架。1.钢拱架钢拱架的最大特点是架设后能够立即承载。因此，多设在需要立即控制围岩变形的场合，在V、Ⅵ级软弱破碎围岩中或处理塌方时使用较多。钢拱架与围岩间的空隙难以用喷射混凝土紧密充填，与喷射混凝土粘结也不好，导致钢拱架附近喷射混凝土出现裂缝。2.格栅格栅能够很好地与喷射混凝土一起与围岩密贴，喷射混凝土能够充满格栅及其与围岩的空隙，且能和锚杆超前支护结构连成一体，支护效果好。（四）锚喷支护作为初期支护，目前在隧道工程中使用最多的组合形式时锚杆（主要指系统锚杆）加喷射混凝土（素喷或网喷）。三、模筑混凝土衬砌单层衬砌中的现浇整体式混凝土衬砌常用于Ⅱ、Ⅲ级围岩中。复合式衬砌中的二次衬砌，除了起饰面和增加安全度的作用外，也承受了在其施工后发生的外部水压，软弱围岩的蠕变压力，膨胀性地压，或者浅埋隧道受到的附加荷载等。模筑混凝土衬砌的施工技术要点如下：衬砌施工顺序，目前多采用由下到上、先墙后拱的顺序连续浇筑。在隧道纵向，则需分段进行，分段长度一般为8～12m。在全断面开挖成形或大断面开挖成形的隧道衬砌施工中，则应尽量使用金属模板台车灌注混凝土整体衬砌。1.衬砌施工的准备工作（1）组装式模板拼装式拱架模板的灵活性大，适应性强，尤其适用于曲线地段。因其安装架设较费时费力，故生产能力较模板台车低。在中小型隧道及分部开挖时，使用较多。（2）整体移动式模板台车模板台车的长度即一次模筑段长度应根据施工进度要求、混凝土生产能力和浇筑技术要求以及曲线隧道的曲线半径等条件来确定。整体移动式模板台车的生产能力大，可配合混凝土输送泵联合作业，是较先进的模板设备。我国较多的施工单位在现场自制简单的模板台车，效果也很好。2.混凝土的制备与运输（1）配料（2）搅拌混凝土的拌和，一般应采用机械搅拌。隧道工程中大多采用自落式鼓筒搅拌机。（3）混凝土的运输混凝土可在设于隧道洞口外的中心搅拌站制备；当隧道较长时，也可在洞内设临时搅拌站进行拌和工作。3.混凝土的灌注（1）灌注边墙混凝土时，要求两侧混凝土保持分层对称地均匀上升，以免两侧边墙模板受力不均匀而倾斜或移位。（2）灌注拱圈混凝土时，应从两侧拱脚开始，同时向拱顶分层对称地进行，层面应保持辐射状。当灌注到拱顶时，需要改为沿隧道纵向进行灌注，边灌注边铺封口模板，这种封顶叫"活封口"。当衬砌灌注到最后一个节段时，只能在拱顶中央留出一个50cm×50cm的缺口，进行"死封口"封顶。在整体移动式模板台车的适当位置上设置的检查窗是为了确认混凝土的捣固状态，窗的大小45cm×45cm以上。为了确实地充填拱顶部，可采用具有自充填性的材料难以离析的高流动性混凝土。（3）混凝土捣固、养护与拆模隧道衬砌混凝土施工中应用最多的是插入式振动器。（4）衬砌灌注中若干问题的处理【真题2016】下列隧道支护措施中,不属于超前预支护措施的是（）。A.搭设管棚B.周边预注浆C.径向注浆D.超前小导管注浆【答案】C【解析】道施工过程中，当遇到软弱破碎围岩时，其自支护能力是比较弱的，经常采用的预支护措施有超前锚杆、插板、或小钢管；管棚；超前小导管注浆；开挖工作面及围岩预注浆等。【真题2015】既适用于一般软弱破碎围岩，也适用于地下水丰富的松软围岩，且对围岩加固的范围和强度相对较小的预支护措施是（ ）。A.超前锚杆预支护 B.超前小导管注浆预支护C.管棚预支护 D.小钢管预支护【答案】B【解析】超前锚杆主要适用于地下水较少的软弱破碎围岩的隧道工程中，也适宜于采用中小型机械施工。管棚主要适用于围岩压力来得快、来得大，用于对围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩隧道工程中。超前小导管注浆不仅适用于一般软弱破碎围岩，也适用于地下水丰富的松软围岩，对围岩加固的范围和强度是有限的。【真题2014】关于隧道衬砌的说法，错误的是（）。A.单层现浇整体式混凝土衬砌常用于Ⅱ、Ⅲ级围岩中B.交工时衬砌及所使用的附属设施侵入建筑限界不大于0.2mC.衬砌混凝土的拌合应用机械拌合D.衬砌施工多采用由下而上、先墙后拱的顺序连续浇筑【答案】B【解析】本题考查的是模筑混凝土衬砌。交工时衬砌及所用的附属设施不得侵入建筑限界。【真题2013】关于采用工字钢钢拱架进行隧道支护的说法，错误的是（）。A.混凝土能充满钢拱架和围岩间空隙，钢拱架与喷射混凝土粘结好B.可用于混凝土内作为永久衬砌的一部分C.架设后能立即承载D.在V、VI级较软弱破碎围岩中使用较多【答案】A【解析】钢拱架与围岩间的空隙难以用喷射混凝土紧密充填，与喷射混凝土粘结也不好。【真题2015】案例分析背景资料：某高速公路隧道为双向四车道分离式隧道，隧道右线长1618m，左线长1616m，设计净空宽度10.8m，净空高度6.6m，设计车速80km/h。该隧道围岩主要为IV级，采用复合式衬砌，衬砌断面设计如图1所示。图1复合式衬砌断面示意图隧道穿越岩溶区，地表水、地下水丰富，开挖过程中发现不同程度的渗水和涌水，为保证隧道施工安全，施工单位对隧道渗水和涌水采用超前小导管预注浆进行止水处理，注浆工艺流程如图2所示。图2注浆工艺流程图【问题】1.按隧道断面形状，该隧道的洞身属于哪一类型？该类型适用条件是什么？2.写出图1中构造物A、B、C、D的名称。3.写出图2中工序E、F的名称。【参考答案】1.属于曲墙式。适用于地质条件差、需承受较大围岩水平压力的情况。【注：直墙式衬砌适用于地质条件比较好，垂直围岩压力为主而水平围岩压力较小的情况。】2.A是二次衬砌，B是排水盲沟，C是中心排水管沟，D是仰拱。3.E是安装导管，F是注浆管路安装。【真题2014】案例分析背景资料：某隧道为上、下行双线四车道隧道，其中左线长858m，右线长862m，隧道最大埋深98m，净空宽度9.64m，净空高度6.88m，设计车速为100km/h。其中YK9+928～YK10+004段为V级围岩，采用环形开挖留核心土法施工，开挖进尺为3m。该隧道复合式衬砌横断面示意图如图3所示，采用喷锚网联合支护形式，结合超前小导管作为超前支护措施，二次衬砌采用灌注混凝土，初期支护与二次衬砌之间设防水层。图3复合式衬砌横断面示意图在一个模筑段长度内灌注边墙混凝土时，施工单位施工方便，先灌注完左侧边墙混凝土，再灌注右侧边墙混凝土。……【问题】1.指出环形开挖留核心土施工中的错误之处，并改正。2.根据图3，写出结构层⑥的名称，并写出初期支护、防水层、二次衬砌分别由哪几部分组成？（只需写出相应的编号）3.为充分发挥喷锚网联合支护效应，资料中系统锚杆应与哪些支护彼此牢固连接？（只需写出相应的编号）4.资料中边墙灌注施工错误，写出正确的做法。【参考答案】1.错误之处：采用环形开挖留核心土法施