隧道工程第6章隧道施工方法.pptx
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1、第六章第六章 隧道施隧道施工方工方法法第一节第一节 隧道施工方法概述隧道施工方法概述第二节第二节 主要开挖方法主要开挖方法第三节第三节 新奥法的基本概念新奥法的基本概念第一节第一节 隧道施工方法隧道施工方法概述概述一、隧道施工基本概念二、隧道施工方法的分类及其选择三、矿山法概述1隧道工程施工隧道工程施工隧道工程施工是指按照规定的使用目的、规定的设计要求、规定的技术标准,使用适当的人员、资金、机械、材料,运 用适当的施工方法、施工技术和施工管理,在指定的地层中 修建隧道及地下洞室建筑物的建筑活动。隧道施工过程通常包括:在地层中挖出土石,形成符合 设计断面的坑道,进行必要的支护和衬砌,控制坑道围
2、岩变形,保证隧道施工安全和长期安全使用。1)隐蔽性大隐蔽性大2)作业的循环性强)作业的循环性强 3)作业空间有限作业空间有限4)作业的综合性作业的综合性5)施工是动态的施工是动态的6)作业环境恶劣作业环境恶劣7)作业的风险性大作业的风险性大 8)气候影响小气候影响小隧道施工具有以下特性:2隧道施工方法隧道施工方法隧道施工方法是开挖和支护等工序的组合*隧道施工方法主要研究在不同地下建筑环境条件下,修建不同建筑形式的隧道时,对建造过程的施工工序的 划分、作业程序的设计、施工技术的选择,以及对人员、材料、机械、资金的综合调配与应用。*在隧道施工中最重要的是选择合理的施工方法。常用的施工方法有:传统矿
3、山法(日本称为背板法)、新 奥法(NATM)、明挖法、盖挖法、盾构法(Shield)、掘 进机法、沉埋法。混凝土衬砌模板台车混凝土衬砌模板台车盾构法施工技术:插刀盾构法;盾构法施工技术:插刀盾构法;土压平衡盾构法;泥水盾构法;土压平衡盾构法;泥水盾构法;复合式盾构法;顶管法。复合式盾构法;顶管法。2007年年7月月26日,在南京日,在南京地铁二号线汉中门工地,工人地铁二号线汉中门工地,工人 们在顺利出洞的盾构机旁挥舞旗帜。们在顺利出洞的盾构机旁挥舞旗帜。辽宁省大伙房水库输水工程全断面隧道掘进机辽宁省大伙房水库输水工程全断面隧道掘进机西康铁路秦岭隧道西康铁路秦岭隧道线线(左线左线)隧道使用隧道使
4、用2台台8.8米敞开米敞开 式掘进机(式掘进机(TBM)由隧道两端相向施工。)由隧道两端相向施工。沉管法施工技术:沉埋管段法;悬浮管段法。沉管法施工技术:沉埋管段法;悬浮管段法。3.隧道施工技隧道施工技术主要研究解决上述各种隧道施工方法所需的技术 方案和措施(如开挖、掘进、支护和衬砌施工方 案和措施)、隧道穿越特殊地质地段时(如膨胀 土、黄土、溶洞、塌方、流沙、高地温、岩爆、瓦斯地层等)的施工手段、隧道施工过程中的通 风、防尘、防有害气体及照明、风水电作业的方 式方法和对围岩变化的量测监控方法。二、隧道施工方法分类及其选择(一)隧道施工方法的分类(二)隧道施工方法的适用条件(三)隧道施工方法的
5、选择原则(山岭隧道施工方法(矿山法(钻爆法)TM)l掘进机法(TBM)(明挖法地下连续墙法隧道施工方法浅埋及软土隧道施工方法盖挖法浅埋暗挖法l盾构法(Shieldl盾构法lA法(N山l新奥法(传统矿(一)隧道施工方法的分类水底隧道施工方法(沉管法(二)隧道施工方法的适用条件(三)隧道施工方法的选择原则选择施工方法时需考虑的基本因素大体上可归纳为:1、施工条件施工条件2、围岩条件岩条件3、隧道断面隧道断面积4、埋深埋深5、工期工期6、环境条件境条件三、矿山法概述“矿山法”因其最早应用于坑道采矿而得名。矿山法又 因其采用“钻眼爆破”方式破岩,故隧道工程中也称之 为“钻爆法”。“传统矿山法”“新奥法
6、”全断面开挖法台阶开挖法分部开挖法荨第二节第二节 主要开挖方法主要开挖方法隧道开挖的基本原则在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下,选择 恰当的开挖方法和掘进方式,并应尽量提高掘进速度。第二节第二节 主要开挖方法主要开挖方法一、开挖轮廓线、预留变形量、开挖面的支撑作用二、开挖方法的种类与选择原则三、全断面开挖法四、台阶开挖法五、分部开挖法一、开挖轮廓线、预留变形量、开挖面的一、开挖轮廓线、预留变形量、开挖面的支撑作用支撑作用1、开挖、开挖轮廓廓线的确定与的确定与预留留变形量形量2、开挖面的支承作用、开挖面的支承作用1、开挖、开挖轮廓廓线的确定与的确定与预留留变形量形量考虑到开挖坑道后,围
7、岩因失去部分约束而产生向坑道 方向的收缩变形,施工开挖轮廓线应在设计开挖轮廓线 的基础上适当加大,保证围岩变形完成后,坑道断面大 小仍能满足设计要求(保证衬砌厚度)。这部分加大量 称为预留(围岩)变形量。2、开挖面的支承作用、开挖面的支承作用隧道施工作业最前端的横断面称为“开挖面”或“掌子面”开挖面前方将被挖出而尚未挖除的岩体,对已开挖区段的 围岩起着一定的约束作用,这种约束作用称为“开挖面 的支承作用”。二、开挖方法的种类与选择原则1、开挖方法的种、开挖方法的种类2、隧道开挖方法的、隧道开挖方法的选择原原则三、全断面开挖法全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形,然 后修建衬砌的施工方法。图
8、6-2 全断面开挖法1-全断面开挖法;2-锚喷支护;3-模筑混凝土衬砌三、全断面开挖法三、全断面开挖法(一)全断面法施工的顺序(二)适用条件(三)全断面法施工特点(四)全断面开挖法的技术要点(一)全断面法施工的顺序隧道掘进正规循环作业横道图(1)施工准备完成后,用钻孔台车钻眼,然后装药,联 接起爆网路;(2)退出钻孔台车,引爆炸药,开挖出整个隧道断面;(3)进行通风、撒水,排烟、降尘;(4)排除危石,安设拱部锚杆和喷第一层混凝土;(5)用装碴机将石碴装入矿车或运输机,运出洞外;(6)安设边墙锚杆和喷混凝土;(7)必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土;(8)开始下一轮循环;(9)在初次支护
9、变形稳定后,或按施工组织中规定日期 灌注内层衬砌。(二)适用条件(1)全断面法适用于岩层覆盖条件简单、岩质较均匀的硬 岩中,如级围岩,在用于级围岩时,围岩应具备从 全断面开挖到初期支护这段时间内,保持其自身稳定的条 件。(2)必须具备大型施工机械,有钻孔台车或自制作业台架 及高效率装运机械设备。(3)隧道长度或施工区段长度不宜太短。根据经验,这个 长度不应小于1km。否则采用大型机械化施工的经济性差。(三)全断面法施工特点优点:(1)开挖断面与作业空间大、干扰小(2)有条件充分使用机械,减少人力(3)工序少,便于施工组织与施工管理,改善劳 动条件(4)开挖一次成形,对围岩扰动少,有利于围岩 稳
10、定缺点:采用全断面开挖,每次爆破震动强度较大,因此要 求进行分段装药,严格控制爆破设计,尤其是对于 稳定性较差的围岩。因开挖面大,围岩相对稳定性降低,且每循环工作 量相对较大,因此要求具有较强的开挖、出碴能力 和相应的支护能力。四、台阶开挖法台阶开挖法一般是将设 计断面分上半断面和下 半断面两次开挖成型。台阶开挖法主要适用于围岩稳定性较好,但 隧道断面较大的条件下,或者隧道断面不太大,但围岩稳定性较差的条 件下。台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖台阶法上断面开挖四、台阶开挖法(一)长台阶法(二)短台阶法(三)超短台阶
11、法(微台阶法)采用何种台阶法?(1)初次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;(2)上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工 场地大小的要求。(一)长台阶法这种方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,一般上台阶超前50m以上 或大于5倍洞跨。1、长台台阶法的作法的作业顺序序A、上半断面开挖:用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破,地层较软时亦可 用挖掘机开挖。安设锚杆和钢筋网,必要时加设钢支撑、喷射混凝 土。用推铲机将石碴推运到台阶下,再由装载机装入车 内运至洞外。根据支护结构形成闭合断面的时间要求,必要时在 开挖上半断面后,可建筑临时底拱,形成上
12、半断面的临时 闭合结构,然后在开挖下半断面时再将临时底拱挖掉。B、下半断面开挖 用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破。装碴直接运至洞外。安设边墙锚杆(必要时)和喷混凝土。用反铲挖掘机开挖水沟。喷底部混凝土。C、待初期支护的变形稳定后,或根据施工组织所规定的日期敷设防水层(必要时)和建造内层衬砌。2、优缺点及适用条缺点及适用条件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,但围岩坚硬不要用底拱封闭断面的情况,都可采用 长台阶法,一般适用于地质条件较差的、级围岩。上下部作业有一定的干扰,因此台阶长度适当长一些,一般 考虑至少为50m,但台阶长度过长,如大于100m,则增加 了轨道的铺设长度,
13、同时其通风排烟、排水的难度也大大增 加这样反而降低了施工的综合效率,因此推荐台阶长度为50-80m。(二)短台阶法这种方法也是分成上下两个断面进行开挖,只是两个断面 相距较近,一般上台阶长度小于5倍,为10-15m,即1-2倍开挖宽度,上下断面采用平行作业。短台阶法的作业顺序和长台阶相同。短台阶法主要是考虑拉开工作面,减少干扰,因此台阶长 度不宜过短。上台阶一般采用少药量的松动爆破,出渣采 用人工或小型机械转运至下台阶,一般不考虑有轨运输。因此台阶长度又不宜过长,如果超过15m,则出渣所需的 时间显得过长。优缺点及适用条件:短台阶法可缩短支护结构闭合的时间,改善初次支护的受力 条件,有利于控制
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