铁路施工课程设计.doc
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1、目录1 隧道工程概述12 隧道施工技术的由来和发展状况22.1 隧道工程的由来22.2 隧道工程的发展状况22.2.1公路隧道32.2.2铁路隧道32.2.3地下铁道与城市隧道32.2.4拟建的跨海工程43 隧道施工技术的发展趋势和前景44 隧道施工技术的类型和技术特点64.1 隧道施工技术的类型64.1.1浅埋暗挖法64.1.2盾构法74.1.3新奥法74.2 隧道施工技术的特点75 隧道施工工艺95.1 小导管注浆施工工艺95.1.1施工工艺流程95.2 超前锚杆施工工艺105.3 系统锚杆施工工艺105.3.1施工作业程序105.3.2施工工艺105.4 喷射砼施工工艺115.4.1喷射
2、混凝土施工安排115.4.2喷射工艺115.4.3喷射砼的养护125.5 二次衬砌施工工艺136 隧道施工安全保证措施146.1 组织保证措施146.2 技术保证措施146.2.1施工现场146.2.2施工过程146.2.3紧急预案167 隧道季节性施工注意事项177.1 冬季施工措施177.2 雨季施工措施177.2.1做好机电设备及材料的防护工作187.2.2大小型设施检修及停工维护18参考文献19I1 隧道工程概述隧道工程概念:隧道是一种修建在地下、两端有出入口,供车辆、行人、水流及管线等通过的工程建筑物,隧道及地下工程的泛指有两方面含义:一方面是指从事研究和建造各种隧道及地下工程的规划
3、、勘测、设计、施工和养护的一门应用科学和工程技术,是土木工程的一个分支,另一方面也指在岩体或土层中修建的通道和各种类型的地下建筑物。2 隧道施工技术的由来和发展状况 2.1 隧道工程的由来人类很早以前就知道利用自然洞穴作为住处。当社会发展到能制造挖掘工具时,就出现了人类挖掘的隧道。 在我国最早有文字记录的地下人工建筑物,出现在东周初期(约公元前七百年)。左传中有“掘地及泉,隧而相见”的记载。最早用于交通的隧道为“石门”隧道,位于今陕西省汉中市褒谷口内,建于东汉明帝永平九年(公元66年)。用作地下通道的还有安徽毫州城内的古地下通道,建于宋末元初(约十三世纪),是我国最早的城市地下通道。 这个时期
4、主要的开挖主要依靠“火焚法”和铁锤钢钎等原始工具,体力劳动和施工难度非常高。隧道建设还处于经验阶段,一切还是根据建造者的长期经验积累,没有什么理论作为指导。岩石力学关于地层压力的研究也在14世纪有所发展。到20世纪初期,岩石力学已经去的了质的飞跃,形成了“连续介质理论”和“地质力学理论”。而这些理论已经被用在地下工程中,前一理论在被用来对隧道开挖、围岩与支护共同作用进行数值分析计算。后一理论是现代信息岩石理论的雏形,该理论就是著名的“新奥法”。 由于当时的隧道建设规模等不算太大,这些理论在一定程度上对隧道的发展起到了积极的作用。但随着隧道建设的不断发展,这些理论的不足逐渐暴露出来。理论与实际的
5、联系还是有一些滞后,经验性的东西没有足够的理论支持。2.2 隧道工程的发展状况现在,道路已成为国家的重要资源,对于促进国家经济增长、提高人民生活质量、维护国家安全等都具有重要价值。道路的发展不仅仅是经济的需要,也是人类文明和现代化的组成部分。而隧道作为道路中的重要节点有着至关重要的作用。我国隧道建设在近些年的建设中取得了飞跃式的发展。如秦岭终南山公路隧道,单洞长18.02km,双洞单向交通,建设规模世界第一,中国公路隧道之最。厦门翔安隧道是中国大陆第一座大断面海底隧道,对我国隧道建设技术的进步和发展,缩小与世界先进水平的差距,起到了里程碑式的作用。 新奥法是20世纪40年代开始发展起来的,它是
6、以混凝土和锚杆为主要支护手段的一种方法。新奥法能充分利用地层地质条件。随着理论上的日臻完善,将会在地下工程中得到更加广泛的应用。而计算机的运用,使隧道在开挖前期,就可对隧道的开挖、施工、通风等进行数值模拟,可以得出虽然数值模拟在精确程度上和工程实际上的要求还存在一些差距,但其还是能准确反映出工程的整体力学性状和发展趋势,采用数值模拟指导公路隧道的施工也是十分必要的。2.2.1公路隧道我国公路隧道建设到20世纪末达1782座,总长度704km,单洞最长达4706m,建成的3000m以上的特长隧道13座,1500m以上的3车道公路隧道5座,盾构隧道2座,沉管隧道2座,是世界上公路隧道最多的国家。
7、21世纪前10年中,将有总长155 km以上的公路隧道要投入建设。其中,西安至安康高速公路上穿越秦岭山脉的秦岭终南山特长公路隧道,隧道方案之一全长18.4km,其长度为亚洲第一,世界第二,还有多处长度4-8km的山岭隧道即将建成或投入建设:湖南省雪峰山隧道全长7.1km;陕西省秦岭1号隧道全长6.1km,秦岭2号隧道,秦岭3号隧道的长度分别为5km与6km;四川省泥巴山隧道全长约8km;福建省美魏岭隧道全长5.6km;甘肃省七道梁隧道全长约5km;山西省雁门关隧道全长5.5km;四川省鹤鸽山隧道全长4.4km;西安至汉中高速公路上穿越秦岭山脉的3座特长隧道单洞总长34km,整个西汉高速公路隧道
8、单洞总长度约100km;西昌至攀枝花公路的隧道群总长14km。 2.2.2铁路隧道 我国是世界上拥有铁路隧道最多,总延长最长的国家之一。截至1999年,铁路隧道达6876座,总长度3670km,隧道数量和总长度均为世界第一。已建成的特长铁路隧道有长梁山隧道(12km)、居世界双线隧道第10位的大瑶山隧道(14km)及居世界单线隧道第九位的秦岭隧道(18km)。在今后几十年中,我国将建设一批新铁路,其中包括为数众多的山区铁路。例如,内江一昆明铁路水富一梅花山段,正线全长357.6km,含隧道127座,累计长144.5km,占正线的40,其中3km以上的长隧道15座;西安一南京铁路西段位于山区,有
9、隧道74座,累计长77.6km,其中3km以上的长隧道6座,最长的是12.31km的东秦岭隧道,重庆一怀化铁路的鱼嘴一怀化段,正线长584.3km,含隧道169座,票计长214.4km,占36.7,其中3km以上的长隧道21座。 2.2.3地下铁道与城市隧道 北京地铁在20世纪完成55km,41个站之后,2008年之前,市区新建轨道线路共计154.5km。届时,北京市区轨道交通运营线路里程可达到249.5km,加上一批新建的市郊客运线,全市轨道交通运营线路将超过300km。 上海地铁一号线1995年全线通车,目前已有3条地铁线投入营运,现有轨道交通总里程为65km。根据新一轮的城市规划,上海拟
10、建地铁11条,长384km,轻轨线路10条,长约186km,每年平均要建设15一20km,需要投入资金100亿元,而完成总体规划则需要投入3000多亿元。 广州全长18.48km的地铁一号线、全长23km的地铁二号线已建成通车;三号线在2005年刚刚建成;四号线和五号线也在规划中,争取到2010年全长近130km的5条线路构成广州轨道交通网络。 天津地铁1984年通车,全长7.4km,2001年全线停运,为即将动工的地铁一号线做准备。地铁一号线全长26.195km,总投资约69亿元,预计2005年年底完成。 南京地铁南北线一期工程2000年正式开工,是目前国内地铁国产化水平最高、平均造价最低的
11、工程项目。项目投资概算70.15亿元,综合造价4.15亿元,综合国产化率为70%,于2004年完成。南京城市轨道交通规划了10条线路,在主城范围内里程达300km以上。 2.2.4拟建的跨海工程 2010年以前,厦门将建成一个可以全天候进出厦门岛的海底隧道。它将是大陆第1条海底(暗挖)隧道,并将成为厦门岛重要的第3条进出岛通道,对厦门海湾型城市的形成将起到决定性的作用。该工程总长度约9km,其中隧道全长5900m,是一座兼有公路和城市道路功能的隧道。 另外,我国还有拟建的渤海海峡跨海工程、长江口越江工程、杭州湾跨海工程、伶仃洋跨海工程、琼州海峡跨海工程和台湾海峡跨海工程等六大跨海工程,其中多数
12、采用隧道方案。纵观国内外交通隧道的发展,有3个非常明显的趋势:一是需修建的长隧道越来越多,长度越来越长;二是以隧道方式跨越江、河、湖、海水域的工程越来越多;三是城市隧道和地下铁道的建设将迎来高潮。3 隧道施工技术的发展趋势和前景伴随着20世纪世界科学、技术、经济的发展,交通运输、水利、水电、采掘,特别是城市地下交通及空间利用等,对隧道工程在数量和难度上提出了更高的要求。大规模的地下工程建设促进了隧道修建技术的进步。大量的锚喷支护工程实践和岩石力学的迅速发展,导致了现代支护理论的建立,在此基础上出现了新奥法、挪威法、浅埋暗挖法等更有效的施工方法;用现代技术装备的掘进机和盾构能够适应从坚硬岩层到软
13、弱含水地层的各种掘进条件,其可靠性、耐久性、机动性及掘进的高速度,使其在隧道工程施工中得到日益广泛的应用;冲击钻头改进及全液压钻孔台车的出现,大能力装渣、运渣设备的开发,新型爆破器材的研制及爆破技术的完善,改善围岩条件及支护技术的进步等,极大地改良了施工环境和提高了掘进速度,便钻孔爆破法的掘进技术得到更新;水底沉埋隧道施工技术的发展为穿越江河、海湾提供了新的有效手段。我国隧道工程建设历史悠久,但在1949年以前,隧道规模较小,修建技术也比较落后。中华人民共和国建立后,随着各项建设事业的发展,修建了大量的隧道工程,施工技术也有了很大提高。目前我国隧道工程矿山法施工中已k较普遍的采用了新奥法;岩石
14、中隧道施工除采用钻爆法掘进外,也已开始采用掘进机施工;城市等浅埋隧道明挖或盖挖法施工中开始使用了地下连续墙,暗挖时采用的盾构法及浅埋暗挖法已具有较高的技术水平。我国拥有的铁路隧道数量已超过4000KM,居世界第一位。我国也是以沉埋法修建水底隧道座数较多的国家之一。随着我国公路建设的发展,特别是高等级公路在我国的兴起,我国公路隧道在数量与规模上有很大发展,修建技术,特别是在克服复杂环境条件的能力上,有很大提高。1995年开始修建的秦岭特长隧道(长19.45KM)将在我国隧道修建技术上取得新的突破。 促进施工机械化是加快施工进度的重要手段,也是缩小我国与国外隧道施工技术差距的重要方面。在应用最广泛
15、的钻爆法作业方面,建立以钻孔台车为先导的几条机作业线(开挖、出渣作业线;喷混凝土作业线;模筑混凝土衬砌作业线)可以使钻爆法适应性更强,投资效益明显;在特长隧道中采用全断面掘进机为核心的技术综合机械化(开挖、出渣、衬砌)以谋求长隧道施工中的高速、高效和高质量的突破;发展盾构和沈管施工的机械化、自动化施工将使城市地下交通和越江信道得到更快的发展。 采用隧道施工新技术对施工质量的提高和施工进度的加快有着十分明显的作用。目前应着重以下方面的研究应用: 钻孔作业使用能力更强的凿岩机或钻孔台车,冲击钻头采用更优良的合金材料和改进钻头形状以加快钻孔速度,开发更有效的爆破大器材;研究优化爆破设计,经编程后由计
16、算机控制钻孔;提高凿岩爆破能力; 完善施工工艺,改善施工条件,提高支护质量、速度及效果;加强对预制拼装式衬砌的研究应用,使预制混凝土衬砌向高标号、尺寸误差小、拼装密封条件好的方向发展;进一步完善辅助工法,特别是加强注浆技术(注浆设备、材料、工艺、检验)的研究,以提高对付不良地质的应变能力。 隧道施工采用现代化管理方式可最大限度发挥机械效率、确保工程质量和施工全。这也是缩小我国与国外隧道技术差距的重要方面。4 隧道施工技术的类型和技术特点4.1 隧道施工技术的类型4.1.1浅埋暗挖法 浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。继1984年王梦恕院士在军都山隧道黄土段
17、试验成功的基础上,又于1986年在具有开拓性、风险性、复杂性的北京复兴门地铁折返线工程中应用,在拆迁少、不扰民、不破坏环境下获得成功。同时,结合中国特点及水文地质系统,创造了小导管超前支护技术、8字型网构钢拱架设计、制造技术、正台阶环形开挖留核心土施工技术和变位进行反分析计算的方法,提出了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测” 18字方针,突出时空效应对防塌的重要作用,提出在软弱地层快速施工的理念。由此形成了浅埋暗挖法,创立了适用于软弱地层的地下工程设计、施工方法。浅埋暗挖法沿用新奥法基本原理,初次支护按承担全部基本荷载设计,二次模筑衬砌作为安全储备;初次支护和二次衬砌共同承担特殊
18、荷载。应用浅埋暗挖法设计、施工时,同时采用多种辅助工法,超前支护,改善加固围岩,调动部分围岩的自承能力;并采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环,使其与围岩共同作用形成联合支护体系;在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计,实现不塌方、少沉降、安全施工等,并形成多种综合配套技术。浅埋暗挖法施工的地下洞室具有埋深浅(最小覆跨比可达0.2)、地层岩性差(通常为第四纪软弱地层)、存在地下水(需降低地下水位)、周围环境复杂(邻近既有建、构筑物)等特点。由于造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点,浅埋暗挖法在全国类似地层和各种地下工程中得到广泛应用。在北京地铁复西区
19、间、西单车站、国家计委地下停车场、首钢地下运输廊道、城市地下热力、电力管道、长安街地下过街通道及地铁复八线中推广应用,在深圳地下过街通道及广州地铁一号线等地下工程中推广应用,并已形成了一套完整的综合配套技术。同时,经过许多工程的成功实施,其应用范围进一步扩大,由只适用于第四纪地层、无水、地面无建筑物等简单条件,拓广到非第四纪地层、超浅埋(埋深已缩小到0.8m)、大跨度、上软下硬、高水位等复杂地层及环境条件下的地下工程中去。信息化技术的实施,实现了浅埋暗挖技术的全过程控制,有效地减小了由于地层损失而引起的地表移动变形等环境问题。不但使施工对周边环境的影响降低到最低程度,由于及时调整、优化支护参数
20、,提高了施工质量和速度,使浅埋暗挖法特点得到更进一步的发挥,为城市地下工程设计、施工提供了一种非常好的方法,具有重大的社会效益和环境效益,该方法在总体上达到国际领先水平。4.1.2盾构法指的是利用盾构进行隧道开挖,衬砌等作业的施工方法。用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。盾构是一种带有护罩的专用设备,利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进,用刀盘切割土体,同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构是1874年发明,首先用的是气压盾构。开挖英国伦敦泰晤士河水底隧道。盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式,以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。澎润土液既用于平衡土压
21、力和地下水压力,又用作输送排出土体的介质。盾构既是一种施工机具,也是一种强有力的临时支撑结构。盾构机外形上看是一个大的钢管机,较隧道部分略大,它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分:前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构的形状为圆形,也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点,适合在软土地基段施工。4.1.3新奥法新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下,采用毫秒爆破和光面爆破技术,进行全断面开挖施工,并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身,即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护
22、形式,称为初次柔性支护,系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配,隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定,也就是说,承载地应力的主要是围岩体本身,而采用初次喷锚柔性支护的作用,是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥,第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。4.2 隧道施工技术的特点a.由于隧道是地下建筑物,受地质和水文地质条件的制约,因而,施工环境差、难度大、技术复杂、要求高。隧道开挖时的坑道在未衬砌前,通常须加支撑以受地层压力。同时地层不得暴露过久,必须及时衬砌,以免地层压力增大发生坍塌事故。 b.隧道施工是一种多工序、多工种联合的地下作业,工
23、作面狭窄,而且地层愈差,所采用的坑道愈小,工作面能容纳的人数不多,出碴、进料运输量多,施工干扰大,为加快施工进度,需以横洞、斜井、平行导坑增加工作面,施工复杂而艰巨。因而施工进度受到限制,必须全面规划,科学地组织施工。 c.隧道工程大部分地处深山峻岭之中,场地狭小,要使用多种机械设备,需要相当数量的洞外设施来保证洞内施工,而洞外往往受地形限制,场地布置比较困难。 d.隧道内工作条件差,空气不足,光线不好,有时还有地下水和有害气体,如发生坍塌、涌水、瓦斯等诸多不安全因素,因此,要制定出切实可行的安全技术组织措施。 e.由于地质、水文地质以及围岩压力复杂多变,施工过程中往往需要改变施工方法;隧道工
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