山岭隧道施工安全技术对外稿.pptx

山岭隧道施工安全技术对外稿山岭隧道施工安全技术对外稿1010年年3 3月月1919日日1616时许，由集包线新旗下营隧道发生塌方事故，至时许，由集包线新旗下营隧道发生塌方事故，至3030日日抢险救援宣告结束，抢险救援宣告结束，1010名被困作业人员已没有生还希望。名被困作业人员已没有生还希望。2 2第1页/共123页宜万铁路马鹿菁隧道宜万铁路马鹿菁隧道“1.21”1.21”涌水事故涌水事故（0606年年1 1月月2121日，日，1111局，长局，长78797879米，米，24802480米处施工时，平导洞发生透水事故并通过联络巷灌入正洞，米处施工时，平导洞发生透水事故并通过联络巷灌入正洞，平导洞内平导洞内8 8人和正洞内人和正洞内3 3人安全撤出，正洞内其余人安全撤出，正洞内其余1111人被困，最大涌水量达每小时人被困，最大涌水量达每小时3030万立方米万立方米,）3 3第2页/共123页董家山隧道董家山隧道“12.22”“12.22”瓦斯爆炸事故瓦斯爆炸事故05/12/2205/12/22，都纹路董家山隧道瓦斯爆炸，都纹路董家山隧道瓦斯爆炸，4444死死1111伤伤4 4第3页/共123页石太客专太行山石太客专太行山“10.1”10.1”火灾事故火灾事故20062006年年1010月月1 1日日,石太客专太行山隧道防水板着火石太客专太行山隧道防水板着火,造成多人伤亡造成多人伤亡.5 5第4页/共123页洛湛铁路大桂山隧道洛湛铁路大桂山隧道“1210”1210”爆炸事故爆炸事故(6(6死死1 1伤伤)6 6第5页/共123页二、隧道防坍技术(一)隧道坍塌的主要原因 铁道部工管中心主任张梅铁道部工管中心主任张梅铁道部工管中心主任张梅铁道部工管中心主任张梅01010101年下半年讲课时谈到年下半年讲课时谈到年下半年讲课时谈到年下半年讲课时谈到:目前在建隧道目前在建隧道目前在建隧道目前在建隧道6600660066006600公里，已规划建设隧道公里，已规划建设隧道公里，已规划建设隧道公里，已规划建设隧道7600760076007600公里，隧道呈现公里，隧道呈现公里，隧道呈现公里，隧道呈现“三多三多三多三多”特点特点特点特点（隧道数量多、（隧道数量多、（隧道数量多、（隧道数量多、长大隧道多、风险隧道多）长大隧道多、风险隧道多）长大隧道多、风险隧道多）长大隧道多、风险隧道多）。其中软弱围岩隧道。其中软弱围岩隧道。其中软弱围岩隧道。其中软弱围岩隧道占有相当大的比例。占有相当大的比例。占有相当大的比例。占有相当大的比例。软弱围岩隧道施工，除地质条件差，还会遇软弱围岩隧道施工，除地质条件差，还会遇软弱围岩隧道施工，除地质条件差，还会遇软弱围岩隧道施工，除地质条件差，还会遇到断面大、埋深浅、下穿公路或建筑物等情况，到断面大、埋深浅、下穿公路或建筑物等情况，到断面大、埋深浅、下穿公路或建筑物等情况，到断面大、埋深浅、下穿公路或建筑物等情况，从而使施工更加复杂，难度更大。目前，从而使施工更加复杂，难度更大。目前，从而使施工更加复杂，难度更大。目前，从而使施工更加复杂，难度更大。目前，由于技由于技由于技由于技术措施不合理、施工方法不当、施工工艺不到位、术措施不合理、施工方法不当、施工工艺不到位、术措施不合理、施工方法不当、施工工艺不到位、术措施不合理、施工方法不当、施工工艺不到位、现场管理薄弱现场管理薄弱现场管理薄弱现场管理薄弱等环节的诸多问题，造成了大量的等环节的诸多问题，造成了大量的等环节的诸多问题，造成了大量的等环节的诸多问题，造成了大量的隧道变形和坍方事故，损失巨大，教训深刻。隧道变形和坍方事故，损失巨大，教训深刻。隧道变形和坍方事故，损失巨大，教训深刻。隧道变形和坍方事故，损失巨大，教训深刻。7 7第6页/共123页 据不完全统计，从据不完全统计，从20062006年到年到20102010年目前为止，年目前为止，4 4年多时间内，软弱围岩年多时间内，软弱围岩隧道发生事故隧道发生事故2828起，死亡起，死亡7171人，事故人，事故发生之频繁，死亡人数之多，令人心发生之频繁，死亡人数之多，令人心痛。痛。隧道坍塌统计数据进行分析，软隧道坍塌统计数据进行分析，软弱围岩隧道事故主要表现在三个方面：弱围岩隧道事故主要表现在三个方面：一是洞口坍方，占一是洞口坍方，占20%20%。二是掌子面变形坍方，占二是掌子面变形坍方，占33%33%。三是掌子面后方坍方三是掌子面后方坍方“关门关门”，占，占47%47%。8 8第7页/共123页（二）新奥法的基本原理1 1、新奥法基本原则、新奥法基本原则、新奥法基本原则、新奥法基本原则22 22 条条条条新奥法的创始人之一，奥地利的新奥法的创始人之一，奥地利的LL米勒米勒（LMullerLMuller）教授根据多年来新奥法设计、施工）教授根据多年来新奥法设计、施工与实践的经验教训、存在的问题与对策，于与实践的经验教训、存在的问题与对策，于19781978年总结出新奥法基本原则年总结出新奥法基本原则2222条。条。9 9第8页/共123页（1 1）隧道是以其自身的）隧道是以其自身的围岩围岩围岩围岩来支护的，衬砌与围岩应来支护的，衬砌与围岩应紧密地贴合在一起，使围岩与衬砌形成整体性结构。紧密地贴合在一起，使围岩与衬砌形成整体性结构。（2 2）在隧道的开挖过程中，应最大限度的保持围岩的）在隧道的开挖过程中，应最大限度的保持围岩的原始强度原始强度原始强度原始强度。（3 3）尽可能地防止）尽可能地防止围岩松动围岩松动围岩松动围岩松动，因围岩松动必将导致其，因围岩松动必将导致其强度降低。以往惯用的木支架、石材支架及钢拱支架强度降低。以往惯用的木支架、石材支架及钢拱支架不能与围岩紧密贴合，故不可避免的出现围岩松动。不能与围岩紧密贴合，故不可避免的出现围岩松动。而采用喷射混凝土可以及时封闭围岩，因此可以防止而采用喷射混凝土可以及时封闭围岩，因此可以防止围岩松动（图围岩松动（图1 1）。）。尽可能保持围岩的本身的稳定尽可能保持围岩的本身的稳定开挖工序与爆破开挖工序与爆破1010第9页/共123页11 11第10页/共123页（4 4）应尽量避免围岩出现）应尽量避免围岩出现单向或双向应力状态单向或双向应力状态单向或双向应力状态单向或双向应力状态。隧道。隧道开挖后，岩体由三向应力状态转变为双向应力状态，开挖后，岩体由三向应力状态转变为双向应力状态，岩体强度大大下降。若能及时锚喷，可提供足够大的岩体强度大大下降。若能及时锚喷，可提供足够大的径向支护抗力，使围岩从最不利的双向应力向三向应径向支护抗力，使围岩从最不利的双向应力向三向应力状态转化。力状态转化。（5 5）恰当地）恰当地控制围岩变形控制围岩变形控制围岩变形控制围岩变形，即一方面要允许围岩向隧，即一方面要允许围岩向隧道空间收缩变位，以便形成岩石支撑环，而另一方面，道空间收缩变位，以便形成岩石支撑环，而另一方面，又要限制其产生过大变形造成围岩强度降低。其措施又要限制其产生过大变形造成围岩强度降低。其措施是在围岩壁面施以支护结构来阻止围岩发生松动破坏是在围岩壁面施以支护结构来阻止围岩发生松动破坏（图（图2 2）。）。控制围岩变形控制围岩变形喷锚支护时机喷锚支护时机1212第11页/共123页1313第12页/共123页（6）应适时地进行支护适时地进行支护。既不能过早，也不能太晚。支护结构的刚度不宜太大，也不要过柔，以便充分发挥围岩自身的承载能力。（7）应该正确地确定岩体或岩体支护系统的特定的时间时间因素。是以隧道开挖后围岩能保持稳定的时间为基础，对围岩进行分类。适时进行支护围岩分级1414第13页/共123页（8 8）如果预计在隧道开挖时围岩产生较大变形或松动，则所采）如果预计在隧道开挖时围岩产生较大变形或松动，则所采用的支护应能覆盖用的支护应能覆盖全部全部全部全部开挖岩面并能与围岩开挖岩面并能与围岩紧密贴合紧密贴合紧密贴合紧密贴合。使用喷射。使用喷射混凝土能够达到这两点要求，而木支架或钢拱支架与围岩为点支混凝土能够达到这两点要求，而木支架或钢拱支架与围岩为点支撑，它只能有效地阻止围岩变形或松动。撑，它只能有效地阻止围岩变形或松动。（9 9）第一次支护应该是）第一次支护应该是薄壁柔性薄壁柔性薄壁柔性薄壁柔性结构，以便最大限度地限制弯结构，以便最大限度地限制弯矩和由弯矩而引起的拉裂破坏。一般采用的支护厚度为矩和由弯矩而引起的拉裂破坏。一般采用的支护厚度为150mm150mm250mm250mm。（1010）如果第一次支护的喷层的承载能力确实不能保证围岩的稳）如果第一次支护的喷层的承载能力确实不能保证围岩的稳定性时，应通过打锚杆、挂金属网或增设钢拱架定性时，应通过打锚杆、挂金属网或增设钢拱架联合支护联合支护联合支护联合支护来解决来解决（图（图4 4）。）。薄壁柔性薄壁柔性薄壁柔性薄壁柔性结构结构喷射混凝土喷射混凝土全部全部覆盖岩面覆盖岩面并密贴并密贴1515第14页/共123页1616第15页/共123页（11）从力学角度上看，新奥法构筑的隧道可以认为是由围岩支承环与第一次支护、第二次支护构成的厚壁圆筒。围岩支承环和支护结构是在形变协调条件下共同工作的结构物。而传统的观点则是把隧道看成是双墩拱，认为该拱是承担围岩荷载的结构物。新奥法把围岩从加载的因素（或把支护从支撑概念）转变成承载承载的因素（或把支护变为加固概念）是个飞跃（图5）。1717第16页/共123页1818第17页/共123页（12）当隧道为双层支护时，内圈支护不宜太厚，且内外两层支护要紧密贴合，粘结为一个整体整体，不要成为摩擦结合，要使两层支护之间仅能传递径向力。（13）若采用二次支护时，第一次支护所形成的围岩支护系统就应该是稳定稳定的。第二次支护（内衬砌）的作用在于进一步提高工程的安全性安全性。但在有大量涌水时，或在围岩变形尚未稳定前就构筑第二次支护时，则一次支护与二次支护都需要考虑结构的稳定性结构的稳定性问题。当渗水具有侵蚀性时，只有采取了防腐蚀措施时才能把锚杆看成是永久性支护的一个组分。观念支护稳定1919第18页/共123页（14）从力学上看，圆筒只有在全圆周上没有任何缝隙时才能起到圆筒圆筒的作用，因此隧道要封底（围岩非常坚硬除外），形成闭合圆筒，且封底要及时，一般为仰拱（图6）。（15）围岩的性态受封底封底时间的影响较大，若掘进工作面推进过快而延长了封底时间则使上拱圈承受不利的纵向弯矩，而下拱圈的岩石承受很高的应力。圆筒圆筒的作用涉及到开挖方法及封底时机2020第19页/共123页2121第20页/共123页（16）隧道开挖后，破坏了原岩应力状态，围岩应力重新分布。为了不使应力重新分布过程复杂化并损坏岩体，应该采用全断面全断面一次开挖。（17）隧道的施工方法影响着围岩的时间效应。因此，正确的施工方法施工方法对保证隧道的稳定性起着决定性作用。例如，一次掘进的长度、第一次支护的时间、封底时间、顶板上拱圈长度以及支护的反力等，均应系统地调整，以便控制围岩与支护系统的稳定过程。（18）为了避免隧道断面上尖角处的应力集中现象，应采用光滑光滑的圆形断面。施工方法不同段面及光面爆破2222第21页/共123页（1919）正确确定围岩）正确确定围岩自承时间自承时间自承时间自承时间的手段是室内实验、现的手段是室内实验、现场实验、围岩变形量测等。此外，围岩的裸露时间、场实验、围岩变形量测等。此外，围岩的裸露时间、变形速度和岩石分类也可以为确定岩体或岩体支护系变形速度和岩石分类也可以为确定岩体或岩体支护系统的特定的时间因素（第（统的特定的时间因素（第（7 7）条）提供重要数据。自）条）提供重要数据。自19521952年以来对围岩的变位量测工作就已成为新奥法施年以来对围岩的变位量测工作就已成为新奥法施工不可缺少的工作了。工不可缺少的工作了。（2020）第一次支护的形式及其设置的时间应根据所）第一次支护的形式及其设置的时间应根据所测测测测得得得得的岩体变形来确定（图的岩体变形来确定（图7 7）。）。（2121）混凝土应力测定、支护与围岩接触面应力测定）混凝土应力测定、支护与围岩接触面应力测定及施工期间进行的收敛变形量测等测得的及施工期间进行的收敛变形量测等测得的数据反馈数据反馈数据反馈数据反馈到到设计与施工中，是指导设计与施工的重要依据。设计与施工中，是指导设计与施工的重要依据。数据反馈数据反馈数据反馈数据反馈施工监测施工监测施工监测施工监测2323第22页/共123页2424第23页/共123页（22）围岩的渗流压力以及作用于支护上的静水压力可通过各种排水设施或手段使之消除。必要时，要在第一次支护和第二次支护之间，设置专门的防水层来解决防水问题。2525第24页/共123页上述的22条基本原理表明不能把新奥法单纯地看成是一种施工方法不能把新奥法单纯地看成是一种施工方法或支护方法，而是一系列思想的综合和系或支护方法，而是一系列思想的综合和系统化，是一个具体应用岩体动态性质的完统化，是一个具体应用岩体动态性质的完整的力学概念。整的力学概念。根据以上22条原理，新奥法的核心思想可归纳为以下三个方面：2626第25页/共123页一、支护要充分发挥围岩的承一、支护要充分发挥围岩的承载能力载能力新奥法根据现代岩石力学支护围岩共同作用原理，明确指出围岩是承载的主体围岩是承载的主体，初次支护和最终衬砌的目的，是为了保证和调动围岩的强度，帮助围岩实现自撑自撑，使隧道尽快形成一个能自撑的土壤或岩石承载环。围岩一旦风化松动，岩体强度会大幅度降低，要发挥围岩的承载能力，首先一点就是尽可能不损害围岩原有的强度不损害围岩原有的强度。贯用的钢拱支架不能避免围岩出现松动，采用喷混凝土或锚喷支护封闭围岩壁面可以防止围岩风化和松动，减少围岩强度的降低。因此，喷锚或锚喷支护是新奥法的重要特征。2727第26页/共123页 从力学角度讲，新奥法构筑的隧道可以认为是由围岩支承环与一从力学角度讲，新奥法构筑的隧道可以认为是由围岩支承环与一次被覆、二次被覆构成的厚壁圆筒（图次被覆、二次被覆构成的厚壁圆筒（图5 5）。支承环厚壁圆筒只）。支承环厚壁圆筒只有在全圆周上没有有在全圆周上没有任何缝隙任何缝隙任何缝隙任何缝隙时才能起到圆筒的作用，形成时才能起到圆筒的作用，形成闭合环闭合环闭合环闭合环非常重要。围岩的工作特性取决于衬砌的封闭时间，因此，除非非常重要。围岩的工作特性取决于衬砌的封闭时间，因此，除非确认底板围岩是非常坚硬而无需设置底拱外，一般都要设仰拱，确认底板围岩是非常坚硬而无需设置底拱外，一般都要设仰拱，并且在施工过程中要尽快对底板进行支护以形成闭合环。并且在施工过程中要尽快对底板进行支护以形成闭合环。同时，充分发挥围岩的承载能力的应使隧道自然成拱并保护围岩，同时，充分发挥围岩的承载能力的应使隧道自然成拱并保护围岩，即即周边轮廓应尽量圆顺周边轮廓应尽量圆顺周边轮廓应尽量圆顺周边轮廓应尽量圆顺，防止局部应力集中；减轻爆破对围岩的，防止局部应力集中；减轻爆破对围岩的松动破坏，维护围岩强度和自承能力，使其受力良好。松动破坏，维护围岩强度和自承能力，使其受力良好。2828第27页/共123页 二、建立二次支护概念二、建立二次支护概念二、建立二次支护概念二、建立二次支护概念 巷道开挖初期的应力调整过程中，围岩变形量大、速度快。为适巷道开挖初期的应力调整过程中，围岩变形量大、速度快。为适应这一特点，新奥法要求支护既能抑制围岩变形、防止围岩开裂应这一特点，新奥法要求支护既能抑制围岩变形、防止围岩开裂松动，又要具有一定的可缩性，松动，又要具有一定的可缩性，适度允许围岩变形适度允许围岩变形适度允许围岩变形适度允许围岩变形，只有这样才，只有这样才能最大限度地减少支护受力，充分发挥围岩的支承能力。能最大限度地减少支护受力，充分发挥围岩的支承能力。锚杆支护是一种可缩性支护，但是喷层、混凝土衬砌却是刚度较锚杆支护是一种可缩性支护，但是喷层、混凝土衬砌却是刚度较大的脆性支护；喷层厚度大则刚度大，在变形压力作用下很快就大的脆性支护；喷层厚度大则刚度大，在变形压力作用下很快就会破坏。为提高喷层和衬砌的柔性，初次支护要采用厚度较薄的会破坏。为提高喷层和衬砌的柔性，初次支护要采用厚度较薄的薄壁结构，以减少弯矩，提高其变形适应能力。当初次支护强度薄壁结构，以减少弯矩，提高其变形适应能力。当初次支护强度需要增强时，可以使用需要增强时，可以使用锚杆、钢筋网及钢拱架锚杆、钢筋网及钢拱架，而不是增加喷层，而不是增加喷层或衬砌的厚度。或衬砌的厚度。初次支护在于有控制地允许围岩变形初次支护在于有控制地允许围岩变形初次支护在于有控制地允许围岩变形初次支护在于有控制地允许围岩变形，充分发挥围岩的支护能力，充分发挥围岩的支护能力，以较低的成本获得较好的支护效果。二次支护的作用是提高支护以较低的成本获得较好的支护效果。二次支护的作用是提高支护的安全度，根据新奥法原则，二次支护也应采用薄壁结构，当围的安全度，根据新奥法原则，二次支护也应采用薄壁结构，当围岩变形稳定后适时地完成。岩变形稳定后适时地完成。2929第28页/共123页三、建立隧道施工量测体系三、建立隧道施工量测体系新奥法强调在隧道施工过程中进行系统的现场监测工作，以掌握围岩活动规律和隧道安全程度。新奥法的初次支护参数设计，是在岩石力学基本理论基础之上，按照围岩分类及工程类比方法确定的，只有通过现场实测，才能对设计参数进行进一步的优化，达到最佳支护效果。因此，量测量测工作是评价初次支护是否合理、施工方法与工艺是否正确、围岩状态是否稳定和确定二次支护时机的科学依据科学依据。监测工作伴随着隧道施工的全过程，量测工作量测工作的好坏，是按新奥法施工能否的好坏，是按新奥法施工能否成功的重要前提成功的重要前提。3030第29页/共123页新奥法施工基本原则概括：新奥法施工基本原则概括：少挠动少挠动开挖方法开挖方法 面圆顺面圆顺爆破方法爆破方法 早喷锚早喷锚时间控制时间控制 勤量测勤量测量测及时量测及时 紧封闭紧封闭封闭成环封闭成环3131第30页/共123页 2、喷锚支护机理及技术特点、喷锚支护机理及技术特点锚喷支护是喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的支护形式，可以根据不同围岩的稳定状况，采用锚喷支护中的一种或几种结构的组合。锚喷支护包括锚杆支护、喷射混凝土支护、喷射混凝土锚杆联合支护、喷射混凝土钢筋网联合支护、喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护、喷钢纤维混凝土支护、喷钢纤维混凝土锚杆联合支护，以及上述几种类型加设钢格栅、型钢（或钢拱架）发展为一种复合支护形式。3232第31页/共123页1 1）喷射混凝土支护机理）喷射混凝土支护机理封闭岩面、防止风化松动封闭岩面、防止风化松动填充坑凹及裂隙、维护和提高填充坑凹及裂隙、维护和提高围岩的整体性、帮助围岩发挥自围岩的整体性、帮助围岩发挥自身的结构作用身的结构作用调整围岩应力分布、防止应力调整围岩应力分布、防止应力集中集中控制围岩变形、防止掉块、防控制围岩变形、防止掉块、防止坍塌止坍塌3333第32页/共123页2 2）锚杆对围岩所起）锚杆对围岩所起的力学效应的力学效应（1 1）吊悬作用吊悬作用吊悬作用吊悬作用：将：将不稳定岩层悬吊在坚不稳定岩层悬吊在坚固岩层上，阻止围岩固岩层上，阻止围岩移动滑落。移动滑落。3434第33页/共123页（2 2）减跨作用减跨作用减跨作用减跨作用：在隧道：在隧道顶板岩层中大入锚杆，顶板岩层中大入锚杆，相当于在顶板上增加了相当于在顶板上增加了支点，使隧道跨度减小，支点，使隧道跨度减小，从而使顶板岩体应力减从而使顶板岩体应力减小。小。3535第34页/共123页（3 3）组合作用组合作用组合作用组合作用：在岩层：在岩层中大入锚杆，将若干薄中大入锚杆，将若干薄弱岩层锚固在一起，类弱岩层锚固在一起，类似将叠合的板梁变成组似将叠合的板梁变成组合梁，提高岩层的承载合梁，提高岩层的承载力。力。3636第35页/共123页（4）挤压加固作用（整体加固挤压加固作用（整体加固作用）作用）：预应力锚杆群锚入围岩后，其两端附近岩体形成圆锥形压缩区，按照一定间距排列的锚杆在预应力作用下构成一个均匀的压缩带，即承载环。压缩带中的岩体处于三向应力状态，显著提高围岩强度。3737第36页/共123页3、锚喷支护的技术特点、锚喷支护的技术特点 及时性及时性 主动性主动性 增强性增强性 柔韧性柔韧性 密封性密封性 灵活性灵活性3838第37页/共123页（三）隧道防坍的施工技术措施 1 1、隧道开挖方法、隧道开挖方法、隧道开挖方法、隧道开挖方法 根据不同围岩等级、不同开挖断面确定并采取不同的根据不同围岩等级、不同开挖断面确定并采取不同的开挖方法（工法）是运用新奥法、防止隧道坍塌的根开挖方法（工法）是运用新奥法、防止隧道坍塌的根本措施。本措施。常用的开挖工法有全断面法、台阶法、环形导坑（预常用的开挖工法有全断面法、台阶法、环形导坑（预留核心土）法、留核心土）法、CDCD法、法、CRDCRD法、双侧壁导坑法等。法、双侧壁导坑法等。开挖工法应根据地质情况和地层加固情况确定。实施中根据地质情况开挖工法应根据地质情况和地层加固情况确定。实施中根据地质情况开挖工法应根据地质情况和地层加固情况确定。实施中根据地质情况开挖工法应根据地质情况和地层加固情况确定。实施中根据地质情况和量测成果及时调整工法。和量测成果及时调整工法。和量测成果及时调整工法。和量测成果及时调整工法。开挖工法选择时，原则上在确保安全条件下，应从简单到复杂，尽量开挖工法选择时，原则上在确保安全条件下，应从简单到复杂，尽量开挖工法选择时，原则上在确保安全条件下，应从简单到复杂，尽量开挖工法选择时，原则上在确保安全条件下，应从简单到复杂，尽量减少开挖步骤。减少开挖步骤。减少开挖步骤。减少开挖步骤。现场施工应严格执行设计工法，不得擅自更改。现场施工应严格执行设计工法，不得擅自更改。现场施工应严格执行设计工法，不得擅自更改。现场施工应严格执行设计工法，不得擅自更改。3939第38页/共123页（1）全断面法）全断面法按照隧道设计轮廓线一次爆破成型的施工方法叫全断面法。全断面法适用于级（强）岩质较完整的硬岩中。根据围岩稳定程度亦可以不设锚杆或设短锚杆。也可先出碴，然后再施作初期支护，但一般仍先施作拱部初期支护，以防止应力集中而造成的围岩松动剥落。4040第39页/共123页4141第40页/共123页（2）台阶法）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，如图10.2.1所示。至于施工中究竟应采用何种台阶法，要根据以下两个条件来决定：A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；B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。4242第41页/共123页 1 1）长台阶法）长台阶法）长台阶法）长台阶法。上、下断面。上、下断面相距较远，一段上台阶超相距较远，一段上台阶超前前50m50m以上或大于以上或大于5 5倍洞跨。倍洞跨。它的适用范围较全断面法它的适用范围较全断面法广泛，凡是在全断面法中广泛，凡是在全断面法中开挖面不能自稳，但围岩开挖面不能自稳，但围岩坚硬不用底拱封闭断面的坚硬不用底拱封闭断面的情况，一般为情况，一般为级围岩都级围岩都可采用长台阶法。可采用长台阶法。但围岩较软弱不易采用。但围岩较软弱不易采用。问题：无法封底、长期沉问题：无法封底、长期沉降、文明施工差。降、文明施工差。4343第42页/共123页2）短台阶法）短台阶法。上下两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍但大于11.5倍洞径。上下断面采用平行作业。由于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，所以适用范围很广，（弱）（强）级围岩都能采用。短台阶法的缺点是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。问题：围岩沉降时间长，初期支护变形、下沉显著时，无法及时闭合成环。4444第43页/共123页3）超短台阶法）超短台阶法。上台阶仅超前小于1倍洞径，采用交替作业。由于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。能更有效地控制地表沉陷。所以，超短台阶法适用于级围岩，要求及早闭合断面采用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。4545第44页/共123页4646第45页/共123页4747第46页/共123页在所有台阶法施工中，开挖下半断面时要求做到以下几点：1）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，或采用其它有效措施确保初期支护体系的稳定性；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两侧同时悬空空；又如，视围岩状况严格控制落底长度，一般采用13m，并不得大于并不得大于6 m。2）下部边墙开挖后必须左右错左右错进进，并立即喷射混凝土，并按规定做初期支护。3）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，应立即进行立即进行底（仰）拱封闭底（仰）拱封闭，或缩短进尺，加强支护，分割掌子面等。4848第47页/共123页（3）分部开挖法）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，4949第48页/共123页环形导坑环形导坑环形导坑环形导坑(预留核心土预留核心土预留核心土预留核心土)法：法：法：法：该方法利用核心土稳定该方法利用核心土稳定该方法利用核心土稳定该方法利用核心土稳定掌子面，然后开挖两侧边墙、中部核心土，最后开掌子面，然后开挖两侧边墙、中部核心土，最后开掌子面，然后开挖两侧边墙、中部核心土，最后开掌子面，然后开挖两侧边墙、中部核心土，最后开挖仰拱。该工法步骤多，工艺要求高。挖仰拱。该工法步骤多，工艺要求高。挖仰拱。该工法步骤多，工艺要求高。挖仰拱。该工法步骤多，工艺要求高。5050第49页/共123页5151第50页/共123页 目前，软弱围岩大断面隧道多采用环形导坑法（三目前，软弱围岩大断面隧道多采用环形导坑法（三目前，软弱围岩大断面隧道多采用环形导坑法（三目前，软弱围岩大断面隧道多采用环形导坑法（三台阶七步流水法），出现的问题也最多，对该工法技术台阶七步流水法），出现的问题也最多，对该工法技术台阶七步流水法），出现的问题也最多，对该工法技术台阶七步流水法），出现的问题也最多，对该工法技术要求如下（双线隧道）：要求如下（双线隧道）：要求如下（双线隧道）：要求如下（双线隧道）：上台阶每循环开挖进尺上台阶每循环开挖进尺上台阶每循环开挖进尺上台阶每循环开挖进尺、级围岩级围岩级围岩级围岩不大于不大于不大于不大于1 1 1 1榀钢架，榀钢架，榀钢架，榀钢架，级不大于级不大于级不大于级不大于2 2 2 2榀。榀。榀。榀。边墙开挖进尺不大于边墙开挖进尺不大于边墙开挖进尺不大于边墙开挖进尺不大于2 2 2 2榀。榀。榀。榀。仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆（管），每循环开挖进尺不大于（管），每循环开挖进尺不大于（管），每循环开挖进尺不大于（管），每循环开挖进尺不大于3m3m3m3m。初期支护封闭成环位置距掌子面距离初期支护封闭成环位置距掌子面距离初期支护封闭成环位置距掌子面距离初期支护封闭成环位置距掌子面距离原则上不宜不大于原则上不宜不大于原则上不宜不大于原则上不宜不大于2 2 2 2倍洞径。倍洞径。倍洞径。倍洞径。根据地质、量测情况，设置临时仰拱根据地质、量测情况，设置临时仰拱根据地质、量测情况，设置临时仰拱根据地质、量测情况，设置临时仰拱或横撑。或横撑。或横撑。或横撑。5252第51页/共123页5353第52页/共123页CDCDCDCD法（中隔壁法）：法（中隔壁法）：法（中隔壁法）：法（中隔壁法）：该工法适合于浅埋地段或穿越建该工法适合于浅埋地段或穿越建该工法适合于浅埋地段或穿越建该工法适合于浅埋地段或穿越建（构）筑物时采用，以减少沉降，防止坍方。该工法是（构）筑物时采用，以减少沉降，防止坍方。该工法是（构）筑物时采用，以减少沉降，防止坍方。该工法是（构）筑物时采用，以减少沉降，防止坍方。该工法是将隧道分为左右两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法将隧道分为左右两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法将隧道分为左右两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法将隧道分为左右两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法分层开挖及支护，再开挖隧道另一侧。每台阶纵向长度分层开挖及支护，再开挖隧道另一侧。每台阶纵向长度分层开挖及支护，再开挖隧道另一侧。每台阶纵向长度分层开挖及支护，再开挖隧道另一侧。每台阶纵向长度3 3 3 35m5m5m5m。初期支护仰拱紧跟下台阶，封闭成环。初期支护仰拱紧跟下台阶，封闭成环。初期支护仰拱紧跟下台阶，封闭成环。初期支护仰拱紧跟下台阶，封闭成环。5454第53页/共123页CRDCRDCRDCRD法（交叉中隔壁法）：法（交叉中隔壁法）：法（交叉中隔壁法）：法（交叉中隔壁法）：该工法在特殊条件下采该工法在特殊条件下采该工法在特殊条件下采该工法在特殊条件下采用。该工法是将大断面隧道上、下、左、右分块开用。该工法是将大断面隧道上、下、左、右分块开用。该工法是将大断面隧道上、下、左、右分块开用。该工法是将大断面隧道上、下、左、右分块开挖，并施作初期支护和临时横撑（临时仰拱），每挖，并施作初期支护和临时横撑（临时仰拱），每挖，并施作初期支护和临时横撑（临时仰拱），每挖，并施作初期支护和临时横撑（临时仰拱），每台阶纵向长度台阶纵向长度台阶纵向长度台阶纵向长度3 3 3 35m5m5m5m，步步封闭成环。，步步封闭成环。，步步封闭成环。，步步封闭成环。5555第54页/共123页CRDCRD工法开挖照片工法开挖照片5656第55页/共123页隧道开挖支护存在隧道开挖支护存在主要主要的问题的问题：开挖方法选择不当：包括错进开挖方法选择不当：包括错进距离不足距离不足不按爆破设计不按爆破设计控制控制：炸药用量：炸药用量过多过多隧道超欠挖控制不严隧道超欠挖控制不严初期支护不及时初期支护不及时喷砼厚度不足喷砼厚度不足喷砼不密贴：初支背后回填其喷砼不密贴：初支背后回填其他材料他材料不安设锚杆不安设锚杆开挖长度控制不严开挖长度控制不严台阶法下部钢格栅接腿不及时、台阶法下部钢格栅接腿不及时、连接不牢固、悬空连接不牢固、悬空落底开挖距离过长、封闭不及落底开挖距离过长、封闭不及时时5757第56页/共123页隧道超欠控制不严，大于规范规定第57页/共123页隧道初期支护如喷砼厚度、钢格栅、锚杆等与设计严重不符隧道钢拱架间距严重超标，钢筋网、钢格栅加工不按设计要求施做。第58页/共123页6060初期支护不及时第59页/共123页喷砼厚度严重不足，且未设置锚喷砼厚度严重不足，且未设置锚喷砼厚度严重不足，且未设置锚喷砼厚度严重不足，且未设置锚杆杆杆杆6161第60页/共123页6262第61页/共123页2 2 2 2、不良地质地段的超前加固、不良地质地段的超前加固、不良地质地段的超前加固、不良地质地段的超前加固断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，应减少对围岩的扰动，断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，应减少对围岩的扰动，断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，应减少对围岩的扰动，断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，应减少对围岩的扰动，一般采取一般采取一般采取一般采取先护后挖先护后挖先护后挖先护后挖，密闭支撑，边挖边封闭的施工原则，确保隧，密闭支撑，边挖边封闭的施工原则，确保隧，密闭支撑，边挖边封闭的施工原则，确保隧，密闭支撑，边挖边封闭的施工原则，确保隧道安全施工。主要的方法有以下几种道安全施工。主要的方法有以下几种道安全施工。主要的方法有以下几种道安全施工。主要的方法有以下几种:超前小导管超前小导管超前小导管超前小导管 超前大管棚超前大管棚超前大管棚超前大管棚 超前加固超前加固超前加固超前加固6363第62页/共123页(1)(1)(1)(1)超前小导管超前小导管超前小导管超前小导管超前小导管是在对施工安全要求较高的条件下使超前小导管是在对施工安全要求较高的条件下使超前小导管是在对施工安全要求较高的条件下使超前小导管是在对施工安全要求较高的条件下使用。在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破用。在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破用。在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破用。在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破碎带中普遍采用。碎带中普遍采用。碎带中普遍采用。碎带中普遍采用。当地层卡钻严重时，可采用自当地层卡钻严重时，可采用自当地层卡钻严重时，可采用自当地层卡钻严重时，可采用自进式锚杆。进式锚杆。进式锚杆。进式锚杆。小导管一般采用小导管一般采用小导管一般采用小导管一般采用32mm32mm32mm32mm60mm60mm60mm60mm的钢的钢的钢的钢管，纵向长度管，纵向长度管，纵向长度管，纵向长度2.52.52.52.56m6m6m6m根据工程需要设置。根据工程需要设置。根据工程需要设置。根据工程需要设置。小导小导小导小导管布设后根据地层稳定情况，如需要可进行注浆，管布设后根据地层稳定情况，如需要可进行注浆，管布设后根据地层稳定情况，如需要可进行注浆，管布设后根据地层稳定情况，如需要可进行注浆，加固周边地层。加固周边地层。加固周边地层。加固周边地层。6464第63页/共123页6565第64页/共123页(2)(2)(2)(2)超前大管棚超前大管棚超前大管棚超前大管棚超前大管棚一般是在对沉降有严格要求时使用，适宜于浅埋洞口、超前大管棚一般是在对沉降有严格要求时使用，适宜于浅埋洞口、超前大管棚一般是在对沉降有严格要求时使用，适宜于浅埋洞口、超前大管棚一般是在对沉降有严格要求时使用，适宜于浅埋洞口、堆积体、砂土质地层、断层破碎带地层，以及下穿公路、铁路、堆积体、砂土质地层、断层破碎带地层，以及下穿公路、铁路、堆积体、砂土质地层、断层破碎带地层，以及下穿公路、铁路、堆积体、砂土质地层、断层破碎带地层，以及下穿公路、铁路、地面建筑物时采用。大管棚一般采用地面建筑物时采用。大管棚一般采用地面建筑物时采用。大管棚一般采用地面建筑物时采用。大管棚一般采用70mm70mm70mm70mm159mm159mm159mm159mm的钢管，纵的钢管，纵的钢管，纵的钢管，纵向长度向长度向长度向长度10101010100m100m100m100m根据工程需要设置。根据工程需要设置。根据工程需要设置。根据工程需要设置。6666第65页/共123页6767第66页/共123页(3)(3)(3)(3)超前加固超前加固超前加固超前加固 在断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，必须对围岩进在断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，必须对围岩进在断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，必须对围岩进在断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，必须对围岩进行超前加固，改良地层，确保隧道安全施工。行超前加固，改良地层，确保隧道安全施工。行超前加固，改良地层，确保隧道安全施工。行超前加固，改良地层，确保隧道安全施工。必须配备专业队伍、专业设备，进行专项设计，保证加固效必须配备专业队伍、专业设备，进行专项设计，保证加固效必须配备专业队伍、专业设备，进行专项设计，保证加固效必须配备专业队伍、专业设备，进行专项设计，保证加固效果。果。果。果。目前，常用的围岩加固方法是注浆法。目前，常用的围岩加固方法是注浆法。目前，常用的围岩加固方法是注浆法。目前，常用的围岩加固方法是注浆法。注浆法主要分全断注浆法主要分全断注浆法主要分全断注浆法主要分全断面注浆和局部注浆两种。在富水断层地带，常采取全断面注浆。面注浆和局部注浆两种。在富水断层地带，常采取全断面注浆。面注浆和局部注浆两种。在富水断层地带，常采取全断面注浆。面注浆和局部注浆两种。在富水断层地带，常采取全断面注浆。6868第67页/共123页注浆加固范围注浆加固范围注浆加固范围注浆加固范围 纵向加固长度应根据钻机能力和地层特点