隧道施工及质量控制培训教材.pptx
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1、隧道施工及质量控制隧道施工及质量控制2013年年11月月第一章第一章 隧道的概念和作用隧道的概念和作用隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。一般可分为两大类:一类隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。一般可分为两大类:一类是修建在岩层中的,称为岩石隧道;一类是修建在土层中的,称为软是修建在岩层中的,称为岩石隧道;一类是修建在土层中的,称为软土隧道。岩石隧道修建在山体中的较多,故又称山岭隧道;软土隧道土隧道。岩石隧道修建在山体中的较多,故又称山岭隧道;软土隧道常常修建在水底和城市立交,故称为水底隧道和城市道路隧道。埋置常常修建在水底和城市立交,故称为水底隧道和城市道路隧道。埋置较浅的隧道,一般采用明
2、挖法施工,埋置较深的隧道则多采用暗挖法较浅的隧道,一般采用明挖法施工,埋置较深的隧道则多采用暗挖法施工。用作地下通道的有道路隧道、水底隧道、城市道路隧道、地下施工。用作地下通道的有道路隧道、水底隧道、城市道路隧道、地下铁道、铁路隧道和航运隧道等。铁道、铁路隧道和航运隧道等。隧道在山岭地区可用做克服地形或高程障碍,改善线形,提高车速隧道在山岭地区可用做克服地形或高程障碍,改善线形,提高车速,缩短里程,节约燃料,节省时间,减少对植被的破坏,保护生态环,缩短里程,节约燃料,节省时间,减少对植被的破坏,保护生态环境;还可用做克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害。境;还可用做克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害
3、。在城市可减少用地,构成立体交叉,解决交叉路口的拥挤阻塞,在城市可减少用地,构成立体交叉,解决交叉路口的拥挤阻塞,疏导交通。在江河、海峡、港湾地区,可不影响水路通航。修建隧道疏导交通。在江河、海峡、港湾地区,可不影响水路通航。修建隧道既能保证路线平顺、行车安全、提高舒适性和节省运费,又能增加隐既能保证路线平顺、行车安全、提高舒适性和节省运费,又能增加隐藏性、提高防护能力和不受气候影响。藏性、提高防护能力和不受气候影响。隧道是地下工程建筑物,为保隧道是地下工程建筑物,为保持坑道岩体的稳定,保证行车安全,通常需要修筑主体建筑物和附属持坑道岩体的稳定,保证行车安全,通常需要修筑主体建筑物和附属建筑物
4、。前者包括洞身衬砌和洞门,后者包括通风、照明、防排水、建筑物。前者包括洞身衬砌和洞门,后者包括通风、照明、防排水、安全设备等。安全设备等。洞身衬砌的作用是承受围岩压力、结构自重及其它荷载,防止围洞身衬砌的作用是承受围岩压力、结构自重及其它荷载,防止围岩风化、岩塌和洞内的防水、防潮等。岩风化、岩塌和洞内的防水、防潮等。洞门的主要作用是防止洞口坍方落石、保持仰坡和边坡的稳定。洞门的主要作用是防止洞口坍方落石、保持仰坡和边坡的稳定。通风照明、防排水、安全设备等的作用是确保行车安全、舒适。通风照明、防排水、安全设备等的作用是确保行车安全、舒适。隧道衬砌在结构计算理论和施工方法两方面与地面结构相比有很隧
5、道衬砌在结构计算理论和施工方法两方面与地面结构相比有很多不同之处。最主要的是埋置在地层内的衬砌结构所承受的荷载比多不同之处。最主要的是埋置在地层内的衬砌结构所承受的荷载比地面结构复杂。所以在设计衬砌时除计算复杂多变的围岩压力外,地面结构复杂。所以在设计衬砌时除计算复杂多变的围岩压力外,还要考虑衬砌与围岩的相互作用。还要考虑衬砌与围岩的相互作用。 隧道施工与地面建筑物也不同,空间有限,工作面狭小、光线暗隧道施工与地面建筑物也不同,空间有限,工作面狭小、光线暗,劳动条件差,给施工增加了难度。,劳动条件差,给施工增加了难度。第二章第二章 隧道施工的基本概念隧道施工的基本概念隧道施工是指修建隧道及地下
6、洞室的施工方法、施工技术和隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技术和施工管理的总称。施工管理的总称。隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件,并隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件,并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。根据隧道穿越地层的不同情况术水平等因素综合考虑研究确定。根据隧道穿越地层的不同情况和目前隧道施工方法的发展,隧道施工方法可按以下方式分类:和目前隧道施工方法的发展,隧道施工方法可按以下方式分类:山岭隧道施工方法矿石法(钻爆发)掘进机法新奥法传统
7、矿石法浅埋及软土隧道施工方法明挖法地下连续墙法盖挖法浅埋暗挖法盾构法水底隧道施工方法沉埋法盾构法隧道施工方法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
8、明、风水电作业的方式方法和对围岩变化的量测监控方法。明、风水电作业的方式方法和对围岩变化的量测监控方法。隧道施工管理主要解决施工组织设计(如施工方案的选择、施工技术隧道施工管理主要解决施工组织设计(如施工方案的选择、施工技术措施、场地布置、进度控制、材料供应、劳力及机具安排等)和施工中措施、场地布置、进度控制、材料供应、劳力及机具安排等)和施工中的技术管理、计划管理、质量管理、经济管理、安全管理等问题。由于的技术管理、计划管理、质量管理、经济管理、安全管理等问题。由于地质勘探的局限性和地质条件的复杂性及多变性,隧道施工过程中经常地质勘探的局限性和地质条件的复杂性及多变性,隧道施工过程中经常会遇
9、到突然变化的地质条件、意外情况(如塌方、涌水等),原制定的会遇到突然变化的地质条件、意外情况(如塌方、涌水等),原制定的施工方案、施工技术措施和施工进度计划等也必须随之变更。施工方案、施工技术措施和施工进度计划等也必须随之变更。 第三章第三章 隧道施工技术的发展隧道施工技术的发展伴随着伴随着 2020世纪世界科学、技术、经济的发展,交通运输、水利、水世纪世界科学、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难度上提出了更高的
10、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、挪威法及浅埋暗挖现代支护理论的建立,在此基础上出现了新奥法、挪威法及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弱含水地层的各种掘进条件,其可靠性、耐久性、机动坚硬岩层到软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;冲性及掘进的高速度,
11、使其在隧道工程施工中得到日益广泛的应用;冲击钻头的改进及全液压钻孔台车的出现,大能力装渣、运渣设备的开击钻头的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,使钻孔爆破术的进步等,极大地改良了施工环境和提高了掘进速度,使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。、海湾提供了新的有效手段。 19841984年建成的日本
12、横跨津轻海峡的青函年建成的日本横跨津轻海峡的青函隧道(长隧道(长 53.85Km53.85Km)和)和 19911991年建成的英法海峡隧道(长年建成的英法海峡隧道(长50.50Km50.50Km),),无论从工程规模、复杂性,还是在应用新技术方面,都代表着无论从工程规模、复杂性,还是在应用新技术方面,都代表着 2020世纪世纪世界隧道施工的水平。世界隧道施工的水平。我国隧道工程建设历史悠久,但在我国隧道工程建设历史悠久,但在 1949年以前,隧道规模较小,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
13、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较普遍的采用了新奥法;岩石中隧道施工除隧道工程矿山法施工中已较普遍的采用了新奥法;岩石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;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4000
14、Km4000Km,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,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。杂环境条件的能力上,有很大提高。 19951995年开始修建的秦岭特长隧年开始修建的秦岭特长隧道(长道(长 18.50Km18.50Km)将在我国隧道修建技术上取得新的突破。)将在我国隧道修建
15、技术上取得新的突破。 2020世纪世纪后半期隧道修建技术与现代化管理方法的发展,为今后我国修建长大后半期隧道修建技术与现代化管理方法的发展,为今后我国修建长大隧道及克服各种困难条件的隧道工程奠定了基础。我国是幅员广大、隧道及克服各种困难条件的隧道工程奠定了基础。我国是幅员广大、地质复杂、多山的发展中国家,城市化交通处于起步阶段,大规模的地质复杂、多山的发展中国家,城市化交通处于起步阶段,大规模的水利及交通事业方兴未艾,隧道事业必将有更大的发展。水利及交通事业方兴未艾,隧道事业必将有更大的发展。第四章分项工程施工方案及注意事项第四章分项工程施工方案及注意事项4.1 4.1 明洞工程施工明洞工程施
16、工4.2 4.2 洞身暗挖施工洞身暗挖施工4.3 4.3 洞口地段施工洞口地段施工4.4 4.4 隧道洞门施工隧道洞门施工4.5 4.5 初期支护初期支护4.6 4.6 仰拱施工仰拱施工4.7 4.7 衬砌施工衬砌施工4.8 4.8 防排水施工防排水施工4.9 4.9 超前地质预报超前地质预报4.10 4.10 地层加固地层加固4.11 4.11 隧道监控量测隧道监控量测4.12 4.12 隧道附属工程隧道附属工程4.13 4.13 超前小导管施工超前小导管施工 第四章分项工程施工方案及注意事项第四章分项工程施工方案及注意事项4.1 明洞工程施工明洞工程施工 4.1.1一般规定一般规定 4.1
17、.2 施工要求施工要求 4.1.3明洞的病害及其防治明洞的病害及其防治第四章分项工程施工方案及注意事项第四章分项工程施工方案及注意事项4.2 洞身暗挖施工洞身暗挖施工 4.2.1方案设计方案设计 4.2.2中隔壁法(中隔壁法(CD法)法) 4.2.3 交叉中隔壁法(交叉中隔壁法(CRD法)法) 4.2.4双侧壁导坑法双侧壁导坑法 4.2.5弧形导坑预留核心土法弧形导坑预留核心土法 4.2.6 正台阶法正台阶法 4.2.7 全断面开挖法全断面开挖法 4.2.8 CD、CRD等施工方法的相互转换等施工方法的相互转换 第四章分项工程施工方案及注意事项第四章分项工程施工方案及注意事项4.2 4.2 洞
18、身暗挖施工洞身暗挖施工 4.2.14.2.1方案设计方案设计按新奥法原理组织施工,并要根据不同围岩级别及周边环境按新奥法原理组织施工,并要根据不同围岩级别及周边环境选择相应工法,应根据监控量测结果,适时施作二次衬砌。选择相应工法,应根据监控量测结果,适时施作二次衬砌。(1 1)对于软弱围岩严格按照:)对于软弱围岩严格按照:“管超前、严注浆、弱爆破、管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、紧衬砌、勤量测短进尺、强支护、早封闭、紧衬砌、勤量测” ” 的原则组织的原则组织施工;施工;(2 2)对于一般围岩严格按照:)对于一般围岩严格按照:“短进尺、弱爆破、强支护、短进尺、弱爆破、强支护、早封
19、闭、紧衬砌、勤量测早封闭、紧衬砌、勤量测” ” 的原则组织施工;的原则组织施工;(3 3)黄土隧道施工严格按照)黄土隧道施工严格按照“严控水、强支护、短进尺、严控水、强支护、短进尺、勤量测勤量测”的原则组织施工,应特别注意地表冲沟、陷穴对隧的原则组织施工,应特别注意地表冲沟、陷穴对隧道的影响,要加强调查和处理。道的影响,要加强调查和处理。 (4 4)石质隧道破碎带按照)石质隧道破碎带按照“先支护、后开挖、短进尺、弱先支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测爆破、快封闭、勤量测”的原则进行组织施工。的原则进行组织施工。第四章分项工程施工方案及注意事项第四章分项工程施工方案及注意事项4.2 洞
20、身暗挖施工 4.2.2中隔壁法(中隔壁法(CD法)法)CD法是在软弱围岩大跨度隧道中,先开法是在软弱围岩大跨度隧道中,先开挖隧道的一侧,并施作中隔壁,然后再挖隧道的一侧,并施作中隔壁,然后再开挖另一侧的施工方法,主要应用于双开挖另一侧的施工方法,主要应用于双线隧道线隧道级围岩深埋硬质岩地段以及老级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道(黄土隧道(级围岩)地段。级围岩)地段。 基底加固基底加固图图1 CD法施工工艺流程图法施工工艺流程图测量放线测量放线左侧拱部超前支护左侧拱部超前支护左侧上部开挖、出碴左侧上部开挖、出碴左侧上部、上部中隔壁初左侧上部、上部中隔壁初期支护、同时进行左侧下期支护、同时进行左
21、侧下部开挖、出碴部开挖、出碴右侧拱部超前支护右侧拱部超前支护右侧上部开挖、出碴右侧上部开挖、出碴超前地质预报超前地质预报围岩监控量测围岩监控量测围岩监控量测围岩监控量测右侧上部、上部中隔壁初右侧上部、上部中隔壁初期支护、同时进行右侧下期支护、同时进行右侧下部开挖、出碴部开挖、出碴左侧下部初期支护左侧下部初期支护右侧下部初期支护右侧下部初期支护底部开挖、出碴,接长临时钢架底部开挖、出碴,接长临时钢架仰拱初期支护仰拱初期支护拆除临时钢架、仰拱衬砌拆除临时钢架、仰拱衬砌仰拱填充施工仰拱填充施工下一工序下一工序围岩监控量测围岩监控量测二次衬砌喷混凝土系统径向锚杆拱部超前支护隧底填充仰拱初期支护22纵向
22、连接钢筋(图中未示临时钢架) 钢 架 约300约300中壁(CD)法施工工序纵断面示意图24315钢架约750约450约600 22砂浆锚杆(L=2.5m)隧道中线I18临时钢架约300临时支护之喷混凝土边墙基座初期支护之喷混凝土隧底填充拱墙二次衬砌中壁(CD)法施工工序平面示意图说明:本图尺寸除钢筋尺寸以mm计外,余均以cm计。中壁(CD)法施工工序横断面示意图环向间距1.0m超前支护图2 CD法施工工序图约300仰拱第四章分项工程施工方案及注意事项第四章分项工程施工方案及注意事项4.2 洞身暗挖施工4.2.3 交叉中隔壁法(交叉中隔壁法(CRD法)法)CRD法是在软弱围岩大跨度隧道中,先开
23、挖隧道一侧的一或二部分,施作部分中隔壁和横隔板,再开挖隧道另一侧的一或二部分,完成横隔板施工的施工方法,主要应用于级围岩深埋软质岩、浅埋、偏压地段以及级围岩深埋地段的施工。 左侧上部开挖、出碴左侧上部开挖、出碴图图3 CRD法施工工艺流程图法施工工艺流程图拆除底部临时横撑,底部开挖、出碴,接长临拆除底部临时横撑,底部开挖、出碴,接长临时钢架时钢架基底加固基底加固仰拱初期支护仰拱初期支护拆除临时钢架、仰拱衬砌拆除临时钢架、仰拱衬砌仰拱填充施工仰拱填充施工下一工序下一工序围岩监控量测围岩监控量测围岩监控量测围岩监控量测测量放线测量放线左侧拱部超前支护左侧拱部超前支护左侧上部、上部中隔壁初期支护、左
24、侧上部、上部中隔壁初期支护、横支撑施工横支撑施工同时进行左侧下部开挖、出碴同时进行左侧下部开挖、出碴右侧拱部超前支护右侧拱部超前支护右侧上部开挖、出碴右侧上部开挖、出碴超前地质预报超前地质预报围岩监控量测围岩监控量测右侧下部初期支护右侧下部初期支护,必要时架设底部必要时架设底部横撑横撑右侧上部、上部中隔壁初期支护、右侧上部、上部中隔壁初期支护、横支撑施工横支撑施工同时进行右侧下部开挖、出碴同时进行右侧下部开挖、出碴左侧下部初期支护左侧下部初期支护,必要时架设底部必要时架设底部横撑横撑18临时钢架水平锚杆L=3.5m22砂浆锚杆(L=2.5m)约750约600约450隧道中线18横撑18横撑(必
25、要时)钢架系统径向锚杆50小导管(L5.0m)中壁交叉(CRD)法施工工序横断面示意图中壁(CRD)法施工工序纵断面示意图约300300型钢钢架(图中未示临时钢架)22纵向连接钢筋,环向间距1.0m初期支护仰 拱隧底填充拱部50超前小导管(L=5.0m),环向间距40cm系统径向锚杆喷混凝土二次衬砌封闭掌子面中壁交叉(CRD)法施工工序平面示意图拱墙二次衬砌隧底填充初期支护喷混凝土边墙基座初期支护之喷混凝土隧底填充拱墙二次衬砌约300临时支护喷混凝土约300边墙基座说明:本图尺寸除钢筋尺寸以mm计外,余均以cm计。必要时喷5cm厚混凝土图4 CRD法施工工序图封闭掌子面必要时喷混凝土18横撑(
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