隧道工程施工技术之双洞分离式(终)课件.pptx
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- 隧道 工程施工 技术 分离 课件
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1、隧道施工技术隧道施工技术 -分离式独立分离式独立双洞双洞结构施工技术结构施工技术机械化施工分公司机械化施工分公司20152015年年8 8月月目 录一、我国隧道的发展现状和分类二、主要施工方法-分离式独立双洞隧道三、隧道施工关键技术(新奥法)四、常见质量问题的处理五、隧道工程主要资源六、隧道工程相关标准一、我国隧道的发展现状和分类一、我国隧道的发展现状和分类 我国是世界上公路隧道最多的国家,截至2013年底的统计,我国已有公路隧道11359座,总长9606公里,且近年来,公路隧道年均增长率高达20%,且有逐年增速加快的趋势。1.我国隧道的发展现状 隧道是埋置于地层内的工程建筑物,是人类利用地下
2、空间的一种形式,由主体构造物和附属构造物两大类组成。主体结构包括洞门构造物和洞身衬砌。当洞顶覆盖层较薄,洞口受塌方、落石、泥石流等危害时、与道路或铁路形成立体交叉又不宜做立交桥时,通常设置明洞。2.隧道的分类 隧道可根据其用途、隧道横断面的形状等进行分类。1.按用途交通隧道水工隧道市政隧道矿山隧道2.按介质不同岩石隧道土层隧道3.按长度短隧道中隧道长隧道特长隧道4.按截面形状圆形截面隧道椭圆形截面隧道马蹄形截面隧道矩形截面隧道双孔隧道孪生隧道双孔隧道5.按洞数量双向单洞隧道分离式双洞隧道 分离式独立双洞隧道是指线路上每一个行驶方向开挖一个隧道的隧道线形分布形式 。高速公路、一级公路一般都采取上
3、、下行分离的独立双洞设计。3. 分离式独立双洞隧道 连拱隧道是两拱拱部衬砌结构通过中柱相连的隧道结构。4.分离式独立双洞隧道与小净距隧道、连拱隧道的不同 小净距隧道是指上、下行双洞洞壁距离较小,不能按独立双洞考虑的隧道结构。 分离式独立双洞隧道的最小洞距按两洞结构彼此不产生有害影响为原则确定。一座分离式的最小洞距可按其围岩级别确定。5.开阳项目-分离式独立双洞隧道 我公司正在施工的开阳县科技大道道路工程旧寨隧道项目,采用分离式独立双洞设计,隧道断面开挖宽度为1718m,左右幅间距为20m,隧道长度约700m,为中隧道。合同段内隧道穿越 、 级围岩,工程地质和水文地质条件复杂。根据地形情况,本隧
4、道初步设计进出口都采用削竹式洞门,隧道洞身衬砌设计以新奥法原理为指导。 隧道左幅开发区端洞门设计 隧道左幅开发区端洞门设计 隧道左幅开发区端洞门设计二、主要施工方法二、主要施工方法-分离式独立双洞隧道分离式独立双洞隧道 隧道施工方法的选择主要依据工程地质条件、水文地质条件、埋深、断面形状及尺长度、施工条件、施工水平等因素综合考虑确定。而围岩开挖方式的选择时,一方面应考虑围岩的地质条件及其变化,另一方面应考虑隧道范围内岩体的坚硬程度。1.围岩的主要开挖方式2.按施工的封闭程度 明挖法半明挖法暗挖法1.按对地层的影响振动机械开挖法爆破开挖法全断面开挖法全断面开挖法台阶法台阶法隧道开挖方式:一、全断
5、面法 二、分部开挖法 1、台阶法 2、预留核心土法 3、侧壁导坑法(CD法) 4、双侧壁导坑法 5、中导洞法1.1 全断面法开挖法 全断面法开挖法指按隧道设计开挖断面,一次开挖到位的施工方法,主要适用于级围岩。全断面法施工工序示意图1.2 台阶法 台阶法是先开挖上半断面,待开挖至一定长度后同时开挖下半断面,上、下半断面同时并进的施工方法;按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种。近年由于大断面隧道的设计,又有三台阶临时仰拱法,甚至多台阶法。台阶法施工工序示意图1.3 预留核心土法 环形开挖预留核心土法是在上部断面以弧形导坑领先,其次开挖下半部两侧,再开挖中部核心土的方法。在土质及软弱围岩中使用
6、较多。弧形导坑预留核心土施工工序示意图1.4 双侧壁导坑法 双侧壁导坑法一般将断面分成四块:左、右侧壁导坑、上部核心土和下台阶。其原理是利用两个中隔壁把整个隧道大断面分成左中右3个小断面施工,左、右导洞先行,中间断面紧跟其后;初期支护仰拱成环后,拆除两侧导洞临时支撑,形成全断面。双侧壁导坑法施工工序示意图1.5 中隔壁法(CD法) CD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,然后再开挖另一侧的施工方法,主要应用于双线隧道级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道(级围岩)地段。中隔壁(CD)法施工工序示意图2. 隧道的主要施工方法2.1 传统矿山法 矿山法指的是用开挖地下坑道的作业
7、方式修建隧道的施工方法。矿山法是一种传统的施工方法,它的基本原理是,隧道开挖后受爆破影响,造成岩体破裂形成松弛状态,随时都有可能坍落。基于这种松弛荷载理论依据,其施工方法是按分部顺序采取分割式一块一块的开挖,并要求边挖边撑以求安全,所以支撑复杂。 2.2 新奥法 新奥法指应用岩体力学理论,以维护和利用围岩的自承能力为基点,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时的进行支护,控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支护体系的组成部分,并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。 (1)新奥法工艺流程 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
8、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。喷混凝土、锚杆、监控量测是新奥法的三大要素。 爆破 初期支护监控量测二次衬砌2.3 明挖法 明挖法指的是先将隧道部位的岩(土)体全部挖除,然后修建洞身、洞门,再进行回填的施工方法。明挖法的关键工序是降低地下水位、边坡支护、土方开挖、结构施工及防水工程等,其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。2.4 盖挖法 盖挖法是当地下工程明做时需要穿越公路、建筑等障碍物而采取的新型工程施工方法,是由地面向下开挖至一定深度后,将顶部封闭,其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作,也可以逆作。2.5 浅埋暗挖法 浅埋暗挖法是在距离
9、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,以改造地质条件为前提,以控制地表沉降为重点,以格栅(或其他钢结构)和喷锚作为初期支护手段,按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测” 18字方针进行施工。2.6 盾构法 盾构法是暗挖法施工中的一种机械化施工方法,它是将盾构机械在地中推进,通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖,通过出土机械运出洞外,靠千斤顶在后部加压顶进,并拼装预制混凝土管片,形成隧道结构的一种机械化施工方法。三、隧道施工关键技术(新奥法)三、隧道施工关键技术(新奥法) 新奥法施工是以控制爆破或机械开挖为主要
10、掘进手段,以锚杆、喷射混凝土为主要的支护方法,理论量测和经验相结合的一种施工方法,同时也是一系列指导隧道设计和施工的原则。新奥法的基本原则可简要的概括为“少扰动、早喷锚、勤量测、早封闭”,其关键技术主要有: 超前地质预报 预支护技术 特殊地段施工 监控量测和信息反馈 初期支护、二次衬砌控制 隧道防排水 通风和防尘1.超前地质预报 超前地质预报是在隧道开挖时,对掌子面前方的围岩与地层情况做出超前预报。主要方法有:超前钻孔法、地质雷达法、TSP法、TRT法。目前常用 的主要方法为TSP法。通过预报可获得的地质力学参数有:动弹性模量、动剪切模量和动泊松比等,指导设计。2.预支护技术 隧道施工的过程中
11、,当遇到软弱破碎围岩时,其自支护能力是比较弱的,应采取措施进行预支护措施,各种预支护措施应根据围岩条件、涌水状况、施工方案、环境要求等情况确定,经充分的技术经济比较,可选用其中一种或几种措施进行治理。常用的预支护措施超前锚杆、小钢管管棚超前小导管注浆预注浆加固围岩2.1 超前锚杆、小钢管 爆破前或开挖掘进前,在开挖面顶部一定范围内,沿坑道设计轮廓线,向岩体内打入一排纵向锚杆或小钢管(型钢),以形成一道顶部加固的岩石棚,在此棚的保护下进行作业,到一定距离后,重复上述步骤,如此循环前进。主要适用于地下水较少的软弱破碎围岩的隧道工程中。超前锚杆施工工艺流程图超前锚杆、小钢管施工技术要点:技术要点超前
12、锚杆宜采用早强砂浆锚杆,锚杆可用不小于22的螺纹钢筋;其超前量、环向间距、外插角等参数应视具体的施工条件而定。在进行超前锚杆施工作业时,应设专兼职人员负责观察围岩变化锚杆安装结束后4小时内不得进行爆破作业。2.2 管棚 管棚一般是隧道断面的一部分或全部,以一定的间距环向布设,形成钢管棚护,为在特殊条件下安全开挖,预先提供增强地层承载力的临时支护方法。主要用于对于围岩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,如软弱、沙砾地层和软岩、岩堆、破碎带地段。长度小于10m的小钢管为短管棚,大于10m为长管棚。管棚引孔顶入法施工工艺流程图管棚跟管钻进工艺流程图管棚施工技术要点:技术要点钻孔外插角
13、13以为宜,工点应根据实际情况作调整。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定,一般控制在11.5。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。严格控制钻孔平面位置,管棚不得侵入隧道开挖线内,相邻的钢管不得相撞和立交。2.3 超前小导管注浆 超前小导管注浆是在开挖掘进前,先用喷射混凝土将开挖面5m范围内的坑道封闭,然后沿坑道周边打入纵向小导管向围岩注浆,浆液硬化后形成一个加固圈,在加固圈的保护下安全地进行开挖。主要用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护。超前小导管注浆常常作为一种辅助的措施,与管棚结合起来加固围岩。小导管注浆工艺流程图小导管注浆施
14、工技术要点:技术要点一般超前小导管施工沿着开挖轮廓线120度范围设置。一般情况下:小导管长度L=上台阶高度+2m。小导管直径:30-50mm。外插角度一般控制在10度以内。注浆压力控制在2MP左右。浆液扩散半径一般为0.5m。注浆速度控制在50-100L/MIN。每循环小导管的搭接长度控制在1-2m。应确保小导管安装位置正确和足够的有效长度,严格控制好小导管的钻设角度。用作小导管的钢管钻有注浆孔,以便向土体进行注浆加固,也有利于提高小导管自身刚度和强度。导管注浆宜采用水泥浆或水泥砂浆。浆液必须充满例借及周围空隙,注浆量和注浆压力应由试验确定。小导管在隧道开挖时承受地层的压力,为保证灌浆质量防止
15、漏浆,小导管的尾部需设置封堵孔。2.4 预注浆加固围岩 预注浆加固围岩是在掌子面前方的围岩中将浆液注入,从而提高地的强度、稳定性和抗渗性,形成了较大范围的筒状封闭加固区,然后在其范围内进行开挖作业。有洞内超前注浆、地表超前注浆和平导超前注浆三种方式。预注浆工艺流程图预注浆施工技术要点:技术要点进行前进式分段注浆施工工艺时,实施钻一段注一段,再清孔钻一段、再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工。每次钻孔注浆分段长度根据围岩情况定位13m。前进式分段注浆采用止浆塞或孔口管法兰盘进行止浆。进行后退式分段注浆施工时,在检查合格的钻孔中放入止浆塞及其它配套装置,对一个注浆分段段长进行注浆施工,第一分段
16、注浆完成后,后退一个分段长度进行第二分段注浆,如此往复,直到将整个注浆段完成。进行后退式分段注浆施工,注浆分段长度宜取0.6m2.5m。取全孔一次性注浆时,直接将注浆管路接在孔口管上,在孔口处利用孔口管进行全孔注浆施工。2.5 开阳项目预支护设计 开阳科技大道工程隧道设计采取的预支护技术主要有:超前大管棚、超前小导管、超前预注浆等。超前大管棚:设于两端洞口,防止隧道开挖塌方和仰坡变形;超前小导管:适用于、级围岩段,主要防止隧道开挖发生塌方;超前预注浆:适用于岩体破碎松散,通过注浆提高围岩力学指标,改善结构受力和开挖条件。3.特殊地段施工 特殊地质地段隧道由于岩层的地质成因复杂,地质条件具有突变
17、性,事故具有突发性,对隧道施工的危害极大。对特殊地段进行隧道施工时,除遵守一般的技术要求外,还应遵守一些特殊规定,采取各种针对性的辅助方法。主要的特殊地质地段有: 岩溶地段 流砂地段 涌水地段 瓦斯地段 软土地段 硬质岩石地段3.1 岩溶地段隧道施工 岩溶隧道处理技术方案岩溶隧道处理技术方案岩溶类型技术方案洞穴型、管道型岩溶回填充填型岩溶注浆加固+大管棚过水型岩溶引排方案大型干溶洞托梁+板跨护顶方案、型钢混凝土+板跨方案、钢管桩方案、护墙+桩基+承台方案、路基填筑方案、梁跨方案、拱跨+护罩方案岩溶水治理注浆堵水方案、泄洪方案、堆积体加固堵水方案、释能降压、绕避方案溶洞、暗河地段地下水处理措施溶
18、洞、暗河地段地下水处理措施溶洞、暗河与隧道空间关系处理原则推荐措施隧道下穿溶洞、暗河疏导为主、结构承压扩大水路、增大过水面积,隧道周边注浆加固,隧道采用驾驶型衬砌结构隧道上跨溶洞、暗河疏导为主在溶洞、暗河内设置支墩、拱涵、护墙、连续墙、跨越等构筑物,同时疏导水路隧道穿越溶洞、暗河排堵结合、因地制宜根据具体情况采用调整水路、设置泄水洞或注浆堵水限量排放等措施3.2 流沙地段隧道施工技术要点施工中,应观测支撑和衬砌的实际沉落量的变化 ,及时调整预留量;支撑背面用木板和撒槽形钢遮挡,严防支撑从支撑间溢出;流沙溢出口附近较干燥围岩处,应尽快打入锚杆或施作喷射混凝土,加固围岩,防止溢出口扩大;拱部和边墙
19、衬砌混凝土的灌注应尽量缩短时间,尽快与仰拱形成封闭环; 流沙地层的特点:结构松散,稳定性差,施工中极易发生坍塌。 施工方法:先护后挖,密闭支撑,边挖边封闭的办法。隧道开挖前,采用超前小导管预注浆法,使松散地层固结为整体,然后进行开挖和衬砌施工,必要时可采取井点排水。 3.3 涌水地段隧道施工 围岩空隙中的地下水、地表水水源,在压力作用下涌出,称为涌水。量大、势猛,突发的涌水,称为突水。处理方法主要有:超前钻孔和辅助坑道排水、超前前小导管注浆、超前围岩预注浆堵水、进点降水及深井降水。技术要点坑道应与正道平形或接近平形,且应超前正道10-20m,至少应超过1-2个循环进尺;钻孔孔位应在水流上方,孔
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