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隧道工程课件22-23第六章隧道施工方法3-11


主讲:宋克志(工学博士、教授)

第六章 隧道施工
本章主要内容:
1 隧道施工概述 2 新奥法 3 洞口段及明洞施工方法 4 明挖法 5 盖挖法 6 盾构法 7 掘进机法 8 沉管法 9 顶进法 10 浅埋暗挖法

11 特殊地段施工方法 12 辅助施工方法—预支护控制
13 隧道施工辅助导坑及辅助作业

3 洞口段及明洞施工方法
?洞口段施工
?洞口段概念 ?进洞方法

?明洞施工
?先墙后拱法 ?先拱后墙法

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(一)洞口段概念
指洞口浅埋段,即开挖可能给洞口地表造成不良影响的范围。
H--深浅埋分界处 覆盖层厚度,约 为2~2.5倍天然 拱高度。
洞门位置 明暗交界 H

明洞段

洞口段
图 洞口段的一般范围

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(一)洞口段概念
洞口段特点: (1)覆盖浅、地质差, 地表水汇集。 (2)进洞顺利与否,对工程的展开影响甚大。 洞口段施工注意事项: ?先清理洞口边仰坡有可能滑塌的表土及危石。

?刷坡应自上而下逐段开挖。
?不采用深眼大爆破开挖边仰坡。 ?洞门厚度内的衬砌应与洞身衬砌同时施工,连成整体。 ?端墙砌筑与回填应两侧对称同时进行,以防衬砌产生偏压。 ?洞口应设置加强衬砌段,其长度一般不小于10m。

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(二)进洞方法
影响施工方法的因素: ●施工机具配备情况 ●洞外相邻建筑的影响 ●地形条件 ●地质条件---最为重要! 根据地质条件有: 1. 全断面法进洞 适应于:Ⅱ、Ⅰ级围岩。 注意事项:初始10~20m区段的开挖,应将爆破进尺控制在2~3m。

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(二)进洞方法
2. 台阶法进洞 视地质条件,严格控制爆破进尺: ? Ⅳ、Ⅲ级围岩~短台阶

爆破进尺1.5m~2.5m;网、锚、喷支护。
? Ⅴ、Ⅳ级围岩~短台阶 爆破进尺在1.5m以内;超前锚杆(或小导管),钢拱架。 ? Ⅵ、Ⅴ级围岩~超短台阶 进尺0.5~1.0m;不爆破,人工或机械挖掘。

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(二)进洞方法
3.其它进洞方法 当围岩很差,超短台阶法往往还不够安全,可用: ? 环形开挖留核心土法 ? 侧壁导坑法 ? 下导坑法 (4)预支护进洞 超前锚杆、超前小导管、管棚等 适用:软弱破碎地层等。

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(二)进洞方法

3 5

2
4 1

3 5

15~20m
下导坑进洞方式

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(二)进洞方法
管棚 C25钢筋混凝土套拱导向架 (纵向2.5m长)

衬砌

隧 道 中 心 线

管棚预支护进洞示意图

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(二)进洞方法
管棚及套拱

现场管棚

护拱是隧道施工管棚(一般为108或89钢管)时的一种外部建筑,主要是用

于管棚定位等

3 洞口段及明洞施工方法
管棚及套拱 一、洞口段施工
(二)进洞方法

套拱(护拱)施工顺序:
场地平整——测量放样——开挖护拱基础——基础处理——浇筑护拱 基础砼——安装钢管脚手架、砼提升架、护拱型钢拱架等——安装孔 口管——安装护拱砼内外模板——浇筑护拱砼

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(二)进洞方法

套拱(护拱)

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(二)进洞方法

套拱(护拱)

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(二)进洞方法

3 洞口段及明洞施工方法
一、洞口段施工
(二)进洞方法
4. 明洞法进洞
适用于:覆盖层薄、边仰坡不稳、偏压等。 方法: 在洞口处先作一段明洞,抵紧仰坡坡脚,在明 洞上及时回填以加固仰坡,然后暗挖进洞。

洞门位置 回填土

明洞

3 洞口段及明洞施工方法
二、明洞施工方法
1.先墙后拱法

全称为“全部明挖先墙后拱法”。
适用于:临时边坡能暂时稳定的对称式明洞。 优点:衬砌整体性好,施工空间大,有利于施工。 缺点:土方开挖量大,刷坡较高。

明洞先墙后拱法

3 洞口段及明洞施工方法
二、明洞施工方法
2.先拱后墙法 适用于:不宜大范围开挖边仰坡的情况。 优点:土石方开挖量较小,刷坡较低。 缺点:衬砌整体性较差,边墙防水层施作不方便。

1


明洞先拱后墙法

Ⅴ 4

3 6



第六章 隧道施工
本章主要内容:
1 隧道施工概述 2 新奥法 3 洞口段及明洞施工方法 4 明挖法 5 盖挖法 6 盾构法 7 掘进机法 8 沉管法 9 顶进法 10 浅埋暗挖法

11 特殊地段施工方法 12 辅助施工方法—预支护控制
13 隧道施工辅助导坑及辅助作业

4 明挖法
概念:
?明挖法是从地表面向下开挖 ?形成露天的基坑 ?在基坑中修筑衬砌,敷设外贴式防水层 ?最后用土回填 ?放坡开挖 ?支护开挖法 ?地下连续墙法
?围护结构无支撑 ?围护结构有支撑

4 明挖法

明挖法施工模拟图

4 明挖法
明挖法施工演示

1.围护结构 施工

2.第一层开挖 支撑

4 明挖法
明挖法施工演示

3.第n层开挖 支撑

4.浇捣底板 混凝土

4 明挖法
明挖法施工演示

5.浇捣中板及 顶板混凝土

6.结构车站 主体完成

4 明挖法
一、放坡开挖
适用于隧道埋深较浅、 地势、地面空旷,土质稳定, 地下水位较低的情况。此法 机械化程度高,施工速度快, 质量也易得到保证。

4 明挖法
一、放坡开挖

4 明挖法
二、支护开挖
支护开挖法是将基坑围护结

构插入基坑底部以下,开挖到设
计标高后,再进行主体结构施工。

视边坡的稳定性,基坑内即可设
置支撑,也可不设。 1.围护结构无支撑 特点:悬臂

围护结构:
木桩 钢桩 挖孔桩 灌注桩 钢筋混凝土预制桩 连续墙

减小位移与变形措施:
大刚度围护结构 围护结构顶部设圈梁 坑外挖土减压 坑外降水 坑外注浆、旋喷、搅拌、粉喷加固 坑内预留原状土台设置护脚

4 明挖法
二、支护开挖
2.围护结构有支撑
基坑深度较大,开挖时除 采用围护结构外,还常采用支 撑加强围护结构以抵抗较大的 侧压力。支撑分为水平支撑、

斜支撑以及采用锚杆、土钉加
固等。

4 明挖法
二、支护开挖
2.围护结构有支撑 (1) 水平支撑
水平支撑常用的形式有横撑和角撑(图),基坑拐角或断面变化处

用角撑,其它一般用横撑。

采用水平支撑优点:
?墙体水平位移小; ?安全可靠,开挖深度不受限制;

?要求围护结构的平面形状比较规则,以矩形为最佳。
?开挖基坑宽度较大时,支撑应加设中间支柱来保持其稳定性。 ?中间支柱应在开挖前按设计位置作好。

4 明挖法
二、支护开挖
2.围护结构有支撑
(2)斜支撑 斜支撑是在基坑横向宽度较大或形状不规则,不便使用水平支撑时采用

的支撑形式。采用斜支撑时,围护结构上部水平位移比较大,易引起基坑外
地面及附近建筑下沉,对沉降要求严格的地段应十分慎重,因此基坑开挖深 度也受到一定限制。 (3)锚杆

锚杆是一种设在基坑外的支撑。一般由锚头、拉杆和锚固体三个基本部
分组成。锚头锚固在围护结构上。锚固体在岩石中的为岩石锚杆,在土层中 的为土层锚杆。基坑开挖时,作用在围护结构上的侧应力可由锚杆与岩土之

间产生的作用力来平衡。锚杆是受拉杆件,可采用高强钢索,充分发挥其抗
拉性能。

4 明挖法
二、支护开挖
2.围护结构有支撑
斜支撑
锚杆

4 明挖法
二、支护开挖

4 明挖法
二、支护开挖

4 明挖法
二、支护开挖

4 明挖法
二、支护开挖

钢板桩

4 明挖法
三、地下连续墙法
概念:在地下挖掘一段狭长的深槽,在槽内放入钢筋笼,浇筑一段钢筋混 凝土墙体,然后连接起来形成一道连续的地下墙体,称为地下连续墙。 分为现浇地下连续墙、预制地下连续墙、排桩地下连续墙。

可作为地下结构的一部分。
优缺点:

施工时不产生大量噪音和震动

墙体刚度大、防渗性能好 能适应软土地质条件
工程施工对周围土体扰动小
灌注混凝土无需模板,节省木板和劳力 须随地质条件选用不同的挖槽机械,成本高 泥浆等措施稳定槽壁处理麻烦。

4 明挖法
三、地下连续墙法
1. 现浇地下连续墙

工序:挖沟-护壁-下钢筋笼-浇筑混凝土-成墙-挖土-地下结构施工

4 明挖法
三、地下连续墙法
2. 预制地下连续墙 概念:挖槽、预制墙板组拼、水泥浆固化、成墙 3. 排桩地下连续墙 (1)钻冲孔排桩地下连续墙
两钻一冲:按一定桩距钻孔、 浇筑钢筋混凝土成桩、两桩 间冲孔、浇筑钢筋混凝土-

形成排桩地下连续墙

4 明挖法
三、地下连续墙法
3. 排桩地下连续墙 (2)挖孔排桩地下连续墙
间隔挖孔、下钢筋笼、
浇筑混凝土、成挖孔 桩、桩间挖土、凿除

护壁混凝土、下钢筋
笼、浇筑混凝土、新 旧桩成一体-成墙

a)桩孔护壁开挖;b)成桩;c)桩间开挖

4 明挖法
三、地下连续墙法

4 明挖法
三、地下连续墙法

4 明挖法
三、地下连续墙法

4 明挖法
三、地下连续墙法

4 明挖法
三、地下连续墙法

第六章 隧道施工
本章主要内容:
1 隧道施工概述 2 新奥法 3 洞口段及明洞施工方法 4 明挖法 5 盖挖法 6 盾构法 7 掘进机法 8 沉管法 9 顶进法 10 浅埋暗挖法

11 特殊地段施工方法 12 辅助施工方法—预支护控制
13 隧道施工辅助导坑及辅助作业

5 盖挖法
一、概念与类型
概念:盖挖法是先盖后挖,即先以临时路面或结构顶板维持地面畅通再向 下施工。两种类型: 盖挖顺作法:开挖到底,自下而上施作地下结构 盖挖逆作法:从上到下开挖,边开挖,边自上而下作结构

盖挖法优点:
?结构的水平位移小; ?结构板作为基坑开挖的支撑,

盖挖法缺点:
?出土不方便;

?板墙柱施工接头多,需进行防水
处理; ?工效低,速度慢; ?结构框架形成之前,中间立柱能 够支承的上部荷载有限。

节省了临时支撑;
?缩短占道时间,减少对地面 干扰;

?受外界气候影响小。

5 盖挖法
二、盖挖顺作法工序
开挖到底,自下而上施
作地下结构


②⑨



④ ⑩ ⑾

①支挡柱(墙)
②路面盖板 ③上段开挖 ④埋设物防护 ⑤主体开挖 ⑥修筑结构物 ⑦恢复埋设物
⑤ ⑥ ①



⑧回填
⑨拆除路面盖板 ⑩拔除支挡桩或拆除支 挡墙头部 ⑾恢复路面

5 盖挖法
三、盖挖逆作法工序
从上到下开挖,边 开挖,边自上而下 作结构
步骤4 构筑围护结构 构筑主体结构中间桩柱 步骤5 构筑顶板 步骤6 步骤1

步骤2

步骤3

用更大的围护结构 取代钢桩,用结构 顶板作为路面系统

和支撑。
挖土后先浇筑箱形 顶板,后浇筑侧墙, 最后浇筑底板。

回填土,恢复路 面
步骤7

开挖中层土 步骤8

构筑上层结构

开挖下层土

构筑下层主体结构

盖挖逆作法施工步骤

5 盖挖法

盖挖逆作法工程实例

5 盖挖法
13S02 48.85

水文地质情况
13S03 49.22 13S04 49.38 13S05 49.70 13S06 49.75 13S07 49.72 13S08 49.85

?车站主体围护桩底主要在卵石圆砾7层,局部有粉质粘土及粉细砂夹层,车站的底板主要在卵

石圆砾7层、粉质粘土及粉细砂夹层。中桩桩底主要在卵石圆砾11层。 ?含水层主要为卵石圆砾7层、中细砂层,水位在26米左右。

5 盖挖法

车站横断面

5 盖挖法
主体施工方法 第一步: 先施工北半幅,占用 半幅路面,施作边桩、

中桩及中柱。

5 盖挖法
主体施工方法

第二步:
开挖浅基坑,施作浅 基坑支护墙, 开挖至 顶板底设计标高, 作 结构顶板、顶梁、敷

设顶板防水层。

5 盖挖法
主体施工方法 第三步: 回填北半幅顶板覆土, 恢复北半幅路面交通.

围挡南半幅路面,施
作南半幅边桩、中桩 及中柱. 开挖基坑,施作浅基 坑支护。

5 盖挖法
主体施工方法

第四步:
施作南半幅顶板,顶 梁,敷设顶板防水层, 回填顶板覆土, 恢复 地面交通, 开挖基坑至中楼板 底面标高处。

5 盖挖法
主体施工方法

第五步:
敷设侧墙防水层,施作中 楼板、纵梁及内衬墙. 继续开挖基坑至钢支撑 中心标高下500mm处。

5 盖挖法
主体施工方法

第六步:
架设钢支撑,继续开 挖基坑至基坑底设计 标高处。

5 盖挖法
主体施工方法

第七步:
施作底板垫层、防水 层、底板及纵梁。

5 盖挖法
主体施工方法 第八步: 拆除钢支撑,敷设侧

墙防水层,施作内衬
墙,完成主体结构。

第六章 隧道施工
本章主要内容:
1 隧道施工概述 2 新奥法 3 洞口段及明洞施工方法 4 明挖法 5 盖挖法 6 盾构法 7 掘进机法 8 沉管法 9 顶进法 10 浅埋暗挖法

11 特殊地段施工方法 12 辅助施工方法—预支护控制
13 隧道施工辅助导坑及辅助作业

6 盾构法
机械化隧道掘进
盾构法-适用于土层及软弱富水地层 掘进机法-适用于各类岩石地层

6 盾构法
一、盾构法
1.盾构法概念及特点
?盾构施工法是使用盾构机在地下掘进,边防止开挖面土砂崩塌边在 机内安全地进行开挖作业和衬砌作业从而构筑成隧道的施工方法。 ?盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大要素组成。 ?盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧道轴线边向前 推进边对土壤进行挖掘。 ?圆柱体-护盾: 对挖掘出未衬砌的隧道段起临时支承作用

承受周围土层压力、地下水压、挡水
挖掘、排土、衬砌等作业都在护盾掩护下进行。

6 盾构法
一、盾构法
1.盾构法概念及特点
?盾构实质上就是软土隧道掘进机。 ?既可能是机械开挖,也可能是人工开挖。 ?既是一种施工机具,又是一个强有力的临时支撑结构。在盾壳的保护 下,既可进行开挖,又能进行衬砌; ?采用盾构施工,具有不影响地面交通、没有振动、对地面邻近建筑物 危害较小;

?施工费用不受埋深的很大影响;
?在土质差、水位高的地方建设埋深较大的隧道,盾构法有较高的技术 经济优越性等优点。

6 盾构法
一、盾构法
2.盾构法组成 ?盾壳 ?推进机构 ?取土机构 ?拼装或现 浇衬砌机构 ?盾尾 ?其他部分

6 盾构法
一、盾构法
2.盾构法组成

6 盾构法
一、盾构法
3.盾构类型 ?按开挖方式:

手掘式盾构,开挖和出土可用人工进行
半机械式盾构,大部分的开挖工作和出土由机械进行 机械式盾构,从开挖到出土均采用机械 ?按开挖面的支护方式: 无固定支护式的盾构

固定机械支护式盾构
工作面近旁带有气压室的盾构 泥水加压式盾构 土压式盾构

6 盾构法
一、盾构法
3.盾构类型

6 盾构法
一、盾构法
3.盾构类型

6 盾构法
一、盾构法
3.盾构类型

6 盾构法
一、盾构法
4.盾构法施工过程 ①在隧道某段的一端建造竖井或基坑,以供盾构安装就位,盾 构从竖井或基坑的墙壁开孔出发,在地层中沿着设计轴线,和 向另一竖井或基坑的设计孔洞推进。 ②盾构掘进相当于装配式衬砌的一环长度 ③千斤顶顶在已拼装好的管片上,使盾构前进 ④缩回千斤顶 ⑤用举重设备拼装管片衬砌,同时在开挖面进行开挖

6 盾构法
一、盾构法
4.盾构法施工过程

6 盾构法
一、盾构法
4.盾构法施工过程

6 盾构法
一、盾构法
4.盾构法施工过程

第六章 隧道施工
本章主要内容:
1 隧道施工概述 2 新奥法 3 洞口段及明洞施工方法 4 明挖法 5 盖挖法 6 盾构法 7 掘进机法 8 沉管法 9 顶进法 10 浅埋暗挖法

11 特殊地段施工方法 12 辅助施工方法—预支护控制
13 隧道施工辅助导坑及辅助作业

7 掘进机法
二、掘进机法
1.概念及特点
?隧道掘进机(简称TBM)是一种机械化的隧道掘进设备。是利用掘进机切削 破岩,开凿隧道的施工方法。 ?优点:一次成洞;洞壁光滑;施工质量好;速度快;劳动条件好;对围岩

损伤小,几乎不产生松弛,掉块、崩塌的危险小,支护工作量;超挖小、衬
砌也省;震动、噪音小、对周围居民和结构物影响小。 ?缺点:机械购置费和运输、组装解体费用高,机械设计制造时间长,初期

投资高;施工途中不能改变开挖直径;掘进机施工方式一经确定,就不可能
像钻爆法施工那样自由变更施工方法,难于适应复杂的地质变化情况,对断 层、破碎带和软弱层,掘进困难。开挖断面大小、形状变更困难。

7 掘进机法
二、掘进机法
2.类型

◆ 隧道掘进机械,一般分为两种:
(1)臂式掘进机(Boom-type Roadheader); (2)全断面隧道掘进机,简称TBM。

7 掘进机法
二、掘进机法
2.类型 ?全断面隧道掘进机分类—I (1) 在岩石中开挖隧道的TBM

通常适用于稳定性良好、中~厚埋深、中~高强度的岩层中掘进
长大隧道。 (2) 在松软地层中掘进隧道的TBM

一般适用于在具有有限压力的地下水位以下基本均质的软弱地层
中开挖有限长度的隧道。

7 掘进机法
二、掘进机法
2.类型 ? 全断面隧道掘进机的分类—II
目前在国内通常有两种提法: (1)岩石掘进机(TBM ) ; (2) 盾构机。 岩石掘进机(TBM )就是适合硬岩开挖的隧道掘进机,盾构机指的是

适于在软岩、土中的隧道掘进机。

? 全断面隧道掘进机的分类—III
鉴于学术及现实中称法混乱,造成许多麻烦,有些学者提出采用 “硬岩TBM”和“软岩TBM(也即盾构机)”两种来规范。

7 掘进机法
二、掘进机法

单撑靴式 开敞式 全断面掘进机 护盾式 单护盾式 双护盾式 双撑靴式

隧道掘进机(岩石) 单臂式
悬臂式掘进机 多臂式

7 掘进机法
二、掘进机法
掘进机总成

7 掘进机法
二、掘进机法

掘进机施工现场示意图

7 掘进机法
二、掘进机法

掘进机刀盘及盘形滚刀

7 掘进机法
二、掘进机法

西康铁路秦岭隧道 西安-南京线磨沟岭隧道 型 号:TB880E 开 挖 直 径:8.8米 掘 进 速 度:3.5m/h 最高月进度:574米(磨沟岭隧道) 最高日进度:41.3米(磨沟岭隧道)

开敞式隧道掘进机

7 掘进机法
二、掘进机法

7 掘进机法
二、掘进机法

开敞式隧道掘进机

第六章 隧道施工
本章主要内容:
1 隧道施工概述 2 新奥法 3 洞口段及明洞施工方法 4 明挖法 5 盖挖法 6 盾构法 7 掘进机法 8 沉管法 9 顶进法 10 浅埋暗挖法

11 特殊地段施工方法 12 辅助施工方法—预支护控制
13 隧道施工辅助导坑及辅助作业

8 沉管法
一、概念及特点
全名叫预制管段沉埋法,它是用来修筑穿越江河、港湾、海峡的 水底隧道的方法之一。
要点: ?预制管段:在船坞中或船台上预制隧道管段,钢壳混凝土或钢筋混凝

土,管段的长度一般为60—100m。
?密封拖放:两端用临时封墙密闭,浮放在水中,用拖轮拖运到设计位 置,在此以前,已经在预定的隧址处用水下施工挖好沟槽,整好地基。

?下沉连接:往管段里灌水,使之下沉至预定标高,并将沉放就位的各
节管段在水下连接起来,再在隧道上覆土回填。 ?拆密封墙:最后抽出隧道内的水,拆除管段密封墙,完成内部装修。

8 沉管法
一、概念及特点

8 沉管法
一、概念及特点

沉管隧道断面

沉管隧道示意图

8 沉管法
一、概念及特点

8 沉管法
二、沉管隧道基础处理
(1)刮铺法—用刮铺船在基槽底刮平铺垫粗砂或碎石,再沉放管段

8 沉管法
二、沉管隧道基础处理
(2)喷砂法—在管段沉放后,通 过喷管向管段底部喷砂,填充空隙 (3)压注法—在管段沉放后,向 管段底部压注水泥浆或砂

(4)桩基法—采用桩基支撑沉管

8 沉管法
三、沉管隧道施工
管段制作

出圬、系泊
基槽浚挖 沉放、水下连接

基础处理

回填、覆盖

8 沉管法

管段制作 管段运出

管段沉放

广州珠江沉管隧道
是水下道路与地铁共管的隧道 沉管(预制)段457m,宽33m,高8m

8 沉管法

上海外环沉管隧道
沉管管段宽43m,高9.55m,长100-108m

8 沉管法
宁波甬江水底隧道

我国第一条用“沉管法”修建在软土地 基上的大型水底交通隧道 采用5节85米×11.9米的钢筋混凝土大型 沉管水底对接而成 1995年11月8日建成通车

第六章 隧道施工
本章主要内容:
1 隧道施工概述 2 新奥法 3 洞口段及明洞施工方法 4 明挖法 5 盖挖法 6 盾构法 7 掘进机法 8 沉管法 9 顶进法 10 浅埋暗挖法

11 特殊地段施工方法 12 辅助施工方法—预支护控制
13 隧道施工辅助导坑及辅助作业

9 顶进法
一、概念及特点
概念:在地面以下工作坑内将预制好的钢筋混凝土箱形框架(箱涵),用

机械力量顶入地层中,成为一个地下结构建筑物。能保证地面交通安全
运行或不影响地面状态。顶进法是这类方法的总称。 分为顶入法(后顶法)、中继间法、牵引法、对顶法、顶拉法、对拉法 等。 目前常用顶入法和中继间法。 修建城市

人行通道
地下铁道穿越地面铁路(或公路) 地下管道穿越河流

立交工程中,可采用顶进法施工。

9 顶进法
一、概念及特点
1. 顶入法

9 顶进法
一、概念及特点
2. 中继间法 当箱涵较长时,可将其分成若干节,用中继间法顶进。

采用中继间法顶 进的箱涵,预制时 可布置成并列式或 串联式。

(a)串联式(b)并联式

9 顶进法

第六章 隧道施工
本章主要内容:
1 隧道施工概述 2 新奥法 3 洞口段及明洞施工方法 4 明挖法 5 盖挖法 6 盾构法 7 掘进机法 8 沉管法 9 顶进法 10 浅埋暗挖法

11 特殊地段施工方法 12 辅助施工方法—预支护控制
13 隧道施工辅助导坑及辅助作业

10 浅埋暗挖法
一、概念及特点
1.浅埋暗挖法概念的提出 来源:新奥法(New Austrian Tunnelling Method-NATM)是

六十年代奥地利专家L.V.Rab -cewiz总结前人在隧道工程中累积的
经验后所提出来的一套隧道设计、施工新技术,它的核心是利用 围岩支护隧道使围岩本身形成支承环。 中国工程师在新奥法的基础上,结合中国国情,创立了浅埋暗 挖法;沿用新奥法原理分析体系,建立量测信息反馈设计和施工, 同时采取超前支护和改良地层,注浆加固等配套技术来完成隧道 的设计与施工。 又称:松散土层新奥法

10 浅埋暗挖法
一、概念及特点
1.浅埋暗挖法概念的提出
浅埋暗挖法名称的确定:北京地铁首次采用浅埋暗挖法设计, 建成了复兴门车站折返线工程。

由于取得了很大的经济效益和社会效益,于1987年8月25日由北
京市科委、铁道部科技司共同组织了国家级成果鉴定,与会专家和 各级领导对该法进行了认真的讨论,最后否定了“软弱地层新奥

法”、“中国特色新奥法”、“北京地铁浅埋暗挖法”等名称,确
定采用“浅埋暗挖法”这个名称。 能反映该方法的特点,该方法不仅可在北京地层中应用,而且已

在全国类似的地下工程中推广应用。

10 浅埋暗挖法
二、浅埋暗挖法的原理
2.原理及特点
新奥法的理论是建立在岩石的刚性压缩特性和岩石的三向压缩应力,应 变特性以及莫尔学说基础上的,并考虑到隧道掘进时空间效应和时间效应提 出的新理论。这一理论集中在支护结构种类、支护结构构筑时机,岩压、围

岩变位这四者的关系上,贯穿在不断变更的设计施工过程中。
浅埋暗挖法理论源于新奥法,但强调预支护,及时支护,控制地面沉降, 保证施工和地面地下建筑物安全.

浅埋暗挖法机械化程度低,主要靠人工施工,机动灵活,对工程的适应

性强,可作成各种结构型式,在地质情况较差的情况下要采取辅助施工措施。

新奥法精髓:十八字方针-“管超前,严注浆,短开挖,强支护,快封 闭,勤量测”

10 浅埋暗挖法
二、浅埋暗挖法的原理
3.浅埋暗挖法的支护原则

由于该法多在松软第四纪地层中修建,所以围岩自身承载能力很 差,为避免对地表建筑物和地中构筑物造成破坏,地表沉降量要严 格控制,为此要求一次支护刚度要大、支护要及时,从图围岩和支 护的刚度曲线中可以看出,交点C(稳定点)应尽量靠近A点工作, 尽量避免较大地层损失。

10 浅埋暗挖法
二、浅埋暗挖法的原理
4.浅埋暗挖法的适用条件
一是掌子面能够自稳 如不能自稳创造条件自稳——冷冻、注浆加固、水平旋喷 二是无水 如有水则降(洞内轻型井点、地表深井)、堵、排 应用范围:地域性

浅埋暗挖法开挖要求:
?预支护、预加固一段,开挖一段; ?开挖一段,支护一段; ?支护一段,封闭成环一段。

开挖总原则:
?最大限度减少地层扰动

?提高围岩自承载作用,减少地表沉降
?据地质条件及隧道断面,选用开挖方 法

10 浅埋暗挖法
二、浅埋暗挖法的原理
5.浅埋暗挖法应遵循的原则
1.应结合工程环境条件、隧道本身的安全综合制定地表下沉控制基准值。 2.综合环保要求、施工安全、工期、造价等因素选择施工工法。 3.强调采用预加固措施(超前管棚、锚杆、注浆、冷冻等)。 4.隧道支护应考虑时间和空间效应。 5.隧道开挖后应尽早提供具有足够刚度和早强的初期支护,以控制围岩变形。

6.尽早施作仰拱、封闭成环,仰拱距工作面的距离越近越好,最大不宜大于1倍
洞径。 7.一般情况下二次衬砌在围岩和初期支护变形基本稳定后施作,但在采取辅助 措施后,尚未满足稳定性要求的,则可提前施作二次衬砌(由于浅埋隧道荷载较 明确,提前施作二衬是可能的)。 8.加强监控量测及时信息反馈,及时调整支护参数。 9.衬砌形式应采用复合式衬砌形式。

10 浅埋暗挖法
三、浅埋暗挖法施工
1.浅埋暗挖支护设计 2.浅埋暗挖开挖 3.浅埋暗挖辅助工法 4.浅埋暗挖监控量测 5.浅埋暗挖地层变形控制
修 改 施 工 方 案

地质调查及环境调查
工程支护施工方案 地层预支护施工 隧道土方开挖 初期支护钢拱锚混凝土施工 监控量测

稳定性安全判断 防水层施工
二次衬砌灌注混凝土 结 束

6.浅埋暗挖动态设计

10 浅埋暗挖法
浅埋暗挖法实例
第一次采用“浅埋暗挖柱洞逆筑法”修建 城市地铁车站 — 北京地铁天安门西站, 1992年12月开工,1998年10月主体完工, 荣获北京市优质工程长城杯奖,国家建筑 工程鲁班奖,中国土木工程(詹天佑)大 奖

第一次采用“浅埋暗挖法”修建城市

地铁 — 北京地铁复兴门折返线, 1986
年 8月开工, 1987年 8 月建成,荣获国 家优秀设计金奖,国家科技进步二等 奖,北京市科技进步一等奖

10 浅埋暗挖法
浅埋暗挖法实例
第一次采用 “ 浅 埋暗 挖 柱 洞 法 ”修 建 城 市 地 铁大 跨 车 站试验段—北

京 地 铁地 下 车
站 试 验段 , 荣 获 北 京市 科 技 进步二等奖

第六章 隧道施工
本章主要内容:
1 隧道施工概述 2 新奥法 3 洞口段及明洞施工方法 4 明挖法 5 盖挖法 6 盾构法 7 掘进机法 8 沉管法 9 顶进法 10 浅埋暗挖法

11 特殊地段施工方法 12 辅助施工方法—预支护控制
13 隧道施工辅助导坑及辅助作业

11 特殊地质地段隧道施工
概述:
特殊地质地段:

膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、流沙、岩爆,瓦斯地层等。
施工注意: ●制订针对性强的施工方案。

●施工总原则:
“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步 前进”。

●充分考虑采用预支护、预加固措施。

11 特殊地质地段隧道施工
一、膨胀土围岩
1.膨胀土围岩的特性 膨胀土:土中粘土成分主要由蒙脱石等亲水性矿物组成。 特点: ? 明显的塑性流变特性,开挖后塑性变形大。 ? 初期围岩变形大,且变形发展速度快。 ? 膨胀压力将使得围岩压力显著增加。 2. 膨胀土围岩对隧道施工的危害

? 围岩裂缝
? 隧道下沉 ? 围岩鼓出(包括底鼓)、坍塌

? 衬砌变形和破坏

11 特殊地质地段隧道施工
一、膨胀土围岩
3.隧道在膨胀土围岩中的施工要点 ? 加强观查与量测 ? 合理选择施工方法: 短台阶或超短台阶法 单侧壁导坑法 环形开挖留核心土法 眼镜工法等 4. 隧道在膨胀土围岩中的基 本施工原则 施工基本原则:应尽量减少对围岩

的扰动和防止水的浸湿。
注意两点: ①尽量不用爆破,而是采用风镐、

液压镐等开挖机械。
②尽可能缩短围岩暴露时间,及时 支护。

11 特殊地质地段隧道施工
一、膨胀土围岩
5. 膨胀土隧道的支护结构 初期支护: 网、锚、喷联合支护 喷射钢纤维混凝土(取消钢筋网) 辅助施工措施: 超前锚杆 超前小导管注浆 管棚、钢支撑等。 衬砌:必须设仰拱。

11 特殊地质地段隧道施工
二、黄土
1.黄土分类及其对隧道施工的影响 ? 黄土冲沟地段 隧道沿黄土冲沟或塬边(四边 陡、顶上平的黄土高地)地段

? 黄土节理
◆在隧道开挖时,土体顺着节理张松或剪断 ◆隧道顶部极易产生“塌顶”; ◆侧壁普遍出现掉土。

穿过,且覆盖较薄或偏压较
大时,容易发生较大的坍塌 或滑坡现象。

? 黄土溶洞与陷穴 这是黄土地区经常见到的现象。

◆隧道若在其上方,则有基础下沉的危害;
◆隧道若在其下方,常有发生冒顶的危险; ◆隧道若在其邻侧,则有可能承受偏压。 ? 水对黄土隧道施工的影响

黄土在干燥时很坚固,承压力也较高,施工可顺利进行。
◆当土受水浸湿后则呈不同程度的湿陷性,会突然发生下沉现象,极容 易造成隧道坍塌。

11 特殊地质地段隧道施工
二、黄土
2.黄土隧道的施工方法

◆施工原则: “短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、 勤量测”。 ◆开挖方法:短、超短台阶法、环形开挖留核心法。

11 特殊地质地段隧道施工
三、溶洞
岩溶:可溶性岩层,如石灰岩、白云岩等,在水的作用下产生沟槽、

空洞以及地表陷穴等现象。
溶洞:溶洞是岩溶现象的一种。 1. 溶洞的类型及其对隧道施工的影响

◆溶洞类型:
●死、干、小型溶洞:较容易处理 ●活、湿、大型溶洞:较难处理。

溶洞岩质破碎,容易发生坍塌;
●溶洞位于隧道底部,充填物松软且深,使隧道基底难于处理; ●溶洞涌泥危及施工。

11 特殊地质地段隧道施工
三、溶洞
2. 隧道遇到溶洞时的工程对策

处理溶洞的方法:“引、堵、越、绕”四种。
?引 注意:遇到暗河或溶洞有水流时,宜排不宜堵。 ◆方法:暗管、涵管或小桥等,见图。 ?堵 ◆对象:已停止发育、跨径较小,无水的溶洞。 ◆方法: ●混凝土、浆砌或干砌片石回填封闭,见图; ●隧顶溶洞,锚喷加固,必要时注浆加固与堵水,并加设隧道护拱 及拱顶回填,见图。

11 特殊地质地段隧道施工
三、溶洞
锚杆

浆砌片石 隧道 浆砌片石 干 砌 片 石

水流

浆砌片石或 混凝土护拱

浆砌片石 混凝土填实 暗管,涵洞或小桥 图6-19 渲泄水流示意图 图6-20 溶洞堵填示意图 片石、碎石 回填密实 图6-21 锚喷加固与护拱示意图

11 特殊地质地段隧道施工
三、溶洞
?越

现象1: 隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。
●方法:加深该侧的边墙基础(图6-22)。 ◆现象2:隧道底部遇有较大溶洞并有流水。 ●方法:在隧底以下砌筑圬工承重墙,跨越而过,承重墙内套设涵管引 排溶洞水(图6-23)。 ◆现象3:隧道过墙部位遇到较大、较深的溶洞,加深边墙基础困难。 ●方法:在边墙下或隧底以下筑拱跨过(图6-24)。 ?绕

若溶洞处理耗时,可采用迂回导坑绕过溶洞,继续隧道前方的施工,同
时处理溶洞。

11 特殊地质地段隧道施工
三、溶洞
3. 溶洞地段施工的注意事项

? 多作物探超前预报,如地质雷达。
? 穿过溶洞时,细查溶洞顶部,及时处理危石。 ? 严格控制爆破药量,减少对围岩的扰动。

浆砌片石承重墙 浆砌片石 浆砌片石 混凝土墙基 水流 涵管 溶洞 图6-22 加深边墙基础示意图 图6-23 在承重墙内套设涵管示意图 混凝土拱 拱基础

图6-24 筑拱跨越溶洞示意图

11 特殊地质地段隧道施工
四、岩爆
◆岩爆:岩体中聚集的高弹性应变能因隧道开挖而发生的一种

应力突发现象。
◆岩爆形成的两个条件: (1)地层的岩性条件。结构基本完整的脆硬岩地层。多见于石英 岩、花岗岩、正长岩、闪长岩、花岗闪长岩、大理岩、片麻岩 等。 (2)地应力条件。埋深大的隧道,因只有埋深大才足以形成高地 应力,埋深超过700m的隧道发生岩爆的情况居多。

11 特殊地质地段隧道施工
四、岩爆
1.隧道内岩爆的特点 ?岩爆在发生前并无明显预兆,总是突然发生。 ?岩爆时,岩块自

洞壁迸射而出,块度从几厘米到几十厘米不等,甚至上吨重岩石从
拱部弹落。 ?岩爆多发生在新开挖工作面及其附近。 危险性: 伤害人员、损坏机械!

11 特殊地质地段隧道施工
四、岩爆
2. 岩爆的防治措施 ? 强化围岩 出发点:给围岩一定的径向约束,使围岩应力状态从平面转向三维。 ◆方法:锚喷加固、网锚喷联合、钢支撑网喷联合、注浆等。 ? 弱化围岩 ◆方法: ●往岩层中注水:可改变岩石的物理力学性质,降低岩石的脆性和 储存能量的能力。 ●解除围岩中的高地应力:预裂爆破、排孔法、切缝法等。可消减 围岩中的能量。

11 特殊地质地段隧道施工
四、岩爆
3. 施工注意事项 ? 超前地质预报:平导超前、地质雷达等。

? 爆破方法:尽量采用能预先释放地应力的方法,如预裂爆破、
切缝法等。 ? 缩短爆破进尺:要尽快闭合支护。

11 特殊地质地段隧道施工
五、高地温
1.高地温的热源 2. 隧道施工注意事项及措施

◆火山热的热源
◆放射性元素裂变热的热源

◆事项1:洞内温度应满足相关规定,不要超
过30℃。 ●措施:主要措施为通风和洒水。

◆事项2:防止高温地段的二衬开裂。 ●措施:

(1) 宜采用高炉矿碴水泥(分离粉碎型水泥)。
(2) 用防水板和无纺布,将二衬与喷层隔离,可使二衬的收缩不受约束。 (3) 在防水板和二衬之间设置隔热材料,有助于隔断围岩热量。 (4) 适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度。

◆事项3:注意工人的劳动强度。
●措施:根据隧道内的高温程度,合理确定劳动工时。

11 特殊地质地段隧道施工
六、瓦斯地层
1. 瓦斯的基本性质 ◆无色、无臭、无味的气体,极易使人窒息死亡。 ◆比重仅为空气的一半,扩散速度比空气大1.6倍,很容易透过围 岩裂隙渗入隧道 ◆不能自燃,但极易燃烧。 2. 瓦斯的燃烧和爆炸性 ◆浓度小于5%遇火源时,瓦斯只在火源附近燃烧而不爆炸; ◆浓度在5%~6%到14%~16%时,遇到火源具有爆炸性; ◆浓度大于14%~16%时,遇火能平静地燃烧,一般不爆炸;

◆瓦斯燃烧时,一旦遇到障碍而受压缩,就会形成爆炸。

11 特殊地质地段隧道施工
六、瓦斯地层
3. 瓦斯释放的方式 1) 施工阶段

(1) 瓦斯的渗出:缓慢地、均匀地、不停地从煤系岩层的暴露面或
裂隙中渗出。 (2) 瓦斯的喷出:比渗出强烈,通常有较大的响声和压力。 (3) 瓦斯的突出:在短时间内,突然喷出大量瓦斯,有巨大轰响, 并夹有煤块或岩石。 以第(1)种放出的瓦斯量为最大,因其最不易被人发觉。 2) 运营阶段 地层中的瓦斯主要通过衬砌本体的细微裂隙和施工缝等通道渗入隧 道内。

11 特殊地质地段隧道施工
六、瓦斯地层
4. 隧道防止瓦斯事故的措施 1) 制订瓦斯稀释、防爆、紧急救援措施。 2) 应尽快闭合衬砌,故以全断面法或台阶法为优。 3) 加强通风是防止瓦斯爆炸最有效的措施。 4) 洞内瓦斯浓度必须控制在允许值。 5) 当通风难以稀释到安全标准时,可使用超前周边全封闭预注浆。 6) 必须采用防爆设备施工,如防爆电器设备、防瓦斯爆破器材等。 7) 专人监测瓦斯含量、严禁明火、制度严明。

简答题: 1.什么叫松动围岩压力 2.什么是新奥法? 3.新奥法的三大要素和三项作业分别是什么? 4.浅埋及软土隧道施工方法有哪些?

The End


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