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重庆求新建筑劳务有限公司隧道施工概述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。一、隧道施工技术的发展，从施工设备可分为四个阶段1、古代时期（公元前3000～5世纪），公元前2200的巴比伦隧道2、中世纪时期（5～15世纪），7世纪隋朝洛阳地下酿厂，宋朝军用隧道。3.近代时期（15～20世纪），日本的青函隧道，长53.85公里，英法海峡隧道，50.5公里，国内的秦岭隧道，长18.5公里。铁锤和钢钎的时代二、隧道施工方法的分类：分类根据：隧道的埋深、地质条件、施工环境。1、山岭隧道施工方法：矿山法（钻爆法：含传统矿山法和新奥法）、掘进机法。2、浅埋及软土隧道施工方法：明挖法、地下连续墙法、盖挖法、浅埋暗挖法和盾构法。3、水底隧道施工方法：沉埋法和盾构法隧道施工的核心问题都归结在开挖和支护这两个工序上，其他工作都可以视为一种手段，是为这核心问题的解决和处理服务的。三、隧道施工的两大理论1、20世纪20年代由泰沙基和普氏等人提出的传统的“松弛荷载理论”，它类似于地面工程考虑问题的思路，其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能坍塌的岩体重力，视围岩为松散的，视支护为承载结构。2、另一种理论是50年代提出的现代支护理论，或称“岩承理论”。其核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力，不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助和限制，围岩任然能够进入稳定状态。实验：沙堆，有70度的自然安息角。下面我们主要讲一下新奥法新奥法概念：（NewAustrianTunnellingMethod“NATM)，是奥地利学者腊布希维慈首先提出来的。依托的就是”岩承理论“是一个快速的过程。新奥法是应用岩体力学的理论，也就是隧道开挖后采取锚杆和喷射混凝土为主要支护手段及时的支护，以维护和利用围岩自身承载能力为基点，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、控制来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则。隧道设计是以标准支护、信息反馈和数据分析发为主，所以施工中尤其要充分重视和加强初期支护体系的质量控制。新奥法施工的基本原则可归纳为：“少扰动、早锚喷、勤量测、紧封闭”。少扰动，是指在进行隧道开挖时，要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。因此要求能用机械开挖的就不用钻爆法开挖。采用钻爆法开挖时，要严格地进行控制爆破；尽量采用大断面开挖；根据围岩类别、开挖方法、支护条件选择合理的循环掘进进尺；自稳性差的围岩，循环掘进进尺应短一些；支护要尽量紧跟开挖面，缩短围岩应力松弛时间。早锚喷，是指开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态。这样做一方面是为了使围岩不致因变形过度而产生坍塌失稳；另一方面是使围岩变形适度发展，以充分发挥围岩的自承能力。必要时可采取超前预支护措施。勤量测，是指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩(或围岩加支护)的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式、开挖方法，确保施工安全和施工顺利进行。量测是现代隧道及地下工程理论的重要标志之一，也是掌握围岩动态变化过程的手段和进行工程设计、施工的依据。紧封闭，一方面是指采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减，尤其是对于易风化的软弱围岩；另一方面更为重要的是指要适时对围岩施作封闭形支护，这样做不仅可以及时阻止围岩变形，而且可以使支护和围岩能进入良好的共同工作状态。四、新奥法常规开挖循环工序1、测量放线地下隧道工程施工需要进行的主要测量工作主要包括：①地面控制测量：在地面上建立平面和高程控制网；②联系测量：将地面上的坐标、方向和高程传到地下，建立地面地下统一坐标系统；⑧地下控制测量：包括地下平面与高程控制；④隧道施工测量：根据隧道设计进行放样、指导开挖及衬砌的中线及高程测量。一般中轴线测量误差允许范围为：正负25㎝测量设备：现在常用的为全站仪，莱卡整平居中仅需10秒。2、开挖1）开挖方法：全断面开挖法、台阶开挖法、分布开挖法台阶开挖法：可以有足够的工作空间和相当的施工速度，但上下部作业有干扰，上下部作业起着相互稳定的作用。掘金方式：钻眼爆破掘进。造孔1、孔位布置图，分掏槽孔（掏槽形式）、辅助孔（一般为两排）、周边孔。2、周边孔间距，采用光爆法，一般为50～60㎝.3、造孔设备：常用甘肃天水的YT系列，造孔速度一般为4分钟/米，钻杆一般常用贵州锰钢的，40元/米左右，造孔钻头一般有两种，十字型和一字型，可根据不同围岩进行选定。爆破材料3）装药联网1、进行施工爆破设计，爆破漏斗，根据岩石硬度等指标来确定单耗等爆破参数。2、火工产品特性（导火索、导爆索，含TNT，黑索金、导爆管、雷管、炸药）3、火工产品的一些安全规定炸药和雷管不能同车运输等4）爆破起爆方式：起爆器、导火索（2股），分段起爆：震动波迭加。5）通风散烟、排险洞内空气中常见的有害气体一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮及硫化氢等；有毒气体的来源1爆破时产生的炮烟2柴油机燃烧的废气3硫化矿物的氧化4洞内火灾有毒气体中毒后的急救措施1首先要判断中毒者的意识是否清醒，必要时掐人中、拉舌头或人工呼吸使患者意识清醒。2立即将中毒者移到新鲜空气处或洞外3给中毒者保暖4给患者输氧几点说明：1有毒气体一般比重都比较轻，常浮游于隧洞上部，响炮后高空作业人员应至少等30分钟后再上平台工作2特长、特大隧洞的排风系统应有专人看护，严谨擅自关风。6）出碴出渣运输作业的强弱在很大程度上影响施工速度，分有轨运输、无轨运输、传送带、溜井等二、初期支护初期支护的基本概念：隧道开挖后，除围岩完全能够自稳而无需支护之外，在围岩稳定能力不足时，则须加以支护才能使其进入稳定状态，称为初期支护。围岩若完全不能自稳，变现为随挖随塌，甚至不挖也塌，则须先支护后开挖，称为超前支护。必要时还须先进行注浆加固围岩和堵水，然后才能开挖，称为地层改良。考虑到隧道投入使用后的服务年限长久，设计时一般要采用混凝土或钢筋混凝土内层衬砌，以保证隧道在服务过程中的稳定、耐久，减少阻力和美观等，称为二次支护。初期支护主要采用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，它是现代隧道工程中最常见也是最基本的支护形式和方法。三位一体特性：围岩既是产生围岩压力的原因，又是承受这个压力的承载结构，又是构成这个结构的天然材料。初期支护仅对围岩起约束作用，它应即允许围岩产生有限变形，以发挥其承载作用，又阻止围岩过度变形而产生失稳。锚喷支护工程特点：灵活性、及时性、密贴性（围岩——支护一体化）、深入性（能深入围岩内部一定深度，对围岩起约束作用，系统锚杆的效果最为明显，在围岩中形成一定厚度的锚固区，锚固区内的岩体强度和整体性得以提高和加强，应力分布状态也得以改善）、柔性（它可以教便利的调节围岩变形，允许围岩作有限的变形，适度的变形有利于发挥围岩的自承能力，即允许在围岩塑性区有适度的发展）封闭性：可以阻止洞内潮气和水对围岩的侵蚀作用，减少岩体的潮解软化和膨胀，使围岩较早地进入变形收敛状态。锚喷支护的作用和效果1、锚杆：1）支承围岩：锚杆能限制约束围岩变形，并向围岩施加压力。从而使处于二轴应力状态的洞室内表面附近的围岩保持三轴应力状态。因而能制止围岩强度的变化。2）加固围岩：由于系统锚杆的加固作用，使围岩中的节理裂隙，破碎面等得以连接。因而增大了锚固区的强度，有助于裂隙岩体和松动区形成整体，形成加固带。3）提高层间摩阻力，形成“组合梁”：对于水平或缓倾斜的层状围岩，用锚杆群能把数层岩层连在一起，增大层理间摩阻力，从结构力学上看就是形成组合梁。4）“悬吊”作用：所谓悬吊作用就是防止个别围岩的掉落和滑落，用锚杆将其与稳定围岩连接起来，这种作用主要表现在加固局部失稳的岩体。2、喷护混凝土的作用与效果1）支承围岩：由于喷层能与围岩密贴和粘结，并给围岩表面以抗力和剪力，从而使围岩处于三向受力的有力状态，此外，喷层本身的抗冲切能力也可以阻止不稳定块体的滑塌。2）“卸载”作用：由于喷层属柔性，能有控制地使围岩在不出现有害变形的前提下，进行一定程度的变形，从而使围岩卸载，同时混凝土的弯曲应力减小，有利于承载力的发挥。3）填平补强围岩：喷射混凝土可进入围岩张开的裂隙，填充表面凸凹，使裂隙分割的岩层面粘接在一起，保护岩块见得咬合、镶嵌作用，提高期间的粘接力、摩阻力，有利于防止围岩松动，并避免和缓和围岩应力集中。4）覆盖围岩表面：混凝土直接粘贴岩面，防止风化和止水，并阻止节理裂隙中的充填物流失。5）阻止围岩松动：混凝土能紧更掌子面及时进行支护，早期强度较高，因而能及时向围岩提供抗力，阻止围岩松动。6）分配外力：通过混凝土把外力传递给锚杆、钢拱架等，使支护结构受力均匀分担。3、钢筋网和钢纤维的作用及效果1）防止收缩裂隙或减少裂隙数量和限制裂隙宽度。2）提高支护的抗震能力3）使混凝土应力得到均匀分布，改善变形性能，增强锚喷支护的整体性。4）增强喷护混凝土的柔性。5）提高混凝土的承载力，承受剪力和拉力。4、钢拱架的作用和效果1）加强限制围岩变形，因钢拱架的刚度较大，它对围岩松弛变形的限制作用更明显，可及时防止有害松动。2）可作为超前支护的后支点。3）承受部分松弛荷载。1、初期支护类型的设计1）一般采用工程类比法，必要时结合监控量测法和理论验算法来确定支护参数；2）工程类比法主要是根据地质勘查资料初步确定围岩类别，然后根据围岩类别参照相关规范来确定支护类型和设计参数；3）对初步设计出来的支护参数采用极限平衡法，数值分析法等进行验算和稳定性分析；4）施工设计阶段，主要对已揭露出来的围岩进行地质编录，并标明岩性、不稳定块体的大小及其出露位置、出水点的状况流量、岩层产状和节理发育情况等相关参数来确定实测围岩类别，最终修正初步设计。5）局部加固设计。2、初期支护常用的一些支护形式锚杆1）锚杆的分类：大致有如下几种，端头锚固式（楔头式、胀壳式（中空预应力）、水泥砂浆内锚头式、锚固剂内锚头式（溪洛渡）、树脂内锚头式）；全长粘结式（砂浆锚杆、锚固剂锚杆等）；摩擦式（缝管式、楔管式、水涨式等）；混合式（先张拉后灌浆、先灌浆后张拉式预应力锚杆等）2、本公司常用的一些锚杆形式1）水涨式锚杆：将用薄壁钢管加工成的异形空腔杆体送入钻孔中通过向该杆件空腔高压注水使其膨胀并与孔壁产生的摩擦力而起到锚固作用的锚杆，水压力取设计值。2）砂浆锚杆：3）中空锚杆：4）中空预应力锚杆由锚头预应力筋锚固体组成利用预应力筋自由段(张拉段)的弹性伸长对锚杆施加预应力以提供所需的主动支护拉力的锚杆。作用机理：从结构上看，是使围岩预先产生应力，其好处就是可以提高围岩本身的刚性，减小振动和弹性变形，这样可以明显改善受拉围岩的整体强度，使原本的抗性更强5）砂浆预应力锚杆6）自进式锚杆：将钻孔注浆与锚固合为一体，中空钻杆即作为杆体的锚杆7）自旋锚杆主要适用于软土层，可达到70千牛的锚固力，挤压强化土体结构，使土体承载力大大提高，施工速度快，锚固及时，但有一定的局限性。8）锚筋桩：集束锚杆。3、注浆方式1）先插杆后注浆2）先注浆后插杆3）杆体注浆4、施工中常见问题1）赌管，注浆前要先对注浆管进行水润。发生赌管的原因有很多砂浆的拌制时间，砂的粗细，管路的密封等2）塌孔3）注浆饱满度，不饱满的原因，岩石情况、人为事故、砂浆的拌制、吊车施工工艺的局限性。4）锚杆的外露长度：美观、过长后没有保护、对检测也有影响5）垫板：主要其承压作用、保护网片、防岩爆，几何尺寸是根据结构强度的设计值确定的，承压面应与锚杆中轴线垂直，并要紧贴岩面。6）滚丝的匹配问题7）安全：主要讲一个安全意识，高空坠落、锚杆弹伤、砂浆落入眼睛、搅拌、管口对人（锚固剂风枪），工具或锚杆脱落伤人。5、锚杆的检测基本原理无损检测仪器设备主要包括发射、接收、采集和分析4大系统，利用超磁致伸缩发射源从外露的钢筋头部发射一定频率的声频应力波，应力波在锚杆内部传播，通过安装在孔口浆面钢筋上的加速度传感器接