第一章隧道工程施工概论

第一章隧道工程施工概论第一节隧道工程施工概述一、我国隧道工程发展现状及作用我国是一个地域辽阔，多山的国家，交通运输发展很快，新修建的铁路、公路为缩短建设里程，改善线路走向及保护环境，那种逢山绕着走、坡陡、曲线半径小的现象将被隧道工程所代替。隧道工程既能保证行车安全又可防止滑坡、泥石流及提高行车速度和安全的可靠性，还能·与周围环境相协调，保证自然景观的完善。随着我国改革，不断的深化，国民经济日益向上，蓬勃发展，交通运输能力不足日益突出，直接影响国民经济的增长速度，特别是落后地区、边远地区的经济发展更加需要交通运输。有句谚语：“要想富，先修路”，足以说明，交通运输道路修建的重要性和必要性。我国位于欧亚太陆的东部，太平洋西岸，背靠大陆、面向大海。山地、丘陵和崎岖的高原，占总国土的2／3，平原仅占1／10。西部为世界屋脊的青藏高原，东部为平原丘陵，整体形状成三个台阶状。坐落着四大高原(即青藏、内蒙、黄土、云贵高原)、四大盆地(即四川、塔里木、准噶尔、柴达木盆地)与三大平原(即东北、华北、K江中下游平原)在这辽阔的大地上，分布着许多山脉、河流、湖泊和纵横的沟壑，构成发展交通运输网建设的障碍。因此，隧道工程建设尤为重要。只有发展隧道工程，才可使交通路网的行车速度加快，建设速度加快，从而促进国民经济的迅速发展。特别是带动了落后地区的经济发展。20世纪80年代开始，由于交通事业的迅速发展，公路事业也得到了迅速的发展，通车里程大幅增加，技术等级不断提高，一个以高等级国家干线为主骨架，连接大、中、小城市，辐射乡村的公路网正在我国大地L形成，对振兴经济，提高全国各族人民的物质文化生活水平，起到了重大的作用。近几年来铁路到不厂的地方公路先到。为加快高等级公路建设，形成从由到北、从西到东，贯通全国的公路网，修建千米以上大隧道40余座。如正在建设中的秦岭公路隧道。在铁路上为提高行车速度，加快建设进度，保证行车安全可靠，也在，·些主要修建的铁路干线上，选择隧道通过山岭，如已通车的内昆线和正在修建的渝怀线隧道总长都要占线路总长的50％以上。交通建设带动了国民经济持续上升，加快了基础设施的建设和发展。到2000年我国已有公路隧道1684座总长达628km，到1998年底铁路运营隧道约5336座，总长达2565km。除隧道数量增加外，隧道长度也有所突破，长度超过12km的朔黄线长梁山隧道，西康线上的18．6km秦岭隧道，正在修建的终南山公路隧道等。国外隧道工程施工水平比我国先进。主要是隧道工程施工方法比较先进，机械化、自动化程度比较高，建设速度快。新奥法施工，无轨运输，无爆法隧道掘进等都比我国发展的早。隧道地质的超前预测，地质灾害监测和警报等在我国的发展也相对比较落后。因此必须加快我国隧道工程施工水平的提高，争取在短时间内赶超国际水平。第1页二、隧道工程施工隧道工程施工包括，隧道施工方法、隧道施工技术和隧道施工管理。(一)隧道工程施工特点隧道工程是属于地下结构物，地下结构是多种多样的，构筑地下结构的施工方法和技术也是多种多样的。施工方法和技术形成与发展和地下结构物的特点有关。其特点是纵向长度从几米到十几公里，断面相对比较小，一般高5—6m，宽5至十几米的纵长地下结构物。隧道工程施工特点：1．隐蔽性大，未知因素多。2．作业空间有限，工作面狭窄，施工工序干扰大。3．施工过程作业的循环性强，因隧道工程是纵长的，施工严格地按照一定顺序循环作业，如开挖就必须按照“钻孔—装药—爆破一通风一出渣”的顺序循环。4．施工作业的综合性强，在同一工作环境下进行多工序作业(掘进、支护、衬砌等)。5．施工过程的地质力学状态是变化的，围岩的物理力学性质也是变化的，因此施工是动态的。6．作业环境恶劣，作业空间狭窄，施工噪声大，粉尘、烟雾，潮湿，光线暗，地质条件差及安全问题等给施工人员带来了不利的工作环境。7．作业风险性大。风险性是和隐蔽性和动态性相关联的，在施工过程中，施工人员必须随时关注隧道施工的风险性。(二)隧道工程施工方法隧道工程施工中最重要的是合理选择施工方法，施工方法选择的是否合理，直接影响到隧道工程施工的速度、安全、质量和环境。隧道工程施工的方法是多种多样的，目前我们在公路、铁路、水底隧道中常采用的方法有：1．矿山法(爆破法)：台阶法、全断面法、分部开挖、新奥法。2．掘进机法(无爆法)3．浅埋及软土隧道施工方法明挖法与浅埋暗挖法，地下连续墙法、盖挖法、盾构法和半盾构法；4．水底隧道施工方法：(海峡、江河)预制管段沉埋法(沉管法)，盾构法。目前在公路、铁路隧道施工方法中最多的是采用台阶法，其次是全断面法。在大断面隧道施工中，为保证施工安全采用单侧壁导坑(中隔壁法)和双侧壁导坑(眼镜法)。施工机械的发展和开发，辅助工法的应用，使得施工方法向全断面法施工发展，特别是全断面法与超短台阶法相结合的方法是目前隧道施工方法发展的趋势。(三)隧道施工技术隧道施工技术，主要是研究解决隧道工程各种施工方法所需的技术方案和技术措施，特殊地质、不良地质地段的施工手段，隧道工程施工过程中的爆破、衬砌、支护、通风、防尘、防瓦斯、防有害气体，及照明、水、风和电的作业方式及操作技术标准和要求，围岩变化的测量监控方法等等。施工技术是确保所选择的施工方法的实施，随机性强。隧道施工技术应遵循的基本原则：1．隧道的围岩，是隧道的主要承载单元，在隧道施工过程中应充分保护和维护围岩，避免第二章隧道工程施工方法及实例第一节隧道工程施工方法及施工工艺流程一、隧道工程施工方法选择的原则隧道工程施工最重要的是合理选择施工方法。在我国隧道工程(铁路、公路)施工实践中，积累了丰富的施工经验和理沦，逐渐形成了具有中国特色的隧道施工方法体系。施工方法是多种多样的，目前常采用的是矿山法，矿山法也是爆破施工方法。但也有用无爆破的施工方法，即掘进机施工方法。如西康线秦岭隧道，西安到合肥的西合线上的桃花铺隧道，是我国第一次引进掘进机施工方法进行施工的隧道工程。选择隧道工程施工方法的原则是：除了考虑隧道工程的地质条件外，还要强调施工方法必须符合快速、安全、质量及环境的要求。而且环境因素有时成为选择施工方法的决定性因素。如在地质条件适合的条件下选用大型的掘进机施工方法，这种方法机械化、自动化程度高，它可满足快速、安全、质量的要求，但是在洞口现场平面狭窄，无法组拼大型掘进机的环境下，限制了大型掘进机的施工方法，这时环境决定了施工方法的选择。二、隧道工程施工方法选择应考虑的基本要素选择隧道工程施工方法应考虑的基本要素有：1．施工条件施工条件包括施工队伍的施工能力，施工人员素质，及施工管理水平，装备水平。在选择施工方法时，应充分考虑这个因素。如隧道地质条件允许采用全断面开挖法，但施工装备满足不了。一般全断面开挖选用钻孔台车打眼一次性钻孔完毕，若没有这种装备，最好选用短台阶开挖法。2．地质条件地质条件包括岩石级别、地下水及不良地质现象等，岩石级别是隧道工程围岩性质的综合判断，对施下方法的选择起着重要的甚至决定性的作用。在隧道施工过程中岩石的级别发生变化时，必须变换施工方法。按11l口Ⅳ岩石选择全断面结合超短台阶法的施工方法，但在施工过程中，岩石级别变为Ⅱ级，这时施工方法相应地改变为上导坑、中槽马口开挖方法。3．隧道断面积隧道断面尺寸和形状，对施工方法的选择有一定的影响。铁路单线和双线隧道、公路的双车道隧道，越来越多地选择采用全断面法和台阶法施工。目前，隧道断面有向大断面方向发展的趋势，如公路隧道修建3车道，至4车道隧道，水电工程中大断面洞室更是屡见不鲜。所以施工方法必须适应其发展。大断面隧道工程施工中，目前一般是先采用各种方法开挖小断导坑，再扩大形成全断面的施工方法。第8页4．埋深隧道埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关。一般将埋深分浅埋和深埋两类，浅埋又分为超浅埋和浅埋两类。在同样的地质条件下，由埋深不同施工方法有很大差别。·般浅埋隧道往往采用先将地面挖开，修筑完成支护结构后再回填土石的明挖施工。如隧道进出u埋深比较浅时常采用明挖施工。深埋隧道则采用不挖开地面的暗挖法施丁，即在地下开挖及修筑支护结构。5．工期隧道工程合同工期的要求，在一定程度上会影响墓本施工方法的选择。隧道工程施丁中，工期决定厂在均衡生产条件下，对开挖衬砌、运输等综合生产能力的基本要求，对施工方法，施上均衡进度，机械化水平和管理模式的要求。相同地质条件下，工期短的隧道要比工期长的隧道机械化程度高，管理更加科学、严格。6．环境条件隧道施工会对周围环境产生爆破振动，地表卜沉，施工噪声，地下水的变化，绿色覆盖的变化等不良影响，这时，环境条件将成为选择隧道施工方法的重要因素之一。特别是在城市隧道施工，环境条件成为选择施工方法的决定因素。三、隧道工程施工常遇到的问题目前隧道施工，基本上采用矿山法修筑，出现的问题表现如下：1．施丁阶段地质判断技术不完善，缺乏有效的判断方法和手段。如地质超前预报技术和设备，还没有推广和应用。2．在施工过程中，人们没有牢固树立“保护围岩、爱护围岩”的观点和理念，造成不能有效地控制对遗留围岩的损伤和松弛。如，为加快施工进度，在掘进时装药不按爆破设计用药量装药，随意增加药量，使遗留围岩损伤严重，或初期支撑不在要求时间内支护完毕，使得遗留围岩暴露时间过长，使围岩松弛。这些现象都是造成隧道施工塌方的隐患。3．隧道施工方法工厂化程度不高。特别是软弱破碎围岩的施工方法的工厂化程度更加有待提高。工厂化程度可使施工快速，及时使围岩形成自应力，有效避免塌方。4．隧道圬工工程“重外美，轻内实”，圬工结构存在严重的隐患。如衬砌厚度不够，欠挖不处理，使得衬砌厚度严重不足；衬砌背后填允不按规定施工，靠近衬砌先用浆砌片石填允，余下超挖空间再用于砌片石填密，因此，留下空洞；衬砌初期开裂普遍存在；拱脚、基底清理不彻底灌注混凝土；拱部和边墙接触不密，形不成衬砌整体作用，基底与隧道铺底工程分离开，运营后出现翻浆、冒泥现象等。5．隧道施工过程中，地下水处理始终是薄弱环节，防止工程施工质量存在问题，造成隧道成洞地段衬砌渗水、洞水现象常有发牛。6．施工阶段工程质量的检测体制不完善，更重要的是缺乏有效的检测手段和方法。贯彻ISO9000质量管理标准流寸：形式，施工操作不按作业指导书去做，甚至有的不编写作业指导书。7．环境意识薄弱。洞内施工作业环境欠佳，施工高压风、水管漏水，通风管漏风，粉尘含量超过标准，机械、车辆废气超标准等。洞外控制对周边环境和结构物的影响措施不利。8．参加施工人员(技术人员、管理人员及职工)的应变能力不强，没有对不良施工灾害的预测，一旦出现施工灾害，有时束手无策。9．没有真正地实现隧道的动态施工和动态管理。如隧道施工的地质条件经常变化，如何第三章隧道工程施工准备阶段的工作施工单位在接受施工任务后，首先就是要做好施工的各项准备工作，这类工作细致复杂，涉及面广，直接影响基本工程是否顺利进行。隧道工程施工准备阶段的工作内容如下。1．临时工程的设计与施工临时工程内容有临时房屋(含生活、生产房屋)、道路、通信、供水、供电等施工保障性设施。2．施工现场平面布置隧道工程为保证正常施工现场，平面布置很重要。隧道工程与其他工程(如路基、桥涵)比临时设施内容较多，材料品种多、机械设备多，场地小。因此，科学的现场平面布置可减少施工干扰。3．组织资源进场根据施工进度的要求组织资源(包括劳动力、材料及机器、机械设备等)进场。4．组织编制隧道施工组织设计5，组织人员进行现场调查各级施工部门必须组织有关人员到工地进行技术和施工调查，就地核对设计文件，察看地形、地质，了解当地材料、气候、水文、交通运输、动力及生活物资等供应情况。6．隧道施工责任成本编制及分包合同的签订7．隧道施工风险预测8．征地、拆迁、环保、生活供应、医药卫生等9．隧道工程施工测量的准备工作隧道工程施工测量的准备工作如下：(1)对长大隧道工程设置的精密三角网或精密导线网，应定期对其基准点和水准点进行校核。(2)对隧道洞外的水准点、中线点应根据隧道平纵面、隧道长度等定期进行复核，洞内控制点应根据施工进度设定。(3)隧道测量一般要求精度较高，其桩