区间隧道施工方法.

隧道施工方法几种施工方法一新奥法二盾构法三TBM四浅埋暗挖法新奥法新奥法新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，原文是NewAustrianTunnellingMethod简称NATM，新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹（L.V.RABCEWICZ）教授于50年代提出的，它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起，作为主要支护手段的一种施工方法。原理：新奥法是应用岩体力学理论，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。新奥法隧道模型锚杆二次衬砌施工过程基本原则少扰动早喷锚勤测量紧封闭（1）充分保护围岩，减少对围岩的扰动。（2）充分发挥围岩的自承能力。（3）尽快使支护结构闭合。（4）加强监测，根据监测数据指导施工。测量断面大小及位置台阶法环形开挖预留核心土法中洞法交叉中隔壁法中隔壁法双侧壁导坑法盾构机（软土层掘进机）于1847年发明，它是一种带有护罩的专用设备。利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出土体的介质。软土层掘进机原理盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。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。盾构机既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。土压平衡盾构工作原理盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土压、水压基本平衡，使得掘削面与盾构面处于平衡状态(即稳定状态)。示意图如图所示。由图可知，这类盾构靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)排送至土箱，运至地表。由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。土压平衡盾构机结构图刀盘盾尾施工1.在盾构法隧道的起始端和终结端各建一个竖井，城市地铁一般利用车站的端头作为始发或到达的竖井；2.盾构在始发竖井内安装就位；3.依靠盾构千斤顶推力（作用在竖井后壁或新拼装好的衬砌上）将盾构从始发工作井的墙壁开孔处推出；4.盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土（泥）和安装衬砌管片；5.及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；6.盾构进入到达竖井并被拆除，如施工需要，也可穿越竖井再向前推进。工作示意图竖井施工竖井施工盾构机安装安装就位推进沙土搬运和管片运输沙土搬运衬砌衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。衬砌技术通常是应用于隧道工程、水利渠道中。衬砌简单说来就是内衬，常见的就是用砌块衬砌，可以是预应力高压灌浆素混凝土衬砌。二次衬砌二次衬砌是隧道工程施工在初期支护内侧施作的模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌，与初期支护共同组成复合式衬砌。模筑衬砌模筑衬砌指立拱架或模板后修筑的隧道衬砌。在全断面开挖隧道灌筑整体混凝土衬砌时，可实行综合机械预制装配式衬砌预制装配式衬砌是将若干在工厂或现场预制的构件运入坑道内，用机械拼装而成，一经装配，即可承受围岩压力。⑴一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力；一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力；大量构件可以在工厂成批生产，在洞内进行机械化拼装，从而改善了劳动条件，节省了劳动力；拼装时，不需要临时支护如拱架、模板等，从而节省了大量的支撑材料及劳动力；拼装速度因采用了机械化而提高，缩短了工期，还可能降低造价。缺点，在坑道内需要足够的拼装空间，制备构件的尺寸要求有一定的精度，接缝多，防水较困难等，由于以上原因，在我国铁路上未能推广使用。挤压混凝土衬砌挤压混凝土衬砌可以是素混凝土，也可以是钢筋混凝土，但应用的最多的是钢纤维混凝土。挤压混凝土的衬砌一次成型，内表面光滑，衬砌背后无空隙，故无需注浆，且对控制地层移动特别有效。但因挤压混凝土衬砌需要较多的施工设备，其中包括混凝土成型用的框模，拼拆框模的系统，混凝土配制车、泵、阀、管等组成的混凝土配送系统。而且，混凝土制备、配送、钢筋架立等工艺较为复杂，在渗漏性较大的土层中要达到要求尚有困难。故挤压混凝土衬砌的应用尚不广泛。管片管片运输管片运输管片运输管片拼装管片拼装盾构到达竖井TBMTBM发展历史简介隧道掘进机(TunnelBoringMachine)是一种用机械破碎岩石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它是由盾构技术发展而来的。1818年英国布鲁诺(Brunel)受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构雏形与施工方法。1846年意大利人Maus发明隧道掘进机(盾构)。1851年美国人查理士·威尔逊研制出TBM试用于花岗岩掘进未获成功。1881年波蒙特开发出压缩空气式TBM，成功用于英吉利海峡隧道直径2.1m的勘探导坑。美国罗宾斯(Robbins)公司1952年研制出第一台软岩TBM，1956年又成功研制中硬岩TBM。2020/1/4532020/1/454TBM法的概述与应用掘进机（TunnelBoringMachine），简称TBM，是一种修建岩质隧道的工厂化施工技术。在机械施工中很长一段时期，把在土质隧道中采用的机械称为盾构，而把在岩质隧道中施工的机械称为掘进机，或岩石掘进机。由于机械制造技术的快速发展，这种区分越来越不明显，因此目前多把掘进机和盾构并称为盾构掘进机。2020/1/455TBM主要制造商美国罗宾斯德国海瑞克公司德国威尔特公司加拿大拉法特日本三菱公司Robbins2020/1/456TBM刀盘结构示意图TBM破岩方式主要有：挤压式与切削式1.挤压式主要是通过水平推进油缸使刀盘上的滚刀强行压入岩体，并在刀盘旋转推进过程中联合挤压与剪切作用破碎岩体。滚刀类型：圆盘型、楔齿形、球齿型2.切削式主要利用岩石抗弯、抗剪强度低(仅为抗压强度的5~10%)的特点靠铣削(即剪切)与弯断破碎岩体。在两种破岩方式总的破岩体积中，大部分并不是由刀具直接切割下来的，而是由后进刀具剪切破碎的，先形成破碎沟或切削槽是先决条件TBM破岩方式与原理2020/1/458TBM的优缺点优点：快速---约为钻爆法的4~6倍；优质---洞壁光滑，超挖量少；高效---节约衬砌，节约人工劳动；安全---安全性加大，作业环境安全；环保---非爆破开挖，尘土、气体、噪音污染少，减少辅助洞室，减少地表破坏；自动化、信息化程度高。2020/1/459缺点：1、设备购置及使用成本大；2、施工途中不能改变开挖半径；3、地质适应性较差;4、断面适应性较差;5、运输困难。TBM施工法始于二十世纪三十年代，限于机械技术水平，其应用实例甚少。五六十年代随着机械工业与掘进机技术水平的不断提高发展较快。迄今为止，世界上采用TBM施工的隧道超过1000座，总长度超过4000km，以逐步成为长大隧道修建的主要施工方法之一。1.国外典型应用——英吉利海峡隧道由2条外径8.6m单线铁路隧道与1条外径5.6m辅助隧道组成。全长48.5km，海底段长37.5km，隧道最深处在海平面下100m，全部采用TBM施工。英国侧6台，岸边段3台海底段3台(单向推进21.2km)。法国侧5台，岸边段2台海底段3台。最深处需承受10atm水压力，平均月进尺1000m/月。隧道建成标志着TBM施工技术的最高水平，也是融合英、美、法、德等国TBM施工技术于一体的最高成就。国内外应用概况2.国内应用国内TBM研发制造始于二十世纪六十年代中期，共生产10余台直径2.5~5.8m的TBM，先后用于下列水电与煤矿井巷工程。国产机型月均进尺20~300m，累计总掘进长度12km。云南西洱河水电站引水隧道引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水隧道引大入秦总干渠38号隧道北京落坡岭水电工程贵州猫跳河水电站引水隧道福建龙门滩引水隧道江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿4.楔齿型与球齿型滚刀破岩原理最初由楔齿尖端在滚刀转动情况下产生切向张力破坏岩石的表面，切人深度为λ。然后由齿尖的楔入力继续引起剪切破坏，楔入深度为h。由于各齿环的齿节是不同的，因此加大了楔齿的破岩效果。球齿型滚刀的破岩原理与楔齿型滚刀相同，适用于硬岩掘进。2020/1/463TBM的结构类型，构造和工作原理一、全断面TBMTBM基本构造TBM由破岩机构、推进机构、岩碴装运机构、导向调向机构及吸尘、通风装置等几部分组成。1.破岩机构滚刀或削刀在强大轴推力的作用下旋转，切削与剪切破碎岩石。2.推进机构主支撑鞋顶撑洞壁以支承和推进机身。副支撑鞋控制振动与方向。3.出碴机构破岩形成的片状石碴，由安装在刀盘上的铲碴斗铲起，铲斗旋转到顶部卸入集料斗，经皮带机装车运出洞外。4.导向及调向机构导向机构是用来指示和校核掘进机推进的方向，使其保证符合设计的轴线和坡度的要求。5.通风及吸尘装置掘进机工作时将产生大量的热量与粉尘。故对通风、降尘要求较高。一般在刀盘头部安装有吸尘设备和喷水装置，掘进时连续喷水降尘。机房内专设通风降温设备。全断面TBM分类开敞式TBM：配置钢拱架安装器与喷锚等辅助设备。常用于硬岩，采取有效支护手段后也可应用于软岩隧道。双护盾TBM：适用于各种地质，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。单护盾TBM：常用于劣质地层。单护盾TBM推进时利用管片作支撑，其原理类似于盾构。与双护盾TBM相比，掘进与安装管片不能同时进行。微型TBM：Φ0.25~3.00m中型TBM：Φ3.0~8.0m巨型TBM：大于Φ8.0mSingleShieldTBM①护盾；②液压推进油缸；③管片；④刀盘；⑤装渣斗；⑥皮带输送机DoubleShieldTBM①可伸缩护盾；②刀盘；③活动支撑鞋；④辅助推进油缸；⑤管片GripperTBM①支撑鞋；②钢支架举升器；③锚杆安装机构；④钢筋网举升器2020/1/470自由断面TBM2020/1/471自由断面TBM的优缺点优点：①开挖断面形状自由；②易于适应地质条件的变化；③开挖速度快；④围岩松弛少；⑤噪声、振动少；⑥轻量、小型、机动性好；⑦人员少，安全性高；⑧机械购置费用低。2020/1/472缺点：①地质条件的适用范围小；②发生粉尘；③有涌水时易于泥化；TBM法隧道的施工流程、技术要点和辅助工法一．TBM施工主要流程施工准备→全断面开挖与出渣→外层管片式衬砌或初期支护→TBM前推→管片外灌浆或二次衬砌二．Robbins开敞式TBM循环作业流程STEP1:作业开始。主支撑前位撑紧洞壁，后支撑腿提起。刀盘转动，推进油缸伸出，TBM前部前移一个作业行程STEP2:准备换步。刀盘停转，后支撑腿抵住仰拱承重STEP3:主支撑回缩。推进油缸回缩将自由态主支撑前拉回位STEP4:主支撑回位后伸出支撑鞋抵紧岩壁，后支撑提起，TBM定位找正，坡道上必要时先定坡度。STEP5:返回第一步，TBM准备下一循环掘进。掘进机法施工技术要求一．基本原则TBM掘进断面大可达10m以上，小仅为1.8m。由于TBM与辅助施工技术日臻完善以及现代高科技成果(液压新技术、电子技术与材料科学技术等)的应用大大提高了TBM对各种困难条件的适应性，因此简单从开挖可能性来考虑TBM的适用范围是不全面的。1.判定依据①隧道围岩的抗压强度、裂缝状态、涌水状态等岩性条件②机械构造、TBM直径等机械条件；③隧道断面、长度、位置状况、地