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隧道结构设计隧道结构设计基础隧道结构设计原则隧道结构计算模型隧道结构设计流程隧道结构体系隧道开挖后的围岩变化隧道信息化设计与施工需要认识的主要问题支护结构的作用支护结构的基本要求支护结构类型的选择与设计隧道结构体系的受力特点结构力学模型－荷载结构模型岩体力学模型－复合整体模型力学计算，求出截面内力(弯矩和剪力)初步拟定断面的几何尺寸(按工程类比法)确定作用在结构上的荷载检算截面承载力隧道开挖后的围岩变化隧道开挖后的围岩变化隧道开挖围岩应力重分布围岩产生位移、松弛围岩薄弱处局部破坏隧道坍塌地层围岩第一阶段第二阶段第三阶段第四阶段设置支护约束、控制围岩变形初始应力场（一次）二次应力状态围岩长期稳定位移不侵入限界改善围岩的应力状态三次应力状态稳定的洞室结构理论上不设支护稳定后围岩不稳定力学过程与时间及施工有关自然塌落拱围岩压力松动压力形变压力主要内容：1隧道施工概述2新奥法4明挖法5盖挖法6盾构法8沉管法9顶进法10浅埋暗挖法12辅助施工方法—预支护控制3洞口段及明洞施工方法11特殊地段施工方法13隧道施工辅助导坑及辅助作业隧道施工7掘进机法隧道工程施工的特点第1节隧道施工概述隧道施工方法及其选择隧道施工技术的发展隐蔽性大第1节隧道施工概述一、隧道工程施工的特点作业空间有限，工作面少作业的循环性强作业的综合性施工始终与工程地质和水文地质有关地处偏远，交通不便施工不受气候影响施工环境恶劣，风险性大施工是动态的第1节隧道施工概述二、隧道施工方法及其选择1.施工方法分类隧道施工方法山岭隧道施工方法浅埋及软土隧道施工方法水底隧道施工方法矿山法(钻爆法)掘进机法传统矿山法新奥法明挖法地下连续墙法盖挖法浅埋暗挖法盾构法沉埋法盾构法工程重要性施工条件：技术水平动力、材料、机械围岩条件隧道断面积隧道埋深工期、投资与效益环境条件及对环境的要求施工单位习惯做法2.选择施工方法考虑的因素通用施工机械专用施工机械－盾构专用施工机械－TBM掘进机法包括隧道掘进机(TunnelBoringMachine，简写为(T.B.M.)法和盾构掘进机法。前者应用于岩石地层，后者则主要应用于土质围岩，尤其适用于软土、流砂、淤泥等特殊地层。沉管法、明挖法等则是用来修建水底隧道、地下铁道、城市市政隧道等，以及埋深很浅的山岭隧道。矿山法因最早应用于矿石开采而得名，由于在这种方法中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。有时候为了强调新奥法与传统矿山法的区别，而将新奥法从矿山法中分出另立系统。第1节隧道施工概述二、隧道施工方法及其选择2.选择施工方法考虑的因素隧道施工过程和方法是多种多样的，经常采用的矿山法中大致有全断面法、台阶法和分部开挖法三大类。在当前的施工实践中，采用最多的方法是台阶法，其次是全断面法。在大断面隧道中，单侧壁导坑(中隔壁法)和双侧壁导坑(眼镜法)采用较多。常用方法说明：(1)充分保护和爱护围岩(2)应容许围岩有可控制的变形(3)变形控制主要是通过支护阻力(即各种支护结构)的效应实现(4)施工中实地监控量测，及时提出可靠、足够的量测信息(5)支护应能大面积的、牢固的与围岩紧密接触、能及时施设和应变能力强的支护手段(6)施工过程是围岩力学状态不断变化的过程(7)隧道断面能在较短时间内闭合极为重要(8)建立设计—施工检验—地质预报—量测反馈—修正设计的一体化系统第1节隧道施工概述二、隧道施工方法及其选择3.施工应遵循的原则第1节隧道施工概述二、隧道施工方法及其选择3.施工原则精要少扰动——开挖时尽量减少扰动次数、扰动强度、扰动范围及扰动持续时间。早支护——开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩变形受控。勤量测——以直观、可靠的量测方法和数据准确评价围岩及支护的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以及时调整支护及开挖方法。紧封闭——（1）采取喷射混凝土等防护措施，避免因围岩长时间暴露导致强度和稳定性降低；（2）适时对围岩封闭支护。第1节隧道施工概述三、隧道施工技术的发展加强施工阶段地质判释技术，完善判释方法和手段隧道施工方法的标准化、模式化提高单一工作面的掘进速度，减少辅助工程数量，控制超欠挖加强环境意识，改善地下作业环境，减少对周边环境和结构物的影响重视工程质量，加强施工阶段质量检测，以减轻隧道运营后的维修养护工作量加强施工中的灾害预测、预防与控制不断提高施工管理水平，从多种角度降低工程成本，提高地下工程可持续发展的效应，使之适应技术发展的需求加强应用施工新技术的研究主要内容：1隧道施工概述2新奥法4明挖法5盖挖法6盾构法8沉管法9顶进法10浅埋暗挖法12辅助施工方法—预支护控制3洞口段及明洞施工方法11特殊地段施工方法13隧道施工辅助导坑及辅助作业隧道施工7掘进机法新奥法的基本概念第2节新奥法隧道超欠挖与塌方新奥法监控量测与信息反馈施工过程中的力学解析与分析新奥法的开挖方法及工序新奥法的支护技术新奥法的钻进及出渣隧道施工围岩变形控制新奥法主要内容：第2节新奥法一、新奥法的基本概念1.新奥法的由来及概念（1）由来全称为新奥地利的施工方法，NewAustrainTunnelingMethod(NATM)（2）产生背景锚杆在20世纪出现喷射混凝土在1940年末研制成功岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据（3）新奥法的概念用薄层支护手段保持围岩强度、控制围岩变形，以发挥围岩自承载能力，并通过施工监控量测指导隧道的设计与施工。（4）三大要素控制爆破喷锚支护监控量测（5）三项作业开挖初次支护二次支护第2节新奥法一、新奥法的基本概念2.新奥法原理要点（1）承载体系：支护＋围岩（2）少扰动围岩（3）既允许又限制围岩变形（4）复合式衬砌（初衬＋二衬）（5）初期支护应尽量做成柔性（6）二衬尽可能结构圆顺、刚度大、整体性好（7）进行有效的监控量测（8）通过“排堵措施“解决衬砌渗水第2节新奥法一、新奥法的基本概念3.新奥法施工工序施工准备确定施工方案开挖初期支护监控量测是否符合管理标准防水隔离层二次支护竣工修改支护参数修改开挖方法和顺序修改施工方案是否必要时预支护以改良地层新奥法的基本概念第2节新奥法隧道超欠挖与塌方新奥法监控量测与信息反馈施工过程中的力学解析与分析新奥法的开挖方法及工序新奥法的支护技术新奥法的钻进及出渣隧道施工围岩变形控制新奥法主要内容：第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（一）横断面开挖方法全断面开挖法台阶法包括：(1)长台阶法(2)短台阶法(3)超短台阶法分部开挖法(1)环形开挖留核心土法(台阶分部开挖法)(2)单侧壁导坑法(3)双侧壁导坑法(眼镜法)(4)中洞法(5)中隔壁法－CD法(6)交叉中隔壁法－CRD法第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（二）全断面开挖方法1.概念——全断面开挖法是按设计开挖断面一次爆破成型全断面施工方法(单位：m)120～150ⅢⅡ1ⅡⅢ表示方法：横断面工序图、纵断面工序展开图习惯标注方法：①阿拉伯字1、2、3...表示挖掘;②罗马字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ...表示支护；第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（二）全断面开挖方法2.施工顺序（1）钻孔台车钻眼、装药、联接导火线；（2）台车退出、引爆炸药，开挖出整个隧道断面；（3）排除危石（俗称“找顶”）；（4）喷射拱圈混凝土，必要时安设拱部锚杆；（5）装碴机将石碴装入运输车辆，运出洞外；（6）喷射边墙混凝土，必要时安设边墙锚杆；（7）根据需要可喷射第2层混凝土和隧道底部混凝土；（8）量测、判断围岩和初期支护的变形，为支护参数修改提供依据；（9）开始下一轮循环。量测台车就位钻眼装药、放炮找顶出碴锚喷通风第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（二）全断面开挖方法3.适应条件4.施工特点工序少、干扰少，便于施工组织管理；开挖面大，便于机械化作业，爆破效果好（深眼爆破），进度快；开挖一次成形，减少了爆破次数，对围岩扰动少；地质适用范围较窄，要求地质条件较好，否则当地质条件变化时改变施工方法不易Ⅲ～Ⅰ级围岩大型施工机具（钻孔台车：四臂、二臂等）经济性考虑：开挖距离越长越经济第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（二）全断面开挖方法5.机械化施工的三条主要作业线作业线采用的大型机械设备开挖作业线钻孔台车、装药台车、装载机配合自卸汽车（无轨）、装渣机配合矿车及电瓶车或内燃机车（有轨）喷锚作业线混凝土喷射机、混凝土喷射机械手、喷锚作业平台、进料运输设备及锚杆灌浆设备模筑衬砌作业线混凝土拌和作业厂、混凝土输送车及输送泵、施作防水层作业平台、衬砌钢模台车第2节新奥法凿岩台车作业以凿岩台车为龙头的单线隧道快速施工机械化作业线机械化出渣作业线机械化衬砌作业线第2节新奥法机械化出渣作业线机械化衬砌作业线四臂凿岩台车作业第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（二）全断面开挖方法全断面开挖工作面设备布置开挖喷锚模筑衬砌第2节新奥法全断面开挖第2节新奥法第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法1.特点将断面分成上半断面和下半断面两部分-分别开挖目前适用性最广的施工方法随台阶长度的调整，几乎可用于所有地层－是主导方法3种：长台阶法短台阶法超短台阶法(a)2115B2B1B212B2(b)2(1～1.5)B11B(或3～5m)(c)第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法公路隧道台阶开挖方法上半断面炮眼布置第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法台阶开挖方法台阶法上导坑先贯通第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法2.选择条件（1）初期支护形成闭合环的时间要求：围岩越差，闭合时间要求越短，则台阶必须缩短（2）施工机械效率：效率高，则可以缩短支护闭合时间，台阶可延长这2个条件反映一个原则：即希望初期支护尽快闭合软弱围岩以第1条件为主围岩较好时以第2条为主为什么？答：发挥机械效率，保证施工经济性(a)2115B2B1B212B2(b)2(1～1.5)B11B(或3～5m)(c)第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法3.长台阶法台阶长度：L≥5B，B为洞室的宽度。甚至可以上台阶先贯通，即为“半断面法”。特点：进度快，仅次于全断面法。适用于：Ⅲ～Ⅰ级围岩。作业顺序：(1)开挖上半断面：钻眼－装药－爆破－锚喷－推石碴到下半断面(2)开挖下半断面：将推下的石碴运出－钻眼－爆破－出碴－边墙锚喷(3)整个断面完成B(a)5B1212第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法4.短台阶法台阶缩短：（1～1.5）B≤L＜5B,特点：①支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；②台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。适用于：Ⅴ、Ⅳ级围岩(b)(1～1.5)BB1122第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法4.短台阶法答：上台阶存碴面积减小，往下台阶推碴次数增多。解决办法：增加平行作业的时间，有利于加快进度①皮带运输机②过渡坡道Ⅰ、钢结构跳板(仰拱先做)Ⅱ、石碴坡道(仰拱后做)～见图问题：台阶缩短对施工进度有何不利？第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法4.短台阶法第2节新奥法二、新奥法的开挖方法及工序（三）台阶开挖方法5.超短台阶法上台阶长度仅为3～5m。特点：更有利于控制围岩变形，但上下台阶相隔太近，施工干扰大。适用于：软弱破碎围岩(Ⅴ、Ⅵ级围岩)B(c)B(或3～5m)2121①下半断面开挖应在上半断面初期支护基本稳定后才能进行；②开挖后要及时喷砼，暴露时间愈长愈不安全；③量测要及时，当位移速度加快时，应立即采取措施。短台阶施工注意：答：反台阶法：速度快、不安全、淘