隧道设计的基本原则和理念

隧道设计的基本原则和理念中国工程院院士王梦恕1、洞门前不设路堑，必须早进晚出，不破坏山体环境。（１）洞口位置不当，产生偏压的理念（２）洞口间距过大，不利管理和节约土地，可以小间距的理念（３）洞口不设深路堑（应小于１０ｍ）的理念（４）优选切削式不受力洞门的理念（５）美化洞口及周边环境的理念（６）上下行洞口错开，设挡墙防止废气进入另一洞口、气流短路的理念（７）洞口段、洞门、明洞之间合理施工方法的理念（８）洞口变坡点合理设置的理念2、全隧道不设变形缝，特殊地段设置诱导缝，8级地震区在洞口段40～50m处设减震缝。3、必须重视岩溶地区的综合地质超前预报，长短结合以短为主，预报范围前方≥30m，隧道周边外1倍洞径做为工序列入。4、一次支护要强，承受部分水压和全部土荷载，浅埋和海底隧道则承受全部水荷载和土荷载，二次模筑初砌做为安全储备。5、全部采用网构钢拱架，取消型钢拱架，靠近工作面的第一排钢拱架不受力，喷混凝土后的网构拱架承受10倍荷载工钢则承受4倍荷载，工刚后部混凝土喷不上，渗漏水。6、一次支护由钢筋网、钢拱架、喷混凝土组成，钢拱架接头联结处设索脚锚管（灌浆）。7、取消系统锚杆。软弱地层不设锚杆，只设索脚锚管。Ⅴ～Ⅵ级围岩不设锚杆。Ⅲ～Ⅳ级围岩局部破碎设置锚杆和钢筋网。锚杆在设计计算中是不予考虑。锚杆是施工时临时加固的手段。锚杆施作的时空效应很难实现。8、软弱地层必须采用潮喷混凝土，不提倡湿喷混凝土。9、必须采用复合式衬砌结构型式，一次支护和二次模筑衬砌之间必须设半包式防水隔离层，不允许全包，采用无钉铺设防水板，无纺布后部必须设置系统排水盲管。水的处理有两个理念：一是以堵为主，限排为辅。二是全堵方案，但要给水有排出的通道。10、取消中部排水沟。11、反对长隧短打。提倡设置平行导坑，可提高正洞2倍速度。斜井设置仅是0.5倍的正洞速度。竖井是0.1～0.3倍的正洞速度。斜坡道不同于斜井，是无轨运输，仅是0.5倍的正洞速度。12、正台阶施工不允许分长、中、微台阶，台阶长度为一倍洞径，第一个上台阶高度必须为2.5m，小导管长度为台阶高度加1m。13、支护结构施工必须是一次支护从上向下施作，二次模筑衬砌必须从下向上施作。14、隧道宜近不宜联，可采用小间距隧道，反对双联拱、多连拱，取消盾构隧道的横通道。15、大断面硬岩隧道宜采用小导洞超前爆破，可减震30%，也可采用小TBM超前，钻爆法扩大。隧道及路堑边坡采用光面爆破，不准预裂爆破。全断面开挖改为小TBM超前打通，后部用钻爆法扩大。优点：（1）可以超前预报；（2）爆破减振30%，炸药比全断面爆破减少5—10%；（3）扩大爆破，炮眼利用率为100%，所以提高开挖速度2—3倍；（4）炮眼半孔保存率80%,线形超挖10cm;（5）爆破碴堆、碴块均匀、集中，便于快速出碴；（6）纵向爆破冲击波小,对后部工序影响小.16、隧道施工洞口无主扇风机，U形气流射流风机，通风技术该技术适用于上下行、分离式双洞隧道。这是打破常规的新模式，取消了在洞口采用大功率主扇压入式向洞内输送新风的模式。采用在洞内横通道之间设置射流风机（15—30KW/台），风机本身产生高速气流（30米／秒）的卷吸作用，产生很大的压力差，从而强迫诱导大量新风，在U型风道中产生单向巨大风流，达到换气目的。17、地铁盾构施工的经济效益分析(1)盾构Φ6.23m一台6000万元,资金沉积,周围太慢，3.5年～4年可把6000万收回(不计利息),第五年可开始盈利,每年最多能赚1000万元。(2)盾构搬家，一般城市之间300～400万/次。(3)盾构从竖井拆除再组装一次30～50万/次。(4)适用盾构法施工一个盾构掘进长度为6KM以上，这是发挥盾构快速施工，性价比最好的工程筹划。(5)一班人马配2—3台盾构才能提高稳定技术人员、高级技工的施工能力。这是施工单位合理部署的举措。结论：应合理慎重规划应用盾构。与钻爆法、浅埋暗挖法相比，经济效益要低10倍左右。18、TBM硬岩掘进机：开敞式双护盾结构图TBM硬岩掘进机：双护盾TBM硬岩掘进机：台湾雪山隧道双护盾(1)机型方案选择：开敞式TBM优于双护盾构式、单护盾式。有五个优点:①长度与直径之比1，调方向灵活，可确保±30mm，调整误差。②能及时支护，有利于洞室稳定，护盾式不利于及时支护、易塌方。③不易被地压力卡死护盾。④造价比双护盾便宜10%—30%。⑤衬砌支护比管片便宜2倍以上。（2）支护结构①开敞式TBM用复合式衬砌，最易适应不同地层和水量；支护寿命长，可确保100年，出事故维护方便。②双护盾式TBM必须采用软弱地层管片衬砌厚度，不适应变化多端的山岭隧道（土压、水压），管片厚度不能调整，管片寿命不可靠，且造价高于复合初砌数倍以上，因此不宜采用。（3）必须重视盾构和TBM的国产化。目前一些甲方盲目追求使用国外最先进的技术设备，既不考虑性能价格比，也不考虑国内制造业的同步发展，造成不断的重复引进，对大量资金纳税人的钱流向国外，发展国外经济，提高国外人民生活水平很有“魂力”，而对养育自己的祖国和人民冷酷无情，这是什么工作感情和能力。建议国家对国外采购要设立强有力的评价体系、规定和制度；要建立项目业主、装备制造企业和保险公司风险同担，利益共享的重大技术装备保险机制；国产化率中的关键部件必须进口，国产率在50%到60%为宜。19、必须坚持动态设计、动态施工、动态管理，设计人员必须及时修改图纸，必须尊重施工信息。20、设计人员必须提高业务素质，要超越规范，创新设计；有新理念、新创新。应用新技术、新工艺、新材料、新设备、新仪器，反对抄袭图纸。21、要实事求是，确定合理工期，合理造价。不合理工期、不合理造价是造成质量差、工程寿命短及安全事故发生的主要原因。22、要建立循环经济的理念；要有系统地下工程的理念；要有方便运营维修的理念；要有保护环境的理念；要有重视方案设计比选的理念。23、隧道顶部允许塌方空洞存在，拱顶上方要有2m土厚保护。24、运营的隧道应简化通风、照明、防灾、监控，简化思路，节约能源。建议小于１km隧道不设通风、照明。25、从安全风险角度出发，上下行隧道必须分洞修建，分洞运营。26、黄土施工要点（1）黄土湿陷系数：与黄土四个物理指标有关。黄土的天然含水量ω(%);自重r(KN/m3)；天然孔隙比e；饱和度sr（%）黄土湿陷性与天然孔隙比呈正比（正相关）黄土湿陷性与天然含水量、自重、饱和度呈反比(负相关)（2）降水施工是确保黄土隧道最安全、可靠的辅助措施。由于降水作用，黄土地表一些地段会形成呈椭园形的陷坑和缝隙，陷坑直径约13m左右，缝宽约20cm左右（地裂缝），但当水位在负10m左右时采用洞内降水及回灌时只涉及地面有微量沉降。（3）不易直接将湿陷性黄土层作为地基持力层，应详细查清自重湿陷性黄土范围，判别湿陷性系数。27、浅埋暗挖法施工要点（1）首先系统采用小导管超前支护技术，靠近工作面架设的第一排钢拱架，是不受力的。（2）设计采用8字形格栅拱架，做到在x，y两个方向实现等强度、等刚度、等稳定度，取代工字钢，并进行了系统室内外加载破坏试验，网格拱架喷射混凝土提高10倍，承载力、工字钢则提高4倍。（3）开挖方法采用正台阶环形开挖留核心土，第一个台阶取2.5m高，合理的初期支护必须从上向下施作，一次支护稳定后方可施作二次模筑衬砌。纵向承载拱上台阶过长引起松动荷载开挖过程纵向变位影响长度微台阶引起工作面失稳（4）采用监控量测技术控制地表下沉和防塌方是最可靠的方法。（5）突出快速施工，考虑时空效应，做到四个及时：及时支护、及时量测、及时反馈、及时修正。（6）采用复合式衬砌结构，一次支护由喷射混凝土、钢筋网、网构钢拱架组成。钢拱架联结处设索脚锚管和钢拱架焊接，取消系统锚杆，形成一次支护。（7）浅埋暗挖法18字方针是施工的原则和要点的精辟总结，即：“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”。（8）必须遵循信息化反馈设计、信息化施工、信息化动态原理。（9）拓宽浅埋暗挖法在有水、不稳定地层中应用时，要采用以注浆堵水为主，以降水为辅的原则。采用劈裂注浆加固和堵住80％的水源，降掉20％的少量裂隙水，以达到减少地表下沉的目的。（10）选择适宜的辅助施工工法：常用的有：环形开挖留核心土、喷射混凝土封闭开挖工作面、超前锚杆式、超前小导管支护、超前小导管周边注浆支护、设置上台阶临时仰拱、跟踪注浆加固地层、水平旋喷超前支护、洞内真空泵降水、洞内超前降排水、洞外深井泵降水、地面高压旋喷加固、先注浆后冻结法。（11）大跨施工应选择变大跨为小跨的施工方法，如CD法、双CD法。柱洞法、中洞法、侧洞法等。（12）长管棚的直径要和地层刚度相匹配，当Φ超过150mm时，对控制地表下沉作用很小。（13）隧道宜近不宜联，双联拱、多联拱结构尽量少用。谢谢!