隧道工程课件

第一章绪论一一、一、、隧道在交通事业中、隧道在交通事业中的地位及发展1、、隧道的定义、隧道的定义狭义的定义：通常是指用作地下通道的工程建筑物。广义的定义：1970年，OECD(世界经济合作与发展组织)隧道会议从技术方面给隧道定义：以任何方式修建，最终使用于地表以下的条形建筑物，其空洞内部净空断面在2m2以上者均为隧道。 222、2、、在交通建设中的地位、在交通建设中的地位※重要性：隧道是交通线上的重要组成部分，是国家重要的基础设施；※必要性：快速畅通的交通网是经济发展的前提，随着我国国民经济的发展，低等级公路已不适应发展的需要，阻碍了国家和地区的发展；※紧迫性：目前高速公路较少，与我国人口、经济发展相比，太少。经济要发展，交通必先行。为了解决好路面交通的规划和修建，隧道工程在其中显示着重要而紧急的作用。 333、3、、隧道工程的发展前景及需解决的难题、隧道工程的发展前景及需解决的难题※前景：(1)、交通类隧道◆经济要发展，交通建设必先行；◆交通标准不断提高；◆国力增强，技术进步。随着国民经济的发展，科技技术的进步，需要建设更多，可以建设更多、标准更高的隧道。 (2)、城市隧道◆解决城市交通拥挤问题的唯一途径是采用快捷、大运量的公共交通系统——地铁；◆城市的发展，要求包括地下空间的开发；◆各类市政设施的发展趋势——隧道管沟化。十九世纪：城市桥梁二十世纪：摩天大楼二一世纪：地下空间的开发与利用。 (3)、水利隧道◆南水北调（东线、中线、西线）；◆其他水利工程；◆水电工程。※发展方向(1)非爆破的机械化施工；(2)合理的规划与环保(3)设计可靠合理方面：结构－荷载法、松散压力等(4)使用安全 ※需要解决的难题(1)围岩力学性质与破坏的关系；(2)理论计算如何与实际相符；(3)施工技术水平与经济效益(爆破开挖、机械开挖、人力开挖)；(4)设计施工管理水平与经济效益（如同一地方，采用不同的高程的长隧道还是短隧道等） 444、4、、隧道工程的发展、隧道工程的发展隧道的产生与发展是和人类的文明历史发展相呼应的。※古代：：时间跨越较长：时间跨越较长。人类出现到纪隧道用于抵御自然威胁元前3000年用兽骨、石器等工具开挖隧道用于生活及军事抵御纪元前3000年到5世纪形成了现代隧道开发技术的基础(明挖法等)5世纪到隧道技术没有显著进步，开14世纪始了矿山开采 ※※近代※近代：：从：从从16从161616世纪产业革命开始世纪产业革命开始，，隧道技术得到了较，隧道技术得到了较快发展。(1)测量技术的出现，产生了如棚架支撑岩层，卷扬提升土石两端洞口开挖隧道等等，促进了隧道的发展。(2)火药的发明，促进了隧道开挖掘进技术的发展。※现代：我国公路隧道发展相对较缓。随着高速公路的发展，，近几年公路隧道有了较快的发展，近几年公路隧道有了较快的发展。隧道施工技术发生了质的飞跃。人力为主发展机械开挖为发展爆破施工体的施工主体的施工(光面爆破) 设计理论方面：◆目前的设计理论方法：★★荷载结构模型★荷载结构模型（（结构力学方法（结构力学方法）★★地层结构模型★地层结构模型（（岩体力学方法（岩体力学方法）★收敛约束模型（信息反馈方法）★★经验类比法★经验类比法 几种隧道洞门图：梅坎铁路松南隧道 株六复线凉风坳隧道 西安南京铁路磨沟岭隧道 京珠高速公路洋碰隧道 徽杭高速公路三阳隧道 北碚隧道 厦门仙岳山市政隧道 乌鞘岭特长隧道洞门 二二、二、、隧道的分类及其作用、隧道的分类及其作用1、按用途分（这是隧道分类方法中最为常用的一种）(1)交通隧道：提供运输的孔道和通道，主要有：铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、人行地道。(2)水工隧道：是水利工程和水利发电枢纽的一个重要组成部分。主要包括：引水隧道：把水引入水电站发电机组，产生动力资源尾水隧道：把发电机组排出的废水送出去的隧道。导流隧道（泄洪隧道）：疏导水流排沙隧道：用于冲刷水库中淤积的泥沙而修建的隧道 (3)市政隧道：是城市中为安置各种不同市政设施的地下孔道。主要有：给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。(4)矿山隧道：起作用主要是为采矿服务的。主要有：运输巷道、给水隧道、通风隧道。2、按隧道长度分：(1)特长隧道：L>3000m(2)长隧道：3000m≥L≥1000m(3)中长隧道：1000m>L>500m(4)短隧道：L≤500m 3、按断面面积分：(1)特大断面隧道：断面积在100m222以上(2)大断面隧道：断面积在50~100m222之间(3)中等断面隧道：断面积在10~50m222之间(4)小断面隧道：断面积在3~10m222之间(5)极小断面隧道：断面积在3m3m3m222以下4、按隧道所处的地理位置划分：山岭隧道、水底隧道、城市隧道 三三、三、、本课程的学习方法、本课程的学习方法1、复习工程地质、力学、材料等已学课程；2、注重本课程的基本理论与方法。3、广泛阅读有关期刊、报告等文献。 隧道施工的重点知识
支护 目录
超前支护
隧道管棚超前支护
超前小导管
超前锚杆
初期支护
锚杆
钢筋网
钢拱架（格栅拱架、型钢拱架）
锁脚锚杆
喷射混凝土
隧道支护施工安全知识
超前支护
隧道管棚超前支护
管棚超前支护是为了在特殊条件下安全开挖，预先提供增强地层承载力的临时支护方法。
洞口段打设长管棚，洞口段管棚长度一般10～40m，长管棚需设置导向墙，导向墙采用C20混凝土，截面尺寸为1m×1m，为保证长管棚施工精度，导向墙内设3榀i18工字钢架，钢架外缘设Φ140壁厚5mm导向钢管，钢管与钢架焊接。
长管棚采用热扎无缝钢管及钢花管，外径108mm，壁厚6mm，每节长4～6m的钢管制作，环向间距40cm，外插角1～3度打入围岩，管棚设计长度可以根据实际情况调整，但不宜大于40m，并与下一类型超前支护措施的搭接长度不小于3m，注浆压力为0.5～2Mpa，环向数量为45跟。
洞口段长管棚 掘进距离取决于管棚深度 DDL--300300型钻机
洞身段中管棚加超前小导管
洞身段中管棚，采用热扎无缝钢管及钢花管，外径89mm，壁厚5mm，制作，环向间距40cm，外插角10°打入围岩，洞身中管棚每环单根长10m，Ⅴ级围岩加强为11榀型钢设置一环，搭接长度不小于3m，超前小导管长4.5m，5榀型钢设置一环，搭接长度不小于1m，每环数量43跟。
注浆压力0.5～2Mpa，注浆时采取低压力、中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐步减小，当压力升至终压时，继续压注5min再结束注浆。注浆孔在注浆结束后及时清除管内浆液，，注浆结束后用M10水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。
超前小导管
超前小导管，是隧道工程掘进施工过程中的一种工艺方法，主要用于自稳时间段的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护。
钢管采用外径42mm，厚3.5mm，在小导管的前端做成约20cm长的圆锥状，在尾端焊接直径6mm钢筋箍。距后端100cm内不开孔，剩余部分按20~30cm梅花形布设直径10mm的注浆孔的热扎无缝钢管制作。为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端宜做成尖锥状，尾部焊上箍筋,导管环向间距为40cm根，纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于100cm，Ⅳ级衬砌每3m设置一环，Ⅳ级加强衬砌段每3m设置一环，Ⅴ级衬砌每2.4m设置一环。
外插角;5°～10°打入围岩。每根长度4.5米，Ⅳ级围岩、Ⅳ级加强围岩、Ⅴ级围岩，每环数量各45根。
水泥浆液水灰比：1:1（重量比），注浆压力：0.5～1.0Mpa。
Ⅳ、Ⅴ级围岩地段，超前小导管应扣钢架配合使用，从钢架断面腹部穿过。
超前小导管
超前锚杆超前锚杆是沿开挖轮廓线，以较大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固(预支护)，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖、装渣、出渣和衬砌等作业。超前锚杆采用直径25mm的钢筋制作，环向间距40cm，向上倾角15°打入围岩，长度320cm，搭接长度109cm，每环数量33跟。
初期支护
初期支护应紧跟开挖及时施作，并应及早封闭成环。软弱围岩隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩初期支护封闭位置距离掌子面不得大于35m。
隧道开挖过程中应严格管理施工用水，避免浸泡初期支护拱（墙）脚土体。
初期支护仰拱施工应快挖、快支、快速封闭。非爆破开挖和爆破开挖仰拱初期支护应分别于8h和12h内完成开挖、架设拱架、喷射混凝土封闭作业。
双线Ⅳ、Ⅴ级围岩隧道台阶法施工时，应设置锁脚锚杆（管）、横向临时支撑或临时仰拱等控制拱（墙）脚位移的措施。双线Ⅴ级围岩隧道采用台阶法施工时应设置横向临时支撑或临时仰拱，临时支撑采用型钢，纵向每2榀设1处。
锚杆
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩拱部都采用Φ25中空锚杆，边墙采用Φ22砂浆锚杆，各种锚杆必须设置垫板，垫板尺寸宜为150×150×6mm。

φ22φ22砂浆超前锚杆锚杆钻孔前根据设计要求和围岩情况砂浆超前锚杆锚杆钻孔前根据设计要求和围岩情况，定出孔位，作出标记。钻孔做到圆而直，其孔径和孔深符合设计要求，孔内积水和岩粉应吹洗干净；锚杆孔口岩面应整平，并使岩面与钻孔方向垂直，如不垂直，安装锚杆时可用特制垫板调整，使托板密贴岩面。锚杆施工预张拉力时，预张拉力值宜为锚固力的50%50%～～80%80%，安装后要定时检查，安装后要定时检查，发现松动及时紧固。

φ25φ25中空注浆锚杆各类围岩锚杆采用中空注浆锚杆各类围岩锚杆采用φ25φ25中空注浆系统锚杆中空注浆系统锚杆，锚杆长度为3.03.0～～4m4m，梅花型布置，梅花型布置。采用风钻钻孔，钻至规定深度后，用高压风吹孔，打入锚杆，然后用注浆泵由锚杆中孔向孔底灌满砂浆，安装垫板螺栓。
砂浆锚杆
中空锚杆
锚杆施工
锚杆安装允许偏差应符合下列规定
锚杆孔的孔径应符合设计要求。
锚杆孔的深度应大于锚杆长度的10cm。
锚杆孔距允许偏差为+15cm。
锚杆插入长度不得小于设计长度的95％，且应位于孔的中心。
砂浆锚杆的灌注砂浆饱满度应大于80％。
锚杆与喷锚支护：
设置锚杆(还可以张挂金属网)再加喷混凝土。 衬砌类型ⅢⅢ级Ⅲ级ⅢⅢ级加强Ⅲ级加强ⅣⅣ级Ⅳ级ⅣⅣ级加强Ⅳ级加强ⅤⅤ级Ⅴ级ⅤⅤ级加强Ⅴ级加强环距×纵1.2×1.51.2×1.51.2×1.21.2×1.21.2×1.01.2×1.0距（m）长度（m）333.53.54.04.0
钢筋网
钢筋网的安装位置应符合设计要求，并与锚杆或其他固定装置联结牢固。
工艺要求：钢筋网应在岩面喷射一层混凝土后再铺挂，底层喷射混凝土的厚度不得小于4cm。之后再支立钢拱架。
设计要求：钢筋网应与锚杆连接牢固，且钢筋网保护层厚度不得小于3cm；喷射中当有脱落的岩块或混凝土被钢筋网架住时，应及时清除后再喷射。
钢筋网的网格间距应符合设计要求，网格尺寸允许偏差为+10㎜；钢筋网搭接长度应为1～2个网孔，允许偏差为+50㎜。 钢筋网：钢筋品种、规格、网格间距和搭接长度：衬砌类ⅢⅢ级Ⅲ级ⅢⅢ级加强Ⅲ级加强ⅣⅣ级Ⅳ级ⅣⅣ级加强Ⅳ级加强ⅤⅤ级Ⅴ级ⅤⅤ级加强Ⅴ级加强型网格间距25×2525×2520×2020×2020×2020×20（cm）钢筋规格φ6φ6φ6φ6φ8φ8
钢拱架（（格栅拱架（格栅拱架、、型钢拱架、型钢拱架）钢拱架：钢材品种、规格、间距，间距允许偏差±100mm。衬砌类型ⅢⅢ级加强Ⅲ级加强ⅣⅣ级Ⅳ级ⅣⅣ级加强Ⅳ级加强ⅤⅤ级Ⅴ级ⅤⅤ级加强Ⅴ级加强高130高150高150钢架类型I20a型钢I20a型钢Φ22格栅Φ22格栅Φ25格栅纵距（m）1.51.01.00.80.6
钢拱架连接板设计要求：①工字钢拱架连接板间需设置橡胶垫板。②钢拱架连接板螺栓孔应当为钻孔。③连接螺栓尺寸设计要求如下表：衬砌类型ⅢⅢ级加强Ⅲ级加强ⅣⅣ级Ⅳ级ⅣⅣ级加强Ⅳ级加强ⅤⅤ级Ⅴ级螺栓孔直径Φ24Φ24Φ24Φ29（mm）螺栓规格M22×65M22×65M22×65M27×80
钢架安装应符合下列要求
钢架安装不得侵入二次衬砌断面，相邻钢架及各节钢架间的连接应符合设计要求。
钢架应在初喷混凝土后及时架设。
钢架安装前应清除虚渣及杂物。
安装时各节钢架连接板间应螺栓连接牢固、密贴，沿钢架外缘2m应用钢锲或混凝土预制块与初喷混凝土楔紧。
钢架应与锁脚锚杆焊接牢固，钢架之间应设纵向连接。
钢架背后的间隙应用喷射混凝土充填密实，应先喷射钢架与壁面之间的混凝土，后喷射钢架之间的混凝土。除可缩性钢架的可缩节点部位外，钢架应全部被喷射混凝土覆盖。
采用分部开挖施工时，钢架拱脚应施作锁脚锚杆，下半开挖后钢架应及时落底。
仰拱底设有钢架时，应一次全幅安装并喷射混凝土覆
锁脚锚杆锁脚锚杆以前主要用于铁路隧道先拱后墙法施工衬砌时，在开挖下断面前，于拱脚垂直于岩壁打入1～2排锚杆，以防止拱脚收缩和掉拱；边墙超前锚杆是台阶法开挖时，在上台阶开挖支护完成，开挖下断面前，于拱脚斜向下打入锚杆，即可稳定拱脚，又可对下部开挖起到超前支护作用。近来，由于先拱后墙法衬砌已经不再采用，已经将边墙超前锚杆称之为锁脚锚杆。
锁脚锚杆
锁脚锚杆立面布置图
锁脚锚杆设计要求：锁脚锚杆必须注浆饱满。衬砌类型Ⅲ级加强Ⅳ级Ⅳ级加强Ⅴ级Ⅴ级加强直径（mm）Φ42Φ42Φ42Φ42Φ42壁厚（mm）3.53.53.53.53.5长度（m）4.04.04.04.04.0每榀设置数48242424量
喷射混凝土
喷射混混凝土能及时有效地防止开挖面岩层的松散，离层和掉落，是有效的保护围岩防止塌方的重要手段。
喷射混凝土施工应分段分层作业。分层喷射混凝土时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，一次喷射的最大厚度：拱部不得超过10cm，边墙不得超过15cm。
喷射混凝土的早期强度应符合设计要求，C25喷射混凝土24h强度应不小于10Mpa。
喷射混凝土应与围岩、钢架、钢筋网结合紧密，背后无空洞、无杂物。
喷射混凝土表面应密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、漏筋、空鼓，锚杆头无外露。
严格控制水灰比，使喷层光滑平整，无干斑，不流淌；喷射应分段（不大于6米）、分部、分块，按先墙后拱，自下而上地进行喷射（防止因重力作用的滑落）。
喷射混凝土
喷射混凝土厚度、平整度
喷射混凝土的厚度和表面平整度应符合下列要求：
①平均厚度大于设计厚度。
②检查点数的80%及以上大于设计厚度。
③最小厚度不小于设计厚度2/3。
④表面平整度的允许偏差为100mm。
设计要求喷射混凝土厚度：衬砌类ⅢⅢⅢ级加强Ⅲ级加强ⅣⅣ级Ⅳ级ⅣⅣ级加强Ⅳ级加强ⅤⅤ级Ⅴ级ⅤⅤ级加强Ⅴ级加强型级180拱部位°拱边墙拱墙仰拱拱墙仰拱拱墙仰拱拱墙仰拱墙部厚度1223122510251528282828（cm） 湿喷机
喷射混凝土中湿喷的工艺流程 工人正在作业
隧道支护施工安全知识
隧道支护每项工序施工前均应对作业面进行检查，清除松动的岩石和喷射混凝土块。
隧道支护必须按初喷→架设钢架（钢筋网)、复喷→锚杆的程序施工。在爆破、找顶后，应立即初喷混凝土封闭围岩。
管棚和小导管施工前应检验作业台架安全性能，施工过程中应保持稳定。
管棚作业换钻杆及超前小导管作业顶进钢管时，应防止钻杆、钢管掉路伤人。
喷射混凝土作业前应清除工作面松动的岩石，确保作业区无塌方、落石等危险源存在。
钢架节段及钢架之间应及时连接牢固，防止倾倒，钢架背后的空隙必须用喷射混凝土充填密实，严禁背后填充片石等其他材料；钢架安装完成后及时施作锁脚锚杆，并与之连接牢固，钢架底脚严禁悬空或置于虚渣土。