广西谢家峒隧道:隧道的施工概述

发布时间:[ 2022-11-24 04:40:29]


谢家洞隧道指出,隧道施工是指隧道和地下隧道的施工方法、施工技术和施工管理的总称。隧道施工过程通常包括:在地层内挖出土石,形成符合设计部分的地下空间,进行必要的支护和衬砌,控制隧道围岩的变形,确保隧道施工安全和长期安全使用。

一、隧道施工特点

(一)隐蔽性大

尽可能准确地掌握岩层性质、岩体强度、完整性、地应力场、自稳定性、地下水状态、有害气体、地温等数据,并根据这些原材料初步选择合适的施工方法,确定相应的施工措施和配套的施工机具。

(二)作业循环性强

一般地下结构为纵长,施工严格按一定顺序循环。例如,钻井爆炸法开挖是按照钻井、装载、爆破、通风、渣的循环,一步一步地循环开挖,直到隧道较终通过。这种循环是地下施工色的一点,也是我们组织施工的基本原则。

(三)作业空间有限

地下结构通常建在一定深度的地下,结构的尺寸受到极大的限制,这决定了施工空间的几何尺寸和形状,并在有限的空间内进行施工。在特殊情况下,应增加竖井、斜井、水平孔等辅助工程,以增加工作面,加快隧道施工速度。此时,必须加强测量导线的控制,以确保各部分工程的顺利通过。

(四)综合作业

地下施工由开挖、支护、渣运输、通风除尘、防水排水、供电、供风、供水等多种作业组成。这就要求我们有良好的施工管理和施工组织经验,使项目能够有序、快速地进行。

(五)施工过程动态

施工过程中的机械状态发生了变化,围岩的物理机械性质也发生了变化。地下结构的机械状态非常复杂,目前还有许多不清楚的地方。从机械的角度来看,施工过程是控制和调整机械状态变化的过程,施工技术是控制和调整机械状态的手段和方法。理解这一点非常重要。

(六)作业环境差

地下施工的工作环境相对较差,黑暗、潮湿、粉尘较多,地质条件恶劣,存在安全问题。必须采取人工通风、照明、防尘、消声、隔音、排水等有效措施,使施工现场符合施工卫生条件,有足够的安全保护措施,确保施工人员的健康,提高劳动生产率。

(7)操作风险大

风险与隐蔽性有关,施工人员必须始终注意隧道施工的风险。特别是在不良地质条件下,应具有风险意识和应变意识,并及时评估隧道工作面顶板岩石的稳定性。

(八)气候影响小

隧道施工不得受昼夜变化、季节变化、气候变化等自然条件变化的影响,高原冻土地区的施工应考虑气候的影响。混凝土为-5℃以下强度会受到很大影响。

二、隧道施工方法的选择

在隧道工程发展的历史上,矿山法一直占据主导地位,但近一个多世纪以来,其他隧道施工方法已经出现,并得到了相当大的发展。隧道施工方法可概括为:矿山法、开挖法、盾构法、挖掘机法、沉管法、顶进法等。

矿山法因较早用于矿石开采而得名,包括上述传统方法和新奥法。在这种方法中,钻孔爆破在大多数情况下都需要挖掘,因此也被称为钻孔爆破法。有时,为了强调新奥法和传统矿法的区别,新奥法从矿法中分离出来。

施工方法的选择主要基于工程地质和水文地质条件,结合隧道截面尺寸、长度、衬砌类型、隧道使用功能和施工技术水平。所选的施工方法也应反映先进的技术、合理的经济、安全的应用。根据隧道穿越地层的不同情况和当前隧道施工方法的发展,隧道施工方法可分为以下方法:

隧道施工技术主要研究解决上述各种隧道施工方法所需的技术方案和措施(如开挖、开挖、支护、衬砌施工方案和措施);隧道穿过特殊地质段(如膨胀土、黄土、溶洞、流沙、高温、气体、冻土地层等);隧道施工过程中的通风、防尘、风、水、电作业。

隧道施工管理:主要解决施工组织设计(如施工方案选择、施工技术措施、现场布置、进度控制、材料供应、劳动力、机具安排等)的技术管理、计划管理、质量管理、经济管理、安全管理等问题。

隧道施工与工程实践密切相关,理论与生产实践应紧密结合。必须指出的是,由于地质勘探的局限性和地质条件的复杂性和多变性,隧道施工过程中经常会遇到突然变化的地质条件、事故(如坍塌、洪水等),必须改变原有的施工方案、施工技术措施和施工进度计划。因此,为了正确处理隧道施工中遇到的各种实际问题,必须学会结合工程实践经验,掌握综合运用这些知识的能力。

三、山岭隧道常规施工方法

山地隧道的常规施工方法是矿山法(以矿山隧道较早的应用命名)。在矿山法施工中,大多数采用钻孔爆破进行开挖,也称为钻孔爆破法。

矿山法又分为传统矿山法和新奥法。

(一)传统矿山法

在长期的施工实践中,人们发展了传统的矿山法。以木材或钢构件为临时支撑,隧道开挖成型后,临时支撑逐渐更换,而不是以整体厚衬砌为*支撑。目前很少使用木构件支撑。钢构件支撑具有耐久性好、适应隧道形状等优点,施工时不能更换,更安全。 钢构件支撑类似于地面的荷载-结构力学系统。作为维持隧道稳定的措施,它直观有效,易于施工人员理解和掌握。因此,该方法被应用于该方法

(二)新奥法

随着隧道工程理论和施工工艺的不断发展,人们逐渐深刻认识到隧道是围岩和支护体系,应充分保护围岩,发挥围岩本身的承载能力,保持围岩的稳定性。隧道的设计和施工与隧道的围岩条件密切相关。只有充分掌握隧道的围岩条件,才能有合理的隧道设计和施工。

因此,20世纪50年代,奥地利学者拉勃塞维兹提出了新奥法的概念,即新奥地利隧道施工方法的缩写,原文是:New Austrian Tunneling Method”,简写为NATM。

新奥法以现有隧道工程经验和岩体力学理论为基础,将锚杆与喷射混凝土结合作为支撑手段,充分发挥围岩的自承能力,通过监测反馈信息调整支撑参数,更好地控制围岩的变形。该施工方法在20世纪60年代获得专利权,并正式命名为新奥法(NATM)。随后,新奥法在欧洲、美国和日本的隧道和地下工程中发展迅速,成为现代隧道工程的新技术标志之一。

目前,新奥法已成为在弱破碎岩体中修建隧道的基本方法,技术经济效益显著。

与传统的矿山法相比,新奥法不仅手段不同,而且对围岩有更深入的了解,在支撑结构设计理念上与传统的矿山法有很大的不同,是对隧道和地下工程理解和理解的深化。

新奥法不能简单地被视为一种施工方法或支撑方法,也不应片面地理解为:仅锚喷支护就是新奥法。事实上,锚喷支护并不能完全表达新奥法的意义。新奥法是贯穿隧道工程整个过程的基本指导思想和基本原则,包括隧道工程设计和隧道工程施工。

新奥法是以维护和利用围岩自承能力为基础,以锚喷支撑为主要支撑手段,及时支撑和控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支撑系统的一部分,及时正确地指导隧道和地下工程设计和施工的方法和基本原则。

四、新奥法施工程序及施工原则

(一)新奥法施工程序

根据规模、地质条件、安全要求和施工方法,充分利用现场监测和测量信息指导施工,严格按照施工程序进行,不得省略。

新奥法的特点之一是利用现场监测和测量信息指导施工,即预测、预测和反馈隧道施工中的测量数据和开挖面的地质观察。根据建立的测量,合理调整隧道施工方法(包括特殊辅助施工方法)、截面开挖步骤和顺序、初始支护参数,确保施工安全、隧道围岩稳定、工程质量和支护结构经济。

(二) 新奥法施工基本原则

根据我国隧道采用新奥法施工的经验,隧道施工采用的基本原则可概括为扰动少、喷锚早、测量频繁、封闭紧密 十二字政策。

(1) 少扰动

具体来说,在隧道开挖过程中,必须严格控制,尽量减少围岩的扰动次数、强度、持续时间和范围,使开挖坑符合成型要求。因此,如果可以采用机械开挖,则无需钻孔开挖。钻爆法开挖时,必须先进行钻爆设计,严格控制爆破,尽量采用大截面开挖。选择合理的循环挖掘尺。自稳性差的围岩循环挖掘尺应采用短尺,支护应紧跟开挖面,缩短围岩应力松弛时间和开挖面 风化时间等,这叫少扰动。

(2) 早喷锚

是指及时对开挖暴露面进行地质描述,及时进行锚喷支护,通过初始支护加固,有效控制围岩变形,避免过度变形和坍塌不稳定,实现适度的围岩变形,充分发挥围岩的自承载能力。必要时可采取先进的支护辅助措施。

(3) 勤量测

在隧道施工全过程中,应对围岩周围位移进行现场监测和测量,并及时反馈设计参数,指导施工或改变施工方法。通过对施工中测量数据的分析和开挖面的地质观察,预测和评价围岩和支护的稳定状态,或判断其动态发展趋势,及时调整隧道施工方法(包括开挖方法、支护形式、特殊辅助施工方法)、断面开挖步骤和顺序、初始支护设计参数,确保施工安全、隧道稳定,支持衬砌结构质量和工程造价的合理性。

(4) 紧封闭

是指对于自稳定性差的弱围岩区域,开挖面应尽快进行封闭支护(如喷射混凝土、锚喷混凝土等)。防护措施,可避免风化降低强度和稳定性,使支护和围岩进入良好的共同工作状态。

3. 新奥法适用范围

(1)自稳时间长的中等岩体;

(2)弱胶结砂、砾石和不稳定砾岩;

(3) 强风化岩石;

(4)刚塑性粘土泥灰岩和泥灰岩;

(5)硬粘土,也有硬夹层粘土;

(6)微裂缝但粘土少的岩体;

(7)在初应力场高的情况下,岩石坚硬可变。

新奥法的应用必须与以下条件下的一些辅助方法相匹配:

(1)地压强烈的岩体;

(2)膨胀岩体(应与仰拱和底部锚杆配合);

(3)部分松散岩体应配合钢背板;

(4)在蠕动岩体中,应配合冻结法或预加固法。

谨慎应用于以下场合:

(1)岩体大量涌水;

(2)因涌水而产生流砂的围岩;

(3)极其破碎,锚杆钻孔安装极其困难的岩体;

(4)开挖面完全不稳定的岩体等。

新奥法施工是从实践经验中总结出来的,在不断的实践经验中可以丰富其内容,进一步发展。新奥法施工在我国推广以来,经过几十年的发展,通过科研、设计、施工的结合,在下坑、西坪、大瑶山、军都山等铁路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多条公路隧道中取得了巨大的成就。

不可否认,新奥法也有很多缺点,但通过工程技术人员和科技工作者的共同努力,新奥法可以不断完善,在我国现代化进程中发挥更重要的作用。

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