隧道工程

隧道工程一、公路隧道围岩的分级1、一级围岩：坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构。围岩基本质量指标大于550兆帕。2、二级围岩：坚硬岩，岩体完整，块状或厚层状结构；较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构。围岩基本质量指标在550至451兆帕之间。3、三级围岩：坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎石状镶嵌结构，较坚硬岩或较软硬岩石。岩体较完整，快状体或中厚层结构。围岩基本质量指标在450至351兆帕之间。4、四级围岩：坚硬岩，岩体较破碎。碎裂结构，较坚硬岩、岩体较破碎，镶嵌碎裂结构，较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整，较破碎，中薄层状结构。土体，压密或成岩作用的黏土及砂性土；黄土。一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土。围岩基本质量指标在350至251兆帕之间。5、五级围岩：较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎至破碎；及破碎各类岩体，碎裂状，松散结构。一般第四系的半干硬至重塑的黏土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、网砾、角砾及黄土。非黏土呈松散结构，黏土及黄土呈松软结构。围岩基本质量指标小于等于250。6、六级围岩：软塑状黏土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等。其中一级围岩为最好结构，六级围岩为最差结构。二、 围岩的初步判定1、 隧道围岩的分级的综合评定方法宜采用两步分级，并按以下顺序进行：围岩分级分为初步分级和和详细分级。其中初步分级为：定性（坚硬、完整）+定量。详细分级为考虑修整因素的影响，修整定量。修正因素为：有无地下水、软弱结构面，且有一组起控制作用。是否存在高的初应力。三、 隧道的构成1、 隧道主要由主体构造物和附属构造物构成。其中主体构造物有分为：洞门和洞身衬砌。附属构造物分为：通风、照明、安全措施、供配电、应急系统等。2、 不同的分类形式分为不同的种类：（1） 按地层分类，分为岩石隧道、土质隧道。（2） 按所处位置分为，山岭隧道、城市隧道、水底隧道。（3） 按埋深长度分为，浅埋隧道和深埋隧道。（4） 按长度分为，短、中、长、特长。其中短隧道为小于500米的隧道，中隧道为500至1000米的隧道，长隧道为1000至3000米的隧道，特长为大于3000米的隧道。（5） 按隧道间距分为，连拱、小净距、分离式。其中小净距隧道是指隧道间的中间岩墙厚度小于分离式独立双洞的最小净距的特殊隧道布置形式。常用与洞口地形狭窄或有特殊要求的中、短隧道以及长或特长隧道洞口的局部部分。（6） 按跨度分为小、中、大、超大隧道。其中小隧道为跨度为小于9米的隧道。中隧道为跨度在9至14米的隧道。大隧道为跨度在14至18米的隧道。特大为跨度为大于18米的隧道。四、 洞门类型及构造一、洞门类型及构造1、 门洞类型：门洞类型有端墙式、翼墙式、环框式、遮光式、削竹式、台阶式、柱式。2、 洞门构造：（1） 、洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不应小于1.5米。洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外围的高度不应小于1米。（2） 、洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝，沉降缝和泄水孔。洞门墙的厚度最小不应小于0.5米。二、 明洞类型是构造1、 明洞类型：洞顶覆盖层较薄，难以用暗挖法建隧道时，隧道洞口或路堑地段受塌方、落石、泥石流、雪害等危害时，道路之间或道路与铁路之间形成立体交叉、但又不宜做立交桥时，通常应设置明洞。明洞的类型分为拱式明洞和棚式明洞。其中拱式明洞又分为：路堑对称型、路堑偏压型、半路堑偏压型、半路堑单压型。棚式明洞分为：悬臂式、柱式、刚架式、墙式。2、 明洞构造（1） 、拱式明洞：主要由顶拱和内外边墙组成混凝土或钢筋混凝土结构，整体性较好，能承受较大的压力和侧压力。内外墙基础相对位移对内力影响较大，所有对地基要求较高，尤其外墙基础必须稳固。必要时还可加设仰拱。（2） 棚式明洞：受地形、地址条件限制，难以修建拱式明洞时，边坡有小量塌落掉块，侧压力较小时，可以使用棚式明洞。棚式明洞由顶盖和内外边墙组成。顶盖通常为梁式结构。内边墙一般采用重力式结构，并应置于基岩或稳固的地基上。当岩层坚实完整，干燥无水或少水时，为减少开挖或减少圬工，可采用锚杆式内边墙。外边墙可以采用墙式、刚架式、柱式结构。三、 洞身类型及构造1、 洞身类型：按隧道断面形状，分为曲墙式、直墙式和连拱式等。2、 洞身构造：分为一次衬砌和二次衬砌，防排水构造、内装饰顶棚及路面等。公路隧道施工一、 新奥法1、 新奥法是新奥地利隧道施工方法的简称。2、 新奥法以少扰动、早喷锚、勤测量、紧封闭为原则。二、 洞口土石方与排水工程。1、 洞口土石方与排水工程施工工序：施工准备、隧道控制测量、开工报告、洞口土石方与排水、洞门与明洞施工、超前支护、洞身开挖、初期支护、铺设防水层、二次衬砌、水沟电缆沟、路面工程、装饰与附属工程、清理收尾。2、 明洞边墙施工应符合下列要求：（1） 、偏压与单压明洞外边墙的基底，在垂直路线方向应按设计要求，挖成一定坡度的斜坡，提高边墙抗滑力。3、 明洞回填施工应符合下列要求：（1） 、墙背回填应两侧对称进行。底部应铺填0.5至1米厚的碎石并夯实，然后向上回填。石质地层中的墙背与岩壁空隙不大时，可采用与墙身同等级的混凝土回填。空隙较大时，可采用片石混凝土或浆砌片石回填密实。土质地层，应将墙背坡面开凿成台阶状，用干砌片石分层码砌，缝隙用碎石填塞紧密，不得任意抛填土石。（2） 、墙后有排水设施的，应与回填同时施工。（3） 、拱背回填应对称分层夯实，每层厚度不得大于0.3米，两侧回填高差不得大于0.5米。回填至拱顶平齐后应分层满铺填筑。4、 明洞防水层施工应符合以下要求：（1） 、防水层施工前应用水泥砂浆将衬砌外表涂抹平顺。（2） 、防水卷材应与拱北粘贴紧密，接头搭接长度不小于100毫米，铺设应自下而上进行，上下层接缝宜错开，不得有通缝。（3） 、回填拱背的黏土层应与边坡仰坡搭接良好、封闭紧密。（4） 、靠山侧边墙顶或边墙墙后，应设置纵向和竖向盲管，将水引至边墙泄水孔流出。三、 公路隧道地质超前预报的内容，但不仅限于此：1、 地层岩性，重点为对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土等。2、 地质构造：重点为对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况。3、 不良地质，特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性、有害气体、高地应力等发育情况。4、 地下水、特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴及富水地层。四、 公路隧道地质超前预报的方法： 公路隧道地质超前预报的方法主要有：地质调查法、物理勘探法、超前钻探法、超前导洞法、水力联系观测。1、 地质调查法：地质调查法是隧道施工超前地质预报的基础，适用于各种地质条件隧道超前地质预报，调查内容应包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质调查。2、 物理勘探法：物理勘探法适用于长、特长隧道或地质条件复杂隧道的超前地质预报，主要方法包括弹性波反射法、地质雷达发、陆地声纳法、红外探测法、瞬变电磁法、高分辨直流电法。3、 TSP法：适用于各种地质条件，对断层、软硬接触面等面状结构反射信息较明显，每次预报距离宜为100至150米。4、 地质雷达发适用于岩溶、采空区探测，也可用于探测断层破碎带、软弱夹层等不均匀地质体，在岩溶不发育地段每次预报距离宜为10至20米。5、 富水构造破碎带、富水岩溶发育地带、煤系或油气地层、瓦斯发育区、采空区以及重大物探异常地段等地质复杂隧道和水下隧道必须采用超前钻探法预报、评价前方地质情况。6、 超前导洞法可采用平行超前导洞法和隧道内超前导洞法，两座并行隧道可根据先行开挖的隧道预测后开挖隧道地质情况。7、 当隧道排水或突涌水对地下水资源或周围建构筑物产生重大影响时，应进行水力联系观测。五、 公路隧道地质超前预测的分级根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，地质灾害可分为下列四级：1、 A级：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水、突泥地段、诱发重大环境地质灾害的地段，高地应力、瓦斯、天然气问题严重的地段以及人为坑洞等。2、 B级：存在中小型突水突泥隐患的地段，物探有较大异常的地段，断裂带等。3、 C级：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段，小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。4、 D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。5、 不同地质灾害的预报方式可采用：（1）、1级预报可用于A级地质灾害。采用地质调查法、地震波反射法、超声波反射法、陆地声纳法、地质雷达法、瞬变电磁法、红外探测法、超前水平钻探法等进行综合预报。（2）、2级预报可用于B级地质灾害。采用地质调查法、地震波反射法、陆地声纳法、超声波反射法，辅以红外探测法、瞬变电磁法、地质雷达法、必要时进行超前水平钻孔。（3）、3级预报可用于C级地质灾害。以地质调查法为主。对重要地质界面、断层或物探异常地段宜采用地震反射法或超声波反射法进行探测，必要时采用红外探测和超前水平钻孔。（4）、4级预报可用于D级地质灾害。采用地质调查法。 6、超前支护：隧道施工过程中，当遇到软弱破碎围岩时，其自支护能力是比较弱的，经常采用的超前支护措施有超前锚杆、插板、超前小导管、管棚及围岩预注浆加固等。（1）、超前锚杆主要适用于地下水较少的软弱破碎围岩的隧道工程中。超前锚杆宜采用早强砂浆锚杆，锚杆可用不小于圆22的热轧带肋钢筋。（2）、管棚主要适用于围岩压力来的快、来的大、用于对围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩隧道工程中。管棚按长度可分为短管棚（长度小于10米的小钢管）和长管棚（长度为10至40米，直径较错的钢管）。（3）、超前小导管注浆是在开挖掘进前，先用喷射混凝土将开挖面和5米范围内的坑道封闭，然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管并通过小导管想围岩注浆，待浆液硬化后，在坑道周围形成了一个加固圈，在此加固圈的防护下即可安全地进行开挖。具体的施工工艺如下：测量定位、钻孔、打入小导管、高压吹孔、注浆、注浆检查、（5） 、自进式注浆锚杆又称迈式锚杆，是将超前锚杆与超前小导管注浆相结合的一种超前措施，它是在小导管的前端安装了一次性钻头，从而将钻孔和顶管同时完成，缩短了导管的安装时间，尤其适用于钻孔宜坍塌的地层。（6） 、预注浆一般可超前开挖面30至50米，可以形成有相当厚度和较长地段的简状加固区，钻孔及注浆顺序应由外圈向内圈进行，同一圈钻应间隔施工。（7） 、预注浆加固围岩有洞内超前注浆、地表超前注浆和平导超前注浆三种方式。六、 隧道开挖1、 公路隧道的开挖方式主要有全断面法、台阶法、环形预留核心土法、中隔壁法、双侧壁导坑法及中导洞法。（1） 、全断面法适用于一二二三四级围岩，中小跨度隧道；（2） 、台阶法适用于三四五六级围岩，中小跨度隧道；（3） 、环形预留核心土法适用于五六级围岩，中小跨度隧道；（4） 、CD法或CRD法适用于五六级围岩，大跨度隧道；（5） 、双侧壁导法适用于五六级围岩，大跨度隧道；（6） 、中导洞法适用于连拱隧道。七、 公路隧道开挖的要求 隧道开挖的主要方法是钻孔爆破法。开挖工作包括钻眼、装药、爆破等几项内容。 主要工序有：钻爆设计、放样布眼、台车就位、钻孔、清孔、装药、连接起爆网络、起爆、通风排烟、检查排险、开挖出渣、其他。八、 公路隧道超欠挖控制1、 公路隧道的原则是宁超勿欠。2、 当岩层完整、岩石抗压强度大于30兆帕，并确认不影响衬砌结构稳定和强度时，允许岩石个别突出部分欠挖，但其隆起量不得大于50毫米。3、 应采取光面爆破、提高钻眼精度、控制药量等措施、并提高作业人员的技术水平。4、 开挖后宜采用断面仪或激光投影仪直接测定开挖面面积，并绘制断面图。5、 当采用钢架支撑时，如围岩变形较大，支撑可能沉落或局部支撑难以拆除时，应适当加大开挖断面，预留支撑沉落量，保证衬砌设计厚度。6、 隧道超欠挖的测定方法：（1） 、利用激光束测定。（2） 、用全站仪测定；（3） 、用激光隧道界限仪测定；（4） 、用二次衬砌轮廓钢架作基准测定；九、 钻眼爆破掘进施工技术要点1、 炮眼布置和周边眼的控制爆破：掘进工作面的炮眼可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。2、 周边眼的控制爆破：光面爆破的特点是爆破后断面轮廓整齐，超挖和欠挖符合规定要求的爆破，其主要标准是：1、开挖轮廓成型规则，岩面平整；2、岩面上保存50%以上孔痕，且无明显的爆破裂缝。3、爆破后围岩上无危石。隧道施工中采用光面爆破，对围岩的扰动比较轻微，围岩松弛带的范围只有普通爆破法的九分之一到二分之一。大大减少了超欠挖量，节约了大量混凝土和回填片石，加快了施工进度，围岩壁面平整、危石少，减轻了应力集中现象，避免局部塌落，增进了施工安全，并为喷锚支护创造了条件。3、 光面爆破的主要参数 光面爆破的主要参数包括周边眼的间距、光面爆破层的厚度、周边眼密集系数、周边眼的线装药密度等。影响关门爆破参数选择的因素很多，主要由岩石的爆破性能、炸药品种、一次爆破的断面大小及形状等，其中影响最大的是地质条件。十、 预警管理1、 遇到下列情况之一时，应提出预警并分级管理（1） 、支护结构出现开裂、实行一级管理；（2） 、地表出现裂痕、坍塌、实行一级管理；（3） 、渗水压力或水流量突然增大，实行二级管理；（4） 、水体颜色或悬着物发生变化，实行二级管理；十一、 其他1、 二次衬砌的施工作业应满足下列要求时进行(1) 、隧道水平净空变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降；(2) 、隧道位移相对值已达到相对位移量的90%以上。2、 竣工文件中应包括的测量资料（1） 、现场监控量测计划；（2） 、实际测点布置图；（3） 、围岩和支护的位移时间曲线图、空间关系图以及量测记录汇总表；（4） 、经量测变更设计和改变施工方法地段的信息反馈记录。（5） 、现场监控量测说明。3、 初期支护（喷混凝土+锚杆+钢筋网+钢支撑）初喷混凝土厚度一般为5厘米左右，随后安装钢支撑，打设锚杆、铺设钢筋网、再按设计喷射混凝土形成联合支护整体，控制围岩变形，达到围岩快速稳定。（1） 、喷射混凝土：用压力喷射枪喷射混凝土的施工方法，喷射混凝土的工艺流程拥有干喷、湿喷和潮喷。干喷因喷射速度大，粉尘污染及回弹情况较严重，已禁止使用。湿喷法的粉尘和回弹少，喷射混凝土的质量容易控制，是目前较多使用的方法。（2） 、锚杆：按锚固形式可划分为全长粘结形、端头锚固型、摩擦形和预应力形四种。（3） 、钢支撑：钢支撑按其材料的组成，可分为钢拱架和格栅刚架。钢拱架最大的特点是架设后能够立即承载。但钢拱架与围岩间的缝隙难以用喷射混凝土紧密填充，与喷射混凝土粘结也不好，导致钢拱架附近喷射混凝土易出现裂缝。钢格栅能够很好的与喷射混凝土一起与围岩密贴，喷射混凝土能够充满格栅钢架及其围岩的空隙，且能和锚杆、超前支护结构连成一体，支护效果好。4、 仰拱与底板施工 仰拱与底板施工应满足一列要求：（1） 、仰拱混凝土超前拱墙混凝土施工的超前距离，宜保持3倍以上衬砌循环作业长度。仰拱施工宜整断面一次成型，不宜左右半幅分次浇筑。底板混凝土可半幅浇筑，但接缝应平顺，做好防水处理。（2） 隧道底部（包括仰拱），超挖在允许范围内应采用与衬砌相同强度等级混凝土浇筑；超挖大于规定时，应按设计要求回填，不得用洞渣随意回填，严禁片石侵入衬砌断面或仰拱断面。（3） 、仰拱以上的混凝土或片石混凝土应在仰拱混凝土达到设计强度的70%后施工。（4） 、仰拱和底板混凝土强度达到设计强度100%后方可允许车辆通行。5、 公路隧道施工安全步距 隧道安全步距是指隧道仰拱或二次衬砌到掌子面的安全距离。安全步距主要有隧道围岩级别决定。（1） 、仰拱与掌子面的距离三级围岩不超过90米。四级围岩不超过50米。五级及以上不超过40米。（2） 、软弱围岩及不良地质隧道二次衬砌应及时施作，二级衬砌距掌子面的距离。四级围岩不超过90米，五级以上围岩不超过70米。6、 结构防排水施工。 在纵、横、环向盲管、中心排水管的施工应符合下列要求：（1） 、环向排水管应紧贴支护表面或渗水岩壁安设。（2） 、中心排水管设在仰拱下时，应和仰拱、底板同时施工。防水板铺设应超前二次衬砌施工1至2个衬砌段，并应与开挖掌子面保持一定距离。防水板铺设应符合以下要求：（1） 、防水板宜采用专用台架；（2） 、防水板应无钉敷设、并留有余量，防水板与初期支护或岩面应密贴。（3） 、防水板的搭接缝焊接质量应按充气法检查，当压力表达到0.25兆帕时停止充气，保持15分钟，压力下降在10%以内，焊缝质量合格。 衬砌在施工缝和沉降缝采用橡胶止水带或塑料止水带防水时，止水带不得被钉子、钢筋和石子刺破。7、 注浆防水隧道注浆防水施工根据不同情况可选择下列方案：（1） 、掌子面前方存在较高水压的富水区，具有较大可能、较大规模的涌水、突水且围岩结构软弱，自稳能力差，开挖后可能导致掌子面失稳而诱发突水、突泥者，宜采用全断面帷幕注浆或周边注浆。（2） 、掌子面前方围岩基本稳定，但局部存在一定的水流，开挖后可能导致掌子面大量渗漏水而无法施作初期支护时，宜采用超前局部注浆。（3） 、围岩有一定自稳能力，开挖后水压和水量较小，但出水量超过设计允许排放量时，宜采用径向注浆。（4） 、注浆防水选择采用水泥浆液，超细水泥浆、水泥-水玻璃浆液等材料。（5） 、压浆地段混凝土衬砌达到设计强度70%时，方可进行压浆。压浆顺序应从下而上、由少水处到多水处。8、 二次衬砌（模筑混凝土）衬砌施工顺序，目前多采用由下而上、先墙后拱的顺序连续浇筑。在隧道纵向，则需分段进行，分段长度一般8至12米。应尽量使用金属模板台车灌注混凝土整体衬砌。（1） 、衬砌准备工作主洞模板施工应满足下列要求：隧道主洞模筑混凝土施工宜采用全断面衬砌模板台车。全断面衬砌模板台车就位以隧道中线为准，按路线方向垂直驾架。顶模设置通气孔、注浆管。特殊洞室模板施工应满足下列要求：对车行横洞、人行横洞、紧急停车带等特殊洞室，宜采用移动式模架和拼装模板施工。采用拼装模板施工时，应采用先墙后拱或全断面浇筑，不得采用先拱后墙浇筑。（2） 、混凝土施工应满足下列要求： 混凝土浇筑应采用混凝土泵送入模。采用拼装模板施工时，边墙基础宜结合边墙一次施工完成。边墙基础与边墙分次浇筑时，边墙基础顶面应凿毛，清洗。二次模筑混凝土衬砌施工，应根基监控量测结果，在围岩和初期支护变形基本稳定后进行。9、 通风（1） 、风管式通风风流经由管道输送，分为压入式、抽出式和混合式三种方法。风管式通风的优点是设备简单、布置灵活、易于拆装、故为一般隧道施工采用。但由于管理的增长及管道接头或多或少都有漏风，若不保证接头质量就会造成因风管过长而达不到要求的风量。（2） 、巷道式通风 通过最前面的横洞和平行导坑组成一个风流循环系统。这种通风方式断面大、阻力小、可提供较大的风量，是目前解决长隧道施工通风比较有效的方法。（3） 、风墙式通风 这种方法适用于较长隧道。当管式通风难以解决又无平行导坑可以利用，则可利用隧道成洞部分较大的断面，用砖砌或木板隔出一条2至3平米的风道，以减小风管长度，增大风量满足通风要求。10、 防尘 湿式凿岩标准化湿式凿岩即打水风钻，根据风钻内的供水方式不同，又分为旁站供水和中心供水。一般应先开水后开风，先关风后关水。机械通风正常化喷雾洒水正规化个人防护普遍化。11、 供电隧道供电应符合下列要求：（1） 、供电线路应采用400或200伏三相五线系统。（2） 、动力设备应采用三相380伏。（3） 、隧道照明，成洞段和不作业段可用220伏。瓦斯地段不得超过110伏。一般作业地段不宜大于36伏，手提作业灯为12至24伏。供电线路布置和安装应符合下列要求：（1） 、成洞地段固定的电线路，应使用绝缘良好的胶皮线架设。施工地段的临时电线宜采用橡套电缆。竖井、斜井宜使用铠装电缆。瓦斯地段的输电线必须使用煤矿专用密封阻燃铜芯电缆，不得使用皮线。（2） 、瓦斯地段的电缆应沿侧壁敷设，不得悬空架设。短隧道应采用高压至洞口，再低压进洞。瓦斯地段的照明器材应采用防爆型，开关应设在送风道或洞口。12、 公路隧道逃生与救援 软弱围岩隧道开挖掌子面至二次衬砌之间应设置逃生通道，随开挖进尺不断前移，逃生通道距离开挖掌子面不得大于20米。逃生通道的刚度、强度及抗冲击能力应满足安全要求，逃生通道内径不宜小于0.8米。