《隧道施工技术》课件绪论

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,隧道施工技术,模块1 建筑材料的基本性质,0.3,公路隧道的特点,0.1,隧道概述,0.2,公路隧道的结构组成,0.4,公路隧道设计的有关规定,0.5,公路隧道常见的质量,问题,0.1 隧 道 概 述,隧道是一种修建在地下的工程结构物。1970年，国际经济合作与发展组织召开了隧道会议综合了各种因素，对隧道下了定义：以某种用处、在地面下用任何方法按规定的形状和尺寸修筑的断面积大于2 m,2,的硐室。隧道被广泛地应用于交通、矿山、水利及国防等领域，现已成为土木工程的一个重要分支。交通运输类隧道与其他用途的隧道相比，不仅长度长、数量多，而且在施工中遇到的工程地质和水文地质条件也比较复杂，对其平面、纵断面、横断面及形状、尺寸要求都较严格。目前，隧道的勘测、设计和施工体系已日趋成熟。,我国隧道的发展历程,1.,0.1 隧 道 概 述,截至目前，全国已运营的10 km以上（包括10 km）的公路山岭隧道有8座（见表0-1）。,表0-1全国已运营的10 km以上（包括10 km）的公路山岭隧道,0.1 隧 道 概 述,我国的水下隧道也得到了长足发展。水下隧道穿江过海，施工方法多样化，有沉管法、盾构法及钻爆法。例如，上海崇明长江隧道采用盾构法修建，南京纬三路长江隧道采用盾构法修建，武汉长江隧道采用盾构法修建，厦门翔安海底隧道采用钻爆法修建，青岛胶州湾海底隧道采用钻爆法修建，港珠澳海底隧道采用沉管法（将矩形或圆形预制混凝土构件分段沉埋至河底或海底而形成隧道的施工方法）修建，这些都是世界级工程。,0.1 隧 道 概 述,隧道的基本分类,2,.,公路隧道是指供汽车和行人通行的隧道，一般分为汽车专用隧道和汽车与行人混用的隧道。山岭隧道是指贯穿山岭或丘陵的隧道，是相对城市隧道和水下隧道而言的，它们表示的修建场所不同。本书所说的隧道一般是指山岭公路隧道，与现行公路隧道的设计、施工规范一致。,0.1 隧 道 概 述,1,）交通隧道的分类,（,1,）,公路隧道。,（,2,）铁路隧道。,（,3,）水底隧道。,（,4,）地下铁道。,（5）,航运隧道。,（6）人行,地道。,0.1 隧 道 概 述,2,）隧道按长度的分类,公路隧道设计规范（TG D70,2004）将公路隧道按其长度分为四类，如表0-2所示。,表0-2公路隧道按长度分类,0.1 隧 道 概 述,3,）隧道的其他分类,（1）国际隧道协会（International Tunnelling Association,ITA）规定了按隧道横断面面积的大小划分隧道，如表0-4所示。,表0-4按隧道横断面面积的大小分类,0.1 隧 道 概 述,（2）按埋深的深度来分，隧道可以分为浅埋隧道和深埋隧道。,（3）按所在的位置来分，隧道可以分为山岭隧道、水底隧道和城市隧道。,（4）小净距隧道。小净距隧道是指上下行双洞洞壁净距较小，不能按独立双洞考虑的隧道结构。,（5）连拱隧道。连拱隧道指双洞拱部衬砌结构通过中柱相连接的隧道结构。,0.2 隧 道 概 述,主体建筑物,1,.,（1）洞身衬砌。洞身衬砌是帮助围岩获得稳定的人工部分，分为初期支护（初衬）和二次支护（二次衬砌或二衬）。隧道在开挖后，除围岩完全能够自稳而无须支护外，在围岩稳定能力不足时必须加以支护才能使其进入稳定状态，并将其作为永久承载结构的一部分，此项工作称为初期支护。,（2）洞门。洞门是为保持洞口上方及两侧路堑边坡的稳定，在隧道洞口修筑的墙式构造物，是明暗交界处的结构部分。洞门结构主要起稳定洞口边坡、仰坡，防止洞口塌方落石，美化洞口的作用。,0.2 隧 道 概 述,0.2 隧 道 概 述,附属建筑物,2,.,公路隧道的附属建筑物包括通风建筑物、避难救援通道、防排水设备、照明设施和电力及通信信号的安放设备等。隧道的附属建筑物是为了养护、维修工作的需要及通风、供电、消防、通信等方面的要求而修建的。隧道内设置何种附属建筑物，应根据具体情况而定。,两车道公路隧道的断面面积可达8096 m,2,，三车道公路隧道的断面面积远超过 100 m,2,。公路隧道的围岩受扰动范围较大，开挖空间暴露的围岩结构面较多，不利地质现象揭露更充分，围岩内的拉伸区与塑性区范围加大，导致施工难度增大。,0.3 公路隧道的特点,断面大,1,.,形状扁平,2,.,在确定隧道断面和开挖轮廓线时，为了尽可能降低拱顶高度，公路隧道的断面常为扁平状的马蹄形或曲墙拱形断面。扁平状断面容易导致在拱顶围岩内出现拉伸区，在断面面积相同的条件下，公路隧道施工较一般铁路隧道、水工隧洞和矿山巷道难度要大。,0.3 公路隧道的特点,围岩条件的不确定性,3,.,0.3 公路隧道的特点,公路隧道所面对的围岩岩性多种多样，不同岩性的围岩具有不同的物理力学特性，不同地区大地构造运动及风化侵蚀作用不同，人类活动如矿山采空区等，更加剧了围岩条件的复杂程度。公路隧道作为线状构造物，不可避免地要遇到并穿越各种复杂围岩条件。在公路隧道设计前期的勘察阶段只能通过有限的钻孔、地表物探、踏勘等工作，推断隧道围岩状况，但这些工作并不能完全准确地反映实际的围岩条件，而只有在隧道开挖后才能揭露出真实的围岩情况。而对于围岩稳定性，需根据揭露的地质条件，结合事前的计算分析、施工过程中的监控量测结果和工程经验来判断，针对不同的围岩条件，应采取不同的工程措施，须做出相应的调整，这将给工程设计和施工带来很大的困难。,0.3 公路隧道的特点,隧道衬砌结构的受力不确定,4,.,隧道衬砌结构受力通常是根据经验公式进行计算的，围岩物理力学参数根据现场取样试验和经验取值。然而，由于隧道施工是在有原始应力场的介质内构筑结构，隧道开挖后将形成一定的临空面，围岩力学参数随着受力条件的改变而有所变化；同时，由于临空面的形成，围岩会产生变形，并随时间和支护条件变化。所以，隧道衬砌结构的受力除与地质条件有直接关系外，也与隧道的开挖方式、支护时间、支护刚度有很大关系。,隧道内照明亮度不足、空气污浊、粉尘浓度高、噪声大、一些施工部位排水不良等，这些施工环境条件会对隧道施工作业的效率、施工质量、质量检查与施工安全造成不良影响。,0.3 公路隧道的特点,施工环境差,5,.,0.3 公路隧道的特点,隐蔽工程多,6,.,除二次衬砌外，超前支护，喷锚网支护，刚架支护，防水层及纵向、环向排水盲沟，路面下排水暗沟，仰拱填充，预留预埋设施等都属于隐蔽工程。需要在施工过程中对这些隐蔽工程进行严格的质量检查和验收，以保证隧道的整体质量。,隧道内一般实行24 h循环施工作业，施工监理人员、施工技术人员、管理人员及施工监控量测人员、超前地质预报人员等应配合隧道内的作业循环开展工作，配置要求高，管理难度大。,0.3 公路隧道的特点,24h不间断施工,7,.,0.3 公路隧道的特点,防水要求高,8,.,在高等级公路上，车辆行驶速度较快，如果隧道出现渗漏或路面溢水，则会造成路面湿滑，不利于安全行车，特别是在严寒地区，冬季隧道内的渗漏水会在隧道上部吊挂冰柱，或在路面形成冰湖，常常会诱发交通事故。此外，长期或大量的渗漏水，还会对隧道内的机电设备、动力及通信线路构成威胁。因此，公路隧道应有较高的防水要求。,0.3 公路隧道的特点,机动车辆通过隧道时，会不断地向隧道内排放废气。一般来说，由于受自然风和交通活塞风的作用，短隧道内有害气体的浓度积聚不会太高，不会对驾乘人员的身体健康和行车安全构成威胁。但是对于长隧道和特长隧道就不同了，自然风和交通活塞风对隧道内空气的置换作用相对较小，如不采取措施，隧道内有害气体的浓度就会逐渐升高，当达到一定浓度时，驾乘人员会感到不适，隧道内能见度降低。因此，必须根据隧道的具体条件，采用适当的通风方式，将新鲜空气随风流一起送入隧道，稀释有害气体，使其浓度降至安全指标以内。,需要运营通风,9,.,0.3 公路隧道的特点,高速行驶的车辆在白天接近并穿过隧道时，其行车环境要经历一个,“,亮,暗,亮,”,的变化过程，驾驶员的视觉在此过程中也会发生微妙的变化以适应环境变化。为了减小驾驶员通过隧道时的生理和心理压力，消除车辆进洞时的黑框或黑洞效应及出洞时的眩光现象，从有利于安全行车的角度考虑，公路隧道一般都需设照明设施。,需要运营照明,10,.,公路隧道的纵坡形式一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡。隧道纵坡不应小于03%，一般情况下不应大于3%；受地形限制时，高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%；短于100 m的隧道，其纵坡可与该公路隧道外的纵坡相同。,0.4 公路隧道设计的有关规定,高速公路、一级公路的隧道的长度大于100m 时，应设置照明设施；二级公路、三级公路、四级公路的隧道，其照明设施可根据具体情况设置。特长隧道和高速公路、一级公路的长隧道必须配置报警设施、消防设施、救助设施等；二级公路、三级公路的长隧道可根据需要设置报警设施、消防设施和救助设施等。,0.4 公路隧道设计的有关规定,0.5 公路隧道常见的质量问题,与其他地下工程一样，公路隧道在施工期间和建成后一直受地下水的影响。施工期间，地下水会给施工造成困难，影响工程质量；隧道建成后，隧道结构处于地下水的包围之中，当地下水量较大，防水工程构造处理不当、质量欠佳时，地下水便会通过一定的渠道渗入或流入隧道内部，使衬砌结构受到侵蚀，路面湿滑、结冰，设备锈蚀，电路短路，影响美观等，对行车安全及衬砌结构的稳定构成威胁。特别是对于一些岩溶区隧道，在极端天气下由于其瞬时排水能力不足，可能导致衬砌背后水压增高，引发渗漏水或导致衬砌爆裂。,隧道渗漏,1,.,0.5 公路隧道常见的质量问题,隧道渗漏,2,.,作用在隧道衬砌结构上的压力与隧道围岩的性质、地应力（存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，也称为岩体初始应力、绝对应力或原岩应力，广义上也指地球体内的应力）的大小及施工方法等因素有关。由于受技术和资金条件的限制，一些不利因素在设计前是很难准确确定的，所以在隧道衬砌结构设计中常带有一定的盲目性，导致结构强度不足或与围岩压力不协调，而成衬砌结构开裂、破坏。然而，工程上出现的衬砌开裂更多的则是由于初期支护不到位、工艺不合理，衬砌厚度不足，混凝土强度不够，拆模时间不当等原因造成的。衬砌裂缝对结构的稳定及建成后隧道的安全运营构成了潜在的威胁。因此，加强施工管理、提高隧道初期支护和衬砌混凝土质量已迫在眉睫。,0.5 公路隧道常见的质量问题,限界受侵,3,.,建筑限界是保证车辆安全通过隧道的必要断面。在公路隧道施工过程中，有时会遇到松软地层。当地压较大时，围岩的变形量也会很大，如果施工方法不当或支护形式欠妥、支护不及时，就容易导致塌方。另一种施工中的常见现象是在浇筑过程中衬砌混凝土模板强度、刚度不足，出现走模，从而导致限界受侵。为了保证施工安全和避免塌方，严禁在施工过程中仓促衬砌而忽视断面界限，使建筑限界受侵。,0.5 公路隧道常见的质量问题,支护结构同围岩的紧密接触是地下结构区别于地面结构的主要特征。所谓新奥法的出发点，正是支护结构同围岩的共同作用。但是，在施工中由于超欠挖的存在，有的承包人为了经济省事，通过钢筋网在作为初期支护的喷射混凝土层背后填充石块或其他异物，以取代喷混凝土充填空间，造成围岩与初期支护之间不密实，甚至存在大的空区（洞）。在二次衬砌施工过程中，由于泵送混凝土压力不足、流动性不好、重力作用、抽拔泵送管过早过快等原因，拱顶混凝土往往难以饱满，造成二次衬砌背后形成较大空区（洞），衬砌结构受力条件变差，诱发衬砌内缘压裂、掉块的现象。,支护结构同围岩结合不密实,4,.,0.5 公路隧道常见的质量问题,衬砌拱脚下沉或仰拱底鼓,5,.,隧道边墙脚和仰拱施工是隧道工程质量较为突出的部位，由于边墙脚欠挖、纵向排水盲管侵占二次衬砌空间，造成边墙脚衬砌厚度严重不足；边墙脚与仰拱的连接未达到设计要求的状态，引起隧道衬砌拱脚下沉。仰拱未按设计曲率开挖、深度不足，仰拱及仰拱填充采用左右分幅施工，使仰拱没有起到应有的作用，造成仰拱底鼓现象。,0.5 公路隧道常见的质量问题,路面开裂、冒水,6,.,在公路隧道常见的质量问题中，隧道路面开裂和冒水的现象也很突出。路面结构厚度不足、隧底虚渣填筑、仰拱及仰拱填充不符合设计要求、排水盲沟构造不合理，施工不精细造成堵塞、遗漏、高程不准等，都可能引起隧道路面、开裂冒水。隧道路面的开裂、冒水会造成路面板损坏、跳车、路面湿滑，寒冷地区还可能造成路面结冰，危及行车安全。,0.5 公路隧道常见的质量问题,通风、照明不良,7,.,部分运营隧道有害气体浓度超限，洞内照明昏暗，会造成行车环境不良，威胁行车安全。为了不降低隧道的使用标准并确保其安全运营，应在安装设备时对设备性能指标进行检测、检查，在隧道运营中，应加强管理，定期对隧道通风，对照明效果进行抽检、维护，保证风机与灯具的开启强度。,Thank you,