论隧道施工关键要素.pptVIP

隧道施工的关键要素 中铁二十局集团公司 吴应明 2005年9月 1、前 言 隧道施工的终极目的是“贯通”，因此，不论采取何种方案都局限在“凿岩出碴、衬砌”这个范围内。故而，施工方案确定后，开挖、支护、通风、道路和衬砌等各工序工艺是否科学，直接影响到施工的安全、质量和经济效益。 2、隧道工程施工的关键要素 2.1、开挖 开挖是关键 开挖工作是隧道施工的第一流程，开挖工作的优越与否直接影响隧道施工的安全、质量和效益。提高光面爆破，可以减少对围岩的扰动，减少应力集中，有利于自然拱的形成，便于喷砼工艺，因此，隧道施工安全的关键是开挖。 良好的光面爆破可以减少超欠挖，这样减少了欠挖处理及超挖石碴的外运量，减少衬砌时砼的回填量，而且砼衬砌厚度均匀减少了应力集中。因此，开挖也是影响隧道衬砌工作的关键。 之所以说开挖是关键，还在于开挖决定了隧道的初始几何尺寸，表明了隧道的贯通及误差，一旦开挖出了问题，其它后续工序也就失去了意义。 从目前国际国内隧道施工的现状及以后的发展趋势看，掘进机与钻爆法将长期并存，我国掘进机事业开始于20世纪60年代，至今已走过了近40年的历程。回顾总结这段发展史，可分为四个阶段； 1)、20世纪60年代为科研阶段，起步研制国产掘进机； 2）、20世纪70年代，国产掘进机进行工业性实验； 3）、20世纪80年代，引进国外二手掘进机用于国内施工； 4）、20世纪90年代，引进国外最先进的掘进机和管理用于国内施工。 在此，我们简单介绍TBM及盾构的工作原理： 2.1.1、TBM刀具的破岩机理 滚刀在刀盘上以一定的刀间距分布，掘进时刀盘在驱动装置的带动下匀速旋转，同时启动推进油缸使滚刀以一定的力作用在开挖面的岩面上。滚刀随刀盘的旋转在岩石磨檫作用下在开挖面滚动，当滚刀作用在岩石上的压力大于岩石的强度时，岩石被破坏剥落。岩石在滚刀正应力破坏的同时刀刃沿部分的岩石在应变时产生龟裂，刀盘进一步顶压，使得滚刀更加深入岩层，从而在岩层表面部分产生张力，导致龟裂向更深更远处进一步的增加，使相邻刀具作用轨迹之间的岩石剥落，从而实现TBM的开挖掘进（如图）。 从以上分析得出，在岩体完整均一的情况下，产生的岩碴有两种状态：一种是刀刃直接作用下破碎的粉状、砂状和粒状的岩石，其直径大多在5mm以下；一种是受刀具间接作用剪切拉伸破坏下的块状、片状的岩石。如果岩体节理发育或有大量原始裂缝，在滚刀作用下岩碴的状态会有很大的变化。 2.1.2、盾构的工作原理 现在较常用的盾构为组合盾构，其特点是自身能前进，不需要以衬砌环做后座，不用支配式的衬砌管片，可以用现浇的钢筋砼衬砌。它吸取了自进和任意组合灵活性好的优点，克除了体积大、推进较难等缺点。它的工作原理是：滑动护板宽约（坑道的横向）0.8～1.2m、长约（坑道的纵向）7m，与护板座组合成基本单元体，护板与护板座只能前后伸缩滑动，根据坑道的形状和大小的需要沿着坑道边界布置，护板座联成一个整体，组成为滑动护板自进盾构体。 它是通过每个滑动护板逐个前进而向前推进，当全部护板前进完毕后，再将护板座拉向前进，至此使整个滑动护板盾构体前进一个进程。在他的保护下前部可以挖土并将土运走，而掘进后的尾部空间，此时滑动护板的尾部又是一个外模板，可以在它的保护下绑扎钢筋、立内模和端模并浇注砼。 机械掘进速度快、质量好，但成本高，对操作人员及地质条件要求高，但其发展前景广泛；目前在我国隧道施工中钻爆法仍占主导地位。 在渝怀、宜万、内昆、云万、万开等绝大多数铁路和公路隧道施工中，均采用钻爆法开挖。 2.1.3、钻爆法开挖 隧道开挖关键是光面爆破的控制，光爆控制好，可以减少超欠挖，减少对岩体的扰动，减少砼回填，节约成本；光爆效果控制的好坏跟开挖方式、钻孔设备及爆破参数的设计等因素有关。针对不同地质及地质变化多和跨度变化大的特点，渝怀铁路开挖采取了多种施工方案，并根据地质变化适时改变开挖方案和各种参数。开挖Ⅳ、Ⅴ类（Ⅱ、Ⅲ级）围岩段采用全断面法，Ⅱ、Ⅲ类（Ⅳ、Ⅴ级）围岩段采用正台阶法，少数隧道采用中壁法开挖。中铁十二局在施工涪陵隧道过程中采用了小导洞压顶法开挖，即先在隧道下半断面施作小导洞（基本采用平导断面尺寸），小导洞超前大于10m，预留光爆层，周边一次性爆破，全断面光面爆破效果有很大的提高。 钻孔设备的选择对光面爆破的效果起重要作用，渝怀铁路隧道开挖绝大多数采用人工开挖的方式，因此，操作手的经验及熟练程度至关重要，中铁二十局在施工枳城隧道前对操作人员进行了岗前培训，操作人员在施钻时抓住了“准、平、齐、直”的要点，同时对风枪进行了适当改进，改造了部分风枪油壶的位置，减少了钻爆形成的台阶，拱顶和边