MiniLecture3隧道施工技术发展及喷锚暗挖机械化施工.pptx

1、国内隧道工程发展历程第一阶段第一阶段 （1950-1960 1950-1960 年）年）2 0 世纪 50 年代是新中国隧道施工技术发展的起步阶段，隧道开挖以人工手持钢钎大锤进行隧道的掘进工作，以黎湛铁路、鹰厦铁路为代表。第二阶段第二阶段 （1960-1970 1960-1970 年）年）20 20 世纪世纪 60 60 年代，隧道开挖以年代，隧道开挖以手风枪打眼、轨道翻斗车运输手风枪打眼、轨道翻斗车运输为为主，以襄渝铁路大巴山隧道为代主，以襄渝铁路大巴山隧道为代表。表。第三阶段第三阶段(1970-1990 (1970-1990 年年)20 20 世纪世纪 70 70 年代至年代至 80 80

2、 年代，是新中国年代，是新中国隧道施工技术发展创新阶段，隧道开挖隧道施工技术发展创新阶段，隧道开挖采用轻型凿岩机分布开挖和进口液压凿采用轻型凿岩机分布开挖和进口液压凿岩台车全断面开挖，接受岩台车全断面开挖，接受 新奥法新奥法 施施工，以京广、大秦铁路为代表。工，以京广、大秦铁路为代表。四阶段四阶段(1990 (1990 年至今年至今)20 20 世纪世纪 90 90 年代以来，是新中国隧道施工年代以来，是新中国隧道施工技术发展跨越阶段，以西康铁路秦岭特长技术发展跨越阶段，以西康铁路秦岭特长隧道为里程碑，中铁隧道局集团在国内首隧道为里程碑，中铁隧道局集团在国内首次采用次采用TBM TBM 全断面

3、掘进机技术施工。全断面掘进机技术施工。月掘进月掘进528528米和日掘进米和日掘进40.540.5米米国内隧道工程技术发展过程-王梦恕一、引进并创新了新奥法隧一、引进并创新了新奥法隧道修建技术道修建技术1980 年以来，王梦恕院士及其团队针对当时我国山岭隧道采用的风枪钻爆、小断面开挖、木支撑支护的落后修建方法，提出将新奥法施工原理引入我国，并在工程实践中进行技术创新。二、发明浅埋暗挖法二、发明浅埋暗挖法原理：不扰动地层、保护加固围岩为建设理念，按照 18 字方针即“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”进行施工，保证围岩自承载能力的发挥;采用复合衬砌，初期支护承担全部基本荷载，衬砌作

4、为安全储备，因此初期支护刚度需足够大，并且施作要及时;在施工全过程用监控量测方法对围岩变形与支护结构内力进行监测，并按管理标准加以控制，从而保证了隧道结构的稳定，实现了不塌方、少沉降和安全施工。1986年、北京地铁复兴门折返线工程。第四纪软弱地层三、三、TBMTBM施工及国产化、施工及国产化、大瑶山隧道：光面爆破、喷锚支护复合式衬砌、监控量测及信息反馈西康铁路秦岭隧道四、海底江底隧道修建技术四、海底江底隧道修建技术厦门翔安隧道厦门翔安隧道 钻爆法海底隧道钻爆法海底隧道武汉长江隧道武汉长江隧道-万里长江第一隧万里长江第一隧长沙湘江营盘路隧道长沙湘江营盘路隧道 钻爆法钻爆法下穿湘江、小净距、大跨度

5、下穿湘江、小净距、大跨度王梦恕（1938年12月24日2018年9月20日），中共党员，河南省温县人，隧道及地下工程专家，中国工程院院士，中国铁路工程集团有限公司副总工程师，北京交通大学土木建筑工程学院教授、博士生导师钻爆法和浅埋暗挖法仍是我国隧道施工的主要方法，钻爆法和浅埋暗挖法仍是我国隧道施工的主要方法，但进一步但进一步提升其机械化水平提升其机械化水平是其占据舞台中心的助是其占据舞台中心的助推剂。推剂。盾构与盾构与 TBM TBM 施工应用的领域将不断扩展，目施工应用的领域将不断扩展，目前在前在地铁、跨江越海通道工程中处于绝对主导地铁、跨江越海通道工程中处于绝对主导地位，特长隧道地位，特长

6、隧道(洞洞)将会首选盾构与将会首选盾构与 TBM TBM 施施工。工。新奥法（钻爆法）和浅埋暗挖法新奥法（钻爆法）和浅埋暗挖法盾构与盾构与TBMTBM法法1 1、劳动力密集；、劳动力密集；2 2、不良地质及穿江越海隧道存在、不良地质及穿江越海隧道存在安全风险；安全风险；3 3、采用钻爆法对周边影响较大（振动、采用钻爆法对周边影响较大（振动、噪音）；噪音）；4 4、正常施工只有隧道进出口两个作业面，、正常施工只有隧道进出口两个作业面，导致很多长大隧道成为关键线路，需要增加竖井、导致很多长大隧道成为关键线路，需要增加竖井、斜井或平导增加工作面；斜井或平导增加工作面；5 5、作业环境较差；、作业环境

7、较差；6 6、施、施工速度较慢。工速度较慢。7 7、浅埋暗挖地表沉降控制等对周边影、浅埋暗挖地表沉降控制等对周边影响控制困难。响控制困难。机械化程度高、施工速度快、对周边环境影响机械化程度高、施工速度快、对周边环境影响较小较小；但但隧道长度较短，存在经济不合理的情况。隧道长度较短，存在经济不合理的情况。目前还是公路、铁路隧道最常用的施工方法优缺优缺点点发展发展趋势趋势传统与现代相结合，大型机械配套的钻爆法施工与全断面掘进机工厂化施工相结合的新局面。大直径、高水压、较高的地层适应性是发展趋大直径、高水压、较高的地层适应性是发展趋势。势。对比钻爆法/浅埋暗挖法与盾构法/TBM法开挖：钻孔、爆破、通

8、风开挖：钻孔、爆破、通风出出渣渣支护：型钢钢架、钢筋网、连接支护：型钢钢架、钢筋网、连接筋、系统锚杆、喷射混凝土筋、系统锚杆、喷射混凝土防水：防水板防水：防水板+土工布土工布环向盲管环向盲管+纵向盲管纵向盲管+侧沟侧沟中埋式止水带中埋式止水带+背贴式止水带背贴式止水带+遇水膨胀止水条遇水膨胀止水条衬砌：模板衬砌：模板+钢筋钢筋+混凝土混凝土+养养护护某工程的S4型复合式衬砌断面初期支护拱墙衬砌仰拱衬砌仰拱填充隧道路面防排水水沟电缆槽典型新奥法隧道结构附属构筑物：水沟电缆槽、隧道附属构筑物：水沟电缆槽、隧道路面、机电安装与装饰装修路面、机电安装与装饰装修开挖：钻孔、爆破、通风开挖：钻孔、爆破、通

9、风出出渣渣支护：型钢钢架、钢筋网、连接支护：型钢钢架、钢筋网、连接筋、系统锚杆、喷射混凝土筋、系统锚杆、喷射混凝土防水：防水板防水：防水板+土工布土工布环向盲管环向盲管+纵向盲管纵向盲管+侧沟侧沟中埋式止水带中埋式止水带+背贴式止水带背贴式止水带+遇水膨胀止水条遇水膨胀止水条衬砌：模板衬砌：模板+钢筋混凝土钢筋混凝土+养护养护某工程的S4型复合式衬砌断面典型新奥法隧道结构附属构筑物：水沟电缆槽、隧道附属构筑物：水沟电缆槽、隧道路面、机电安装与装饰装修路面、机电安装与装饰装修1)开挖作业线。配置2台三臂液压凿岩台车作为开挖钻孔设备，兼作锚杆钻孔设备。凿岩台车配置工作篮，以进行隧道测量划线炸药装填

10、等作业。2)支护作业线。采用湿喷机械手进行喷射混凝土作业，湿喷机械手的理论喷射能力不小于20m/h。3)装运作业线。配置高性能大容量装载机装砟设备以及大吨位低排放自卸车运砟设备。4)仰拱作业线。配置自行式仰拱栈桥和移动模架、仰拱挖装挖掘机、运砟自卸车和混凝土输送车。5)防水板作业线。采用防水板铺设台车，又能提高防水板铺设速度和铺设质量。6)二次衬砌作业线。配置新型无门架式模板台车、混凝土输送泵、混凝土运输车及混凝土搅拌站。为保持合理施工步距，仰拱及混凝土衬砌作业线一般配置2套设备。以断面面积约130的三车道公路隧道全断面开挖为例。全断面人工开挖需要18-25作业人员，15-20台风动凿岩机成孔

11、，同时大部分要兼做爆破员，进行钻孔、装药、填塞、连线、起爆工作。每循环进尺在3.0-4.0m，作业环境湿热、噪声极大。开挖-人工开挖（人工利用风动凿岩设备开挖）使用两台三臂凿岩台车，减少作业人员数量，减少钻孔循环时间。同时循环开挖进尺也会增加，循环进尺4.0-4.5m，超欠挖控制也相对人工开挖便于管控。开挖-机械开挖（两台三臂凿岩台车开挖）劳动力密集，劳动强度大，作业安全风险高。效率低，安全风险、职业健康问题；回弹量大。降低劳动强度，减少作业人员及循环时间。施工效率高，喷射混凝土质量好，回弹量小。支护-人工对比机械设备开挖钢筋网片生产线钢筋网片生产线钢拱架生产线钢拱架生产线格栅拱架生产线格栅拱

12、架生产线联合冲剪机联合冲剪机小导管生产线小导管生产线等离子切割机等离子切割机支护-构架集中加工11支护-构架集中加工防排水-人工铺设对比防水板铺设台车13防排水-常见的施工缝防水设计14防排水-现场施作效果简易栈桥：存在安全风险，一次施作长度较短8-12m；自行式仰拱栈桥：仰拱及仰拱填充分层浇筑，有效作业区段长。安全性好、效率高。仰拱及仰拱填充-简易栈桥对比自行式仰拱栈桥拱墙衬砌模板台车：有效作业区段较长，分层逐窗进行浇筑，提高整体衬砌混凝土浇筑质量；插入式和附着式振捣器，保证混凝土浇筑质量；拱顶防空洞预警；带模注浆；组合式端模拱墙衬砌-简易栈桥对比自行式仰拱栈桥17人工养护拱墙衬砌-简易栈桥对比自行式仰拱栈桥轨行式雾化设备18监控量测施工监测项目沉降、收敛变形特点现场测点布置图超前地质预报应包括：地层岩性预测预报；地质构造预测预报；不良地质预测预报；地下水预测预报超前地质预报主要手段：地质调查、钻探（超前水平钻、加深炮孔），物探（TSP、地质雷达、红外探水等）地质雷达超前地质预报及无损检测TSP原理图超前水平钻探超前地质预报工作