隧道培训课件.ppt

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1、隧道施工技术管理,前 言,在现在我国的工程建设中，隧道工程的比重逐渐的增大。但是在建设市场更加规范的大形式下，隧道施工的利用率越来越低，如何通过速调施工方法以及相关的技术组织与经济以提高工程的利润，降低施工成本就成为摆在个施工企业面前的问题之一。在现在的隧道施工中有许多由于前期准备不足或场地布置不当对后续的隧道正常施工造成诸多不便及施工成本的增加。例如场地布置中，料场入口距离洞口太近时容易造成隧道内施工产生的泥渣带到料场内，造成料场的表面达不到文明施工的要求；再如前期施,工准备中空压机风量不足，容易造成在开挖等需要风量大时的工序因为空压机提供风量不足，无法正常施工。,目 录,第一部分、前期准备

2、工作第二部分、地质构造第三部分、超前地质预报,第一部分隧道施工前期准备工作,一、施工准备内容,隧道施工的前期准备主要包括施工计划的编制，确定施工方案选择合理、经济的人工及机械，施工所需的主要材料的供应计划等等。隧道施工计划应该按照施工安全、经济、计划工期等要求进行编制，在设计图纸的基础上，充分调查工程内容及相关条件等，用详细而综合的试点来研究这些条件和各工程内容之间的关系，就“施工方法、作业组织、物资器材和设备、施工管理、安全质量管理、环境保护”等方面进行筹划。隧道的工程内容一般包括：准备工程、临,时设备工程、洞口附属工程、开挖工程、弃渣工程、混凝土喷射工程、岩石锚杆工程、钢支撑工程、仰拱工程

3、、衬砌工程、防排水工程、装饰工程和其它附属工程等。与工程内容相关的施工条件有：隧道的工程规模、山地的地形和地质条件、隧道位置当地条件以及其它制约条件。综合考虑及研究工程内容及相关条件之间的关系是编制隧道施工计划的要点。根据设计的隧道断面、隧道长度、规定的工期等，确定出适合隧道围岩条件和当地设计条件的经济而安全的施工方法，由此定出施工进度计划，在考虑实施此计划的要领，以及洞内、外配备的机械、设备，以利确保工程的安全施工。,此外，辨识施工计划的同时，应该安排施工人员，资料、机械设备，办理相关正常施工所需的用电、用地、环境保护等事宜，与相关当地有关部门进行协调。,二、编制施工计划是要注意事项1.根据

4、隧道长度、工期限制、纵坡坡度、围岩条件等对隧道工区进行划分，并考虑周围换进、施工设备、弃渣场地等具体条件，以自然排水为原则，考虑竣工时间一致，从多个比较方案中选择工期短、费用低的有利方案。2.考虑隧道断面、工区长度、工期限制、围岩条件、当地条件等综合考虑研究后选定合理的施工方法。3.选定的施工方案，计算各工程内容所需共天数，通过对关键工序施工速度的调整、施工资源的分配与安排，编排出能满足工期要求、费用低、施工质量有保证的施工进度计划。,4.当隧道要分几个工区时，获证洞口施工有难度的情况下可以采用施工辅助坑道。5.为使施工安全、进展顺利，要基于对围岩条件、当地条件的调查研究的结果，规划出与施工规

5、模、施工方法相适应的洞外设施，以及对施工用地和设备布置。因为隧道施工需要耗费大量的电力，以应该预估处适合施工规模的电力负荷设备、计算出最大好点量，一次与电力部门进行协调送、变电事宜。对隧道施工用水、生活用水，炸药库地质等情况也应提前做出考虑。,6.应基于对当地条件调查的结果，考虑工程规模、施工方法、围岩条件等选择运输距离短，并能够存放大量弃渣的场地。7.隧道施工会产生噪音、振动、地面沉陷、建筑物的变异、地表枯水、污浊排水等对周围环境造成的影响，应基于环境调查的成果在编制施工计划时研究其措施。隧道施工所需的人数数量，要考虑隧道的施工方法、工期要求、工区数量等因素。根据施工进度安排和工程数量，包括

6、洞外各项工程、临时工程和附属辅助作业在内，按照工班组织分期安排劳动组织计划。根据工进度安排和工程数量，包括洞外各项工程、临时工程和附属辅助作业在内，按照工班组织分期安排劳动组织计划。,编制可以反映各工班组人员组成表格。应该特别注意根据施工方法，合理的配置各种工种人员，同时考虑经济性要求。施工机械及设备的配置，其基本原则与人员相同，需要综合考虑施工内容及施工条件，保证施工可以正常、有序进行，要在可供选择的多种机械设备中，考虑各种机械的性能与特性，对应的隧道施工的山体条件、开挖面积及相关的作业内容，选定核实的机械并逐一其相互配套作用。根据施工方法，和进度安排以及供风、供电方案对所需用的机具，按型号

7、、规格计算数量规格计算数量，编制机械和设备计划表，应包括管线路、钢拱架、施工台车等。施工材料的供应，应根据工程数量、施工季度和机械运转计划，计算出分年度、季度供应的主要，,材料数量。隧道施工需要大量的施工、生活用水。所以选择稳定的供水源十分重要。要了解隧道范围内的水库、胡泊、河流等水源，调查水源的地点、水量、水质，进行多种供应方案的比较，从中选择既安全又经济的供水方式。,三、场地布置注意事项,场地布置应该结合当地地形，因地制宜，避免大挖、平整，造成不必要的浪费。场地布置其注意事项有以下几点：1.洞口场地布置应考虑周全，不应遗漏重要项目。一般要综合考虑施工设施、施工便道、弃渣场、各种管线、材料堆

8、放场地、车辆停放场地、生活办公设施等及工程构筑物、重要地物的平面位置。施工设施包括有；空压机房、通风机房、混凝土搅拌站、修理车间、钢筋加工棚、蓄水池、发电房、配电室、变电站等。管线主要有；高压风管、供水管、排水沟、高、低压线路等。,材料存放场地有；水泥库房、外加剂及锚固剂库房、配件及小型机具库、炸药库、雷管库、钢材库房及砂石木材堆放场地。车辆停放场地是指运输车辆、装渣机械、衬砌台车、生活用车等。生活办公设施主要包括；宿舍、食堂、办公室、浴室、会议室。2.合理布置施工设施、施工便道、材料存放场地、车辆停放场地，以利于加快隧道施工进度。尤其是对于长隧道和特长隧道此类工程量大，要求进度快，施工机械程

9、度高的项目，更应该注意布置的合理性，以使得洞内外各项工作协调配合，充分发挥机械效率。一般情况下；空压机房、通风机房、搅拌站、蓄水池等应该尽量靠近洞口附近，大堆材料堆放场地，应该安排在搅拌站附近布置，以,便于运输，其常常与水泥库房一同规划，场地面积应考虑当地材料情况及洪汛期内储备量的堆放，并应结合地形条件布置。3.妥善布置生活房屋、爆破器材库等，以确保施工人员有较好的生活条件和安全保障。隧道施工工期长，劳动强度大、每天工作时间不固定，因此保持施具有良好的体力非常重要。所有，生活房屋与洞口宜保持一定距离，使得工人有安静的休息环境，但不要布置在隧道顶附近，以避免生活用水大量渗入隧道，同时考虑避免火灾

10、、洪水、滑坡等灾害的威胁。炸药库、雷管库应该分别布置，应有一定的安全距离，一般布置在远离施工场地的小山头或背坡上。,4.灵活布置场内便道、车辆停放场地、大量材料堆放场地等，达到节约开辟场地所需花费。山岭隧道的洞口一般受地形条件限制，往往难以一次布置妥当，可以利用弃渣场、洞口路基等逐步发展，使之完善。一般将易于搬迁、变动的场地或前期不急需的场地二次布置，但注意二次布置场地时，不应该对隧道的正常施工造成延误，或与其他工程发生干扰。场内的便道需要多次调整布置后才可完善，进场便道与之衔接点应考虑此种调整变化，通常放在较为开阔的材料堆放场地。进场便其纵坡的设计，以保证材料进场安全、顺畅。如果弃渣场地、进

11、场便道等处于不良地质段，要注意不得因弃渣、加载引起滑坡等灾害。,5.洞口场地布置图的详细程度，应该根据工程规模大小确定。长隧道和特长隧道工程量大，施工设施多，机械化程度高，为合理布置，应该做出场地的总布置图。,第二部分地质构造,一、地质构造的定义,所谓地质构造是指组成地壳的岩层和岩体在内、外动力地质作用下发生的变形变位，从而形成诸如褶皱、节理、断层、劈理以及其他各种面状和线状构造等组成地壳的岩层和岩体，在内外地质作用下(多为构造运动)，发生变形和变位后，形成的几何体，或残留下的形迹。构造运动是一种机械运动，涉及的范围包括地壳及上地幔上部即岩石圈，可分为水平运动和垂直运动，水平方向的构造运动使岩

12、块相互分离裂开或是相向聚汇，发生挤压、弯曲或剪切、错开；垂直方向的构造运动则使相邻块体作差异性上升或下降。,二、地质作用的概念和分类1.地质作用概念：把在地质历史的发展过程中，由于自然动力所引起的地壳组成物质、构造和地表形态不断变化的作用，称为地质作用。2.地质作用的分类 内力地质作用：1.地壳运动 2.地震作用 3.岩浆作用 4.变质作用。外力地质作用：作用在地壳表层、主要由地球以外的能太阳辐射能、日月引力能所引起的地质作用，称为外动力,三、地质构造的分类：,地质构造有四种类型：水平岩层、倾斜岩层、褶皱和断裂。,1.水平构造,原始沉积物，特别是海洋中的沉积物多是水平或接近水平的层状沉积物，按

13、沉积顺序先沉积的在下面，后沉积的覆盖在上面，这些一层层迭置起来的沉积物，经过固结成岩作用形成坚硬的层状岩石，称为岩层。原始岩层一般是水平的。,2.倾斜岩层,当地壳运动不仅使岩层形成时的位置发生变化，而且改变岩层的水平状态，使岩层层面和水平面间具有一定的夹角时称为倾斜构造，如图5-2。,3.褶皱构造,（1）褶曲的概念 地壳运动不仅使岩层升降和倾斜，而且还可以使岩层被挤成各式各样的弯曲。岩层被挤压形成的一个弯曲叫褶曲。自然界中孤立存在的单个弯曲很少见，大多是一系列波状的而且保持岩层连续性和完整性的弯曲，这一系列的波状弯曲叫褶曲构造（褶皱）。,基本形态:背斜和向斜，下图。,（2）褶曲要素 1核部。褶

14、曲中心部分的岩层。2翼。指褶曲核部两侧对称出露的地层。3轴面。通过核部大致平分褶曲两翼的一个假想的面。4轴线(轴)。轴面与水平面的交线。5枢纽。指褶曲岩层的层面与轴面的交线。6脊线和槽线。背斜弯曲的最高点叫顶，在同一层面上顶的联线叫脊线；向斜弯曲的最低点叫槽，同一层面上槽的联线为槽线。,4.断裂构造,断裂构造：当岩体受到的构造应力超过它的强度时，岩体的完整性和连续性遭到破坏，产生断裂变形。根据岩体断裂后两侧岩块相对位移的情况，分为裂隙和断层两类。（一）裂隙 裂隙也称为节理，是存在于岩体中的裂缝。是岩体受力断裂后断裂面两侧岩块沿着断裂面没有或没有发生明显位移的断裂。它切割岩体，破坏岩体的完整性和

15、连续性，是影响工程建筑物稳定的重要因素。,例如新滩坝隧道通过紫红色砂岩、页岩夹灰岩的水平岩层，岩体中发育两组平行与隧道轴向的节理，延伸远，贯通性好，将拱顶水平岩层切割成倒楔形，引起岩块坍落高达6米多，如图5-15。岩块及易沿裂隙面发生滑动、坍落，引起建筑物失稳，因此在工程中要注意裂隙的影响。,图5-15，裂隙引起塌方,根据裂隙的成因，把裂隙分为构造裂隙和非构造裂隙两类。（1）构造裂隙 是由地壳构造运动造成的。其特征是分布广泛，延伸较长较深，可切穿不同的岩层，往往成组出现。张性裂隙（张节理）岩层承受的拉应力超过岩石的抗拉强度所形成的。裂隙面垂直拉应力方向。其特点是：裂隙面多张开，延伸不深不远，裂

16、隙面粗糙不平，表面无擦痕，分布不均匀，常被后期岩脉充填。如发生在砾岩中常绕过砾石裂开，如图5-16。褶曲轴部和倾伏端等拉应力集中处张性裂隙密集。,剪（扭）性裂隙：剪应力超过了岩石的强度所形成的。一般产生在与作用力大体成45方向上，形成两组近似互相垂直的节理面，这种节理面在野外常同时出现，交叉成“”型，将岩体切割成菱形块体如图5-17。,劈理 指那些形态细微，分布密集相互平行 排列的构 图5-16 砾岩中的张节理和剪节理造裂隙，其间距一般几毫米至几厘米，可将岩石切割成薄板状或薄片状多数劈理面与岩层层面不一致，很容易和岩层中的片理面和层理面相混淆。劈理面常出现在褶曲的两翼或大断层的两侧处，在塑性岩

17、层中较突出。,（2）非构造裂隙 指岩石在形成过程中产生的原生裂隙，后期的风化裂隙，以及沿沟壁岸坡形成的卸荷裂隙等。具有普遍意义的是风化裂隙。风化裂隙主要发育在岩体靠近地面的部分可达地面下10米到15米左右的深度。这种裂隙的特点是分布零乱、没有规律性，岩石多成碎块，沿裂隙面岩石的结构矿物成分均有明显变化。,裂隙发育程度分级,（二）断层 岩体受力断裂后，两侧岩块沿断裂面发生了显著的相对位移的构造形态，称为断层。断层往往由裂隙进一步发展而成。岩层中断层很常见，规模大小不一，小的几米，大的上千公里，相对位移由几厘米到几十公里不等。对工程的影响程度也不同，一些仍在活动的所谓活断层常与地震有关。,（1）断

18、层要素 为了阐明断层的空间位置和断层面两侧岩块的相对运动关系，给与断层各部分以各种名称，称为断层要素。断层面 岩层断裂并发生明显相对位移的断裂面，称为断层面。断层线 断层面与地面的交线称为断层线，就是断层面在地面的出露界线。断盘 断层面两侧相对位移的岩块称为断盘。,断距 断层两盘沿断层面相对位移的距离，如图5-18、5-19所示.（2）断层的基本类型 断层分类方法很多，常见的是根据断层两盘相对位移的情况，分为正断层、逆断层和平移断层三种，如图5-20。,(1)正断层 断层上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。正断层主要是受到地壳水平拉张应力及重力作用所形成。根据连续正断层的组合方式不同，可

19、形成阶梯状断层、地堑、地垒等三个类型，如图5-21。,(2)逆断层 断层上盘沿断层面相对上升而下盘相对下降的断层，逆断层一般是岩层受地壳水平应力的挤压作用形成的，断层的两盘多呈闭和状态，故断层的性质属于压性的。根据断层面的倾角的大小逆断层又可以分为冲断层、逆掩断层、辗压断层等，如图5-22。(3)平移断层 两盘只作水平方向相对移动的断层。这种断层主要是水平剪切作用造成的，断层面倾角很大，常近似于直立，断层面上常有近水平方向的擦痕。,第三部分超前地质预报,一、超前地质预报概述,超前地质预报:是地质勘察工作在施工阶段的延续，是在复杂地质情况工程安全事故多发条件下，为满足施工安全的需要而新兴的一门学

20、科，是工程地质学的一部分，是覆盖物理探测、地质、钻探、试验等专业的一个综合学科。施工地质超前预报:就是利用一定的技术和手段收集隧道所在岩体的有关资料，并运用相应的地质理论和灾害发生规律对这些资料进行分析、研究，从而对施工掌子面前方岩体情况及成灾可能性做出预报。,实例：日本东海道干线旧丹拿隧道（长7.84km）1981年开工后曾遇到高压涌突水，致使该隧道建设工期达16年之久；日本的万之濑川引水隧道（8.2km），在施工中出现严重涌突水，致使5次改变施工方案，延误工期近2年；而国内的一些煤矿瓦斯爆炸、隧道塌方事故也多见报道，例如宜万铁路的马鹿箐隧道、野三关隧道岩溶突水事故等。这些工程事故给工程本身

21、和周围环境造成极大的危害。地下工程施工的技术发展，要求产生新技术解决这一地质问题。超前地质预报技术应运而生。,二、超前地质预报的作用,复杂地区修建长大隧道，由于不良地质发育的不确定性，在施工中进行超前地质预测预报工作，既是保证施工安全的需要，也是保证工期、节约工程造价的需要。（1）作为一项安全施工措施，可以降低地质灾害发生的机率，确保隧道施工安全。由于进行预报，可进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，能够提前了解开挖面前方围岩的地质情况，并在施工中有针对性地采取预防措施，因此，能够有效地控制突泥、涌水、涌砂、坍方等地质灾害的发生，从而避免或减少由此造成人员及设备的

22、损伤等。,（2）进行超前地质预报能够作为动态设计基础资料的获取手段，保证设计的质量。通过地质预报，可以获得开挖面前方存在的特殊地质现象，以及岩层的物性和力学参数，为设计支护参数的合理变更提供必要的依据。（3）确保质量，控制投资。有了地质预报，能够及时了解隧道围岩存在的地质情况，提前对软弱岩层进行预加固，合理变更施工参数，确保隧道连续挖进，赢得施工时间。（4）为编制竣工文件提供地质依据。,三、超前地质预报方法,目前国内外超前地质预报手段分为：常规地质法、超前导坑预报法、超前钻探预报法、物探方法四种。1）常规地质法：包括地质素描法、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析法、地质作图法、数码成像、技

23、术位移向量分析法等；2）超前导坑预报法：包括平行导坑法、正洞导坑法；3）超前钻探预报法：包括深孔水平钻探、58m加深炮孔探测及孔内摄影；,4）物探方法：包括地震波反射法、声波反射法、地质雷达、红外探测、跨孔CT、高分辨率电法、声监测法、电测法、核磁共震法、陆地声纳法、TRT真地震反射成像技术、水平声波剖面法(HSP)、TST超前预报技术、地震负视速度法、TGP12超前预报技术等。,TSP202预报设备,TSP203+超前地质预报仪操作,地质雷达探测,超前水平钻探场景,隧道量测水压,红外探测,隧道量测裂隙产状,四、各种常用预报方法的有效距离,（1）参考客运专线铁路隧道工程施工标准 地质素描：每循

24、环开挖进尺。超前水平钻：每30m50m进行一次，最深不超过90m，孔径（终孔）不得小于90mm；煤层超前探测钻孔孔径不得小于76mm，每个探孔应穿透煤层进入顶（底）板不小于0.5m。TSP预报距离：A级地段100m，B、C级地段150m。HSP（单点反射）：有效探测距离50m。地质雷达探测：在完整灰岩地段应达到30m，在岩溶发育,地段根据雷达波形判定。红外探水：灰岩地段每20m进行一次。（2）参考铁路隧道超前地质预报技术指南地质素描：每循环开挖进尺。超前水平钻：在需连续钻探时，一般每循环3050m，必要时也可钻100m以上的深孔，但随着钻孔深度的增加，钻具下垂加大，孔位易偏离设计值。地震波反射

25、法预报距离：1）在软弱破碎地层或岩溶发育区每次预报距离一般应为100120m（100m左右），不宜超过150m；,2）在岩体完整的硬质岩地层每次可预报120180m，但不宜超过200m。水平声波剖面法和陆地声纳法预报距离：1）在软弱破碎地层或岩溶发育区每次预报距离一般应为2050m，不宜超过70m；2）在岩体完整的硬质岩地层每次可预报5070m，但不宜超过100m。负视速度法预报距离：1）在软弱破碎地层或岩溶发育区每次预报距离一般应为3050m，不宜超过70m；2）在岩体完整的硬质岩地层每次可预报5080m，但不宜超过100m。,五、各种预报方法在各类隧道地质条件下的选择,隧道超前地质预报方法

26、的选择，既有人员的技术条件、仪器设备的保有量、现场的施做条件因素，也有隧道的地质条件复杂程度、设备对隧道地质条件的适合与否。其中目前在现场方案制定中方法选择的依据主要有地质条件复杂程度与在隧道地质条件下适用那种方法两个因素。隧道地质预报分级 在现有隧道超前地质预报技术指南中，地质条件复杂程度直接影响预报分级，而分级的类别直接决定方法的种类选择。,地质预测预报坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探相结合、地质方法与物探方法相结合、多种物探方法相结合、地球物理方法与超前水平钻探相结合，辅助导坑与主洞探测相结合，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿于施工全过程。地质预测预报工作的方法、手段和内容应根

27、据勘测设计预测的地质灾害分级确定。根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级，详细影响因素见下表。,方法选择,A级预报：采用地质素描、隧道地震超前预报仪（TSP）、单点声波反射仪（HSP）、地质雷达、红外探水、超前水平钻探等手段综合预测。首先以长距离TSP和一种或几种短距离物探方法相结合进行预测，同时进行多孔超前钻探探查。局部复杂地段，开展多种短距离物探探测等多种方法综合预测。B级预报:采用地质素描、TSP，辅以红外探水、地质雷达，进行必要的单孔超前水平钻。当发现局部地段较复杂时，则按A级要求实施。C级预报：以地质素描为主。对重要的地质（层）界面、,断层或物探异常可采用TSP进行探明，必要时红外探水和单孔超前钻探。D 级预报：采用地质素描。,谢谢大家！,