1、公路隧道工程发展趋势和施工新方法,一、公路隧道工程发展趋势和 施工新方法,1、公路隧道工程发展趋势 1）我国隧道工程发展状况 目前，中国大陆已经开通运行轨道交通通车线路总计30多条，通车里程775.6km。根据规划，至2015年规划线路长度是2400km，投资规模近7000亿元。 “十一五”期间，我国铁路、公路等领域合计约有总长3000km的隧道工程需要修建，隧道长度大于10km的约占10%左右。距规划，中国在21世纪前20年要建设6000km隧道，10年内建设155km长的城市公路隧道，其中许多是长、大和深埋隧道。 中国是目前世界上地下空间开发利用的大国，已成为世界上隧道最多的国家，建设发展
2、最快的国家,2) 公路隧道类型：按长度分为短隧道（全长500 m及以下）、中隧道（500 m以上至3000 m）、长隧道（300010000 m）和特长隧道（10000 m以上）四种；按位置分为傍山隧道、越岭隧道、水底隧道和地下隧道；按衬砌结构分为直墙式衬砌、曲墙式衬砌、曲边墙加仰拱衬砌等：按隧道等级、隧道跨度、横断面布置形式分类如下：,公路隧道等级分类,单向行车双洞隧道,公路隧道跨度分类,公路隧道横断面布置型式分类,连拱隧道,分岔隧道,小净距隧道,3）近些年来发展起来的新型公路隧道修筑技术：围岩动态量测反馈分析技术 ；组合式通风技术 ；运营交通简易监控技术 ；新型防水、排水、堵水技术 ；围岩
3、稳定技术 ；支护及衬砌结构技术 。,2、 公路隧道施工新方法 1） 公路隧道盾构新技术,我国盾构技术的发展历程：1995年，只有上海、广州约十台盾构；2000年，北京、上海、广州和深圳约二十台盾构，当时展望盾构技术会在21世纪有爆发式发展；2010年，中国不仅有近300余台盾构，而且在长、大、深、难等方面取得突破。,长：跨江河湖海隧道掘进距离超长,超长隧道盾构机刀具配置,1）刀头的排列行数：在刀盘面板的同一轨迹上，通过增加刀头的排列行数来增加刀头数量，以减少每一刀头的磨损。 2）采用超硬重型刀头：连同安装刀头用的架座一起大型化，加大安装在刀头前端超硬重型刀头的重量，以达到增大刀头的耐磨性。 3
4、）采用双刀头：为了用刀头基材磨损来防止超硬刀头脱落，在刀头基材中埋入超硬刀头。 4）刀头背面防护：在超硬刀头背面施行充分的硬化堆焊，防止基材的磨损。,刀具磨损测量系统,水下隧道9.5公里,中间的人工岛,东京湾14.14m盾构川崎的盾构机,东京湾盾构隧道海底对接,大：公路隧道要求超大断面,大直径公路盾构隧道长江崇明岛隧道,世界最大的泥水盾构， 15.3m直径盾构机,长江隧道贯通,大直径公路盾构隧道M30项目,法国和西班牙采用盾构施工环城公路 马德里M30环线工程示意图，计划展开隧道掘进（26km），力求缓解马德里M30环路的拥挤情况,武汉长江隧道盾构机直径11.38m,南京长江隧道盾构直径14.
5、93m,深：跨海、跨河、上下穿越隧道，地下空间开发向深层发展,超深遂道国内穿越大江大河盾构案例,地质复杂：随着掘进距离增加，各种复杂的地质情况不断挑战盾构工法,广州地铁二、三、五、九号线穿越石灰岩溶洞地层,广深港铁路狮子洋隧道穿越上软下硬地层,盾构刀具损坏的“骨排效应”，面板和刀具都发生磨损,硅质地层中盾构刀具的磨损,2）水下公路隧道施工沉管法 沉管法：就是在水底预先挖好沟槽，把在陆地上特殊场地预制的适当长度的管段浮运到沉放现场，顺序地沉放到沟槽中并进行连接，然后回填覆盖成的隧道。,沉管隧道,发展史 根据国际隧道协会沉管与悬浮式隧道的统计资料，世界各国已建、在建或拟建的沉管隧道共有93条，就管
6、段制作而言，混凝土隧道59条，钢壳隧道34条；从使用功能上来看，公路隧道61条，铁路隧道26条（包括地铁隧道），公路、铁路两用隧道4条，人行隧道2条；就管段横截面形状来说，矩形截面隧道73条，圆形（含花篮形、八角形、马蹄形、椭圆形）截面隧道20条；从规模上看，早期的沉管多为双车道或四车道，从60年代中期，陆续建成一些六车道隧道，到目前世界已建的68车道共有19条。,在我国，香港和台湾借助国内外先进技术共建成四条沉管隧道，中国大陆第一条沉管道路隧道广州珠江隧道于1993年底通车，已建成宁波甬江隧道。我国目前的沉管隧道设计及施工技术还处在积累经验阶段，但我国经济的迅猛发展为其进一步发展创造了良好的
7、条件。如上海外环线吴淞口越江隧道确定采用沉管法隧道。由于多车道沉管隧道明显节约投资，因此沉管隧道在我国具有广阔的前景。,方法实质 先在干坞中或船台上预制大型砼箱形构件，或是砼和钢的组合箱形构件，每个构件长60140m，并于两端用临时隔墙封闭，用拖轮拖至预沉位置，定位后，将这些构件沉放在河床上预先浚挖好的沟槽中并联接起来，回填砂石，拆除隔墙形成隧道。,干坞,管段预制,防锚层施工,沉管隧道内部,3）公路隧道施工的人工冻结法 地下隧道之间的连接通道冻结法施工是利用人工制冷技术,使地层中的水变冰，把天然土变成冻土，增加其强度和稳定性,隔绝地下水与地下结构的联系，以便在冻结壁的保护下进行联络通道施工的一
8、种特殊施工方法。,制冷技术是用氟里昂作制冷剂的三大循环系统完成的。三大循环系统分别为氟里昂循环系统、盐水循环系统和冷却水循环系统。制冷三大循环系统构成热泵，将地热通过冻结孔由低温盐水传给氟里昂循环系统，再由氟里昂循环系统传给冷却水循环系统，最后由冷却水循环系统排入大气。,随着低温盐水在地层中的不断流动，地层中的水逐渐结冰，形成以冻结管为中心的冻土圆柱，冻土圆柱不断扩展，最后相邻的冻结圆柱连为一体并形成具有一定厚度和强度的冻土墙或冻土帷幕。水平冻结加固原理如图所示，下图 为冻结管安装实例图。,冻结管安装,在实际施工中，通过水平钻进冻结孔，设置冷冻管，并利用盐水为热传导媒介进行冻结。一般是在工地现
9、场内设置冻结设备，冷却不冻液(一般为盐水)至-22-32。其主要特点有： 可有效隔绝地下水，对于含水量10%的含水、松散、不稳定地层均可采用冻结法施工。,冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件、地质条件灵活布置和调整,冻土强度可达410，能有效提高工效。 冻结法施工对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪声小。 影响冻土强度的因素多，主要有冻结温度、土体含水率、土的颗粒组成、荷载作用时间和冻结速度等。,二、公路隧道常见问题,1、公路隧道洞门结构 公路隧道洞门结构公路隧道洞门结构,翼墙式洞门,削竹式洞门,台阶式洞门,遮光棚式洞门,洞门的主要形式有端墙式洞门、翼墙式洞门、环框式洞门、台阶式洞门、遮光棚式
10、洞门等。洞门作为隧道的标志性建筑物，应与隧道的规模、使用特性以及周围建筑物、地形条件等要相协调 。,2、公路隧道掘进工法 1）全断面法 2）台阶法 3）分部开挖法 4）其他工法,全断面法施工示意图（单位：m）,全断面法施工现场,双侧壁导坑法施工现场,CRD法施工示意图,CRD法施工现场,3、超欠挖及其处理 规范规定：隧道超挖部分必须喷混凝土回填密实。,超欠挖示意图,超欠挖现场图片,超挖,欠挖,某花岗岩地层隧道拱顶空洞未回填、掉块现象,隧道超挖后背后回填片石,隧道超挖后背后填石棉瓦,隧道超挖后背后填硬纸板,4、钢支撑安装,钢架基脚正确的做法,钢架基脚悬空、垫碎石等不正确做法,左图为钢架基脚的正确
11、做法。 下图所示钢架基脚有部分悬空现象，有的基脚下面垫碎石，纵向一次开挖支护长度过大（图中所示近7m）。并且现场施工场地布置凌乱。 拱脚部位应填实，开挖后尽快施作钢架，并尽快喷射混凝土。,钢拱架安装偏移、倾斜或弯曲，不符合要求,工字钢错误连接，应该采用螺栓连接,正确做法：用螺栓连接,5、喷射混凝土检查,喷射混凝土质量不好，出现“排骨”状。,喷射混凝土现场,1）、影响喷射混凝土强度因素：原材料质量，施工作业质量。2）、 影响喷射混凝土厚度因素：爆破效果；回弹率；施工管理；喷射参数。,6、锚杆质量检验,锚杆质量检测主要内容： 锚杆加工质量检测； 锚杆安装尺寸检测； 锚杆拉拔力检测 ； 砂浆锚杆注满
12、度检测。,隧道现场的锚杆,公路隧道常用锚杆,以下为现场施工中的问题锚杆，如长度不够、锚固深度不够、不注浆、垫板不加螺母等。,锚杆中没有注入过水泥浆的痕迹,中空注浆锚杆外露端过长、锚固深度不够,中空注浆锚杆垫板未加螺母，毫无作用,7、二衬及其与掌子面距离要求 二次衬砌（二衬）是指为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。,目前国内隧道除非围岩特别好，大都采用复合式衬砌。,二衬及其施作,关于隧道施工中二次衬砌到掌子面距离的控制，各地的隧道施工没有统一的要求。,根据经验，一般情况下要求二次衬砌的施作应满足三个条件： (1) 各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定
13、； (2) 已产生的各项位移已达预计总位移量的80%90%； (3) 周边位移速率小于0.10.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.070.15 mm/d。,隧道掌子面与二次衬砌之间的距离，过短则形成工序间相互的施工干扰，影响进度；过长则造成安全隐患。所以这个距离的确定既考虑了隧道施工中各工序平行流水作业所需的工作场地、安全距离，又为开挖后的围岩提供了变形收敛直至稳定的充足时间。体现了二次衬砌作为安全储备的作用，这正是隧道采用新奥法原理设计、施工的精髓所在。一般情况下为使隧道及早形成受力较好的环形封闭，应及时紧跟二次衬砌，二次衬砌与掌子面的距离不宜超过设计值。对不良地质段中间可以采用灵活的跳跃式
14、衬砌，使衬砌台车尽量靠近掌子面，再返折回衬砌跳空段。公路工程施工安全技术规程规定全断面开挖支护要求台车距开挖面的距离不得小于260米。一般情况下二衬距掌子面距离V级围岩控制在100m以内，IV级围岩控制在150米以内，III级围岩控制在300m以内。对于软弱围岩，特别是洞口段，可以采用二衬紧跟的方法。,8、洞内临时排水要求,一般公路隧道防排水工程施工质量应符合下列要求： (1)拱部、边墙不滴水。 (2)路面不冒水、不积水，设备箱洞处不渗水。 (3)洞内排水系统不淤积、不堵塞，确保排水通畅。 (4)严寒地区隧道衬砌背后不积水，路面、排水沟不冻结。,洞内积水严重，临时排水措施不到位,9、隧道监控量
15、测要求,隧道现场施工监控量测必须满足下列要求：（1）尽快埋设测点。隧道开挖过程中，围岩应力场、位移场的变化在测点前后两倍洞径范围内最大，因此要求测点埋设紧靠开挖工作面，且要尽快埋设。第一次测设宜在埋设测点后立即进行。（2）进行一次量测的时间宜尽量短。（3）传感元件要有较好的防震、防冲击波的能力，且能长期有效。（4）测设的数据要求直观、正确、可靠。隧道开挖、支护作业是连续循环进行的，信息反馈必须及时、全面，否则会影响到施工，或因漏掉重要信息而造成严重后果。（5）测试仪器要有足够的精度。,周边位移量测,两层支护间压力量测及钢弦式压力盒,10、防水板焊接铺设,防水板及其铺设,防水板及其铺设,防水板铺
16、设示意图,11、仰拱封闭问题,仰拱设计图,仰拱施作现场,仰拱一般是指隧道二次衬砌下半部分结构或隧道底部分，一般由钢筋混凝土结构组成。,仰拱的作用主要是： 使二次衬砌封闭成环； 增加隧道整体性； 防水； 增加结构稳定性。,仰拱是考虑隧道结构形成一个封闭系统，使结构具有良好的受力基础，主要是在隧道下台阶开挖后及时施作仰拱封闭初期支护。设置仰拱是为了形成抗荷环，约束洞周位移的扩展，提高衬砌结构的安全性。仰拱应结合拱墙施工尽快完成。设计上多在软岩及膨胀性围岩地段设仰拱，如不及时灌注仰拱形成封闭结构，必然引起拱墙下沉和破坏。所以仰拱应在下台阶开挖后，施工好边墙初期支护，在不干扰施工的情况下，尽快施作仰拱使初期支护封闭成环。一般情况下仰拱与底板开挖距离不超过10m；V级围岩地段仰拱落后下台阶不超过20m；IV级围岩地段仰拱落后下台阶不超过50m；III级围岩地段仰拱落后下台阶不超过80m。,谢谢！Thank You!,
