大断面隧道施工技术.ppt

★隧道施工的基本原则和理念★大断面隧道施工技术★隧道施工案例★日本隧道施工技术★隧道施工的基本原则和理念★大断面隧道施工技术★隧道施工案例★日本隧道施工技术（一）隧道设计施工的两大理论及其发展过程一种理论是二十世纪20年代提出的传统的“松弛荷载理论”。其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。这是一种传统的理论，其代表人物有泰沙基和普氏等人。它类似于地面工程考虑问题的思想，至今仍被广泛的应用着。另一种理论是二十世纪50年代提出的现代支护理论，或称“岩承理论”。其核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。这种理论体系的代表性人物有拉布西维兹、米勒-菲切尔、芬纳-塔罗勃和卡斯特奈等人。这是一种比较现代的理论，它已经脱离了地面工程考虑问题的思路，而更接近于地下工程实际，半个世纪以来已被广泛接受和推广应用，并且表现出了广阔的发展前景。由以上可以看出，前一种理论更注意结果和对结果的处理；而后一种理论则更注意过程和对过程的控制，即对围岩自承能力的充分利用。由于有此区别，因而两种理论体系在过程和方法上各自表现出不同的特点。收敛-约束法是岩承理论在隧道工程实践中的代表方法。（二）用一个弹簧来理解收敛-约束法的力学原理2.隧道开挖后力学状态3．由力学平衡方程可知，弹簧在P0作用时处于平衡状态；弹簧在发生变形u后，在PE的作用下又处于平衡状态，假设弹簧的弹性系数为K，则有：4.对公式P0=PE+Ku的讨论（1）当u=0时，P0=PE即不允许围岩变形，采用刚性支护，不经济；（2）当u↑时，PE↓；当u↓时，PE↑即围岩发生变形，可释放一定的荷载（卸荷作用），所以要允许围岩产生一定的变形，以充分发挥围岩的自承能力。是一种经济的支护措施，围岩的自稳能力P=P0-PE=Ku；（3）当u=umax时，发生塌方，产生松驰荷载，不安全。5．要点（1）围岩是受洞室开挖影响的那一部分岩（土）体，围岩是三位一体的即：产生荷载、承载结构、建筑材料。（2）隧道是修筑在应力岩体中的，具有特殊的建筑环境，不能等同于地面建筑。（3）隧道结构体系=围岩+支护体系。6．隧道设计施工的基本原则（要点）（1）岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用控制爆破（光面爆破、预裂爆破）或机械掘进。（2）应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等6．隧道设计施工的基本原则（要点）（3）通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测，合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理。即实施施工监控量测。（4）为了防止隧道渗漏水，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，可采用复合式衬砌（初期支护＋防水层＋二次衬砌）。（5）为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中。二、隧道施工的基本理念所谓重视环境：一层含义是指内部环境，即施工作业环境；一层是对外部环境，即对周边环境的影响。重视环境是时代的要求，许多环境技术都是因时代的变迁而得到发展，许多基准都是因环境的要求而制定。所谓动态施工：是指隧道施工过程中地质条件是不断变化的，力学动态是不断变化的，因而采用的各种施工方法和技术也应该是不断变化的，来适应这种不断变化的过程。因此，隧道施工的各种决策都要在施工阶段的地质技术、施工阶段的量测技术和施工阶段的质量控制技术的基础上进行管理。隧道施工技术大断面隧道施工技术隧道施工：开挖和支护大断面隧道施工技术机械化施工（一）概述软弱围岩的自支护能力比较弱，甚至没有自支护能力。因此，在软弱围岩中施工最重要的是：如何提高围岩的自支护能力，来保证开挖及后续作业的进行。根据国内外的经验，基本方法是控制围岩的松弛、流失。原则是：稳定掌子面、及时闭合和加固地层。具体方法：1）稳定掌子面的方法：正面喷混凝土和锚杆；超前支护；留核心土。2）及时闭合的方法：临时仰拱或底部横撑；加强基脚；向底部地层注浆加固；底部锚杆；改变施工方法。3）加固地层：注浆加固；超前支护；地表面加固。（二）掌子面自稳性评价掌子面崩塌现象:（1）在断层中，根据断层破碎程度可能产生小的崩塌，也可能出现很大规模的崩塌，可能出现一次，也可能出现多次。（2）在互层围岩