隧道工程隧道支护结构第3章.pptx

1、第第3 3章章 隧道支护结构的隧道支护结构的 形式与构造形式与构造第1节 隧道支护的作用概念 岩体 围岩 支护 衬砌作用:加固围岩封闭围岩第2节 明挖隧道的支护形式与构造 概念明挖法（open cut method）指的是先将隧道部位的岩(土)体全 部挖除，然后修建洞身、洞门，再进行回填的施工方法。适用范围 浅埋段 基坑开挖法、盖挖法。基坑开挖法 施工工序施工工序明挖法关键工序是：降低地下水位边坡支护土方开挖隧 道结构施工及防水工程管线及回填覆土等。关关键键技技术术其中边坡支护是确保施工安全的关键技术。基坑开挖法 边坡支护放坡开挖技术型钢支护土钉墙支护混凝土灌注桩支护地连墙支护锚杆(索)支护技

2、术混凝土和钢结构支撑支护技术基坑开挖法 基本类型先墙后拱法：适用于地形有利、地质条件较好的各种浅埋隧道和地下工程。先开挖基坑或堑壕,再以先边墙后拱圈（或顶板）的顺序施做衬砌和敷设防 水层，最后进行洞顶回填。先拱后墙法：适用于破碎岩层和土层。从地面先开挖起拱线以上部分。按地 质条件可开挖成敞开式基坑，或支撑的直壁式基坑，接着修筑顶拱，然后在 顶拱掩护下挖中槽，分段交错开挖修筑边墙。拱墙交替法：它适用于不能单独采用先墙后拱法或先拱后墙法的特殊情况。其施工步骤是：先开挖外侧边墙部位土石方，修筑外侧边墙；开挖部分堑壕 至起拱线，修筑顶拱；分段交错开挖余下的堑壕，筑内侧边墙。基坑开挖法 优点施工作业面大

3、，各项施工工序可以全线展开，因此施工速度较快，工期 较短，适应性强，可以使用高效的挖图机械和车辆，也可采用简易的施工设 备，操作技术简单，工程质量容易控制。缺点土方工程量大，对地面干扰大，涉及到地下管线，降水和地层加固费用 较高。盖挖法 概念盖挖法是先用连 续墙、钻孔桩等形式做 围护结构和中间桩，然 后做钢筋混凝土盖板，在盖板、围护墙、中间 桩架保护下进行土方开 挖和隧道结构施工。三 盖挖法 隧道盖挖法施工步骤：三 盖挖法 逆作盖挖法在挡墙施工完毕后，对挡墙作必要的支撑，在进 行开挖至设计标高，并开始浇筑隧道结构的底板，接 着依次由下而上，一边浇筑隧道结构体，一边拆除临 时支撑。其支撑为钢管、

4、型钢、钢筋混凝土等。顺作盖挖法顺作法是由上而下进行施工，其支撑结构可以是 结构本身。盖挖法 优点开挖对临近建筑物影响较小；短时间内封闭地面，盖板建好后，后续的 开挖作业不受地面条件的限制；受气候影响较小。缺点盖板上不允许留下过多的竖井，土方运输需要采用水平运输；工期较长，作业空间较小；和基坑开挖法相比费用较高。明挖隧道构造 矩形框架 槽形开口框架 单跨矩形框架 双跨通道框架第3节 矿山法隧道支护形式与构造开挖开挖人工 机械 爆破二次衬砌二次衬砌钢 筋 混凝土防水防水防水板止水带注 浆初期支护初期支护锚杆格栅喷砼开始完成超前锚杆用普通钢筋制作施工方便、成本低刚度小，不推荐使用角度约15目的地层自

5、稳性较差采用开挖过程对围岩保护初支完成后失去作用大管棚刚度很大，适用于埋深浅、地 表沉 降控制严的地段，如过街通道等用大钢管制作，一般108 127施工要求高、成本高可实施对围岩注浆角度：一般与隧道轴线平行超前支超前支护护用小钢管制作，一般42施工方便、成本适中可实施对围岩注浆刚度较大，推荐使用角度约15初次支护（柔性支护）超前小导管超前支护砂浆锚杆用普通钢筋制作施工方便、成本低 最常见锚杆作用悬挂围岩改善围岩c、,提高自稳性固定格栅、钢筋网锁定拱脚中空锚杆围岩破碎，成孔困难时采用可通过空心通道对围岩注浆成本较高较少采用系系统锚统锚杆杆预应力锚杆（索）一般用于高地应力隧道恢复部分应力场约束围岩

6、变形极少采用，地铁无类似情况系统锚杆架设后立即能承载加工容易，但需要较大设备安装及构件连接，比较简 洁、方便喷射混凝土完全包裹在格栅 内，整体性好制安容易，不需要较大设备柔性好，能适应围岩变形背后的喷射混凝土不易 填密实，留有空隙重量大，架设安装困难与变形不协调，混凝土 易开裂架设后不能立即承载，必 须与喷射混凝土结合刚度较小，不能有效控制 围岩变形钢钢筋格筋格栅栅型型钢钢格格栅栅优优点点缺点缺点格栅湿拌合料（水泥+砂+碎石+水）可采用机械臂式喷砼机，提高功率造价稍高作业环境稍好干拌合料（水泥+砂+碎石+速凝剂），喷头处加水设备简单，轻巧灵活 造价低作业环境差喷射混凝土拌合料中添加钢纤维、提高

7、喷混凝土强度和抗折弯能力 造价高加纤维喷射砼喷射混凝土湿喷射砼干喷射砼钢筋混凝土素混凝土二次衬砌（刚性衬砌）IV V VI 级围岩I II III级围岩复合式支复合式支护结护结构构高地应力隧道，围岩变形大先柔后刚，适用于塑性流变地层第4节 盾构法隧道支护形式和构造 盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机 械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧 道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过 出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝 土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。盾构法主要施工工序 建造盾构工作井 盾构掘进机安装就位 出洞

8、口土体加固 初推段掘进施工 掘进机设备转换 盾构掘进连续施工 接收井洞口土体加固 盾构进入接收井，运出地面盾构隧道衬砌的形式和构造 盾构隧道 的断面形 状按衬砌结构形式分类：管片接缝通过螺栓连接：砌块之间无连接拼装：按材料分类：钢筋混凝土管片 铸铁管片钢管片复合管片盾构衬砌的形式与构造衬砌的分类盾构衬砌的形式与构造按衬砌形成方式分类：装配式衬砌衬砌的分类挤压式混凝土衬砌 环宽：一般在3002000mm之间，常用 的是750900mm。分块：主要考虑管片在制作、运输、安 装等方面的实践经验而定。铁道单线6 7，双线810，输水、通信57。封顶管片形式：小块（K块）封顶。拼装形式：径向楔入、横向插

9、入。盾构隧道管片构造管片构造 拼装型式：通缝、错缝 环向螺栓是根据衬砌内力连接情况设置 成单排或双排的 纵向螺栓是按管片分块（拼装形式）结 构受力等要求设置 螺栓接头构造：弯螺栓、直螺栓、斜螺盾构隧道管片构造管片构造栓第5节 沉管隧道支护形式与构造沉管法是水底隧道主要施工方法之一。n 第一条沉管隧道：第一条沉管隧道：美国波士顿的雪莉排水管隧洞于美国波士顿的雪莉排水管隧洞于18941894年年建成，直径建成，直径2.62.6米，长米，长9696米，米，由由6 6节节钢壳圆管钢壳圆管加砖砌的管段连接而成加砖砌的管段连接而成(第第一代沉管隧道一代沉管隧道)n 第一条沉管铁路隧道：第一条沉管铁路隧道：

10、美国底特律河的铁路隧道于美国底特律河的铁路隧道于19101910年建成，水下段由年建成，水下段由1010节长节长8080米米 的的钢壳圆管钢壳圆管管段组成管段组成(第一代沉管隧道第一代沉管隧道)n 第一条沉管道路隧道第一条沉管道路隧道&第一条钢筋混凝土沉管隧道：第一条钢筋混凝土沉管隧道：美国加利美国加利福尼亚州的奥克兰与福尼亚州的奥克兰与 阿拉梅达之间的波西隧道，于阿拉梅达之间的波西隧道，于19281928年建成年建成,水下段长水下段长744744米，使米，使用用1212节节6262米长的米长的钢筋混钢筋混 凝土圆形管段凝土圆形管段，其外径为，其外径为11.311.3米米(第一代沉管隧道第一代

11、沉管隧道)n 第一条矩形断面沉管隧道：第一条矩形断面沉管隧道：荷兰的马斯河荷兰的马斯河道路隧道于道路隧道于19411941年建成，管段用钢筋混凝土年建成，管段用钢筋混凝土 制成矩形结构，内设制成矩形结构，内设4 4车道并附设自行车和人行的专用通道，管段断面为车道并附设自行车和人行的专用通道，管段断面为24.8824.88.4.4米米,外面用钢板防水外面用钢板防水(第二代沉管隧道第二代沉管隧道)n 5050年代以后，由年代以后，由于水下连接技术的突破于水下连接技术的突破采用水力压接法，并应用采用水力压接法，并应用橡胶垫圈作止水橡胶垫圈作止水 接头接头，沉管法被广泛采用，并随之较快地发展。之后在世

12、界上很多国家与地区如丹，沉管法被广泛采用，并随之较快地发展。之后在世界上很多国家与地区如丹麦、荷兰、日本、中国香港、中国台湾等建成了很多沉管隧道麦、荷兰、日本、中国香港、中国台湾等建成了很多沉管隧道(第三代沉管隧道第三代沉管隧道)n 中国于中国于19931993年建成第一条沉管隧道广州珠江沉埋隧道，之后相继建成了宁波甬江隧年建成第一条沉管隧道广州珠江沉埋隧道，之后相继建成了宁波甬江隧道、道、常洪隧道、上海外环常洪隧道、上海外环隧道等隧道等序 号目前状态隧道名称所在地建设年代1建成珠江隧道广州19932甬江隧道宁波19963常洪隧道宁波20024外环隧道上海20035仑头-生物岛隧道广州2010

13、6生物岛-大学城隧道广州20107在建海河隧道天津沉管段已完工8沈家门海底隧道舟山沉管段已完工9洲头咀隧道广州2007开工10佛山汾江路南延线工程隧道佛山2010开工11港珠澳大桥珠海2010年开工12南昌红谷隧道南昌13年12月开工处于规划或者前期研究阶段的沉管法隧道还有十余条。包括深中通道工程等。我国大陆在建或建成的沉管隧道主要施工程序主要施工程序1.船台或临时干圬内制作隧道管段（60 140 m）2.管段两端加临时封堵墙封堵3.将管段拖运到设计隧址4.隧址处水底基槽浚挖和基础处理（同步）5.管段定位、压载、沉放6.管段水下连接 7.覆土回填沉管隧道沉管隧道类类型型按断面形状划分圆形沉管隧

14、道圆形沉管隧道：这类沉管内边均为圆形、外边则为圆形、八角形或 花篮形，多半用钢壳作为防水层。矩形沉管隧道矩形沉管隧道：在每个断面内可以同时容纳2 8个车道，矩形 断面的空间利用率较高。按建筑材料划分钢壳沉管钢壳沉管：外壁或内外壁均为钢壳，中间为钢筋砼或砼。耗钢量大，防水质量难保证，施工工序复杂，断面一般为圆形。钢筋混凝土沉管钢筋混凝土沉管：主要由钢筋砼组成，外涂防水材料。用钢量少，断面一般为矩形，利用率高，多孔管随意组合。沉管隧道防水沉管隧道防水设计设计外防水外防水外防水分刚性防水和柔性防水。刚性防水主要用钢板 或塑料板防水，柔性防水主要用卷材和涂料防水。结构自身防水结构自身防水主要以防水混凝

15、土为主。提高管段自身防水的措施在 于控制管段混凝土在浇注凝结过程中产生的裂缝。接缝防水接缝防水底板与侧墙之间的纵向施工缝、一节管段中分段浇 注的横向变形缝和管段与管段之间的对接缝。一般采用橡 胶止水带。沉管隧道防水沉管隧道防水设计设计变形缝变形缝沉管结构一般都是二次浇筑，常易发生收缩裂缝。不均匀沉降等影响也易致管 段开裂。每节管段分割成若干节段，一般为1520m左右。橡胶止水带橡胶止水带沉管管段接头的设计不仅要满足接头 部位在各工况下的防水要求，还要满足管 段沉放对接施工中接头的梳理压接功能以 及管段间接头的柔性功能。常用的橡胶止 水带有GINA橡胶止水带和OMEGA橡胶 止水带。沉管隧道的沉

16、放与沉管隧道的沉放与连连接接管段沉放管段沉放管段的沉放方式大致分为吊沉法吊沉法和拉沉法拉沉法。沉放、对接 过程中，管段将不可避免地受到风、浪、流等外力的作用，要保证沉放对接过程中管段的稳定，必须对管段进行牢固的定位。水下连接（水力压接法）水下连接（水力压接法）利用作用在管段上的巨大水压力使安装在管段前断面周边上的一圈橡胶垫圈压缩变形，形成水密性较好的管段接头。沉管隧道的基沉管隧道的基础处础处理和回填理和回填沉管隧道基础处理的方法很多，主要分先铺法和后填法。在管段沉放前进行的处理方法称为先铺法，包括刮砂法和 刮石法。后填法是先将管段沉没在沟槽底的临时支座上，随后再补填垫实，包括喷砂法、灌砂法、灌囊法、压砂法、压浆法等。沉管法缺点沉管法缺点需要一个站用较大场地的干坞，这在市区内有时很难实 施，需在远离市区较远的地方建造干坞；基槽开挖数量较大且需进行清淤，对航运和市区环境的 影响较大。另外，河（海）床地形地貌复杂的情况下，会大 幅增加施工难度和造价。管节浮运、沉放作业需考虑水文、气象条件等的影响，有时需短期局部封航。另外，水体流速会影响管段沉放的准 确度，超过一定的流速可能导致沉管无法施工。