范文一:我国最新地下项目工程规划设计的原则要求及隧道的选择
我国最新地下项目工程规划设计的原则要求及隧道的选择方案汇总
地下空间的利用为各类建筑_I:程物的选址开辟了广阔的前景。当前.地下空间作为一种重要的自然资派—种新的国上资砚加以开发,在国民经济的各部门和国防建设中都得到了世界各国的高度重视。联合国自然资故委员会1982年会议指出,地下空间是人类潜在的和丰富的自然资源。
'vim供纪80年代国际隧道协会(ITA)提出了“大力开发地下空问.开始人类新的穴居时代”的口号。许多国家将地下空间开发利用作为一项墓本国策,已经开始或正在进行大规模的地下工程建设,地下空问的开发利用已经得到普遏的重视,21世纪将是地下工程的世纪。
我国工释界对地下结构的设什较注贡理论计算,除了确有经验可供类比的一些工程外.在地下结构的设什过程中一般都要进行受力计算分析。各种设计模型或方法各有其适用的场合,也各有其自身的局限性。由于地下结构的设计受到各种复杂因家的影响,即使内力分析采用1比较严密的理论,其计算结果往往也需要用经脸类比来加以判断和补充。以测试为主的实用设计方法为现场人员所欢迎.因为它能提供直观的材料,以便更确切地估什地层和地下结构的德定性和安全程度。理论计算方法可用于进行无经验可循的新V工程设计.因而基于结构力学模型和连续介质力学摸型的计算理论成为一种特定的计算手段愈益为人们所饭视。当然,工程技术人员在设计地下结构时往往要同时进行多种设汁方法的比较。以做出较为经济合理的设计。
1.隧道规划设计的基本原则
(1)隧道的设计必须与公路《铁路》总体设计相协调适应。
(2)隧道和地一下结构的位置应选择在位定的地层中。
(3)越岭隧道应进行较大范围的方案选择,进行全面的技术、经济比较,选择在地质条件较好的地段穿越。
“》沿河傍山隧道,其位皿宜向山侧内移.遥免一侧润壁过薄产生偏压。
(5)选择隧道位皿时,应注意润口位置和有关工程的处理.一般宜采取“早进洞。晚出洞”原则。
(6)原则_L采川直线.避免曲线。
(7)当必须设置曲线时,半径不宜小于不设超高的平面曲线半径.如表2-1所示。
2.地下工程规划设计的基本原则
修建地下建筑工程结构,必须遵撅基本建设程序,进行劫渊、设计与施一〔。设计引艺设计、规划设计、建筑设计、防护设计、结构设计、设备设计和概预算等。每一个I经过结构方案比较,选定了结构形式和结构平面布里后,再进行结构设计。
由于地下结构的工作特征,在设计计算结构内力时,除了顾及结构本身是超静应外,还应考虑到结构与围岩相互作用的非线性关系。这种关系常常使计算非常复杂,廿需要首先拟定截面尺寸才能进行结构计算。
具体的设计原则有:
(1)初步拟定截面尺寸。
(2)必须确定结构上作用的荷载。
(3)必须对设计的结构进行稳定性的验算。
“)结构内力准确的计算。
(5)结构内力合理的组合。
(6)结构内钢筋合理的布置。
(7)结构安全性的综合评价.
(8)结构周阴环境合理的评价。
隧道位置的选择
隧道位置的选定是与线路的选定同时考虑的,不可分开,而又按隧道工程的大小有所依从。
隧道具体位置的选择与当地的地质条件、水文地质条件、地形地貌条件、工程难易程度、投资的数颊、线路技术条件、工期的要求,以及施工技术现有的水平和今后运营条件等因素有关.其他如辅助坑道及运营通风的设皿条件、施T.场地、弃硫处理、运输便道的利用及引人等因欢亦存在不同程度的形晌。其中,最为嗽要的是地质条件和地形条件.
1.按地形及地质条件进行选择
(”按地形条件进行选择
隧进是克服地形障碍的一种有利手段.地形降碍有高程障礴和平面障码两方而.
”高程降碍一线路坡度的限制
线路前进方向如果遇到高山.高山就成一1高程障碍。解决高程
障碍有三种方案:
O绕行方案.如图2-3所示.
案.
2)平面障碍
在山V .线路不得不依山傍河迁lnl前进。若是山嘴伸tB太急,线路就无法随之环绕.这就出现了平面障碍。解决平面障碍有以下两种方案:
O沿河份山绕行方案;
?隧道直穿方案。
从长远的利益来看,隧道方案往往是比较合理的。
(2)按地质条件进行选择
在选择隧道位黄时.应力求选择在地质构造简单.岩性较好的稳固地层中。对岩性差的地层、断层破碎带、含水层等严重不良地质地段,应避免穿越.若不能绕避而必须通过时,应有充分的理由,并应减短其穿越的长度,采取可靠的工程处理措施.以确保隧道施工及运营的安全。
I)地质构造对隧道位盆选择的影响
?单斜构造区隧道仪置的选择
软弱结构面指的是层间接触面。有的是紧密贴附的.有的是出现裂缝又被一些细碎物质填充了的。从力学观点来看.一种岩休的强度常常不是由岩石本身的强度来控制.而是由它的软弱结构面的强度来控制的.单斜构造的层次大体平行而有同一倾角.常见的工程地质问题
为不均匀的地层压力、偏版、顺层滑动等现象,故隧道中线以垂直走向穿越最为有利.在单斜构造的地质条件下,必须事先把地层的构造和倾角大小调查漪楚,一定要尽可能避开软羽结构面.特别是不要把隧进中线设成与软弱结构面的走向一致或平行.至少要成一定的交角.
n.水平或级倾角岩层—隧道若通过很薄的岩层.则施工时顶部易产生掉块现象.此时.级倾角岩层隧道位置的选择以不透水的坚硬岩层作顶板为最好,如图2-4所示.
凡陡倾角岩层—‘陡倾角岩层一般有偏版和不均匀压力存在》当有软弱夹层伴以有害节理切割时,易产生塌方和顺层漪动;在此悄况下.如以明洞通过时应慎重对者寺。
G直立岩层一健道通过直立岩层时.其中线宜垂直于岩层的走向.在隧道开挖过程中,9产生坍塌.甚至会导致大的塌力.致使地面形成“天窗气
?断裂构造、接触带隧道位世的选择
断裂构造及不同岩W的接触带.其裂隙发育.并有被挤压呈破碎的块碎石、角砾及断层泥存在.断层泥遇水时强度很低,破碎的块碎石往往是地下水的良好通道。
当隧道线路必须通过断层带时,应尽量使线路与断W走向正交,使通过断层的地段A短.同时在施工时,做好各种支护及防水措施。切忌沿着(成靠近平行)断层带或破碎带修建隧道,同时应避开严重破碎带.不得已时.也要与严重断层破碎带隔开足够的安全距离。
2》不良地质对隧道位兰选择的影响
从地质条件进行隧道位里选择时.最旅要的影响因家是不良地质.不良地质系指漪坡、错落、加塌、岩堆、危岩、落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、祝皱、涌水及第四纪堆积层等不良地段。它们各有其特点.也各有其影响。
?滑坡地试
山坡土体在该力作用下,沿某一软和面有整体下漪的趋势,形成了滑坡.滑坡产生的原因有地下水的活动、河流冲城坡脚、人为切坡等。
在选择隧道位置时.应尽可能进开滑坡区,可把隧道置于淆坡面以下的稳定岩体中.如图2-6乙方案所示。当确知滑坡是多年价止了的死滑坡或占漪坡,在不得已时。也可把隧道且于滑坡体之内,但要进行上部减载处理并加强排水。
?崩塌地区山坡陡峻的地段,山体裂隙受风化而崩解.脱离母岩,成块地从斜坡翻滚k落。在选择隧道位置时,应尽最避开,不得已时.也不要把隧道l于地表不厚的傍山位盆.应尽可能地伸进山体之中,穿过艳定的岩层.当崩姗不太严重。而润口必须落在崩塌地区时.则可通过设皿一段明润来解决.
?泥石流
山顶积聚的土坡和各种砾石、岩块受到水的浸融成为流体,顺山沟或抉谷流消而下、来势凶猛,破坏力极大.在决定隧道位置时.务必
躲开泥石流泛滋区.如躲避不开,也应选在泥石流下切深度以下的基岩中通过.要查明泥石流冲积扇范圈,不可把洞口放在冲积扇范围以内。隧道润顶距基岩面或最大下切面要有一定的砚盖厚度.如图2-8 (b)中乙的位8.隧道泪口应遨开泥石流沟及泥石流可能扩展的范围。有困难时,可修建一段明润.使泥石流在明润顶通过。
?溶洞地hC
石灰岩质地K.岩石受流水的化学作用.溶蚀而形成空穴,穴中有的积水.有的被上石填充,均为不可承重的应地墓。在选抒隧道位l时,应尽址道开溶泪地区.如无法避开时,隧道与滚洞应有足够的安全距离.以垂立或大角度穿过,使通过岩济地段为般短.实在无法做到而又在坚硬的岩类时,则可在隧道内建桥跨过.
?瓦斯地hC
在产煤的地区中,遭藏若有害气体,如甲烷(CH, )和二载化碳(C(h).隧道开挖时,有害气体逸出,轻则致人91息,贡则引起爆炸,危害甚大。选择隧道位置时.最好能避开。不得已时.应做好通风稀释的措施.
?黄土地区
A.黄土地区线路应选掸在地层单一、土质千澡、汉陷性较小地带.通开地层复杂、土质软弱、含水率大和地下水发育地段,避免与长大于集近距离并行。
B.黄土葬、梁及丘睦区的线路,宜选择在山坡往定、排水条件较好的地带;道开地形零乱、沟芥深切、冲沟发育等侵蚀强烈地带和下
伏地层层面倾向不利及地下水发育地带.斜坡地段应根据山坡稳定程度确定线路通过部位、形式和应采取的工程措施.黄土沟、梁相间地段,应做路t与隧道、路堤与桥梁等方案的比选。
c河谷区线路宜利用宽谷阶地。并远离低阶地缺失的高陡谷坡,在高陡黄土坡脚挖方应在与隧道方案比较后确定.
n.线路通过黄土地区既有及拟建水库、池塘地段时,除应考虑水库凌坝、坍岸影响外,还应饭视其蓄水后可能引起黄土涅陷性ral题;
#.黄土隧道的洞门应选择在山体稳定,地表排水条件较好的山坡.润身应选择在葬、梁顶而平整或地形凸起地带,避免在黄七与钻土分界处和软、硬地层的界面附近以及山坡零乱、陷穴发育,有封闭洼地的掉边、葬顶地段通过.
F.线路宜烧避地质复杂的黄上淆坡、崩塌、陷穴、人为坑润等不良地质发育地段.
3)不良水文地质对隧道位健选择的影响
?地下水
地下水多是由地表水的渗透或地下水派补给的。地‘下水有时是流动的.有时是静止的,有时还有压力水头.地下水的存在,使岩石软化,强度降低.层间夹层软化或稀释,提成了层间的滑动。在选择隧道位置时,最好不从富水区中经过。不得已时.也耍尽可能地把隧道赞于地下水位以上的地方.或在不透水层中穿过。
O地沮
在选择线路时尽量不把隧道放在山体太深处。遇到部分地区埋深
太大或高地沮时,则应做好通风降沮措施.
2.按线路类别进行选择
(”越岭线上隧道位健的选择
当铁路路线需要从一个水系过渡到另一个水系时.必须跨越高程很大的分水岭。这段线路称之为越岭线。越岭线路的特点是耍克服很大的高差,线路长度和平面位盆又取决于线路纵坡。选择越岭隧道的位置主耍以选择埂口和确定隧道高程两大因康为依据.
越岭隧通主要应解决的问题是:埂口(分水岭的山脊线土高程相对较低处)的选择、过岭高程的确定:埂口两侧线路展线方案的布局.三者是相q:联系又相互影响的.
1)隧道平面位置的选择-—坯口的选择
在平面上,尽可能靠近两端控制点的航空直线.另外,还要考虑埂口两端沟谷的分布情况和台地的开敞权度,主沟高程是否相差不大和沟谷是否靠近,以便设计必要的展线。
2)隧道立面位置的选抒一选定高程
隧道位置定得高:隧道短,凑高程,技术条件恶化。隧道位皿定份低:隧道长,技术条件好。
在选定隧道高程时,务必全面衡量.从技术和经济两方面,尤其是在今后长远运行条件上,做出综合的比较,才好做出合理的决定。
(2)河芥线上隧道位且的选择
轶路沿河伪山而行时称之为河谷线。河谷线上修建隧道容易产生的r题:塌方落石,浅埋偏压。选定原则为宁里勿外。傍山浅埋隧道的
外侧拱肩山体最小成盖厚度也是选线设计应该注意的.为了使隧道结构不致受到偏爪.还能形成天然拱,洞顶以上外侧应有足够的厚度。
3.隧道洞口位且的选定
洞口是进出隧道叫喉,是隧道施工中的主要通道。是隧道唯一的母露部分,是镇个隧道的薄弱环节.所处地质条件差.润口位趾选择是否合理.将对隧迸的施工工期、造价、运营安全等有重大影响.润口位置选择不当会引起隧道洞口坍方,病害整治工程最大.遗留后患.在选择润口时应该把撰早进晚出这一原则。理想的洞口位里应选择在地质条件良好,地势开阔.施工方便.技术、经济合理之处.
《”洞口的地质条件多为以下几种:
1)严敢风化的堆积体;
幻世盖层厚度较薄.有可能处于浅埋偏压.
3)受地表水冲刷;
4)开挖扰动后,容易造成山体失稳,产生滑动和坍用.
(2)隧道洞口位置合理的选择方法
”润口部分在地质上通常是不稳定的.洞口一般应设在山休稳定.地质条件好,排水有利的地方.隧遭宜长不宜短.应“早进润.晚出洞”.尽最避免大挖大ol,破坏山体德定.
2)洞口不宜设在沟芥低洼处和汇水沟处,一般宜将洞n移到沟谷地质条件较好的一
6)长大隧道在洞门附近应考虑施工场地、弃涟场以及便道等的位登。
7)润口附近有居民点时。考虑提前进润.尽可能减少附近地上构筑物、地下埋设物与隧道的相互影响,及减少对环境(农业、交通、居民生活)的形响。
8)洞口路肩应高出设计洪水位(包括浪高》以上0.5m,以免洪水浸人隧道。
9)考虑通风设备排出的废气和嗓声对周围环境的影响程度和解决办法。
10)考虑设盆防霄工权、防风工程和防路面冻害工程的必要性.
总之,隧道洞口和洞身是不可分的傲体,在位且选择时不能顾此失彼,应该同样的重视。
(3)选择隧道润口位置的原则
1)让水:洞口选在沟谷一侧.让出沟心-
幻地质条件要好:避开不良地质地段。
3)保持陡立岩体的平衡:少破坏地表坡面,保持山体的天然平衡。
4)提前进润:解决路t弃土及排水困难。
5)正而如山,无偏侧压力,斜交时其交角不小于45..
6)防治洪水倒灌:隧道润口标高应高出洪水位加波浪高.
7)限制边仰坡的高度和坡度《表2-2).
8)洞口附近要有相应的排水设施,疏导横跨线路的水流。
9)地势开阔.易安排生产。
隧道润口位且的选择.应根据地形、地质条件,考虑边仰坡的稳定,结合洞外有关工程及施工难易程度.本着“早进晚出.的指导思想.
全而综合地分析确定。
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范文二:隧道洞口设计原则探讨——施工便道引入对隧道洞口设计的影响
隧道洞口设计原则探讨——施工便道引入对隧道洞口
设计的影响
惩篷建谨
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第卷第期
年月 ?.
隧道洞口设计原则探讨 施工便道引入对隧道洞口设计的影响
赵柏文
中铁二院贵阳设计研究院有限责任公司,贵州贵阳
摘要:目前隧道洞口设计时常常强调贯彻“不破坏或少破坏原始地貌”的原则,很少提到“结合施工条件确定洞设计方案”的原
则,在一些特殊条件下隧道施工需要扩大洞口开挖范围从而造成洞口原始地貌的改变。为了解决目前铁路隧道洞口设计理念与实
际施工脱节的问题,对几条铁路隧道洞口设计及实际施工进行了对比分析,提出了为确保铁路施工及运营安全,当隧道洞口地形陡
峻且需要开辟洞口工区时应该结合施工便道引入确定洞口的开挖及支挡结构,强调隧道洞口设计不但要贯彻“不破坏或少破坏原
始地貌”的原则,在地形陡峻时也要贯彻“结合施工条件确定洞口设计方案”的原则。
关键词:隧道洞口;设计原则;施工便道;仰坡陡峻
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中图分类号: 文献标志码: 文章编号:??? : .,. , ,,
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引言 工实际的对比案例,分析隧道设计与隧道施工条件结 合对隧道施工及运营安全的影响,以渝黔线羊角一号 近年来,我国西南地区的几个铁路项目陆续开工 隧道洞口设计为例,提出结合洞口便道引入优化洞口 建设,现场施工过程中发现有些隧道洞口设计文件与 设计的思路,将结合施工条件确定洞口设计作为一条 实际施工的结合做得不够好,设计要求避免大刷大 原则贯彻到隧道洞口设计过程中,特别是洞口地形陡 挖。。 ,但结合施工实际往往很难做到,现场施工实际 峻时,设计应为施工便道的引入预留条件,使设计文件
与设计意图不符,给施工及运营安全埋下隐患。经查
与实际施工更好地结合起来。
阅相关资料发现目前针对洞口设计方面的研究关注比
较多的是特殊地形。‘。。、地质条件下’的进洞方案以 洞口设计现状及存在的问题
及洞口景观、新型洞门形式旧’等,关于施工对隧道洞 .
洞口设计的现状
口设计的影响少有涉及,本文引用几个洞口设计与施
隧道洞口位置应根据地形、地貌、地质、水文等条
收稿日期:一?;修回期:一一
作者简介:赵柏文一.男,黑龙汀大兴安岭人.年毕业于中南大学土木工程学院隧道与地下空间利用专业,本科,工程师,主要从事公路、
铁路隧道的设计研究工作。
万方数据第期 赵柏文:隧道洞口设计原则探讨??施工便道引人对隧道洞口设计的影响
件,贯彻“早进晚出,不破坏或少破坏自然地貌和地表 件与施工实际存在较大出入,原设计文件中未涉及施
工便道引入对洞口工程影响的内容,施工中结合便道
植被”的原则,同时结合洞内外相关工程、施工条件及
引入对洞口的开挖及支挡结构做了变更,变更后施工
运营要求确定。尽可能采用“无仰坡临界点”进洞,尽
便道从隧道右侧引入,隧道洞口照片如图所示:从
量避免刷坡,减少中心挖深及边、仰坡高度,减少对洞 图可以看出,洞口右侧没有了端墙与挡墙共同受力 坡面的扰动,以不破坏或少破坏原地表为宜,必要时 的结构,端墙高度过高,不利于隧道仰坡稳定。 采用预加固措施。
.洞口设计存在的问题
在近几年的工程实践中发现目前在隧道洞口设计 方面能够很好地结合地形、地貌、地质及水文条件,也 很好地贯彻了“早进晚出,不破坏或少破坏自然地貌 和地表植被,无仰坡临界点进洞”的设计理念,但在满 足施工条件方面还做得不够好,在洞口设计时,设计意 图多为不破坏或少破坏洞口原地貌,但是当遇到控制 工期的隧道工程,或者部分隧道要求独头施工时,需要 在陡坡洞口开辟工作面及引入施工便道,由于场地狭 窄,施工单位不能完全贯彻洞口避免大刷大挖的意图, 造成了现场施工实际与设计脱节现象。
未结合施工条件的工程案例
.
案例
..
隧道概况
长洪岭隧道是新建铁路重庆至利川线的重点工
程,全长. ,隧道主要穿越侏罗系上统遂宁组、 中统沙溪庙组泥岩夹砂岩、砂岩,隧道设有横洞及斜
的正
井,共分为个工区,其中进口工区承担. 洞施工。
..隧道进口设计情况
藩?
该隧道进口原设计为台阶式洞门,洞口处路基面 、一。
鬻势似蟛。?
和
开挖宽度为. ,线路左右两侧设计
,建
高的挡墙,建筑材料为混凝土,端墙厚. 筑材料为钢筋混凝土,洞口正面设计图如图 所示。
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中 点卢
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..隧道进口施工情况
隧道施工开辟进工区,从隧道洞口右侧引入施 工便道,由于洞口场地狭窄,不可避免地需要将原设计 文件中洞口右侧的挡墙及土体开挖至路基面,设计文 万方数据隧道建设
第卷
定的措施过于单薄,当遇雨季施工时,很难确保洞:坡 体的稳定。隧道施工开挖后的隧道洞照片如图 所示。
图案例洞口施工后照片. :
结合施工条件的工程案例
图案例洞口施工后照片
.
案例
:
.
..
隧道概况
.
案例
羊角一号隧道为渝黔线的重点隧道之一,位于重 ..
隧道概况
庆市綦江县境内,隧道全长 ,为岩溶单面坡隧 贵阳市域铁路的某隧道全长. ,全隧施工均 道,隧道进口以外
处为观音河双线特大桥,隧道
由出口工区承担,隧道洞口仰坡陡峻,且与桥台相邻, 进口段.
的隧道施工任务由进口工区承担。洞
地表植被发育,覆土较厚,洞口段为泥质白云岩,岩性 口段基岩为灰岩,中厚层状,现状稳定,但隧道仰坡顺 较差。
层,对开挖后仰坡的稳定性影响较大。 ..隧道出口设计情况
..便道引入设计
隧道进口原设计为挡墙式洞门,洞口处路基面开 隧道进口下方为既有渝黔高速公路,洞口施工场 挖宽度为. ,端墙厚. ,建筑材料为混凝 地狭窄,高速公路右侧是一条与既有国道相连的 土,隧道两侧边坡设置
?高的混凝土挡土墙,挡
乡村公路,结合既有道路情况,设计时考虑施工便道从 墙厚.
,满足洞口结构宽度及桥台设置要求,洞口 线路左侧的既有乡村公路上引出,在既有高速公路桥 正面设计如图所示。
下通过高速公路,在隧道洞附近时以%的纵坡由 隧道左侧引人,施工便道平面布置如图所示。 暑
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图‘进口施工便道引入示意图
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..洞口设计方案优化
由于隧道仰坡顺层,且考虑到施工便道引入增加 了隧道左侧的开挖范围,为了保证施工安全,扩大了隧 道左侧隧道仰坡临时开挖面的预加固范围,优化前后 的隧道洞口正面设计图见图。
万方数据
范文三:喷锚构筑法隧道的主要设计原则1
喷锚构筑法隧道的主要设计原则
1)喷锚构筑法施工的结构断面形状(尺寸)和衬砌形式,应根据围岩条件、 施工方法、使用要求等,从受力、防水和环境保护等方面综合考虑后确定。一 般采用马蹄形复合式衬砌,特殊情况下可采用直墙拱形结构。复合式衬砌的二 衬采用钢筋混凝土结构。
围岩级别分类按现行《铁路隧道设计规范》确定。
隧道设计时,应预留适当的围岩变形量。喷锚构筑法结构综合误差(含施
工与测量误差和结构变形等)的预留余量规定:
2)喷锚构筑法施工的区间隧道覆土厚度和平行隧道间的净距,应根据工程
地质条件、隧道断面尺寸、埋置深度、施工方法、限界和线路要求等因素确定, 并不宜小于隧道外轮廓直径。当因功能需要或其他原因不能满足上述要求时, 应在设计和施工中采取适当的措施。
3)结构设计时,应根据围岩和环境条件、结构埋深或断面尺度等,通过选 择适宜的开挖方法、辅助措施、支护形式及与之相关的支护参数,达到保持围 岩和支护的稳定、合理利用围岩自承能力的目的。施工中应通过对围岩和支护 的动态监测,优化设计和施工参数。
4)临时竖井设计应结合施工要求和场地环境情况进行,设计中要充分考虑 到施工期间的结构受力特点和使用要求。施工中若需设置临时施工通道,设计 中也须充分结合到施工期间的结构受力特点进行。
5)区间隧道的施工对建(构)筑物基础有影响时,应预估沉降量,并采用 可靠的技术方案以确保建(构)筑物正常使用不受影响。对建(构)筑物允许 产生的沉降量和次应力,应根据不同建筑物按有关规程、规范及要求予以验算。 区间隧道施工时,一般地段地面沉降量宜控制在30mm 以内,当穿越重要 建筑物或地下管线时,上述数值应根据现状建(构)筑物、管线等的允许限值 确定。
6)喷锚构筑法隧道根据工程地质、水文地质、埋深及洞室净跨情况可选用 全断面法、台阶法、CD 法、CRD 法或双侧壁导坑法开挖。宜采用小型挖掘机 或单臂掘进机及风镐等施工机械,爆破开挖时宜采用光面爆破或预裂爆破,以
减少地层震动。
范文四:隧道设计的基本原则和理念 王梦恕
隧道设计的基本原则和理念
-王梦恕
建立四个理念
一、中国铁路勘测设计应给后代留下遗产而不是遗憾。
1、 不合理工期、 不合理造价、 限额设计、 轻方案研究是产生根本性遗憾之源。
2、铁路设计标准低、突出快、技术含量不高、大坡度、小半径、沿沟线不应 出现。
3、取消单线建设,修建复线、多线或局部多线,全面合理提速。
二、用技术条件取代规范、多搞指南少搞规范,为创新构建平台。
三、在建设过程中必须及时修改图纸,取消问责制。
**在 65年对北京地铁建设的批示 “精心设计、 精心施工、 在建设过 程中会有不少错误失败,随时注意修正” 。隧道工程不确定因素很多,设计者必 须实事求是,及时修改图纸。这是衡量设计水平高低的标准之一。
四、设计应高起点、构建较高的技术平台,实现技术创新。
反对长隧短打。如渝兰线 32公里关角隧道设计,应考虑小 TBM+钻爆法施 工新模式。利用二线导洞快速施工 +横通道模式取消斜井。取消费工费时、造价 高向上运输方式的理念。
五、建设要点
1、洞门前不设路堑,必须早进晚出,不破坏山体环境。
(1)洞门位置不当,产生塌方、偏压的理念。
(2)洞口间距过大,不利管理和节约土地,可以小间距的理念。
(3)洞口不设深路堑(应小于 10m )的理念。
(4)优选切削式不受力洞门的理念。
(5)美化洞口及周边环境的理念。
(6)上下行洞口错开,设挡墙防止废气进入另一洞口、气流短路的理念。
(7)洞口段、洞门、明洞之间合理施工方法的理念。
(8)洞口边坡点合理设置的理念。
2、全隧道不设变形缝,特殊地段设置诱导缝, 8级地震区在洞口段 40~50m处设减震缝。
3、必须重视岩溶地区的综合地质超前预报,长短结合以短为主,预报范围 为前方≥ 30m ,隧道周边外 1倍洞径作为工序列入。
4、一次工序要强,承受部分水压和全部土荷载,浅埋和海底隧道则承受全 部水荷载和土荷载,二次模筑衬砌作为安全储备。
5、全部采用网构钢拱架,取消型钢拱架,靠近工作面的第一排钢拱架不受 力。网构钢拱架在 X 、 Y 方向能够做到等强度、等刚度、等稳定度。喷射混凝土 后的网构拱架承受 10倍荷载,工钢则承受 4倍荷载;工钢后部混凝土喷不上, 渗漏水;耐久性好;宜和小导管、锁脚锚管结合。
6、一次支护由钢筋网、钢拱架、喷射混凝土组成,钢拱架接头联结处设锁 脚锚管(灌浆) 。
7.取消系统锚杆,目前锚杆结构不是永久锚杆,只是临时锚杆。
软弱地层不设锚杆,只设锁脚锚管。有钢拱架区段不设临时锚杆。 V~IV及围岩不设锚杆。
III~IV级围岩局部破碎设置锚杆和钢筋网。
锚杆在设计计算中是无法作为支护结构来考虑的。
锚杆是施工时临时加固的手段。
锚杆施工的临时效应很难实现
8、软弱地层必须采用潮喷混凝土,不提倡湿喷混凝土。
9、必须采用复合式衬砌结构形式,一次支护和二次模筑衬砌之间必须设半 包是防水隔离层, 不允许全包, 采用无钉铺设防水板, 无纺布后部必须设置系统 排水盲管。水的处理有两个理念:一是以堵为主,限排为辅。而是全堵方案,但 要给水有排出的通道。
10、取消中部排水沟。
11、反对长隧短打。
提倡设置平行导坑,可提高正洞 2倍速度。
斜井设置仅是 0.5倍的正洞速度。
竖井是 0.1~0.3倍的正洞速度。
斜坡道不同于斜井,是无轨运输,仅是 0.5倍的正洞速度。
平行导坑 +横通道实现快速施工。
终南山隧道有成功事例。
12、正台阶施工不允许分长、中、微台阶,台阶长度为一倍洞径,第一个上 台阶高度必须为 2.5m ,小导管长度为台阶高度加 1m 。
13、 支护结构施工必须是一次支护从上向下施作, 二次模筑衬砌必须从下向 上施作。 二次模筑采用素混凝土可实现百年寿命。 钢筋混凝土衬砌, 迎水面钢筋 保护层应大于 5~7cm。建议今后采用小偏心受压素混凝土衬砌。
14、选择适宜的辅助施工工法:
常用的有:环形开挖留核心土、喷射混凝土封闭开挖工作面、超前锚杆 式、 超前小导管支护、 超前小导管周边逐渐支护、 设置上台阶临时仰拱、 跟踪注 浆加固地层、 水平旋喷超前支护、 洞内真空泵降水、 洞内超前降排水、 洞外深井 泵降水、地面高压旋喷加固、下注浆后冻结法。
注意:全断面帷幕注浆应改为上半断面周边注浆, 下半断面降水、 排水。 采 用上堵下排的原理、方法。
15、大跨隧道施工应选择变大跨为小跨的施工方法,如 CD 法、双 CD 法、 CRD 法、双侧壁法。柱洞法、中洞法、侧洞法等。临时侧壁应拉直,以减少中间 跨度。
16、 隧道内一般不设长管棚, 只在洞口设置。 长管棚的直径应和地层刚度想 匹配,当 φ超过 150mm 时,对控制地表下沉左右很小。
17、隧道宜近不宜联,可采用小间距隧道,反对双联拱、多连拱,取消盾构 隧道的横通道。
18、 大断面硬岩隧道宜采用小导洞超前爆破, 可减震 30%, 也可采用小 TBM
超前,钻爆法扩大。
注意:隧道及路堑边坡采用光面爆破,不准预裂爆破。
全断面开挖改为小 TBM 超前打通,后部用钻爆法扩大。优点:
(1)可以超前预报;
(2)爆破减振 30%,炸药比全断面爆破减少 5— 10%;
(3)扩大爆破,炮眼利用率为 100%,所以提高开挖速度 2— 3倍;
(4)炮眼半孔保存率 80%,线形超挖 <>
(5)爆破碴堆、碴块均匀、集中,便于快速出碴;
(6)纵向爆破冲击波小 , 对后部工序影响小。
19、地铁盾构施工的经济效益分析
(1)盾构 φ6.23m 一台 6000万,资金沉积,周围太慢, 3.5~4年可把 6000万元收回(不计利息) ,第五年开始盈利,每年最多赚 1000万元。
(2)盾构搬家,一般城市之间 300~400万元 /次。
(3)盾构从竖井拆除再组装一次 30~50万 /次。
(4) 适用盾构法施工一个盾构掘进长度为 6KM 以上, 这是发挥盾构快速施 工,性价比最好的工程筹划。
(5)一般人马配 2~3台盾构才能提高稳定技术人员、高级技工的能力。这 是施工单位合理部署的举措。
结论:应合理慎重规划应用盾构。 与钻爆法、 浅埋暗挖法相比, 经济效益要 低 10倍左右。
20、 TBM 硬岩掘进机
(1) 机型方案选择:开敞式 TBM 优于双护盾构式、 单护盾式。 有五个优点 : ①长度与直径之比 <1,调方向灵活,可确保±30mm ,调整误差。="" ②能及时支护,有利于洞室稳定,护盾式不利于及时支护、易塌方。="">1,调方向灵活,可确保±30mm>
④造价比双护盾便宜 10%— 30%。
⑤衬砌支护比管片便宜 2倍以上。
(2)支护结构
①开敞式 TBM 用复合式衬砌, 最易适应不同地层和水量; 支护寿命长, 可确保 100年,出事故维护方便。
②双护盾式 TBM 必须采用软弱地层管片衬砌厚度,不适应变化多端的 山岭隧道(土压、水压) ,管片厚度不能调整,管片寿命不可靠,且造价高
于复合初砌数倍以上,因此不宜采用。
(3)必须重视盾构和 TBM 的国产化。
目前一些甲方盲目追求使用国外最先进的技术设备,既不考虑性能价格比, 也不考虑国内制造业的同步发展, 造成不断的重复引进, 对大量资金纳税人的钱 流向国外,发展国外经济,提高国外人民生活水平很有“魂力” ,而对养育自己 的祖国和人民冷酷无情, 这是什么工作感情和能力。 建议国家对国外采购要设立 强有力的评价体系、 规定和制度; 要建立项目业主、 装备制造企业和保险公司风 险同担,利益共享的重大技术装备保险机制;国产化率中的关键部件必须进口, 国产率在 50%到 60%为宜。
21、盾构设计和施工应重视的几个新动向
盾构分为有刀盘和无刀盘两大类:
一、无刀盘盾构
(1) 无刀盘盾构称为开敞式简易盾构, 人可以站在平台上进行地层开挖。 ①开敞网格式
用于地层自稳较差,但降排水后还能自稳。
将工作面用网格结构支撑, 盾构刃脚插入地层 0.5m 左右, 起超前支护作 用。
②开敞正台格栅一般分为 3个台阶 , 人可直立工作。
③ CD 开敞格栅式。
④双 CD 开敞格栅式
⑤插刀式盾构,单臂掘进机开挖,地层较好,无水处采用。
(2)无刀盘开敞式后部衬砌支护形式
①管片式
②压缩混凝土式:边推进边压缩混凝土
(3)无刀盘开敞式适用范围
①水少之地,地层较能自稳。
②降水后砂卵石地层, 如成都地铁、 沈阳部分区段地铁, 降水后的黄土地层, 如西安地铁。
③性价比好,易国产化,造价比有刀盘便宜一半以上。
二、有刀盘盾构
有刀盘盾构是指靠土压、泥水压、局部气压稳定工作面的盾构。
(一 ) 有刀盘盾构分类
1.士压平衡式盾构。
2.泥水平衡式盾构。
3.泥水加局部气压平衡式盾构
(二 ) 刀盘类型和设计
刀盘是盾构设计的关键技术, 对隧道不同地层应及时设计和调整刀盘的开口 率和布刀方式。
1. 盘形刀盘:指硬岩地层,开口率仅在 30%左右。
靠刀盘压紧地层进行稳定,土压力、泥水压力仅部分稳定工作面。
2. 辐条式刀盘:由于盾构所穿地层松软,扭矩较大、推力小、土压、泥水压 易平衡工作面,应予推广。对刀盘刀具的磨耗也小。
3. 无水、少水之地不利于刀盘的寿命,应改为无刀盘盾构。
4. 适应范围:在流沙、富水及不稳定的地层中应用,但不能包打天下。因性 价比差,不易国产化,但必须走向国产化,可在南方地铁及不稳定地层中应用。 江河水底隧道应用。
22、不同地层应选择不同类型的盾构
1. 少水地层、砂卵石地层宜选择开敞式网格盾构
少水或无水地层, 地层具有较好的自稳性, 降水下沉量小(如沈阳、 成都等 地层) ,土体颗粒对刀盘刀具磨损也很大,选择开敞式盾构网格盾构比较适宜。 2. 土压平衡盾构不是全能的,应同时考虑选用泥水盾构与土压盾构
(1)土压平衡盾构的考虑
不稳定的粉砂是最适合使用土压平衡式盾构机。 在含水的黄土地层, 有时不 需要水或只需要加很少量的水, 通过搅拌形成塑性好的泥浆将刀盘全部糊死。 该 地层不适合土压平衡盾构,应采用降水配合开敞式网格盾构。
(2)泥水加压盾构的考虑
(a) 泥水加压盾构对于不稳定的软弱地层或地下水位高,含水砂层,粘土以 及冲积层以及洪积层等流动性高的土质,使用效果较好。
(b) 泥水加压平衡盾构具有土层适应性强、对周围土体影响小、施工机械化 程度高等优点。
(c) 在砂层中进行大断面、 长距离推进的盾构机, 大多采用泥水加压式盾构 机。实践证明,掘进断面越大,用泥水加压式盾构机的效果越好。
(d) 泥水加压式盾构机除在控制开挖面稳定以减少地面沉降方面较为有利 外,还在减少刀头磨损、适应长距离推进方面显示出优越性。
(e) 泥水加压盾构存在盾尾的漏水以及难以确认开挖面状态等缺点, 还需要 较大的泥水处理场地。
23、不同地层应选择不同的刀盘类型
(1)开口面板式刀盘
(2)辐条式刀盘
刀盘特性比较
24、水底公路隧道盾构直径的确定
(1)双向 4车道 Φ11.4m 左右的盾构安全风险最小
国内外成功的水底公路隧道盾构直径多在 Φ11.4m 左右,实践证明,制造、 施工及运营风险较小;较经济(1.2亿元 /台) 。
(2)双向 6车道 Φ15m 左右的盾构风险较大
盾构制造成本很高,价格昂贵(3~3.5亿元 /台) ;
盾构掘进压力平衡不易控制,施工风险大;
管理、运营风险较大;
埋深加大,纵坡不利;
空间浪费,约 80m 2左右。
25、 TBM 的选择考虑
(1)开敞式 TBM 适应软硬地层
开敞式 TBM 转向控制灵活、对地层能及时支护。
开敞式 TBM 通过软岩地层,采用先锚后喷及先喷后锚,并架设钢拱架的一 次支护 ,在磨沟岭砂页岩含水软弱地层中实现了日掘进快支护 41.3m 和月掘进 快支护 574m 快速施工水平 ,平均进尺 232m/月。
在 TBM 上加装锚杆机、混凝土喷射机、钢拱架安装机、以及超前钻机,而 且在确定刀间距、 推力和扭矩的参数上以及撑靴的支撑力上, 能适应软岩、 硬岩 的切削特性。
(2)半护盾、全护盾不适应软岩地层
护盾式 TBM 转向不灵活、控制较为困难
软弱破碎地层不能及时支护
26、支护型式的考虑
1. 管片衬砌
广泛应用于软土地层盾构隧道的支护
管片接头部位是防水薄弱环节,应研究接头型式及防水材料
管片形状及分块型式
管片厚度及钢筋配置与地层压力的关系
2. 喷混凝土衬砌
应用于开敞式 TBM 隧道,能及时支护,很好地适应软弱破碎围岩,在秦 岭隧道及磨沟岭隧道中得到了成功应用。
3. 压缩混凝土衬砌
压缩混凝土衬砌 (ECL —— Extruded Concrete Lining) , 就是以现浇混凝土 作衬砌来代替传统的管片衬砌。
ECL 工法的具有以下特点:
ECL 工法的筑造的衬砌质量高 ;
ECL 极大地抑制了地层沉降,无须降低地下水 ;
采用全机械化施工,节省人员、安全性高,作业环境好;
ECL 工法采用一次衬砌,材料用量少;不需要同步注浆;
施工阶段工序少, 衬砌与拼装同步进行, 加快了施工进度, 缩短了工期 4、薄管片 +二次模筑 =复合衬砌结构。
该型式耐久性好,强度高,适于铁路隧道或重要通道。
27、 必须坚持动态设计、 动态施工、 动态管理, 设计人员必须及时修改图纸, 必须尊重施工信息。
28、设计人员必须提高思想品德、业务素质,要超越规范,创新设计;有新 理念、 新创新。 应用新技术、 新工艺、 新材料、 新设备、 新仪器, 反对抄袭图纸。
29、要实事求是,确定合理工期,合理造价。不合理工期、不合理造价是造 成质量差、工程寿命短及安全事故发生的主要原因。
30、 要建立循环经济的理念; 要有系统地下工程的理念; 要有方便运营维修 的理念; 要有保护环境的理念; 要有重视方案设计比选的理念。 特别要注意, 不 要将工程的简化问题复杂化。
31、隧道顶部允许塌方空洞存在,拱顶上方要有 2m 土厚保护。
32、运营的隧道应简化通风、照明、防灾、监控,简化思路,节约能源。建 议小于1km 隧道不设通风、照明。横向通风、半横向通风因土建、运营费用很 高不可取,应采用纵向竖井分段射流通风方式。
33、城市立交应简化规模,节约土地,方便市民。
34、 从安全风险角度出发, 从有利于长大隧道施工通风出发, 上下行隧道必 须分洞修建,分洞运营。
35、隧道施工洞口无主扇风机, U 形气流射流风机,通风技术
该技术适用于上下行、 分离式双洞隧道。 这是打破常规的新模式, 取消了在 洞口采用大功率主扇压入式向洞内输送新风的模式。 采用在洞内横通道之间设置 射流风机(15— 30KW/台) , 风机本身产生高速气流(30米/秒)的卷吸作用, 产生很大的压力差,从而强迫诱导大量新风,在 U 型风道中产生单向巨大风流, 达到换气目的。
36、 江河隧道施工方法应优选钻爆法和浅埋暗挖法, 其次选择盾构法、 掘进 机法, 在松软地带才可采用沉管法。 严禁在岩石中采用沉管法, 水下爆破不可行。
37、 铁路进入城市应采取客内货外原则, 应重视枢纽换乘车站设计, 处理好 客流与地铁的关系。
范文五:王梦恕:隧道设计的基本原则和理念
隧道设计的基本原则和理念
1、洞门前不设路堑,必须早进晚出,不破坏、洞门前不设路堑,必 须早进晚出,不破坏山体环境。山体环境。
2、全隧道不设变形缝,特殊地段设置诱导、全隧道不设变形缝,特 殊地段设置诱导缝, 8级地震区在洞口段级地震区在洞口段 40~50 m处设减震缝。处设减震缝。
3、必须重视岩溶地区的综合地质超前预报, 长短结合以短为主, 预 报范围前方 ≥ 30m ,隧道周边外边外 1倍洞径做为工序列入。 倍洞径做 为工序列入。
4、一次支护要强,承受部分水和土荷载,浅埋和海底隧道则承受全 部水荷载和土荷载, 二次模筑初砌做为安全储备。 模筑初砌做为安全 储备。
5、全部采用网构钢拱架,取消型钢拱架,靠近工作面的第一排钢拱 架不受力, 喷混凝土靠近工作面的第一排钢拱架不受力, 喷混凝土后 的网构拱架承受后的网构拱架承受 10倍荷载,工钢则承受 4倍荷载, 工刚后部混凝土喷不上,渗漏水。
6、一次支护由钢筋网、钢拱架、喷混凝土组成,钢拱架接头联结处 设索脚锚管(灌浆)。
7、取消系统锚杆。
8、软弱地层必须采用潮喷混凝土,不提倡湿喷混凝土。
9、必须采用复合式衬砌结构型式,一次支护和二次模筑衬砌之间必 须设半包式防水隔离层, 不允许全包, 采用无钉铺设防水板, 无纺布
后部必须设置系统排水盲管。水的处理有两个理念:一是以堵为主, 限排为辅。二是全堵方案,但要给水有排出的通道。
10、取消中部排水沟。
11、 反对长隧短打。 提倡设置平行导坑, 可提高正洞高正洞 2倍速度, 斜井是正洞的 0.5速度,坚井是 0.1~0.3倍的正洞速度。
12、正台阶施工不允许分长、中、微台阶,台阶长度为一倍洞径,第 一个上台阶高度必须为 2.5m ,小导管长度为台阶高度加 1 m。
13、 支护结构施工必须是一次支护从上向下施作, 二次模筑衬砌必须 必须从下向上施作。
14、 隧道宜近不宜联, 可采用小间距隧道, 反对双联拱、 多连拱隧道。 15、大断面硬岩隧道宜采用小导洞超前爆破,可减震 30%,取消预裂 爆破。也可采用小 TBM 超前,钻爆法扩大。
16、必须坚持动态设计:动态施工、 动态管理,设计人员必须及时修 改图纸,必须尊重施工信息。
17、 设计人员必须提高业务素质, 要超越规范, 创新设计; 有新理念、 新创新。应用新技术、新工艺、新材料、新设备、新仪器,反对抄袭 图纸。
18、要实事求是,确定合理工期,合理造价。
19、 要建立循环经济的理念; 要有系统地下工程的理念; 要有方便运 营维修的理念; 要有保护环境的理念; 要有重视方案设计比选的理念。 20、隧道顶部允许塌方空洞存在,拱顶上方要有 2m 土厚保护。 21、运营的公路隧道应简化通风、照明、防灾、监控,简化思路,节
约能源。建议小于1km 隧道不设通风、照明。
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