【正文】 湖南城市學院教師備課紙 27 第 6 講 課 題： 隧道圍巖的分類 目的要求： 了解 隧道圍巖的分類 的原理與方法，能對一般的圍巖采用定性的方法進行分類。圍巖的類別不同，對隧道建筑物的穩(wěn)定性影響極大。大體上有下述幾種： 巖石強度或巖石的物理力學性質(zhì)指標為代表的分類方法； 巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的分類方法； 地質(zhì)勘查手段相聯(lián)系的分類方法； 多種因素進行組合的分類方法； 坑道穩(wěn)定狀態(tài)為代表的分類方法； 公路 隧道的圍巖分級按《公路 隧道 設計規(guī)范》 JTG D70－ 2020 綜合評判方法采用兩步分級，并按以下順序進行： 1）、根據(jù)巖石的堅硬程度和巖體完整 程度兩個基本因素的定性特征和定量的巖體基本質(zhì)量指標 BQ，綜合進行初步分級。 3）按修正后的巖體基本質(zhì)量指標［ BQ］，結(jié)合巖體的定性特征綜合評判、確定圍巖的詳細分級。 具體分類見 《規(guī)范》 P1013， 7375 頁。 作業(yè)： 決定隧道圍巖穩(wěn)定性的因素有哪些？如何認識這些因素的影響？ 為什么要進行圍巖分級和怎樣進行圍巖分級？ 教學總結(jié) ： 隧道圍巖的分類是確定圍巖支護強度與施工方案的依據(jù)。因此，我們一定要學會鑒定圍巖的類別。 洞身 、洞身襯砌 直墻式襯砌：通常用于巖石地層垂直圍巖壓力為主要計算 荷載、水平圍巖壓力很小的情況。 曲 墻式襯砌：通常在Ⅲ類以下圍巖中，水平壓力較大，為了抵抗較大的水平壓力把邊墻也做成曲線形狀。使襯砌形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可以設置仰拱。 園形斷面襯砌。 、支護結(jié)構(gòu) 1）噴錨支護 2）型鋼支護 3）超前支護 、防排水支護 以排為主，排堵結(jié)合。 湖南城市學院教師備課紙 30 洞口 為了巖體的穩(wěn)定和使車輛不受崩塌、落石等威脅， 確保行車安全，應根據(jù)實際情況，選擇恰當?shù)亩撮T形式修筑洞門，并對邊仰坡進行適宜的護坡。山嶺隧道慣用的洞門形式主要有端墻式、翼墻式和環(huán)框式。隧道是一個條形構(gòu)造物，跨越不同的地層，圍巖的強度不一樣，結(jié)構(gòu)也不一樣，要注意不同的圍巖類別采用和不同的結(jié)構(gòu)。 湖南城市學院教師備課紙 31 第 8 講 課 題： 隧道結(jié)構(gòu)的計算 目的要求： 了解隧道結(jié)構(gòu)的受力分析，如何建立計算模型與計算方法 教學重點： 受力分析， 計算模型的建立與計算方法 教學難點： 受力分析，計算模型的建立與計算方法 教學課時： 4課時 教學方法：課堂教學 教學內(nèi)容與步驟： 圍巖對襯砌變形的約束，對改善襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有利，不容忽視。在抗力區(qū)內(nèi)，約束著襯砌變形的圍巖， 相應地產(chǎn)生被動抵抗力，即彈性抗力。但是對這個問題有不同的見解，即局部變形理論和共同變形理論。 局部變形理論是以溫克爾假定為基礎的。這一假定相當于認為圍巖是一組各自獨立的彈簧，每個彈簧表示一個小巖柱。 隧道的圍巖壓力按 P101～ 106 方式 確定。 1）、計算模型 4種 2）、 荷載類型與組合 3）、半襯砌的計算圖式和基本結(jié)構(gòu) 4）曲墻式的計算圖式和基本結(jié)構(gòu) 蕉溪嶺隧道襯砌結(jié)構(gòu)加固截面計算 一、隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算原理 隧道襯砌內(nèi)力分析采用直剛法進行計算，彈性抗力按朱－布法進行考慮。最后檢查所得的安全系數(shù)是否滿足《規(guī)范》所要求的數(shù)值。 截面極限承載力，依軸力的偏心距 0e 的大小按以下兩種情況進行計算 。 第二種情況：當 he ? 時，由抗拉強度控制承載能力 160 ??hebhRN l?極限 （ 3） 式中： lR —— 混凝土的抗拉極限強度（ MPa ）；其它符號同式（ 2）。 （ 2）二次襯砌偏心距分析判斷 湖南城市學院教師備課紙 33 《規(guī)范》規(guī)定：對于整體式襯砌的混凝土偏心受壓構(gòu)件，其軸向力的偏心距不宜大于截面厚度的 倍。 二、 K54+843 加固襯砌結(jié)構(gòu)檢算 （ 1）抗壓（拉）強度檢算 實際計算中，截面寬度 b =1m ，隧道二次襯砌厚度進行了一定簡化，拱頂 60176。范圍內(nèi)二次襯砌厚度由 11cm 過渡到 36cm，其余部分二次襯砌 厚度均取為 36cm，考慮襯砌全部增加 12cm 厚鋼纖維砼。另外，由于實測拱頂一定范圍二次襯砌與圍巖脫空，實際計算時該部位不考慮圍巖的彈性 抗力約束作用，即取拱頂 90176。計算簡圖如圖 1所示。 由表 1 的計算結(jié)果可看出：隧道襯砌結(jié)構(gòu)在增加 12cm 厚鋼纖維砼后，所有截面均通過安全系數(shù)檢算要求，因此實際襯砌結(jié)構(gòu)在圍巖荷載的作用下將處于安全狀態(tài)；隧道襯砌結(jié)構(gòu)各點均滿足《公路隧道設計規(guī)范》規(guī)定的偏心距要求。 作業(yè)： 試畫出半襯砌的計算圖式和基本結(jié)構(gòu)。 教學總結(jié)： 要 運用結(jié)構(gòu)力學的基本原理和方法來計算襯砌 結(jié)構(gòu)的受力，計算出內(nèi)力后再進行強度校核。 湖南城市學院教師備課紙 36 第 9 講 課 題： 隧道的通風 目的要求： 了解隧道通風的主要方法，能根據(jù)不同的長度和斷面來選擇不同的通風 方式。汽車還能攜帶塵土和卷起塵埃。既會造成對人體的危害，又會影響行車安全?，F(xiàn)階段實用的方法是從洞外引進新鮮空氣，沖淡隧道內(nèi)的有害物質(zhì)濃度，使空氣滿足衛(wèi)生標準和能見度方面的要求。 需風量的計算 、按稀釋 CO濃度計算新風量 、 按稀釋 煙霧 濃度計算新風量 通風方式及其選擇 、通風方式 、通風方式選擇 湖南城市學院教師備課紙 37 自然通風的能力一般為 500M 以下。一般選用軸流式通風機。 主要是選擇 合適的通風機械及通風的方式。 自然通風 機械通風 縱向式 半橫向式 全橫向式 混合式 射流式 風道式和噴咀式 豎井排風式 送風式 排風式 湖南城市學院教師備課紙 38 第 10 講 課 題： 隧道的照明 目的要求： 了解隧道照明的方式與 特點，能選擇合適的照明器材 教學重點： 隧道照明的方式與 特點，能選擇合適的照明器材 教學難點： 選擇合適的照明器材 教學課時： 2課時 教學方法：課堂教學 教學內(nèi)容與步驟： 隧道的照明 隧道的照明，是為了把必要的視覺信息傳遞給司機，防止因視覺信息不足而出現(xiàn)的交通事故，從而提高駕駛上的安全性和增加舒適感。 隧道狀況：隧道長度、 寬度、線形、建筑限界等與照明的關(guān)系；照明器的選擇、安裝位置、照明率、維修率、路面、墻壁和頂棚的種類及反射率等。 附屬設備狀況：電源狀況、配電線路、照明器材、道路標志、通風裝置等。 根據(jù)上述情況，進行綜合分析后才能作具體照明設計。 L＝ Iθ /ｄ Aｃｏｓθ為垂直于視線方向上的單位投影面積。 湖南城市學院教師備課紙 40 第 11 講 課 題： 新奧法施工的基本原理 目的要求： 了解 新奧法施工的基本原理 教學重點： 新奧法施工的基本原理 教學難點： 新奧法施工的基本原理 的理解 教學課時： 2課時 教學方法：課堂教學 教學內(nèi)容與步驟： “新奧法”是 “新奧地利隧道修建方法”的簡稱，其英文為“ New Austria Tunneling Method”，常簡寫為“ NATM”，是由奧地利土木工程師 Rabcewicz、 M252。 1963 年，該方法在一次國際土力學會議上被正式命名為“ NATM”。 新奧法的核心在于充分發(fā)揮圍巖的自承作用，噴射砼、錨桿起加固圍巖的作用。新奧法的理論體系是現(xiàn)代支護理論，或 稱為“巖層理論”。 傳統(tǒng)的礦山法是以木或鋼構(gòu)件作為臨時支撐，待隧道開挖成形后，逐步將臨時支撐撤換下來，而代之以整體式厚襯砌作為永久性支護的施工方法。其核心內(nèi)容是：穩(wěn)定的巖體有自穩(wěn)能力，不產(chǎn)生荷載；不湖南城市學院教師備課紙 42 穩(wěn)定的巖體則可能產(chǎn)生坍塌，需要用支護結(jié)構(gòu)予以支承。把圍巖看作是支護結(jié)構(gòu)的重要組成部分，并通過監(jiān)控量測，實行信息化設計和施工，有控制地調(diào)節(jié)圍巖的變形，以最大限度地利用圍巖自承作用。下面介紹新奧法施工程序，新奧法施工的基本原則可以歸 納為“少擾動，早噴錨，勤量測，緊封閉”。常用的掘進方式有鉆眼爆破掘進、單臂掘進機掘進、人工掘進三種掘進方式。鉆孔直徑有 3 否 是 是 圖 1－ 1 新奧法施工程序 施工準備 確定施工方案 開 挖 初期支護 量測監(jiān)控 是否符合管理基準 防水隔離層 二次支護 竣 工 必要時須超前支護或預先進行地層改良 修正 支護參數(shù) 參數(shù) 改變開挖 方法 和順序 修改施工方案 初期支護湖南城市學院教師備課紙 44 4 4 48mm 等，用于鉆中空孔 眼的鉆 頭直徑可達 102mm。藥卷直徑為 32mm，不偶合系數(shù)為 。微差時級為 40－ 200ms。 E＝（ 818） D。孔眼可分為掏槽眼、輔助眼、周邊眼。 出渣采用裝載機配自卸車。 二、初期支護與量測監(jiān)控 隧道開挖成形后，除圍巖完全能夠自穩(wěn)而無須支護以外，在圍巖穩(wěn)定能力不足時，則須加以支護才能使其進入穩(wěn)定狀態(tài)，稱為初期支護。必要時還需先進行注漿加固圍巖和堵水，然后才能開挖，稱為地層改良。錨噴支護工程特點是：靈活性、及時性、密貼性、深入性、 柔性和封閉性。錨桿根據(jù)其作用不同，有系統(tǒng)錨桿和超前錨桿。這是交通部頒發(fā)的《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》 JTJ042－94中所規(guī)定的必檢項目。量測在開挖后及初期支護后進行。 量測的目的是掌握圍巖力學形態(tài)的變化規(guī)律；掌握支護的工作狀態(tài)；作出工程預報，確立施工對策；監(jiān)視險情，安全施工；為理論解析、數(shù)值分析提供計算數(shù)據(jù)與對比指標；為工程類比提供參考指標；為地下工程設計與施工積累經(jīng)驗資料。通過監(jiān)控量測，繪制湖南城市學院教師備課紙 45 位移－時間曲線，計算位移速度，判斷是否存在拐點。 三、設置防水層 為避免和減少水的危害，采取“截、堵、排相結(jié)合”的綜合治水 原則。 四、二次襯砌 按照現(xiàn)代支護理論和新奧法施工原則，作為安全儲備的二次支護是在圍巖或圍巖加支護穩(wěn)定后施作的，此時隧道已成型，因此二次支護多采用順作法，即由下到上，先墻后拱順序連續(xù)灌筑。 二次支護多采用模筑砼作為內(nèi)層襯砌。 作業(yè)： 簡述光面爆破的基本原理。 襯砌灌注過程中應注意和處理好哪些問題？ 教學總結(jié) ： 光面爆破、微差爆破是一種新技術(shù)，可減少超欠挖與應力集中和對圍巖的擾動，對穩(wěn)定圍巖有好處。 湖南城市學院教師備課紙 46 第 13 講 課 題： 隧道施工的其它方法 目的要求： 了解隧道施工的其它方法 教學重點： 盾構(gòu)法 、 沉管隧道 的施工方法 教學難點： 建立施工方法的工程意識 教學課時： 2課時 教學方法：課堂教學 教學內(nèi)容與步驟： 一、全斷面掘進機施工 全斷面掘進機施工法是用隧道掘進機切削破巖，開鑿巖石隧道的施工方法。所施工斷面 一般為園形。 三、蓋挖法施工 蓋挖法是指由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部的工程在封閉的頂蓋下進行施工，主體結(jié)構(gòu)可以順作，也可以逆作。 五、盾構(gòu)法 盾構(gòu)法是以盾構(gòu)這種施工機械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。鋼筒的前端設置有支撐和開挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有頂進所需千斤頂；鋼筒尾部可以拼裝預制或現(xiàn)澆隧道襯砌環(huán)。盾構(gòu)推進的反力由襯砌承擔，盾構(gòu)施工前應先修建一豎井，在豎井處安裝盾構(gòu)，盾構(gòu)開挖出的土體由豎井通道送出地面。采用沉管法施工的水底隧道又叫沉管隧道。待管段定位后，向管段內(nèi)灌水壓載，使其下沉到設計位置，將此管段與相鄰管段在水下連接起來，并經(jīng)基礎處理，最后回填覆土，成為水底隧道。