第1篇 土木,巖土,地基基礎,基坑邊坡,隧道立井生產實習報告范文論文
土木,巖土,地基基礎,基坑邊坡,隧道立井生產實習論文
前言
第一部分 隧道與地下工程
第一節(jié) 概述
隧道和地下工程隨著我國經濟和人民生活水平的提高而進一步發(fā)展和推廣。隧道和地下工程已經是解決我國交通和工業(yè)的和很有前景的一門科學。
隧道是一種地下工程結構物，通常是指修筑在地下或山體內部，兩端有出入口，供車輛、行人、水流及管線通過的通道。隧道一般包括交通運輸方面的鐵路、公路、航運和人行隧道；城市地下鐵路和海底、水底隧道；軍事工程方面的各種國防坑道；水利發(fā)電工程方面的各種水工隧道或隧洞等。
隧道工程是指從事研究和建造各種隧道的規(guī)劃、勘測、設計、施工和養(yǎng)護的一門應用科學和工程技術，它是土木工程的一個分支。
目前，大部分隧道的設置以交通運輸為主要目的，穿越山嶺、河流、港灣等障礙，修建地下鐵道，縮短交通線路，改善線形，可提到車輛行駛速度，以獲得良好的經濟效益和社會效益。除此之外，在水電工程中設置各類水工隧道可實現(xiàn)引水、排水、通風等目的；在市政工程中，設置各類公共隧道可實現(xiàn)污水排放、管線鋪設等目的。隧道的這些功能，決定了其一般在長度方向上有較大的尺寸，多數(shù)長度為幾千米道幾十千米，有的甚至更長。而橫斷面的尺寸則相對較小，一般僅幾米到幾十米。斷面較小的隧道，一般不作為交通設施，僅用于污水排放和水、氣管道、電纜、通訊線路等敷設用途，這些通道常常也被稱為隧硐、導溝、管溝等。斷面較大、長度較短的隧道所形成的地下空間，一般有其專用功能，如作為地下變電站、地下停車場、地下倉庫、地下廣場等。
隧道之所以在近幾年迅猛的發(fā)展，是因為它有獨特的優(yōu)點：
首先，利用隧道可以實現(xiàn)各種運輸線路直線等穿越山嶺而不必盤山繞嶺。
其次，隧道還可以改善線路中的車輛運行情況和提高線路的運行能力。
其三，隧道是一項隱蔽在地下、水下或山體內部的重要結構。
其四，隧道在具有以上功能的同時，還存在有另一重要特點就是它不占據(jù)地面空間，這等于無形中增加了城市的有效面積，對于人口擁擠、道路密集、交通繁忙的城市來說，無疑是十分重要的。
最后，城市地下隧道的興起，也帶動了整個城市地下工程的發(fā)展。
隧道是地下工程的一種，而礦井和巷道同樣是地下工程的重要組成部分。礦井的建設和施工比隧道更困難，因為它位于較深的地下，地質條件更復雜和施工技術不完善！
我們這次實習，主要是焦晉高速隧道工程和趙固煤礦的礦井建設。
第二節(jié) 隧道工程
我們這次實習地點是焦晉高速的隧道工程，特別是牛郎河隧道，它是焦晉隧道中工程量最大，地質條件最復雜，施工最困難的最長的隧道。
1、焦晉高速
1.1、概況
焦作至晉城高速公路（焦作境），是經國家計委批準立項的河南省重點工程，也是國內第一條由地、市級公路局自籌資金、自行建設、自主管理的跨省高速公路。焦晉高速（焦作境）穿梭在太行山崇山峻嶺之中，懸掛于縣崖峭壁之上，地質條件復雜，施工場地狹小，施工難度前所未有。去年年底全線通車的河南焦作至晉城高速公路，由于采用了多項諸如煤炭采空區(qū)注漿加固等先進技術，使這條穿越太行山的高速公路成為國內先進筑路技術的實驗示范基地。
焦作至晉城高速公路（焦作至省界段）雖然只有短短的17.036公里，但因穿越太行山，地形復雜，地質
10 條件十分惡劣，全線從起點到終點總落差達566米，有大中型橋梁22座，隧道7座，并有多處穿越孤峰的橋隧工程，施工難度極大。具體表現(xiàn)為橋墩高、擋墻高，其中最高的橋墩達83米，有“河南第一墩”之稱；最高的擋墻高達30米，接近工程規(guī)范極限，技術要求極高。省界至晉城段有隧道10座，其中牛郎河隧道是焦晉高速最長的隧道，約為3900米。
1.2、成果
為了優(yōu)質完成工程建設，工程業(yè)主單位———焦作市公路局在設計過程中，先后采取了紅外遙感、衛(wèi)星導航攝像技術對地質構造、巖石進行科學分析，并普遍采用計算機輔助設計線路、橋隧、擋墻，使所有工程設計都達到了科學化和標準化。開工以后，工程指揮部相繼聘請了省內外8名筑路工程專家成立了工程技術專家組，針對工程建設中出現(xiàn)的技術難題，定期召開科研論證例會進行技術攻關。
在治理大面積煤礦采空區(qū)時，工程施工單位在有關專家的幫助下，采用最先進的鉆孔注漿施工方法實施治理，共鉆孔912個，注漿近12萬立方米，從根本上解決了采空區(qū)地表不規(guī)則沉降這一難題。其他如橋梁高墩滑模頂升、隧道淺埋偏壓和膨脹土路基處理等高新技術的相繼采用，使該工程的各分項工程合格率達到100％，優(yōu)良率達到90％。
2、牛郎河隧道
2.1、概況
牛郎河隧道進口位于張莊河附近,出口位于牛郎河村,屬越嶺特長
隧道,為雙線、雙洞、雙車道、雙側電纜槽和排水溝的隧道。其中左線起訖里程lk26 415～lk30 370,全長3955m;右線里程rk26 405～rk30 300,全長3895m。
牛郎河隧道地處太行山中低山區(qū),海拔高度介于724m～1046m之間,隧址區(qū)地形起伏較大。地勢陡峭,相對高差320m。隧道最大埋深280m。區(qū)內溝谷發(fā)育,多呈“u”及“v”型谷。
2.2、工程地質條件
隧道進口隧址區(qū)主要穿越中奧陶統(tǒng)上馬家溝組第三巖性段中厚層灰?guī)r及第四薄層泥灰?guī)r,巖層產狀平緩,近于水平。地表覆蓋薄層第四系殘坡積地層。進口80m屬ⅲ類圍巖,薄泥層灰?guī)r,強～弱風化,硬質巖組。發(fā)育兩組節(jié)理,巖體較破碎,呈碎石狀鑲嵌結構,圍巖穩(wěn)定性差。中間ⅳ圍巖,中厚層灰?guī)r,微風化～新鮮巖石,硬質巖組, 單斜構造,產狀平緩。受構造影響較重,節(jié)理較發(fā)育,呈_型張性節(jié)理,節(jié)理走向分別5°～7°和290°,節(jié)理寬度約1～1.5cm,貫通性良好,由黃粘土殘積物充填,層間結合性差。巖體呈塊碎石狀鑲嵌結構塊狀砌體結構,圍巖穩(wěn)定性一般。地下水主要為巖溶水和基巖裂隙水,呈滴水狀或涌水狀。
2.3、施工概況
根據(jù)隧址區(qū)地形、地貌及地質條件，兩端接線工程量和隧道照明的需求，隧道進、出口段平面線形分別設置為半徑
1 9 10 r-2500m、r-1500m的不設超高的平曲線，洞身段均為直線，主要是考慮減少隧道長度和有利于通風而為之。左洞縱坡為-1.90%的單坡，右洞縱坡為-2.654%和-1.89%的合成坡。依救援逃逸的需求，隧道內布設車行橫洞3道、人行橫洞3道。另外，左、右洞內各設置4處應急停車帶。牛郎河隧道采用分離式斷面，兩洞凈間距約30m，其建筑限界為：凈寬9.75m(0.75 0.25 0.50 3.752 0.50 0.25)，凈高5m。洞內設單側檢修道，高0.40m，隧道內輪廓為單心圓。應急停車帶處的內輪廓為三心圓。除明洞外，隧道襯砌結構系按natm原理，采用以柔性支護體系為主要受力結構的復合式襯砌，即以噴、錨、網(wǎng)、格柵或型鋼鋼架等為初期支護，模筑混凝土或模筑鋼筋混凝土為二次襯砌，并在兩者之間敷設防水板。這種支護方式既能充分維護和利用圍巖的自承能力，減薄襯砌厚度，又便于機械化快速施工有利于保證施工安全和工程質量。隧道內設置有電光照明、全射流風機縱向式通風、消防、監(jiān)控通訊以及配套的養(yǎng)管設施。
牛郎河隧道采用分離式、雙洞、雙車道布置,兩洞凈距30m。隧道凈寬9.75m,凈高6.8m。隧道內輪廊為r=527cm單心圓。本標段左、右線各設緊急停車帶兩處,行車方向右側加寬2.5m,凈寬12.25m,內輪廊為三心圓。車行橫洞、人行橫洞各兩處,洞門為端墻式。隧道以柔性支護體系結構的復合式襯砌為主要受力結構,即以噴錨,鋼筋網(wǎng),鋼格柵支撐、噴25#防水混凝土為初期支護,模注混凝土為二次支護,并敷設防水層防水;路面為25cm厚35#混凝土,上鋪7cm瀝青混凝土作為上路面。隧道采用新奧法施工技術,利用大型配套施工機械施工作業(yè)生產線。ⅲ類圍巖采用上半斷面開挖法作業(yè),ⅳ圍巖采用全斷面光面爆破法開挖,洞口段采用上半斷面弧形導坑開挖先拱后墻法施工,并且打入間距為50cm、長度為5m錨桿三排;明洞采用明挖方法施工。不良地質采用短循環(huán)、弱爆破、超前錨桿、強支撐方法。ⅲ類圍巖開挖循環(huán)進尺1.5m～2.0m,ⅳ類圍巖循環(huán)進尺2.5m～3.0m。裝碴運輸采用無軌裝碴,無軌運輸方案。二次襯砌采用自行全液壓整體模板臺車施工方案。
2.4、新奧法施工
新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡稱, 原 文 是 ew austria tu elling method 簡稱 atm , 新奧法概念是奧地利學者拉布西維茲 (l. v. rabcew icz) 教授于 50 年代提出的, 它是以隧道工程經驗和巖體力學的理論為基礎, 將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護手段的一種施工方法,經過一些國家的許多實踐和理論研究, 于60年代取得專利權并正式命名。之后這個方法在西歐、北歐、美國和日本等許多地下工程中獲得極為迅速發(fā)展, 已成為現(xiàn)代隧道工程新技術標志之一。六十年代natm 被介紹到我國, 七十年代末八十年代初得到迅速發(fā)展。至今,可以說在所有重點難點的地下工程中都離不開natm。新奧法幾乎成為在軟弱破碎圍巖地段修筑隧道的一種基本方法。
2.4.1、新奧法施工特點
一、及時性
新奧法施工采用噴錨支護為主要手段，可以最大限度地緊跟開挖作業(yè)面施工，因此可以利用開挖施工面的時空效應，以限制支護前的變形發(fā)展，阻止圍巖進入松動的狀態(tài)，在必要的情況下可以進行超前支護，加之噴射混凝土的早強和全面粘結性因而保證了支護的及時性和有效性。
在巷道爆破后立即施工以噴射混凝土支護能有效地制止巖層變形的發(fā)展，并控制應力降低區(qū)的伸展而減輕支護的承載，增強了巖層的穩(wěn)定性。
二、封閉性
由于噴錨支護能及時施工，而且是全面密粘的支護，因此能及時有效地防止因水和風化作用造成圍巖的破壞和
10 剝落，制止膨脹巖體的潮解和膨脹，保護原有巖體強度。
巷道開挖后，圍巖由于爆破作用產生新的裂縫，加上原有地質構造上的裂縫，隨時都有可能產生變形或塌落。當噴射混凝土支護以較高的速度射向巖面，很好的充填圍巖的裂隙，節(jié)理和凹穴，大大提高了圍巖的強度。（提高圍巖的粘聚力c和內摩擦角）。同時噴錨支護起到了封閉圍巖的作用，隔絕了水和空氣同巖層的接觸，使裂隙充填物不致軟化、解體而使裂隙張開，導致圍巖失去穩(wěn)定。
三、粘結性
噴錨支護同圍巖能全面粘結，這種粘結作用可以產生三種作用：
① 聯(lián)鎖作用，即將被裂隙分割的巖塊粘結在一起若圍巖的某塊危巖活石發(fā)生滑移墜落，則引起臨近巖塊的聯(lián)鎖反應，相繼喪失穩(wěn)定，從而造成較大范圍的冒頂或片幫。開巷后如能及時進行噴錨支護，噴錨支護的粘結力和抗剪強度是可以抵抗圍巖的局部破壞，防止個別威巖活石滑移和墜落，從而保持圍巖的穩(wěn)定性。
②復和作用，即圍巖與支護構成一個復合體（受力體系）共同支護圍巖。噴錨支護可以提高圍巖的穩(wěn)定性和自身的支撐能力，同時與圍巖形成了一個共同工作的力學系統(tǒng)，具有把巖石荷載轉化為巖石承載結構的作用，從根本上改變了支架消極承擔的弱點。
③增加作用。開巷后及時繼進行噴錨支護，一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平，消除因巖面不評引起的應力集中現(xiàn)象，避免過大的應力集中所造成的圍巖破壞；另一方面，使巷道周邊圍巖由雙方向受力狀態(tài)，提高了圍巖的粘結力c和內摩擦角，也就是提高了圍巖的強度。
四、柔性
噴錨支護屬于柔性薄性支護，能夠和圍巖緊粘在一起共同作用，由于噴錨支護具有一定柔性，可以和圍巖共同產生變形，在圍巖中形成一定范圍的非彈性變形區(qū)，并能有效控制允許圍巖塑性區(qū)有適度的發(fā)展，使圍巖的自承能力得以充分發(fā)揮。另一方面，噴錨支護在與圍巖共同變形中受到壓縮，對圍巖產生越來越大的支護反力，能夠抑制圍巖產生過大變形，防止圍巖發(fā)生松動破壞。
2.4.2、新奧法理論要點及施工要點
一、新奧法與傳統(tǒng)施工方法的區(qū)別：傳統(tǒng)方法認為巷道圍巖是一種荷載，應用厚壁混凝土加以支護松動圍巖。而新奧法認為圍巖是一種承載機構，構筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護結構（以噴射混凝土、錨桿為主要手段）并使圍巖與支護結構共同形成支撐環(huán)，來承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定，而不致松動破壞。
新奧法將圍巖視為巷道承載構件的一部分，因此，施工時應盡可能全斷面掘進，以減少巷道周邊圍巖應力的擾動，并采用光面爆破、微差爆破等措施。減少對圍巖的震動，以保全其整體性。同時注意巷道表面盡可能平滑，避免局部應力集中。
新奧法將錨桿、噴射混凝土適當進行組合，形成比較薄的襯砌層，即用錨桿和噴射混凝土來支護圍巖，使噴射層與圍巖緊密結合，形成圍巖-支護系統(tǒng)，保持兩者的共同變形，故而可以最大限度地利用圍巖本身的承載力。
二、保護巷道圍巖自身的承載能力
新奧法施工在巷道開挖后采取了一系列綜合性措施：構筑防水層、圍巖巷道排水；選擇合理的斷面形狀尺寸；給支護留變形余量；開巷后及時做好支護、封閉圍巖等，都是為保護巷道圍巖的自身承載能力，使圍巖的擾動影響控制在最小范圍內，并加固圍巖，提高圍筵強度。使其與人工支護結構共同承受巷道壓力。
三、允許圍巖有一定量的變形，以利于發(fā)揮圍巖的固有強度。同時巷道的支護結構，也應具有預定的可縮量，以緩和巷道壓力。
圍巖的變形是控制在一定范圍內的，必須避免圍巖變形過大，從而導致圍巖強度的削弱以致引起垮落、失穩(wěn)。支護結構具有一定的變形量，允許巷道圍巖產生一定的變形，以緩和來自巷道的巨大壓力，更進一步減輕支護荷載。
2.4.3、新奧法的主要支護手段與施工順序
新奧法是以噴射混凝土、錨桿支護為主要支護手段，因錨桿噴射混凝土支護能夠形成柔性薄層，與圍巖緊密粘結的可縮
3 9 10 性支護結構，允許圍巖有一定的協(xié)調變形，而不使支護結構承受過大的壓力。
施工順序可以概括為：開挖→一次支護→二次支護。
一、開挖
開挖作業(yè)的內容依次包括：鉆孔、裝藥、爆破、通風、出渣等。開挖作業(yè)與一次支護作業(yè)同時交叉進行，為保護圍巖的自身支撐能力，第一次支護工作應盡快進行。為了沖分利用圍巖的自身支撐能力開挖應采用灌面爆破（控制爆破）或機械開挖，并盡量采用全斷面開挖，地質條件較差時可以采用分塊多次開挖。一次開挖長度應根據(jù)巖質條件和開挖方式確定。巖質條件好時，長度可大一些，巖質條件差時長度可小一些，在同等巖質條件下，分塊多次開挖長度可大一些，全斷面開挖長度就要小一些。一般在中硬巖中長度約為2-2.5米，在膨脹性地層中大約為0.8-1.米。
二、第一次支護作業(yè)包括：一次噴射混凝土、打錨桿、聯(lián)網(wǎng)、立鋼拱架、復噴混凝土
在巷道開挖后，應盡快地噴一層薄層混凝土（3-5mm），為爭取時間在較松散的圍巖掘進中第一次支護作業(yè)是在開挖的渣堆上進行的，待把未被渣堆覆蓋的開挖面的一次噴射混凝土完成后再出渣。
按一定系統(tǒng)布置錨桿，加固深度圍巖，在圍巖內形成承載拱，由噴層、錨桿及巖面承載拱構成外拱，起臨時支護作用，同時又是永久支護的一部分。復噴后應達到設計厚度（一般為10-15mm）,并要求將錨桿、金屬網(wǎng)、鋼拱架等覆裹在噴射混凝土內。
完成第一次支護的時間非常重要，一般情況應在開挖后圍巖自穩(wěn)時間的二分之一時間內完成。目前的施工經驗是松散圍巖應在爆破后三小時內完成，主要由施工條件決定。
在地質條件非常差的破碎帶或膨脹性地層（如風華花崗巖）中開挖巷道，為了延長圍巖的自穩(wěn)時間，為了給一次支護爭取時間，安全的作業(yè)，需要在開挖工作面的前方圍巖進行超前支護（預支護），然后再開挖。
在安裝錨桿的同時，在圍巖和支護中埋設儀器或測點，進行圍巖位移和應力的現(xiàn)場測量：依據(jù)測量得到的信息來了解圍巖的動態(tài)，以及支護抗力與圍巖的相適應程度。
一次支護后，在圍巖變形趨于穩(wěn)定時，進行第二次支護和封底，即永久性的支護（或是補噴射混凝土，或是澆注混凝土內拱），起到提高安全度和整個支護承載能力增強的作用，而此支護時機可以由監(jiān)測結果得到。
對于底板不穩(wěn)，底鼓變形嚴重，必然牽動側墻及頂部支護不穩(wěn)，所以應盡快封底，形成封閉式的支護，以謀求圍巖
10 的穩(wěn)定。
2.4.4、新奧法適用范圍
① 具有較長自穩(wěn)時間的中等巖體；
② 弱膠結的砂和石礫以及不穩(wěn)定的礫巖；
③ 強風化的巖石；
④ 剛塑性的粘土泥質灰?guī)r和泥質灰?guī)r；
⑤ 堅硬粘土，也有帶堅硬夾層的粘土；
⑥ 微裂隙的，但很少粘土的巖體；
⑦ 在很高的初應力場條件下，堅硬的和可變堅硬的巖石；在下述條件下應用新奧法必須與一些輔助方法相配合
① 有強烈地壓顯現(xiàn)的巖體；
② 膨脹性巖體（要與仰拱與底部錨桿相配合）；
③ 在一些松散巖體中，要與鋼背板與之配合；
④ 在蠕動性巖體中，要與凍結法或預加固法等配合；
在下列場合中應用應慎重
① 大量涌水的巖體；
② 由于涌水會產生流砂現(xiàn)象的圍巖；
③ 極為破碎，錨桿鉆孔、安裝都極為困難的巖體；
④ 開挖面完全不能自穩(wěn)的巖體等。
2.4.5、新奧法的缺點主要有
① 實施不僅要求有良好的施工組織和管理，也要求技術人員和量測人員都十分熟練，沒有這一點就易于發(fā)生錯誤；作業(yè)質量都與每一個人的仔細操作有關。
② 開挖暴露出的地質會立即改變其狀態(tài)，因此要求施工地質人員要親臨現(xiàn)場，以便發(fā)現(xiàn)問題；
③ 用能控制的施工量測，往往給施工帶來不便；
④ 干噴射帶來的灰塵以及由于易受化學藥品的損害必須加強防護，尤其是對眼睛的防護，濕噴雖然可以避免此缺
5 9 10 點，但在同樣條件下，不如干噴那樣有效的支護巖體。
新奧法施工是從實際經驗中總結出來的，又在不斷實踐經驗中得以豐富其內容和進一步發(fā)展，新澳法施工在我國推廣以來，經過幾十年的發(fā)展，通過科研、設計、施工三結合，在修建下坑、西坪、大瑤山、軍都山等鐵路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多座公路隧道中，應用新奧法遠離及其相應的技術，取得了較大的成就。
不可否認，新奧法也存在不少缺點，不過經過工程技術人員和科技工的共同努力一定可以把新奧法不斷完善，在我國的現(xiàn)代化建設進程中發(fā)揮更加重要的作用。
除此之外隧道掘進還有盾構法、明挖法和沉管法施工技術。
盾構是一種鋼制活動防護裝置或支撐，是通過軟弱含水層，特別是河底、海底，以及城市中心區(qū)修建隧道的一種機械。在他的掩護下，頭部可以安全的開挖地層，尾部可迅速地拼裝隧道永久襯砌，并將襯砌與土層之間的空隙壓漿填實。盾構推進主要依靠盾構內部設置的千斤頂，如此不斷開挖不斷拼裝，并不斷推進，借助盾構這種施工機械可用較快的速度完成隧道施工作業(yè)循環(huán)，直至隧道建成。
盾構的種類按其結構特點和開挖方式可分為：
①手掘式盾構：有敞開式、正面支撐式和棚式，此類盾構輔以氣壓法或降水法等疏干地層的措施并使用必要的正面支撐后，可適用于各種地層中，特別是地下障礙較多的地層；在精心施工的條件下，亦可將地表變形控制到中等或較小的程度。
