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1、钻爆法暗挖隧道施工工艺与工法,西南交通大学土木学院二 0 一 0 年 六 月,一、概述二、翔安海底隧道施工方法三、翔安海底隧道各工法施工工艺,汇报内容,一、概述,1.1 定义及分类,暗挖法定义：在特定的条件下，不开挖地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工方法。,暗挖法分类：,1.2 钻爆法施工流程,1.3 钻爆法施工工法,1.4 钻爆法各工法特点,全断面法：常用在硬岩中，利于大型化机械作业，施工速度快。台阶法：多用于软弱或节理发育的围岩中，可分为三种变化方案：长台阶法：上下台阶距离较远，上台阶超前50m或5倍洞跨以上，施工中上下台阶可配大中型机械平行作业。短台阶法：上台阶长度小于5倍
2、洞跨且大于11.5倍洞跨，适用于较软弱围岩，上下台阶施工干扰较大。超短台阶法：上台阶超前1倍洞跨以下，断面闭合较快，多用于机械化程度不高的各类围岩。,1.4 钻爆法各工法特点,1.4 钻爆法各工法特点,分部开挖法：常用于围岩条件较差，隧道开挖断面较大的情况，可分为三种变化方案：台阶分部开挖法：又称环形开挖留核心土法，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。上部核心土用于支挡开挖工作面，利于及时施做拱部初期支护，增强开挖工作面稳定性；核心土及下部开挖在拱部初期支护保护下进行，施工安全性好。一般环形开挖进尺不宜过长，为0.51m左右。,1.4 钻爆法各工法特点,单侧壁导坑法：适用于围岩差、跨度大、地
3、表沉陷难于控制情况。此法单侧壁导坑超前，另一侧断面采用台阶法施工，兼有台阶法和侧壁导坑法优点。洞跨可随机械设备等施工条件确定。如在开挖单侧壁导坑时，也采用台阶法施工，并及时用临时支撑进行支护，一般将次方法称为CRD法。,1.4 钻爆法各工法特点,双侧壁导坑法：适用于浅埋大跨度隧道，地表下沉要求严格，围岩条件特差条件。此法安全可靠，单施工速度较慢，工程造价较高。,1.5 各工法力学效果比较,台阶法不同台阶长度力学效果分析比较,1.5 各工法力学效果比较,台阶法、单侧壁法、双侧壁法力学效果分析比较,1.6 各分部开挖工法比选,注：表示优选顺序,二、翔安海底隧道施工方法,2.1 工程概况,翔安海底隧
4、道全长6.05km，其中跨海域长4.2km，设计采用三孔方案，左右两孔采用双向六车道，中间孔为服务隧道。是我国大陆修建的第一条海底隧道。,翔安海底隧道地理位置示意图,2.2 工程特点,隧道开挖断面大最大开挖跨度达16.84m，最大开挖高度达12.26m，最大开挖断面积达170.7m2。,2.2 工程特点,地质条件复杂陆域段主要为全强风化花岗岩、富水砂层、海域段穿越多处风化囊槽。,施工风险大易发生突水、坍塌等事故。,2.3 施工方法,通过综合分析，隧道沿线V级围岩地段采用小挖掘机开挖，IIV级围岩地段采用钻爆法开挖。,三、翔安海底隧道各工法施工工艺,3.1 CRD施工工法,适用范围翔安海底隧道中
5、，在洞口采用大管棚支护地段、陆域IV/V级围岩地段、富水砂层地段、海域风化深槽地段，由于隧道开挖跨度较大、且对围岩变形控制严格，因此采用CRD工法进行施工。施工工艺原理采用CRD预留核心土的方法，将大断面隧道分成4个相对独立的小洞室分部施工。CRD法遵循“小分部、短台阶、短循环、快封闭、勤量测、强支护”施工原则，自上而下、分块成环、随挖随撑、及时做好初期支护。待初期支护结构稳定后，自上而下拆除临时中隔壁墙及临时仰拱，再进行施工。,3.1 CRD施工工法,施工工艺流程,3.1 CRD施工工法,施工要点合理开挖支护步序,（1）-开挖支护顺序（2）-开挖支护顺序,3.1 CRD施工工法,施工要点合理
6、开挖支护步序,拱顶下沉量比较,3.1 CRD施工工法,施工要点合理开挖支护步序,水平收敛量比较,3.1 CRD施工工法,施工要点合理开挖支护步序,结构安全系数比较,3.1 CRD施工工法,施工要点合理开挖支护步序,结论：部超前无论是位移还是结构受力均优于超前，因此宜采用-开挖支护步序。,3.1 CRD施工工法,施工要点合理施工步长,（1）台阶步长：考虑到台阶的开挖高度及围岩稳定滑移面角度（45），确定合理的台阶开挖长度为35m。（2）各开挖面施工步长：810m。,3.1 CRD施工工法,施工要点临时支护拆除,3.1 CRD施工工法,施工要点临时支护拆除,（1）布置测点：目的是确定拆除的时机。当
7、结构每天变形量小于0.2mm时，说明结构稳定，可拆除临时支护。,3.1 CRD施工工法,施工要点临时支护拆除,（2）搭设脚手架及防护安全网：脚手架立杆采用42钢管，立杆横距80cm，步距100cm，纵距100cm；立杆与立杆采用连扣件连接；连墙件采用钢管式，与钢支撑焊接牢固。,3.1 CRD施工工法,施工要点临时支护拆除,（3）凿除喷射混凝土：采用风镐和弱控制爆破的方式结合进行，进行弱爆破作业时，必须分部进行，每次弱爆破的范围不能超过2m。,3.1 CRD施工工法,施工要点临时支护拆除,（4）临时支护拆除顺序：从上到下的顺序分段进行拆除。施工中I部和III部错位拆除，尽量在II部和IV部喷砼时
8、安排对应I部和III部拆除作业,3.1 CRD施工工法,施工要点临时支护拆除,（5）拆除断面里程及一次拆除长度：支护拆除的断面里程与二次衬砌的间距不大于50m，临时支护拆除后能尽快进行二次衬砌支护，确保隧道结构的稳定和安全。一次拆除长度不得大于5m。,3.1 CRD施工工法,施工注意事项（1）各施工部开挖应重视保护围岩，尽量减少对围岩的扰动，施工中应采用机械开挖、配合人工，少使用爆破；（2）下部开挖，应注意上部支护结构稳定性，边墙开挖时必须采用两侧交错挖马口施做，避免上部断面两侧拱脚同时悬空；（3）由于围岩松软，因此应采用临时仰拱及时封闭断面；（4）各工作面应保持合理间距：各相邻掌子面应相距8
9、10m，以保证导坑开挖稳定，各导坑上下台阶应相距35m为宜；（5）喷射混凝土紧随开挖掌子面施做；（6）严格控制龙头工序部开挖质量，支护构件架设误差；,3.1 CRD施工工法,施工注意事项（7）中壁拆除时间及拆除后安全性评价：中壁拆除前拱顶下沉量、洞周收敛应小于0.2mm/天；拆除中、拆除后的拱顶下沉量增量应不大于6mm；（8）各部开挖支护完成后，应及时埋设监控量测测点，并及时反馈信息，以指导施工和设计参数；（9）完成开挖及支护后，根据量测结果进行二次衬砌的施做。,3.1 CRD施工工法,3.2 双侧壁导坑施工工法,适用范围适用于围岩较差的V级围岩条件下的行车隧道开挖，在浅埋大跨度隧道施工时，采
10、用此工法可较好的控制地表下沉，保持掌子面的稳定性。施工工艺原理利用两个中隔壁把整个隧道大断面分成左中右3个小断面施工,左、右导洞先行，中间断面紧跟其后；初期支护仰拱成环后，拆除两侧导洞临时支撑，形成全断面。两侧导洞皆为倒鹅蛋形，有利于控制拱顶下沉。,3.2 双侧壁导坑施工工法,施工工艺流程,3.2 双侧壁导坑施工工法,开挖步序以右导洞为例：第一步开挖1，安装拱2、3、中1，喷混凝土；第二步开挖2，安装拱1、中2，喷混凝土；第三步开挖3，安装拱14、15、中3，喷混凝土；在开挖过程中以小型挖机为主，配合人工修边，辅以超前小导管，减少坍塌量。,3.2 双侧壁导坑施工工法,施工步长（1）开挖步长：左
11、右导洞台阶开挖步长：1m/每循环，即可以立2榀拱架为1循环。中导洞开挖步长：以仰拱与上部开挖间距相互不影响施工，可以平行作业为准则，可适当增大循环进尺。（2）开挖步距：左右导洞开挖步距：根据监控量测数据来确定。中导洞与两洞间步距：以不影响左右导洞的开挖为宜，其拱部与左右导洞最后开挖的仰拱封闭成环后进行开挖。,3.2 双侧壁导坑施工工法,初期支护施工步序（1）初喷：喷射厚度为35cm；（2）安装钢拱架；（3）安装钢筋网片：（4）喷射混凝土；（5）拱背后注浆；（6）拆除临时支撑。,3.2 双侧壁导坑施工工法,施工注意事项（1）两侧导洞施工要十分重视保护围岩，隧道左右两侧导坑交错开挖前进，严禁同时开
12、挖；开挖后及时进行混凝土初喷，当初期支护设计为两层钢筋网时，喷射砼须分层施作，以使其密实；（2）施工中应实施监控量测，并及时反馈信息以指导施工；（3）钢架的拱脚或底脚应放置牢固；（4）钢筋的制作和安装应严格控制尺寸；（5）强化质量保证体系。,3.2 双侧壁导坑施工工法,3.3 台阶法施工工法,适用范围IIV级围岩地段，均可采用台阶法开挖。根据围岩地质情况，可采用上下台阶法或三台阶法，一般地段，采用上下台阶法，在地质较差地段，如F2、F3、F4风化槽地段，采用三台阶法施工，上台阶高度控制在3m之内，预留核心土，方便施工，一旦发生险情，可迅速对其进行控制。,3.3 台阶法施工工法,施工工序（1）施
13、做超前支护；（2）上台阶开挖：采用钻爆法开挖；（3）上台阶初期支护：利用施工平台完成锚杆及喷射混凝土支护。（4）开挖下台阶两侧边墙：级围岩先拉中槽，左右交错开挖；级围岩可直接用钻爆法开挖下台阶，一次到位。（5）下半断面初期支护：按设计要求施作初期支护，级围岩要注意分侧交错开挖支护。（6）施工仰拱：仰拱二次混凝土衬砌要求紧跟开挖面。（7）铺设防水板。（8）混凝土二次衬砌。,3.3 台阶法施工工法,3.3 台阶法施工工法,施工注意事项（1）上部断面初期支护基本稳定后，才能进行下半断面开挖，必要时应设置临时仰拱。（2）边墙马口跳槽开挖必须单侧落底或双侧交错落底，避免上部断面两侧拱脚同时悬空，落底长度
14、应视围岩状况而定，一般采用13m，并不得大于6m。（3）仰拱开挖前，架设临时横撑顶紧两侧墙脚，防止边墙内挤，待仰拱混凝土达到混凝土强度70%之后才能拆除。（4）量测工作必须及时，以观察拱顶、拱脚和边墙中部的位移值，当发现速率增大时，应立即浇筑二次衬砌，或先行构件支顶。当围岩压力极大，其变形速率难以收敛时，可先修筑临时仰拱，并考虑采用其它开挖方法。,3.4 导洞超前预留光爆层施工工法,适用条件行车隧道在围岩条件较好的、级地段，采用导洞超前预留光爆层法开挖。施工工艺原理利用超前小导洞为爆破增加临空面，分两次爆破，减少对周边围岩的震动，提高周边炮痕保留率，光爆效果较好。超前导坑断面为56m(宽高)，底部与行车隧道底平。导坑一般超前20m左右。扩挖时最大开挖宽度16.44m，高11.96m，施工中严格按新奥法和光面爆破工法组织施工。,3.4 导洞超前预留光爆层施工工法,施工顺序（1）超前导坑开挖导坑按56m开挖，底部与隧道开挖底部平齐。采用钻孔台车钻孔，一次爆破成型。（2）全断面扩挖全断面扩挖面与超前导坑保持20m左右距离，采用钻孔台架多台风动凿岩机钻孔，并进行装药联线，一次爆破成型。（3）锚喷支护、级围岩地段初期支护为5cm厚C25喷射混凝土，级围岩地段喷浆厚度为15cm.，增设注浆锚杆，锚喷支护要求紧跟开挖面。（4）铺设防水层（5）浇筑衬砌混凝土,欢迎各位提问！,
