客运专线隧道施工技术.ppt

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1、客运专线隧道施工技术,二五年三月,讨论的主要内容：一、客运专线隧道的特点二、重点控制的施工环节三、设计的优化与变更四、主要施工方法及工艺简介五、不良地质地段的施工,一、客运专线隧道的特点,客运专线上，由于列车运行速度的大幅提高，在列车高速通过隧道时，与普速铁路相比，不但加大了对隧道结构的冲击扰动，而且其进入隧道所诱发的空气动力学效应对行车、旅客乘车舒适度、车辆结构强度和环境等方面均将产生不利影响。因此，为了克服上述问题，确保列车的安全和乘车舒适度，在隧道的结构、有效面积和建筑材质上提出了新的要求外，同时对隧道的永久性建筑的耐久性、施工精度、防排水等方面也提出了更高的要求。1、高速列车进入隧道后

2、诱发的空气动力学效应 主要表现在三个方面：瞬变压力 洞口微气压波 行车阻力,其中，瞬变压力主要表现在由于压力的瞬间变化使人的听觉感到不适，影响其大小的主要因素是行车速度、隧道横断面的大小和阻塞比以及列车的密封系数。洞口微气压波是列车进入隧道时产生的压缩波在另一端释放时产生爆破声，影响周围环境。行车阻力问题主要是影响经济性。微气压波的量值主要取决于行车速度和隧道净空面积阻塞比，但行车速 度更为敏感，当行车速度达 到300km/h以 上时,加大断 面对防止微气 压波不能起到 显著作用,应 考虑在洞口设 置缓冲结构。,解决行车阻力问题主要是加大隧道断面面积，根据铁科院的研究报告，在隧道净空面积为10

3、0m2时最大行车阻力只比明线增大1530，会车时的空气阻力比明线的增大值也不超过30 设计暂规规定：确定隧道断面内轮廓应考虑以下因素：线间距和建筑接近限界；缓解空气动力学效应对隧道断面有效面积的要求；维修、救援、工程技术作业空间和其他使用要求所 需的空间。单洞双线隧道断面有效面积不宜小于100 m2；单线隧道断面有效面积不宜小于70m2。限速地段，当检算行车速度小于或等于200kmh时，可采用较小的隧道断面有效面积，但双线隧道断面有效面积不应小于80m2；单线隧道断面有效面积不应小于50m2。,2、隧道衬砌 客运专线线隧道的横断面较大，受力比较复杂，且列车运行速度较高，隧道维修有一定的时间限制

4、，复合式衬砌比喷锚衬砌安全，且耐久性好，故隧道衬砌优先采用复合式衬砌，不得采用喷锚衬砌。隧道均采用曲墙式衬砌，其中边墙与仰拱内轮廓的连接宜采用顺接断面。仰拱矢跨比应结合隧道衬砌受力和沟槽设置情况确定，双线隧道断面取1/121/15，单线隧道断面取1/81/10。级围岩采用曲墙带仰拱的衬砌。、级围岩地段可采用曲墙式不带仰拱衬砌。各级围岩隧道衬砌结构混凝土强度等级不应低于C25，钢筋混凝土强度等级不应低于C30。衬砌施工必须遵循仰拱超前，拱墙整体浇筑的原则。3、隧道底部结构 隧底结构由于在长期列车重载作用及地下水侵蚀的影响下易产生破坏，从而引起基底沉陷、道床翻浆冒泥等病害，不但增加养护维修工作量，

5、而且严重影响运营安全，尤其是客运专线铁路对隧道底部的强度较普通铁路要求更高，且客运专线铁路隧道的断面跨度较大，因此客运专线铁路隧道铺底厚度要增大。,仰拱填充混凝土强度等级不低于C20。、级围岩隧道衬砌结构底板厚度，双线隧道不小于30cm，单线隧道断面不小于25cm，混凝土强度等级不低于C30，并应配置钢筋。仰拱与仰拱填充应分开施工。4、隧道防排水 长期以来，在隧道工程中，由于地下水的作用，致使围岩应力重新分布使结构受荷增大，结构受到侵蚀、冻融破坏，最终对隧道的永久建筑产生致命影响，酿成事故的情况时有发生。由于客运专线对隧道的结构和耐久性提出了新的要求，同时，列车供电、控制系统对隧道防排水的要求

6、更加严格，所以对客运专线隧道防排水效果提出了更高的要求。客运专线铁路隧道工程施工防水应以混凝土自防水为主体，以施工缝、变形缝防水为重点，并应重视初期支护的防水，辅以注浆防水和防水层加强防水，满足结构使用功能。客运专线铁路隧道工程防排水，应采取“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，达到堵水有效，排水通畅，防水可靠，不留后患的目的。隧道衬砌结构防水等级应满足地下工程防水技术规范（GB50108）的一级标准。衬砌结构不允许渗水、表面无湿渍。加强结构自身防水：采用复合式衬砌隧道，初期支护和,二次衬砌之间设置防水板，防水板厚度不得小于1.2mm。设置隧道洞身排水系统：隧道衬砌背后应设置与深

7、排水沟配套的纵、环向排水盲沟。后期施作的隧道洞内埋设件，埋设深度应以不穿透二次砌为原则，以保护防水板。隧道衬砌结构的施工缝、变形缝应采取可靠的防水措施。防水材料应符合耐久性要求。隧道洞口及明洞防排水应执行现行铁路隧道防排水技术规范（TB10119）中的有关规定。衬砌外贴防水层应具有较好的耐热度、抗冻性、柔性、防腐和耐水、抗老化性能。5、结构、材料的耐久性 使用寿命100年。提出了隧道衬砌混凝土、防水材料的耐久性控制要求。隧道衬砌混凝土的地质环境复杂，对耐久性、抗渗性、抗 冻性等耐久性指标应严格控制。,二、重点控制的施工环节,根据工程的具体情况确定科学、合理的工程施工方案，优化资源配置。科学规划

8、大小临方案。确定不同地质条件下的主要施工方法、工序流程、施工工艺。强化施工组织提高劳动生产率。控制的目标：采用合理的运输方式及隧道开挖控制爆破方法减少超欠挖，提高经济效益。重视地质预报，确定合理的初期支护方法、参数、防止围岩有害变形，保证隧道施工快速、安全，并把加固围岩，做为重点。隧道防排水施工达到预期目的、不产生渗漏水现象，保证构筑物及列车运行安全。隧道结构尺寸、平面和剖面指标满足设计要求。强化严格过程控制，保证工程质量。目的：创造良好的社会信誉和经济效益。,运输方式及隧道开挖,运输方式及隧道开挖 运输方式：有轨运输与无轨运输；两种方式的优劣及设备配置（无轨：常规、道路制约少、调配灵活、无二

9、次倒运、先期速度快，污染严重、作业环境恶劣导致生产率下降。有轨：专用、配套多、有时需二次倒运、交叉多需良好的协作，对施工组织有更高要求，长距离快、环境好保持生产率）；设备配置：有轨，无轨；以出碴车辆为例：需配车数 NaNa=x/y，X每个钻爆循环出碴所需车辆次，Y每车每爆破循环的装卸循环次数。x=K*Va/QB*aK土石松散系数；Va每循环出碴量m3(实方)；QB车容积m3；a满载系数。y=Ty/(t1+t2+t3+2L*60/),Ty每爆破循环要求运输时间；t1装车时间 min；t2卸车时间 min；t3调车及其它干扰时间 min；L最大运输距离 km;平均行车速度km/h。建议：当隧道的单

10、口掘进超过1.2km（双线1.8km），且无辅助坑道时宜采取有轨运输方式。无论采取何种运输方式，施工中隧底混凝土均应尽可能跟紧掌子面以形成高质量通道。隧道开挖方法 钻爆法（矿山法），以新奥法为代表；机械法，如TBM、盾构法；,初期支护与地质预报,重视支护参数设计 隧道在开挖成洞后，由于应力的重分布，应及时采取临时支护措施；在隧道的设计和施工中都要进行支护方式和参数的设计，选定安全、经济、有效的支护方式，确定合理的支护参数，对围岩稳定、预防塌方、确保安全起着至关重要的作用。由于地质围岩的分类只是一个定性的概念，不是定量的，同一类围岩，其结构、产状不尽相同，其成拱能力也不一致。因此，合理的支护方式

11、和支护参数对提高围岩自身承载力，作到合理投入，提高效益具有重大意义。支护的方式：喷锚支护、超前支护、管棚（大小）支护、格栅支护、型钢支护、套拱支护、预加固等等。重视地质预报 隧道是一个管状的隐蔽工程，穿越崇山峻岭，穿过多种岩类甚至多个构造与地质年代，所经过的水文、地质条件十分复杂，设计阶段的地质勘察只能给予基本的分析和判断，而对存在的不良地质地段如：断层、富水地段、岩溶等不可能作出精确的标识。因此，为探明前方围岩状况，取得准确的第一手资料，做好施工预案，获得施工上的主动，确保万无一失，确保施工安全和工程质量，施工过程中的地质预测预报必不可少。,及时跟进掌子面的地质预报工作，将对设计资料的准确度

12、作出复核，对掌子面前方的有可能引起围岩失稳导致塌方的不良地质地段和地下水分布状态给定出相对准确的位置、状态、程度等信息，从而使工程人员正确地作出施工预案、采取合理的开挖和支护方法、预防塌方，安全通过。地质预报的内容 断层及断层影响带的位置、规模及其性质。软弱夹层的位置、规模及其性质。岩溶的位置、规模及其性质。不同岩性、围岩级别变化界面的位置。工程地质灾害可能发生的位置和规模。含水构造的位置、规模及其性质。地质预报的方法：地质雷达、超前钻探、HSP(声波）、TSP（地震波）等。,三、设计的优化与变更,与地面结构物不同，隧道开挖前所提出的设计在严格意义上说只能称做“预设计”，往往带有一定的主观性。

13、对于复杂的地质条件，这种“预设计”无法做到真正意义上的完善。因此，设计的优化与变更，对承包商来说往往具有更实际的意义。设计优化 优化原则 设计优化是对设计功能的进一步完善和对工程结构及安全的进一步加强。在工程开工前，监理工程师、施工单位和设计单位，均应对设计进行审核和优化，经过审核优化后的设计方可施工。设计优化的主要内容 施工图设计优化的重点是根据铁道部有关的技术法规和政策，按照施工现场的实际情况核对设计文件，理解设计意图，评估设计目的和功能，对工程结构、使用功能、工程质量和安全性能、易施工性和经济性等方面进行优化，以进一步提高工程的整体性能。其主要内容包括：工程地质复核；工点位置、各类标高的

14、复核；使用功能、使用效果的评价和有关评估等。,设计优化的组织与程序 施工单位收到施工图，应先进行施工放线、现场核对，必要时应在征求地方政府意见、进行技术经济分析、列表对比优化效果的基础上，提出初步优化意见以书面形式报有关单位。设计变更 变更原则：变更设计要从现场实际出发，提议要有根据，要量化，在确保工程质量和总体使用功能的前提下，尽量采用新技术、新工艺。坚持先变后做的原则。设计变更的要求：确保产品功能和使用寿命、及时、合理、资料齐全、手续完善、联合进行。,四、主要施工方法及工艺简介,1、隧道的开挖 采用钻爆法施工时应优先采用新奥法，根据隧道通过地层围岩状况，选择合理的爆破、支护方式，充分利用围

15、岩的自承能力，保证隧道安全、快速作业。新奥法是六十年代奥地利专家腊布希维兹()总结前人在隧道施工中累积的经验后所提出来的一套隧道设计、施工的新技术。1948年提出，并于1962年奥地利第八届土力学会议上得到正式命名的隧道施工方法。新奥法的实质就是利用控制爆破技术减少对围岩的扰动，采取及时有效的支护手段与岩体结合形成弹塑性支撑结构，允许围岩变形，但防止其有害变形充分发挥围岩本身的自承能力，达到支护的目的；即洞室开挖后，利用围岩的自稳能力及时进行以喷锚为主的初期支护，使之与围岩密贴，防止围岩有害形变，提高其自承能力，使支护与围岩联合受力形成支撑环，共同作用。,新奥法的技术支撑点有三个，即：控制爆破

16、技术、喷锚支护技术、围岩量测技术。隧道的开挖方法 在矿山法施工的隧道中，其开挖方式应根据不同的地质条件进行确定，其常见的方法一般有如下几种：全断面法、半断面法、上下导坑法；在半断面法上下导坑法中又分为短台阶法、超短台阶、长台,隧道主要开挖方法表,阶法；在导坑法中又有CRD法及侧壁导坑法，另外还有预留核心土法等等。新奥法的施工 技术均适用于上述施工方法。,客运专线隧道各类施工（开挖）方法适用条件,预留变形量隧道开挖断面应以衬砌设计轮廓线为基准，考虑预留变形量、测量贯通误差和施工误差等因素适当放大。预留变形量应符合设计规定，或根据围岩级别、隧道宽度、埋置深度、施工方法和支护情况等条件，采用工程类比

17、法确定。当无类比资料时可参照本表。隧道的控制爆破 一般有两种：光面爆破、预裂爆破，这两种方法在起爆顺序及药量控制上均有所不同。控制爆破的关键在于钻爆设计及现场的调整和实施的精确性。钻爆工艺施工流程 测量布孔钻孔清孔装药 堵塞炮眼 连线起爆 通风排烟 处理哑炮 找帮、找顶 初期支护出碴 二次支护下一循环,围岩破碎取大值；围岩完整取小值,钻爆设计 钻爆设计的关键在于掏槽方式的选定和爆破参数的确定。掏槽的目的是为其它炮眼拓出临空面，实现有效爆破。掏槽关系到隧道爆破的成败，直接影响爆破效果，掏槽深度直接关系到循环进尺。而掏槽又与地质条件、掏槽深度及形式、炸药种类及装药量等因素有关。掏槽形式分为：直眼掏

18、槽、楔形掏槽、扇形掏槽、复式掏槽、螺旋掏槽等方式。,爆破参数的选定：选择适当的爆破参数，布置合理的炮眼孔位和炮眼数量可以保证爆破效果，保证安全生产，节约成本，提高经济效益，而单位炸药消耗量是计算炮眼数目的重要依据。爆破参数的确定应根据计算、规范参考，最终通过现场试验确定。其周边眼间距的布置原则一般是随着围岩类别的提高而增大，但一般不超过60cm。,直眼掏槽示意图,全断面开挖布孔图,炮眼数目的确定N=ksL/Lnr(个)）式中：N-炮眼数目（不包括掏槽眼）K-导坑爆破单位炸药消耗量 kg/m3L-炮眼深度 mn-炮眼装药系数(孔长药长）S-开挖断面面积m2r-炸药线装药密度 kg/m,光面爆破参

19、数,预裂爆破参数,上表所列参数适用于炮眼深度1.04.0m，炮眼直径4050mm，药卷直径2025mm。当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时，周边眼间距E应取较小值。周边眼抵抗线W值在一般情况下均应大于周边眼间距E值。软岩在取较小E值时，W值应适当增大。E/W：软岩取小值，硬岩及断面小时取大值。表列装药集中度q为2号岩石硝铵炸药，选用其它类型炸药时，应修正。,周边眼间距确定,总装药量QSqL(每个炮孔的装药量确定）炮孔的装药结构连接与起爆 采用非电毫秒雷管等微差控制爆破技术。低段雷管连接火雷管起爆。,平均线性超挖超挖横断面积爆破设计开挖断面周长（不包括底部）最大超挖值是指

20、最大超挖处至设计开挖轮廓切线的垂直距离。,爆破效果检验,隧道允许超挖值（cm）,周边炮眼痕迹保存率,炮眼痕迹保存率（残留有痕迹的炮眼数/周边眼总数）100,2、隧道的支护 一般分为刚性强支撑方式，如：套拱，管棚与型钢支撑联合支护方式，多用于软弱地质地段和塌方的处理；弹塑性支护方式，如：锚杆与喷混凝土相结合的喷锚支护方式，多用于4级及以上围岩的隧道支护。二者的作用机理有所不同。另外还有超前支护、系统支护等等。锚喷支护 锚喷支护是目前普遍采用的一种围岩支护手段。采用锚喷支护可以充分发挥围岩的自承能力，并有效地利用洞内的净空，既提高了作业的安全性，又提高了作业效率；能适应一般软弱岩层和膨胀岩层中隧道

21、的开挖；可用于整治坍方和隧道衬砌的裂损。锚喷支护包括锚杆支护、喷射混凝土支护、喷射混凝土锚杆联合支护、喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护、喷钢纤维混凝土支护、喷钢纤维混凝土锚杆联合支护，以及上述几种类型加设型钢（或钢拱架）而成的联合支护。前四种为常用的基本类型，后两类较少使用。锚杆的作用机理 悬吊作用：把隧道洞壁附近具有裂隙、节理的不稳定岩体，用,锚杆固定在深层的坚固稳定岩体上，可将不稳定岩体的重量传递给深层的坚固岩体负担，起悬吊作用。结合效应：锚杆可将若干岩层或节理发育的岩体串联在一起。锚杆的结合作用在层状围岩中十分显著。对于层状围岩，可以借助锚杆的抗剪力防止产生顺层滑动。对于节理发育的围岩，

22、借助一组与层面垂直的锚杆把各层锚固在一起，提高其整体性，大大提高岩层的自稳能力。拱效应：按一定间距在隧道周边放射状布置的系统锚杆，可使一定厚度范围内的围岩形成拱形连续压缩带。这种拱效应在使用预应力锚杆时是很明显的。在锚杆预张力的作用下，每根锚杆周围都形成一个两头呈圆锥形的筒状压缩区彼此搭接，形成一条一定厚度的均匀压缩带。在均匀压缩带中产生径向压应力，亦即给予压缩带外的围岩以径支护抗力，使围岩再次接近三向受力状态，增强了围岩的稳定性。锚杆的类型：砂浆锚杆（普通砂浆、锚固剂）、预应力锚杆、自进式锚杆、中空注浆锚杆等等。砂浆锚杆的施工流程：备料 定位 钻孔 清孔 注浆 安装 效果检验（抗拔试验）。,

23、架立完毕的工字钢架与锚杆,工字钢拱架与锚杆的安装,喷射混凝土支护 喷射混凝土支护是使用特定的机械把掺有速凝剂的细骨料混凝土以适当的压力喷射到洞室岩壁上，迅速固结而成的一层支护结构，起约束围岩变形、防止岩面风化的作用。喷射混凝土支护的设计厚度一般不超过20cm，最薄不小于5cm。喷层过薄，不足以抵抗岩块沿裂隙面的滑移或松动，致使喷层开裂或剥离，失去作用。喷层过厚，则造价较高且施工难度加大。喷混凝土有干喷和湿喷两种工艺。干喷是先将砂、石、水泥和速凝剂按一定比例干拌均匀，然后装入喷射机，用压缩空气在软管内呈悬浮状态压送到喷枪、再在喷枪内与高压水混合，以较高速度喷射到岩面上。湿喷是把湿拌合物用压缩空气

24、或挤压泵进行压送，在喷枪内加入速凝剂再喷到岩面上。干喷的缺点是产生的粉尘量大，回弹量大，加水时要操纵喷咀处的阀门，与喷射手的熟练程度有关。湿喷可降低粉尘量，且回弹少，但水灰比一般较大，拌料输送距离短。,隧道网喷混凝土支撑联合支护施工工艺流程 测量定位 安装格栅（或型钢）钢架 打锚杆、挂网 喷射混凝土,隧道网喷混凝土支撑联合支护施工工艺流程图,面,水源,油水,空气,压缩机,贮风罐,隧道联合支护施工工艺流程示意图,3、隧道二次衬砌混凝土施工 混凝土衬砌施工方案的设计 搅拌机械的选择 根据混凝土衬砌工作量的大小，选择适当的搅拌机，建立满足施工需要的搅拌站是混凝土施工的关键步骤。搅拌机数量及型号的选择

25、应满足生产能力的要求，同时要预留一定储备系数。混凝土搅拌站应设立自动计量设备，以保证混凝土施工的速度和质量。混凝土运输机械及灌筑机械的选择 工程施工的总体方案决定混凝土运输及灌筑机械，无轨运输时只能采用无轨混凝土罐车，但罐车的形式可以多种多样。有轨运输方式，应采用有轨混凝土罐车，并配电瓶车作为牵引动力。由于从工程质量角度的考量及施工技术设备发展的趋势要求，应采用泵送混凝土的方式进行隧道二次衬砌，以实现保工期和质量的目标。衬砌模具的选择 目前隧道工程以明确规定必须采用整体式衬砌，所以客运专线隧道衬砌应使用整体式衬砌台车。,二衬时间的选择 隧道采用复合式衬砌时，适时合理选择二次衬砌时机，是保证衬砌

26、质量的关键。在施工中应严格按新奥法施工要求，科学严谨地进行围岩量测，根据围岩量测情况确定施做二衬的最佳时间。参考国内外有关围岩量测资料，结合我国在施工实践中的探索，一般当初期支护后围岩位移变化速率小于0.2mm/d时，膨胀性围岩净空变化速率在2mm/月时，进行二次衬砌。但对隧道浅埋地段提前施做二次衬砌，往往比较有利。采用整体式衬砌的隧道，从施工总体安排的角度考量，一般情况下衬砌落后于掌子面的距离不宜大于80m；软弱围岩地段,整体式衬砌台车示意图,不宜大于40m，必要时甚至应紧跟衬砌。台车模注混凝土工艺流程 4、围岩量测技术 监控量测是隧道新奥法施工的核心技术之一。在隧道开挖过程中，使用各种量测

27、仪器、设备，对围岩变化情况和支护结构的工作状态进行量测，能够及时提供围岩的力学状态、稳定程度和支护结构可靠性的信息，了解和掌握围岩变化规律，预见事故苗头和预兆，排除隐患和险情，评价、调整或修改支护参数及施工顺序，同时确定二次衬砌的最佳施做时间。,量测目的:掌握岩石位移和支护变形的动态 对围岩稳定性作出评价；确定支护结构形式,指导合理安排工序,及时修改支护参数，确定支护时间；遇到危及施工安全的严重情况时,为分析原因,采取相应措施和施工决策提供依据,确保工程的安全性,经济性.了解支护结构的受力状态和应力分布；了解本隧道围岩压力的基本特征,以及初期支护的作用效果 评价支护结构的合理性及安全性，便于变

28、更设计和调整方案。为今后类似工程积累设计、施工资料。量测内容：监控量测项目可分为必测项目和选测项目。必测项目为日常施工管理必须进行的量测，包括：洞内净空相对位移量测；拱顶下沉；地表沉降观测等。,施工量测管理 施工监控量测的最终目的是服务于施工，必须形成先进、科学、严谨的管理模式和套路，才能确保量测过程有条不紊，量测结果经回归分析后迅速反馈到施工实践中去指导施工。,监控量测必测项目,否,量测仪器 量测部位（断面）及基线布置 净空变化、拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等必测项目应设置在同一断面。,必测项目量测断面间距和每断面测点数量,注：洞口及浅埋地段断面间距取小值。各选测项目量测断面的数量，宜在每

29、级围岩内选有代表性的12个。软岩隧道的观测断面适当加密,净空收敛量测基线布置示意图,施工初期为掌握量测第一手资料，把握围岩变化动态，要适当缩小量测断面间距，软弱围岩及断层地段应加密观测断面。一般地段10m20m左右设1个断面；破碎带5m左右一个量测断面，极其软弱地段应再加密。各类围岩量测点应尽量跟紧开挖面。量测频率,量测频率1（按位移速度）,量测频率2（按距开挖面距离）,当按上表选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实施的量测频率,量测数据分析 量测数据整理、分析与反馈应符合下列要求：每次量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时程曲线和距开挖面关系图。对初期的时态曲线应进行回归分

30、析，预测可能出现的最大值和变化速度。数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施。,按变形管理等级指导施工,变形管理等级表,单线隧道初期支护极限相对位移（%）,1.硬岩取下限，软岩取上限；2.拱脚水平相对净空变化指两测点间净空水平变化值与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比；3.墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以后采用。,双线隧道初期支护极限相对位移（%）,根据位移变化速度判别 净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统。净空变化速度小于0.2mm/d时，围岩达到基

31、本稳定。围岩量测工作必须由专人专做，及时反馈信息，适时调整开挖和支护方案，或及时采取补强措施，并保证质量严格执行，以免造成不良后果或事故。5、隧道的防排水 隧道的防排水系统主要由两部分组成即洞外防排水系统及洞内防排水系统。其中洞外防排水系统主要有：截水天沟、洞外排水沟、洞口截水横沟、边坡排水系统组成；洞内防排水系统主要有：二衬背后的纵横向盲沟、永久衬砌和临时支护之间的防水板、工作缝及变形缝处设置的止水带、排水明暗沟组成。隧道工程施工防水应重视初期支护的防水，并辅以注浆防水和防水层加强防水，满足结构设计和使用要求。结构防水 塑料防水板 作用：阻断地下水沿初期支护的薄弱环节和甬道侵入二次衬砌，对二

32、衬混凝土造成侵蚀，从而导致结构的损害和破坏，影响行车安全。,防水板的施工 材质：聚乙烯背贴无纺布，卷材耐刺穿性好、柔性好、耐久性好。规格：宽度大于1.5m，厚度要求不小于1.2mm。机具：施工平台（专设及利用衬砌台车）、专用焊接机、电锤。施工方法：背挂法、锚固法。作业时机：二衬前，提前二衬12个循环。工艺流程：清面平台就位挂钉（背挂法)挂板锚固(锚固法)焊接 补孔(锚固法)质检 施工注意事项：清净锐物、适度余长、钢筋焊接的防护、焊缝达标。,铺设完成后的防水板与钢筋,止水带 设置部位：工作缝及变形缝结合部的中间。作用：防止地下水沿工作缝及变形缝结合部（薄弱环节）渗入洞 内。止水带的施工 材质：橡

33、胶，有良好的弹性和耐久性。规格：宽度大于30cm，带有多道防 水凸棱。施工方法：将衬砌台车的端头挡板设计成对接式，将止水带嵌在端头板的对接处，当混凝土浇注时，打入混凝土中。,两种典型止水带断面结构示意图,初期支护注浆防水 对地质预测、预报有大量涌水的软弱地层地段，宜采用地表或洞内全封闭预注浆。预注浆应根据岩层裂隙状态、地下水情况、加固范围、设备性能、浆液扩散半径和对注浆效果的要求等综合分析确定注浆孔数、布孔方式及钻孔角度。预注浆段的长度应视具体情况合理确定，宜为2050m；掘进时必须保留止水岩盘的厚度，一般为38m。岩石地层预注浆设计压力应根据围岩水文地质条件合理确定，宜比静水压力大0.51.

34、5MPa；当静水压力较大时，宜为静水压力的23倍；注浆泵的压力应达到设计压力的1.31.5倍。钻孔注浆顺序为：按开挖顺序先钻注隧道上导坑的注浆孔，后钻注隧道两侧孔，最后钻注底板孔；或先内圈孔后外圈孔；或先无水孔后有水孔。导坑同一断面的注浆顺序一般为先下后上。在开挖后如有渗漏水或大股涌水时，宜采用掌子面和环向围岩注浆，围岩注浆布孔应符合下列规定：在软弱地层或水量较大处布孔。大面积渗漏，布孔宜密，钻孔宜浅。裂隙渗漏，布孔宜疏，钻孔宜深。大股涌水，布孔应在水流上游，且从涌水点四周由远到近布设。浆液：按需要可选用单液或双液浆。,五、不良地质地段的施工,砾石土、岩堆、岩溶、断层破碎带、严重风化的岩体、流

35、沙、涌泥、洞口严重风化地段等类（5级）及以下的围岩均属于不良地质地段。当隧道穿越不良地质地段时，由于围岩的不稳定性大大增加，加之地下水的作用，使施工异常困难，导致施工的危险性和难度大大增高，稍有不慎极易造成塌方，轻则影响施工进度，重则造成人员伤亡和财产重大损失。因此，加强隧道不良地质地段施工技术的研究，对隧道施工具有重要意义。从实质上讲，隧道的施工技术主要体现在两个方面，即：施工方案的确定和不良地质地段的施工。而不良地质地段的施工技术则主要体现在开挖的方法和支护技术上（超前支护）。目前隧道软弱地质地段常用的超前支护方法主要有以下几种，即：管棚法（大管棚、小管棚、大小管棚结合、）水平旋喷桩法、导

36、管预注浆法等。常用的开挖方法主要有：台阶法、分部开挖法（CRD）、侧壁导坑法等。支护 小管棚超前支护（预注浆）该方法是较为常见的支护方法，当不良地质地段在系统锚杆支护达不到预期效果时的首选方案之一，主要用于洞口不良地质地段、断层破碎带、塌方处理、地层预加固等，多与网喷,混凝土结合使用。基本原理：在工作面周边按一定角度将小导管打（钻、压）入岩层，借助注浆泵的压力，使浆液通过小导管渗透、扩散到岩层孔隙或裂隙中，以改善岩体物理力学性能，达到既可止水又可在工作面周围形成一个承载壳岩层自承拱的目的，同时管体又可起到超前锚杆的作用，从而增加岩体的自稳时间，提高开挖面岩层自稳能力，限制岩层松驰变形。,施工方

37、法参数设计 小导管材质、管径选择；导管布置（沿隧道开挖轮廓线向外倾斜）；注浆压力确定；注浆量确定；导管间距确定（注浆半径）；浆液选则：在围岩相对较好，涌水量较小时，宜选用水泥浆单液注浆；否则宜选用水泥水玻璃双浆液浆或其它化学浆液。施工工艺 工艺流程：施工准备熟悉设计图纸；加工导管，准备施工器材；浆液配制；准备施工队伍，培训施工人员。测量施工放样，在设计孔位点上标记。,注浆压力 如量测静水压力有困难时，可参考下列经验公式确定最大设计压力，并根据注浆试验结果进行修正：地表注浆：P=（0.20.5）H1；洞内注浆：P=（0.20.5）H1K；式中：H1孔口至静水位高度（m），可参照地下水埋深进行初步

38、确定；K洞内修正系数，1.22.0；P注浆设计压力（MPa）。注浆压力是浆液在裂隙中扩散、充填、压实、脱水的动力。注浆压力太低，浆液扩散范围有限，不能充填裂隙。注浆压力太高，会引起裂隙扩大，岩层移动和抬升，浆液易扩散到预定注浆范围以外，造成浪费。特别在浅埋隧道，会引起地表隆起，破坏地面设施，造成事故。因此，合理选择注浆压力是注浆成败的关键。注浆量 浆液注入量可根据扩散半径及岩层裂隙率参考下列公式计算确定Q=R2H 式中：Q浆液注入量（m3）；R浆液扩散半径（m）；H注浆段长度（m）；岩层裂隙率，一般取15；浆液在裂隙内的有效充填系数，视岩层性质而定，约0.30.9。,注浆 单液注浆 前先喷砼封

39、闭掌子面以防漏浆，对于强打入的钢管应先冲洗管内积物，然后再注浆。注浆顺序由下向上进行，浆液用拌合机搅拌。水泥-水玻璃双液法注浆 1-浆液桶；2-注浆泵；3-压力表；4-高压胶管多用于富水地段软弱围岩 5-注浆嘴；6-堵浆塞；7-小导管；8-进浆管浆液配制（水泥、水玻璃分别进行）图4 小导管单液注浆示意图注浆工艺 注浆时将两种不同的浆液分别放在两个容器内，使用双液注浆泵按配合比分别吸入两种浆液，两种浆液在混合后注入注浆管 双液注浆工艺示意图1-水泥一次搅拌；2-水泥二次搅拌；3-水玻璃一次稀释搅拌；4-水玻璃二次搅拌；5-闸阀；7-双液注浆泵；8-水泥压力表；9-水玻璃压力表；10-泄浆阀；11

40、-混合器；,注浆异常现象的处理在注浆过程中，经常出现串浆现象，因此在注一根导管时应及时将其它导管堵塞，轮到该管注浆时，再拔下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管内杂物清除并用高压风或水冲洗（拔塞后向外流浆的注浆管不必进行此工序）。单注水泥浆压力突然升高，则可能发生堵管，应停机检查。当堵管时，要敲打或滚动以疏通注浆管，无法疏通时需补管。水泥-水玻璃双液注浆压力升高，则应关停水玻璃闸阀，进行单液注浆或注清水，待泵压正常时，再进行双液注浆。水泥浆单液或水泥-水玻璃双液注浆量很大，压力长时间不升高，小导管注浆施工主要机具设备一览表,则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液

41、在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。拱部小导管开挖后效果图 大管棚超前支护 大管棚超前支护具有一次施作支护距离长，支护能力强，一次支护范围大，施工快速的特点。与型钢支撑、注浆等方法结合支护效果良好。多用于风积砂、流沙、软流塑、断层破碎带、塌方处理等。支护机理：长钢管打入岩层后,与钢支撑组合形成一个沿隧道外轮廓的简支结构，从而对作业面起到棚护作用；若与超前加固预注浆结合，则可长距离的加固岩体，较适用于富水的破碎软弱围岩。,大管棚施工示意图,钢管顶入,静压顶入,施工现场,大管棚施工工艺流程图,施工工艺及操作要点 根据管棚钢管长度选择相适应的钻机。一般当长度小于15

42、m时，可用钻孔台车或重型风钻钻孔；长度大于15m时，可采用地质钻机钻孔。在施工中如遇到岩层地段，无法直接将管棚钻入时，可选择使用套管。因岩层地段磨损大，套管应根据钢管的尺寸采用高强度的合金钢进行加工，套管直径应大于管棚直径610mm。施工准备 架立施工平台在开挖面与台车之间用工字钢架立施工平台，并保证平台的平整和稳定。制作管棚钢架，安放钻机，调整高度。试钻确定施工参数。钢管长度（根据设计角度及钻机与钢架间距选择最佳长 度）。管棚施工角度：=+（：线路坡度:管棚设计角度）。钻机就位：将钻机安放于施工平台上，摆平、调正，根据 设计角度，结合钢架与钻机间距离，将钻机的高度调整就位。,钻孔施工 在松软

43、施工时，可调整好角度直接打入管棚。使用套管施工时，应将套管与钻杆连接牢固，成孔后再打入管 棚。钻孔时向管内注高压水，提高钻孔速度，减少摩擦力。施工过程中要时刻检验钻入角度，及时调整，达到设计要求，防止侵限。封闭开挖面 将开挖面用喷射混凝土封闭，喷射前在管棚与开挖面交界处密封，防止水泥浆沿管棚周围压出。压浆施工 拌和水泥净浆，通过压浆机对大管棚压浆。施工注意 事项原材料 根据岩层情况，选择钢管尺寸，钢管的壁厚（一般为5mm）及套管的强度必须满足施工需要。钢管连接 当钢管的长度无法直接满足施工需要时，应焊接加长，焊接时，在两钢管接合部宜加放一尺寸稍小的钢管，长度不小于40cm，以保证焊接后的钢管轴

44、线重合。,钢管注浆施工示意图,管棚搭接 为保证开挖后管棚仍有足够的超前长度保证开挖安全，纵向两组管棚塔接长度应大于3.0米。钻孔施工 在顶进钢管时必须保证钻机的稳定，转速均匀，控制好角度。清孔处理 在管棚施工时，必须将管内的碎石或沙土清除干净，以减少阻力。常用的方法是向管内注高压水，但在沙土地段施工时，应在管内加设喷水嘴和端部泄水阀，防止损伤孔壁，造成空洞。需要压浆施工的，选择水泥净浆的配合比不应小于1：1，且拌和均匀，以保证凝结后的强度。水平旋喷桩预支护 水平旋喷预支护在国外又叫作“旋喷拱棚预支护”，与管棚、预切槽均为预支护强有力方案中的一种，水平旋喷在国内外的隧道预支护中已得到成功应用。作

45、用机理：水平旋喷的原理同竖直旋喷，只是将钻杆水平钻进进行旋喷注浆。在不良地质隧道工作面前方，沿隧道开挖外轮廓线利用钻机钻孔，然后把带有喷头的喷浆管放至地层预定的位置，边后退边高压旋喷注浆,用从喷嘴出口喷出的浆液射流冲击和破坏地层。剥离的土颗粒在喷射流的力的作用下，与注入的浆液掺搅混合，并按一定的浆土比例有规律地重新排列，在土体中形成固结体。相邻的旋喷固结桩体相互搭接咬合形成旋喷桩拱棚，与钢支撑共同作用，达到支护目的。水平旋喷适用于软土、粘性土、黄土、砂类土、砂砾卵石,层等。水平旋喷直接用射流破碎土层，在破碎范围内固结体质量能够保证。其没 有塌孔的危险，在浅埋、软弱围岩隧道施工中能够有效防止渗漏

46、，控制围岩的变形，防止地表沉降并可灵活应用于全断面 或台阶法等不同开挖方法。,旋喷作业,成桩,施工工艺流程,洞内水平旋喷施工方法示意图,施工工艺及操作要点机具：水平旋喷机、高压注浆泵、浆液搅拌机、储浆罐、高压输浆管、浆液混合器、滤网等。旋喷准备 平整、铺垫、夯实作业平台(10m左右)，做为旋喷机活动空间和边仰坡喷砼活动空间,并满足施工机械安装和行走的需要。旋喷工作面开挖尽量平整，并喷砼保护。测量定出旋喷桩点位。钻机就位。旋喷浆液制备 按配料单（以每桶浆计）严格如数向桶内注入水及水泥，每桶浆搅拌时间不少于2min。制浆节奏应能保证旋喷需要，并根据工程进展准备浆液。浆液流入储浆桶前应过滤，防止堵塞

47、管道；储浆桶应不停地搅拌以防止离析。旋喷 旋喷次序：先旋喷拱顶中央孔，然后每次间隔一个孔位从上到下，,左右交替直到底部。再从上到下、左右交替补喷所缺孔位。钻孔：每孔按一次通长钻杆或多次接长后钻杆钻进到设计深度。钻进速度视地层反力及油压表显示适当调正，宜尽快钻进。遇有障碍物，油压增加，钻进困难稍退杆后反复钻进。钻进中为冷却钻头，减少阻力，防止砂粒进入喷咀，可用低 压、低流量清水从喷咀中喷出。中途接杆时，装杆前检查接头孔是否有杂物，并装好接头密封圈。旋喷：钻孔到底经检查确认后，即可开始旋喷。通知给浆后，先旋转半分钟再开始后退。需中途卸杆时，拆卸前先停止后退，旋喷5圈，然后通知停止送浆。若喷加有速凝

48、剂的双浆液换杆前，喷纯水泥浆半分钟，使管内双浆液排净，防止堵管。旋喷过程中发现浆液压力快速增长，高压泵电机声异常，立即停止旋喷，迅速退出钻杆，检查喷咀是否堵塞。为不耽误工程，迅速换上备用头体，继续旋喷。每孔旋喷到距孔口1.5m左右时即停止旋喷,退出钻头后,立即堵塞孔口,以防止浆液外泄。,施工注意事项 严格控制钻孔深度、旋喷速度，避免断桩，确保旋喷桩桩长达到设计值；严禁未达到设计深度及尚未旋喷满的情况下进行旋喷机后退旋喷作业。应认真做好浆液计量工作，记录浆液的累计喷入量；严禁使用配比不准确的浆液。质量标准 水平旋喷桩方位精度：在均匀地层终端水平偏移平均不大于0.3%，垂直下沉偏移幅度平均不大于1

49、.3%。水平旋桩桩体强度应大于5Mpa。水平旋喷桩桩径应大于60cm。为了保证浆液与砂体的搅拌均匀程度，施工前必须进行工艺性试桩，其根数不少于4根。隧道的基底加固处理树根桩 当隧道基底承载力达不到设计要求时，为确保隧道结构的安全，应对其进行加固处理。加固的方法通常有树根桩、注浆固结加固、底部径向锚杆、旋喷桩、灰土挤密桩（黄土地质）、换填等。,树根桩的作用机理：通过在隧道底向下施作小直径钢筋混凝土桩群桩顶上设承台，使之与隧道的仰拱联成一体，共同作用形成筏形基础，从而达到提高基底整体承载力，满足设计要求，确保隧道结构安全的目的。因桩群状似树根，故名树根桩。主要用于软弱地基（砂土类）隧道基底的加固处

50、理。,树根桩布置图,树根桩施工工艺流程施工设备可采用洛阳铲桩身开挖 开挖前先由人工布点，边墙墙脚及仰拱基底分别定出树根桩平面位置，挖出30cm的导向孔，然后由工人手持洛阳铲进行开挖。洛阳铲上小下大，通过向下的冲击力将孔内的砂体松动，因贯性向铲内挤，在铲内挤密后即可提出。挖好的孔应采取相应措施防止塌孔。,钢筋笼制安及灌注砼 在洞外先加工钢筋笼，待树根桩挖好后即可安装。钢筋笼安装时要注意承垫桩底，主筋要伸入承台。吊放钢筋笼时应一次吊放到位，同时应避免坍孔；钢筋笼内灌注砼应保证灌注质量。,不良地质地段隧道的开挖 不良地质地段隧道的开挖方式较常见的有如下几种：半断面法、上下导坑法；在半断面法上下导坑法