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1、客运专线隧道施工技术讲座,中铁十八局集团厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,一、我国客运专线隧道的概况二、客运专线隧道的特点三、客运专线隧道的技术要求四、客运专线隧道的施工,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,主要内容,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,一、我国客运专线隧道的概况,根据国务院批准的中长期铁路网规划：到2020年全国铁路营业里程达到10万公里，其中客运专线营业里程12000公里。包括：新建客运专线10000公里；新建城际客运系统2000公里。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,客运专线隧道的数量：,据不完全统计
2、，我国客运专线隧道的修建数量将超过1000km。武广客运专线 165km 甬温福厦 280km京沪高速 15km 石太客专 76km郑州西安客专 74km 武汉合肥 80km武汉成都 300km,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,客运专线隧道的分类,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,二、客运专线隧道的特点,空气动力学效应可靠性和结构耐久性要求高更加重视对环境的影响防灾救援要求高,考虑列车高速运营的特点，隧道的净空有效断面积增大，例如在350km/h速度的条件下,级围岩隧道的开挖断面积可达 170m2，给设计、施工提出来许多新课题；由于开挖断面积的
3、增大，施工难度也急剧增加，特别是对一般 地质条件下的初期支护技术和不良地质条件下的超前支护技术，提出来很高的要求；因此，在大断面的条件下要特别关注初期支护和超前支护的质量。,大断面意味着什么？在同样围岩条件下，随着开挖断面积的增加，意味着：1、掌子面的稳定性的降低；2、施工难度、特别是施工安全管理的难度增大；3、施工风险的发生概率加大；4、结构物质量要求的提高；5、隧道工程管理提出更高要求。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,对施工的要求：,1、保护围岩，确保开挖后围岩稳定；2、大力提高支护结构，特别是初期支护的支护能力，特别是喷混凝土的性能；3、多机作业，尽可能地缩短
4、各项作业的时间；施工方法要为采用大型施工机械或多台机械同时施工创造条件；4、提高混凝土衬砌的施工水平，防止衬砌的初期开裂；5、采用根本性的措施，确保防水的质量；6、设计和施工要采取措施尽可能地减小开挖断面积；,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,二、客运专线隧道的特点,空气动力学效应：,高速列车在隧道内运行引起的问题,1.由于瞬变压力造成旅客及乘务人员耳膜不适，舒适度降 低，并对铁路员工和车辆产生危害；2.高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微气压波，发出轰鸣声，使附近房屋门窗嗄啦嗄啦作响，引起扰 民问题；3.行车
5、阻力增大，使运营能耗增大，并要求机车动力增 大；4.形成空气动力学噪声（与车速的68次方成正比）；5.列车风加剧，影响隧道维修养护人员的正常作业；6.列车克服阻力所作的功转化为热量，在洞内积聚引起温 度升高等。因此，在高速铁路设计时，从车辆及隧道两方面采取措施，以减缓空气动力学效应。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,二、客运专线隧道的特点,可靠性和结构耐久性要求高：,可靠性：结构在规定的时间内，在正常规定的条件下，完成预定功能的能力，包括安全性、适用性和耐久性。当以概率来度量时，成为结构的可靠度。耐久性：在使用过程中经受（抵抗）各种破坏因素的作用（破坏力）而能保持其使
6、用功能的能力。耐久性设计：通过控制内因即砼材料、钢筋性质和周围状态、砼施工使用过程、砼受力状态，以满足接触环境作用下耐久性的要求。如100年等。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,二、客运专线隧道的特点,更加重视对环境的影响,环境包括：生态环境、自然环境和周边人文环境噪声的影响-减振降噪：轮轨噪声、机械噪声、弓网噪声和空气动力学噪声。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,防灾救援要求高：,二、客运专线隧道的特点,影响列车安全运行的因素：突发性的：火灾、撞车、列车脱轨经常性的：隧道病害,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,三、客
7、运专线隧道的技术要求,建筑限界和隧道内净空面积洞门型式及缓冲结构 衬砌支护类型和支护参数 防水和排水措施 环境保护防灾救援方案,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,客运专线隧道限界：,本图适用于旅客列车行车速度200Km/h，预留进一步提速条件，满足双层集装箱开行要求的新建电力牵引双线铁路隧道。线间距为4.6m（即W=0）时隧道内轨顶面以上有效面积为92m2。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,我国客运专线隧道内净空面积,洞门型式及缓冲结构,设计原则：早进晚出、确保安全、因地制宜、保护环境、简约实用缓冲结构：双线隧道原则不设缓冲结构，当洞口位于城市
8、或有密集建筑物时，可采取防噪音措施或结合洞门型式适当设置缓冲结构。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,几种洞门型式,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,混凝土耐久性设计,混凝土的耐久性的指标：主要有抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗碳化、抗磨蚀、抗钢筋锈蚀及防止碱骨料反应等几项指标。混凝土的耐久性破坏原因：外部因素：物理作用-严寒侵蚀、冻溶循环、火灾、对收缩敏感骨料 化学作用-海水、氯离子、硫酸盐、碱-骨料反应等 物理化学作用-钢筋腐蚀开裂、电解作用,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三
9、分部,混凝土耐久性设计,混凝土的耐久性破坏原因：内部因素：混凝土材料-包括组成材料的性质、组成比例 钢筋性质和周围状态-钢筋表面状况、保护层性质和状态 混凝土施工使用过程-浇捣、养护、维护 混凝土受力状态-受力大小、性质和历史,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,混凝土耐久性设计,混凝土结构的破坏机理及控制措施：冻溶作用-掺加引气剂、降低水灰比、加硅粉或粉煤灰有害盐对混凝土的侵蚀:硫酸盐-设法提高混凝土的密实度，改善混凝土的孔隙结构;镁盐-以使混凝土介质不易渗入混凝土内部；氯盐-保护措施以隔离腐蚀介质不与混凝土相接触;碳化作用-掺入粉煤灰或选择优质水泥及提高养护措施;钢筋
10、锈蚀-增加密实性、选用矿渣硅酸盐水泥、加大保护层厚 度等;碱骨料反应-选用非活性骨料、掺非活性材料、选含碱量低的 水泥;混凝土的磨蚀-砼的坍落度尽可能小、选用耐磨蚀的骨料;,防排水设计,系统设计的理念：“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则。特殊要求时采取“以堵为主，限量排放”的原则。防：衬砌结构的自防水，防止地下水渗入排：排水设施要通畅截：防止地表水渗入、防止岩溶水涌入堵：封堵较大的地下水、围岩裂隙水和衬砌局部漏水,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,防水标准:地下工程一级防水标准 1 衬砌不渗水,安装
11、设备的孔眼不渗水；2 道床排水畅通，不浸水；3 在有冻害地段的隧道，衬砌背后不积 水、排水沟不冻结。,防排水设计标准,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,主要防水措施,防水设计（1）一般地段拱墙设防水卷材加土工布；防水卷材厚度1.5mm，宽幅2m，土工布重量400g/m2；（2）施工缝处理 拱墙二次衬砌环向施工缝设中埋式橡胶止水带和背贴式橡胶止水带，仰拱、底板施工缝设置中埋式橡胶止水带；纵向施工缝设钢边橡胶止水带和橡胶止水条。（3）变形缝处理 变形缝处设置中埋式橡胶止水带及背贴式橡胶止水带2cm范围内以聚硫密封胶封堵，以外2cm范围内设置半圆形PVC排水管，其余空隙采用填
12、缝料填塞密实。仰拱变形缝空隙采用聚硫密封胶和填缝料填塞密实。在铺设防水板之前，应对初期支护的渗漏水情况进行检查，采取埋管引排、局部注浆等措施进行处理。3、排水系统设计（1）隧道内排水采用双侧沟和中心沟的方式。侧沟主要用于汇集地下水，并将地下水引入中心沟，同时起到沉淀和兼顾部分排水的作用。隧道内两侧水沟与中心沟通过横向引水管连接，横向导水管间距30m。中心沟主要用于排水，（2）衬砌防水卷材背后拱墙环向设置D=50打孔波纹管，纵向间距按8m计；在隧道两侧边墙脚外侧设置D=110打孔波纹管，每1015m一段。环向盲沟与纵向盲沟均直接与隧道侧沟连通，便于排水管路的维护，地下水发育地段环向盲沟间距应适当
13、加密。每段纵向盲沟中部设置一处D=50泄水孔连接道隧道侧沟。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,引排水和堵水,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,隧道初期支护初喷混凝土后存在大面积渗漏水或大股涌水时的注浆堵水和排水设计,环境保护,隧道工程环境保护的具体措施：1 早进晚出，减少边仰坡的开挖，减少对植被的破坏2 基岩裂隙水以堵为主，减少地下水流失3 弃碴的利用与处理，减少水土流失4 洞口适当设置减震、减噪声的措施,降低噪声,洞内边强及洞外
14、挡墙采取吸音措施,降低噪声,洞内道床采取吸音措施,列车在隧道内的几种情况：正常通行、洞内停车、灾害事故 逃生 疏散 救援,防灾救援方案,防灾救援方案,客运专线隧道内防灾救援方案的原则：可能的情况下列车应开出洞外，洞内采取“以引导旅客疏散为主”的设计原则。具体措施：洞内设置救援通道疏散、救援 长隧道可利用辅助坑道设置紧急出口 考虑 特长隧道设置专用紧急出口 防灾 大于20km的隧道设置定点疏散点 通风,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,隧道施工的基本理念隧道施工的要点，归纳起来就是四句话：“爱护围岩”、“内实外美”、“重视环境”和“动态施工”。这也就是隧道施工的四大理念。
15、所谓“爱护围岩”有两层含义，一层含义是不损伤或少损伤遗留围岩的固有支护能力，这可以通过采用机械开挖技术和控制爆破技术预以解决。一层含义是通过各种手段和方法，如采用支护技术、加固或预加固技术以及各种辅助施工技术等增强围岩的自支护能力。这些技术形成了隧道施工的核心技术。所谓“内实外美”，关键是内实。而内实的关键就是要最到“四密实”，即混凝土密实、喷混凝土密实、喷混凝土与围岩密实（贴）、二次衬砌与初期支护密实（贴）。这牵涉到混凝土、喷混凝土、回填、支护接触等技术。所谓“重视环境”，也有两层含义，一层含义是指内部环境，即施工作业环境；一层是对外部环境，即对周边环境的影响。重视环境是时代的要求，许多环境
16、技术都是因时代的变迁而得到发展，许多基准都是因环境的要求而制定。根据暴露出来的围岩状态，采取对策，是隧道施工的基本原则。这里所谓“动态施工”是指：隧道施工过程中的地质条件是不断变化的；其力学动态也是不断变化的，因此，施工过程就不可能是一成不变的。我们在施工过程中采用的各种施工方法和技术都是为了适应这种“动态”变化的。因此，隧道施工的各种决策都要在施工阶段的地质技术、施工阶段的量测技术和施工阶段的质量控制技术的基础上进行管理。这也就是动态施工的基本含义。归根结底，一句话，就是必须不断地提高隧道施工的工厂化技术和施工管理的水平。,客运专线长大隧道的设计施工原则,1、设计、施工中必须建立综合超前预报
17、系统作为工序并列入预算之中。2、设计必须采取动态信息化设计和信息化施工，以及信息化动态管理。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,四、客运专线隧道施工,3、从环境保护出发，尤其在岩溶地区隧道防排水设计原则，必须将以排为主改为以堵为主，限排为辅。4、取消洞门或设计简易洞门 洞门应设在早进晚出地段，按不受力洞门设计，挡墙式洞门，必造成大的刷坡而破坏洞顶环境，在桥隧相联处，陡壁处可不设洞门，洞口易选在鼻梁上，洞口处取消深路堑。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,5、5km以上隧道设置平行导坑是确保安全、质量、进度的重要措施，也是今后运营隧道所必须。6、长
18、隧道的开挖方法(1)全断面钻爆法。(2)导洞超前后部扩大钻爆法，导洞可超前5-6m争取临孔面，为后部扩大加快速度，节约炸药，减少超欠挖、减少振速提供条件，导洞超前也可利用平导投入正洞只打导坑而不增设工作面，反而更快，为推荐方法。,(3)小直径TBM（3-4m）加钻爆法扩大，为推荐方法，以提高科技含量。(4)软弱地层段，采用正台阶开挖加超前支护进行。（5）有轨运输、无轨装碴。（6）长隧施工通风方法 采用压入式和射流正洞式通风，可实现左、右洞调节，通风效果很好。,隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技术和施工管理的总称。隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件，并结合隧道断面尺寸
19、、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。,1、隧道施工基本概念,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,隧道施工方法可按以下方式分类：,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,2、山岭隧道的常规施工方法,山岭隧道的常规施工方法又称为矿山法。将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统的矿山法”；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“新奥法”。,（1）、矿山法,是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成形后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式衬砌作为永久性支护的施工方法。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指
20、挥部三分部,（2）、新奥法,新奥法即奥地利隧道施工新方法(New Austrian Tunnelling methodNATM)，是以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法。,由于锚喷支护技术的应用和发展，导致隧道及地下洞室工程理论步入到现代理论的新领域，也使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程实际，即设计理论施工方法结构(体系)工作状态(结果)的一致。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(一)新奥法施工程序,3、新奥法的基本概念,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(二)新奥法施工的基
21、本原则,少扰动开挖时要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。,早支护开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态。,勤量测指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩(或围岩加支护)的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式、开挖方法,紧封闭一方面指采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减。另一方面指要适时对围岩施作封闭形支护。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,4、开挖方法,隧道开挖的基本原则是：在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。
22、,在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、工区长度、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析，采用恰当的开挖方法。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、分步开挖法等。,(一)全断面开挖法,全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,全断面法施工特点(1)开挖断面与
23、作业空间大、干扰小；(2)有条件充分使用机械，减少人力；(3)工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件；(4)开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。,(二)台阶法,根据台阶长度不同，划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。,施工中采用哪一种台阶法，要根据两个条件来决定，第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短，第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,1、长台阶法,长台阶法开挖断面小，有利于维持开挖面的稳定，适用范围较全断面法广，一般适用于地质条件较差的、V级围岩,中
24、铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,2、短台阶法,短台阶法适用于地质条件差的、V级围岩，台阶长度定为1015m，即12倍开挖宽度，主要是考虑拉开工作面，减少干扰，因此台阶长度不宜过短。短台阶法可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。,3、微台阶法,适用于，级围岩，一般为35m的台阶长度。微台阶法上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(三)分部开挖法,分部开挖法包括环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中
25、洞法、中隔壁法等。,1、环形开挖留核心土法 环形开挖留核心土法常用于级围岩单线和V级围岩双线隧道掘进。,施工要求：环形开挖进尺一般为0.52.0m；开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢架支撑，每两榀钢架之间采用连续钢筋连接，并加锁脚锚杆；当围岩地质条件差，自稳时间较短时，开挖前在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护,特点：开挖工作面稳定性好施工干扰大、工效低,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,2、侧壁导坑法 根据侧壁导坑开挖的个数，分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法。单侧壁导坑法 单侧壁导坑法一般将断面分成三块：侧壁导坑、上台阶、下台阶。侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞跨，高度以
26、到起拱线为宜。导坑与台阶的距离没有硬性规定，一般以施工互不干扰为原则。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,由于单侧壁导坑法每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初期支护承载能力大，所以它适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,双侧壁导坑法,适用于V级围岩双线或多线隧道掘进。具有控制地表沉陷好，施工安全等优点，但进度慢，成本高。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,施工要求：侧壁导坑高度以到起拱线为宜；侧壁导坑形状应近于椭圆形断面，导坑断面为整个断面的1/3；侧壁导坑领先长度一般为
27、3050m，以开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布不影响另一侧导坑为原则；导坑开挖后应及时进行初期支护，并尽早封闭成环。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,双侧壁导坑法,双侧壁导坑法,3、中洞法 中洞法适用于双连拱隧道。采用先施作隧道中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,施工要求：中洞法开挖高度应大于中墙高度1m，开挖宽度应大于5m；中洞开挖长度根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑，一般为5080m；中洞开挖后应及时施作初期支护，再分段灌筑中墙混凝土，在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模，并进行临时横向支撑。,中铁十
28、八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,4、中隔壁法(CD),适用于V级围岩的浅埋双线隧道。中隔墙开挖时，应沿一侧自上而下分为二或三部进行，每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁，底部应设临时仰拱，中隔壁墙依次分步联结而成，之后再开挖中隔墙的另一侧，其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,施工要求：各部开挖时，周边轮廓尽量圆顺，减小应力集中；各部的底部高程应与钢架接头处一致；每一部的开挖高度约为3.5m；后一侧开挖应全断面及时封闭；左右两侧纵向间距一般为3050m；中隔壁设置为弧形或圆弧形。,CD法（中隔壁法
29、）,5、交叉中隔壁法(CRD)交叉中隔壁法适用于V级围岩浅埋的双线或多线隧道。采用自上而下分为二至三步开挖中隔墙的一侧，并及时支护，待完成12部后，即开始另一侧l2部开挖及支护，形成左右两侧开挖及支护相互交叉的情形。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,CRD（中隔壁）,仰拱先行,5、隧道施工辅助方法,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(一)超前锚杆,1、构造组成,超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三
30、分部,2、性能特点及适用条件 特点：柔性较大，整体刚度较小。适用条件：应力不太大，地下水较少的软弱围岩的隧道工程中，如土砂质地层、弱膨胀性地层、流变性较小的地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带等、浅埋无显著偏压隧道。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(二)管棚1、构造组成,管棚是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,2、性能特点及适用条件,特点：整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能
31、提前承受早期围岩压力。适用条件：主要适用于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱破碎围岩隧道工程中。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(三)超前小导管注浆1、构造组成,2、性能特点及适用条件,特点：浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后，不仅将岩块或颗粒胶结为整体起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道渗流的通道，起到了堵水作用。适用于一般软弱破碎围岩，也适用于地下水丰富的软弱破碎围岩。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(四)超前深孔围幕注浆,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(五)水平旋喷预支
32、护 使用旋喷注浆机，沿着隧道掌子面周边的设计位置旋喷注浆形成旋喷柱体，通过固结体的相互咬合形成预支护拱棚。一般每根旋喷体，首先通过水平钻机成孔，钻到设计位置以后，随着钻杆的退出，用水泥浆或水泥一水玻璃双浆液旋喷注入钻成的孔腔，通过高压射流切割腔壁土体，被切割下的土体与浆液搅拌混合、固结形成直径600mm左右的固结体，同时周围地层受到压缩和固结，其土体的物理力学性能得到定程度的改善。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(六)机械预切槽法用预切槽锯沿隧道外轮廓切条宽1530cm、长约5m的切槽。在切槽内立即填充高强度喷射混凝土，形成长35m的整体连续拱，两次连续拱的搭接长度
33、为0.52.0m，视围岩的不同而定。在安全稳定的作业环境下，用挖掘机或臂式掘进机开挖前作业面。必要时，作业面装以玻璃纤维锚杆，以稳定作业面。随后在作业面上喷混凝土。紧随其后，安装隧道防水层，进行二次衬砌。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,客运专线隧道常用辅助工法,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,6、隧道洞口施工,隧道施工的洞口地段，是指隧道进口(或出口)附近对隧道施工有影响的地段，该地段通常因地质地形复杂需要做特殊处理。,(一)洞口地段的一般概念,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,洞口工程施工要点,洞口施工要点：防边仰
34、坡滑塌。应遵照以下施工原则：1.根据设计图纸准确测量，放样洞口开挖轮廓线及截水沟位置。2.开挖前应做好截水沟等排水系统后方可进行土石方开挖。3.洞口边仰坡锚喷防护应随开挖同步施工，不得待开挖全部完成后再进行锚喷防护。4.洞口的支挡结构应在隧道明洞或正洞施工前完成。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,洞口防护不当造成坍方,洞口防护不当造成坍方,在场地清理作施工准备时，应先清理洞口上方及侧方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。洞口施工宜避开雨季和融雪期。洞口部分圬工基础必须置于稳固的地基上。洞门拱墙应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工连接成整体，确保拱墙连接良好。洞口段洞身施工时
35、，应根据地质条件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素选择开挖方法和支护方式。洞门完成后，洞门以上仰坡脚受破坏处，应及时处理。,(二)洞口地段施工注意事项,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(三)洞口的施工方法,洞口段围岩为级以下，地层条件良好时，一般可采用全断面直接开挖进洞。洞口段围岩为IV级，地层条件较好时，宜采用正台阶法进洞(不短于20m区段)爆破进尺控制在1.52.5m。洞口段围岩为级，地层条件较差时，宜采用上半断面长台阶法进洞施工。洞口段围岩为级以上，地层条件差时，可采用分部开挖法和其它特殊方法进洞施工。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部
36、,暗洞进洞要点：,严格按设计图纸施工。在进洞前，必须做好洞口护拱或超前管棚导向墙，并认真做好超前支护。确定安全、可靠、合理的施工方法，主要指方法的选择：CD法、CRD法还是双侧壁导坑法等。管超前、弱爆破、短进尺、强支护、快封闭是进洞必须遵循的原则。也是预防洞口坍塌的最好措施。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,做好洞口防护,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,一、掌子面（开挖面）稳定性,在大断面条件下，如何控制掌子面的稳定性，减少和预防掌子面出现坍塌的风险，是极为重要的。特别是在通过各种不良地质地段时。从风险的角度看，掌子面失稳有多种方式：掌子面挤
37、出；掌子面拱部坍塌；上半断面拱脚下沉；底部鼓起等。从技术角度出发，预防和减少上述风险发生的主要方法也是多种多样的。超前支护；扩大拱脚、设置拱脚锚杆或锚管；正面喷射混凝土和锚杆；底脚锚杆或锚管等。,正洞施工要点,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,掌子面超前支护是采用管棚、小导管、超前锚杆及注浆等，沿隧道外轮廓，以低角度打设方式加固掌子面前方围岩、约束围岩松弛、掉块的方法。超前支护，基本上是借助构件的抗弯刚度发挥作用的，因此，采用抗弯刚度大的构件是有利的。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,上述的掌子面超前支护方法，在大断面的条件下应用，虽然起到一定
38、的作用，但其作用会受到一定限制。也就是说，在大断面的条件下，为了确保掌子面的稳定，必须加强超前支护的作用，超前支护在软弱围岩及浅埋隧道施工中已形成一种工法和不可缺少的施工技术，要高度重视，这是隧道施工实现安全和快速的最好手段。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,二、支护结构的构成,隧道的支护结构包括：初期支护；喷混凝土、锚杆、钢支撑或格栅 超前支护；预衬砌、长钢管等 二次衬砌：包括仰拱及底板；临时支护：需要拆除的支护构件，如中隔壁等。不可轻视的锁脚（注浆）锚杆,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,1、超前支护,工程实践证实，在地质不良的地段，发展各
39、种稳定掌子面的辅助工法并使之模式化是极为重要的。日本、意大利在这方面都做了极有成效的工作。定义：以稳定掌子面和地层下沉为目的的拱形薄壳结构体。即：不仅沿隧道纵向具有梁结构的作用，在横断方向还具有拱形结构支护效果的支护。适用范围：1、需要提高掌子面稳定性的土砂围岩；2、以控制地表下沉和相邻结构物的影响为主要目的的场合；如浅埋地点、接近重要结构物施工的场合等,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,超前支护的关键点,存在问题：初期支护系统杆体长短不一；安装角度控制不严；注浆效果差或不注浆。关键点：1、超前管棚、小导管、超前锚杆等安装质量（包括长度、间距、外插角）2、超前支护体系的
40、注浆质量：包括通过注浆加固周边围岩的作用、超前支护杆体内的注浆质量。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,2、初期支护,初期支护是为了解决隧道在施工期间的稳定和安全的工程措施；二次衬砌则是为了保证隧道永久稳定和安全，作为安全储备的工程措施。初期支护加二次衬砌，构成复合式衬砌。初期支护一般由锚杆、喷射混凝土、钢架、钢筋网等及其它们的组合组成，它是现代隧道工程中最用的支护形式和方法。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,在初期支护中，喷混凝土具有独特的作用。任何情况下，都是不可缺少的支护手段。因此，在大断面隧道中，对不断提高喷混凝土的性能，寄予极大的期望
41、。,喷混凝土的几个关键性的性能指标,1、设计基准强度 4、附着配比；2、初期强度：5、回弹率；3、附着强度；6、粉尘量。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,初期支护的施作程序要求,第一步：每次出碴完毕（含找顶）后立即进行首次初喷混凝土，封闭围岩和超前支护系统，初喷混凝土的厚度不小于4cm；第二步：架设型钢钢架；安装锚杆第三步：二次喷射混凝土。喷射砼表面平整度要求：用2米靠尺检查，边墙5cm，拱部7cm。第四步：进入下一循环作业（初期支护或钻爆作业）喷射砼结束后3小时内不得爆破作业。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(一)喷射混凝土,(1)支撑围
42、岩(2)“卸载”作用(3)填平补强围岩(4)覆盖围岩表面(5)阻止围岩松动(6)分配外力,1、喷射混凝土的作用,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,喷射混凝土的工艺流程有干喷、潮喷、湿喷和混合喷四种。主要区别是各工艺的投料程序不同，尤其是加水和速凝剂的时机不同。客运专线要求采用湿喷技术,2、喷射工艺种类,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,干喷砼的主要缺点：,砼水灰比难以控制均质性差、和易性差离散性强 强度波动性大 强度水平低 作业环境差,钢纤维喷射混凝土是在喷射混凝土中加入钢纤维，弥补喷射混凝土的脆性破坏缺陷，改善喷射混凝土的物理力学性能。,3、钢
43、纤维喷射工艺,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,钢纤维的生产方法通常有钢丝切断法、薄钢板切断法、铣削法、熔抽法及轧制法。作为混凝土增强材料，钢纤维在投入搅拌机后，其形状、尺寸要能均匀地分散到混凝土中，同时喷射混凝土要容易输送、喷射。若钢纤维过长、过细，搅拌过程中钢纤维集结，并在喷射过程中宜堵塞管道。反之，若钢纤维过短、过粗，运输、搅拌过程中宜与混凝土分离下沉，不能均匀分布与混凝土中，起不到有效增强作用。通常在喷射钢纤维混凝土中，钢纤维的直径(或等效直径)为0.30.6mm，长度为2040mm，长径比为4060，钢纤维的体积掺量为12。为增大钢纤维与混凝土的粘结力，通常改
44、变钢纤维的表面特征，其几何形状、端面形状形式多样。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,钢纤维喷射混凝土的配合比一般为水泥:砂:石1:1.6:1.6，水泥标号不低于525号，砂子采用中砂，石子采用筛洗卵石，最大粒径10mm，钢纤维掺量一般为喷射混凝土重量的1.0%2.0%；钢纤维的长度一般不超过30mm，l/d4580之间规格尺寸为直径长度0.3mm20mm或0.4mm20mm或0.4mm25mm。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,施工要点(1)喷射钢纤维混凝土，应选用经过实用检验的喷射机械。主要问题是防止钢纤维结团堵管。目前已有些钢纤维产品采用
45、水溶性粘结剂将钢纤维粘结成片状，在搅拌过程中可以方便地分离成单一纤维，较好地解决了结团问题。(2)钢纤维和基料必须拌和均匀，避免结成喷射机拔料盘堵塞或堵管。方法是先将水泥、砂、石拌和均匀，然后掺入钢纤维和速凝剂，再拌和均匀，装入运输车。(3)钢纤维喷射混凝土操作同普通喷射混凝土，但输料管的磨耗大，一般要高于普通喷射混凝土30%40%，尤其是拐弯处。可每班将胶管翻转12次，以延长胶管寿命。(4)风压要比普通喷射混凝土高0.020.05 MPa；当输送距离不大于40m时，风压一般可为0.05 0.18 MPa。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,聚丙烯纤维根据其形状和构造不
46、同，可分为单丝纤维和网状纤维。单丝纤维有较高的长径比，常以长丝短切加工而成，但在混凝土中分散性较差。聚丙烯纤维网状纤维通过特殊工艺制造而成，其外观呈多根纤维单丝相互交融的网状结构，网状纤维用于配制混凝土时，混凝土拌合物的搅拌可产生原材料自身的揉搓与摩擦作用，破坏单丝问的横向联系，形成纤维单丝或网状结构的充分张开，从而比单丝纤维更易在混凝土中分散。,4、聚丙稀纤维喷射混凝土,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,施工工艺,配比根据纤维掺量与混凝土性能关系及价格比，较为合理的聚丙烯纤维网体积掺量应为0.1%0.2%之间。机械设备 湿式喷射机搅拌机：采用自落式或双轴卧式强制式搅拌
47、机,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,施工工艺,投料、搅拌工艺 先投入石子、水泥、纤维、砂子搅拌30s至60s，再加入减水剂和水搅拌6090s，并在出料口测量纤维网混凝土拌合物的坍落度，观察纤维分散和分布情况，做好纪录。随机抽取5L左右的混凝土拌合物，用水洗法测得聚丙烯纤维网的分散和分布。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,施工工艺,喷射工艺(1)开机前检查准备工作是否充分，风压系统是否稳定，电源供应是否有保障，人员是否到位。(2)施喷前，先空载运转，检查管路是否畅通，湿式喷射机是否处于正常状态，进料口防超径钢质栅网是否安设妥当。喷射前，用高压风
48、将受喷面上的粉尘吹除并清除已松动围岩，用喷射机在工作面上洒适量水，保持一定湿度，提高岩面粘附力。量测受喷围岩的基本尺寸，要求隧洞外轮廓较光顺。(3)遵循先进料后湿式喷射的原则，并使受料口处混凝土拌合物始终高于搅拌翅。(4)对喷嘴进行改善，用硬质聚乙烯管(10001200mm)替代原钢质喷嘴，以增强喷嘴对拌合物的聚焦能力并减轻喷射手的负重，提高操作的灵活性。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,喷射工艺(5)分两层喷射，第一层喷厚50mm左右，待硬化并强度达到5MPa8MPa后，在设计确定的断面位置埋设量测组件；第二层喷100mm左右(达到设计厚度)。(6)喷射顺序：喷嘴至
49、工作面的距离一般为0.81.0m;喷射角度控制在8090；若受喷面被格栅和钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加倾斜，但不宜小于70，如果喷嘴和受喷面的角度太小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动。产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷混凝土的质量。喷嘴处的风压一般控制在0.30.5MPa;喷嘴应按螺旋形轨迹移动。每20003000mm为一喷射区，采用由下向上的喷射方式进行施喷；喷嘴与岩面的间距控制7001200mm，并视聚焦和回弹情况进行适当调整。第一层喷射时，以扫描式为主，并对突出岩石的根部进行填充式喷射；第二层喷射时以划圈喷射为主，即自下而上以300mm直径划圈喷射，一次喷够所需厚度。,中铁十八
50、局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,喷射工艺(7)风压的确定：根据拌合料聚焦情况、回弹率及围岩的渗、漏水情况及喷射机喷射能力的大小，调整喷射风压，一般控制在0.30.5MPa之间，若风压过大，粗骨料碰围岩后会回弹，风压过小，喷射动能小，粗骨料冲不进砂浆层而脱落，都将导致回弹增大，按混凝土回弹量小，表面湿润有光泽，易粘着为度来掌握风压大小。要求喷射机司机和喷射手配合好，根据喷射手反馈的信息，及时调整风压和计量泵，控制好速凝剂的掺量。(8)为提高工效和保证质量，喷射作业应分片进行，一般2m长，1.5m宽的小片。,中铁十八局集团有限公司厦深铁路（广东段）工程指挥部三分部,(一)锚杆,锚
