隧道工程-第6章 隧道施工方法2

1、隧 道 工 程第6章 隧道施工方法（二）16.1 概述6.2 礦山法施工方法6.3 洞口段與明洞施工方法6.4 輔助施工措施第6章 隧道施工方法6.5 特殊地段的隧道施工2本節(jié)主要內(nèi)容：超前錨桿超前小導(dǎo)管注漿管棚預(yù)注漿加固地層洞口地表錨噴預(yù)加固6.4 輔助施工措施3 輔助施工措施的含義： 在鉆爆法施工過程中，隧道隨時可能會遇到開挖工作面不能自穩(wěn)，或地表沉陷過大的情況，為了確保隧道工程順利進(jìn)行和施工安全，必須采取一定的工程措施對地層進(jìn)行預(yù)支護(hù)或預(yù)加固，稱之為輔助施工措施。 即：開挖前對地層進(jìn)行預(yù)支護(hù)或預(yù)加固6.4 輔助施工措施46.4 輔助施工措施預(yù)支護(hù)輔助施工措施預(yù)加固預(yù)支護(hù)兼預(yù)加固：超前小導(dǎo)

2、管注漿預(yù)留核心土超前錨桿管 棚地層注漿地表錨桿加固輔助施工措施的類型5 1.施工要點(diǎn) 在開挖掘進(jìn)之前，在開挖面的拱部一定范圍內(nèi)，沿隧道斷面的周邊，向地層內(nèi)打入一排縱向錨桿(或小鋼管)，通過錨桿對圍巖的加固作用，形成超前于工作面的圍巖加固棚，在此棚的保護(hù)下進(jìn)行開挖。 開挖一個進(jìn)尺后，再打入一排縱向錨桿，再掘進(jìn)，如此往復(fù)推進(jìn)。 6.4 輔助施工措施6.4.1 超前錨桿61.特 點(diǎn)：形成超前于工作面的圍巖加固棚。2.適用于：軟弱破碎地層。6.4.1 超前錨桿7超前錨桿6.4.1 超前錨桿8表6-3 超前錨桿(或小鋼管)設(shè)計(jì)參數(shù)圍巖級別錨桿直徑(mm)小鋼管直徑(mm)錨桿長度(m)環(huán)向間距(cm)外

3、插角錨桿小鋼管20253235305051051018224060注：外插角指錨桿或小鋼管與隧道縱向開挖輪廓線的夾角； 錨桿或小鋼管的長度應(yīng)與實(shí)際掘進(jìn)循環(huán)長度一起考慮； 中空錨桿目前的最小直徑為25mm。6.4.1 超前錨桿4.設(shè)計(jì)參數(shù)9 1.施工要點(diǎn) 在開挖掘進(jìn)前，先用噴射混凝土將開挖面和5m范圍內(nèi)的坑道封閉，然后沿坑道周邊打入帶孔的縱向小導(dǎo)管。由上而下地向小導(dǎo)管內(nèi)壓漿，漿液即由導(dǎo)管滲透到地層中，待漿液硬化厚，即在坑道周圍形成一個加固了的巖石圈。在此圈防護(hù)下即可安全地進(jìn)行開挖。 2.特 點(diǎn)：預(yù)支護(hù)+預(yù)加固，支護(hù)效果強(qiáng)于超前錨桿 3.適用于：軟弱破碎地層6.4 輔助施工措施6.4.2 超前小導(dǎo)

4、管注漿106.4.2 超前小導(dǎo)管注漿11小導(dǎo)管6.4.2 超前小導(dǎo)管注漿12小導(dǎo)管6.4.2 超前小導(dǎo)管注漿13 4.小導(dǎo)管構(gòu)造 3842mm無縫鋼管，單根長35m， 管壁注漿孔，孔徑68mm，孔距1520cm。6.4.2 超前小導(dǎo)管注漿14 注漿材料水泥漿，或水泥水玻璃漿； 注漿壓力0.51.0MPa。 單根導(dǎo)管漿液擴(kuò)散半徑，按下式計(jì)算： b-導(dǎo)管中至中間距. 單根導(dǎo)管注漿量： l導(dǎo)管長度，m； n 圍巖空隙率，% 。 注漿效果檢查：取巖芯，達(dá)設(shè)計(jì)要求后才能進(jìn)行開挖。 5.小導(dǎo)管設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：6.4.2 超前小導(dǎo)管注漿15小導(dǎo)管鋼拱架 6.4.2 超前小導(dǎo)管注漿166.4.2 超前小導(dǎo)管注漿

5、格柵鋼架 小導(dǎo)管17 1.管棚的概念 當(dāng)隧道位于松軟地層中；或遇到塌方，需要從塌方體中穿過；或淺埋隧道，要求限制地表沉陷量；或在很差的洞口地質(zhì)條件下進(jìn)洞時，在開挖掘進(jìn)前，沿坑道上半斷面的輪廓線外周邊，用大型水平鉆機(jī)和較小的外插角，打出一排大直徑的鋼管，并向鋼管孔內(nèi)壓入混凝土或設(shè)置鋼筋籠，注入水泥砂漿。于是在地層建立起一個臨時承載棚，在其防護(hù)下即可進(jìn)行隧道的斷面開挖。6.4 輔助施工措施6.4.3 管棚186.4.3 管棚19 2.管棚的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：由于管徑較粗，故管棚的承載能力比超前小導(dǎo)管要大，在所有的預(yù)支護(hù)措施中，它是支護(hù)能力最強(qiáng)大的。 缺點(diǎn)：其施工技術(shù)也較復(fù)雜，造價較高。 6.4.3 管棚

6、203.施作要點(diǎn)(1)單根長46m，總長可至數(shù)十米。(2)一環(huán)管棚長度一般不小于10m。(3)可向管內(nèi)注入水泥砂漿，以增加其剛度。(4)鋼管的尾部需架設(shè)在鋼拱架上，并焊死。(5)相鄰兩榀鋼拱架間以拉筋相連。(6)與巖壁之間，環(huán)向每隔2m應(yīng)用楔子楔緊。6.4.3 管棚216.4.3 管棚 (1) 沿隧道開挖工作面的拱部，呈扇形地向地層中鉆一排孔眼，其直徑比鋼管管徑大2030cm，鉆孔外插角約為12，孔眼間距約30cm50cm。 (2) 采用外徑為70180mm的熱軋無縫鋼管，單根長為46m，將鋼管插入鉆孔內(nèi)形成管棚 . (3) 鋼管管壁上須留注漿孔，孔徑為1016mm,孔眼間距為100200mm

7、，呈梅花形布置。 (4) 管棚長度一般不小于10m，視圍巖條件的需要，可以將管子接長，前后兩段管子之間用絲扣連接或焊接，連接的長度為1045m；3.施工工藝222324254.單根鋼管構(gòu)造6.4.3 管棚管徑粗(外徑為70180mm) 26 在開挖之前，先往地層中注漿以加固圍巖，使得開挖能夠安全穩(wěn)妥地進(jìn)行，稱之為預(yù)注漿加固地層。 1.注漿方法 (1)滲入性注漿: 在注漿進(jìn)程中，漿液充填地層中被排出的空氣和水的空隙，膠凝成固結(jié)體，以提高地層的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。 (2)劈裂性注漿: 在注漿過程中，漿液周圍的土體在注漿壓力的作用下被劈裂，形成裂縫，通過土體中形成的漿液脈狀固結(jié)作用來增強(qiáng)土體內(nèi)的總壓力，以

8、提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性6.4 輔助施工措施6.4.4 預(yù)注漿加固地層27 (3)壓密性注漿: 將濃稠的漿液注入土層中，使土體形成漿泡，向周圍土層加壓使其得到加固。 (4)高壓噴灌注漿: 在高壓作用下，高速漿液流從管底部的特殊噴嘴中噴射而出，與伴隨著的高速氣流一起促使土粒在沖擊力、離心力及重力作用下，隨注漿管的向上提起與漿液混合形成柱狀固結(jié)體，以達(dá)到加固目的。6.4.4 預(yù)注漿加固地層282.注漿設(shè)備(1) 鉆機(jī)(2) 注漿管6.4.4 預(yù)注漿加固地層293.隧道注漿方法（1）洞內(nèi)超前小導(dǎo)管注漿(見前)（2）洞內(nèi)超前長導(dǎo)管注漿，下圖6.4.4 預(yù)注漿加固地層306.4.4 預(yù)注漿加固地層洞內(nèi)超前小導(dǎo)

9、管注漿31（3）地表注漿,下圖b（4）由平導(dǎo)內(nèi)向正洞周圍注漿，下圖c 而采用得最多的仍是超前小導(dǎo)管注漿6.4.4 預(yù)注漿加固地層3.隧道注漿方法326.4.4 預(yù)注漿加固地層4.注漿材料336.4.4 預(yù)注漿加固地層4.注漿工藝（1）單液注漿工藝346.4.4 預(yù)注漿加固地層4.注漿工藝（2）雙液注漿工藝35 5.注漿數(shù)量控制 （1）現(xiàn)場注漿試驗(yàn)； （2）公式計(jì)算作參考： 注漿總數(shù)量 式中： 地層充填率。 A注漿范圍巖的體積； n圍巖空隙率； 漿液充填系數(shù)，一般取0.70.9； 注漿材料損耗系數(shù)，通常在0.1左右。6.4.4 預(yù)注漿加固地層36 在淺埋洞口地段，由于覆蓋層較薄，可能會形成邊挖邊

10、塌的局面，使得進(jìn)洞困難；在偏壓洞口段，往往一側(cè)邊坡開挖過高，形成不穩(wěn)定邊坡，危及施工和運(yùn)營。在這樣的情況下，采用地表錨噴加固是比較合適的。 通過對地表的預(yù)加固，可以使進(jìn)洞順利，也可以為改變坡率創(chuàng)造條件，使得較高一側(cè)的邊坡降低開挖高度。 6.4 輔助施工措施6.4.5 洞口地表錨噴預(yù)加固目 的：穩(wěn)定邊仰坡。適用于：覆蓋層薄或高大邊仰坡。37 1.地表錨噴預(yù)加固類型與加固方法 （1）洞邊仰坡網(wǎng)、錨、噴地表網(wǎng)錨噴6.4.5 洞口地表錨噴預(yù)加固38（2）洞門上方陡坎加固6.4.5 洞口地表錨噴預(yù)加固 1.地表錨噴預(yù)加固類型與加固方法39 2.錨桿加固范圍： 經(jīng)驗(yàn)方法：加固寬度B(12)b，b為開挖寬度

11、； 加固長度為淺埋段長度。6.4.5 洞口地表錨噴預(yù)加固 破裂面估算法： 用淺埋隧道圍巖松動壓力計(jì)算方法（第4章）計(jì)算破裂角。40 (1)噴層厚：510cm； (2)錨桿直徑:1622cm，長度36m，間距12m； (3)鋼筋網(wǎng)：用A3鋼筋，直徑68mm，編扎成 40cm40cm的網(wǎng)格，焊接于錨桿地表出露端。 (4)在洞門一定范圍內(nèi)，宜盡量將地表錨桿插入拱 部襯砌中。3.地表錨噴加固經(jīng)驗(yàn)參數(shù)6.4.5 洞口地表錨噴預(yù)加固416.1 概述6.2 礦山法施工方法6.3 洞口段與明洞施工方法6.4 輔助施工措施第6章 隧道施工方法6.5 特殊地段的隧道施工42 特殊地質(zhì)地段 是指：膨脹土、軟弱黃土、

12、溶洞、斷層、流沙、巖爆，瓦斯地層等不良地質(zhì)地段。 施工注意: 制訂針對性強(qiáng)的施工方案。 施工總原則： “先治水、短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)步前進(jìn)”。 充分考慮采用預(yù)支護(hù)、預(yù)加固措施。6.5 特殊地段的隧道施工43本節(jié)主要內(nèi)容：膨脹性圍巖黃土溶洞巖爆高地溫瓦斯地層坍方6.5 特殊地段的隧道施工44 1.膨脹土圍巖的特性 （1）膨脹土成分： 主要由蒙脫石等親水性礦物組成。 （2）特點(diǎn)： 明顯的塑性流變特性，開挖后塑性 變形大。 初期圍巖變形大，且變形發(fā)展速度快。 膨脹壓力將使得圍巖壓力顯著增加。6.5 特殊地段的隧道施工6.5.1 膨脹性圍巖452. 膨脹土圍巖對隧道施工的危害 圍

13、巖裂縫 隧道下沉 圍巖鼓出(包括底鼓)、坍塌 襯砌變形和破壞 加強(qiáng)觀察與量測 合理選擇施工方法：短臺階或超短臺階法 單側(cè)壁導(dǎo)坑法 環(huán)形開挖留核心土法 眼鏡工法等6.5.1 膨脹性圍巖3. 隧道在膨脹土圍巖中的施工要點(diǎn)464. 隧道在膨脹土圍巖中的基本施工原則（1）施工基本原則： 應(yīng)盡量減少對圍巖的擾動和防止水的浸濕。（2）注意兩點(diǎn)： 盡量不用爆破，而是采用風(fēng)鎬、液壓鎬等開挖機(jī)械。 盡可能縮短圍巖暴露時間，及時支護(hù)。6.5.1 膨脹性圍巖（1）初期支護(hù)：網(wǎng)、錨、噴聯(lián)合支護(hù) 噴射鋼纖維混凝土(取消鋼筋網(wǎng))（2）輔助施工措施：如前節(jié)所述 （3）襯砌：必須設(shè)仰拱。5. 膨脹土隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)471.黃土

14、地層對隧道施工的影響 黃土節(jié)理 在隧道開挖時，土體順著節(jié) 理張松或剪斷。 隧道頂部極易產(chǎn)生“塌頂”； 側(cè)壁普遍出現(xiàn)掉土。6.5 特殊地段的隧道施工6.5.2 黃土486.5.2 黃土 黃土沖溝地段 隧道沿黃土沖溝或塬邊(四邊陡、頂上平的黃土高地)地段穿過，且覆蓋較薄或偏壓較大時，容易發(fā)生較大的坍塌或滑坡現(xiàn)象。 49 黃土溶洞與陷穴 這是黃土地區(qū)經(jīng)常見到的現(xiàn)象。 隧道若在其上方，則有基礎(chǔ)下沉的危害； 隧道若在其下方，常有發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU； 隧道若在其鄰側(cè)，則有可能承受偏壓。6.5.2 黃土 水對黃土隧道施工的影響黃土在干燥時很堅(jiān)固，承壓力也較高，施工可順利 進(jìn)行。但當(dāng)土受水浸濕后則呈不同程度的濕陷

15、性， 會突然發(fā)生下沉現(xiàn)象，極容易造成隧道坍塌。502.黃土隧道的施工方法 施工原則： “短開挖、少擾動、強(qiáng)支護(hù)、實(shí)回填、嚴(yán)治水、勤量測”。 開挖方法： 短、超短臺階法、環(huán)形開挖留核心法。6.5.2 黃土51 巖溶：可溶性巖層，如石灰?guī)r、白云巖等，在水的作用下產(chǎn)生溝槽、空洞以及地表陷穴等現(xiàn)象。 溶洞：溶洞是巖溶現(xiàn)象的一種。 1.溶洞的類型及其對隧道施工的影響 溶洞類型： 死、干、小型溶洞：較容易處理 活、濕、大型溶洞：較難處理 6.5 特殊地段的隧道施工6.5.3 溶洞52深切河谷大型溶洞暗河流水53對隧道施工影響： 溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)生坍塌； 溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底 難

16、于處理； 溶洞涌泥危及施工。 2. 隧道遇到溶洞時的工程對策 處理溶洞的方法：“引、堵、越、繞”四種。6.5.3 溶洞1. 溶洞的類型及其對隧道施工的影響54典型隧道地質(zhì)災(zāi)害某隧道2006年11月發(fā)生大型突水事故宜萬鐵路馬鹿箐隧道突水1.溶洞的類型及其對隧道施工的影響6.5.2 溶洞55典型隧道地質(zhì)災(zāi)害滬蓉西公路龍?zhí)端淼?發(fā)生塌方、涌泥事故1.溶洞的類型及其對隧道施工的影響6.5.3 溶洞56 引 注意：遇到暗河或溶洞有水流時，宜排不宜堵。 方法：暗管、涵管或小橋等，見圖6-19。 堵 對象：已停止發(fā)育、跨徑較小，無水的溶洞。 方法： 混凝土、漿砌或干砌片石回填封閉，見圖6-20； 隧頂溶洞，

17、錨噴加固，必要時注漿加固與堵水， 并加設(shè)隧道護(hù)拱及拱頂回填，見 圖6-21。6.5.3 溶洞 2. 隧道遇到溶洞時的工程對策576.5.3 溶洞58 越 現(xiàn)象1： 隧道一側(cè)遇到狹長而較深的溶洞。 方法：加深該側(cè)的邊墻基礎(chǔ)(圖6-22)。 現(xiàn)象2：隧道底部遇有較大溶洞并有流水。 方法：在隧底以下砌筑圬工承重墻，跨越而過，承重墻內(nèi)套設(shè)涵管引排溶洞水(圖6-23)。 現(xiàn)象3：隧道邊墻部位遇到較大、較深的溶洞，加深邊墻基礎(chǔ)困難。 方法：在邊墻下或隧底以下筑拱跨過(圖6-24)。 6.5.3 溶洞596.5.3 溶洞60 繞 若溶洞處理耗時，可采用迂回導(dǎo)坑繞過溶洞，繼續(xù)隧道前方的施工,同時處理溶洞。 3

18、. 溶洞地段施工的注意事項(xiàng) 多作物探超前預(yù)報，如地質(zhì)雷達(dá)。 穿過溶洞時，細(xì)查溶洞頂部，及時處理危石。 嚴(yán)格控制爆破藥量，減少對圍巖的擾動。6.5.3 溶洞61復(fù)合地基隧底結(jié)構(gòu) 樁基承臺隧底結(jié)構(gòu)4.工程實(shí)例62 “+629”溶洞處理典型橫斷面圖 排水支洞控制排放情況4.工程實(shí)例63 雙層框架結(jié)構(gòu)4.工程實(shí)例64不對稱拱形結(jié)構(gòu) 4.工程實(shí)例65 1.巖爆的概念 巖體中聚集的高彈性應(yīng)變能因隧道開挖而發(fā)生的一種應(yīng)力釋放現(xiàn)象。 2.巖爆形成的兩個條件 (1)地層的巖性條件。結(jié)構(gòu)基本完整的脆硬巖地層。多見于石英巖、花崗巖、正長巖、閃長巖、花崗閃長巖、大理巖、片麻巖等。 (2)地應(yīng)力條件。只有埋深大的隧道才

19、足以形成高地應(yīng)力，埋深超過700m的隧道發(fā)生巖爆的情況居多。6.5 特殊地段的隧道施工6.5.4 巖爆663.隧道內(nèi)巖爆的特點(diǎn) 巖爆在發(fā)生前并無明顯預(yù)兆，總是突然發(fā)生。 巖爆時，巖塊自洞壁迸射而出，塊度從幾厘米到幾十厘米不等，甚至上噸重巖石從拱部彈落。 巖爆多發(fā)生在新開挖工作面及其附近。 危險性：傷害人員、損壞機(jī)械！6.5.4 巖爆672. 巖爆的防治措施 強(qiáng)化圍巖 出發(fā)點(diǎn)：給圍巖一定的徑向約束，使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)從平面轉(zhuǎn)向三維。 方法：錨噴加固、網(wǎng)錨噴聯(lián)合、鋼支撐網(wǎng)噴聯(lián)合、注漿等。6.5.4 巖爆683.施工注意事項(xiàng) 超前地質(zhì)預(yù)報：平導(dǎo)超前、地質(zhì)雷達(dá)等。 爆破方法：盡量采用能預(yù)先釋放地應(yīng)力的方

20、法，如預(yù)裂爆破、切縫法等。 縮短爆破進(jìn)尺：盡快閉合支護(hù)。6.5.4 巖爆69 弱化圍巖 往巖層中注水：可改變巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，降低巖石的脆性和儲存能量的能力。 解除圍巖中的高地應(yīng)力：預(yù)裂爆破、排孔法、切縫法等。可消減圍巖中的能量。 1.高地溫的熱源 火山熱的熱源 放射性元素裂變熱的熱源 2. 隧道施工注意事項(xiàng)及措施 事項(xiàng)1：洞內(nèi)溫度應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)定，不要超過30。 措施： 主要措施為通風(fēng)和灑水。 事項(xiàng)2：注意工人的勞動強(qiáng)度。 措施：根據(jù)隧道內(nèi)的高溫程度，合理確定勞動工時。6.5 特殊地段的隧道施工6.5.5 高地溫70事項(xiàng)2：防止高溫地段的二襯開裂。 措施： (1)宜采用高爐礦碴水泥(分離粉碎

21、型水泥)。 (2)用防水板和無紡布，將二襯與噴層隔離，可使二襯的收縮不受約束。 (3)在防水板和二襯之間設(shè)置隔熱材料，有助于隔斷圍巖熱量。 (4)適當(dāng)縮短襯砌混凝土的澆筑長度。6.5.5 高地溫71 1.瓦斯的基本性質(zhì) 無色、無臭、無味的氣體，極易使人窒息死亡。 比重僅為空氣的一半，擴(kuò)散速度比空氣大1.6倍，很容易透過圍巖裂隙滲入隧道 不能自燃，但極易燃燒。6.5 特殊地段的隧道施工6.5.6 瓦斯地層 2. 瓦斯的燃燒和爆炸性 濃度小于5%遇火源時，瓦斯只在火源附近燃燒而不爆炸； 濃度在5%6%到14%16%時，遇到火源具有爆炸性； 濃度大于14%16%時，遇火能平靜地燃燒,一般不爆炸； 瓦

22、斯燃燒時，一旦遇到障礙而受壓縮，就會形成爆炸。723.瓦斯釋放的方式 （1）施工階段 1)瓦斯的滲出：緩慢地、均勻地、不停地從煤系巖層的暴露面或裂隙中滲出。 2)瓦斯的噴出：比滲出強(qiáng)烈，通常有較大的響聲和壓力。 3)瓦斯的突出：在短時間內(nèi)，突然噴出大量瓦斯，有巨大轟響，并夾有煤塊或巖石。 以第1)種放出的瓦斯量為最大，因其最不易被人發(fā)覺。 （2）運(yùn)營階段 地層中的瓦斯主要通過襯砌本體的細(xì)微裂隙和施工縫等通道滲入隧道內(nèi)。6.5.6 瓦斯地層734.隧道防止瓦斯事故的措施 (1)制訂瓦斯稀釋、防爆、緊急救援措施。 (2)應(yīng)盡快閉合襯砌，故以全斷面法或臺階法為優(yōu)。 (3)加強(qiáng)通風(fēng)是防止瓦斯爆炸最有效的措施。 (4)洞內(nèi)瓦斯?jié)舛缺仨毧刂圃谠试S值。 (5)當(dāng)通風(fēng)難以稀釋到安全標(biāo)準(zhǔn)時，可使用超前周邊全封閉預(yù)注漿。 (6)必須采用防爆設(shè)備施工，如防爆電器設(shè)備、防瓦斯爆破器材等。 (7)專人監(jiān)測瓦斯含量、嚴(yán)禁明火、制度嚴(yán)明。6.5.6 瓦斯地層74 1.發(fā)生坍方的主要原因 （1） 不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件 （2） 隧道設(shè)計(jì)考慮不周6.5 特殊地段的隧道施工6.5.7 坍方75 （3）施工方法和措施不當(dāng) 1)施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng)； 2)噴錨支護(hù)不及時，圍巖暴露時