隧道施工工藝和施工技術(shù)

1、第7章 隧道施工工藝與施工技術(shù)第七章 隧道施工工藝與施工技術(shù)第一節(jié) 圍巖預(yù)支護(hù)（預(yù)加固）第二節(jié) 隧道掘進(jìn)方式及隧道爆破施工技術(shù)第三節(jié) 裝碴與運(yùn)輸?shù)谒墓?jié) 初期支護(hù)第六節(jié) 模筑襯砌第七節(jié) 輔助坑道第五節(jié) 防排水施工1 圍巖預(yù)支護(hù)（預(yù)加固） 輔助穩(wěn)定措施 輔助施工措施：對(duì)地層進(jìn)行預(yù)支護(hù)或預(yù)加固。預(yù)支護(hù)： 預(yù)留核心土 噴射混凝土封閉開(kāi)挖作業(yè)面 超前錨桿 管棚 臨時(shí)仰拱封底預(yù)加固： 地層注漿 地表錨噴加固。預(yù)支護(hù)兼預(yù)加固：超前小導(dǎo)管注漿 一超前錨桿超前錨桿是沿開(kāi)挖輪廓線，以稍大的外插角，向開(kāi)挖面前方一定范圍內(nèi)安裝的斜向錨桿。性能特點(diǎn)及適用條件：超前錨桿支護(hù)的柔性較大，整體剛度較小。它主要適用于應(yīng)力不太大

2、，地下水較少的破碎、軟弱圍巖的隧道工程中，如裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶等、淺埋無(wú)顯著偏壓的隧道。且一般與系統(tǒng)錨桿同時(shí)使用，形成聯(lián)合支護(hù)。應(yīng)力較大的嚴(yán)重破碎圍巖中，超前錨桿的后期支護(hù)剛度就有些不足，不宜使用。 超前錨桿二超前小導(dǎo)管特點(diǎn)：預(yù)支護(hù)+預(yù)加固，支護(hù)效果強(qiáng)于超前錨桿。適用于：軟弱破碎地層。步驟：噴砼封閉開(kāi)挖面；鉆孔；插入小導(dǎo)管；導(dǎo)管注漿。小導(dǎo)管構(gòu)造：3842mm無(wú)縫鋼管，單根長(zhǎng)35m，管壁注漿孔，孔徑68mm,孔距1520cm。小導(dǎo)管鋼拱架 注漿材料：水泥漿，或水泥水玻璃漿；注漿壓力：0.51.0MPa。注漿效果檢查：取巖芯，或聲波探測(cè)儀，達(dá)設(shè)計(jì)要求后才能進(jìn)行開(kāi)挖。小導(dǎo)管設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：小導(dǎo)

3、管鉆孔安裝前，應(yīng)對(duì)開(kāi)挖面及5m范圍內(nèi)的坑道噴射510 cm厚的混凝土封閉。小導(dǎo)管插入后應(yīng)外露一定長(zhǎng)度，以便連接注漿管，并用塑膠泥將導(dǎo)管周?chē)紫斗舛旅軐?shí)。 外插角應(yīng)控制在1030之間，一般采用15。管棚是利用沿開(kāi)挖輪廓線、以較小的外插角、向開(kāi)挖面前方打入的鋼管與鋼拱架構(gòu)成的一種鋼管棚架，簡(jiǎn)稱“管棚” 。 三管棚特點(diǎn)：管徑粗(外徑為70180mm) 。施作要點(diǎn)：(1) 單根長(zhǎng)46m，總長(zhǎng)可至數(shù)十米。(2) 管棚長(zhǎng)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，還可以在管內(nèi)置入鋼筋籠，再注入混凝土。(4)鋼管進(jìn)行配管和編號(hào)，使管棚接頭錯(cuò)開(kāi)。(5)鋼管的尾部需架設(shè)在鋼拱架上，并焊死。(

4、6)相鄰兩榀鋼拱架間以拉筋相連，與巖壁之間，環(huán)向每隔2m應(yīng)用楔子楔緊。 優(yōu)點(diǎn)：在所有預(yù)支護(hù)措施中，管棚支護(hù)能力最強(qiáng)。缺點(diǎn)：施工技術(shù)較復(fù)雜，造價(jià)較高。單根鋼管構(gòu)造：管棚及套拱注漿方法： 滲入性注漿： 破碎巖層，砂卵石層，粗細(xì)砂等有一定滲透性地層。漿液充填地層中被排出的空氣和水的空隙，凝結(jié)成固結(jié)體。 劈裂性注漿：滲透性差的地層。土體在注漿壓力的作用下被劈裂，形成裂縫，漿液脈狀固結(jié)。 壓密性注漿：濃稠漿液注入土層。 高壓噴灌注漿：高壓使土粒與漿液混合，柱狀固結(jié)。 四預(yù)注漿加固地層注漿方法:超前小導(dǎo)管注漿(見(jiàn)前)；超前長(zhǎng)導(dǎo)管注漿，圖a； 淺埋段地表注漿,圖b；由平導(dǎo)內(nèi)向正洞周?chē){，圖c，等。 而采用

5、得最多的仍是超前小導(dǎo)管注漿。1注漿管和孔口套管注漿管一般采用帶孔眼的焊接鋼管或無(wú)縫鋼管，也可用塑料管。為防止?jié){液反流，要堵賽鉆孔壁與灌注管之間的孔隙。堵塞方式就是用鉛絲、麻刀、木楔等材料在注漿孔口將縫隙堵塞，它適用于淺孔注漿； 普通堵塞堵塞器（又稱止?jié){塞）橡膠式套管式多用于深孔注漿或局部注漿 多采用前進(jìn)或后退式分段注漿 2鉆孔 鉆孔可用沖擊式鉆機(jī)或旋轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，應(yīng)根據(jù)地層條件及成孔效果選擇。 鉆孔位置應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，孔口位置偏差不超過(guò)5 cm，孔底位置偏差不超過(guò)孔深的1。 鉆孔應(yīng)清洗干凈，并作好鉆孔檢查記錄。 3注漿順序應(yīng)先上方后下方，或先內(nèi)圈后外圈，先無(wú)水孔后有水孔，先上游（地下水）后下游順序

6、進(jìn)行。應(yīng)利用止?jié){閥保持孔內(nèi)壓力直至漿液完全凝固。4結(jié)束條件應(yīng)根據(jù)注漿壓力和單孔注漿量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)來(lái)判斷確定。 單孔結(jié)束條件為： 注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓；漿液注入量已達(dá)到計(jì)算值的80以上。 全段結(jié)束條件為： 所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無(wú)漏注。 5、注漿檢查 注漿前應(yīng)進(jìn)行鉆孔質(zhì)量檢查、材料質(zhì)量檢查、注漿設(shè)備工作狀態(tài)檢查，并應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)。 注漿過(guò)程中應(yīng)密切注意注漿壓力的變化。 注漿后應(yīng)利用聲波探測(cè)儀對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查，如未達(dá)到要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)注漿。目的：穩(wěn)定邊仰坡。適用于：覆蓋層薄或高大邊仰坡。 洞口邊仰坡網(wǎng)錨噴地表網(wǎng)錨噴五. 地表錨噴加固（2） 洞門(mén)上方陡坎加固和仰坡加固 垂直錨桿 水平錨桿

7、（3）洞口淺埋段預(yù)加固錨桿加固范圍：加固寬度B(12)b，b為隧道開(kāi)挖寬度；加固長(zhǎng)度為淺埋段長(zhǎng)度。1.鉆眼爆破掘進(jìn)2.全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)3.自由斷面挖掘機(jī)掘進(jìn)（單臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)）4.人工掘進(jìn)隧道施工的掘進(jìn)方式是指對(duì)坑道范圍內(nèi)巖體的破碎挖除方式。 一 、 掘進(jìn)方式2隧道掘進(jìn)方式及隧道爆破施工技術(shù)1鉆眼爆破掘進(jìn)鉆眼爆破掘進(jìn)是在被爆破巖體的各個(gè)部位用鑿巖機(jī)鉆孔后，將炸藥分散安裝于各個(gè)鉆孔中并引發(fā)炸藥爆炸，從而爆破坑道范圍內(nèi)的巖體的過(guò)程。爆炸破巖對(duì)圍巖的擾動(dòng)較大，導(dǎo)致圍巖穩(wěn)定能力降低，有時(shí)由于爆破振動(dòng)致使圍巖產(chǎn)生坍塌，故一般只適用于圍巖穩(wěn)定性較好的石質(zhì)巖體隧道中。但隨著控制爆破技術(shù)的發(fā)展，鉆眼爆破掘進(jìn)的應(yīng)

8、用范圍也逐漸擴(kuò)大，如用于軟石及硬土的松動(dòng)爆破。 鉆眼爆破掘進(jìn)是山嶺隧道工程中最常用的掘進(jìn)方式。 2.全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)3.自由斷面挖掘機(jī)掘進(jìn)（單臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)）自由斷面挖掘機(jī)自身的破巖能力較小，掘進(jìn)時(shí)對(duì)圍巖的擾動(dòng)破壞小，避免爆破振動(dòng)對(duì)圍巖的破壞，故一般適用于圍巖穩(wěn)定性較差的軟巖隧道及土質(zhì)隧道中，尤其適用于配合敞胸式盾構(gòu)施工。 4.人工掘進(jìn)人工掘進(jìn)是采用十字鎬、風(fēng)鎬等簡(jiǎn)易工具來(lái)挖除巖體。 這種方式只在特殊地質(zhì)條件或特小斷面的隧道工程中偶有采用，如在不能采用爆破掘進(jìn)的軟弱破碎圍巖和土質(zhì)隧道中，若隧道工程量不大，工期要求不太緊，又無(wú)機(jī)械或不宜采用機(jī)械掘進(jìn)時(shí)，則可以采用人工掘進(jìn)。 開(kāi)挖工序：鉆眼爆破出渣運(yùn)

9、輸初期支護(hù) 二、鉆眼爆破鉆孔機(jī)具：1、風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)2、液壓鑿巖機(jī)3、鑿巖臺(tái)車(chē)1、風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)俗稱風(fēng)鉆，以壓縮空氣為驅(qū)動(dòng)力。 它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修簡(jiǎn)便，操作方便，使用安全的優(yōu)點(diǎn)，見(jiàn)圖6-8。但壓縮空氣的供應(yīng)和輸送設(shè)備比較復(fù)雜，機(jī)械效率低、能耗大、噪聲大，鑿巖速度比液壓鑿巖機(jī)低。在目前我國(guó)勞動(dòng)力價(jià)格低廉的條件下，較多的隧道工程中仍廣泛使用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)。液壓鑿巖機(jī)是以電力帶動(dòng)高壓油泵，利用換向閥改變高壓油路方向，驅(qū)動(dòng)活塞（沖擊錘）往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)沖擊作用。 2、液壓鑿巖機(jī)3、鑿巖臺(tái)車(chē)將多臺(tái)鑿巖機(jī)安裝在一個(gè)專用的移動(dòng)、控制設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)多機(jī)同時(shí)作業(yè)和集中控制，稱為鑿巖臺(tái)車(chē)。 按其結(jié)構(gòu)形式按其走行方

10、式軌道走行輪胎走行式履帶走行式實(shí)腹式門(mén)架式操縱控制方式 人工控制 電腦控制 電腦導(dǎo)向 隧道開(kāi)挖前，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件、開(kāi)挖斷面、開(kāi)挖方法、掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺、鉆眼機(jī)具和爆破器材等做好鉆爆設(shè)計(jì)，合理地確定炮眼布置、數(shù)目、深度和角度、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方法、起爆順序，安排好循環(huán)作業(yè)等，以正確指導(dǎo)鉆爆施工，達(dá)到預(yù)期的效果。隧道爆破設(shè)計(jì)內(nèi)容： （一）鉆眼炮眼的種類和作用1、掏槽眼 2、輔助眼 3、周邊眼 其作用是先在開(kāi)挖面上炸出一個(gè)槽腔，為后續(xù)炮眼的爆破創(chuàng)造新的臨空面。 位于掏槽眼與周邊眼之間的炮眼稱為輔助眼。其作用是擴(kuò)大掏槽眼炸出的槽腔，為周邊眼爆破創(chuàng)造臨空面。 沿隧道周邊布置的炮眼稱為周邊眼。 其作

11、用是炸出較平整的隧道斷面輪廓。 幫眼、頂眼、底眼。 （二）裝藥裝藥結(jié)構(gòu)是指被動(dòng)藥卷和主動(dòng)藥卷在炮眼中的布置形式。它包括藥卷之間的間距、主動(dòng)藥卷的位置和方向、眼口的堵塞方式。 裝藥結(jié)構(gòu) 連續(xù)裝藥 間隔裝藥 不耦合裝藥 正向起爆 反向起爆 正向裝藥，是將主動(dòng)藥卷放在眼口第2個(gè)藥卷位置上，雷管聚能穴朝向眼底，并用炮泥堵塞眼口。這種裝藥結(jié)構(gòu)在過(guò)去使用得較多。反向裝藥，是將主動(dòng)藥卷放在眼底第2個(gè)藥卷位置上，雷管聚能穴朝向眼口，并用炮泥堵塞眼口。 （三）堵塞及起爆隧道內(nèi)所用的炮眼堵塞材料一般為砂子和粘土混合物，其比例大致為砂子50一40，粘土50%一60 %，堵塞長(zhǎng)度視炮眼直徑而定。當(dāng)炮眼直徑為25 mm

12、和50 mm時(shí)，堵塞長(zhǎng)度不能小于18 cm和45 cm。堵塞長(zhǎng)度也和最小抵抗線有關(guān)，通常不能小于最小抵抗線。堵塞可采用分層搗實(shí)法進(jìn)行。 堵塞起爆起爆網(wǎng)絡(luò)必須保證每個(gè)藥卷按設(shè)計(jì)的起爆順序和起爆時(shí)間起爆。目前，在無(wú)瓦斯與煤塵爆炸危險(xiǎn)的隧道中進(jìn)行爆破開(kāi)挖多采用導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)起爆。這種爆破網(wǎng)絡(luò)可以采用分匝集束捆扎雷管連接，也可以使用專用的塑料連通器連接，形成并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或串并聯(lián)混合爆破網(wǎng)絡(luò)。（四）起爆順序及時(shí)差一般爆破和光面爆破的分區(qū)起爆順序是：掏槽眼輔助眼周邊眼底板眼。 預(yù)裂爆破的分區(qū)起爆順序是：周邊眼掏槽眼輔助眼底板眼 在一個(gè)開(kāi)挖斷面上，同圈（層）炮眼同時(shí)起爆，不同圈（層）的炮眼則“由內(nèi)向外

13、逐層起爆”。 3裝碴與運(yùn)輸 出碴，即將開(kāi)挖的石碴迅速裝車(chē)運(yùn)出洞外，是隧道作業(yè)的基本作業(yè)之一。 將開(kāi)挖的石碴迅速裝車(chē)運(yùn)出洞外，是提高隧道掘進(jìn)速度的重要環(huán)節(jié)。該項(xiàng)作業(yè)往往占全部開(kāi)挖作業(yè)時(shí)間的50左右，控制著隧道的施工速度。出碴作業(yè)裝碴運(yùn)碴卸碴在開(kāi)挖后的洞室周邊，施作鋼、混凝土等支撐物，向洞室周邊提供抗力，控制圍巖變形，這種開(kāi)挖后隧道內(nèi)的支撐體系，稱為隧道支護(hù)。為控制圍巖應(yīng)力適量釋放和變形，增加結(jié)構(gòu)安全度和方便施工，隧道開(kāi)挖后立即施作剛度較小并作為永久承載結(jié)構(gòu)一部分的結(jié)構(gòu)層，稱為初期支護(hù)。初期支護(hù)一般由錨桿、噴射混凝土、鋼架、鋼筋網(wǎng)等及其它們的組合組成，它是現(xiàn)代隧道工程中最常用的支護(hù)形式和方法。4

14、初期支護(hù) （一）錨桿的支護(hù)效應(yīng)錨桿（索）是用金屬或其他高抗拉性能的材料制作的一種桿狀構(gòu)件。(1)支承圍巖。(2)加固圍巖。(3)提高層間摩阻力，形成“組合梁”。(4 )“懸吊”作用。(1)支承圍巖。(2)加固圍巖。(3)提高層間摩阻力，形成“組合梁”。(4 )“懸吊”作用。噴混凝土的作用1支撐圍巖3填平補(bǔ)強(qiáng)圍巖2“卸載”作用4覆蓋圍巖表面5阻止圍巖松動(dòng)1支撐圍巖3填平補(bǔ)強(qiáng)圍巖4覆蓋圍巖表面2“卸載”作用5阻止圍巖松動(dòng)6分配外力噴射工藝種類噴射混凝土的工藝流程有干噴、潮噴、濕噴和混合噴四種。主要區(qū)別是各工藝的投料程序不同，尤其是加水和速凝劑的時(shí)機(jī)不同。1干噴和潮噴2濕噴3混合噴射1干噴和潮噴干噴

15、是將骨料、水泥和速凝劑按一定的比例干拌均勻，然后裝入噴射機(jī)，用壓縮空氣使干集料在軟管內(nèi)呈懸浮狀態(tài)送到噴槍，再在噴嘴處與高壓水混合，以較高速度噴射到巖面上。潮噴，其噴射工藝流程和使用機(jī)械同干噴工藝，見(jiàn)圖6-8-19。只是為了降低噴射時(shí)的粉塵和回彈，將骨料預(yù)加少量水，使之呈潮濕狀，再加水泥拌和，但大量的水仍是在噴頭處加入和噴出的。潮噴產(chǎn)生的粉塵量、回彈量均較干噴有一定程度的降低，混凝土強(qiáng)度和密實(shí)度也有所改善。目前施工現(xiàn)場(chǎng)較多使用的是潮噴工藝。 干噴的缺點(diǎn)是產(chǎn)生的粉塵量大，回彈量大。干噴加水是由噴嘴處的閥門(mén)控制的，水灰比的控制程度與噴射手操作的熟練程度有關(guān)。但使用的機(jī)械較簡(jiǎn)單，機(jī)械清洗和故障處理容易

16、。2濕噴濕噴是將骨料、水泥和水按設(shè)計(jì)比例拌和均勻，用濕式噴射機(jī)壓送到噴頭處，再在噴頭上添加速凝劑后噴出，其工藝流程見(jiàn)圖。濕噴混凝土質(zhì)量容易控制，噴射過(guò)程中的粉塵和回彈量很少，但對(duì)噴射機(jī)械要求較高，機(jī)械清洗和故障處理較麻煩。對(duì)于噴層較厚的軟巖和滲水隧道，則不宜使用濕噴。3混合噴射混合噴射又稱水泥裹砂造殼噴射法，是將一部分砂加第一次水拌濕，再投入全部水泥強(qiáng)制攪拌造殼；然后加第二次水和減水劑拌和成SEC砂漿；將另一部分砂和石、速凝劑強(qiáng)制攪拌均勻。然后分別用砂漿泵和干式噴射機(jī)壓送到混合管混合后噴出。 3.鋼拱架剛拱架的作用及效果5 襯砌防水 模板類型1整體移動(dòng)式模板臺(tái)車(chē) 2穿越式分體移動(dòng)模板臺(tái)車(chē)3拼裝

17、式拱架模板5 模筑襯砌1整體移動(dòng)式模板臺(tái)車(chē) 整體移動(dòng)式模板臺(tái)車(chē)主要適用于全斷面一次開(kāi)挖成形或大斷面開(kāi)挖成形的隧道襯砌施工中。 整體移動(dòng)式模板臺(tái)車(chē) 2穿越式分體移動(dòng)模板臺(tái)車(chē)3拼裝式拱架模板6輔助坑道 一、橫洞 二、平行導(dǎo)坑三、斜井 四、豎井五、投料孔一、橫洞 當(dāng)隧道傍山沿河、側(cè)向覆蓋層較薄時(shí)，就可以考慮設(shè)置橫洞。一般情況下，橫洞不長(zhǎng)，較經(jīng)濟(jì)，因此在地形條件允許時(shí)，宜優(yōu)先考慮采用橫洞來(lái)增辟工作面。在隧道側(cè)面修筑的與之相交的坑道。運(yùn)輸方式可采用無(wú)軌運(yùn)輸或有軌運(yùn)輸。橫洞縱坡因考慮到便于排水及重車(chē)下坡運(yùn)輸方便，有軌運(yùn)輸時(shí)應(yīng)向外設(shè)不小于3%的下坡，無(wú)軌運(yùn)輸時(shí)可視車(chē)輛情況而定。 二、平行導(dǎo)坑對(duì)于長(zhǎng)大越嶺隧道

18、，由于地形限制，或因機(jī)具設(shè)備條件、運(yùn)輸?shù)缆返葪l件的限制，無(wú)法選用橫洞、豎井、斜井等輔助坑道時(shí)，為加快施工速度，及超前地質(zhì)勘察，可采用平行導(dǎo)坑方案。與隧道平行修筑的坑道。三、斜井 在隧道側(cè)面上方開(kāi)挖的與之相連的傾斜坑道。(1)當(dāng)隧道埋深不大，地質(zhì)條件較好，隧道側(cè)面有溝谷等低洼地形時(shí)，可采用斜井為輔助坑道。 (2)斜井長(zhǎng)度一般不超過(guò)200 m，以降低工程造價(jià)及保證運(yùn)輸效能。(5)斜井與隧道正洞的平面連接形式單聯(lián)式斜雙聯(lián)式正交雙聯(lián)式四、豎井在隧道上方開(kāi)挖的與隧道相連的豎向坑道。覆蓋層較薄的長(zhǎng)隧道或在中間適當(dāng)位置覆蓋層不厚，具備提升設(shè)備，施工中又需增加工作面時(shí)，則可采用豎井增加工作面。豎井深度一般不超過(guò)150m。豎井的位置 設(shè)在一側(cè)設(shè)在正上方距離一般1525 m豎井?dāng)嗝鎴A形矩形直徑約為46m 豎井構(gòu)造井口圈井筒