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隧道班教案

发布时间:2014-02-13 10:01:41  

隧道施工施工技术

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。

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。

第二节 隧道施工
一、隧道施工方法
(一)隧道施工基本概念
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、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。

隧道施工方法可按以下方式分类:
山岭隧道 施工方法 矿山法(钻爆法) 掘进机法 传统矿山法 新奥法

隧道施工方法

浅埋及软土 隧道施工方法

明挖法 地下连续墙法 盖挖法 浅埋暗挖法 盾构法
沉埋法 盾构法

水底隧道 施工方法

(二)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。

2、新奥法
新奥法即奥地利隧道施工新方法(New Austrian Tunnelling method-NATM),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。

二、新奥法的基本概念
(一)新奥法施工程序
工修 方改 案施 方改 法变 和开 顺挖 序 开 护修 参正 数支 初 期 支 护 量 测 监 控



施 工 准 备

确 定 施 工 方 案



基合是 准管否 ?理符 是

防 水 隔 离 层

二 次 支 护

竣 工

(二)新奥法施工的基本原则
?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。

三、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。 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。

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、分部开挖法等。

(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。

?适用条件
(1)I~IV 级围岩,在用于Ⅳ级围岩时,围岩应具备 从全断面开挖到初期支护前这段时间内,保持其自身 稳定的条件。 (2) 有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械 设备。 (3) 隧道长度或施工区段长度不宜太短,根据经验 一般不应小于 lkm ,否则采用大型机械化施工,其经 济性较差。 隧道机械化施工,有三条主要作业线,见表

作业线 开挖作业线 喷锚作业线 模筑衬砌作业线

采用的大型机械设备

钻孔台车、装药台车、装载机配合自卸汽车(无轨 运输时)、装渣机配合矿车及电瓶车或内燃机车(有轨 运输时)
混凝土喷射机、混凝土喷射机械手、喷锚作业平台 进料运输设备及锚杆灌浆设备 混凝土拌和作业厂、混凝土输送车及输送泵、施作 防水层作业平台、衬砌钢模台车

?全断面法施工特点
(1)开挖断面与作业空间大、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。

1、长台阶法
1 2 L 长台阶法 > 5L 1 2

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Ⅲ、Ⅳ、V级围岩

2、短台阶法
1 1

2
L >(1~1.5)L

2

短台阶法

短台阶法适用于地质条件差的Ⅳ、 V 级围岩, 台阶长度定为 10~15m ,即 1~2 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
1 2 L 微台阶法 1 2 3~5m

适用于Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级围岩,一般为 3~5m 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。

(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Ⅵ级围岩单线和V~Ⅵ 级围岩双线隧道掘进。
① ③ ①









施工要求: ?环形开挖进尺一般为0.5~2.0m; ?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

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。

② ②









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。

?双侧壁导坑法
② ① ①

② ① ③ ③

?适用于V~Ⅵ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。

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 30~ 50m ,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。

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 。

② ③ ①

② ③ ③

② ①

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50~80m; ? 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。

4、中隔壁法(CD)
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑥ ⑤ ③ ④ ② ①

适用于 V~Ⅵ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。

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30~50m; ? 中隔壁设置为弧形或圆弧形。

5、交叉中隔壁法(CRD)
交叉中隔壁法适用于V~Ⅵ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1~2部后,即开始另一 侧l~2部开挖及支护,形成左右两侧开挖及支护相互 交叉的情形。
① ② ⑤ ③ ④ ⑥ ⑥ ⑤ ④ ③ ② ①

主要施工方法及适用范围

四、隧道施工辅助方法
? ?预 留 核 心 土 挡 护 开 挖 面 ? ?稳 定 工 作 面 ?喷 射 混 凝 土 封 闭 工 作 面 ? ?超 前 锚 杆 锚 固 前 方 围 岩 ?临 时 仰 拱 封 底 ? ? 短 管 棚 ? ? ? ?管 棚 超 前 支 护 前 方 围 长管棚 ?岩 ? ?插 板 ? ? ? ?超 前 小 导 管 注 浆 ?注 浆 加 固 围 岩 和 堵?水 ? ?超 前 深 孔 围 幕 注 浆 ?

(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。
超前锚杆

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。

(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

a)棚管的环向布置

b)管棚钢管纵向错接

c)钢管端部横向联接

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。

(三)超前小导管注浆
1、构造组成
钻孔 15o 小导管 钢支撑

0.2m

a)超前小导管布置

a<40cm r r

管箍(φ6钢筋加焊) b (取30cm)

φ25~35mm有缝钢管 0.2m

b)注浆半径及孔距选择

1.5m不钻孔 出浆孔 3.5~6.0m c)小导管全图

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。

(四)超前深孔围幕注浆
正注浆区域 已注浆区域

(a)洞内超前注浆

正洞 平行导坑

(b)地表超前注浆

(c)平导超前注浆

(五)水平旋喷预支护
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。

(六)机械预切槽法
?用预切槽锯沿隧道外轮廓切—条宽15~30cm、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3~ 5m的整体连续拱,两次连续拱的搭接长度为0.5~ 2.0m,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。

隧道常用辅助工法

五、隧道洞口施工
(一)洞口地段的一般概念
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。

(二)洞口地段施工注意事项
? 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,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。

(三)洞口的施工方法
?洞口段围岩为Ⅲ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Ⅲ~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1.5~2.5m。 ?洞口段围岩为Ⅳ~Ⅴ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Ⅴ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。

六、装渣与运输
(一)装渣
装渣就是把开挖下来的

石渣装入运输车辆。

1、渣量计算
出渣量应为开挖后的虚渣体积,可按下式计算:

Z ? R???L?S
式中,Z——单循环爆破后石渣量; R——岩体松胀系数,见下表;

岩体 级别













土石 名称
松胀 系数

砂砾
1.15

粘性 土
1.25

砂夹 卵石
1.30

硬粘 土
1.35

石质
1.6

石质
1.7

石质
1.8

石质
1.85

△—— 超挖系数,视爆破质量而定,一般可
取1.15~1.25; L——设计循环进尺; S——开挖断面面积。

2、装渣方式
装渣的方式可采用人力装渣或机械装渣。 人力装渣:劳动强度大、速度慢,在短隧道缺乏 机械或断面小无法使用机械装渣时才考虑采用。 机械装渣:速度快、可缩短作业时间,目前隧道 施工中经常采用,但仍需配少数人工辅助。

3、装渣机械
隧道用的装渣机又称装岩机,要求外形尺寸小, 坚固耐用,操作方便和生产效率高。

装渣机械的类型很多,按其扒渣机构型式可分为: 铲斗式、蟹爪式、立爪式、挖斗式。 装渣机的走行方式有轨道走行和轮胎走行两种。 轨道走行式装渣机:须铺设走行轨道,因此其工 作范围受到限制。 轮胎走行式装渣机:移动灵活,工作范围不受限 制。但在有水土质围岩的隧道中,有可能出现打滑和 下陷。

3 2

4 1

1-行走部分;2-铲斗;3-操纵箱;4-回转部分

1

2

4

5

3
1 2

1-蟹爪;2-受料机;3-机身;4-链板输送机;5-带式输送机

1

2

3 4 5 6

1 1-立爪;2-链板输送机;3-机体;4-立爪(左右位置); 5-机架;6-立爪(前方位置)

(二)运输
隧道施工的洞内运输(出渣和进料)分为有轨运 输和无轨运输。

1、有轨运输
优点:基本上不排除有害气体,对空气污染较 轻,设备构造简单,容易制作;占用空间小而且固 定等。 缺点:轨道铺设较复杂,维修工作量大;调车 作业复杂;开挖面延伸轨道影响正常装渣作业等。

?出渣车辆 有轨运输较普遍采用的出渣车辆有斗车、梭式 矿车和槽式车等。 斗车是应用最为广泛的出渣工具。断面形状多 为V形和U形,容积一般为0.5~1.1m3。小型斗车具 有轻便、灵活、周转方便等特点,但单个斗车调车 需占用较多的作业时间。 梭式矿车由前后车体组成车厢,底部安装刮板 式运输机,其外形如梭而得名。可以单车运输,也 可组成列车运输;可以在栈桥上单轨道卸渣,也可 以在双轨线路上向侧面卸渣。

槽式列车是由一个接渣车、若干个仅有两侧侧 板而没有前后挡板的斗车单元和一个卸渣车串连组 成的长槽形列车,在其底板处安装有贯通整个列车 的风动链板式输送带。 ?牵引机车与道路 常用的牵引机车分电动和内燃两类。 蓄电池电机车俗称电平车。它具有体积小

,占 用空间小,不排放有害气体,不需要架设供电线路, 使用较安全等特点,但也存在需要有专门的充电设 备,充电工作比较麻烦,牵引力有限等不足。

在长大隧道施工中有时采用接触式或接触—蓄 电池混合供电式电动机车牵引,即在成洞地段采用 接触式供电,非成洞地段用蓄电池供电。这种方式 可以延长蓄电池使用时间,但接触供电线路的架设 和维修工作量大,且容易发生触电事故。 内燃机车具有较大的牵引动力,配合大型斗车 可以加快出渣速度。但在机车运行中排除有害气体, 需要安装废气净化装置或配备强大的通风设施,故 隧道施工中一般不采用。

隧道内用于机车牵引的道路,宜采用38kg/m或 38kg/m以上的钢轨,轨距一般为600或750mm。洞内 轨道纵坡相同,洞外可不同,但最大不超过2%。 最小曲线半径,在洞内不小于7倍机车车辆轴距, 洞外一般不小于10倍轴距。曲线轨道应有适当的加 宽和外轨超高值。 ?调车设备和轨道延伸 常用的调车设备有简易道岔、平移调车器、水 平移车器和浮放道岔等。

简易道岔由一根能活动的长度为2.5~4.0m的尖 轨和一个岔心组成,具有构造简单、铺设容易、使 用方便等特点,但因无附带曲线,机车车辆容易掉 道,故一般只适用于人推斗车而不能通过牵引机车。
平移调车器由底架、车轮和车架三个主要部分 组成,种类很多。具有轻便、调车快、易拆移等优 点。适用于双道(或单道设旁洞错车道)调车。 水平移车器由导轮轨、导轮、导链或气动水平 移车装置。它是一种从上方将斗车提起离开钢轨, 再水平横移至另一股道上的调车装置。移车速度快, 但也易出故障。

浮放道岔是浮放在运输轨道上的调车设备,可 用机车或装渣机牵引移位。它可以浮放在靠近开挖 面的轨道上,供装渣时调车用,也可以浮放在区间 轨道上,作调车渡线使用。根据不同的调车作业需 要,尚可分为浮放渡线、浮放调车盘、菱形浮放道 岔等。

?轨道布置与调车方法 常用的轨道布置形式有单车道和双车道。 单车道运输能力较低,一般用在地质较差的短 隧道中。为解决错车问题,在成洞地段可铺设会车 线,有效长度应能容纳一个列车,一般为50~60m, 如图。在距离开挖面20~30m处应铺设5~10m长的 简易道岔岔线或安装平移调车器供调车之用。
50~60m

20~30m

双车道可使轨道随掘进延伸,一次铺成。进出 隧道的列车各行一股道,具有互不影响、车辆周转 快的特点,是提高隧道运输效率的主要方法之一。 为满足调车需要,每隔100~200m设一渡线,每隔 2~3个渡线铺设一反向渡线,如图。
15~20m 100~200m 出洞列车 进洞列车

在距

导坑开挖面15~20m处设置菱形浮放道岔, 空车斗和装满石渣的斗车分别停在两股道上,用单 机车或双机车进行调车作业。
当隧道施工采用平行导坑方案时,则平行导坑 为施工出渣、进料运输提供了有利条件。通常采取 在平行导坑中设单车道加错车道,正洞为单车道加 局部双车道,两者共同构成了一个完整的双股道运 输体系,如图所示。利用平行导坑组成的运输系统 具有运输能力大、相互干扰少等特点,适用于施工 速度要求快的隧道。

运输通道 平导

正洞 50~60 40~60 120~180 120~180 (单位:m)

2、无轨运输
无轨运输主要是指汽车运输。

无轨运输不需要铺设复杂的运输轨道,具有运 输速度快、管理工作简单、配套设备少等特点。
但由于内燃机排放大量废气,对洞内空气污染 较为严重,尤其长期在长大隧道中使用,需要有强 大的通风设施。

七、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。

(一)锚杆
1、锚杆的支护效应
锚杆(索)是用金属或其它高抗拉性能的材料制 作的一种杆状构件。

锚杆的支护效应一般认为有如下几种: (1)支承围岩:

锚杆能限制约束围岩变形,并向围岩施加压力, 从而使处于二轴应力状态的洞室内表面附近的围 岩保持三轴应力状态,因而能制止围岩强度的恶 化。 轴力N
喷射混凝土 内压力P1

(2)加固围岩
锚杆对加固节理发育的岩体和围岩松动区是十 分有效的,有助于裂隙岩体和松动区形成整体, 成为“加固带”(如图)。
l t

加固带

(3)提高层间摩阻力,形成“组合梁”
对于水平或缓倾斜的层状围岩,用锚杆群 能把数层岩层连在一起,增大层间摩阻力,层结 构力学观点来看就是形成“组合梁”(如图)。
P σ

P

σ

(4)“悬吊”作用 :
水平“悬吊”作用是指为防止个别危岩的掉 落或滑落,用锚杆将其稳定围岩联结起来,这种 作用主要表现在加固局部失稳的岩体(如图)。

2、锚杆的种类
锚杆大致可分为以下几种:
? (索) ?胀 壳 式 锚 杆 ? ? 机 械 内 锚 头 锚 ( 杆 索 ) ?楔 缝 式 锚 杆 ? ?楔 头 式 锚 杆 ? ? ? (1)端 头 锚 固 式 ? 杆) ?水 泥 砂 浆 内 锚 头 锚(索 ? ? ?粘 结 式 内 锚 头 锚(杆 索)?快 硬 水 泥 卷 内 锚 头 锚 杆 ? ?树 脂 内 锚 头 锚 杆 ? ? ?

?水 泥 浆 全 粘 结 式 锚 杆 ? (2)全 长 粘 结 式 (砂 杆浆 锚 杆 ) ?水 泥 砂

浆 全 粘 结 式 锚 ?树 脂 全 粘 结 式 锚 杆 ?

?楔 管 式 锚 杆 (3)摩 擦 式 ? ?缝 管 式 锚 杆
杆 锚 (索) ?先 张 拉 后 灌 浆 预 应 力 (4)混 合 式 ? 杆 锚 (索) ?先 灌 浆 后 张 拉 预 应 力

3、锚杆的布置
锚杆的布置分为局部布置和系统布置。 (1) 局部布置。它主要用在裂隙围岩。重点加 固不稳定块体,隧道拱顶受拉破坏区为重点加固 区域。 (2) 系统布置。在破碎和软弱围岩中,一般采 用系统布置的锚杆,对围岩起到整个加固作用。 对于局部很破碎、软弱围岩部位或可能出现过大 变形的部位,应加设长锚杆。

4、锚杆的长度
确定锚杆长度时,主要应考虑地质条件。 在成块和成层的岩层中,锚杆的长度应大于围 岩松弛范围。 如果是为了获得拱效应或为了加固、改良围岩 时,锚杆的端头亦可锚固在非稳定岩层中,但锚 固应具有足够的抗拔力。

5、锚杆的间距
锚杆的间距不宜大于锚杆长度的1/2

(二)喷射混凝土
1、喷射混凝土的作用
(1) 支撑围岩 (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

2、喷射工艺种类
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

3、钢纤维喷射工艺 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。

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 0.3 ~ 0.6mm , 长 度 为 20 ~ 40mm , 长 径 比为 40~60,钢纤维的体积掺量为1%~2%。为增大钢纤维与 混凝土的粘结力,通常改变钢纤维的表面特征,其几何形
状、端面形状形式多样。

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/d=45~80之间规格尺寸为直径×长度= 0.3mm×20mm或0.4mm×20mm或0.4mm×25mm。

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1~2次,以延长胶管寿命。 (4)风压要比普通喷射混凝土高0.02~0.05 MPa;当输送距离不 大于40m时,风压一般可为0.05 ~0.18 MPa。

4、聚丙稀纤维喷射混凝土
聚丙烯纤维根据其形状和构造不同,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。

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 机

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60~90s,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。

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(1000~1200mm)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。

? 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 5MPa~8MPa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:喷嘴至工作面的距离一般为 0.8~1.0m;喷射角 度控制在80°~90°;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 0.3 ~ 0.5MPa; 喷 嘴 应 按 螺 旋 形 轨 迹 移 动 。 每 2000~3000mm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 700~1200mm ,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。

?

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 0.3~0.5MPa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。

(三)钢拱架
钢拱架可以采用型钢、工字钢、钢管或钢筋 制成。现场采用以钢筋制作的格栅钢架较多。
竖向网构架立筋f 14

水平网构架立筋f14

主筋f 22

格栅钢架的断面

2N1

25

f 22

2N 1

25

2N2

25

2N2

25

接头示意图

7

八、二次衬砌
常用的衬砌形式有以下三种:即整体式衬砌、 复合式衬砌及锚喷衬砌。 复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌组成的。 初期支护是帮助围岩达成施工期间的初步稳定,二 次衬砌则是提供安全储备或承受后期围岩压力。 对提供安全储备的二次衬砌,应在围岩或围岩 加初期支护稳定后施作;对于要求承载的二次衬砌, 则应及时施作。

二次衬砌的施工方法和模板类型的选择,应充 分考虑到与围岩条件,开挖方法、支护方法、混凝 土施工能力等相适应。

(一)二次衬砌施工方法
二次衬砌多采用顺作法,即由下到上,先墙后 拱顺序连续灌筑。在隧道纵向,则需分段进行,分 段长度一般为9~12m。

(二)模板类型
常用的模板有:整体移动式模板台车、穿越式( 分体移动)模板台车、拼装式拱架模板。

(三)衬砌施工准备工作
在灌筑衬砌混凝土之前,要进行隧道中线和水 平测量,检查开挖断面,放线定位

,混凝土制备和 运输等准备工作。 1.断面检查

根据隧道中线和水平测量,检查开挖断面是否 符合设计要求,欠挖部分按规范要求进行修凿。并 作好断面检查记录。 墙脚地基应挖至设计标高,并在灌筑前清除虚 渣,排除积水,找平支承面。

2.放线定位 根据隧道中线和标高及断面设计尺寸,测量确 定衬砌立模位置,并放线定位。 3.拱架模板整备

4.立模
根据放线位置,架设安装拱架模板或模板台车 就位。安装和就位后,应作好各项检查,包括:位 置、尺寸、方向、标高、坡度、稳定性等。

5.混凝土制备与运输
运输工具的选择应注意装卸方便,运输快速,保 证拌好的混凝土在运输过程中不发生漏浆、离析泌水, 坍落度损失和初凝等现象。

(四)混凝土的灌筑、养护与拆模
1.保证捣固密实,尤其应处理好施工缝。 2.整体模筑时,应注意对称灌筑,两侧同时或交替 进行。 3.若因故不能连续灌筑,则应按规定进行接茬处理。 4.边墙基底以上lm范围内的超挖,宜用同级混凝土同 时灌筑。其余部分的超、欠挖应按设计要求及有关规 定处理。 5.衬砌的分段施工缝应与设计沉降缝、伸缩缝及设 备洞位置统一考虑,合理确定位置。

6.封口方法。当衬砌混凝土灌筑到拱部时,需改为 沿隧道纵向进行灌筑,边灌筑边铺封口模板,并进行 人工捣固,最后堵头,这种封口称为“活封口”。当 两段衬砌相接时,纵向活封口受到限制,此时只能在 拱顶中央留出一个50cm×50cm的缺口,待后进行“死 封口”(图)。 缺口支撑
预留缺口 预留缺口模板
木盒 活动底板 (b)

钢拱架
(a)

千斤顶

7.多数情况下隧道施工过程中,洞内的湿度能够满 足混凝土的养护条件。但在干燥无水的地下条件下, 则应注意进行洒水养护。 8.二次衬砌的拆模时间,应根据混凝土强度增长情 况来确定。

(五)压浆、仰拱和底板
1.压浆

目的:限制围岩后期变形,改善衬砌受力工作状态。 压浆浆液材料多采用单液水泥浆。

2.仰拱和底板

仰拱和底板可以纵向分条、横向分段灌筑。 纵向通常可分为左右两部分,交替进行;横向 分段长度应视边墙施工缝、伸缩缝、沉降缝及 运输要求来确定。

九、辅助坑道
当隧道较长时,可选择设置适当的辅助坑道, 如横洞、斜井、竖井、平行导坑等,用以增加施工 工作面,加快施工速度,改善施工条件(通风、排水 )。 在选择辅助坑道时应根据是否利用作为永久通 风通道、工期要求、施工组织、地形条件、地质及 水文地质情况、弃渣场地、具备的施工机具、经济 性等各个方面综合考虑、其断面尺寸由地质及施工 需要、机具情况而定。

(一)横


横洞是在隧道侧面修筑的与之相交的坑道。当 隧道傍山沿河、侧向覆盖层较薄时,就可以考虑设 置横洞。横洞布置见图。

立面

正洞
3‰~6‰

40° 正 横洞 洞 正交 正 洞 横洞 斜交

平面

选择横洞与隧道的交角一般不小于60°,地形 限制时不宜小于40°,交角太小则锐角段围岩较易 坍塌,斜交时最好朝向主攻方向。横洞与隧道的联 接形式有双联式或单连式(见图),相交处用半径不 小于12m的曲线联接。
横洞
R 正洞 横洞 横洞 α R 正洞 正洞 R 横洞 R

正洞

L

(二)平行导坑
是与隧道平行修筑的坑道,平面布置如图所示。
平行导坑 反向横通道 横通道

45~45°

平导 正洞

50~60m

40~60m 120~180m

120~180 m

(三)斜井
当隧道洞身一侧有较开阔的山谷且覆盖不太厚时, 可考虑设置斜井。
正洞 正洞

井底平道
≤25o 斜井 15~25m

斜井

≥40o

(四)竖井
覆盖层较薄的长隧道、或在中间适当位置覆盖层不 厚、具备提升设备、施工中又需增加工作面,则可用竖 井增加工作面的方案。 竖井的位置可设在隧道一侧,与隧道的距离一般情 况下为15~25m之间(图),或设置在正上方。
隧 通道 道 竖井 井口锁口圈

1~2m
井筒 坡道的联结段 壁座 1.5~3m 井下集水坑

I-I断面
隧道
I

竖 井

I

通道 L

I

I

第三节 施工机械配套
设备投入是加快长隧道施工的关键 钻爆作业线,装碴运输作业线喷锚支护作业 线、防水板、混凝土衬砌作业线是四条正洞和平导 的必须配套设备,注浆作业线、通风作业线、排水 作业线为三条辅助作业线,七条作业线的设备投入 费用应占隧道施工总费用的20%左右。否则,隧道 施工是实现不了安全、优质和快速。

Hydraulic Breaker 破碎機

Dump Truck 出碴卡車 Top Heading

Wheel Loader 傾卸車 上半斷面

Backhoe 挖土機

Shotcrete Machine 噴漿機

Truck Mixer 混凝土拌合車 Bench

Drill Jumbo 鑽堡 台階

Dust Collector 集塵機

Cubicle 受電台車 Compressor 空壓機

Bench 台階 Dump Truck 出碴卡車 Backhoe 挖土機 Invert Bridge 仰拱棧橋 Invert 仰拱

Sheet Stage 防水膜安裝

Rebar Fabricate Stage 鋼筋組立 Arch Lining

Sliding Form 襯砌鋼模 頂拱內襯砌

Concrete pump 混凝土泵浦車

Truck Mixer 混凝土拌合車

主要施工设备
支 护 架 设 机 仰 拱 栈 桥

自 动 喷 浆 机

钻 孔 台 车

衬砌台车

暗洞

明洞

管棚钻机

工作平台车

建议机械配套模式
(1)双套常规设备无轨运输模式建议 与普通双线铁路隧道相比,客运专线的隧道内空间大, 可以容纳双套机械设备来进行隧道的机械化作业, 达到快速施工的目的。 钻孔:采用2~3臂液压凿岩台车或轮胎式电脑导引台 车2台同时钻孔,并配备适当台数备用。 装碴:装载机以

挖掘装碴型为宜,如ITC312挖掘装载 机,装碴速度 250m3/h 。配备 2 台,双机装碴,平行 装碴作业。并配备适当台数备用。 运碴:运输采用自卸卡车,两台同时接运石碴。运距 在 3km以内,配备6台, 5km以内配备10台进行出碴 作业。

建议机械配套模式
(2)双套常规设备有轨运输模式建议 钻孔设备同模式(1)。装碴设备及配备同模式(1) 或改用有轨挖掘装碴机。运碴采用常规的有 轨道运输设备,铺设两线轨道和双线错车轨 道,轨道铺设及错车设计根据工程具体情况 确定。

建议机械配套模式
(3)大型重载设备无轨运输模式建议 钻孔:在钻孔台车现有技术条件下,短时难以实现单 台更大型钻孔台车,因此如前所述,采用2~ 3臂全 液压钻孔台车或轮胎式钻孔台车 2 台同时钻孔 ( 如 AMV21GBC-CR 型电脑导引台车 ) ,并配备适当台 数备用。 装碴:同样受现有技术条件限制,短时难以实现单台 更大型装碴设备装碴,,因此如前所述,采用两台 大 型挖掘 装载机 同时装 碴 。采 用 25T 隧 道专用 型 Volov 自卸卡车,运输能力 13m3 ,单台接运石碴, 快速换位。

建议机械配套模式
(4)大型重载设备有轨运输模式建议 钻孔、装碴:同模式(3)。 运碴:出碴运输均采用大型机械设备,如牵引机车采 用 JMD-24 型内燃机车牵引 30m3 大容量矿车出碴。 JMD-24型内燃机车功率 198kW,在 3‰的正坡牵引 重量可达493吨。

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见 (二)大断面黄土隧道施工方法和信息反馈技术
对大断面黄土隧道采用二维弹塑性有限元进行计算分 析,各施工方法施工工序图如下:














Ⅹ Ⅹ

Ⅸ Ⅷ



弧形导坑法施工工序图

台阶法施工工序图

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见

CD法施工工序图

双侧壁导坑法施工工序图

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见
弧形导坑法有限元模拟分析

网格比例尺

:10

有限元网格

初期支护和二次衬砌内力计算断面

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见

1.06cm

1.16cm

1.61cm

1.31cm

弧形导坑法施工各阶段开挖边界变形图

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见

0.79m

1.06cm
1.31m

1.92m

1.46m

弧形导坑法施工各阶段围岩塑性区

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见

弧形导坑法初支轴力

弧形导坑法初支弯距

弧形导坑法二衬轴力

弧形导坑法二衬弯距

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见
CD法有限元模拟分析

网格比例尺

:10m

有限元网格

初期支护和二次衬砌内力计算断面

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见

0.58cm

1.35cm

1.13cm

0.67cm

CD法施工各阶段开挖边界变形图

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见

0.46m 51m

1.12m

1.94m

1.99m

1.37m

CD法施工各阶段围岩塑性区

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见

CD法初支轴力

CD法初支弯距

CD法二衬轴力

CD法二衬弯距

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见
双侧壁导坑法有限元模拟分析

网格比例尺

:10m

有限元网格

初期支护和二次衬砌内力计算断面

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见

1.88cm

2.16cm

1.22cm

0.12cm

0.22cm

4.31cm

4.63cm

双侧壁导坑法施工各阶段开挖边界变形图

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见

0.27m

0.25m

0.26m

0.25m

0.25m
0.30m
0.29m

0.27m

双侧壁导坑法施工各阶段围岩塑性区

五、客专黄土隧道设计中的问题及初步解决意见

双侧壁导坑法初支轴力

双侧壁导坑法初支弯距

双侧壁导坑法二衬轴力

双侧壁导坑法二衬弯距

五、黄土隧道设计中的问题及初步解决意见
通过对大断面黄土隧道施工方法的初步研究,考虑 秦东隧道的工期要求,Ⅳ级围岩拟选用台阶法或弧形 导坑施工,Ⅴ、Ⅵ级围岩采用CD法施工,可以保证施 工安全。同时注意仰拱超前,严格控制围岩的暴露时 间,施工全过程进行监控量测,并保证锁脚锚杆的施 工质量。 项目计划列为明年的科研项目,已报部。拟通过三 维计算分析,确定合理的施工工序,并进行各方法的 安全性评价,同时考虑必要的现场测试,作进一步的 分析研究。


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