工程隧道施工要点培训ppt课件.ppt

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1、1,大家好,隧道施工要点,第二部分,2,力学特征,一、大断面隧道力学特征和施工特点,(1)开挖后，隧道周边围岩出现更大范围的塑性区和更大变形，围岩自稳所要求的围岩强度更高。 (2)隧道拱脚和边墙脚处的应力集中更严重，要求有更高的围岩强度或更好的地基承载力。 (3)隧道拱顶更不稳定，拱顶围岩存在拉应力区，拱顶岩块崩塌的可能性更大。 (4)产生拱作用要求的埋深更深，浅埋隧道的埋深范围更大，浅埋隧道的松弛压力更大，浅埋隧道的辅助施工措施要求更强。,3,施工特点,(1)除围岩的整体性外，围岩自身强度对客运专线大断面隧道施工方法的确定、隧道的稳定与安全有较大影响。(2)紧支护、勤量测更为重要。(3)对于

2、洞口段、浅埋段、偏压段、破碎带、堆积体、黄土隧道应坚持“断面化大为小、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早封闭、衬砌紧跟”的原则。,4,隧道工程特点,隧道工程全部为隐蔽工程，工程地质和水文十分重要，甚至起决定性的作用；,隧道施工工作面少(正常情况下只有进、出口两个工作面)，工期较长；,隧道施工环境差，采取有效措施加以改善；,工程施工不受季节变换及气候变化的影响；,施工工地一般都位于偏远的深山狭谷之中，往往远离既有交通线，运输不便，供应困难；,隧道埋设于地下，一旦建成就难以更改，所以，除了事先必须审慎规划和设计外，施工中还要做到不留后患。,5,地形、地质的特殊性是否有限制条件必要时与辅助工法配合要

3、尽量采用能避免围岩松弛的施工方法尽量使支护及早封闭，避免多次扰动围岩，控制初期支护位移、变形施工组织的统一协调，在同一隧道中尽量减少工法的频繁转换尽量采用机械化施工，提高作业效率，加快施工进度,二、选择施工方法的注意事项,6,隧道工程施工要点,隧道工程的施工要点，归纳起来就是 保护围岩 内实外美 重视环境 动态施工“保护围岩”：一层含义是不损伤围岩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予以解决；另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增强围岩的自支护能力。,7,隧道工程施工要点,“内实外美”，关键是内实。而内实的关键

4、就是要做到“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。新奥法的基本原则是采用合理的支护手段，发挥围岩和支护系统的共同作用，而这种共同作用只有与围岩同支护系统紧密贴合时才能被充分利用。因此，必须进一步控制光面爆破的效果，避免过多的超挖或侵限，喷射混凝土表面尽可能平整。为保证二衬和初衬之间的密贴，在挂设防水板时必须保证有一定的松弛度，这样才能保证衬砌混凝土浇筑到顶时能够与初衬拱顶密贴。如果防水板敷设不好，在拱顶会限制混凝土造成二次衬砌拱顶出现空洞。,8,隧道工程施工要点,“重视环境”也有两层含义：一

5、层含义是指内部环境，即施工作业环境（主要是指施工通风、集尘技术、减少回弹技术），另一层含义是对外部环境，即对周边环境的影响。 “动态施工”是指隧道施工过程中的地质条件是不断变化，其力学状态也是不断变化的，因此，施工过程就不可能是一成不变的 。,9,隧道工程施工流程,隧道工程施工流程 施工准备明洞、洞口工程隧道开 挖（监控量测）一次支护（监控量 测）防排水二次衬砌附属设施 工程竣工验收,10,隧道工程施工应遵循的原则,（1）因为围岩是隧道的主要承载单元，所以要在施工中充分保护和爱护围岩。 （2）为了充分发挥围岩的结构作用，应允许围岩有可控制的变形。 （3）变形的控制主要是通过支护阻力（即各种支护

6、结构）的效应达到的，加强初期支护施工质量控制势在必行。 （4）在施工中，必需进行实地监控量测，及时提出可靠的、足够数量的量测信息，以指导施工和设计 。,11,隧道工程施工应遵循的原则,（5）在选择支护手段时，一般应选择能大面积的、牢固的与围岩紧密接触的、能及时实施和应变能力强的支护手段。（6）隧道施工过程是围岩力学状态不断变化的过程。 （7）在任何情况下，使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。 （8）为保证二次衬砌的质量和整体性，在任何情况下，都宜采用先墙后拱的施工顺序。 （9）在隧道施工过程中，必需建立“施工图设计地质核对施工检验量测反馈参数修正”的一体化的施工管理系统，以不断的提高和完

7、善隧道施工技术。,12,三、洞口工程,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,13,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。,(二)洞口地段施工注意事项,14,(三)洞口地段地层的加

8、固措施,洞口位于软弱土层地带，如第四季的冲（洪）积层、残积层及人工填土等，采用高压旋喷法、深层搅拌法、抗滑桩、钢管桩等加固地层为堆积层、断层破碎带、砂砾土、砂土时采用地面注水泥浆或超细水泥预加固有地下水地段，临时止水注浆可采用水泥-水玻璃双浆液,15,(四)明洞及洞门施工注意事项,明洞混凝土的灌筑应设挡头板、外模和支架，明洞混凝土应整体浇筑拱圈混凝土的灌筑强度达到设计强度等级的100，且拱顶回填土高度达到0.7m时方可拆除明洞拱架端、翼墙模板及支架拆除时，混凝土强度必须符合设计要求。设计无要求时，混凝土强度必须达到设计强度等级的100，非承重模板拆除时混凝土强度不得低于8MPa,16,四、超前

9、地质预测、预报,施工阶段应将地质预测、预报纳入正常施工的工序中,17,(一)概述,广义定义,根据隧道洞内外地质调查、掌子面素描及隧道开挖揭示的洞身围岩条件的变化趋势、洞内外构造相关分析结果，或运用地球物理探测手段对隧道施工掌子面进行探测，运用各学科知识，结合预报人员的经验，对隧道工程可能遇到的各种不良地质体及因此可能发生的地质灾害的性质、分布位置、规模的判断和预报，并根据判断和预报结果提出相应的预防和处理措施。,定义,18,包括三个阶段的预报,工程可行性研究阶段的预报工程勘察设计阶段的预报工程施工阶段的超前地质预报,涌水量及涌水水压的预测预报是地质超前预报的重要内容之一,狭义定义,施工期超前地

10、质预报,19,开展地质预报的必要性,勘测设计阶段的地质工作量投入有限勘测设计阶段的地质预估预评价是对隧道所处地质背景的宏观把握，不可能对复杂的地质情况作出微观的把握复杂长隧道的地质变化对施工方法及工期有决定性的影响人为作用引起地质的变化只有在施工期才有所体现施工期对地质的要求更高,20,地质超前预报的主要内容,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,21,地质法超前地质预报,相关关系法趋势外推法断层参数法,主要依据：隧道洞内外地质调查结果和隧道施工期掌子

11、面的地质条件调查结果相关关系法：通过地质作图及构造相关性分析，由地面构造产状推测其在地下隧道穿越深度位置的出露位置。趋势外推法：由掌子面的岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的变质程度等变化特征推测掌子面前方一定距离处可能出现的构造及其性质,(二)不良地质体超前预报方法,22,23,地质法超前地质预报,有牢固的理论基础不占用或极少占用施工时间适用性强成本低,优点,数据有限有一定的误差,缺点,24,超前水平钻孔法,主要依据：钻进速度、岩芯采样率、钻孔岩芯鉴定和必要的强度试验预报内容：岩层的展布、地层岩石的软硬程度、岩体完整性、断层空洞的分布位置。判定方法： 钻进速度：硬岩速度低，软岩速度

12、高，裂隙发育及断层破碎带容易卡钻。 岩芯采取率：采取率低，岩石破碎；采取率高，岩石完整。 强度判定：点荷载法,25,超前水平钻孔法,优点：设备简单，施工方便，不仅可以探测不良地质，还可以探水缺点：,速度慢占用循环时间可能造成灾害具有局限性长距离钻探较困难,26,超前导坑法,27,波反射法,利用声波、超声波、地震波及电磁波在地层中传播、反射，通过信号采集系统接受反射信号，判译隧道掌子面前方反射界面距隧道掌子面的距离,常用的有：TSP、地质雷达、HSP声波反射、地震波反射,28,地震反射(负视速度)法,29,水平声波剖面法(HSP),30,水平声波剖面法(HSP),31,地质雷达法,利用电磁波在隧

13、道掌子面前方地层中传播、反射，原理，根据测到的反射脉冲波走时计算反射界面距隧道施工掌子面的距离。,主要用于溶洞洞穴、含水带和破碎带的探测预报,目前分辨率最高的地球物理方法，但由于预报距离短，易受隧道洞内机器、管线的干扰,32,TSP法,33,陆地声纳法,采用十字剖面测线布置，用锤击、爆炸、电火花作为震源，用工程地震仪和压电式高频检波器采集宽频反射波信号，用分段带通滤波方法处理提取不同频率信号，计算反射界面的空间位置，预报隧道施工掌子面前方不良地质体的位置。,34,声波透射法及CT层析成像法,35,地震波反射层析成像法,36,概述,涌水水压预报隧道总涌水量预报分段涌水量预报涌水位置预报涌水时间预

14、报,(三)隧道涌水预测,37,隧道涌水水压预测,现场实测根据钻孔钻探资料，在静水头中乘以一个水头损失系数(折减系数),研究方法,38,对于处于基岩裂隙水和孔隙水中的隧道,关于折减系数的取值,39,关于折减系数的取值,根据水文地质情况取值,天生桥二级电站经验法,40,关于折减系数的取值,按围岩和衬砌结构的渗透系数取值,按地下水运动损失系数和衬砌作用面积系数,41,关于折减系数的取值,按地下水运动损失系数和衬砌作用面积系数,42,关于折减系数的取值,按围岩渗透系数取值,43,对于岩溶隧道,与地表连通,与地表不连通,44,涌水位置预测预报,界面位置预报与地质分析法红外探水法地质雷达探测法岩体温度检测

15、法钻孔探水,45,以爆破为主导的施工方法全断面法下导洞超前法台阶法双侧壁导坑法中壁法以机械开挖为主导的施工方法掘进机法盾构法铣挖法爆破与机械开挖相结合的施工方法TBM导坑超前扩挖法,五、客运专线大断面隧道常用施工方法,46,客运专线隧道钻爆法施工开挖常用的方法有全断面法、台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法。 从工程造价和施工速度考虑，施工方法选择顺序应为：全断面法正台阶法台阶设临时仰拱CD法CRD法双侧壁导坑法。 从施工安全考虑，顺序正好反过来。如何选择合适的开挖方法，应根据实际情况综合考虑，在工程造价、施工进度、施工安全等各方面求得平衡。,六、钻爆法,47,各种开挖方法比较,48,(一)

16、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。,49,适用条件,(1)单线隧道、级围岩 (2)双线隧道、级围岩 (3)地下水状态：干燥或潮湿,采用全断面法开挖应慎重循环进尺宜控制在3.04.0m,50,(二)下导洞超前法,技术指标,(1)下导洞超前510m (2)下导洞循环进尺23m,51,优点,(1)下导洞起到超前地质预报作用 (2)降低地下水位 (3)便于大型机械出碴 (4)临空面大，对围岩扰动小,适用条件,(1)单线隧道、级围岩 (2)双线隧道、级围岩 (3)地下水状态：有渗水或股水,52,(三)台阶法,所谓台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，且

17、分成上下两断面或几个作业面，分步开挖。,适用条件,(1)单线隧道、级围岩 (2)双线隧道级围岩 (3)地下水状态：干燥或潮湿,53,各国高速铁路隧道施工实践证明，台阶法已成为大断面隧道施工的主流施工方法。,台阶法开挖优缺点：(1)灵活多变，适用性强。凡是软弱围岩地层，均可采用台阶法，是各种不同开挖方法中的基本方法，而当遇到地层变化时能及时变换成其他方法。(2)具有足够的作业空间和较快的施工速度，台阶有利于开挖面的稳定，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。 (3)台阶法开挖的缺点是上下部作业相互干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响和台阶法开挖增加围岩被扰动的次数等。,54,1、导坑超前

18、扩挖台阶法,在开挖主洞之前先用钻爆法快速掘进一个超前导坑，进行地质调查、排水以及围岩改良等作业，而后再次用钻爆法进行扩挖的一种施工方法。即先由爆破法开挖一个小导坑形成临空面，再使用钻爆法开挖。,导坑断面大小： 满足运输车辆的尺寸要求和通风要求导坑超前距离： 一般情况1030m，有大量涌水时100m,55,导坑超前法,56,开挖工作面稳定性高，辅助工法规模小有涌水的情况下导坑可以作为排水坑道可从导坑进行围岩补强扩挖爆破效果好,优点：,导坑和扩挖交互掘进，施工干扰大导坑需要布置通风系统导坑支护要废除,缺点：,57,2、多层台阶法,当隧道断面较高时可采用多层台阶法。 多层台阶法通常用在单层台阶法上断

19、面掘进的导坑尺寸较大难以自稳的情况。 由于在低强度的围岩中，整个开挖断面要分为三步开挖，故开挖造成的应力重分布的次数较多，而且台阶多，断面闭合的时间也加长。,58,3、短台阶和超短台阶法,短台阶法 台阶长度约15m 上下两个工作面较接近，施工干扰大；同时存在上半段面出渣打乱开挖循环平衡的问题 上半段面的出渣可用斜坡道、皮带运输机、装渣转运机等组合起来使用,59,3、短台阶和超短台阶法,超短台阶法 台阶长度约58m，适用于膨胀性围岩和土质围岩需及早封闭断面的情况。 在以全断面开挖法为主的硬质围岩中，由于围岩变化需采用分部开挖法时也可采用此方法。 上下两个工作面同时掘进同时出渣。,60,4、中隔墙

20、台阶法,61,当开挖工作面地层自稳能力差，上台阶开挖后拱脚支撑在未开挖岩体上的自稳时间较短且开挖断面较大时，可采用中隔墙台阶法(通常配合临时仰拱使用)。通过中隔墙的分载作用，可减轻两侧拱脚的压力，降低地表沉陷值，以确保施工安全。 采用中隔墙台阶法开挖时，上台阶开挖长度一般控制在1.5倍洞径以内，并辅以超前小导管注浆加固围岩、留核心土环形开挖等措施。 上台阶采用人工开挖，下台阶采用机械开挖,62,5、临时仰拱封闭台阶法,63,(四)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。,64,适用条件,(1)单线隧道、级围岩 (2)双线隧道、级围岩 (3)地下水状态：

21、有渗水或股水,1、环形开挖留核心土法,65,2、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。,66,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。,67,双侧壁导坑法,(1)单线隧道、级围岩 (2)双线隧道、级围岩 (3)地下水状态：有渗水或股水,适用条件,68,双侧壁导坑法,69,施工要求：侧壁导坑高度以

22、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。,70,3、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 。,71,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。,72,4、中隔壁法(CD),适用于单、双线

23、隧道V级围岩的浅埋隧道、三线隧道。 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，分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同。,73,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。,74,5、交叉中隔壁法(CRD) 交叉中隔壁法适用于双线、三线隧道、V、级围岩、浅埋隧道。采用自上而下分为二至三步开挖中隔墙的一侧，并及时

24、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。,75,主要施工方法及适用范围,76,掘进机法盾构法单臂掘进机法铣挖法,七、机械开挖法,77,隧道掘进机Tunnel boring machine，简称TBM，通常是指岩石隧道全断面掘进机，它是一种集掘进、出渣、支护和通风防尘于一体的大型高效隧道施工机械。,(一)掘进机法,优点：,施工效率高轮廓圆顺围岩扰动小劳动强度低,缺点：,适用能力差设备购置费用高施工费用高场地要求高,78,开敞式TBM,1、TBM类型及特点,主要用于围岩较好、强度较高的岩石，没有较大破碎带、断层和地下水的地质状况。,79,护盾式TB

25、M,适用于仅仅能自稳、不塌落的软弱岩体，衬砌采用预制混凝土管片施工。,单护盾式TBM,80,护盾式TBM,适用于混合地层，既适用于软岩，又适用于硬岩。,双护盾式TBM,81,地质的适应性,2、TBM施工适应性分析,软岩、硬岩、断层破碎带均可适用，但是对于大型的岩溶暗河发育的隧道、高或极高地应力隧道、软岩大变形隧道、可能发生较大规模突水涌泥的隧道等特殊不良地质隧道不适合,隧道长度的适应性,国外的经验：隧道长度与机械直径的比值大于600 国内的经验：1020km要经过比选；大于20km可优先采用,82,隧道断面的合理性,适宜的直径范围312m；对于直径1215m的隧道应根据围岩地质情况和掘进长度、

26、外界条件等因素综合比较；直径大于15m的隧道，则不宜采用掘进机施工。,运输方案和施工场地的可行性,重量达几千吨，最大部件重几十甚至几百吨，拼装长度长达200m以上。 洞外配套设施有混凝土拌合系统、管片预制厂、修理车间、配件仓库等,83,(二)盾构法,是软土隧道掘进施工的一种有效方法，实质上是软土隧道掘进机。既可以人工开挖，又可以机械开挖。,盾构的类型,按掘削面的开敞程度敞开式盾构封闭式盾构,84,按掘削地层的种类硬岩盾构软岩盾构复合式盾构,按开挖方式人工开挖盾构半机械式盾构机械式盾构,85,(三)单臂掘进机,又称自由断面掘进机，与全断面掘进机最大的不同就是可以开挖任意形状的隧道，在软岩和小断面

27、隧道中得到广泛应用。,86,(四)铣挖法,近年来兴起的一种新的施工方法，它通过采用一种叫做铣挖机的设备，安装在任何类型的液压挖掘机上，应用于隧道掘进及轮廓整修、渠道沟槽铣掘等。,87,铣挖机的类型,横向铣挖机纵向铣挖机,88,铣挖法施工,开挖,台阶法施工，台阶长度3050m,支护,喷锚支护，循环进尺5080cm,铣挖法优点,适用范围广低振动、低噪声精确控制施工石渣可直接应用,安全性好结构简单、使用方便,89,铣挖法在隧道中的应用,90,铣挖法在隧道中的应用,91,在开挖主洞之前先用TBM快速掘进一个超前导坑，进行地质调查、排水、围岩改良等作业，而后用爆破法进行扩挖的一种施工方法。施工速度可提高

28、23倍。,八、TBM导坑超前扩挖法,92,(一)采用TBM导坑的目的,确认前方的地质条件对前方围岩进行改良高速掘进形成后续爆破作业的临空面,(二)适用的地质条件,比较好的围岩,93,(三)导坑的长度,出渣考虑：1.5km经济性：5km,(五)导坑的位置,上半断面的顶部(顶设方式)下半断面的底部(底设方式)两侧壁部(侧壁方式)其他位置,(四)导坑的开挖直径,3.56.0m,94,1、顶设方式,上半断面的上部上半断面的下部,95,施工实例,意大利Ponte Cardena铁路隧道,长13200m，凝灰岩、片岩。导坑直径3.5m，平均日进尺39.8m，最高月进尺1525m。,96,2、底设方式,97

29、,施工实例,意大利Camporosso隧道,长7027m，凝灰岩、石灰质页岩。导坑掘进6500m，直径3.9m。,98,3、两侧壁部,99,九、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23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

30、以内配备10台进行出碴作业。,100,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。,101,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23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

31、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。,102,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。,103,主要施工设备,支护架设机,仰拱栈桥,自动喷浆机,钻孔台车,104,衬砌台车,暗洞,明洞,105,管棚钻机,工作平台车,106,九、隧道施工辅助方法,107,(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，

32、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。,108,2、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。,109,(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,110,111,2、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

33、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。,112,(三)超前小导管注浆1、构造组成,113,2、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。,114,(四)超前深孔围幕注浆,115,(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

34、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。,116,(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。,117,客运专线隧道常用辅助工法

35、,118,十、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：,式中，Z单循环爆破后石渣量； R岩体松胀系数，见下表；,119,超挖系数，视爆破质量而定，一般可取1.151.25； L设计循环进尺； S开挖断面面积。,120,2、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

36、率高。,121,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。,122,123,124,125,126,(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。,12

37、7,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0.51.1m3。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。,128,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

38、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。,129,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。,130,隧道内用于机车牵引的道路，宜采用38kg/m或38kg

39、/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。,131,简易道岔由一根能活动的长度为2.54.0m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。

40、,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。,132,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。,133,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5060m，如图。在距离开挖面20

41、30m处应铺设510m长的简易道岔岔线或安装平移调车器供调车之用。,134,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100200m设一渡线，每隔23个渡线铺设一反向渡线，如图。,135,在距导坑开挖面1520m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。

42、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。,136,137,2、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。,138,十一、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

43、用的支护形式和方法。,139,(一)锚杆,锚杆杆体抗拉力不小于180kN拱部系统猫杆均采用25中空猫杆边墙系统采用22砂浆猫杆 所有锚杆均应设置垫板,140,(二)喷射混凝土,(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,1、喷射混凝土的作用,141,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,142,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、钢纤维喷射工艺,

44、143,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。,144,材料要求钢纤维宜用普通碳素钢制成杂质总重量不应超过钢纤维总重量的1%断面直径(或等效直径)为0.30.5mm钢纤维的长度2035mm，l/d3080之间抗拉强度不小于600N/mm2钢纤维掺量不大于78.5kg/m3,一般为

45、喷射混凝土体积的1.0%混凝土的强度等级不低于C25水泥强度等级不低于42.5MPa粗骨料最大粒径10mm,145,配合比设计原则根据抗压强度要求确定水灰比根据弯曲韧度比和弯拉强度要求确定钢纤维掺量根据和易性和输料性能确定水、水泥及外加剂用量根据骨料粒径和级配、砂的细度及和易性确定砂率,具体要求砂率不小于50%掺加硅粉或粉煤灰等活性掺合料，硅粉的掺量为水泥重量的515%，粉煤灰掺量为水泥重量的1530%采用无碱速凝剂，通常取水泥重量的28%用作单层衬砌时水灰比不大于0.55，最小水泥用量不低于360kg/m3,146,施工要点(1)喷射钢纤维混凝土，应选用强制式搅拌机。主要问题是防止钢纤维结团

46、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。方法是先将钢纤维、水泥、砂、石干拌后加水搅拌的方法，且干拌时间不小于1.5min。(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。,147,聚丙烯纤维根据其形状和构造不同，可分为单丝纤

47、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,148,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(1.2kg/m3)。 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,149,施工工艺,投料、搅拌工艺 先投入

48、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。,150,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

49、。(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。,151,喷射工艺 (5)分层喷射，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

50、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。,152,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，