隧道施工方法

本章主要内容：1隧道施工概述2新奥法4明挖法5盖挖法6盾构法8沉管法9顶进法10浅埋暗挖法12辅助施工方法—预支护控制3洞口段及明洞施工方法11特殊地段施工方法13隧道施工辅助导坑及辅助作业第六章隧道施工7掘进机法12隧道施工预支护隧道施工常用的辅助稳定措施超前锚杆管棚超前小导管注浆超前深孔帷幕注浆旋喷预支护机械预切槽一、隧道施工常用的辅助稳定措施12隧道施工预支护留核心土支挡开挖面喷混凝土封闭开挖面短管棚长管棚插板超前小导管注浆超前深孔帷幕注浆稳定工作面超前锚杆锚固前方围岩临时仰拱封底管棚超前支护注浆加固围岩和堵水超前预支护—隧道开挖之前，在掌子面前方地层设置一个像拱壳的连续体，既加固掌子面前方地层，又保持自然地层特性，保证掌子面及地层稳定，减少地表沉降量用于破碎或松散地层、自稳能力差的地层预支护措施12隧道施工预支护二、超前锚杆1.构造组成沿开挖轮廓线，以外插角向前方安装锚杆形成预锚固在围岩锚固圈保护下开挖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：地下水较少的软弱围岩3.设计及施工要点超前长度：循环进尺的3~5倍，宜3~5m环向间距：3~5m外插角：10~30度搭接长度：超前长度的40%~60%超前锚杆表超前锚杆(或小钢管)设计参数围岩级别锚杆直径(mm)小钢管直径(mm)锚杆长度(m)环向间距(cm)外插角锚杆小钢管Ⅴ20～25323～530～505°～10°5°～10°Ⅳ18～2240～60注：①外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角；②锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑；③中空锚杆目前的最小直径为25mm。12隧道施工预支护二、超前锚杆二、超前锚杆12隧道施工预支护超前锚杆12隧道施工预支护三、管棚1.构造组成利用钢拱架，沿开挖轮廓线，以较小外插角向前方打入钢管或钢插板形成棚架，对前方围岩进行预支护在管棚预支护保护下开挖b)管棚钢管纵向错接c)钢管端部横向联接a)管棚的环向布置12隧道施工预支护三、管棚人行通道管棚预支护12隧道施工预支护三、管棚1.构造组成12隧道施工预支护三、管棚2.性能特点及适用条件特点：整体刚度大，对围岩变形限制能力较强能提前承受早期围岩压力适用条件：围岩压力来得快、来得大对围岩变形及地表沉降要求严格洞口围岩软弱破碎3.设计及施工要点工艺：设置管棚基底－水平钻孔－压（打）入钢管－开挖长度：不宜小于10m，一般为10~45m管径：70~180mm，孔径比管径大20~30mm环向间距：0.2~0.8m；外插角：1~2度纵向搭接长度：不小于1.5m钢拱架：工字钢或钢格栅钻孔平面误差：不大于15cm，角度误差：不大于0.5度钢管不得侵入开挖轮廓线用4~6m的管节逐段接长，连接头用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不小于15cm12隧道施工预支护三、管棚3.设计及施工要点12隧道施工预支护管棚配置和形状三、管棚12隧道施工预支护四、超前小导管注浆1.概念及构造组成开挖前用5~10cm厚喷混凝土将开挖面和5m范围内隧道封闭然后沿隧道周边打入带孔的纵向小导管由上而下向小导管内压浆，渗透到地层中浆液硬化后，在隧道周围形成一个加固圈在此加固圈防护下安全开挖。钻孔15°小导管钢支撑0.2ma40cmrrb(取30cm)3.5~6.0m管箍(φ6钢筋加焊)出浆孔1.5m不钻孔0.2mφ25~35mm有缝钢管12隧道施工预支护3.布置及安装四、超前小导管注浆小导管：φ32mm的焊接钢管或φ40mm的无缝钢管长度：3~6m，前端尖锥前端管壁每隔10~20cm交错钻眼，眼孔直径6~8mm钻孔直径：比管径大20mm以上环向间距：一般20~50cm外插角：10~30度，一般15度小导管应外露一定长度，以连接注浆管，并用塑胶泥封堵导管周围孔隙极破碎或处理塌方、地下水丰富的软弱地层、大断面等可用双排管2.性能特点及适用条件加固和堵水适用于一般软弱破碎围岩和地下水丰富的软弱破碎围岩12隧道施工预支护四、超前小导管注浆4.注浆材料（1）种类及适用条件断层破碎带及砂卵石地层，裂隙宽度(或粒径)大于1mm或渗透系数大于5×10-4m/s时：应采用来源广价格便宜的注浆材料。一般无水松散地层：优选单液水泥浆无水强渗透地层：优选水泥-水玻璃双液浆断层带，裂隙宽度(或粒径)大于1mm或渗透系数大于1×10-4m/s时，应优选水玻璃类或木胺类浆液。细、粉砂层、细小裂隙岩层及断层弱透水地层：选渗透性好、低毒及遇水膨胀的化学浆液，如聚氨酯类或超细水泥类。不透水粘土地层：选水泥浆、水泥-水玻璃双液浆，用高压劈裂注浆。12隧道施工预支护四、超前小导管注浆4.注浆材料（2）注浆材料配比水泥浆：水灰比0.5:1~1.1，需缩短凝结时间时加入速凝剂水泥-水玻璃：水泥浆水灰比0.5:1~1:1，水玻璃浓度25~400Be，水泥与水玻璃体积比：1:1~1:0.3（3）注浆要求注浆设备良好，工作压力满足压力要求，并进行现场试运转。注浆压力：一般0.5~1.0MPa。要求单管注浆扩散到管周0.5~1.0m的半径范围。要控制注浆量。注浆效果检查：钻孔检查或超声波探测。注浆后开挖时间：水泥-水玻璃浆4h，水泥浆8h。开挖长度应保留一定长度的止浆墙。四、超前小导管注浆小导管钢拱架12隧道施工预支护12隧道施工预支护四、超前小导管注浆小导管五、超前深孔帷幕注浆(预注浆加固围岩)1.概念在掌子面前方的围岩中注浆，提高地层强度和稳定性，降低渗透性，形成较大范围筒状封闭加固区，在其范围内进行开挖作业。2.注浆机理及适用条件注浆机理分为二种：第一种：包括“浸透”注浆、“裂缝”注浆和“空穴”注浆。适用于破碎岩体、砂卵石地层、中、细粉砂层等第二种：“劈裂”注浆适用于粘性土地层，先劈裂再充填，起挤压加固作用12隧道施工预支护12隧道施工预支护五、超前深孔帷幕注浆2.注浆机理及适用条件12隧道施工预支护五、超前深孔帷幕注浆(预注浆加固围岩)工作面预注浆广州地铁地表深孔分段注浆技术12隧道施工预支护五、超前深孔帷幕注浆(预注浆加固围岩)五、超前深孔帷幕注浆3.注浆方式用预注浆加固围岩的三种方式：在开挖工作面上打超前长导管注浆(图6-92a)；从地表向隧道所在区域打幅射状或平行状钻孔注浆(图6-92b)适用于浅埋隧道；设置平行导坑，然后由平行导坑向正洞所在区域钻孔注浆（图6-92c），适用于上述二种都有困难，经技术经济比选后选用。4.注浆孔距和加固范围确定注浆孔距的理论公式很多，根据实践经验最大取1.5m。为了确定加固范围，即确定围岩塑性破坏区的大小，可以按岩体力学和弹塑性理论计算出开挖坑道后围岩的压力重力分布结果，并确定其塑性破坏区的大小(R0—r0)，这也就是应加固区的大小。12隧道施工预支护五、超前深孔帷幕注浆注浆数量应根据加固区需充填的地层孔隙数量来确定。现代注浆技术都是采用定压和定量相结合的方法，也就是注浆的数量基本是固定的。这个数量按浆液需填充的孔隙数量选定，而且常以被处理围岩总体积的百分比数表示。5.注浆数量控制这个百分数在砂层可高达40％，而裂隙岩体也许只为5％，具体计算公式如下：N=Q/A=n·a%式中Q—注浆总数量(m3)A—被加固围岩的体积(m3)n—被加固围岩的孔隙率(％)a—过去实践证实了的充填率(％)12隧道施工预支护五、超前深孔帷幕注浆6.施工要点1）注浆管2）钻孔3）注浆顺序4）结束条件5）注浆检查6）开挖时间12隧道施工预支护六、旋喷预支护12隧道施工预支护又称喷射注浆，分水平旋喷和垂直旋喷水平旋喷：用旋喷注浆机沿开挖面周边设计位置旋喷现场旋喷柱体，通过固结体相互咬合形成预支护拱棚。单根旋喷体形成钻机成孔随钻杆退出将浆液旋喷注入空腔高压射流切割腔壁土体搅拌混合固结形成直径600mm左右固结体地层受到压缩和固结改善土体物理力学性能拱部形成环向咬合、纵向搭接的预支护拱棚六、旋喷预支护12隧道施工预支护（a）意大利产重型水平选喷钻机（b）1983年研制的轻型水平选喷钻机（c）三一重工2008年产中型水平选喷钻机12隧道施工预支护七、机械预切槽法1.基本原理用预切槽机沿隧道横断面周边预先切割或钻出一条有限宽度的沟槽进行预衬砌方式有带锯式和排钻式两种七、机械预切槽法2.应用12隧道施工预支护在硬岩地层中，利用该切槽，作为爆破振动的隔振层，主要起隔振或减振目的。切槽宽度8-10cm，3-4m。在软石或砂质地层中，在切槽内填筑混凝土，形成预支护拱，提高隧道稳定性。切槽宽度10-25cm，3-5m，沿隧道轮廓稍呈喇叭状，以便搭接；要求切槽内混凝土2-4h后，强度达6-10MPa。本章主要内容：1隧道施工概述2新奥法4明挖法5盖挖法6盾构法8沉管法9顶进法10浅埋暗挖法12辅助施工方法—预支护控制3洞口段及明洞施工方法11特殊地段施工方法13隧道施工辅助导坑及辅助作业第六章隧道施工7掘进机法13隧道施工的辅助坑导及辅助作业隧道施工的辅助导坑施工通风与防尘施工供水与排水施工供电与照明基本作业——隧道施工中，钻爆、出碴、支护、衬砌等称为基本作业。辅助作业——为基本作业提供必要的施工条件，并直接为基本作业服务的作业，称为辅助作业。施工地下水控制一、隧道施工的辅助导坑辅助坑道的作用:增加作业面以加快施工速度，缩短工期；改善施工条件、减少施工干扰；有利于合理布置施工中的管路、线路。辅助坑道的形式:1.横洞2.平行导坑3.斜井4.竖井13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑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。1.横洞正交和斜交13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑横洞1.横洞13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑1.横洞横洞现场布置横洞13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑1.横洞蓁山隧道横动13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑1.横洞横洞13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑1.横洞连接形式•单联式•双联式相交形式•正交•斜交13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑1.横洞横洞具有施工简单；不需要特殊的机具设备；除碴运输方便；造价比较低廉。选用横洞方案，必须有合适的地形条件。优点:13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑2.平行导坑(平导)平行导坑是修建在隧道一侧与隧道走向平行，掘进面总是超前于隧道正洞开挖作业面的导坑。平行导坑的造价约为隧道工程造价的15％～25％。图8-2平导40～45。(单位：m)13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑2.平行导坑宜万线某隧道平行导坑主隧道平导13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑2.平行导坑优点:增加正洞施工作业面；具有提前探明地质情况，为正洞施工提供可靠地质资料；布置“三管两路”，减少正洞施工干扰；排水；布置测量导线网；和正洞组成巷道式通风系统。三管：风管、给水管、排水管；两路：动力和照明线路、人行道路及运输组织13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑3.斜井斜井是从隧道侧上方，以倾斜井筒通向隧道正洞的辅助坑道。适用于长度在1km以上，埋深较浅或隧道中线斜上方有纵横沟谷低凹地形，可做弃碴场地的隧道。≯25°8～12m井底车站正洞身20m斜井井井口-0.3%图8-313隧道施工的辅助坑导及辅助作业13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施工的辅助导坑3.斜井乌鞘岭隧道乌鞘岭特长隧道是中国最长的铁路隧道——20.05公里。于2006年8月23日上午实现双线开通，兰新铁路兰武段（兰州西至武威南）新增二线铁路全面建成，欧亚大陆桥通道上的“瓶颈”制约被消除，连云港至乌鲁木齐3651公里间全部实现双线通车。一、隧道施工的辅助导坑3.斜井斜井乌鞘岭隧道共13个斜井13隧道施工的辅助坑导及辅助作业一、隧道施