隧道开挖、支护培训教材

铁路隧道开挖、支护培训中铁二十一局集团第三工程有限公司2017年6月至精、至诚；更优、更新。目录一、隧道开挖方法选择二、隧道开挖辅助措施三、隧道开挖机械配套四、隧道开挖作业工序五、隧道钢架安装工序六、隧道锚杆安装工序七、隧道网片安装工序八、隧道喷浆作业工序九、“三检制”介绍一、隧道开挖方法选择1.1隧道开挖方法隧道钻爆法开挖方法是多样的，在当前的施工实践中，从施工造价及施工速度考虑，施工方法的选择顺序为：全断面法台阶法台阶法含临时仰拱法中隔壁法（CD法)交叉中壁法（CRD法）双侧壁导坑法（眼睛法）；从施工安全角度考虑，其选择顺序应反过来。如何正确选择，应根据地质条件、断面大小、结构形式、机械配备等因素综合考虑，但必须符合安全、快速、质量和环保的要求，达到规避风险、加快进度和节约投资的目的。（1）全断面法全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖成型，一、隧道开挖方法选择再施做初支和二次衬砌的隧道开挖方法，一般适用于Ⅰ～Ⅱ级围岩，也可用在单线铁路隧道Ⅲ级围岩地段。全断面法可采用大型机械作业，施工进度快，一般在150～180m/月。全断面施工成型效果图一、隧道开挖方法选择（2）台阶法台阶开挖法是将隧道设计断面分两次或三次开挖，台阶间控制一定距离，采用同时并进的隧道开挖施工方法，一般用在Ⅲ级围岩，也可用在单线铁路隧道Ⅳ级围岩地段。台阶法开挖示意12ⅠⅡⅡ两台阶施工成型效果图两台阶开挖示意图一、隧道开挖方法选择（3）临时仰拱法适用条件：软岩段，一般用于Ⅳ级围岩，采用台阶法开挖基本可行，但为了更好的控制围岩变形时采用。优点：施工安全度较高、控制地层变形较好；缺点：施工进度较台阶法慢、但较“CD”工法快、三台阶开挖示意图三台阶施工成型效果图一、隧道开挖方法选择临时工程量大和造价较台阶法大，但较“CD”工法小。施工控制要点：刚支撑连接、锁脚锚杆（管）、仰拱的及时封闭，上下台阶的高度和纵向长度。临时仰拱法施工照片断面大小Ⅳ级Ⅴ级Ⅴ级特殊Ⅵ级超大断面≥150m2CD工法CRD工法双侧壁导坑法双侧壁导坑法大断面100~150m2正台阶CD工法CRD工法双侧壁导坑法普通断面50~100m2正台阶正台阶CD工法CD工法小断面＜50m2正台阶正台阶正台阶CD工法根据围岩、断面等情况适宜施工方法见表1：一、隧道开挖方法选择断面大小Ⅳ级Ⅴ级Ⅴ级特殊注明超大断面≥150m21~2d且≤1.2m1d且≤0.6m1d且≤0.5md为初期支护钢支撑间距大断面100~150m21~2d且且≤1.5m1~2d且≤0.8m1d且≤0.6m普通断面50~100m21~2d且≤2.0m1~2d且≤1.5m1d且≤1.0m小断面＜50m22~3d且≤3.0m1~2d且≤2.0m1d且≤1.0m正台阶法上断面一次开挖长度（见表2）一、隧道开挖方法选择（1）注浆加固常用的注浆方式主要有全断面帷幕注浆、周边半封闭帷幕注浆、径向注浆、小导管注浆、局部注浆等，施工时应根据注浆目的和工程地质条件等因素综合选择。二、隧道施工辅助措施帷幕注浆施工照片1帷幕注浆施工照片2二、隧道施工辅助措施径向注浆施工照片1（2）超前小导管超前小导管是在隧道开挖前，沿隧道拱部开挖轮廓线按一定外插角度安设直径32～60mm、长度2.5～6m的钢管，与钢架连成一体、联合使用，必要时利用径向注浆施工照片2小导管注浆对围岩超前加固的支护方式。施工要点：①超前小导管沿隧道拱部周边布设，环向间距不宜大于40cm，外插角控制在10～15°。两环小导管间搭接不宜小于1m。②根据地质情况可选择单液浆、双液浆。二、隧道施工辅助措施径向注浆施工照片孔口止浆阀照片（3）长管棚长管棚是在隧道开挖前，沿隧道开挖轮廓线外纵向近水平方向设置直径大于70mm、长度大于10m的钢管，并将钢管内采用水泥砂浆充填密实，必要时通过长管棚注浆预加固隧道前方拱部土体，以减少开挖时土体沉降、坍塌的超前支护方式。长管棚适用于浅埋、地表沉降控制严格的地段，如堆积体、砂土质地层、断层破碎带及下穿公路、铁路、地表建筑物等。二、隧道施工辅助措施二、隧道施工辅助措施洞内大管棚施工洞内大管棚施工完照片洞口大管棚施工洞口大管棚施工完照片⑴开挖作业线设备选型：人工开挖一般采用多功能开挖台架+手持钻机+电动空压机的组合形式，手持钻机一般选用YT28型气腿式凿岩机，依据单双隧道断面钻孔工程量，双线隧道钻孔作业时间控制在240min/循环，需配置25台YT28型气腿式凿岩机，采用20m3/min的电动空压机，则需要5台，采用27m3/min电空压机刚采用4台。在隧道人工开挖施工的过程中，应根据现场施工特性，合理选用开挖设备型号、规格及配用量，以实现最大经济效益为目的来进行人工开挖设备配套。三、隧道开挖施工设备配套三、隧道开挖施工设备配套YT-28风动式凿岩机螺杆空压机运输车装砟设备⑵喷锚支护作业线设备选型：目前，隧道施工砼喷射设备有砼湿喷机械手和普通湿喷机两种。湿喷机械手与普通湿喷机相比，拥有机动灵活自由、作业时间短、工作效率高、喷射量大、回弹小、作业劳动强度低、安全的优点。在喷射量大，工作面较多的隧道喷锚作业中通常采用砼湿喷机械手作业，但砼湿喷机械手单机价格高，配件需要进口。长大隧道施工喷射砼设备一般采用湿喷机械手。三、隧道施工设备配套混凝土运输车湿喷机械手三、隧道施工开挖设备配套⑶拱架安装设备选型：目前，国内隧道支护结构钢拱架安装一般采用人工安装，通过《隧道施工机械化配套技术与装备研究》科研研究，自主研发了拱架安装机，并已在贵广铁路得到试验应用，达到预期效果。三、隧道施工开挖设备配套拱架前移就位拱架定位⑷仰拱作业线设备选型：仰拱栈桥作为隧道掌子面设备通过仰拱施工段的桥梁，必须保证掌子面施工的设备正常通过仰拱栈桥；保证足够的仰拱空间，以便进行仰拱开挖、仰拱砼浇注。目前，隧道施工通常采用简易式仰拱栈桥和自行式仰拱栈桥。三、隧道施工开挖设备配套24米自行式仰拱栈桥简易式仰拱栈桥三、隧道施工开挖设备配套•（一）工序：超前地质预报→测量放线→布孔→钻孔→清孔、验孔→装药及爆破→找顶→出碴→初期支护→进行下一循环。•（二）工序说明：•⑴炮泥加工工艺：炮泥采用黏土、砂、水按照0.75:0.09:0.16的重量比例，人工拌匀后装入炮泥机的进料仓，开动电钮开始生产。炮泥按照20cm～30cm的长度切割。炮泥加工效果图，见图5.1。成品炮泥效果图，见图5.2。四、隧道开挖作业工序四、隧道开挖作业工序图5.1炮泥加工图5.2成品炮泥⑵水袋加工工艺：先打开主开关，机器运转两次，使计量泵内吸满水，将空气排出后，然后关闭主开关。人工用塑料袋套在出水管口上，按启动开关，完成自动灌注和封口。水袋加工效果图，见图5.3。成品水袋效果图，见图5.4。四、隧道开挖作业工序图5.3水袋加工效果图成品水袋效果图，见图5.4⑶测量放线：现场测量应对开挖掌子面用仪器进行准确放样，并用红油漆画出掌子面轮廓线。四、隧道开挖作业工序⑷布孔：工班长根据轮廓线进行布孔，炮眼布置按照图5.5进行，并在施工过程中优化、调整。⑸钻孔：采用YT-28气腿式风钻湿式钻眼，钻孔采用φ42mm长4m钻钎。炮眼位置先捣平防止打滑或炮眼移位，开眼时先低速运转，待钻进一定深度后再全速钻进。不能在残眼处、裂缝处钻孔，开孔时如确实有困难，可以适当调整，调整范围不超过5倍的炮孔直径。⑹清孔、验孔：用带有阀门专用吹管插入孔内，利用高压风将杂物吹出，检查有无堵孔、塌孔、串四、隧道开挖作业工序孔，检验不合格的应重钻，检验合格方可装药。⑺装药：装药由持证爆破员操作，每2人一组，按照钻爆设计图自上而下进行装药。先在眼底装入水袋，然后连续装药，孔口段装入水袋后用炮泥堵塞密实。装药示意图，见图5.6。光面爆破参数，见表5.1。图5.6水压爆破装药示意图四、隧道开挖作业工序连续装药结构示意（掏槽眼、辅助眼）间隔装药结构示意（周边眼）四、隧道开挖作业工序参数岩石种类周边眼间距E(cm)周边眼最小抵抗线V(cm)相对距E/V周边眼药集中度q(kg/m)极硬岩55～7060～800.7～1.00.30～0.35硬岩45～6560～800.7～1.00.20～0.30表5.1光面爆破参数⑻网路连接：网络连接按交底将规定数目导爆管捆成束，由工作面向爆点逐段进行连接。起爆网路采用复式联结网路，每一束导爆管在自由端15cm以上处安装2个引爆雷管，各束导爆管在自由端10cm以上处安装2个引爆导爆管，各联结均采用黑胶布包扎，以保证起爆的可靠性和准确性。四、隧道开挖作业工序⑼起爆：起爆前进行警戒，所有人员撤离至距离掌子面不小于300m且不受有害气体、振动及飞石伤害的安全地点。起爆员由爆破员担任，两人负责实施，一人操作，一人监督。⑽排炮：爆破后通风15min，由原装药爆破员进入作业现场查看，检查有无盲炮，有无残存的爆破器材，发现盲炮，必须当班处理。四、隧道开挖作业工序⑾找顶：利用挖机对爆破完毕的岩壁进行找顶，将松散的岩块全部抖落，确保后序作业的施工安全。找顶时应先两边、后中间，若发现非撬挖所能排除的险情时，就果断采取措施进行处理，必要时要采用风镐凿除，找顶人员必须是有经验的、熟练的找顶人员，找顶时必须有专人监护。⑿出碴：出碴采用无轨运输方式，先用挖掘机趴碴，然后装载机配合自卸汽车装运出洞。掌子面出碴挖机装碴时不能超出斗车顶面50cm。机动车不得超载，车辆运行时，必须鸣笛或按喇叭，并注意瞭望。•（三）作业标准：•（1）超欠挖允许值：当围岩完整、石质坚硬时，岩石个别突出部位（每1㎡不大于0.1㎡）侵入衬砌必须小于5cm。四、隧道开挖作业工序•（三）作业标准：••（四）注意事项：•⑴洞内爆破后必须经过15分钟通风排烟后，检查人员方可进入工作面，确认无危险后其他工作人员才可进入工作面。四、隧道开挖作业工序1孔位偏差掏槽眼的眼口间距和深度允许偏差为5cm周边眼的间距允许偏差为5cm外插角必须符合钻爆设计要求，孔底不得超出开挖断面轮廓线15cm2炮眼保存率硬岩不得小于80%，中硬岩不得小于60%，并在开挖轮廓面上均匀分布3洞渣块径要求爆破出的洞渣最大块径不应大于100cm，挖装机装渣时不大于80cm•⑵开挖人员到达工作地点时，首先检查开挖工作面是否处于安全状态，然后进行找顶。•⑶开挖爆破时装药与钻孔不得平行作业。•⑷钻眼时扶钎人员不准戴手套。•⑸使用电雷管时，装药前电灯及电线路应撤离开挖工作面，装药时应用投光灯、矿灯照明，开挖工作面不得有杂散电流。•⑹装药时应使用木质炮棍装药，严禁火种；无关人员与机具等应撤至安全地点，作业人员禁止穿戴化纤衣物；四、隧道开挖作业工序•⑺爆破时，爆破工应随身携带带有绝缘装置的手电筒；•⑻开挖两工作面接近贯通时，两端应加强联系与统一指挥，尤其是爆破前，严防对方人员误入危险区。•⑼坚决落实爆破物品登记制度，爆破物品及各类爆破器材领用实行专人负责制。未使用完的爆破物品退库处理，施工人员不得私自收藏爆破物品。四、隧道开挖作业工序•（一）工序：•测量组测放中线点、水平线→安装拱架→校正→验收→进行下一循环。•⑴安装拱架：作业班组按照测量组现场放样点进行初装，构件支撑的立柱不得置于虚碴和活动石块上。•⑵校正定位：测量组对拱架安装精度进行复核，复核无误后作业班组进行拱架纵向连接、挂网、施作定位锚杆，V级围岩拱墙脚采用槽钢纵向贯通连接（具体验收标准如附图）。五、隧道钢架安装工序五、隧道钢架安装工序格栅拱架纵向连接筋示意图•⑶连接板：钢架各单元间以连接板螺栓连接紧密，当不紧密时应采用钢筋进行帮条焊。•⑷连接筋：钢架纵向之间通过Φ22螺纹钢进行连接，环向间距1.0m。•⑸锁脚锚管：锁脚锚管采用Φ42热轧无缝钢管，方向为隧道法线方向，与水平交角为30°～45°向下倾斜；初期支护后及时对锁脚锚管进行注浆。五、隧道钢架安装工序五、隧道钢架安装工序锁脚锚管连接示意图钢架连接标准•（二）作业标准：•⑴连接筋纵向之间采用焊接，采用单面焊，焊缝长度不小于22cm，焊缝高度不小于9mm。•⑵钢架安装允许偏差：间距±100mm、横向偏差±50mm、高程±50mm、垂直度±2°。•⑶锁脚锚管与钢架之