隧道开挖工法技术培训

隧道施工技术培训 中铁十六局集团成昆铁路项目经理部2016年8月 目录一 隧道施工简介二 隧道施工主要步骤1洞口工程2洞身开挖3初期支护4超前支护5超前地质预报6仰拱施工7防排水8衬砌施工 一 隧道施工方法简介 1 新奥法就是应用岩体力学的基本理论 以维护和利用围岩的自承能力 通过采用及时的 锚喷支护 或更进一步的喷锚预支护等联合支护手段有效的抑制围岩的松弛变形 并通过监控量测手段及信息处理 调整支护参数 从而使围岩成为支护体系的重要组成部分的一种施工原理 2 概括的说 新奥法隧道施工的三大要素实质就是 光面爆破 控制爆破 锚喷支护及监控量测 初期支护仰拱 仰拱 仰拱填充 边墙 拱部 新奥法施工原则 管超前 严注浆 短开挖 强支护 早封闭 勤量测 结合实际制订出施工方案 确保安全生产 具体措施如下 1 施工前应对设计提供的地质资料进行必要的现场调查核实 超前地质预报 2 超前预注浆 根据工作面地质情况 拟定注浆的方案 精心布管 严格注浆工作 控制好注浆压力 密切关注注浆量 确保达到理想的加固效果 3 严格控制开挖循环进尺 对不良地质地段 应适当缩短开挖进尺 环形开挖留核心土 必要时喷混凝土封闭开挖工作面 并选用具有足够刚度和早强的支护设计 适当加厚喷射混凝土喷层 及早完成锚喷网联合支护 必要时采用双层钢筋网或增设临时钢支撑措施 以控制围岩变形 4 及时施作仰拱形成封闭结构 为保证仰拱及早受力 仰拱设计可选用早强混凝土 5 初期支护封闭后及时进行背后回填注浆 6 加强施工现场监控量测 掌握施工中围岩和支护的稳定程度 以确定施工工序 保证施工安全 二 隧道施工主要步骤1 洞口施工 洞口横断面示意图 洞口侧面示意图 采用钻爆法施工时 常用的施工工法有 1 全断面法 2 两台阶法 3 三台阶法 4 三台阶法加临时仰拱 5 交叉中隔壁法 CRD法 6 双侧壁导坑法 2 洞身开挖 1 全断面法 1 全断面开挖是一次开挖成形的施工工艺 采用风动凿岩机钻孔 光面爆破 然后根据围岩情况 初喷临时支护 初期支护则根据围岩实际情况采用紧跟开挖或滞后一定距离与开挖面平行作业 2 开挖过程中 根据开挖揭露围岩情况 及时调整钻爆参数及施工进尺 根据围岩破碎情况调整施工程序 保证安全 3 施工工序 全断面开挖 初期支护 隧道底部开挖 浇筑仰拱 拱墙二次衬砌4 施工特点 开挖断面与作业空间大 干扰小 有条件充分使用机械 减少人力 工序少 便于施工组织与施工管理 改善劳动条件 开挖一次成形 对围岩扰动少 有利于围岩稳定 5 适用范围 级围岩单线隧道 级围岩双线隧道采取了有效的预加固措施后 亦可采用全断面开挖施工工艺 我标段平导 级围岩采用全断面开挖施工 2 洞身开挖 2 两台阶法 台阶开挖先开挖上半断面 上台阶开挖至一定长度后同时开挖下半断面 上 下半断面同时并进的施工工艺 施工工序 1 弱爆破开挖 施作台阶周边初期支护 初喷混凝土 铺设钢筋网 架立钢架 设锁脚锚管 钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度 施作下一循环超前支护 2 架设 底部临时横撑 需要时设置 3 弱爆破开挖 部 施作边墙初期支护 钻设径向锚杆后复喷至设计厚度 4 弱爆破开挖 部 隧底喷射混凝土 5 滞后 部一段距离后 浇筑 部仰拱 混凝土初凝后浇筑仰拱填充 部至设计高度 6 施工防排水 二衬台车浇筑 部混凝土 两台阶法施工要点 根据围岩条件合理确定台阶长度和台阶数量 上台阶长度一般为5 10mm 下台阶长度为15 25m为宜 上台阶施作钢拱架时 采用扩大拱脚和锁脚锚杆 管 等措施 控制围岩和初期支护变形 必要时施作临时横撑 下台阶在上台阶喷射混凝土达到设计强度70 以上时开挖 当岩体不稳定时需缩短进尺 分左 右两部错开开挖 初期支护要紧跟下台阶及时封闭 施工中应解决好上下台阶的施工干扰问题 下部施工应减少对上部围岩 支护的扰动 钢拱架必须落在实处 严禁悬空或落在虚碴上 适用范围 铁路单线 双线隧道 级围岩地段 级围岩隧道在采用了有效的预加固措施后亦可采用台阶法施工 3 三台阶法 三台阶法是将隧道分成三部分开挖 施工时先开挖上台阶 待开挖到一定长度后再同时开挖中台阶及下台阶 形成上 中 下三台阶同时并进的施工方法 将隧道断面分上中下台阶开挖 爆破施工分三次进行 可以减小爆破对围岩的扰动 保护围岩 上台阶开挖后中下台阶的开挖创造临空面 降低炸药消耗 三台阶开挖初期支护能尽早施工 可充分发挥围岩的自稳 自承能力 获得安全的地下空间 上台阶开挖每循环进尺 级围岩不超过1榀钢架间距 级围岩不超过2榀钢架间距 下台阶开挖每循环进尺 级围岩不超过2榀钢架间距 下台阶开挖后仰拱应紧跟 钢架间距 级围岩1 5m 级围岩1m 1 2m 级围岩0 6m 0 8m 开挖初支及时封闭成环 级围岩封闭位置距掌子面不得大于35m 二衬距离掌子面距离 级围岩不得大于90m 级围岩不得大于70m 上台阶 中台阶 下台阶 三台阶法施工工序 1 施工完超前支护后 弱爆破开挖 部 施作 部周边初期支护 初喷混凝土 铺设钢筋网 架设钢架 钻设径向锚杆 复喷至设计厚度 2 弱爆破开挖 部 施作 部初期支护 复喷至设计厚度 3 弱爆破开挖 部 施作 部边墙初期支护 复喷混凝土至设计厚度4 弱爆破开挖 部 施作 部初期支护 初喷混凝土 铺钢筋网 架设钢架 复喷混凝土至设计厚度 5 浇筑 部仰拱与边墙基础 待仰拱混凝土初凝后浇筑仰拱填充 部至设计标高 6 铺设环向 纵向透水盲管 土工布 防水板 利用衬砌台车一次浇筑 部二次衬砌混凝土 4 三台阶临时仰拱法 三台阶临时仰拱法三台阶临时仰拱法是将隧道断面分成上中下三个部分进行开挖的施工工法 要求及时施作各部临时仰拱 各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开 平行推进的隧道施工方法 一般适用于地质条件为 级围岩 也适用于浅埋地层隧道暗挖 施工特点1 施工空间较大 可进行机械化施工 可以多作业面平行施工 工效较高 2 在地质条件发生变化时 便于及时 灵活地调整施工方法 转换施工工法 3 适应不同跨度和多种断面形式 初期支护工序操作便捷 4 在台阶法开挖的基础上 分上 中 下三部分错开开挖 有利于开挖工作面的稳定 5 当围岩变形较大或突变时 在保证安全和满足净空要求的前提下 可尽快调整闭合时间 施工要点 1 开挖需要爆破时 均采用弱爆破或人工开挖 爆破时严格控制炮眼深度及装药量 开挖控制在2 3m 必须采用多打眼 少装药 弱爆破 不得超挖 专职爆破员控制装药量 减少对围岩的扰动 在满足作业空间和台阶稳定的前提下 尽量缩短台阶长度 2 钢架 或临时钢架 应设锁脚钢管 且必须对锁脚钢管注浆 以确保钢架基础稳定 钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固 3 施工过程通过监控量测 掌握围岩和支护的变形情况 及时调整支护参数和预留变形量 保证施工安全 4 如到达各种预埋洞室及预埋件安设位置 根据实际情况可以不预留 待初期支护在本断面范围内完成或二次衬砌前另行开挖或预埋 5 交叉中隔壁法 CRD法 1 交叉中隔壁法又称CRD工法 是将大断面隧道分部分块开挖 先开挖隧道一侧的一和二部并施作封闭的初期支护和临时支撑 再开挖隧道另一侧的一和二部分且施作封闭的初期支护和临时支撑 最后分别开挖隧道左右两块底部 形成隧道初期支护和临时支撑网状封闭稳定支护形式的隧道开挖施工方法2 适用范围 一般适用于双线及以上断面 级围岩 也可用于浅埋隧道施工 3 施工要点 隧道按左右部分块实施开挖 每块小断面开挖高度根据地质条件和施工设备而定 各工作面每循环进尺为1榀拱架的距离 每块小断面开挖长度3 5m 及时设置临时仰拱封闭 步步成环 尽量缩短成环时间 必要时进行掌子面临时支护 中隔墙设置为弧形临时支护 隧道左右开挖小断面水平临时支护保持对接一致 螺栓连接牢固 及时施作锁脚锚杆 管 根据监控量测信息 初期支护稳定后拆除临时支护 拆除长度应根据量测结果确定 但一次拆除长度不超过15m 并加强监控量测 临时支护拆除后及时施做隧道仰拱和二次衬砌 CRD法施工工序 1 弱爆破开挖 部 喷射混凝土封闭掌子面 必要时施作 施作 部导坑周边的初期支护和临时支护 即初喷4cm厚混凝土 铺设钢筋网 架立初支型钢钢架 并设锁脚锚管 安设I18横撑 钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度 施作 部导坑周边下一循环的超前支护 2 滞后 部一段距离后 弱爆破开挖 部 导坑周边部分初喷4cm厚混凝土 铺设钢筋网 接长型钢钢架和I18临时钢架 并设锁脚锚管 必要时设I18横撑 复喷混凝土至设计厚度 CRD法施工工序 3 弱爆破开挖 部 施作 部导坑周边的初期支护和临时支护 施作 部导坑周边下一循环的超前支护 4 滞后 部一段距离后 弱爆破开挖 部 施作导坑周边的初期支护和临时支护 5 在滞后 部一段距离后 弱爆破开挖 部 隧底周边部分初喷4cm厚混凝土 接长I18临时钢架 复喷至设计厚度 安设仰拱单元的型钢钢架 并使型钢钢架封闭成环 6 根据监控量测结果 待初支沉降收敛后 拆除临时钢架和横撑 浇筑仰拱 混凝土 仰拱混凝土初凝后浇筑仰拱填充 至设计高度 7 铺设环 纵向透水盲管 防水板 土工布 利用衬砌台车一次性浇筑二衬 6 双侧壁导坑法1 双侧壁导坑法是采用先开挖隧道两侧导坑 及时施作导坑四周初期支护及临时支护 然后再开挖中部剩余土体的隧道开挖施工方法 2 适用范围 一般适用双线 级围岩洞口 浅埋 断层破碎带地段及C D段 级围岩段施工 双侧壁导坑法施工工序 1 弱爆破 部 喷8cm厚混凝土封闭掌子面 必要时 施作 部导坑周边的初期支护和临时支护 即初喷4cm厚混凝土 铺设钢筋网 架立初支型钢钢架和I18临时钢架 并设锁脚锚管 安设I18横撑 钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度 施作 部导坑周边下一循环超前支护 2 在滞后 部一段距离后 弱爆破开挖 部 喷8cm厚混凝土封闭掌子面 必要时 导坑周边部分初喷4cm厚混凝土 铺设钢筋网 接长型钢钢架和I18临时钢架 设锁脚锚管 钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度 侧壁导坑封闭成环 双侧壁导坑法施工工序 3 在滞后于 部一段距离后 弱爆破开挖 部 并施作导坑周边的初期支护 临时支护及下一循环超前支护 步骤及工序同1 4 在滞后于 部一段距离后 弱爆破开挖 部并施作导坑周边的初期支护和临时支护 步骤及工序同2 5 弱爆破开挖 部 喷8cm混凝土封闭掌子面 导坑周边初喷4cm厚混凝土 铺设钢筋网 架设拱部型钢钢架 钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度 6 在滞后于 部一段距离后 弱爆破开挖 部 7 在滞后于 部一段距离后 弱爆破开挖 部 8 在滞后于 部一段距离后 弱爆破开挖 部 双侧壁导坑法施工工序 9 在滞后于 部一段距离后 弱爆破开挖 部 隧底周边部分初喷4cm厚混凝土 架设仰拱型钢钢架 使整个衬砌钢架封闭成环 10 根据监控量测结果分析 待初期支护收敛后 拆除I18临时钢架及临时横撑 灌注 部仰拱与边墙基础 待仰拱混凝土初凝后 灌注仰拱填充XI部设计高度 11 铺设环 纵向透水盲管 防水板 土工布 利用衬砌模板台车一次性灌注XII部衬砌 双侧壁导坑法施工要点 侧壁导坑形状应近似椭圆形 导坑断面宽度一般为整个断面的1 3 两侧侧壁导坑超前中部10 20m 可独立同步开挖支护 中部采用台阶法开挖 保持平行作业 导坑开挖后应及时进行初期支护及临时支护 设置锁脚锚杆 并尽早封闭成环 中部开挖完成后 要及时施作初支 尽快使全断面初支封闭成环 为了稳定工作面 经常和超前预注浆等辅助施工措施配合使用 根据监控量测 初期支护稳定后 拆除或倒换临时支护 一次作业长度宜为6 12m 并加强监控量测 钻眼施工照片装药施工 右下图 爆破效果照片出碴施工照片 3 初期支护 1 初期支护的目的 对开挖后的围岩进行及时封闭 防止围岩暴露时间过长 控制围岩的变形和松弛 充分发挥围岩自身的承载能力 并和二衬共同形成结构承载荷载 在二衬施做前 初期支护是确保隧道施工安全的关键 2 施工工序 初喷混凝土 架设钢架 挂钢筋网 钻设径向锚杆 复喷至设计厚度的 在爆破 找顶后 应立即初喷混凝土封闭围岩 3 找顶尽量采用机械清除开挖面上的松动岩体 开裂的喷砼等 找顶未完成前人员不得处于被清除物的正下方 4 初喷混凝土1 初喷混凝土采用C25喷射混凝土 应在开挖后立即进行 2 用高压风自上而下吹净岩面 埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉或钢筋头 3 喷射作业分层分段分片依次连续进行 喷射作业顺序从拱脚或墙脚自下而上进行 分段长度不大于6m 作业时先找平凹洼部分 后喷射凸出部分 各部平顺连接 初喷厚度为4cm 4 喷射混凝土塌落度宜为80 130mm 湿喷混凝土3h强度应达到1 5MPa 24h强度应达到10MPa 初期支护 5 安装锚杆1 锚杆的设置应沿隧道轮廓法线方向 锚杆施工时应根据锚杆设置及围岩实际情况及时调整锚孔角度及采用合适的钻杆和钻进方法 2 拱部采用 22组合中空锚杆 边墙采用 22砂浆锚杆 双线隧道拱墙分界以拱部161 划分 C D段车站断面以拱部132 划分 锚杆间距 级围岩环向x纵向间距1 2mx1 5m 级围岩环向x纵向间距1 2mx1 2m 级围岩环向x纵向间距1 2mx1 0m 1 0mx1 0m 3 安装前检查工作面的安全情况 发现支护变形或损坏时立即加固 4 锚杆安设后不得随意敲击 其端部在锚固材料终凝前不得悬挂重物 初期支护 6 挂设钢筋网1 工作面应通风良好 有足够的照明 选用稳固的操作平台或台车 2 钢筋网宜采用HPB235盘条 级围岩采用 6钢筋网片 网格间距25x25cm 级采用 6钢筋网片 网格间距25x25cm 级围岩采用 8钢筋网片 网格间距20 x20cm 搭接长度应为1 2个网格间距 搭接方式为焊接 使用前要除锈和擦去油迹和浮土 3 钢筋网在初喷混凝土后安装 钢筋网与锚杆连接牢固 4 钢筋网要被喷射砼包裹 砼保护层不小于20mm 5 钢筋网与钢架 锚杆共同作用时 采用焊接连接方式 6 遇到围岩不稳定 受力要求较高时 可采用双层钢筋网 初期支护 7 安装钢拱架1 钢拱架施工流程 超欠挖处理 初喷砼 测定钢架位置 清除拱脚浮渣 铺设钢筋网 架立钢架 安装纵向钢筋连接筋 锚杆固定 打锁脚锚杆 复喷砼 2 型钢钢架应采用冷弯工艺加工 严禁采取气割 烧割等损伤母材的弯制办法 格栅钢架应采用胎膜焊接 所有部件连接应焊接牢固 加工的成品经验收合格方可使用 3 钢架各单元在洞外预制 洞内组装 每榀钢架加工完成后应放在水泥地面上试拼 周边拼装允许误差 3cm 平面翘曲允许偏差 2cm 4 钢架与钢架之间采用HRB400 22钢筋纵向连接 环向间距1m 5 采用分部开挖施工时 钢架拱脚打设 42锁脚锚管 长度3m 4 5m 其中 级围岩3m 级围岩4m 级围岩4 5m 6 钢架与喷射混凝土应形成一体 钢架保护层不得小于4cm 7 钢架的垂直度必须控制 不符合要求的钢架应返工重做 8 当钢架侵入限界需要更换时 应采取逐榀更换 先立新钢架后拆除废钢架的方法 严禁先拆废钢架后立新钢架或同时更换相邻的多榀钢架 钢架安装施工照片 初期支护 8 喷射混凝土1 喷射混凝土是以混凝土高速喷射到受喷面上 依靠高速喷射时集料的反复连续撞击压密混凝土硬化而成的支护方式 其喷射的混凝土能够在几分钟内终凝 且强度增长快 并与锚杆 钢筋网 钢拱架联合形成支护整体 抑制围岩变形 达到围岩快速稳定 2 掌子面开挖后 应及时对周边围岩进行喷射砼封闭 3 复喷混凝土分段分片自下而上顺序喷射 拱部一次喷射厚度不超过10cm 边墙不得超过15cm 喷嘴与岩面保持垂直 距受喷面0 8 1 2m 4 喷射混凝土的回弹量控制 边墙不大于15 拱部不大于25 5 混凝土喷射终凝2h后 应进行湿润养护 养护时间不得少于14d 初期支护 9 初期支护施工常见质量安全问题 1 不能按要求施打系统锚杆 砂浆锚杆和组合中空锚杆 2 钢筋网片漏挂 网片之间搭接不到位 钢筋网片与围岩不密贴 3 拱架之间连接板螺栓连接数量不够 连接板之间不平顺或存在错缝 4 喷射砼厚度不够 拱架外露 5 由于超挖 但在喷射砼时因喷射手的原因造成初期支护与围岩之间存在空洞 喷锚不密实 6 仰拱开挖后未能及时进行初期支护 闭合成环 初期支护效果图 喷射混凝土施工示意 4 超前支护 1 超前支护主要有管棚和超前小导管超前支护的目的 在软弱围岩中 增强围岩自身的支护能力 确保隧道开挖施工过程中掌子面的安全和稳定 防止隧道开挖过程中出现坍塌 冒顶等现象 1 管棚是在隧道开挖前 沿隧道开挖轮廓线外利用钻机或夯管按一定角度打入直径大于70mm 长度大于20m的钢管 通过钢管注浆预加固隧道拱部地层 并将钢管内采用砂浆充填密实以减少地层沉降的超前地层加固方法 2 超前小导管是作为支护结构的一部分轴力构件而发挥其作用的 用以改善拱顶斜上方的围岩 多用在易崩塌的围岩中 作为支护拱顶的辅助方法 管棚超前支护 1 管棚环向间距30 50cm 超浅埋地段采用密排方式 一般沿隧道开挖轮廓线周边布设 外倾角1 3 双线隧道施作范围为拱部161 C D段车站断面施作范围为拱部132 2 管棚采用热轧无缝钢管 壁厚不小于6mm 节长3 6m 接头采用丝扣连接 丝扣长15cm 隧道纵向同一截面内接头数不大于50 相邻钢管的接头前后错开至少1m 3 开孔管棚压注纯水泥浆 无孔管棚压注水泥砂浆 压注初压控制在0 5 1 0MPa以内 终压控制在2MPa以内 持压15min后停止注浆 超前小导管支护 管棚超前支护 管棚超前支护 超前小导管支护 1 超前小导管设计参数1 采用热轧无缝钢管 外径42mm 壁厚3 5mm 小导管长3 5m 4 5m 2 施作范围及管距 环向间距 级围岩为50cm 级围岩为40cm 双线隧道施作范围为拱部161 C D段车站断面施作范围为拱部132 小导管纵向搭接间距不小于1m 外插角10 12 3 注浆材料选用1 1水泥浆 当围岩破碎 地下水发育时可采用水泥 水玻璃双液水泥浆 浆液强度不小于M10 注浆量不小于设计量的80 注浆压力0 5 1Mpa 超前小导管支护 超前小导管支护 2 小导管施工注意事项 1 小导管安设采用钻孔打入法 即先按设计要求钻孔 钻孔直径比钢管直径大3 5mm 然后将小导管穿过钢架 用锤击或钻机顶入 顶入长度不小于钢管长度的90 用高压风将钢管的沙石吹出 2 安设小导管后 及时封堵孔口及裂隙 必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土 以防止工作面坍塌 超前支护 超前小导管及大管棚施工图 5 超前地质预报 1 超前地质预报的目的 1 进一步查清隧道开挖面