灰岩地区长大隧道机械化快速施工技术

1、灰岩地区长大隧道机械化配套施工技术二零一五年 四月汇报交流材料目 录一、矿山法隧道主要施工方法简介二、矿山法隧道机械化施工趋势三、铁路山岭长大隧道断面形式四、灰岩地区隧道特点五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工七、确保快速施工的组织措施八、结束语一、矿山法隧道主要施工方法简介1、目前隧道施工采用的主要施工方法2、矿山法隧道施工的有优、缺点 虽然隧道施工方法较多，但是针对山岭隧道而言，矿山法施工仍然属于目前国内最主要的隧道修建方式，故本次交流以山岭隧道矿山法施工技术为主。矿山法施工主要有以下优缺点： 1）优点：技术

2、成熟；适应地质条件广；适应各种断面变化；施工方法灵活；施工成本较低等。2）缺点： 作业场地狭长，施工环境差；机械化程度普遍不高；施工人员劳动强度大，生产效率低；施工进度低；安全风险高等。 在总体方案确定是矿山法的前提下，针对具体条件下的隧道的施工方法的选择，则需综合考虑项目工期、成本、安全等因素，尽量扬长避短，选择施工速度快、成本低、安全质量有保证的施工方法，以满足项目总体施工要求。一、矿山法隧道主要施工方法简介3、矿山法隧道主要施工方法 矿山法隧道开挖常用的方法为全断面法、台阶法、中隔壁法（CD法），交叉中隔壁法（CRD法）、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等。一、矿山法隧道主要施工方法简介1）全

3、断面法 全断面开挖法是按设计断面将整个隧道开挖断面一次钻孔，一次爆破成型、一次初期支护到位的隧道开挖方法。主要适用于非浅埋级硬岩地层。浅埋段、偏压段和洞口段不宜采用。如确实地质条件较好，也可采取先开挖小导坑，然后再扩大的施工方法，这对保持围岩稳定是有利的。 该法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，钻爆施工效率较高，可采用深眼爆破，提高施工速度，且工序少、便于施工组织和管理，较分部开挖法减少了对围岩的振动次数。但由于开挖面积较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，深孔爆破用药量大，引起震动大，因此要求进行精心的钻爆设计和严格控制爆破作业。一、矿山法隧道主要施工方法简介2）台

4、阶法 台阶法施工是将隧道结构断面分成两个或几个部分，即分成上下两个断面或几个断面分部进行开挖的隧道开挖方法。该法适用于铁路双线隧道、级围岩，单线隧道级围岩亦可采用，但支护条件应予以加强。该法具体可分为正台阶法、三台阶临时仰拱法、环形开挖预留核心土开挖法等。一、矿山法隧道主要施工方法简介3）中隔壁法（CD法） 中隔壁法（CD法）是将隧道断面左右一分为二，先挖一侧，并在隧道中部设立利用钢支撑及喷混凝土的临时支撑隔墙，当先开挖一侧超前一定距离后，再开挖另一侧的隧道开挖方法。4）单侧壁导坑法 单侧壁导坑法施工与中隔壁法（CD法）类似，但其导坑开挖断面相对较小。一、矿山法隧道主要施工方法简介5）交叉中隔

5、壁法（CRD法） 当采用中隔壁法（CD法）仍然无法保持围岩稳定和隧道施工安全时，可采用交叉中隔壁法（CRD法）开挖。该法的特点是各分部增设临时仰拱和两侧交叉开挖，每步封闭成环，且封闭时间短，以抑制围岩变形，达到围岩沉降可控，初期支护安全稳定的目的。一、矿山法隧道主要施工方法简介6）双侧壁导坑法 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，必要时施做边墙衬砌，然后再根据地质条件、断面大小，对剩余部分采用二台阶或三台阶开挖的方法，其实质是将大跨度的隧道变为三个小跨度的隧道进行开挖。一、矿山法隧道主要施工方法简介（1）选择隧道施工方法的指导思想与应遵循的原则 隧道施工符

6、合安全环保、工艺先进、质量优良、进度均衡、节能降耗的要求，隧道施工应本着“安全、有序、优质、高效”的指导思想，按照“保护围岩、内实外美、重视环境、动态施工”的原则组织施工。其施工方法的选择应遵循以下原则： 1）确保施工安全，改善施工环境。 2）应根据设计文件、施工调研情况、地质围岩级别、结合隧道长度、断面大小、纵坡情况、衬砌方法、工期要求、装备水平、队伍素质等综合因素决定。 3）地质变换频繁隧道应考虑其适应性，便于工序调整转换。 4）应尽量采用新技术、新工艺、新设备、新材料。 5）认真按照新奥法原理、掌握应用好光爆、喷锚、量测施工三要素。4、矿山法隧道施工方法的选择一、矿山法隧道主要施工方法简

7、介（2）选择隧道施工方法的基本要素 1）施工条件：它包括一个施工队伍所具备的施工能力、素质以及管理水平。目前隧道施工队伍的素质和施工装备水平，有高有低，参差不齐，因此，在选择施工方法时，不能不考虑这个因素的影响。 2）围岩条件：围岩条件也就是地质条件，其中包括围岩级别、地下水及不良地质现象等。围岩级别是对围岩工程性质的综合判定，对施工方法的选择起着重要的甚至决定性的作用。 3）隧道断面积：隧道尺寸和形状，对施工方法选择也有一定的影响。目前隧道断面有向大断面方向发展的趋势，如公路隧道已开始修建3车道甚至4车道的大断面，水电工程中的大断面洞室，更是屡见不鲜。在这种情况下，施工方法必须适应其发展。在

8、单线和双线的铁路隧道中，越来越多地采用了全断面法及台阶法；而在更大断面的隧道工程中，先采用各种方法修小断面的导坑，再扩大形成全断面的施工方法极为盛行。4、矿山法隧道施工方法的选择一、矿山法隧道主要施工方法简介（2）选择隧道施工方法的基本要素4）埋深：隧道埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关，通常将埋深分为浅埋和深埋两类，有时将浅埋又分为超浅埋和浅埋两类。在同样地质条件下，埋深的不同，施工方法也将有很大差异。 5）工期：作为设计条件之一的施工工期，在一定程度上会影响基本施工方法的选择。因为工期决定了在均衡生产的条件下，对开挖、运输等综合生产能力的基本要求，即对施工均衡速度、机械化水平和管理模式的

9、要求。 6）环境条件：当隧道施工对周围环境产生如爆破振动、地表下沉、噪声、地下水条件的变化等不良影响时，环境条件也应成为选择隧道施工方法的重要因素之一，在城市市区条件下，甚至会成为选择施工方法的决定性因素。完善施工方法标准化、模式化的重要条件是建立适应各种条件下的隧道施工机械化配套技术的标准模式。4、矿山法隧道施工方法的选择一、矿山法隧道主要施工方法简介二、矿山法隧道机械化施工趋势1、机械化代表隧道先进施工技术的发展先进方向，是长期趋势 ；要顺应这种趋势的发展；2、机械化施工能够显著降低作业人数、降低工费成本；3、机械化能够改善作业环境、降低施工人员作业强度，真正体现“以人为本”的施工理念；4

10、、机械化能够显著提高施工进度，缩短施工工期，社会经济效益显著；5、在高风险隧道施工中，机械化能够保证超前地质预报、超前注浆、预支护等的质量，能够有效降低安全风险，加快不良地质段的处理进度。机械化是保证隧道防灾减灾的重要手段。 人工开挖6、只有不断提高的机械化水平，才能适应社会快速发展对隧道快速施工的需要。没有机械化就没有快速施工，就难以在较短时期内完成各类大规模的隧道建设任务。未来20年，我国交通隧道的工程规模将越来越大，技术难度也越来越高。为加快工程建设，必须迅速提高机械化施工技术水平，推进国产化装备的技术进步。7、只有不断提高机械化程度，才能不断提高我国的隧道施工技术，赶超国外先进水平。二

11、、矿山法隧道机械化施工趋势凿岩台车开挖1、铁路山岭长大隧道单洞双线和双洞单线方案选择原则：当隧道长度小于10km时，一般采用单洞双线隧道方案,可利用施工时的辅助坑道作为防灾救援和人员疏散的紧急出口。当隧道长度为1020km时，应结合隧道两端引线、车站布点等相关工程情况进行系统的经济技术比选。也可结合防灾救援及养护维修考虑,采用双线隧道加贯通平导的方案进行比较。当隧道长度大于20km时，从防灾救援方面考虑，一般采用双洞单线隧道方案。三、铁路山岭长大隧道断面形式单洞双线和双洞单线方案选择对比比较项目单洞双线隧道方案双洞单线隧道方案施工难度及风险断面大，在软弱围岩中发生坍塌的机会较多，容易发生变形，

12、风险较大断面较小，发生坍塌，变形的机会相对较少，风险较小运营通风难以利用活塞风可以充分利用活塞风防灾救援当隧道内发生火灾时，消防灭火与救灾难度大，线路将中断运营当一座隧道内发生火灾时，可通过另一座隧道帮助灭火，并利用横通道紧急疏散人员，仅中断一条线路运营空气动力学影响相对小相对大环境影响相对小相对大工程投资较低大2040三、铁路山岭长大隧道断面形式2、单洞双线和双洞单线方案选择石灰岩简称灰岩，以方解石为主要成分的碳酸盐岩。石灰岩的主要成分CaCO3，易溶蚀，可以溶解在含有二氧化碳的水中。在石灰岩地区多形成石林和溶洞，称为喀斯特地形(我国广西、云南、贵州分布面积最广)。灰岩地区隧道主要有以下特点

13、1、石灰岩分布广泛，岩性均一，整体性较好，硬度一般不大；2、在少水地段的灰岩隧道稳定性较好，具备快速施工条件；3、在地下水丰富地段，则可能形成规模大小不一的岩溶。岩溶发育丰富地段，存在涌水突泥的，施工风险高、难度大。四、灰岩地区隧道特点3、目前部分铁路隧道断面设置石太客运专线太行山隧道为双洞单线铁路隧道，左线全长27839m；右线全长27848m。关角隧道为双洞单线，线和线各长32.605km。太中银铁路吕梁山隧道为双洞单线，左右线各长20.7km。武广高铁大瑶山一号隧道为单洞双线隧道，长10081m。张唐铁路燕山隧道为双洞单线隧道，左线长21154m，右线21204m。张唐铁路赤城隧道为单洞

14、双线隧道，长15039m。贵广高铁三都隧道为单洞双线隧道，长14637m。4、本次汇报资料主要以单洞双线铁路隧道的施工为主。四、铁路山岭长大隧道断面形式1）施工方法：开挖方法分部越少，施工速度越快，但施工方法由地质条件和周边环境条件客观确定。2）组织管理：科学合理的组织能够降低施工干扰和减少工序衔接时间。3）作业人员技术水平：熟练的作业人员能够节省操作时间，并避免质量缺陷所导致的返工时间，能够降低安全风险。4）机械装备水平：机械化程度及配套能力越高，则施工效率越高。5）根据灰岩的特性，如为非岩溶段，则灰岩受地下水的影响较小，整体稳定性较好，隧道具备快速施工的条件。如果采用机械化配套模式，能够充

15、分利用机械化配套设备提高施工进度，能够有效降低施工工费和管理费，达到较好的社会经济效益！而在灰岩地段断层发育、地下水丰富地段，则可能岩溶发育，施工风险极高。采用机械化施工将能够保证超前探测、钻注施工效果，缩短施工时间，提高功效，降低风险，也具有很高的社会经济效益。五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术1、灰岩地区影响隧道施工进度的主要因素 隧道施工方法不论采用那种类型，从始至终都包括超前地质预报、开挖、支护、装运、仰拱、防水、二衬及通风等作业线的施工。 施工机械的配套技术也就是按照总体方案进行各隧道施工作业线的机械配置，隧道施工的机械配套应当本着“性能可靠，技术先进，满足需求，

16、略有储备”的原则进行，应尽量选择性能好、产量高的设备，且数量须满足作业要求，各种设备之间互相匹配，防止出现大马拉小车或小马拉大车的现象。以保证在每一种具体的施工方案条件下，隧道作业能够达到快速均衡生产。隧道施工采用大型机械化配套施工，主要的施工作业线包括： 超前地质预报作业线； 开挖作业线； 喷锚支护作业线； 装运作业线； 混凝土运输作业线； 仰拱作业线； 防水板作业线； 二次衬砌作业线； 施工通风作业线。2、灰岩地区长大双线铁路隧道快速施工机械化配套的选择五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术 我公司具有丰富的灰岩地区长大隧道施工经验，多年来，不断通过长大隧道钻爆法快速施工关

17、键技术与装备研究及工程实践，解决我国铁路钻爆法设备配套技术难题，形成一套完整的，具有理论指导、设备配套齐全，且具有科学性、先进性和广泛适应性的机械化施工技术体系，提高施工效率，提升隧道施工装备实力与技术水平，对形成快速机械化施工铁路隧道理论技术体系意义重大。 隧道机械化施工设备配置方案分、级三种模式，分别对应三种施工进度指标。其中，级机械化配套程度最高，适用于需要施工进度最快且业主有设备专项费用时的配置模式；级机械化配套次之，适用于施工进度较快且业主或施工单位自身有需求时的配置模式；级机械化配套适用于常规施工组织的配置模式。3、灰岩地区长大双线铁路隧道快速施工机械化配套分级标准五、灰岩地区长大

18、铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术月平均120m施工进度台阶法月平均80120m月平均5080m级级级双线隧道月平均180m施工进度全断面月平均150180m月平均120150m级级级机械化程度越高，则在分部越少的施工方法中，施工效率越高。4、灰岩地区长大双线铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套进度五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术1）、全断面施工机械化配套总图超前地质预报开 挖喷锚支护5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术装运、出渣仰拱作业2）、全断面施工机械化配套总图5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化

19、配套技术防水板铺设二次衬砌1）、全断面施工机械化配套总图5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术超前地质预报主要采用“宏观和微观相结合、物探和钻探相结合、长距离和短距离相结合”的综合地质预报方案。主要采用的设备包括多功能地质钻机、TSP203超前地质预报系统、地质雷达、红外探测设备等。2）、超前地质预报作业线超前地质钻探示意图5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术进行地质预报2）、超前地质预报作业线5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术多功能钻机（钻注一体化设备） 快速管棚施工：在较弱的地

20、质情况下，实现快速的钻孔作业和相应的注浆作业。 快速有效的超前探测功能：在岩层较硬状态下，通过钻机的冲击能和推进阻力，通过快速计算，初步得到掌子面前端初步的岩层情况，为下一步施工工法的调整提供基本的参考数据；对于地质条件较差围岩，可采用取芯的方式获得掌子面前端的地质情况。 涌水探测和排放：通过钻机动力头的负载扭矩和供水压力变化情况，可快速的判定掌子面前端是否存在涌水情况，通过自带的水转换接头快速实现快速排水。2）、超前地质预报作业线5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术型号760I整机重量（t）20运行方式液压-减速器-履带运行速度（km/h）3(柴油机动力

21、)5（电机动力）爬坡能力（）25（沙石路面）20(混凝土路面)控制方式液压先导/比例-PLC额定钻机推进速度（m/min）0-6.5快速回退速度（m/min）24推进方式液压-机械链条式最大推进/牵引力（kN）60推进行程(mm)2100钻径（mm）65-150钻深65时150m，150时30m多功能钻机（钻注一体化设备）主要技术参数2）、超前地质预报作业线5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术2）、超前地质预报作业线5、全断面机械化配套多功能钻机（钻注一体化设备）实物图五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术 多功能钻机能满足隧道钻注一体化施

22、工需要。大大加快了注浆施工进度。软岩取芯硬岩取芯套管全断面钻进2）、超前地质预报作业线5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术每个双线主线隧道作业面配置2台三臂凿岩台车联合作业，同时兼做锚杆钻孔设备。凿岩台车配置工作篮，以进行隧道测量划线、炸药装填、找顶等作业。开挖方式：级围岩采用全断面开挖，三臂凿岩台车钻孔，光面爆破。围岩采用短台阶法。3）、开挖作业线双线隧道2台三臂凿岩台车同时钻孔5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术锚杆孔采用凿岩台车或专用锚杆钻机钻孔，人工安装并注浆。拱架采用拱架安装机安装。喷射混凝土采用喷浆机械手施

23、工。混凝土通过混凝土运输车运输。4）、喷锚支护作业线拱架安装机锚杆钻孔混凝土喷射机组5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术拱架安装机单臂、单吊篮的主体采用国际知名品牌神钢挖掘机底盘和进口液压控制单元，吊篮臂基座安装在主机底盘座上，能够实现自身转动和随底盘一起360转动，自主研发活动抓手。拱架安装机适用于两台阶、大断面隧道拱架安装；可减少施工人员数量，有效降低劳动强度，在施工质量、效益等方面具有一定优势；具有一机多用功能，是一种新型施工机械。5、全断面机械化配套4）、喷锚支护作业线底盘发动机抓举机构吊篮机构整机重量神钢挖掘机SK200日野功率（kW）举升高度（

24、mm）平伸距离（mm）抓举重量（kg）左右摆动()回转角度()举升高度（mm）载重量（kg）摆动角 ()（kg）左右6D31TE1107128001500020008601300014500202022000主要技术参数五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术进口液压控制系统载人吊篮吊篮控制系统200型进口底盘活动抓手拱架安装机5、全断面机械化配套4）、喷锚支护作业线五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术 现场模拟安装现场安装格栅花拱5、全断面机械化配套4）、喷锚支护作业线五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术混凝土喷射机械手利用成熟的转子活塞式湿

25、喷机、引入成熟的欧洲喷射混凝土臂技术（国产化），通用装载机作为机组底盘和一级平台（装载斗臂架改装）进行集成创新，研制具有良好的隧道工况机动能力和高性价比的新型喷射混凝土机组。5、全断面机械化配套4）、喷锚支护作业线五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术混凝土喷射机械手5、全断面机械化配套4）、喷锚支护作业线五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术序号项 目参 数1整机参数型号TKJ-15全长8400总高3400总重15000kg2机械手参数臂架结构一级举升臂二级伸缩臂最大喷射高度13m最大喷射宽度17m3喷射机参数型号TK150Y生产率815m3/h系统风压0.6

26、0.7 MPa工作风压0.40.5MPa耗风量20m3/min4底盘参数发动机额定功率/额定转速86kW/2000rpm行驶速度30km/h喷射机械手主要技术参数5、全断面机械化配套4）、喷锚支护作业线五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术 组合臂架结构特别适应隧道台阶法（或其他分部开挖法）施工； 装载机底盘具有越野能力强、转弯半径小、技术成熟等优点； 喷射机生产效率达到15m3/h，满足了喷射混凝土机械化施工需要，突破了稀薄流湿喷机生产效率极限。喷射机械手技术优势5、全断面机械化配套4）、喷锚支护作业线五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术多功能台车设计功能集

27、钻孔、喷浆、锚杆施作、钢拱支护安装为一体。多功能台车优势1、减轻了工人的劳动强度；2、提高了工人作业安全系数；3、提高了作业效率。5、全断面机械化配套4）、喷锚支护作业线多功能台车五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术正洞隧道每个作业面2台大型装载机装碴，配备1台挖掘机清碴，隧道专用重型自卸汽车运碴至洞外渣场。自卸汽车数量必须满足作业面装载机连续装渣要求，不能出现装载机等自卸汽车现象。5）、装运作业线2台装载机同时装渣5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术仰拱施工采用人工钻爆法，挖掘机配合自卸车运渣。利用自行式仰拱栈桥施工。6）、仰拱作业线自

28、行式仰拱栈桥5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术6）、仰拱作业线5、全断面机械化配套全自动液压仰拱栈桥总体设计仰拱栈桥由主体结构、行走系统、液压系统和电气系统四部分组成，可自行实现纵向与横向移动作业。仰拱栈桥总体装配图五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术全自动控制全液压仰拱栈桥的特点：主体结构：为模块化拼装结构，具有整体性好、安全性高等特点；悬臂式移动：实现了前端悬臂，整机可悬臂式移动，具备了跨坑后退的功能，可根据隧道施工作业的工艺要求，随时进行栈桥跨越或退出仰拱施作区。能有效地避开掌子面及仰拱爆破飞石的砸碰。行走系统：采用滑靴迈步式行走

29、，行走方便且平稳； 全液压驱动：所有行走均采用液压缸驱动，充分利用液压泵站；全自动控制：引入了全自动PLC控制系统，利用微电脑操作，可以实现全自动化行走，大大方便了驾驶操作。全自动液压仰拱栈桥全自动控制全液压仰拱栈桥已经在我单位普遍应用，比如京福铁路花山隧道、张唐铁路燕山隧道、贵广三都隧道的施工中，该栈桥经久耐用，安全性能高，操作方便灵活。5、全断面机械化配套6）、仰拱作业线五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术6）、仰拱作业线5、全断面机械化配套主要技术参数序号项 目技术参数备注1一个循环最大开挖长度11m一次性最长浇筑9米仰拱2适应仰拱施作厚度不限3行车道宽度3.4m4仰拱

30、栈桥全长28.35m5仰拱栈桥总宽4.66m6允许通过的最大载荷50t（自卸车）7整机纵横向移动方式滑轨式自行（液压驱动）全自动化整机悬臂移动8整机及坡桥升降方式液压驱动9输入动力380V/50HZ10整机功率34kw11车辆过桥限速5km/h12栈桥总重量约50t五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术采用专用防水板铺设机进行铺设。国内防水板铺设传统施工基本采用铺设台架+人工铺设和焊接（防水卷材+无纺布）方式，研制的新型防水板铺设装置实现了自动化铺设功能。7）、防水板作业线防水板铺设机5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术 防水板自动铺设装置

31、结构主要由铺设轨道、铺设小车、铺设台架、支撑油缸组成。铺设轨道铺设小车铺设台架液压油缸撑靴5、全断面机械化配套7）、防水板作业线五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术防水板铺设机5、全断面机械化配套7）、防水板作业线五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术防水板铺设机5、全断面机械化配套7）、防水板作业线防水板铺设装置有效地提高了防水板铺设质量和施工的安全性，同时减少了施工人员数量，减轻了工人的劳动强度，在施工质量和效益方面有明显的优势。五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术二次衬砌施工采用新型无门架式液压模板台车施工。混凝土由自动计量拌和站集中生

32、成、混凝土运输车运输至洞内作业面，混凝土输送泵泵送混凝土入模。并采用二衬养护台车进行混凝土养护。8）、衬砌施工作业线无门架模板台车5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术结构：模板+底架。取消门架，利用三角形稳定性原理，使模板与底部平台形成三角形稳定结构，提高模板整体刚度，增强其抗侧压能力。优势：取消门架、整体净空相对增加，改善了隧道通风条件；实现变断面操作简单，省时省力；底连接螺杆布置合理，有效防止跑模；半边整体式模板，衬砌时模板整体刚度增加。8）、衬砌施工作业线5、全断面机械化配套台车模板底架构成五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术模板台

33、车主要技术参数8）、衬砌施工作业线5、全断面机械化配套模板工作长度：11.92m模板台车断面变化范围：R6410mm 、R6580mm 两个断面 顶部灌注口数：4个 工作窗数：24个 工作窗尺寸：500500mm模板台车自重：170T模板总成自重：（11.92M）: 102T 底架自重：34T 模板台车行走速度：5.9M/min 模板台车行走总功率：22KW液压系统额定压力：20Mpa 液压系统总功率：22.5KW五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术8）、衬砌施工作业线5、全断面机械化配套无门架新型衬砌模板台车拼装图五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术8）、

34、衬砌施工作业线5、全断面机械化配套应用效果无门架新型衬砌模板台车采用无门架三角形结构设计，结构刚度大，有效的防止了跑模现象的发生，二衬之间无明显错台现象，衬砌质量好；台车内净空增加（同断面类型模板台车比较，净空面积由原来的37m2增加到52m2，增幅为40%），显著减少了模板台车阻风率，大大改善了隧道通风条件，有效解决了隧道内部由于传统台车结构的空气流通不畅的问题。现场应用五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术以前隧道内衬砌后的混凝土无专门的养护设备。二衬后混凝土的养护主要依靠洞内自然条件，受外界影响比较大，养护的时间较长。采用二衬养护台车进行二衬混凝土养护则加快了混凝土的养护

35、进度和养护质量。8）、衬砌施工作业线5、全断面机械化配套蒸汽发生炉二衬养护台车结构布置图五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术二衬养护台车的优势大大缩短混凝土养护时间，提高了二衬混凝土质量；提高了生产效率；安全环保；具有广阔应用前景。8）、衬砌施工作业线5、全断面机械化配套现场应用五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术施工通风效果直接影响到隧道施工作业环境的好坏。良好的施工通风能够降低粉尘、提供一个较好的作业环境，保护作业人员省心健康，提高作业效率。采用节能通风技术。9）、施工通风作业线5、全断面机械化配套隧道施工通风自动控制系统系统结构五、灰岩地区长大铁路隧道

36、非岩溶段快速施工机械化配套技术节能通风自动控制系统主要功能： （1）能够进行通风机软启动，并能够进行自动运行与手动运行的切换，使通风机处于变频或工频的运行状态。 （2）对隧道掘进工作面环境温度、风管出口风量、有害物质浓度（如CO浓度、NOx浓度、CH4浓度、粉尘浓度等）参数进行监测。 （3）当存在有害物质浓度超标时自动调整风机转速，增大风量，排出有害物质，当有害物质浓度降至设定值以下时自动调整风机转速，并使风管出口风量不低于最小风速要求。 （4）结合PLC与监控软件的应用，通过上位机的监控系统可以实现对通风机运行的在线控制，以及对风机运行的状态参数（如风速、风压、风机转速等）进行实时在线监控。

37、 （5）当变频器或风机出现故障时，系统能够进行声光报警。9）、施工通风作业线5、全断面机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术自动控制柜传感器上位机登录界面查看窗口5、全断面机械化配套9）、施工通风作业线五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术5、全断面机械化配套9）、施工通风作业线 在三都隧道进口平行导坑以及合福铁路船坞一号隧道通风中，通风方式为射流巷道式通风，在试验过程中，根据监控系统采集的交流电频率、风速、粉尘浓度、一氧化碳浓度、氮氧化物浓度和氧气浓度的变化，进行了隧道通风效果分析。结果表明：在整个开挖循环时间内，有近40%的时间段系统以较低的频率运

38、行，未出现有害物质浓度超标或氧气浓度不达标现象，保证了隧道作业环境需风要求，同时现场试验期间对耗电量进行了统计，节能效率达16.3%。 五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术作业工序设备名称规格数量备注超前钻探作业三臂凿岩台车1台短距离多功能钻机C61台长距离开挖作业线三臂凿岩台车2台兼顾锚杆作业娈压器S11-5001台支护作业线湿喷混凝土机械手20m3/h1台混凝土输送车6m32台与二衬共用混凝土搅拌站60m3/h1台仰拱作业线自行式仰拱栈桥有效工作长度12m以上2台挖掘机1台自卸车25t2台混凝土输送车6m3与二衬共用仰拱纵向滑模2套混凝土输送泵60m3/h1台装碴运碴作业

39、装载机3m3/h2台备用1台自卸汽车25t5台根据运距增加防水板作业铺设台车2台混凝土衬砌作业模板台车长2台混凝土输送泵60m3/h2台混凝土输送车6m3/h5台根据运距增加混凝土搅拌站120m3/h1台养护作业台架2台5、全断面机械化配套10）双线全断面施工机械化配套方案双线全断面施工机械化设备级配套方案五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术 双线全断面施工机械化设备级配套方案作业工序设备名称1数量备注超前钻探作业多功能钻机C61台长距离工程钻机MK-51台短距离开挖作业线电动空压机总风量110m3 /min手持钻机30台（含备用）多功能台架根据断面制造1台支护作业线湿喷机械

40、手20m3/h1台混凝土输送车6m32台与二衬共用混凝土站120m3/h1台与二衬共用仰拱作业线自行式栈桥有效工作长度20m以上2台挖掘机1台自卸汽车15t以上2台混凝土输送车6m32台与二衬共用仰拱纵向滑模1套混凝土输送泵60m3/h1台装渣运渣作业装载机3m32台自卸汽车15t6台根据运距增加防水板作业铺设台车1台二衬作业模板台车2台混凝土输送泵60m3/h2台混凝土输送车6m34台根据运距增加混凝土搅拌站120m3/h1台养护作业台架2台5、全断面机械化配套10）双线全断面施工机械化配套方案五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术 双线全断面施工机械化设备级配套方案作业工序

41、设备名称规格数量备注超前钻探作业多功能钻机C61长距离工程钻机MK-51短距离开挖作业线电动空压机100m3 /min手持钻机30台（含备用）多功能台架1台支护作业线普通湿喷机513m3 /h2台混凝土输送车6m3 2台与二衬共用混凝土站90m3/h1台与二衬共用多功能台架1台与开挖共用仰拱作业线自行式栈桥有效工作长度10m以上1套挖掘机0.81m3 1台混凝土输送车6m3 2台与二衬共用装渣运渣作业装载机3m3 2台自卸汽车15t6台根据运距增加防水板作业铺设台车1台二衬作业模板台车12m1台混凝土输送泵60m3 /h1台混凝土输送车6m3 2台混凝土搅拌站90m3/h1台养护作业台架1台5

42、、全断面机械化配套10）双线全断面施工机械化配套方案五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术 双线台阶法施工机械化设备级配套方案作业工序设备名称规格数量备注超前钻探、支护三臂凿岩台车1台与开挖共用，短距离用多功能钻机C61台长距离用开挖作业线三臂凿岩台车2台支护作业线湿喷机械手20m3/h1台钢拱架拼装机1台混凝土输送车6m32台混凝土站120m3/h1台与二衬共用仰拱作业线自行栈桥有效工作长度12m以上1台挖掘机1m31台自卸车15t以上2台混凝土输送车6m32台与二衬共用装渣运渣作业装载机3m32台自卸汽车15t6台根据运距增加挖掘机1m31台共用防水板作业铺设台车1台二衬作

43、业模板台车12m1台混凝土输送泵60m3/h1台混凝土输送车6m32台混凝土搅拌站120m3/h1台养护作业台架1台6、台阶法机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术双线台阶法施工机械化设备级配套方案作业工序设备名称规格数量备注超前钻探、支护工程钻机满足钻探注浆机满足需要开挖作业线电动空压机80m3/min手持钻机 20-28台上断面开挖台架1台支护作业线湿喷机械手20m3/h1台钢拱架拼装机1台混凝土输送车6m32台与二衬共用混凝土站90m3/h1台仰拱作业线自行栈桥有效工作长度12m以上1台挖掘机1m31台自卸车15t以上2台矮边墙滑移模板1台混凝土输送车6m32台

44、装渣运渣作业装载机3m32台自卸汽车15t6台随运距增加挖掘机1m31台防水板作业铺设台车1台二衬作业模板台车12m1台混凝土输送泵60m3/h1台混凝土输送车6m32台混凝土搅拌站90m3/h1台养护作业台架1台6、台阶法机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术双线台阶法施工机械化设备级配套方案作业工序设备名称规格数量备注超前钻探、支护工程钻机满足需要注浆机满足需要开挖作业线电动空压机100m3/min移动手持钻机20-28台上断面多功能台架1台挖 掘 机1台支护作业线湿喷机513m3/h2台混凝土输送车6m32台与二衬共用混凝土站90m3/h1台仰拱作业线简易栈桥有

45、效工作长度12m2套挖掘机1m31台混凝土输送车6m32台与二衬共用装渣运渣作业装载机3m31台自卸汽车15t6台随运距增加防水板作业铺设台车1台二衬作业模板台车12m1台混凝土输送泵60m3/h1台混凝土输送车6m33台混凝土搅拌站90m3/h1台养护作业台架1台6、台阶法机械化配套五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术贵广铁路三都隧道出口按双线隧道全断面级机械化配套方案进行施工。三都隧道出口的月综合施工进度（2009年5月2010年9月）为199m，最高224m/月。贵广铁路同马山隧道1#斜井按双线隧道全断面级机械配套方案进行配套施工。月综合施工进度（2009年8月2011

46、年4月）为152m。中南铁路南吕梁山隧道1#斜井按单线隧道全断面级机械化配套方案进行施工。月综合施工进度（2012年4月2012年12月）为210m，最高235m/月。武广大瑶山一号隧道长10081m，通过横洞进入正洞施工，采用级机械化配套方案，在2006年12月份的施工中，采用上述方案创造了单工作面开挖204、仰拱及填充210、拱墙衬砌204的记录。7、机械化配套下的主要施工成绩五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术 7、机械化配套下的主要施工成绩五、灰岩地区长大铁路隧道非岩溶段快速施工机械化配套技术乌兹别克斯坦安革连-琶布铁路隧道按级机械化配套方案进行施工，进口主洞平均进度

47、160m/月，最高进度251.9m/月，进口安全洞平均进度184m/月，最高进度262.5m/月。京福铁路花山隧道进口级机械化配套方案进行施工，平均进度121m/月，最高进度252.4m/月。青岛胶州湾隧道、级围岩段按双线隧道台阶法施工级机械化配套方案进行施工。月综合施工进度为97m，最高月施工进度120m。贵广铁路三都隧道进口1号横洞按双线台阶法施工级机械化配套方案进行配套施工。月综合施工进度为67.4m,最高月施工进度101.8m。 1、岩溶概述 岩溶是可溶性岩层（如石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏等）受具有溶解能力（含CO2）的水长期作用而产生的。 由于溶蚀的形成、位置、塌陷作用等的不同

48、，岩溶在隧道施工中常遇见的有岩溶裂隙、溶洞、暗河。当覆盖较浅时，也会遇到溶沟、溶槽、落水洞、漏斗等。 2、岩溶对隧道施工的影响 当隧道穿越可溶性岩层时，常遇到大小不等，部位不同、充填物及充填程度不同和含水量不等的溶洞。它们都给施工带来一定困难，有的甚至是灾难性的。如隧道底部充填深而充填很松软，隧道基底难于处理；有的溶洞岩质破碎，易坍； 有时遇到大水囊或暗河，岩溶水或泥沙水大量涌入隧道，形成突水突泥，造成重大伤亡事故；有时遇到填满饱含水分的充填物的溶槽，掘进至边缘时，含水充填物不断涌入隧道，难以遏止，以至地表下沉，山体压力聚增，如大瑶山隧道竖井涌水；有的溶洞、暗河迂回交错，分支错综复杂，范围宽广

49、，处理十分困难，甚至被迫改线等。六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工3、岩溶段隧道快速施工的必要性 1）施工机械化能够显著降低岩溶段隧道施工风险。岩溶段施工风险极高；在岩溶发育地段，如果探测不准，或者采取的方案和措施不合理，则可能诱发坍塌、涌水突泥等严重的后果，可能会使工期遥遥无期，甚至造成重大人员伤亡和恶劣的社会影响。机械化模式下，隧道内作业人数减少，能够降低可能出现突泥突水灾害情况下的事故损失，风险能够得到有效降低。 2）机械化能够确保探测准确。只有采取尽量的超前地质预报设备和钻探设备，才能通过物探、钻探、长距离、短距离等多种手段将岩溶预报准备，确定岩溶的发育规

50、模、大小、位置、填充物性质，才能为后续施工方案的制定提供依据。 六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工3、岩溶段隧道快速施工的必要性 3）机械化配置能够保证施工效果符合设计要求。岩溶段施工很关键的一项工序为钻注施工。而新型钻注一体化施工设备能够满足钻注要求，保证钻孔注浆加固、堵水的效果，是人工风钻钻孔注浆效果所无法比拟的。 4）机械化能够避免环境问题。岩溶地段如果不能快速施工通过，则可能因为地下水的长期流失、隧道坍塌等造成周边水土流失等环境问题，影响周边居民的正常生活，可能造成较为严重的后果和不良社会影响； 5）机械化配置能够提高施工进度。在机械化施工配置模式下，超前

51、探测准确，方案措施合理，施工过程合规，现场控制严格，则在岩溶段的施工将会稳步推进，避免安全质量隐患或事故所导致的工期延误，客观上加快了隧道的施工进度。六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工4、岩溶处置的基本原则1）、超前探测预报原则2）、安全施工原则3）、不安全辩识原则4）、施工顺序优化原则5）、施工季节选择原则6）、辅助导坑与正洞协调施工原则7）、洞内外抽排水系统设计原则8）、注浆堵水原则9）、支护体系设置原则10）、二次衬砌紧跟原则11）、信息化施工原则六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工根据岩溶分类，针对不同类型岩溶，制定基本处治对策

52、。洞穴型、管道型岩溶：回填方案充填型岩溶：注浆加固+大管棚方案过水型岩溶：引排方案大型干溶洞（主要针对基底处理）：托梁+板跨方案、型钢混凝土+板跨方案、钢管群桩方案、桩基+承台方案、路基填筑方案、梁跨方案岩溶水治理：注浆堵水方案、泄水洞方案、堆积体加固堵水方案、绕避方案、释能降压方案六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策洞穴型、管道型岩溶：回填方案案例2004年10月3日，宜万铁路八字岭隧道DK108+865处揭示岩溶洞穴，直径约3m。针对该岩溶洞穴，采用I18钢架C20砼护拱，外设干砌片石缓冲层。溶洞内预埋竖向排水盲管。 六、灰岩地区岩溶

53、段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策充填无水型岩溶对策：周边注浆加固+大管棚方案注浆加固+大管棚方案标准模式图六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策案例 2005年10月15日，宜万铁路云雾山隧道开挖揭示DK247+562特大型充填块石土岩溶，岩溶纵向发育线为DK247+563+445(长118m)，线为DK247+573+435(长138m)，溶腔向线左发育，宽约60m，基底以下局部深度超过80米。对该溶腔采取“超前注浆+大管棚”方案处理后通过。 六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快

54、速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策过水型岩溶对策：引排方案 针对过水型岩溶，原则上引排维持既有通道方案处治，不得随意对岩溶管道堵塞，以免形成水害。案例 2005年8月11日，宜万铁路野三关隧道进口开挖揭示DK119+512隧底发育过水型岩溶，右侧为岩溶大厅。岩溶为两头窄的芒果状，最宽处约18.3m，岩溶水流自左向右流入大厅消水洞，旱季水流量为43m3/h。针对该岩溶：清除大厅内堆积体，锚网喷防护，隧道基底采用“托梁+钢筋砼板”跨越，隧道结构加强。六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策案例 2005年3月29日，宜万铁路王家岭隧道开挖到

55、DK61+473，超前探测表明前方为正交型过水岩溶管道，经放水试验，最大流水量为540m3/h。后爆破开挖，发现管道由左拱腰向右拱脚发育。入水口直径分别为1.5m和0.7m，出水口直径为1.5m。针对该岩溶，采用600mm波纹管引排、浆砌片石回填、隧道结构加强。六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策大型干溶洞：托梁+板跨方案、型钢混凝土+板跨方案、钢管群桩方案、桩基+承台方案、填筑路基方案、梁跨方案案例 2005年6月20日，Y宜万铁路长鹰坝2#隧道开挖到DK240+890处，隧道左边墙发育一横向溶槽，宽6m，纵向长20m，向下深不见底。针

56、对该岩溶，基底采取“型钢混凝土+板跨”方案、隧道结构加强。型钢混凝土+板跨 六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策实例宜万铁路高坪1#隧道开挖到DK139+598时，揭示出一条斜穿隧道的干溶洞。溶洞自左上向右下发育，横向宽30m，纵向长9m，向上高20m，向下深6.5m。针对该岩溶，基底采“钢管群桩注浆加固”方案、隧道结构加强。钢管群桩注浆加固 六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策案例 2009年9月23日，宜万铁路马鹿箐隧道开挖到DK255+978处揭示大型半充填型溶洞，溶洞纵向长1

57、5-15m，轨面以上45m，轨面以下左墙脚下010m。针对该岩溶，基础采取“桩基+承台”方案。 桩基+承台 六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策+978溶腔I线溶段段隧底处理剖面图 I线溶腔段桩基施工 六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策案例 2005年6月4日，宜万铁路龙鳞宫隧道出口施工到DK232+467时，揭示DK232+467+397特大型溶洞。溶洞纵向长约70m，横向宽约50m，深约80m，基底为堆积体。受施工爆破影响，6月19日18:48顶部覆层坍塌。该岩溶基底采取“路基

58、填筑、注浆加固”方案。 路基填筑+注浆加固 六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策案例 2006年1月2日，宜万铁路下村坝隧道施工至DK237+091处，揭示一溶腔，该溶腔沿线路纵向发育30m，拱顶以上发育2030m，隧底以下发育1020m。溶腔横穿隧道，发育至隧道左侧边墙外28m，隧道右侧边墙外约22m斜向下发育一落水洞，落水洞深度未知。针对该隧道基底，采取“拱跨”方案。采用1-22.5m实腹式拱跨结构，拱圈为半径18.75m的钢筋混凝土圆弧板拱，矢高3.75m，矢跨比1:6。拱桥拱圈及拱座上回填C15混凝土形成桥面。对局部溶腔，采用C4

59、0混凝土回填。 拱跨方案 六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策溶洞处理纵断面 溶洞处理典型横断面清危石喷锚网防护拱罩下拱跨拱罩结构隧底拱跨隧道结构 施工顺序：六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策对岩溶地下水的对策： 注浆堵水方案 泄水洞方案 堆积体加固方案 绕行方案 释能降压方案六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策序号治理方案优点缺点适用范围1注浆堵水方案加固围岩、控制排放、对环境影响小高压、动水条件下注浆不易控制充填型贫水溶洞

60、、富水裂隙带、低压富水充填型溶洞、断层等2泄水洞方案降低水压、隧道结构安全性好对环境可能造成一定影响大型高压富水溶洞、高压富水溶槽等3堆积体加固堵水方案改善围岩条件、提高围岩抗渗性动水条件下注浆不易控制大型堆积体、暗河大厅堆积物4释能降压风险可控、安全性好、经济效益好对溶洞具体边界及补给条件的确定存在困难大型高压富水溶洞5绕避方案降低处理难度、对环境影响几乎没有影响大型溶洞不易绕避；绕避过程中可能会揭示新的不良地质边界明确的溶洞及溶槽六、灰岩地区岩溶段（可能发生突泥突水）灾害的防治和快速机械化施工5、岩溶及岩溶水治理基本对策岩溶水处理方案比较泄水洞方案横向过水通道设计 六、灰岩地区岩溶段（可能