隧道工程-第7章 隧道钻爆法施工作业2

1、第7章 隧道钻爆法施工作业（二）隧 道 工 程本次课重点 1.隧道出碴与运输 2.隧道的支护形式及特点； 3.隧道的防排水措施。难点：各种支护方式的现场应用条件第7章 隧道钻爆法施工作业27.3 隧道支护技术第7章 隧道钻爆法施工作业7.1 钻爆开挖7.2 装碴与运输7.4 衬砌结构的防水7.5 工程案例3本节主要内容：装碴运输卸碴47.2 装碴与运输7.2 装碴与运输7.2.1 装碴 出碴是隧道施工基本作业中一项费工费时的作业。在整个循环作业时间中，占有很大的比重，有的可占4050以上，迅速运石碴，可使钻爆作业加快进行，加速了整个循环作业，提高施工进度。 因此，应注意选择适当的装碴机械和足够

2、数量的运输车辆，尽可能的缩短在工作面处的调车时间，并经常保持运输道的良好状态。 装碴运输作业三大环节：装碴、运输和卸碴。 5 1.碴量计算 出碴量应为开挖后的虚碴体积，单循环爆破后石碴量可按下式计算： （m3）式中：R岩体松胀系数，见表78； 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，m ； S开挖断面面积，m2 。7.2.1 装碴6 2.装碴方式 装碴的方式可采用人力装碴或机械装碴。 人力装碴，劳动强度大，速度慢，仅在短隧道缺乏机械或断面小而无法使用机械装碴时才考虑采用。机械装碴速度快，可缩短作业时间， 目前隧道施工中一般都采用机械装碴，但仍需配备少数人工辅助

3、。7.2.1 装碴7 3.装碴机械7.2.1 装碴装碴机械类型扒碴方式轮胎式走行方式轨行式翻斗式蟹爪式挖斗式铲斗式履带式8 3.装碴机械 （1）翻斗式装碴机。又称铲斗后卸式装碴机。它是利用机体前方的铲斗铲起石碴，经机体上方将石碴投入机后的运输车内。该机具有构造简单，操作方便，对洞内无废气污染的特点，但装载宽度一般只有1.72.2m，主要适用于小断面或规模较小的隧道中。 7.2.1 装碴9 3.装碴机械 （2）蟹爪式装碴机。是一种连续装碴机械，在前端装有倾斜受料盘，其上装有一对蟹爪。装碴时全机向前推进，将受料盘插入碴堆，两个蟹爪连续交错扒取石碴，经皮带(或链条)输送机将石碴装入车辆。该类机具多为

4、电动履带式，装碴效率较高。因受蟹爪扒碴限制，岩碴块度较大时，其工作效率显著降低，主要用于块度较小的岩碴和土的装碴作业。7.2.1 装碴10 3.装碴机械 （3）挖斗式装碴机（简称钩机）。这种装碴机是近几年发展起来的较为先进的隧道装碴机。其扒碴机构为自由臂式挖掘反铲，其它同蟹爪式装碴机。7.2.1 装碴11 3.装碴机械 （4）铲斗式装碴机 这种装碴机多采用轮胎走行；也有采用履带走行的。该类装碴机转弯半径小，移动灵活，铲取力强，铲斗容量大，达0.763.8m3，工作能力强，卸碴准确方便，具有装碴效率高，适用性强的特点，通常与大型自卸汽车配套使用。它采用燃油发动机驱动，需配备净化器或加强通风。7.

5、2.1 装碴12 3.装碴机械 （4）铲斗式装碴机 铲斗式装载机适用于大断面隧道施工开挖的装碴作业。因其自配动力，有较大的机动性，在集碴条件不太好的情况下，也可以发挥较大的作用。而且能用来进行清底作业。7.2.1 装碴137.2 装碴与运输 目前我国隧道施工的洞内运输（出碴和进料）普遍采用有轨运输和无轨运输两种方式。 有轨运输：是铺设轻型窄轨线路，用专门的出碴车辆装碴，小型机车牵引，适用于长大（3km以上）及铁路隧道的施工。 无轨运输：多采用自卸汽车运输，适用于全断面、半断面等大断面开挖隧道的出碴运输。7.2.2 运输14 （1）特点 优点：基本上不排出有害气体，对空气污染较轻，设备构造简单，

6、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碴作业等。7.2.2 运输 1.有轨运输15 （2）运输系统的组成 运输车辆：斗车 梭式矿车 槽式列车 牵引机车：电力牵引(电瓶车) 运输轨道：宜采用16kg/m或16kg/m以上的钢轨，轨距一般为600或750mm、双车道。7.2.2 运输 1.有轨运输梭式矿车16177.2.2 运输 1.有轨运输187.2.2 运输 1.有轨运输 （1）特点：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，尤其在长大

7、隧道中使用时，需要有强大的通风设备。7.2.2 运输 2.无轨运输 无轨运输主要是指采用大型自卸汽车运输19 （2）基本要求：运输车辆应选用车身低短、车斗容量大、转弯半径小、车体坚固、轮胎耐磨、配有废气净化装置、并能双向驾驶的自卸汽车，以增加运行中的灵活性，避免洞内回车和减轻对洞内空气的污染。7.2.2 运输 2.无轨运输207.2.2 运输 1.无轨运输217.2 装碴与运输 卸碴工作主要是考虑石碴处理以及卸碴场地的布置。由洞内运出的石碴，一般可考虑三方面的处理： （1）选用合乎强度标准的岩块加工成衬砌混凝土材料的粗骨料； （2）用作路基填方或洞外工作场地填方； （3）弃置于山谷或河滩。 在

8、弃碴场地的选择上，应考虑卸碴方便，不占良田，不堵塞航道，不污染环境。7.2.3 弃碴22237.2.3 弃碴7.3 隧道支护技术第7章 隧道钻爆法施工作业7.1 钻爆开挖7.2 装碴与运输7.4 衬砌结构的防水7.5 工程案例24本节主要内容：临时支护初期支护简介模筑混凝土衬砌257.3 隧道支护技术 隧道支护通常分为临时支护和永久支护。 临时支护（又称支撑）：主要用于解决隧道施工安全问题，在进行永久支护前，临时支护通常予以拆除。 永久支护衬砌结构,被分为初期支护和二期支护(二次衬砌)。 初期支护：在隧道开挖后围岩自稳能力不足的条件下，为保证施工期间洞室的稳定和安全所采取的工程措施，初期支护施

9、作后即成为永久支护的一部分。 二期支护：为了保证隧道在服务年限中的稳定、耐久，以及作为安全储备的工程措施，通常采用素混凝土或钢筋混凝土材料。267.3 隧道支护技术7.3 隧道支护技术7.3.1 临时支护 1木支撑 其型式主要有框架或半框架式支撑、拱形支撑、无腿支撑等。木支撑一般采用圆木。由于需消耗大量木材，且不利于机械化施工，只宜在抢险应急场合使用。277.3.1 临时支护 2.钢支撑 钢支撑具有承载力大，经久耐用，倒用次数多，占用空间小等优点；但一次投资费用高，比木支撑重，装拆不便。一般在围岩压力较大的隧道施工中使用。287.3.1 临时支护 3钢筋混凝土支撑 在煤矿开挖中使用很普遍。其耐

10、久性很好，但构件笨重，受撞击时易折断，运输安装不方便，一般只在隧道施工中的平行导坑、斜井、横洞等辅助坑道中作临时支撑用。 4锚杆支撑及喷射混凝土支撑 锚杆支撑能锚固地层，提高围岩的稳定性，因此与钢木支撑等不同，不是“被动”的支撑。喷射混凝土支撑能及时支护坑道并控制岩体在开挖坑道后的初期变形。锚杆支撑及喷射混凝土支撑或者它们的联合支撑，是隧道临时支护的重要手段之一。29为了有效地约束和控制围岩的变形；增强围岩的稳定性；防止坍方；保证施工和运营作业的安全。 1. 初期支护作用307.3 隧道支护技术7.3.2 初期支护锚杆支护喷射混凝土支护喷射混凝土锚杆联合支护喷射混凝土钢筋网联合支护喷射混凝土与

11、锚杆及钢筋网联合支护喷钢纤维混凝土与锚杆及钢筋网联合支护上述几种类型加设型钢(或钢拱架)而成的联合支护等。（具体设计与施工见第9章） 317.3.2 初期支护 2. 初期支护类型327.3.2 初期支护337.3.2 初期支护超前锚杆长管棚超前支护347.3.2 初期支护管棚施工357.3.2 初期支护钢拱架架设孔用于小导管施工367.3.2 初期支护槽钢支垫锁脚小导管377.3.2 初期支护增强工字钢承载能力措施387.3.2 初期支护 3. 量测结果显示初期支护效果397.3.2 初期支护 4. 初期支护要求注意支护的及时性强锁脚超挖回填密实确保超前支护质量407.3.2 初期支护初期支护

12、不规范案例1417.3.2 初期支护初期支护不规范案例2用片石回填假喷混凝土427.3.2 初期支护初期支护不规范案例3用片石回填437.3.2 初期支护7.3 隧道支护技术 1.混凝土材料的准备 模筑混凝土的材料与级配，应符合隧道衬砌的强度和耐久性要求，同时必须重视其抗冻、抗渗和抗侵蚀性等。 （1）水泥。水泥标号应根据所配制的混凝土标号选定，一般应选用不小于325号的普通硅酸盐水泥。 （2）砂子。应选用坚硬耐久、粒径在5mm以下的天然砂或机制砂。 （3）石子。应为坚硬耐久的碎石、卵石或两者的混合物。颗粒级配为连续级配。7.3.3 模筑混凝土衬砌44 1.混凝土材料的准备 （4）外加剂和混合材

13、。 可根据施工工艺和工程质量要求，在拌制混凝土时适当掺入各种类型的化学外加剂。如早强剂、减水剂、加气剂、防冻剂、密实剂（防水剂）和缓凝剂等。 还可根据施工实际情况，在拌制混凝土时掺入具有胶凝性和填充性的混合材料，以改善混凝土的技术性能，满足施工工艺要求和节省水泥。如硅藻土、硅藻石、火山灰、凝灰岩、粉煤灰、粒化高炉矿渣等。 （5）水。普通混凝土用水的要求与喷射混凝土相同。凡能供饮用的水，均可拌制混凝土。457.3.3 模筑混凝土衬砌 2.模筑衬砌施工准备工作 （1）断面检查。根据隧道中线和水平测量，检查开挖断面是否符合设计要求，欠挖部分按规范要求进行凿除，并作好断面检查记录。7.3.3 模筑混凝

14、土衬砌46 2.模筑衬砌施工准备工作 （2）放线定位。为了保证衬砌不侵入建筑限界，须预留误差量和预留沉落量，并注意曲线地段的加宽。 预留误差量：是考虑放线测量和拱架模板就位等可能存在误差，为保证隧道衬砌净空一般将初衬内轮廓尺寸扩大5cm。 预留沉落量：是考虑未凝混凝土的荷载作用会使拱架模板变形和下沉，后期围岩压力作用和衬砌自重也会使衬砌变形和下沉。7.3.3 模筑混凝土衬砌47 2.模筑衬砌施工准备工作 (3）清除浮碴，整平墙脚基面。墙脚地基应挖至设计标高，并在灌筑前清除虚碴，排除积水，找平支承面。 （4）钢筋绑扎符合规范要求。 (5）拱架模板整备。目前多使用整体移动式模板台车，先在洞外组装并

15、调试好各机构的工作状态，检查好各部尺寸，保证进洞后投入正常使用。每次脱模后应予检修。 (6）立模。根据放线位置，模板台车就位后，应作好各项检查，包括：位置、尺寸、方向、标高、坡度、稳定性等。7.3.3 模筑混凝土衬砌48扎筋要求施工台架绑扎钢筋时定位497.3.3 模筑混凝土衬砌公路模板台车铁路模板台车507.3.3 模筑混凝土衬砌 3. 混凝土的制备与运送 当隧道不太长时，搅拌站可设在洞外，以减少洞内干扰。 隧道较长时，一般应设在洞内，或采用搅拌车运送混凝土。 模筑混凝土灌筑作业机械化：即采用机械化搅拌站、全断面金属模板台车、混凝土泵和输送管道所进行的综合模筑施工作业。517.3.3 模筑混

16、凝土衬砌混凝土搅拌设备及输送设备输送泵527.3.3 模筑混凝土衬砌有轨混凝土输送车537.3.3 模筑混凝土衬砌 4混凝土灌筑施工 （1）保证捣固密实，其应处理好施工缝。 （2）应注意对称灌筑，两侧同时或交替进行，以防止未凝混凝土对拱架模板产生偏压而使衬砌尺寸不合要求。 （3）灌筑应分段进行，其自由倾落高度不宜超过2m。 （4）应分层灌筑，一般为1530cm。 （5）拱脚及墙脚以上1m范围内的超挖，应用同级混凝土进行回填灌筑。其它部位的超挖可用浆砌片石回填密实。 （6）灌筑必须保证其连续性。 （7）灌筑拱圈混凝土时，应从两侧拱脚开始，同时向拱顶分层对称地进行，层面应保持辐射状。 547.3.

17、3 模筑混凝土衬砌 4混凝土灌筑施工55 5. 混凝土的养护与拆模 （1）直边墙混凝土应达到设计强度的25%。 （2）曲边墙和围岩压力不很大的拱圈混凝土需达到设计强度的70%。 （3）围岩压力很大的拱圈要求达到设计强度的100%。 （4）所有养护与拆模工作，都必须遵照有关的规程进行。拆模工作应谨慎从事，防止碰伤边、角、楞面。混凝土衬砌应做到内实、外光、顺直美观。567.3.3 模筑混凝土衬砌 6. 压浆、仰拱和底板 （1）压浆 模筑混凝土施工，由于超挖回填不密实和混凝土坍落度的影响，往往在衬砌背后与围岩之间留有空隙，使衬砌与围岩不密贴，不能很好的控制围岩的进一步变形和水的渗透，这种情况在拱顶背

18、后一定范围内较为明显，因此在多数情况下需要进行压浆工作，以达到限制围岩后期变形，改善衬砌结构受力工作状态的目的。压浆工作宜在与衬砌作业区保持70100m距离范围内，同时向前推进。 一般只在拱顶部位压注单液水泥浆。577.3.3 模筑混凝土衬砌 6. 压浆、仰拱和底板 (2）仰拱和底板 若设计无仰拱，则铺底通常是在开挖完毕且拱墙修筑好后进行，以避免与开挖和拱墙衬砌作业相互干扰。 若设计有仰拱，说明侧压和底压较大，则应及时修筑仰拱使衬砌环向封闭。但仰拱和底板施工占用洞内运输道路，对前方开挖和衬砌作业的出碴、进料造成干扰。 仰拱和底板可以纵向分条、横向分段灌筑。纵向通常可分为左右两部分，交替进行。5

19、87.3.3 模筑混凝土衬砌仰拱施工用栈桥矮边墙施工597.3.3 模筑混凝土衬砌7.3 隧道支护技术第7章 隧道钻爆法施工作业7.1 钻爆开挖7.2 装碴与运输7.4 衬砌结构的防水7.5 工程案例60本节主要内容：防水措施排水措施617.4 衬砌结构的防水7.4 隧道衬砌结构的防水 1.喷射混凝土防水 当围岩有大面积裂隙渗水，且水量、压力较小时，可结合初期支护采用喷射混凝土堵水。 2.塑料防水板防水 塑料板防水层具有优良的防水，耐腐蚀性能，目前在隧道及地下工程中得到了广泛的应用。铺设前应认真检查喷射混凝土表面是否平整圆顺。塑料防水板铺设固定时不能绷得太紧，要预留一定的松弛度，使得在灌筑二次

20、衬砌混凝土时，塑料板能向凹处变形、密贴，不产生过度张拉和破坏。7.4.1 防水措施62防水板（卷材）6364防水板铺设及效果防水板施工防水板施工要求防水板焊缝检查防水板应有一定松驰度657.4.1 防水措施 3.模筑混凝土衬砌防水 （1）混凝土的抗渗标号和抗压强度应满足： 水灰比不得大于0.6； 水泥用量不得少于280kg/m3； 砂率应适当提高，并不得低于35%。 （2）在衬砌混凝土中加入适量的防水剂。7.4.1 防水措施66 3.模筑混凝土衬砌防水 （3）施工缝、沉降缝及伸缩缝采用中埋式塑料或橡胶止水带，或采用背贴式塑料止水带止水。7.4.1 防水措施67 中埋式橡胶止水带68防水板施工缝

21、止水带697.4.1 防水措施7.4 隧道衬砌结构的防水 4.涂料防水 是在隧道内表面喷涂或涂刷防水涂料，如乳化沥青，环氧焦油等，使在隧道内表面形成不透水的薄膜。涂料防水在地下工程结构中已得到应用，但在一般山岭隧道中，应用还不广泛。 5.防水砂浆抹面 是在普通水泥砂浆中掺加各种防水剂，以提高抹面的防水性能。防水砂浆是一种刚性防水层，在隧道内产生较大变形的部位，不能使用。 6.注浆堵水7.4.1 防水措施707.4 隧道衬砌结构的防水 (1)作用： 在衬砌与围岩之间提供过水通道，并使之汇入泄水孔。 (2)类型： 弹簧软管盲沟。用10号铁丝缠成直径58cm的圆柱形弹簧。 化学纤维渗滤布盲沟。以结构

22、疏松的化学纤维布作为水的渗流通道。7.4.2 排水措施 1.盲沟71 喷射混凝土时不要把盲沟冲击损伤或冲掉，并尽可能将其压牢或覆盖； 模筑衬砌混凝土时，应注意不使水泥砂浆进入盲沟内，以免阻塞渗水通道； 要将盲沟接入泄水孔。7.4.2 排水措施 1.盲沟72 (3)施做：施作盲沟时，应注意： 安装时，应将盲沟与岩壁尽量密贴固定；弹簧软管环向盲沟 是设于衬砌边墙下部的出水孔道，将盲沟流出的水直接泄入隧洞内的纵向排水沟。施作有两种方法： （1）在立边墙模板时，就安设泄水管，并特别注意使其里端与盲沟接通。主要用于水量较大时。 （2）当水量较小时，则可以待模筑边墙混凝土拆模后，再根据记录的盲沟位置钻泄水

23、孔。 2.泄水孔 3. 排水沟 承接泄水孔泄出的水，并将其排出隧道。排水沟的施作，通常是与仰拱混凝土或底板混凝土同时模筑，以保证水沟的整体性。737.4.2 排水措施747.4.2 排水措施757.4.2 排水措施排水系统767.4.2 排水措施7.3 隧道支护技术第7章 隧道钻爆法施工作业7.1 钻爆开挖7.2 装碴与运输7.4 衬砌结构的防水7.5 工程案例777.5 工程案例787.5.1 案例一：软弱围岩支护工程案例 1. 工程概况 梁家院子隧道位于湖南省吉怀高速怀化市城郊，隧道全长980m。 工程地质条件：主要为侏罗系上统地层粉砂质泥岩夹砂岩及砾岩及二叠系下统地层灰岩夹白云岩及炭质灰岩，两种地层整体上呈不整合接触。由于受古岩溶及断层的影响，岩面起伏较大，岩面附近溶沟发育，溶沟内充填软塑状粘性土，无统一的交界面。 隧道设计标高在260274m之间，位于两套地层结合部位，围岩含水率高，软弱程度大。7.5.1 案例一：软弱围岩支护工程加强超前支护及锁脚；确保核心土大小；严格控制台阶长度；严格控制初期支护成环时间，控制在1012天；非常软弱段增加临时仰拱；土夹石地段搞好控制爆破。 2.主要工艺措施7.5.1 案例一：软弱