隧道工程-第6章 隧道施工方法2

1、隧 道 工 程第6章 隧道施工方法（二）16.1 概述6.2 矿山法施工方法6.3 洞口段与明洞施工方法6.4 辅助施工措施第6章 隧道施工方法6.5 特殊地段的隧道施工2本节主要内容：超前锚杆超前小导管注浆管棚预注浆加固地层洞口地表锚喷预加固6.4 辅助施工措施3 辅助施工措施的含义： 在钻爆法施工过程中，隧道随时可能会遇到开挖工作面不能自稳，或地表沉陷过大的情况，为了确保隧道工程顺利进行和施工安全，必须采取一定的工程措施对地层进行预支护或预加固，称之为辅助施工措施。 即：开挖前对地层进行预支护或预加固6.4 辅助施工措施46.4 辅助施工措施预支护辅助施工措施预加固预支护兼预加固：超前小导

2、管注浆预留核心土超前锚杆管 棚地层注浆地表锚杆加固辅助施工措施的类型5 1.施工要点 在开挖掘进之前，在开挖面的拱部一定范围内，沿隧道断面的周边，向地层内打入一排纵向锚杆(或小钢管)，通过锚杆对围岩的加固作用，形成超前于工作面的围岩加固棚，在此棚的保护下进行开挖。 开挖一个进尺后，再打入一排纵向锚杆，再掘进，如此往复推进。 6.4 辅助施工措施6.4.1 超前锚杆61.特 点：形成超前于工作面的围岩加固棚。2.适用于：软弱破碎地层。6.4.1 超前锚杆7超前锚杆6.4.1 超前锚杆8表6-3 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

3、插角锚杆小钢管20253235305051051018224060注：外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角； 锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑； 中空锚杆目前的最小直径为25mm。6.4.1 超前锚杆4.设计参数9 1.施工要点 在开挖掘进前，先用喷射混凝土将开挖面和5m范围内的坑道封闭，然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管。由上而下地向小导管内压浆，浆液即由导管渗透到地层中，待浆液硬化厚，即在坑道周围形成一个加固了的岩石圈。在此圈防护下即可安全地进行开挖。 2.特 点：预支护+预加固，支护效果强于超前锚杆 3.适用于：软弱破碎地层6.4 辅助施工措施6.4.2 超前小导

4、管注浆106.4.2 超前小导管注浆11小导管6.4.2 超前小导管注浆12小导管6.4.2 超前小导管注浆13 4.小导管构造 3842mm无缝钢管，单根长35m， 管壁注浆孔，孔径68mm，孔距1520cm。6.4.2 超前小导管注浆14 注浆材料水泥浆，或水泥水玻璃浆； 注浆压力0.51.0MPa。 单根导管浆液扩散半径，按下式计算： b-导管中至中间距. 单根导管注浆量： l导管长度，m； n 围岩空隙率，% 。 注浆效果检查：取岩芯，达设计要求后才能进行开挖。 5.小导管设计注意事项：6.4.2 超前小导管注浆15小导管钢拱架 6.4.2 超前小导管注浆166.4.2 超前小导管注浆

5、格栅钢架 小导管17 1.管棚的概念 当隧道位于松软地层中；或遇到塌方，需要从塌方体中穿过；或浅埋隧道，要求限制地表沉陷量；或在很差的洞口地质条件下进洞时，在开挖掘进前，沿坑道上半断面的轮廓线外周边，用大型水平钻机和较小的外插角，打出一排大直径的钢管，并向钢管孔内压入混凝土或设置钢筋笼，注入水泥砂浆。于是在地层建立起一个临时承载棚，在其防护下即可进行隧道的断面开挖。6.4 辅助施工措施6.4.3 管棚186.4.3 管棚19 2.管棚的特点 优点：由于管径较粗，故管棚的承载能力比超前小导管要大，在所有的预支护措施中，它是支护能力最强大的。 缺点：其施工技术也较复杂，造价较高。 6.4.3 管棚

6、203.施作要点(1)单根长46m，总长可至数十米。(2)一环管棚长度一般不小于10m。(3)可向管内注入水泥砂浆，以增加其刚度。(4)钢管的尾部需架设在钢拱架上，并焊死。(5)相邻两榀钢拱架间以拉筋相连。(6)与岩壁之间，环向每隔2m应用楔子楔紧。6.4.3 管棚216.4.3 管棚 (1) 沿隧道开挖工作面的拱部，呈扇形地向地层中钻一排孔眼，其直径比钢管管径大2030cm，钻孔外插角约为12，孔眼间距约30cm50cm。 (2) 采用外径为70180mm的热轧无缝钢管，单根长为46m，将钢管插入钻孔内形成管棚 . (3) 钢管管壁上须留注浆孔，孔径为1016mm,孔眼间距为100200mm

7、，呈梅花形布置。 (4) 管棚长度一般不小于10m，视围岩条件的需要，可以将管子接长，前后两段管子之间用丝扣连接或焊接，连接的长度为1045m；3.施工工艺222324254.单根钢管构造6.4.3 管棚管径粗(外径为70180mm) 26 在开挖之前，先往地层中注浆以加固围岩，使得开挖能够安全稳妥地进行，称之为预注浆加固地层。 1.注浆方法 (1)渗入性注浆: 在注浆进程中，浆液充填地层中被排出的空气和水的空隙，胶凝成固结体，以提高地层的稳定性和强度。 (2)劈裂性注浆: 在注浆过程中，浆液周围的土体在注浆压力的作用下被劈裂，形成裂缝，通过土体中形成的浆液脉状固结作用来增强土体内的总压力，以

8、提高其强度和稳定性6.4 辅助施工措施6.4.4 预注浆加固地层27 (3)压密性注浆: 将浓稠的浆液注入土层中，使土体形成浆泡，向周围土层加压使其得到加固。 (4)高压喷灌注浆: 在高压作用下，高速浆液流从管底部的特殊喷嘴中喷射而出，与伴随着的高速气流一起促使土粒在冲击力、离心力及重力作用下，随注浆管的向上提起与浆液混合形成柱状固结体，以达到加固目的。6.4.4 预注浆加固地层282.注浆设备(1) 钻机(2) 注浆管6.4.4 预注浆加固地层293.隧道注浆方法（1）洞内超前小导管注浆(见前)（2）洞内超前长导管注浆，下图6.4.4 预注浆加固地层306.4.4 预注浆加固地层洞内超前小导

9、管注浆31（3）地表注浆,下图b（4）由平导内向正洞周围注浆，下图c 而采用得最多的仍是超前小导管注浆6.4.4 预注浆加固地层3.隧道注浆方法326.4.4 预注浆加固地层4.注浆材料336.4.4 预注浆加固地层4.注浆工艺（1）单液注浆工艺346.4.4 预注浆加固地层4.注浆工艺（2）双液注浆工艺35 5.注浆数量控制 （1）现场注浆试验； （2）公式计算作参考： 注浆总数量 式中： 地层充填率。 A注浆范围岩的体积； n围岩空隙率； 浆液充填系数，一般取0.70.9； 注浆材料损耗系数，通常在0.1左右。6.4.4 预注浆加固地层36 在浅埋洞口地段，由于覆盖层较薄，可能会形成边挖边

10、塌的局面，使得进洞困难；在偏压洞口段，往往一侧边坡开挖过高，形成不稳定边坡，危及施工和运营。在这样的情况下，采用地表锚喷加固是比较合适的。 通过对地表的预加固，可以使进洞顺利，也可以为改变坡率创造条件，使得较高一侧的边坡降低开挖高度。 6.4 辅助施工措施6.4.5 洞口地表锚喷预加固目 的：稳定边仰坡。适用于：覆盖层薄或高大边仰坡。37 1.地表锚喷预加固类型与加固方法 （1）洞边仰坡网、锚、喷地表网锚喷6.4.5 洞口地表锚喷预加固38（2）洞门上方陡坎加固6.4.5 洞口地表锚喷预加固 1.地表锚喷预加固类型与加固方法39 2.锚杆加固范围： 经验方法：加固宽度B(12)b，b为开挖宽度

11、； 加固长度为浅埋段长度。6.4.5 洞口地表锚喷预加固 破裂面估算法： 用浅埋隧道围岩松动压力计算方法（第4章）计算破裂角。40 (1)喷层厚：510cm； (2)锚杆直径:1622cm，长度36m，间距12m； (3)钢筋网：用A3钢筋，直径68mm，编扎成 40cm40cm的网格，焊接于锚杆地表出露端。 (4)在洞门一定范围内，宜尽量将地表锚杆插入拱 部衬砌中。3.地表锚喷加固经验参数6.4.5 洞口地表锚喷预加固416.1 概述6.2 矿山法施工方法6.3 洞口段与明洞施工方法6.4 辅助施工措施第6章 隧道施工方法6.5 特殊地段的隧道施工42 特殊地质地段 是指：膨胀土、软弱黄土、

12、溶洞、断层、流沙、岩爆，瓦斯地层等不良地质地段。 施工注意: 制订针对性强的施工方案。 施工总原则： “先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”。 充分考虑采用预支护、预加固措施。6.5 特殊地段的隧道施工43本节主要内容：膨胀性围岩黄土溶洞岩爆高地温瓦斯地层坍方6.5 特殊地段的隧道施工44 1.膨胀土围岩的特性 （1）膨胀土成分： 主要由蒙脱石等亲水性矿物组成。 （2）特点： 明显的塑性流变特性，开挖后塑性 变形大。 初期围岩变形大，且变形发展速度快。 膨胀压力将使得围岩压力显著增加。6.5 特殊地段的隧道施工6.5.1 膨胀性围岩452. 膨胀土围岩对隧道施工的危害 围

13、岩裂缝 隧道下沉 围岩鼓出(包括底鼓)、坍塌 衬砌变形和破坏 加强观察与量测 合理选择施工方法：短台阶或超短台阶法 单侧壁导坑法 环形开挖留核心土法 眼镜工法等6.5.1 膨胀性围岩3. 隧道在膨胀土围岩中的施工要点464. 隧道在膨胀土围岩中的基本施工原则（1）施工基本原则： 应尽量减少对围岩的扰动和防止水的浸湿。（2）注意两点： 尽量不用爆破，而是采用风镐、液压镐等开挖机械。 尽可能缩短围岩暴露时间，及时支护。6.5.1 膨胀性围岩（1）初期支护：网、锚、喷联合支护 喷射钢纤维混凝土(取消钢筋网)（2）辅助施工措施：如前节所述 （3）衬砌：必须设仰拱。5. 膨胀土隧道的支护结构471.黄土

14、地层对隧道施工的影响 黄土节理 在隧道开挖时，土体顺着节 理张松或剪断。 隧道顶部极易产生“塌顶”； 侧壁普遍出现掉土。6.5 特殊地段的隧道施工6.5.2 黄土486.5.2 黄土 黄土冲沟地段 隧道沿黄土冲沟或塬边(四边陡、顶上平的黄土高地)地段穿过，且覆盖较薄或偏压较大时，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。 49 黄土溶洞与陷穴 这是黄土地区经常见到的现象。 隧道若在其上方，则有基础下沉的危害； 隧道若在其下方，常有发生冒顶的危险； 隧道若在其邻侧，则有可能承受偏压。6.5.2 黄土 水对黄土隧道施工的影响黄土在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可顺利 进行。但当土受水浸湿后则呈不同程度的湿陷

15、性， 会突然发生下沉现象，极容易造成隧道坍塌。502.黄土隧道的施工方法 施工原则： “短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”。 开挖方法： 短、超短台阶法、环形开挖留核心法。6.5.2 黄土51 岩溶：可溶性岩层，如石灰岩、白云岩等，在水的作用下产生沟槽、空洞以及地表陷穴等现象。 溶洞：溶洞是岩溶现象的一种。 1.溶洞的类型及其对隧道施工的影响 溶洞类型： 死、干、小型溶洞：较容易处理 活、湿、大型溶洞：较难处理 6.5 特殊地段的隧道施工6.5.3 溶洞52深切河谷大型溶洞暗河流水53对隧道施工影响： 溶洞岩质破碎，容易发生坍塌； 溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底 难

16、于处理； 溶洞涌泥危及施工。 2. 隧道遇到溶洞时的工程对策 处理溶洞的方法：“引、堵、越、绕”四种。6.5.3 溶洞1. 溶洞的类型及其对隧道施工的影响54典型隧道地质灾害某隧道2006年11月发生大型突水事故宜万铁路马鹿箐隧道突水1.溶洞的类型及其对隧道施工的影响6.5.2 溶洞55典型隧道地质灾害沪蓉西公路龙潭隧道 发生塌方、涌泥事故1.溶洞的类型及其对隧道施工的影响6.5.3 溶洞56 引 注意：遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。 方法：暗管、涵管或小桥等，见图6-19。 堵 对象：已停止发育、跨径较小，无水的溶洞。 方法： 混凝土、浆砌或干砌片石回填封闭，见图6-20； 隧顶溶洞，

17、锚喷加固，必要时注浆加固与堵水， 并加设隧道护拱及拱顶回填，见 图6-21。6.5.3 溶洞 2. 隧道遇到溶洞时的工程对策576.5.3 溶洞58 越 现象1： 隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。 方法：加深该侧的边墙基础(图6-22)。 现象2：隧道底部遇有较大溶洞并有流水。 方法：在隧底以下砌筑圬工承重墙，跨越而过，承重墙内套设涵管引排溶洞水(图6-23)。 现象3：隧道边墙部位遇到较大、较深的溶洞，加深边墙基础困难。 方法：在边墙下或隧底以下筑拱跨过(图6-24)。 6.5.3 溶洞596.5.3 溶洞60 绕 若溶洞处理耗时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续隧道前方的施工,同时处理溶洞。 3

18、. 溶洞地段施工的注意事项 多作物探超前预报，如地质雷达。 穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危石。 严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动。6.5.3 溶洞61复合地基隧底结构 桩基承台隧底结构4.工程实例62 “+629”溶洞处理典型横断面图 排水支洞控制排放情况4.工程实例63 双层框架结构4.工程实例64不对称拱形结构 4.工程实例65 1.岩爆的概念 岩体中聚集的高弹性应变能因隧道开挖而发生的一种应力释放现象。 2.岩爆形成的两个条件 (1)地层的岩性条件。结构基本完整的脆硬岩地层。多见于石英岩、花岗岩、正长岩、闪长岩、花岗闪长岩、大理岩、片麻岩等。 (2)地应力条件。只有埋深大的隧道才

19、足以形成高地应力，埋深超过700m的隧道发生岩爆的情况居多。6.5 特殊地段的隧道施工6.5.4 岩爆663.隧道内岩爆的特点 岩爆在发生前并无明显预兆，总是突然发生。 岩爆时，岩块自洞壁迸射而出，块度从几厘米到几十厘米不等，甚至上吨重岩石从拱部弹落。 岩爆多发生在新开挖工作面及其附近。 危险性：伤害人员、损坏机械！6.5.4 岩爆672. 岩爆的防治措施 强化围岩 出发点：给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态从平面转向三维。 方法：锚喷加固、网锚喷联合、钢支撑网喷联合、注浆等。6.5.4 岩爆683.施工注意事项 超前地质预报：平导超前、地质雷达等。 爆破方法：尽量采用能预先释放地应力的方

20、法，如预裂爆破、切缝法等。 缩短爆破进尺：尽快闭合支护。6.5.4 岩爆69 弱化围岩 往岩层中注水：可改变岩石的物理力学性质，降低岩石的脆性和储存能量的能力。 解除围岩中的高地应力：预裂爆破、排孔法、切缝法等。可消减围岩中的能量。 1.高地温的热源 火山热的热源 放射性元素裂变热的热源 2. 隧道施工注意事项及措施 事项1：洞内温度应满足相关规定，不要超过30。 措施： 主要措施为通风和洒水。 事项2：注意工人的劳动强度。 措施：根据隧道内的高温程度，合理确定劳动工时。6.5 特殊地段的隧道施工6.5.5 高地温70事项2：防止高温地段的二衬开裂。 措施： (1)宜采用高炉矿碴水泥(分离粉碎

21、型水泥)。 (2)用防水板和无纺布，将二衬与喷层隔离，可使二衬的收缩不受约束。 (3)在防水板和二衬之间设置隔热材料，有助于隔断围岩热量。 (4)适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度。6.5.5 高地温71 1.瓦斯的基本性质 无色、无臭、无味的气体，极易使人窒息死亡。 比重仅为空气的一半，扩散速度比空气大1.6倍，很容易透过围岩裂隙渗入隧道 不能自燃，但极易燃烧。6.5 特殊地段的隧道施工6.5.6 瓦斯地层 2. 瓦斯的燃烧和爆炸性 浓度小于5%遇火源时，瓦斯只在火源附近燃烧而不爆炸； 浓度在5%6%到14%16%时，遇到火源具有爆炸性； 浓度大于14%16%时，遇火能平静地燃烧,一般不爆炸； 瓦

22、斯燃烧时，一旦遇到障碍而受压缩，就会形成爆炸。723.瓦斯释放的方式 （1）施工阶段 1)瓦斯的渗出：缓慢地、均匀地、不停地从煤系岩层的暴露面或裂隙中渗出。 2)瓦斯的喷出：比渗出强烈，通常有较大的响声和压力。 3)瓦斯的突出：在短时间内，突然喷出大量瓦斯，有巨大轰响，并夹有煤块或岩石。 以第1)种放出的瓦斯量为最大，因其最不易被人发觉。 （2）运营阶段 地层中的瓦斯主要通过衬砌本体的细微裂隙和施工缝等通道渗入隧道内。6.5.6 瓦斯地层734.隧道防止瓦斯事故的措施 (1)制订瓦斯稀释、防爆、紧急救援措施。 (2)应尽快闭合衬砌，故以全断面法或台阶法为优。 (3)加强通风是防止瓦斯爆炸最有效的措施。 (4)洞内瓦斯浓度必须控制在允许值。 (5)当通风难以稀释到安全标准时，可使用超前周边全封闭预注浆。 (6)必须采用防爆设备施工，如防爆电器设备、防瓦斯爆破器材等。 (7)专人监测瓦斯含量、严禁明火、制度严明。6.5.6 瓦斯地层74 1.发生坍方的主要原因 （1） 不良地质及水文地质条件 （2） 隧道设计考虑不周6.5 特殊地段的隧道施工6.5.7 坍方75 （3）施工方法和措施不当 1)施工方法与地质条件不相适应； 2)喷锚支护不及时，围岩暴露时