钻爆法隧道施工关键技术

钻爆法隧道道施工关键键技术地下工程系系刘勇勇刘勇勇博士，石家家庄铁道大大学土木工工程学院地地下工程系系教授，硕士士生导师电电话Q：1366050542

Email：liuyong36262@163.com内容安排概述隧道开挖方法隧道施工工艺力学特征一、大断面面隧道力学学特征和施施工特点(1)开挖后，隧隧道周边围围岩出现更更大范围的的塑性区和和更大变形形，围岩自自稳所要求求的围岩强强度更高。。(2)隧道拱脚和和边墙脚处处的应力集集中更严重重，要求有有更高的围围岩强度或或更好的地地基承载力力。(3)隧道拱顶更更不稳定，，拱顶围岩岩存在拉应应力区，拱拱顶岩块崩崩塌的可能能性更大。。(4)产生拱作用用要求的埋埋深更深，，浅埋隧道道的埋深范范围更大，，浅埋隧道道的松弛压压力更大，，浅埋隧道道的辅助施施工措施要要求更强。。施工特点(1)除围岩的整整体性外，，围岩自身身强度对客客运专线大大断面隧道道施工方法法的确定、、隧道的稳稳定与安全全有较大影影响。(2)紧支护、勤勤量测更为为重要。(3)对于洞口段段、浅埋段段、偏压段段、破碎带带、堆积体体、黄土隧隧道应坚持持“断面化大为为小、短进进尺、弱爆爆破、强支支护、勤量量测、早封封闭、衬砌砌紧跟”的原则。隧道工程特特点隧道工程全全部为隐蔽工程，工程地质质和水文十十分重要，，甚至起决决定性的作作用；隧道施工工作面少(正常情况下下只有进、、出口两个个工作面)，工期较长长；隧道施工环境差差，采取有效效措施加以以改善；工程施工不不受季节变变换及气候候变化的影影响；施工工地一一般都位于于偏远的深深山狭谷之之中，往往往远离既有有交通线，，运输不便便，供应困困难；隧道埋设于于地下，一一旦建成就就难以更改改，所以，，除了事先先必须审慎慎规划和设设计外，施施工中还要要做到不留留后患。地形、地质质的特殊性性是否有限制制条件必要时与辅辅助工法配配合要尽量采用用能避免围围岩松弛的的施工方法法尽量使支护护及早封闭闭，避免多多次扰动围围岩，控制制初期支护护位移、变变形施工组织的的统一协调调，在同一一隧道中尽尽量减少工工法的频繁繁转换尽量采用机机械化施工工，提高作作业效率，，加快施工工进度二、选择施施工方法的的注意事项项三、隧道工工程施工流程及施工工要点隧道工程施施工流程施工准备—明洞、洞口口工程—隧道开挖（监控量量测）—一次支护（（监控量测）—防排水—二次衬砌—附属设施—工程竣工验验收隧道工程施施工要点隧道工程的的施工要点点，归纳起起来就是保护围岩内实外美重视环境动态施工“保护围岩岩”：一层层含义是不不损伤围岩岩或少损伤伤遗留围岩岩的固有支支护能力，，这可以通通过采用机机械开挖技技术和控制制爆破技术术予以解决决；另一层层含义是通通过各种手手段和方法法，如采用用支护技术术、加固或或预加固技技术以及各各种辅助施施工技术增增强围岩的的自支护能力力。隧道工程施施工要点“内实外美””，关键是是内实。而而内实的关关键就是要要做到“四四密实”，，即混凝土密实实、喷混凝凝土密实、、喷混凝土土与围岩密密实（贴））、二次衬衬砌与初期期支护密实实（贴）。这牵涉到到混凝土、、喷混凝土土、回填、、支护接触触等技术。。新奥法的基基本原则是是采用合理理的支护手手段，发挥挥围岩和支支护系统的的共同作用，而这种共共同作用只只有与围岩岩同支护系系统紧密贴合时才能被充充分利用。。因此，必必须进一步步控制光面面爆破的效效果，避免免过多的超超挖或侵限限，喷射混混凝土表面面尽可能平平整。为保保证二衬和和初衬之间间的密贴，，在挂设防防水板时必必须保证有有一定的松弛度，这样才能能保证衬砌砌混凝土浇浇筑到顶时时能够与初初衬拱顶密密贴。如果果防水板敷敷设不好，，在拱顶会会限制混凝凝土造成二二次衬砌拱拱顶出现空空洞。隧道工程施施工要点“重视环境””也有两层层含义：一一层含义是是指内部环境，即施工作作业环境（（主要是指指施工通风风、集尘技技术、减少少回弹技术术），另一一层含义是是对外部环境，即对周边边环境的影影响。“动态施工工”是指隧隧道施工过过程中的地地质条件是是不断变化化，其力学学状态也是是不断变化化的，因此此，施工过过程就不可可能是一成成不变的。。隧道工程施施工应遵循循的原则（1）因为围岩是隧道道的主要承承载单元，所以要在在施工中充充分保护和和爱护围岩岩。（2）为了充分分发挥围岩岩的结构作作用，应允许围岩岩有可控制制的变形。。（3）变形的控控制主要是是通过支护阻力（即各种支支护结构））的效应达达到的，加加强初期支护施工质量控控制势在必必行。（4）在施工中中，必需进进行实地监监控量测，，及时提出出可靠的、、足够数量量的量测信信息，以指导施工和和设计。隧道工程施施工应遵循循的原则（5）在选择支支护手段时时，一般应应选择能大面积的、、牢固的与与围岩紧密密接触的、、能及时实实施和应变变能力强的的支护手段段。（6）隧道施工工过程是围围岩力学状状态不断变变化的过程程。（7）在任何情情况下，使使隧道断面面能在较短时间内内闭合是极为重要要的。（8）为保证二二次衬砌的的质量和整整体性，在任何情况况下，都宜宜采用先墙墙后拱的施施工顺序。（9）在隧道施施工过程中中，必需建建立“施工图设设计—地质核对—施工检验—量测反馈—参数修正””的一体化的的施工管理理系统，以以不断的提提高和完善善隧道施工工技术。四、洞口工程隧道施工的的洞口地段段，是指隧隧道进口(或出口)附近对隧道道施工有影影响的地段段，该地段段通常因地地质地形复复杂需要做做特殊处理理。(一)洞口地段的的一般概念念在场地清理理作施工准准备时，应应先清理洞洞口上方及及侧方有可可能滑塌的的表土、灌灌木及山坡坡危石等。。洞口施工宜宜避开雨季季和融雪期期。洞口部分圬圬工基础必必须置于稳稳固的地基基上。洞门拱墙应应与洞内相相邻的拱墙墙衬砌同时时施工连接接成整体，，确保拱墙墙连接良好好。洞口段洞身身施工时，，应根据地地质条件、、地表沉陷陷控制以及及保障施工工安全等因因素选择开开挖方法和和支护方式式。洞门完成后后，洞门以以上仰坡脚脚受破坏处处，应及时时处理。(二)洞口地段施施工注意事事项(三)洞口地段地地层的加固固措施洞口位于软软弱土层地地带，如第第四季的冲冲（洪）积积层、残积积层及人工工填土等，，采用高压压旋喷法、、深层搅拌拌法、抗滑滑桩、钢管管桩等加固固地层为堆积积层、断层层破碎带、、砂砾土、、砂土时采采用地面注注水泥浆或或超细水泥泥预加固有地下水地地段，临时时止水注浆浆可采用水水泥-水玻璃双浆浆液(四)明洞及洞门门施工注意意事项明洞混凝土土的灌筑应应设挡头板板、外模和和支架，明明洞混凝土土应整体浇浇筑拱圈混凝土土的灌筑强强度达到设设计强度等等级的100％，且拱顶顶回填土高高度达到0.7m时方可拆除除明洞拱架架端、翼墙模模板及支架架拆除时，，混凝土强强度必须符符合设计要要求。设计计无要求时时，混凝土土强度必须须达到设计计强度等级级的100％，非承重重模板拆除除时混凝土土强度不得得低于8MPa五、超前地质预预测、预报报施工阶段应应将地质预预测、预报报纳入正常常施工的工工序中(一)概述广义定义根据隧道洞洞内外地质质调查、掌掌子面素描描及隧道开开挖揭示的的洞身围岩岩条件的变变化趋势、、洞内外构构造相关分分析结果，，或运用地地球物理探探测手段对对隧道施工工掌子面进进行探测，，运用各学学科知识，，结合预报报人员的经经验，对隧隧道工程可可能遇到的的各种不良良地质体及及因此可能能发生的地地质灾害的的性质、分分布位置、、规模的判判断和预报报，并根据据判断和预预报结果提提出相应的的预防和处处理措施。。定义包括三个阶阶段的预报报工程可行性性研究阶段段的预报工程勘察设设计阶段的的预报工程施工阶阶段的超前前地质预报报涌水量及涌涌水水压的的预测预报报是地质超超前预报的的重要内容容之一狭义定义施工期超前前地质预报报开展地质预预报的必要要性勘测设计阶阶段的地质质工作量投投入有限勘测设计阶阶段的地质质预估预评评价是对隧隧道所处地地质背景的的宏观把握握，不可能能对复杂的的地质情况况作出微观观的把握复杂长隧道道的地质变变化对施工工方法及工工期有决定定性的影响响人为作用引引起地质的的变化只有有在施工期期才有所体体现施工期对地地质的要求求更高地质超前预预报的主要要内容断层及断层层影响带的的位置、规规模及其性性质软弱夹层的的位置、规规模及其性性质岩溶的位置置、规模及及其性质不同岩性、、围岩级别别变化界面面的位置工程地质灾灾害可能发发生的位置置和规模含水构造的的位置、规规模及其性性质地质法超前前地质预报报相关关系法法趋势外推法法断层参数法法主要依据：：隧道洞内外外地质调查查结果和隧隧道施工期期掌子面的的地质条件件调查结果果相关关系法法：通过地质作作图及构造造相关性分分析，由地地面构造产产状推测其其在地下隧隧道穿越深深度位置的的出露位置置。趋势外推法法：由掌子面的的岩体结构构面产状及及发育状况况、岩体破破碎程度、、岩石的变变质程度等等变化特征征推测掌子子面前方一一定距离处处可能出现现的构造及及其性质(二)不良地质体体超前预报报方法洞内地质调查地表地质调查掌子面素描趋势分析构造相关性分析地质预报地质法超前前地质预报报有牢固的理理论基础不占用或极极少占用施施工时间适用性强成本低优点数据有限有一定的误误差缺点超前水平钻钻孔法主要依据：：钻进速度、、岩芯采样样率、钻孔孔岩芯鉴定定和必要的的强度试验验预报内容：：岩层的展布布、地层岩岩石的软硬硬程度、岩岩体完整性性、断层空空洞的分布布位置。判定方法：：钻进速度：：硬岩速度低低，软岩速速度高，裂裂隙发育及及断层破碎碎带容易卡卡钻。岩芯采取率率：采取率低，，岩石破碎碎；采取率率高，岩石石完整。强度判定：：点荷载法超前水平钻钻孔法优点：设备简单，，施工方便便，不仅可可以探测不不良地质，，还可以探探水缺点：速度慢占用循环时时间可能造成灾灾害具有局限性性长距离钻探探较困难超前导坑法法洞内地质调查掌子面素描超前水平导坑或隧道随底平面地质展示图超前平行导坑或隧道与施工隧道之间关系推测施工隧道可能遇到的地质条件波反射法利用声波、、超声波、、地震波及及电磁波在在地层中传传播、反射射，通过信信号采集系系统接受反反射信号，，判译隧道道掌子面前前方反射界界面距隧道道掌子面的的距离常用的有：：TSP、地质雷达达、HSP声波反射、、地震波反反射地震反射(负视速度)法水平声波剖剖面法(HSP)水平声波剖剖面法(HSP)地质雷达法法利用电磁波波在隧道掌掌子面前方方地层中传传播、反射射，原理，，根据测到到的反射脉脉冲波走时时计算反射射界面距隧隧道施工掌掌子面的距距离。主要用于溶溶洞洞穴、、含水带和和破碎带的的探测预报报目前分辨率率最高的地地球物理方方法，但由由于预报距距离短，易易受隧道洞洞内机器、、管线的干干扰TSP法陆地声纳法法采用十字剖剖面测线布布置，用锤锤击、爆炸炸、电火花花作为震源源，用工程程地震仪和和压电式高高频检波器器采集宽频频反射波信信号，用分分段带通滤滤波方法处处理提取不不同频率信信号，计算算反射界面面的空间位位置，预报报隧道施工工掌子面前前方不良地地质体的位位置。声波透射法法及CT层析成像法法地震波反射射层析成像像法以爆破为主主导的施工工方法全断面法下导洞超前前法台阶法中隔壁法交叉中隔壁壁法双侧壁导坑坑法以机械开挖挖为主导的的施工方法法掘进机法盾构法铣挖法爆破与机械械开挖相结结合的施工工方法TBM导坑超前扩扩挖法六、隧隧道常用施施工方方法隧道钻钻爆法法施工工开挖挖常用用的方方法有有全断断面法法、台台阶法法、CD法、CRD法、双双侧壁壁导坑坑法。。从工程程造价价和施施工速速度考考虑，，施工工方法法选择择顺序序应为为：全全断面面法→→正台台阶法法→台台阶设设临时时仰拱拱→CD法→CRD法→双双侧壁壁导坑坑法。。从施工工安全全考虑虑，顺顺序正正好反反过来来。如如何选选择合合适的的开挖挖方法法，应应根据据实际际情况况综合合考虑虑，在在工程程造价价、施施工进进度、、施工工安全全等各各方面面求得得平衡衡。(一)钻爆法法各种开开挖方方法比比较1、全断断面开开挖法法全断面面开挖挖法就就是按按照设设计轮轮廓一一次爆爆破成成形，，然后后修建建衬砌砌的施施工方方法。。适用条条件(1)两车道道隧道道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩岩(2)三车道道隧道道Ⅰ、Ⅱ级围岩岩(3)地下水水状态态：干干燥或或潮湿湿采用全全断面面法开开挖应应慎重重循环进进尺宜宜控制制在3.0~4.0m2、下导导洞超超前法法①②①②技术指指标(1)下导洞洞超前前5~10m(2)下导洞洞循环环进尺尺2~3m优点(1)下导洞洞起到到超前前地质质预报报作用用(2)降低地地下水水位(3)便于大大型机机械出出碴(4)临空面面大，，对围围岩扰扰动小小适用条条件(1)两车道道隧道道Ⅲ、Ⅳ级围岩岩(2)三车道道隧道道Ⅱ、Ⅲ级围岩岩(3)地下水水状态态：有有渗水水或股股水3、台阶阶法所谓台台阶法法施工工就是是将结结构断断面分分成两两个或或几个个部分分，且且分成成上下下两断断面或或几个个作业业面，，分步步开挖挖。适用条条件(1)两车道道隧道道Ⅲ、Ⅳ级围岩岩(2)三车道道隧道道Ⅲ级围岩岩(3)地下水水状态态：干干燥或或潮湿湿各国隧隧道施施工实实践证证明，，台阶阶法已已成为为大断断面隧隧道施施工的的主流流施工工方法法。台阶法开挖优优缺点：(1)灵活多变，适适用性强。凡凡是软弱围岩岩地层，均可可采用台阶法法，是各种不不同开挖方法法中的基本方方法，而当遇遇到地层变化化时能及时变变换成其他方方法。(2)具有足够的作作业空间和较较快的施工速速度，台阶有有利于开挖面面的稳定，尤尤其是上部开开挖支护后，，下部作业则则较为安全。。(3)台阶法开挖的的缺点是上下下部作业相互互干扰，应注注意下部作业业时对上部稳稳定性的影响响和台阶法开开挖增加围岩岩被扰动的次次数等。（1）导坑超前扩扩挖台阶法在开挖主洞之之前先用钻爆爆法快速掘进进一个超前导导坑，进行地地质调查、排排水以及围岩岩改良等作业业，而后再次次用钻爆法进进行扩挖的一一种施工方法法。即先由爆爆破法开挖一一个小导坑形形成临空面，，再使用钻爆爆法开挖。导坑断面大小小：满足运输车辆辆的尺寸要求求和通风要求求导坑超前距离离：一般情况10~30m，有大量涌水水时100m

导坑超前法开挖工作面稳稳定性高，辅辅助工法规模模小有涌水的情况况下导坑可以以作为排水坑坑道可从导坑进行行围岩补强扩挖爆破效果果好优点：导坑和扩挖交交互掘进，施施工干扰大导坑需要布置置通风系统导坑支护要废废除缺点：（2）多层台阶法法当隧道断面较较高时可采用用多层台阶法法。多层台阶法通通常用在单层层台阶法上断断面掘进的导导坑尺寸较大大难以自稳的的情况。由于在低强度度的围岩中，，整个开挖断断面要分为三三步开挖，故故开挖造成的的应力重分布布的次数较多多，而且台阶阶多，断面闭闭合的时间也也加长。（3）超短台阶法法台阶法台阶长度约1.5B上下两个工作作面较接近，，施工干扰大大；同时存在在上半段面出出渣打乱开挖挖循环平衡的的问题上半段面的出出渣可用斜坡坡道、皮带运运输机、装渣渣转运机等组组合起来使用用超短台阶法台阶长度约5~8m，适用于膨胀胀性围岩和土土质围岩需及及早封闭断面面的情况。在以全断面开开挖法为主的的硬质围岩中中，由于围岩岩变化需采用用分部开挖法法时也可采用用此方法。上下两个工作作面同时掘进进同时出渣。。125~8m微台阶法12L(4)中隔墙台阶法法当开挖工作面面地层自稳能能力差，上台台阶开挖后拱拱脚支撑在未未开挖岩体上上的自稳时间间较短且开挖挖断面较大时时，可采用中中隔墙台阶法法(通常配合临时时仰拱使用)。通过中隔墙墙的分载作用用，可减轻两两侧拱脚的压压力，降低地地表沉陷值，，以确保施工工安全。采用中隔墙台台阶法开挖时时，上台阶开开挖长度一般般控制在1.5倍洞径以内，，并辅以超前前小导管注浆浆加固围岩、、留核心土环环形开挖等措措施。上台阶采用人人工开挖，下下台阶采用机机械开挖(5)临时仰拱封闭闭台阶法4、分部开挖法法分部开挖法包包括环形开挖挖预留核心土土法、双侧壁壁导坑法、中中洞法、中隔隔壁法等。适用条件(1)双车道隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩(2)三车道隧道Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩(3)地下水状态：：有渗水或股股水（1）环形开挖留核心土土法③①②②③①②（2）侧壁导坑法法根据侧壁导坑坑开挖的个数数，分为单侧侧壁导坑法及及双侧壁导坑坑法。单侧壁导坑法法单侧壁导坑法法一般将断面面分成三块：：侧壁导坑、、上台阶、下下台阶。侧壁导坑宽度度不宜超过0.5倍洞跨，高度度以到起拱线线为宜。导坑坑与台阶的距距离没有硬性性规定，一般般以施工互不不干扰为原则则。①②③①②③由于单侧壁导导坑法每步开开挖的宽度较较小，而且封封闭型的导坑坑初期支护承承载能力大，，所以它适用用于断面跨度度大，地表沉沉陷难于控制制的软弱松散散围岩中。双侧壁导坑法法①①①②②③③(1)双车道隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩(2)三车道隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩(3)地下水状态：：有渗水或股股水适用条件双侧壁导坑法法施工要求：侧壁导坑高度度以到起拱线线为宜；侧壁导坑形状状应近于椭圆圆形断面，导导坑断面为整整个断面的1/3；侧壁导坑领先先长度一般为为30～50m，以开挖一侧侧导坑所引起起的围岩应力力重分布不影影响另一侧导导坑为原则；；导坑开挖后应应及时进行初初期支护，并并尽早封闭成成环。（3）中洞法中洞法适用于于双连拱隧道道。采用先施施作隧道中墙墙混凝土，后后开挖两侧的的施工方法。。①②②②①③③③施工要求：中洞法开挖高高度应大于中中墙高度1m，开挖宽度应应大于5m；中洞开挖长度度根据隧道长长度、宽度以以及地质情况况综合考虑，，一般为50~80m；中洞开挖后应应及时施作初初期支护，再再分段灌筑中中墙混凝土，，在中墙混凝凝土达到设计计强度后方可可拆模，并进进行临时横向向支撑。（4）中隔壁法(CD)适用于V~Ⅵ级围岩的浅埋埋隧道、三线线隧道。中隔墙开挖时时，应沿一侧侧自上而下分分为二或三部部进行，每开开挖一步均应应及时施作锚锚喷支护、安安设钢架、施施作中隔壁，，底部应设临临时仰拱，中中隔壁墙依次次分步联结而而成，之后再再开挖中隔墙墙的另一侧，，分步次数及及支护形式与与先开挖的一一侧相同。施工要求求：各部开挖挖时，周周边轮廓廓尽量圆圆顺，减减小应力力集中；；各部的底底部高程程应与钢钢架接头头处一致致；每一部的的开挖高高度约为为3.5m；后一侧开开挖应全全断面及及时封闭闭；左右两侧侧纵向间间距一般般为30~50m；中隔壁设设置为弧弧形或圆圆弧形。。（5）交叉中隔壁法法(CRD)交叉中隔隔壁法适适用于Ⅳ、V、Ⅵ级围岩、、浅埋隧隧道。采采用自上上而下分分为二至至三步开开挖中隔隔墙的一一侧，并并及时支支护，待待完成1~2部后，即即开始另另一侧l~2部开挖及及支护，，形成左左右两侧侧开挖及及支护相相互交叉叉的情形形。⑥①①②②③③④④⑤⑤⑥主要施工工方法及及适用范范围掘进机法法盾构法单臂掘进进机法铣挖法(二）机械械开挖法法隧道掘进进机Tunnelboringmachine，简称TBM，通常是是指岩石石隧道全全断面掘掘进机，，它是一一种集掘掘进、出出渣、支支护和通通风防尘尘于一体体的大型型高效隧隧道施工工机械。。1、掘进机机法优点：施工效率率高轮廓圆顺顺围岩扰动动小劳动强度度低缺点：适用能力力差设备购置置费用高高施工费用用高场地要求求高开敞式TBM主要用于于围岩较较好、强强度较高高的岩石石，没有有较大破破碎带、、断层和和地下水水的地质质状况。。护盾式TBM适用于仅仅仅能自自稳、不不塌落的的软弱岩岩体，衬衬砌采用用预制混混凝土管管片施工工。单护盾式式TBM护盾式TBM适用于混混合地层层，既适适用于软软岩，又又适用于于硬岩。。双护盾式式TBM2、盾构法法是软土隧隧道掘进进施工的的一种有有效方法法，实质质上是软软土隧道道掘进机机。既可可以人工工开挖，，又可以以机械开开挖。盾构的类类型按掘削面面的开敞敞程度敞开式盾盾构封闭式盾盾构按掘削地地层的种种类硬岩盾构构软岩盾构构复合式盾盾构按开挖方方式人工开挖挖盾构半机械式式盾构机械式盾盾构3、单臂掘掘进机又称自由由断面掘掘进机，，与全断断面掘进进机最大大的不同同就是可可以开挖挖任意形形状的隧隧道，在在软岩和和小断面面隧道中中得到广广泛应用用。4、铣挖法法近年来兴兴起的一一种新的的施工方方法，它它通过采采用一种种叫做铣铣挖机的的设备，，安装在在任何类类型的液液压挖掘掘机上，，应用于于隧道掘掘进及轮轮廓整修修、渠道道沟槽铣铣掘等。。铣挖机的的类型横向铣挖挖机纵向铣挖挖机铣挖法在在隧道中中的应用用铣挖法在在隧道中中的应用用在开挖主主洞之前前先用TBM快速掘进进一个超超前导坑坑，进行行地质调调查、排排水、围围岩改良良等作业业，而后后用爆破破法进行行扩挖的的一种施施工方法法。施工工速度可可提高2~3倍。（三）TBM导坑超前前扩挖法法(一)采用TBM导坑的目的的确认前方的的地质条件件对前方围岩岩进行改良良高速掘进形成后续爆爆破作业的的临空面(二)适用的地质质条件比较好的围围岩(三)导坑的长度度出渣考虑：：1.5km经济性：5km(五)导坑的位置置上半断面的的顶部(顶设方式)下半断面的的底部(底设方式)两侧壁部(侧壁方式)其他位置(四)导坑的开挖挖直径3.5~6.0m1、顶设方式式上半断面的的上部上半断面的的下部2、底设方式式3、两侧壁部部主要施工设设备支护架设机机仰拱栈桥自动喷浆机机钻孔台车衬砌台车暗洞明洞管棚钻机工作平台车车七、隧道施工辅辅助方法(一)超前锚杆1、构造组成成超前锚杆是是沿开挖轮轮廓线，以以稍大的外外插角，向向开挖面前前方安装锚锚杆，形成成对前方围围岩的预锚锚固，在提提前形成的的围岩锚固固圈的保护护下进行开开挖等作业业。超前锚杆2、性能特点点及适用条条件特点：柔性性较大，整整体刚度较较小。适用条件：：应力不太太大，地下下水较少的的软弱围岩岩的隧道工工程中，如如土砂质地地层、弱膨膨胀性地层层、流变性性较小的地地层、裂隙隙发育的岩岩体、断层层破碎带等等、浅埋无无显著偏压压隧道。(二)管棚1、构造组成成管棚是利用用钢拱架沿沿开挖轮廓廓线以较小小的外插角角、向开挖挖面前方打打入钢管或或钢插板构构成的棚架架来形成对对开挖面前前方围岩的的预支护a)棚管的环向布置b)管棚钢管纵向错接c)钢管端部横向联接2、性能特点点及适用条条件特点：整体体刚度较大大，对围岩岩变形的限限制能力较较强，且能能提前承受受早期围岩岩压力。适用条件：：主要适用用于围岩压压力来得快快来得大、、对围岩变变形及地表表下沉有较较严格要求求的软弱破破碎围岩隧隧道工程中中。(三)超前小导管管注浆1、构造组成成b)注浆半径及孔距选择a<40cmrrb(取30cm)钻孔15oa)超前小导管布置小导管钢支撑0.2m3.5~6.0mc)小导管全图管箍(φ6钢筋加焊)出浆孔1.5m不钻孔0.2mφ25~35mm有缝钢管2、性能特点点及适用条条件特点：浆液液被压注到到岩体裂隙隙中并硬化化后，不仅仅将岩块或或颗粒胶结结为整体起起到了加固固作用，而而且填塞了了裂隙，阻阻隔了地下下水向坑道道渗流的通通道，起到到了堵水作作用。适用于一般般软弱破碎碎围岩，也也适用于地地下水丰富富的软弱破破碎围岩。。(四)超前深孔围围幕注浆正洞平行导坑(c)平导超前注浆正注浆区域已注浆区域(a)洞内超前注浆(b)地表超前注浆(五)水平旋喷预预支护使用旋喷注注浆机，沿沿着隧道掌掌子面周边边的设计位位置旋喷注注浆形成旋旋喷柱体，，通过固结结体的相互互咬合形成成预支护拱拱棚。一般每根旋旋喷体，首首先通过水水平钻机成成孔，钻到到设计位置置以后，随随着钻杆的的退出，用用水泥浆或或水泥一水水玻璃双浆浆液旋喷注注入钻成的的孔腔，通通过高压射射流切割腔腔壁土体，，被切割下下的土体与与浆液搅拌拌混合、固固结形成直直径600mm左右的固结结体，同时时周围地层层受到压缩缩和固结，，其土体的的物理力学学性能得到到—定程度的改改善。(六)机械预切槽槽法用预切槽锯锯沿隧道外外轮廓切—条宽15～30cm、长约5m的切槽。在切槽内立立即填充高高强度喷射射混凝土，，形成长3～5m的整体连续续拱，两次次连续拱的的搭接长度度为0.5～2.0m，视围岩的的不同而定定。在安全稳定定的作业环环境下，用用挖掘机或或臂式掘进进机开挖前前作业面。。必要时，作作业面装以以玻璃纤维维锚杆，以以稳定作业业面。随后后在作业面面上喷混凝凝土。紧随其后，，安装隧道道防水层，，进行二次次衬砌。隧道常用辅辅助工法八、装渣与与运输(一)装渣装渣就是把把开挖下来来的石渣装装入运输车车辆。1、渣量计算算出渣量应为为开挖后的的虚渣体积积，可按下下式计算：：式中，Z——单循环爆破破后石渣量量；R——岩体松胀系系数，见下下表；△——超挖系数，，视爆破质质量而定，，一般可取取1.15~1.25；L——设计循环进进尺；S——开挖断面面面积。岩体级别ⅥⅤⅣⅢⅡⅠ土石名称砂砾粘性土砂夹卵石硬粘土石质石质石质石质松胀系数01.31.852、装渣方式式装渣的方式式可采用人力装渣或或机械装渣渣。人力装渣：：劳动强度大大、速度慢慢，在短隧隧道缺乏机机械或断面面小无法使使用机械装装渣时才考考虑采用。。机械装渣：：速度快、可可缩短作业业时间，目目前隧道施施工中经常常采用，但但仍需配少少数人工辅辅助。3、装渣机械械隧道用的装装渣机又称称装岩机，，要求外形形尺寸小，，坚固耐用用，操作方方便和生产产效率高。。装渣机械的的类型很多多，按其扒扒渣机构型型式可分为为：铲斗式式、蟹爪式式、立爪式式、挖斗式式。装渣机的走走行方式有有轨道走行行和轮胎走走行两种。。轨道走行行式装渣渣机：须须铺设走走行轨道道，因此此其工作作范围受受到限制制。轮胎走行行式装渣渣机：移移动灵活活，工作作范围不不受限制制。但在在有水土土质围岩岩的隧道道中，有有可能出出现打滑滑和下陷陷。14231-行走部分；2-铲斗；3-操纵箱；4-回转部分12321451-蟹爪；2-受料机；3-机身；4-链板输送机；5-带式输送机12345611-立爪；2-链板输送机；3-机体；4-立爪(左右位置)；5-机架；6-立爪(前方位置)(二)运输隧道施工工的洞内内运输(出渣和进进料)分为有轨轨运输和和无轨运运输。1、有轨运运输优点：基基本上不不排除有有害气体体，对空空气污染染较轻，，设备构构造简单单，容易易制作；；占用空空间小而而且固定定等。缺点：轨轨道铺设设较复杂杂，维修修工作量量大；调调车作业业复杂；；开挖面面延伸轨轨道影响响正常装装渣作业业等。出渣车辆辆有轨运输输较普遍遍采用的的出渣车车辆有斗斗车、梭梭式矿车车和槽式式车等。。斗车是应应用最为为广泛的的出渣工工具。断断面形状状多为V形和U形，容积积一般为为0.5~1.1m3。小型斗斗车具有有轻便、、灵活、、周转方方便等特特点，但但单个斗斗车调车车需占用用较多的的作业时时间。梭式矿车车由前后后车体组组成车厢厢，底部部安装刮刮板式运运输机，，其外形形如梭而而得名。。可以单单车运输输，也可可组成列列车运输输；可以以在栈桥桥上单轨轨道卸渣渣，也可可以在双双轨线路路上向侧侧面卸渣渣。槽式列车车是由一一个接渣渣车、若若干个仅仅有两侧侧侧板而而没有前前后挡板板的斗车车单元和和一个卸卸渣车串串连组成成的长槽槽形列车车，在其其底板处处安装有有贯通整整个列车车的风动动链板式式输送带带。牵引机车车与道路路常用的牵牵引机车车分电动动和内燃燃两类。。蓄电池电电机车俗俗称电平平车。它它具有体体积小，，占用空空间小，，不排放放有害气气体，不不需要架架设供电电线路，，使用较较安全等等特点，，但也存存在需要要有专门门的充电电设备，，充电工工作比较较麻烦，，牵引力力有限等等不足。。在长大隧隧道施工工中有时时采用接接触式或

内燃机车具有较大的牵引动力，配合大型斗车可以加快出渣速度。但在机车运行中排除有害气体，需要安装废气净化装置或配备强大的通风设施，故隧道施工中一般不采用。

隧道内用用于机车车牵引的的道路，，宜采用用38kg/m或38kg/m以上的钢钢轨，轨轨距一般般为600或750mm。洞内轨轨道纵调车设备备和轨道道延伸常用的调调车设备备有简易易道岔、、平移调调车器、、水平移移车器和和浮放道道岔等。。简易道岔岔由一根能能活动的的长度为为2.5~4.0m的尖轨和和一个岔岔心组成成，具有有构造简简单、铺铺设容易易、使用用方便等等特点，，但因无无附带曲曲线，机机车车辆辆容易掉掉道，故故一般只只适用于于人推斗斗车而不不能通过过牵引机机车。平移调车车器由底架、、车轮和和车架三三个主要要部分组组成，种种类很多多。具有有轻便、、调车快快、易拆拆移等优优点。适适用于双双道(或单道设设旁洞错错车道)调车。水平移车车器由导轮轨轨、导轮轮、导链链或气动动水平移移车装置置。它是是一种从从上方将将斗车提提起离开开钢轨，，再水平平横移至至另一股股道上的的调车装装置。移移车速度度快，但但也易出出故障。。浮放道岔岔是浮放在在运输轨轨道上的的调车设设备，可可用机车车或装渣渣机牵引引移位。。它可以以浮放在在靠近开开挖面的的轨道上上，供装装渣时调调车用，，也可以以浮放在在区间轨轨道上，，作调车车渡线使使用。根根据不同同的调车车作业需需要，尚尚可分为为浮放渡渡线、浮浮放调车车盘、菱菱形浮放放道岔等等。轨道布置置与调车车方法常用的轨轨道布置置形式有有单车道道和双车车道。50~60m20~30m单车道运输能力力较低，，一般用用在地质质较差的的短隧道道中。为为解决错错车问题题，在成成洞地段段可铺设设会车线线，有效效长度应应能容纳纳一个列列车，一一般为50~60m，如图。。在距离离开挖面面20~30m处应铺设设5~10m长的简易易道岔岔岔线或安安装平移移调车器器供调车车之用。。双车道可使轨道道随掘进进延伸，，一次铺铺成。进进出隧道道的列车车各行一一股道，，具有互互不影响响、车辆辆周转快快的特点点，是提提高隧道道运输效效率的主主要方法法之一。。为满足足调车需需要，每每隔100~200m设一渡线线，每隔隔2~3个渡线铺铺设一反反向渡线线，如图图。15~20m100~200m进洞列车出洞列车在距导坑坑开挖面面15~20m处设置菱菱形浮放放道岔，，空车斗斗和装满满石渣的的斗车分分别停在在两股道道上，用用单机车车或双机机车进行行调车作作业。当隧道施施工采用用平行导导坑方案案时，则则平行导导坑为施施工出渣渣、进料料运输提提供了有有利条件件。通常常采取在在平行导导坑中设设单车道道加错车车道，正正洞为单单车道加加局部双双车道，，两者共共同构成成了一个个完整的的双股道道运输体体系，如如图所示示。利用用平行导导坑组成成的运输输系统具具有运输输能力大大、相互互干扰少少等特点点，适用用于施工工速度要要求快的的隧道。。运输通道平导50~6040~60120~180120~180(单位：m)正洞2、无轨运运输无轨运输输主要是是指汽车车运输。。无轨运输输不需要要铺设复复杂的运运输轨道道，具有有运输速速度快、、管理工工作简单单、配套套设备少少等特点点。但由于内内燃机排排放大量量废气，，对洞内内空气污污染较为为严重，，尤其长长期在长长大隧道道中使用用，需要要有强大大的通风风设施。。九、初期支护护初期支护是为为了解决隧道道在施工期间间的稳定和安安全的工程措措施；二次衬衬砌则是为了了保证隧道永永久稳定和安安全，作为安安全储备的工工程措施。初初期支护加二二次衬砌，构构成复合式衬衬砌。初期支护一般般由锚杆、喷喷射混凝土、、钢架、钢筋筋网等及其它它们的组合组组成，它是现现代隧道工程程中最用的支支护形式和方方法。(一)锚杆拱部系统锚杆杆采用φ25中空猫杆边墙系统采用用φ22砂浆猫杆所有锚杆均应应设置垫板(二)喷射混凝土喷射混凝土的的工艺流程有有干喷、潮喷喷、湿喷和混混合喷四种。。主要区别是是各工艺的投投料程序不同同，尤其是加加水和速凝剂剂的时机不同同。公路隧道施工工规范要求不不得采用干喷喷工艺(三)钢拱架钢拱架可以采采用型钢、工工字钢、钢管管或钢筋制成成。现场采用用以钢筋制作作的格栅钢架架较多。

格栅钢架的断面

竖向网构架立筋14f

水平网构架立筋14f

主筋22f

22f

2N1

25

2N2

25

2N1

25

2N225

7

接头示意图

十、二次衬砌砌常用的衬砌形形式有以下三三种：即整体体式衬砌、复复合式衬砌及及锚喷衬砌。。复合式衬砌是是由初期支护护和二次衬砌砌组成的。初初期支护是帮帮助围岩达成成施工期间的的初步稳定，，二次衬砌则则是提供安全全储备或承受受后期围岩压压力。对提供安全储储备的二次衬衬砌，应在围围岩或围岩加加初期支护稳稳定后施作；；对于要求承承载的二次衬衬砌，则应及及时施作。二次衬砌的施施工方法和模模板类型的选选择，应充分分考虑到与围围岩条件，开开挖方法、支支护方法、混混凝土施工能能力等相适应应。(一)二次衬砌施工工方法二次衬砌多采采用顺作法，，即由下到上上，先墙后拱