隧道常用施工方法

常用施工工法七、隧道常用施工方法

（一）钻爆法（二）明挖法（三）机械法-掘进机法（四）沉埋法

1、钻爆法施工流程2、 钻爆法施工工法3、钻爆法各工法特点4、单侧壁导坑法（CRD法）施工工法①→③→②→④5、双侧壁导坑法施工工法6、台阶法施工工法7、导洞超前预留光爆层施工工法八、隧道钻爆法施工

第一节施工程序第二节施工方法及工艺一、开挖钻爆法施工根据围岩类别不同可采用全断面一次开挖法和台阶开挖法两种施工方法。(一)、全断面一次开挖法全断面一次开挖法就是将全部设计断面一次开挖成型，再修筑衬砌。采用凿岩台车钻深孔，光面爆破，其主要工序为：使用移动式钻孔台车，首先根据炮眼布置位置全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点，再起爆，一次爆破成型，利用装载机装碴，自卸汽车运至弃碴地点，出碴后钻孔台车再推进至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环，同时进行先墙后拱衬砌。(二)、台阶开挖法台阶开挖法是将设计断面分上半部断面和下半部断面两次开挖成型；或采用上弧形导坑超前开挖和中核开挖及下部开挖(即台阶分部开挖法)，见图2所示。在上部断面以弧形导坑领先2.5m～2m，下部断面以一个正台阶垂直挖到底，一次爆破，利用渣堆钻眼，机械装渣运输，先墙后拱衬砌。台阶划分做到爆破后扒渣量少，钻眼和出渣干扰少。因此，一般将设计断面划分成1～2个台阶进行分部开挖(如图3所示)。二、钻爆设计采用钻爆法施工时，为减少超挖和控制对围岩的扰动，综合研究地质情况、开挖断面大小、开挖进尺快慢、爆破器材性能、钻眼机具和出渣能力等因素，在此基础上编制钻爆设计。(一)、钻爆设计的内容钻爆设计包括：炮眼(掏槽眼、辅助眼、周边眼)的布置图、数目、深度和角度、装药量和装药结构图、起爆方法和爆破顺序等。(二)、爆破设计图爆破设计图包括：炮眼布置图、周边眼装药结构图、钻爆参数表、主要技术经济指标及设计施工有关的必要文字说明。(三)、光面爆破参数选择1、根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线；2、严格控制周边眼的装药量，使药量沿炮眼全长均匀分布；3、周边眼采用小直径药卷和低爆速炸药。借助传爆线以实现空气间隔装药；4、采用毫秒微差顺序起爆，使周边爆破时有最好的临空面。周边眼同段的雷管起爆时间差尽可能小；5、各光面爆破参数的选用：如周边眼间距(E)、最小抵抗线(V)、相对距(E/V)和装药集中度(q)等，采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验，选择光面爆破参数。三、稳定开挖面的几种辅助施工方法(一)、超前锚杆或超前小钢管支护1、超前锚杆或超前小钢管采用钻机钻孔，一般和钢架支撑配合使用，并以钢架腹部穿过，特殊情况下可以拱架底部或顶部穿入；2、超前锚杆或超前小钢管支护，与隧道纵向开挖轮廓线间的外插角取5°～10°，长度大于循环进尺，一般为3～5m；3、超前锚杆采用早强水泥砂浆锚杆；4、超前小钢管平直，尾部焊箍，顶部呈尖锥状。安设前检查小钢管尺寸，钢管顶入钻孔长度不小于管长的90%。(二)、管棚钢架超前支护1、管棚利用液压台车钻深孔(钻深孔工艺流程见图4)，钻杆长度不够时采用与钻杆材质相同联结套进行接杆，同时对回转扭距、冲击功及推力进行控制和协调，尤其要严格控制推力，不能过大图4钻深孔工艺流程图2、棚管采用普通钢管制作，钢管节长取4～6m，长度不够时必须接长。棚管接长时先将前一根钢管顶入钻好的孔内再联结。将事先加工好的管节联结套预先焊接在每节钢管两端。第一根钢管前端焊上合金钢片空心钻头，以防管头顶弯或劈裂；3、检查开挖的断面中线及高程，开挖轮廓线符合设计要求。在开挖工作面处先安装受力拱架，并在其上正确标明管棚位置；4、钢架安装垂直度允许误差、中线及高程允许误差符合规范要求。在钢架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔，其外插角以不侵入隧道开挖轮廓线越小越好。孔径比管棚钢管直径大约20～30mm。钻孔环向中心间距视管棚用途确定。钻孔顺序一般由高孔位向低孔位进行；5、钻进作业中，开孔时低速低压，待成孔后加压并以正常钻速钻进，若出现卡钻、坍孔时，注浆后再钻；6、如需增加管棚钢架支护的刚度时，可在管棚钢管内注入水泥砂浆。采用牛角泵灌注水泥砂浆，封堵塞设进料口和出气孔，在出气孔流浆后，方可停止压注。顶管工艺流程见图5。图5管棚顶管施工工艺流程图凿岩机安装钢管顶进联结套台车钻孔准备管节联结套加工制作钻管棚孔顶第一节棚管接第二节棚管顶第二节棚管钢管内灌注水泥砂浆循环至设计孔深(三)、超前小导管预注浆1、小导管采用焊接钢管或无缝钢管制作，长度取3～5m。管壁每隔10～20cm交错钻眼，眼孔直径一般为φ6～8mm；2、沿隧道纵向开挖轮廓线向外以10°～30°的外插角采用风动凿岩机钻孔，将小导管打入地层、亦可在开挖面上钻孔将小导管打入地层，小导管环向间距符合设计要求；3、小导管注浆前，先对开挖面及5m范围内的坑道，喷射厚度为5～10cm混凝土或用模筑混凝土封闭，检查注浆机具是否完好，同时备足注浆材料；4、小导管预注浆的工序流程见图6所示；5、为充分发挥机械效能，加快注浆进度，在小导管前安设分浆器，一次可注入3～5根小导管。孔口处设置止浆塞，止浆塞能承受规定的最大注浆力或水压；6、注浆后至开挖前的时间间隔视浆液种类确定，开挖时保留1.5～2.0m的止浆墙，防止下次注浆时孔口跑浆。图6小导管注浆工序流程图四、不良地质处理方法(一)、断层隧道穿过断层地段时，施工难度取决于断层的性质、断层破碎带的宽度、填充物、含水性和断层活动性以及隧道轴线和断层构造线方向的组合关系(正交、斜交或平行)。此外，与施工中对围岩的破坏程度、工序衔接的快慢、施工技术措施是否得当等，均有很大关系。1、探明断层地带情况施工前，切实掌握所遇断层带的所有情况。如破碎带宽度较大，破坏程度严重，破碎带的充填物情况复杂，且有较多地下水时，开挖调查导坑。利用调查导坑详细测绘地质状况后，及时做好封闭衬砌；调查导坑穿过断层后，在较好的岩层中掘进一段距离后再转入正洞，开辟新的工作面，如图7所示。2、选择合理施工方法在断层带施工，根据有关施工技术与机具设备条件、进度要求、材料供给等，慎重选择通过断层地段的施工方法。当断层带内充填软塑状的断层泥或特别松散的颗粒时，采用先拱后墙法。墙部的首轮马口用挖井法施工，如断层带特别破碎，则二、三轮马口以扩井法施工，最后挖去核心土，随即筑仰拱。如断层带出现大量涌水，采取排堵结合的治理措施，具体见涌水处理方法相关内容。(二)、岩爆岩爆多发生在埋藏很深、整体、干燥和质地坚硬的岩层中。产生岩爆的时间，一般在开挖后几小时内，也有的在较长时间后发生。常见的岩爆以顶部或拱腰部位为多，施工中注意做到以下几点：1、如设有平行导坑，则平导掘进超前正洞一段距离，以了解地质，分析可能发生岩爆的地段，以便正洞施工到达相应地段时加强防卫，采取必要措施；2、使用光面爆破，严格控制用药量，尽可能减少爆破对围岩的影响；3、选用预先释放部分能量的方法，如松动爆破法、超前钻孔预爆法，或喷射高压水冲洗法，先期将岩层的原始应力释放一些，以减少岩爆的发生；4、加强支护工作，在爆破后立即向拱部及侧壁进行喷射混凝土，再加设锚杆及钢丝网。同时衬砌工作紧跟开挖工序进行，尽可能减少岩层暴露时间，减少岩爆发生和确保人身安全。(三)、涌水地下工程施工中，有可能发生涌水现象，尤其是富含地下水的断层破碎带内，极易产生大量涌水，给施工生产带来不安全因素。隧道施工用水的处理方法，首先根据设计文件中关于隧道防、排水构造设计资料对隧道可能出现涌水地段的涌水量大小、补给方式、变化规律及水质成分等进行详细调查、钻探及预报，结合工程实际情况，因地制宜，选择既经济合理，又能确保围岩稳定，并保护环境的治水方案，同时便于初期支护的施工。隧道用水处理方法有很多种，常见的有以下几种方法：1、采用辅助坑道排水(1)、辅助坑道设计和正洞平行或接近平行；(2)、辅助坑道底标高低于正洞底标高；(3)、辅助坑道一般超前正洞10～20m，至少超前1～2个循环进尺。2、采用超前钻孔排水(1)、使用轻型探水钻机或凿岩机钻孔；(2)、钻孔孔位(孔底)设置在水流的上方，钻孔时孔口设保护装置，以防人身及机械事故；(3)、配备数量足够的抽、排水设备，采取排水措施迅速将钻孔排出的水排出洞外；(4)、超前钻孔孔底超前开挖面1～2个循环进尺。3、采用超前围岩预注浆堵水(1)、注浆段的长度根据地质条件、涌水量、机具设备能力等因素确定，一般取30～50m之间；(2)、钻孔及注浆按由外圈向内圈的顺序进行，同一圈钻孔间隔施工；(3)、注浆浆液采用水泥浆或水泥—水玻璃双液浆。五、初期支护(一)、锚杆施工用于临时支护的锚杆种类较多，包括：普通水泥砂浆锚杆、早强水泥砂浆锚杆、早强药包锚杆、缝管式摩擦锚杆、楔缝式内锚头锚杆、胀壳式内锚头预应力锚杆等。各类锚杆的主要区别在于其锚固型式不同，其施工方法也不尽相同，此处以普通水泥砂浆锚杆为例介绍锚杆施工。1、施工前的准备工作(1)、将锚杆杆体调平调直，并除锈和除油；(2)、优先使用普通硅酸水泥，条件不具备时可使用矿碴硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥；(3)、采用清洁、坚硬的中细砂，使用前过筛。2、施工方法(1)、采用20MnSi钢筋或A3钢筋制作杆体，直径一般为14～22mm，长度为2～3.5m，为增加锚固力，杆体内端可以劈口开叉；(2)、按设计配合比均匀拌制水泥砂浆，并调整其和易性，随拌随用；(3)、使用锚杆钻机或锚杆台车沿隧道周边径向钻孔，孔位偏差、孔深及孔径符合设计要求；(4)、将注浆管插到孔底，开始注浆后，徐徐均匀地将注浆管往外拖出，始终保持注浆管口埋在砂浆内；(5)、在钻孔内注满浆后立即将杆体对中插入，并在孔口将杆体固定，砂浆凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔锚杆。图7砂浆锚杆注浆施工示意图3、 砂浆锚杆施工工艺流程(二)、喷射混凝土施工喷射混凝土的工艺有干喷、潮喷、湿喷和混合喷四种，它们之间的主要区别是：各工艺的投料程序不同，尤其是加水和速凝剂的时机不同。其中湿喷工艺混凝土的质量较容易控制，喷射过程中的粉尘和回弹量较少，目前被广泛推广应用。1、施工前的准备工作(1)、认真检查受喷面，清除松动危石，对局部欠挖超标过多的进行处理；(2)、受喷面如有集中渗水时，作好排水引流处理；(3)、用高压风或水清洗受喷面，将开挖面的粉尘和杂物清理干净；(4)、埋设喷层厚度检查标志，并记录其外露长度；(5)、检查运转和调试好各种机械设备的工作状态。2、施工方法(1)、由强制式搅拌机按设计配合比将骨料、水泥和水拌和均匀后运送至湿式喷射机；(2)、由湿式喷射机通过高压风将拌和好的混凝土混合料压送到喷头处，再在喷头上添加速凝剂，然后喷至受喷面；(3)、为提高支护效果，喷射混凝土多与锚杆、钢筋网联合使用。混凝土喷射采用复喷工艺，初喷一定厚度后，按设计打锚杆、挂钢筋网，然后再复喷至设计厚度；(4)、喷射作业分段、分部、分块，按先墙后拱、自下而上的顺序进行，喷嘴垂直受喷面作均匀的顺时针方向的螺旋转动。3、施工工艺

湿喷工艺流程见图9。(三)、钢拱架制作与安设在围岩软弱破碎较严重，自稳性差的隧道地段，开挖后要求早期支护，必须具有较大的刚度，以阻止围岩过度变形和承受部分松弛荷载。实际施工中，常采用钢拱架型式进行支护，钢拱架可很好地与锚杆、钢筋网、喷射混凝土合理组合，构成联合支护，增强支护功能的有效性，且受力条件较好，对隧道断面变形有较好的适应性。1、钢拱架的制作隧道用作支护结构的钢拱架的形式较多，可采用H、V型钢、工字钢、钢管或钢轨加工制作，也可采用钢筋加工制的格栅钢拱架。钢拱架一般在现场制作，采用冷弯加工焊接而制成。格栅钢拱架的腹部八字单元可以在工厂压制，装运到现场按比例为1：1的胎模热弯加工及焊接或铆接而成。2、钢拱架的安设(1)、钢拱架加工后先进行试拼装，要求加工制作的钢拱架构件尺寸准确、弧形圆顺、结构安全可靠。同时钢拱架的截面尺寸满足强度、刚度、稳定性的要求；(2)、钢拱架采用人工作业平台配合装载机进行安装，钢架之间采用纵向钢筋联接，拱脚放在特制的基础上或原状土上；(3)、钢拱架严格按设计位置安设，其垂直度、上下左右各项偏差符合规范要求3、工艺流程钢拱架安装工艺流程见图10。图10钢拱架安装工艺流程图六、二次衬砌施工在隧道和地下工程中常用的支护衬砌形式主要有整体式衬