地下空间工程施工技术软弱围岩隧道暗挖施工

软弱围岩隧道暗挖施工

张拥军10:18:12上午0软弱围岩定义：隧道施工中Ⅳ级以下围岩为软弱围岩。

围岩分级：指根据岩体完整程度和岩石强度等指标将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩划归为一类，将全部的围岩划分为若干类。规范将隧道围岩分成六级，分别是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，数字越小的围岩性质越好。10:18:12上午1本章主要知识点：主要内容：双侧壁导坑工法、CRD工法、CD工法和台阶法的基本施工方案，管棚支护、小导管支护、锚杆支护、喷射混凝土支护和二衬支护的施工机械设备、施工工艺和施工程序。基本要求：熟悉双侧壁导坑工法、CRD工法、CD工法和台阶法的选取原则、适用范围、基本施工方案、支护技术和施工作业方式，掌握管棚支护、小导管支护、锚杆支护、喷射混凝土支护和二衬支护的施工工艺和施工程序。10:18:12上午2针对软弱围岩大断面隧道的施工方法，主要有:CRD法、双侧壁导坑法、CD法和台阶法等重点：双侧壁导坑工法、CRD工法、CD工法和台阶法的基本施工方案、支护技术和施工作业方式。难点：双侧壁导坑工法、CRD工法、CD工法和台阶法的选取原则及适用范围。10:18:12上午33.1基本施工方案3.1.1双侧壁导坑工法双侧壁导坑工法:

软弱破碎围岩隧道暗挖法中的一种，适用条件为主要用于浅埋且对地表沉降控制严格的大跨隧道施工当中。采用双侧壁导坑工法施工，将断面分为三块，分别为左导洞、右导洞和中导洞三部分。

双侧壁导坑工法的三个导洞为相互独立的，可以平行施工，且交通便利。10:18:12上午410:18:12上午双侧壁导坑工法示意图双侧壁导坑施工视频510:18:12上午双侧壁导坑工法的优点：1、交通情况会得到改善；2、大大提高了运输效率；双侧壁导坑工法的缺点：若与注浆施工相结合，则显得洞室高度较高，不容易操作，且中隔壁拆除工作繁杂，各工作面间相互制约，故在富水地段隧道施工时不宜采用。63.1.2CRD工法（交叉中隔壁法）CRD工法示意图

CRD工法也是软弱破碎围岩隧道暗挖法的一种，主要用于浅埋且对地表沉降控制严格的大跨隧道施工中。其遵循步步封闭的基本理念，保证在每一步开挖后及时封闭，以抑制沉降，控制变形。该工法是将大断面隧道上、下、左、右分块开挖，并施作初期支护和临时横撑（临时仰拱），每台阶纵向长度3～5m。10:18:12上午7CRD施工工法适用范围开挖跨度较大、且对围岩变形控制严格的隧道，宜采用CRD工法进行施工。施工工艺原理所谓“CRD”法，就是在隧道等地下工程掘进施工中，通过设置中隔壁和临时仰拱（两者交叉）将开挖断面分成4个部分，然后再根据围岩情况分部进行开挖。CRD法遵循“小分部、短台阶、短循环、快封闭、勤量测、强支护”施工原则，自上而下、分块成环、随挖随撑、及时做好初期支护。待初期支护结构稳定后，自上而下拆除临时中隔壁墙及临时仰拱，再进行施工。CRD施工工法施工工艺流程CRD施工工法施工要点合理开挖支护步序（1）①-②-③-④开挖支护顺序（2）①-③-②-④开挖支护顺序CRD施工工法施工要点合理开挖支护步序结合施工实际，在进行CRD法施工时，由于①③部超前在人工，机械使用上都较①②超前方便，且①③部超前无论是位移还是结构受力均优于①②超前，因此宜采用①-③-②-④开挖支护步序。CRD施工工法施工要点合理施工步长（1）台阶步长：考虑到台阶的开挖高度及围岩稳定滑移面角度（45°），确定合理的台阶开挖长度为3~5m。（2）各开挖面施工步长：8~10m（在实际施工中宜结合图纸进行控制）。CRD施工工法施工要点临时支护拆除布置测点搭设脚手架及安全网凿除喷射混凝土临时支护拆除处理初支表面杂物拆除部位补喷找平CRD施工工法施工要点临时支护拆除（1）布置测点：目的是确定拆除的时机。当结构每天变形量小于0.2mm时，说明结构稳定，可拆除临时支护。CRD施工工法施工要点临时支护拆除（2）搭设脚手架及防护安全网：脚手架立杆采用φ42钢管，立杆横距80cm，步距100cm，纵距100cm；立杆与立杆采用连扣件连接；连墙件采用钢管式，与钢支撑焊接牢固。CRD施工工法施工要点临时支护拆除（3）凿除喷射混凝土：采用风镐和弱控制爆破的方式结合进行，进行弱爆破作业时，必须分部进行，每次弱爆破的范围不能超过2m。CRD施工工法施工要点临时支护拆除（4）临时支护拆除顺序：拆除上部、下部临时竖向钢架；

拆除③部、①部临时仰拱钢架。CRD施工工法施工要点临时支护拆除（5）拆除断面里程及一次拆除长度：支护拆除的断面里程与二次衬砌的间距不大于50m，临时支护拆除后能尽快进行二次衬砌支护，确保隧道结构的稳定和安全。一次拆除长度不得大于5m。CRD施工工法施工注意事项（1）各施工部开挖应重视保护围岩，尽量减少对围岩的扰动，施工中应采用机械开挖、配合人工，少使用爆破；（2）下部开挖，应注意上部支护结构稳定性，边墙开挖时必须采用两侧交错挖马口施做，避免上部断面两侧拱脚同时悬空；（3）对于松软围岩，宜应采用临时仰拱及时封闭断面；（4）各工作面应保持合理间距：各相邻掌子面应相距8~10m，以保证导坑开挖稳定，各导坑上下台阶应相距3~5m为宜；CRD施工工法施工注意事项（5）喷射混凝土紧随开挖掌子面施做；（6）严格控制龙头工序①部开挖质量，支护构件架设误差；（7）中壁拆除时间及拆除后安全性评价：中壁拆除前拱顶下沉量、洞周收敛应小于0.2mm/天；拆除中、拆除后的拱顶下沉量增量应不大于6mm；（8）各部开挖支护完成后，应及时埋设监控量测测点，并及时反馈信息，以指导施工和设计参数；（9）完成开挖及支护后，根据量测结果进行二次衬砌的施做。CRD施工工法案例

小远亭隧道位于福建省闽侯县永丰村，起讫里程为FDK539+490～FDK539+837，全长347m，Ⅴ级围岩，最大埋深为30.5m,最小埋深约3m位于隧道出口处，地表最大坡度为1：3.6，本隧道为浅埋隧道。表层为第四系棕红色和黄褐色粉质黏土，硬塑，含少量中粗砂，入口段厚2-4米，出口段厚度3-10m；全风化花岗岩，黄褐色，灰白色，风化成土状，砂土状，入口段厚度大于20m,出口段厚度5-15m；其下伏基岩为花岗岩强-弱风化层，强风化层大于3米，岩体较破碎，风化不均匀，弱风化，节理较发育，入口段地下水埋深约20m，出口段地下水埋深5-20m。Ⅰ总体方案采用先左侧后右侧交叉中隔壁法开挖，采用人工配合机械开挖为主，松动爆破为辅，中隔壁和横隔板均采用Ⅰ20a型钢做为临时钢架。每循环进尺0.7m，每部开挖后及时施作初期支护和临时支护，闭合成环。为减小导洞下部开挖时因拱部一次支护拱脚悬空引起的下沉，一次支护拱脚部位设锁脚钢管加固。仰拱一次开挖闭合成环，仰拱及填充混凝土采用栈桥法一次整体浇筑施工。在仰拱浇筑前后根据监控量测结果确定是否拆除中隔壁、横隔板及每次拆除的长度，每次拆除不宜大于6m。拆除地段施工机械采用栈桥通行，栈桥长7米（考虑两头搭接长1米）。Ⅱ、进洞前施工

（一）、洞顶截排水隧道洞口开挖之前，按设计要求先施工隧道洞顶的截水沟，将洞顶截水沟与场地内水沟进行连接，减小天气原因对隧道施工的影响。（二）洞口边仰坡开挖防护（三）洞口长管棚施工Ⅲ、进洞施工1、正洞左侧上半断面①部施工

1.1开挖断面1.2正洞初期支护1.3临时支护

1.4预留横向通道

1.5开挖支护15m后停止①部掘进施工，采用2~4cm喷射混凝土封闭掌子面，转入③部施工。2、正洞右侧上半断面③部3、正洞左侧下半断面②部4、正洞右侧下半断面④部5、仰拱开挖及初期支护6、仰拱及填充浇筑7、循环施工8、待仰拱长度满足二衬施工长度时，利用衬砌模板台车灌注二衬混凝土。CRD工法示意图:10:18:12上午27CRD工法视频3.1.3CD工法（中隔墙法）

CD工法也是软弱破碎围岩隧道暗挖常用的施工工法，其尤其适用于大断面的软弱破碎围岩隧道。它能更有效的解决了将大、中跨的洞室开挖转变成中、小跨的洞室进行开挖。其适合于浅埋地段或穿越建（构）筑物时采用，以减少沉降，防止坍方。

该工法是将隧道分为左右两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法分层开挖及支护，再开挖隧道另一侧。每台阶纵向长度3～5m。初期支护仰拱紧跟下台阶，封闭成环。10:18:12上午2810:18:12上午29CD工法施工图CD工法施工视频10:18:12上午30CD法具有以下五个优点：1、CD工法施工增加了超前小导管及注浆，有效的稳定了掌子面。2、把拱部分成两个洞室后，单洞室能够快速封闭成环。增加了中隔壁，可以大大减小大跨度拱顶的沉降变形，维护初期支护的稳定，降低了施工风险。3、两个洞室前后错开一定距离，中跨格栅能够快速与小导洞内的格栅连接，中跨拱顶初期支护能够快速整体成型。4、施工方便，克服了曲线段的施工困难，适用性强。5、中隔壁格栅钢筋可以拆除回收。3.1.4台阶工法适用条件：需要爆破的围岩地段，其适用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级四种围岩地层。要求：台阶长度约60-80m，不大于1倍洞径，仰拱距掌子面距离不大于2倍洞径，风、水管线要牢固地固定于边墙以上，风管要根据现场情况，每次爆破时拆除爆破影响段。10:18:12上午3110:18:12上午32台阶工法施工示意图10:18:12上午33台阶法分块示意图台阶工法视频讲解3.1.5重庆4号线虾子蝙站

虾子蝙站为四、九号线换乘车站，车站总长237m,虾子蝙站为地下三层岛式暗挖车站，采用15米岛式站台，车站主体断面为马蹄形，净宽23.1m,净高25.34m,开挖断面约585m2。车站隧道拱顶覆盖层厚度20.0~32.4m,围岩级别为IV级，属于浅埋隧道。10:18:12上午343.1.6挪威格乔维克城奥林匹克山地下大厅挪威格乔维克城奥林匹克山大厅跨度61m,长度91m,最大高度25m，上覆岩体厚度25~50m，比跨度小很多。其围岩以前寒武纪片麻岩为主，成份有花岗片麻岩、石英闪长片麻岩等，岩石形成了网状结构细裂缝，充填方解石和绿肥帘石，岩体的平均RQD值约为70;通过数值模拟综合分析，此岩性特点有利于大跨度洞室的修建，可以建造稳定的跨度61m的洞室。开挖方法:洞顶采用梯段开挖法从中央平洞至两侧开挖至最终宽度，采用两台阶法开挖爆破到最终高度。10:18:12上午353.2支护施工3.2.1超前支护施工3.3.2初期支护施工3.3.3二衬支护施工3.3.4仰拱与铺底10:18:12上午363.2.1超前支护施工适用条件：一般在洞口段围岩较差洞段采用超前支护。

类型：1.超前长管棚支护（常用于洞口段）2.超前小导管注浆（常用于Ⅴ级围岩）3.超前锚杆（常用于Ⅳ级围岩）10:18:12上午37管棚:利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护。10:18:12上午383.2.1.1超前长管棚支护1.构造组成管棚支护视频3.性能特点及适用条件特点：整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力。适用条件：主要适用于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱破碎围岩隧道工程中。10:18:12上午39管棚定位打试验孔钻孔及清孔顶管堵孔注浆作业2.施工步骤4.管棚支护参数：①导管规格：热轧无缝钢管φ108mm，壁厚6mm，每节长度4~6m，钢管间用丝扣连接；②管距：环向间距40cm；③倾角：外插角1°～3°为宜，可根据实际情况作调整；④注浆材料：1：1水泥浆液；⑤设置范围：拱部120°范围；⑥长度：长管棚长度一般为10～60m。10:18:12上午403.2.1.2超前小导管在开挖前，先用喷射混凝土将开挖面一定范围内的坑道周边岩面封闭，然后沿坑道周边轮廓向前方围岩内打入带孔小导管，并通过小导管向围岩内注浆，待浆液硬化后，形成一定厚度的加固圈。超前小导管注浆示意图10:18:12上午4110:18:12上午42超前小导管1.小导管宜采用φ50×5mm热轧无缝钢管，钢管宜打设于隧道拱部180°范围，宜按环距50cm布置。2.小导管外插角宜为15°,方向与路线纵向一致。3.注浆宜采用30号水泥浆液，注浆压力在1.0-1.5MPa.10:18:12上午43小导管注浆注意事项：3.2.1.3超前锚杆1.构造组成超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业。超前锚杆10:18:12上午4410:18:12上午452.性能特点及适用条件特点：柔性较大，整体刚度较小。适用条件：地下水较少的软弱围岩的隧道工程中，如土砂质地层、弱膨胀性地层、流变性较小的地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带等、浅埋无显著偏压隧道。10:18:12上午463.2.2初期支护施工

1、初期支护的基本概念隧道开挖后，为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全度和方便施工，隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层.初期支护加二次衬砌，构成复合式衬砌。10:18:12上午4710:18:12上午482.初期支护包括1.喷射混凝土施工2.锚杆施工3.注浆小导管施工4.挂设钢筋网5.钢拱架制作安装10:18:12上午493.2.2.1喷射混凝土施工

混凝土喷射宜采用湿喷工艺，喷射过程中，可分初喷和复喷二次进行。初喷在开挖或分部开挖完成后立即进行，以尽早封闭岩面，防止表层风化剥落。复喷混凝土在锚杆、挂网和钢架安装后进行，尽快形成喷锚支护，以抑制围岩变位。钢架间用混凝土喷平厚度不得小于4cm。10:18:12上午50

喷射工艺要点:(1)喷射机安装调试后，先注水再通风，清通机筒及管路，同时用高压水或高压风洗或吹受喷岩面。(2)连续上料，经常保持机筒内料满，在料斗口上设12mm的孔径筛网，避免超径骨料进人机内。(3)喷射时应先注水后送风，然后上料。根据受喷面积和喷出的混凝土情况，调整注水量，以喷后易粘着、回弹小和表面显湿润有光泽为准。10:18:12上午51(4)喷射混凝土分段、分片由下而上顺序进行，每段长度不超过6m,一次喷射厚度控制在6cm以下，喷射时插入长度比设计厚度大5cm铁丝，每1-2m设一根，作为施工控制用，后一层喷射在前层混凝土终凝后先用高压水枪冲洗再进行，新喷射的混凝土按规定洒水养护。(5)喷射应掌握最佳喷射距离和角度，喷嘴口至受喷面距离以0.6-1.0m为宜，喷射料束以垂直受喷面为最佳;喷射料束运动轨迹以环形旋转水平移动，并一圈压半周，环形旋转直径为0.3m，喷射第二行时，依顺序由第一行起点上方开始，行间搭接约2-3cm。10:18:12上午523.2.2.2锚杆施工锚杆是用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件，主要为了加固围岩。通常可分为：砂浆锚杆、中空锚杆、预应力锚杆。锚杆喷射混凝土轴力承载拱10:18:12上午531.普通水泥砂浆锚杆(1)构造组成砂浆杆体垫板螺母

①杆体直径14~22mm为宜，长度2~3.5m，为增加锚固力，杆体内端可劈口叉开。锚杆杆体使用前应平直、除锈、除油。(2)设计、施工要点10:18:12上午54②钻孔：钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直。钻孔孔径比杆径大15mm。孔位允许偏差为±15mm；钻孔深度应大于锚杆设计长度10cm，孔深允许偏差为±50mm。③清孔：孔钻好后用高压水(风)将孔眼冲洗干净，用塞子塞紧孔口，防止石渣掉入。④孔径检查：成孔完成后，按规格进行检查⑤杆体到位后要用木楔或小石子在孔口卡住，防止杆体滑出。锚杆安设后不得随意敲击；终凝前不得在端部悬挂重物；水泥砂浆终凝以后安装垫板。10:18:12上午552中空注浆锚杆由中空锚杆杆体和垫板、螺母、排气管等附件组成。主要设在开挖断面的拱部及围岩较差地段的拱墙。钻孔直径30mm，钻孔深度大于锚杆设计长度10cm。水泥浆的配合比：水灰比1：0.4-0.5,注浆压力为0.2-0.5MPa,水泥浆随拌随用。10:18:12上午563预应力锚杆施工工艺：钻孔成型清孔放置锚杆安装止浆塞，螺母等连接张拉工具张拉10:18:12上午57注浆目的：使浆液包裹预应力锚杆体，有效地防止杆体锈蚀致使锚杆失效;同时，浆液充填裂隙，改良围岩。具体步骤:①按设计配合比搅拌好浆液，并将其倒人注浆机中；②开动注浆机，浆液注人锚孔中，直到锚杆尾端流出浆液且注浆压力达到设计值为止;③取下注浆接头，安装堵浆塞进行下一根锚杆注浆，直到所有锚杆注浆完毕;清洗设备。注浆宜采用具有良好渗透性的纯水泥浆进行注浆。注浆在张拉结束后即可进行。10:18:12上午583.2.2.3注浆小导管施工(1)施工准备:调查地质，确定注浆类型，进行注浆设计，并进行试验以确定各种参数。(2)钻孔安装小导管:在围岩中布孔，并标出孔位，用凿岩机或钻孔台车钻眼，成孔后，用吹管或掏勺将孔内砂石吹(掏)出，人工推送钢管人孔，管口用麻丝和锚固剂封堵。(3)封闭注浆面:小导管注浆前，对注浆面及5m范围内的坑道喷射厚为5-10cm混凝土。10:18:12上午59(4)注浆作业:注浆前先进行注浆试验，以调整注浆参数。采用专用注浆泵注浆，清孔后，按由下至上的顺序施工，水泥浆水灰比开始宜为1:1,浆液先稀后浓、注浆量先大后小;注浆压力按分级升压法控制，由注浆泵油压控制调节。(5)注浆结束标准:以终压控制为主，注浆量校核。当注浆压力为0.5~1.0MPa,持续15min即可终止。10:18:12上午603.2.2.4

挂设钢筋网钢筋网通常作环向和纵向布置。钢筋网应根据开挖面随岩体表面的起伏铺设，其间隙不大于3cm，网格尺寸一般为20cm×20cm，安装前钢筋要进行除锈及油污，确保质量。10:18:12上午613.2.2.4

钢拱架制作安装1、构造组成钢拱架可以采用型钢、工字钢、钢管或钢筋制成。现场采用以钢筋制作的格栅钢架较多。10:18:12上午62

2、性能特点(1)钢拱架的整体刚度较大，可以提供较大的早期支护刚度；型钢拱架较格栅钢架能更早承载。(2)钢拱架可以很好地与锚杆、钢筋网、喷射混凝土相结合，构成联合支护，增强支护的有效性，且受力条件较好。尤以格栅钢架结合最好。(3)格栅钢架采用钢筋现场加工制作，技术难度和要求并不高；对隧道断面变化适应性好。(4)钢拱架的安装架设方便。10:18:12上午63(5)当围岩变形量较小或只允许围岩有小量变形时，钢拱架可以设计为固定型。当围岩流动性强、变形量大，且允许围岩有较大变形时，宜将钢拱架设计为可缩性，其可缩节点位置宜设置在拱顶节点处。3.施工要点(1)钢拱架垂直度允许误差为±2°。(2)钢拱架的拱脚应稳定，一般有垫板、纵向托梁、锁脚锚杆等。(3)钢拱架的安设应在开挖后的2h内完成。(4)钢拱架应尽可能多地与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支护效应。10:18:12上午6410:18:12上午653.2.3二衬支护施工10:18:12上午66

二次衬砌保证了隧道在运营使用中永久稳定、安全、美观,同时也是作为安全储备的一种工程措施。在不良特殊地质段,二次衬砌可加强围岩变形支撑初期支护也很难封闭水系而导致隧道内仍有渗漏水时，二次衬砌来保证隧道的不渗不漏。在出现较大自然的变化，如地震、山体出现了偏压及过大的压力水等等破坏力很强的自然灾害时，隧道初期支护不能完全保证围岩的稳定，二次衬砌加强山体变化的支撑稳定。1.二衬的作用10:18:12上午67当围岩和初期支护变形基本稳定，量测监控数据表明位移率明显减缓、收敛值拱脚附近小于0.2mm/d和拱顶相对下沉小于0.15mm/d时，方可施作二次混凝土衬砌。应采用整体式液压衬砌台车施工。混凝土采用自动计量的拌合站集中供应，搅拌运输车运送，混凝土输送泵泵送入模。衬砌施工中注意及时埋设预埋件及预留洞室。2.二衬施作时机10:18:12上午683、衬砌台车1.台车长度根据路线半径及以防台车变形的要求而定，一般8~12m；10:18:12上午69车的加工应注意：1.面板钢板厚度不宜小于1cm；2.拱部提升液压带锁定装置及定性支撑防止浇注拱部砼时下沉；3.门框