隧道施工技术(讲课)课件

施工要点

关键技术客运专线隧道

我国客运专线的启动，引发新一轮铁路隧道的建设高潮。

客运专线的隧道特点为了迎接市场竞争的挑战，近期，铁道部启动了以250km/h、300km/h和350km/h速度为目标的客运专线的建设工程，我国的铁路建设又进入了一个新阶段。由于速度的跨越，对构成线路的各种结构物，包括桥梁、隧道、轨道、路基等，提出了更加严格的要求和标准，也提出来许多前所未有的新课题。目前，正在建设的和拟建的几条客运专线都有大量的隧道工程涌现。在客运专线条件下，如何针对隧道观察的特点、认识和解决所面临的新问题，是一个值得研究的问题。列车高速运行的作用，对洞内轨道（包括基底结构，如仰拱或铺底、混凝土填充层等）的影响增大，不仅需要加强基底结构，对衬砌结构也具有一定的影响，不容忽视。对衬砌混凝土的耐久性，如抵抗列车风压的疲劳特性；如何保证初期支护的喷混凝土的耐久性?，以及大断面衬砌结构的抗开裂特性等，都提出来了明确的要求；客运专线的隧道特点

大断面意味着什么？在同样围岩条件下，随着开挖断面积的增加，意味着：

1、掌子面的稳定性的降低；2、施工难度、特别是施工安全管理的难度增大；3、施工风险的发生概率加大；4、结构物质量要求的提高；5、隧道工程管理提出更高要求。隧道工程管理的基本问题安全：安全为主线技术：保护围岩，确保围岩稳定，不坍塌；保证施工质量管理：实现风险管理技术1、保护围岩，确保开挖后围岩稳定；2、大力提高支护结构，特别是初期支护的支护能力，特别是喷混凝土的性能；3、多机作业，尽可能地缩短各项作业的时间；施工方法要为采用大型施工机械或多台机械同时施工创造条件；4、提高混凝土衬砌的施工水平，防止衬砌的初期开裂；5、采用根本性的措施，确保防水的质量；6、设计和施工要采取措施尽可能地减小开挖断面积；如何减少风险、控制风险和防止风险，就要依靠纯熟的技术和完善的管理。因此，技术和管理就成为工程管理中的重要手段。没有纯熟的技术和完善的管理，就谈不上风险的控制。因此，不管是业主、还是设计、施工以及监理都必须下大力气，狠抓“技术”和“管理”。技术隧道施工要点及关键施工技术一.洞口施工二.进洞施工方法三.明洞四.隧道施工要点及关键施工技术洞口防护不当造成坍方洞口防护不当造成坍方暗洞进洞要点严格按设计图纸施工。在进洞前，必须做好洞口护拱或超前管棚导向墙，并认真做好超前支护。确定安全、可靠、合理的施工方法，主要指方法的选择：CD法、CRD法还是双侧壁导坑法等。管超前、弱爆破、短进尺、强支护、快封闭是进洞必须遵循的原则。也是预防洞口坍塌的最好措施。

正洞施工要点一、掌子面（开挖面）稳定性在大断面条件下，如何控制掌子面的稳定性，减少和预防掌子面出现坍塌的风险，是极为重要的。特别是在通过各种不良地质地段时。从风险的角度看，掌子面失稳有多种方式：

·掌子面挤出；·掌子面拱部坍塌；·上半断面拱脚下沉；·底部鼓起等。从技术角度出发，预防和减少上述风险发生的主要方法也是多种多样的。·超前支护；·扩大拱脚、设置拱脚锚杆或锚管；·正面喷射混凝土和锚杆；·底脚锚杆或锚管等。掌子面掌子面超前支护是采用管棚、小导管、超前锚杆及注浆等，沿隧道外轮廓，以低角度打设方式加固掌子面前方围岩、约束围岩松弛、掉块的方法。超前支护，基本上是借助构件的抗弯刚度发挥作用的，因此，采用抗弯刚度大的构件是有利的。二、支护结构的构成隧道的支护结构包括：初期支护；喷混凝土、锚杆、钢支撑或格栅超前支护；预衬砌、长钢管等二次衬砌：包括仰拱及底板；临时支护：需要拆除的支护构件，如中隔壁等。不可轻视的锁脚注浆锚杆1、超前支护工程实践证实，在地质不良的地段，发展各种稳定掌子面的辅助工法并使之模式化是极为重要的。日本、意大利在这方面都做了极有成效的工作。定义：以稳定掌子面和地层下沉为目的的拱形薄壳结构体。即：不仅沿隧道纵向具有梁结构的作用，在横断方向还具有拱形结构支护效果的支护。

适用范围：1、需要提高掌子面稳定性的土砂围岩；2、以控制地表下沉和相邻结构物的影响为主要目的的场合；如浅埋地点、接近重要结构物施工的场合等超前支护的关键点存在问题：初期支护系统杆体长短不一；安装角度控制不严；注浆效果差或不注浆。关键点：1、超前管棚、小导管、超前锚杆等安装质量（包括长度、间距、外插角）2、超前支护体系的注浆质量：包括通过注浆加固周边围岩的作用、超前支护杆体内的注浆质量。初期支护的施作程序要求第一步：每次出碴完毕（含找顶）后立即进行首次初喷混凝土，封闭围岩和超前支护系统，初喷混凝土的厚度不小于4cm；第二步：架设型钢钢架；安装锚杆第三步：二次喷射混凝土。喷射砼表面平整度要求：用2米靠尺检查，边墙5cm，拱部7cm。第四步：进入下一循环作业（初期支护或钻爆作业）喷射砼结束后3小时内不得爆破作业。干喷砼的主要缺点砼水灰比难以控制均质性差、和易性差离散性强强度波动性大强度水平低作业环境差（1）、初期强度一般说，喷混凝土是最先施设的，都希望它尽快地发挥作用，这是我们要求喷混凝土具有一定初期强度的目的。设定喷混凝土初期强度的场合，应考虑隧道开挖条件及随掌子面进展产生的围岩动态，以充分确保掌子面及其附近围岩的稳定，取24小时以内的强度为标准。初期强度，应根据围岩条件和施工条件，可以取24小时以外的强度为标准，有的国家就是以3小时的强度作为基准的。（2）、附着强度喷混凝土与围岩及其它物体的附着，是发挥喷混凝土支护作用的关键指标。许多国家都有明确的规定。（3）、附着配比对工程来说，喷混凝土的附着配比是最有意义的。附着配比指的是：喷混凝土喷射后附着在围岩上的配比。它与喷射配比、喷射工艺以及喷射工的技术熟练程度有直接的关系，不容忽视。下表是欧洲的一个标准。

喷射后喷混凝土强度（附着配比）C30C35C40C45C50C55喷射前喷混凝土强度（喷射配比）C38C43C48C54C60C654、附着配比锚杆锚杆的支护作用是不能忽视的。特别是在大断面隧道的条件下。锚杆是隧道施工过程中，维护围岩稳定，保证施工安全的重要手段之一。施工完成后，在一定程度上，它还可以作为永久支护结构的一部分发挥作用。因此，在施工中，如何保证和检查锚杆的施工质量，是极为重要的。但从目前的施工状况看，锚杆长度不足、不配置垫板、配置不合理、砂浆充填不密实，甚至“长锚短打”的现象也时有发生。造成这种现象的原因虽然是多方面的，但主要还是对锚杆在隧道施工中的作用认识不足，不能完全按照要求施工，而且缺乏有效的检测手段。锚杆设置的方向隧道工程质量控制要点一衬砌质量三要素1混凝土（喷混凝土）强度2衬砌厚度3密实性接触条件二防排水系统可靠性1注浆效果—排放流量的控制2排导系统的畅通三净空和外观隧道二次衬砌施工要点客运专线隧道对隧道衬砌的要求：

1.耐久性：100年

2.一级防水：不渗、不滴、表面无湿渍

3.断面大：衬砌台车强度、刚度要求高;混凝土灌注、拆模时间提出高要求。衬砌施工要点设计是前提材料是基础

工艺是关键管理是保证施工工艺

要点：

混凝土的灌注速度控制混凝土灌注过程中的振捣技术拱部混凝土无振捣灌注的密实性施工缝、变形缝止水带的安设技术堵头板的安装措施施工缝的处理工艺钢筋保护层的控制衬砌台车的长度（每次混凝土灌注的长度）拆模时间拆模时间要求

混凝土强度达到8MPa以上不小于8MPa二次衬砌初期开裂

原因：温度收缩、干燥收缩而产生的裂缝施工引起的开裂

后果：可成为渗漏水的通道造成运营期间掉混凝土块耐久性降低

措施：采用水化热低的水泥减少水泥用量缩短混凝土灌注长度防水板铺设技术采用专用作业台架采用无钉铺设工艺防水板铺设要有松弛度，确保混凝土灌注后防水板能与铺设砼面密贴，无空洞。无纺布挂设时，射钉的部位应考虑喷射砼面的凹凸情况，合理布置。排水盲管的安装工艺防水板的撕裂光面爆破防水板材料吊挂余量NATM隧道工程的施工安全技术围岩失稳和坍塌形式围岩性状岩体结构岩性地下水地应力量值水准特征隧道特征形状跨度断面埋深施工方法块状围岩（硬岩）的坍塌形式镶嵌咬合坍塌防范重点部位围岩条件主要坍塌部位施工监控块状围岩（硬岩）拱部（同节理产状有关）节理系统软弱围岩（风化破碎软质）两侧边墙(同层面倾角有关）掌子面位移高地应力硬岩（岩爆）大主应力竖向两侧边墙大主应力水平向拱部大跨度浅埋拱部垫板的设置要发挥锚杆的效果，垫板的设置是十分重要的。我们在施工中，多数是不设置垫板的。因为增加垫板，不仅增加了施工成本，对工期也有一定影响。但从效果上看，这是得不偿失的。日本对此曾进行了试验研究。试验表明：设垫板比不设垫板，加载应力提高了2.5倍；垫板面积越大，头部轴力提高也越多。例如，垫板面积增加1倍，头部轴力可提高1.25倍等。其次有垫板时，锚杆轴向应变的最大值的位置，向内部移动。垫板的设置这说明锚杆的3维约束效果，得以发挥。图5是有垫板和无垫板的的轴力分布的变化。从图中可以看出，有垫板时，锚杆的口部也发生了轴力、而且轴力的最大值也增加了10%~20%。由此可见，垫板的作用是不容忽视的。在锚杆施工中，必须设置垫板，这在规范中也有了明确的规定。安全管理从安全出发，管理要实现以下转变：1、从粗放型管理向精细型管理转变；2、向预测、预报、预案，实现施工全过程管理转变；3、向风险管理体制方向转变。1、每一项作业都应该作到：有施工要点；有施工基准；有施工核查。例如喷混凝土作业施工要点：1、确保初期强度和附着强度；2、确保喷射表面的平整度；施工基准：1、1天初期强度在5～10MPa以上；2、平整度应在规定范围之内；施工核查：1、及时核查1天的初期强度，必要时应核查附着强度；2、核查平整度。管理施工方法介绍CD（中隔壁法）首推法“CD”工法适用条件：浅埋段、软岩段，一般用于Ⅳ级围岩优点：施工安全度较高、控制地层变形较好缺点：施工进度较台阶法慢但较“CRD”工法快、临时工程量和造价也是较台阶法大但较“CRD”工法小施工控制要点：刚支撑连接、锁脚锚杆（管）、左右部台阶的高度和纵向长度、临时支撑的拆除时机及长度上半断面CD法适用条件:上软下硬地层在浅埋隧道中经常出现这样的情况，拱部或上部位于土层中，下部位于岩石中