从关键环节入手提高隧道施工技术和管理水平隧道施工技术交流

从关键环节入手提高隧道施工技术和管理水平隧道施工技术交流第1页/共58页一、渝利铁路Ⅲ标工程概况我局承建的渝利铁路第Ⅲ标段线路长度为25.231km。主要工程内容为路基2942m，隧道6座15454

m，桥11座6903m，特大桥3座4908m，车站1座。2023年3月19日第2页/共58页隧道工程概况渝利Ⅲ标隧道6座，分别是半坡隧道、八角树隧道、尖峰1#隧道、尖峰2#隧道、石家坡隧道、马鞍山隧道，隧道施工总里程15454米，占标段线路总长61.25％。其中尖峰顶1#隧道、尖峰顶2#隧道及马鞍山隧道被列为全线重点控制性工程。2023年3月19日第3页/共58页尖峰顶1#隧道概况2023年3月19日隧道位于长江北岸区，主要穿越三叠系上统须家河组上段砂岩夹页岩；三叠系上统须家河组下段页岩、砂岩夹煤线；中统雷口坡组页岩夹盐溶角砾岩、泥质灰岩、角砾状灰岩等；下统嘉陵江组四段盐溶角砾岩与灰岩互层。隧道区不良地质为岩堆，煤层瓦斯、岩溶。地层单斜，受苟家场背斜影响，岩体较破碎，节理较发育，含煤地层为低瓦斯，岩溶强烈发育，见溶蚀洼地、岩溶漏斗、溶洞、溶蚀槽谷、落水洞、地下暗河等分布，地下水以碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩溶水为主，地下水发育且具侵蚀性，隧道最大涌水量7120m3/d。尖峰顶1#隧道为渝利铁路五大高风险隧道之一，中心里程D3K109+855，进口里程:D3K109+400，出口里程:D3K110+310，全长910米，为岩溶、瓦斯、突水等地质病害集中的高风险隧道。溶腔非常发育，截至目前已穿越溶腔10处，其中最大溶腔长8米，宽200余米，高16米，穿越的地下暗河最大流量为600m3/h。第4页/共58页尖峰顶2#隧道概况2023年3月19日隧道位于长江北岸低山区，地层岩性由新到老依次出露有上覆第四系全新统第四系坡残积层、坡崩积层；下伏三叠系上统须家河组上段砂岩夹页岩；下段页岩、砂岩夹煤线；中统雷口坡组页岩夹盐溶角砾岩、泥质灰岩、角砾状灰岩等；下统嘉陵江组四段盐溶角砾岩与灰岩互层。隧道区不良地质为煤层瓦斯、岩溶，未见特殊岩土。隧道范围地层单斜，受苟家场背斜影响，岩体较破碎，节理较发育，含煤地层为低瓦斯，岩溶强烈发育，岩溶形态有溶洼地、岩溶漏斗、溶洞、溶蚀、槽谷、落水洞、地下暗河等，地下水以碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩溶水为主，地下水发育且具侵蚀性，隧道最大涌水量10000m3/d。尖峰顶2#隧道为渝利铁路五大高风险隧道之一，该隧道尖峰顶中心里程

D3K111+080，进口里程:D3K110+535，出口里程:D3K111+625，全长1090米。为岩溶、瓦斯、突水等地质病害高风险隧道。第5页/共58页马鞍山隧道概况马鞍山隧道隧道为长大隧道，全长为5932米。为无碴轨道。隧道址区属中～深切割侵蚀，剥蚀低山貌，地形起伏较大，覆盖层主要为第四系全新统坡残积粘性及崩积层块，碎石土，下伏地层主要为侏罗系中统页岩、泥砂夹砂岩、砂岩，位于珍溪向斜南东翼，岩层为单斜构造，受区域地质构造影响，层理产状起伏较大，岩体较破碎，节理发育，表层全、强风化带厚为1～6m。隧道进口有危岩落石，出口段线路右侧为顺层偏压段，地下水无侵蚀性，环境作用等级为T2。隧道正常涌水量为13150m3/d。2023年3月19日第6页/共58页渝利铁路Ⅲ标隧道的主要特点（一）、尖峰顶1#、2#隧道隧区岩溶强烈发育，岩溶形态有溶蚀洼地、岩溶漏斗、溶洞、溶蚀槽谷、落水洞、地下暗河等，地下水发育。地质构造复杂，受苟家场背斜影响，岩体相当破碎，地下水发育，施工难度和施工风险极大。2023年3月19日尖峰顶1#隧道溶腔尖峰顶1#隧道特大溶腔第7页/共58页渝利铁路Ⅲ标隧道的主要特点（二）、隧道Ⅲ级围岩的缓倾（顺层）岩层本标段两个长大隧道马鞍山隧道（5932米）、石家坡隧道（3001米）。岩性为泥岩夹砂岩，薄层至中厚层状，较薄层厚1~3cm，层理明显，层间结合力差，岩体较破碎，岩层倾角较缓约5~20°左右。设计多为Ⅲ级围岩，拱顶岩层易松动掉块，岩体自稳能力差，极易造成坍方。2023年3月19日缓倾岩层第8页/共58页渝利铁路Ⅲ标隧道的主要特点（三）、岩堆体和裂隙马鞍山隧道进口D3K118+334~+595段为岩堆体，岩堆体厚为5~20米，从洞口处延伸至长江边。洞口处有一上宽1.6米，下宽2.3米，深度约20米的大裂隙形成危岩体，可能产生堆积体滑坡。马鞍山隧道进口端上方分布有危岩落石，对工程施工有一定影响。2023年3月19日第9页/共58页渝利铁路Ⅲ标隧道的主要特点（四）、石家坡隧道地下水发育，掌子面常见大股状涌水，水质乳白色，渗流总量约2000m3/d。受地下水影响，岩体层间及裂隙两侧经水软化作用，结构松散，岩质极软，岩体自稳能力差。2023年3月19日第10页/共58页为提升隧道施工技术和管理水平，我局在渝利铁路施工中围绕隧道施工上的关键环节，进行了一些探索。本文就湿喷混凝土工艺、高风险隧道的超前地质预报和施工、Ⅲ级缓倾岩层（顺层）防坍方的技术要点、隧道监控量测的要点及应用等几个关键环节谈谈我们的做法，请各位领导和专家指正。2023年3月19日第11页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺湿喷混凝土技术仍是一项推广中的新工艺。湿喷混凝土技术的使用，大大改善了隧道施工作业环境，加快了喷射混凝土的作业循环，更为重要的是通过湿喷工艺建立了喷射混凝土质量保证体系，使喷射混凝土品质稳定可靠。2023年3月19日第12页/共58页2023年3月19日湿喷工艺控制要点材料选材、粒径控制、坍落度控制、砼的和易性喷射混凝土操作手的操作要领风压的控制速凝剂掺量的调节和使用喷射角度和受喷面距离设备选用我局在渝利铁路的隧道施工中，自始至终推行湿喷施工，成立了技术攻关小组。2009年7月9日-11日在渝利铁路尖峰顶隧道1#、2#隧道出口进行湿喷试验，隧道边墙回弹率为8-10%，隧道拱墙回弹率为13-15%，第二天砼强度达14~15MPa，28天强度达28~30MP。第13页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺2023年3月19日（一）、设备选用，岩锋TK500湿喷机目前在渝利铁路施工工地使用较多的是成都岩锋科技发展有限公司生产的岩锋牌TK500湿喷机。优点：作业时粉尘较小，改善了施工环境，使喷射混凝土品质稳定可靠。缺点：是单位效率低，每小时喷射量在3-3.5方之间，零部件较易损，作业后冲洗要求高。岩锋TK500湿喷机第14页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺（二）、喷射混凝土所用水泥、细集料、粗集料、外加剂及外掺料均应经过验收试验，其质量应符合国家标准和行业标准。细集料宜采用级配合理且细度模数在2.2~3.2范围内的中粗砂或机制砂（重庆地区），机制砂的石粉含量控制在5~10%以内；粗集料宜选用5~15mm的碎石或卵石，其针片颗粒应控制在5%以内，特别要控制10~15mm的粗集料，最大骨粒不得超过15mm。坍落度控制在80~180mm之间，现场经验控制在100~160mm为宜。保持喷射混凝土良好的和易性。2023年3月19日第15页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺（三）、加强对喷射混凝土喷射手的培训，使其熟练掌握湿喷机的性能和操作要领，理解湿喷工艺是一个动态的施工过程，根据现场实际调整混凝土的坍落度、风压、喷射距离和速凝剂的掺量风压等。喷射手掌握喷嘴时，应尽量控制喷嘴与受喷面垂直，喷射距离在0.5～1.2m范围内（与风压成反比），垂直被喷面，这点很重要。2023年3月19日第16页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺2023年3月19日湿喷操作方法第17页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺（四）、控制好风压、控制好水灰比，管长不宜超过20米。隧道拱顶湿喷作业时的风压宜控制在0.3~0.5MPa之间，边墙湿喷作业时的风压宜控制在0.2~0.4之间，不得超过0.5MPs。（五）、速凝剂掺量的调节和使用方法。液体速凝剂的施工掺量应在实验室确定的最佳掺量的基础上考虑其因差异性、敏感性和施工中的损失进行综合确定，原则上在满足凝结要求时应使掺量最小。2023年3月19日第18页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺（六）、在有钢拱架和和格栅拱架喷射混凝土的施工方法。为了确保初级支护的安全可靠性，对V级围岩设计大多采用V级I型加强复合衬砌，I20钢拱架环距离0.6米，环与环之间有20*20的钢筋网片。这就提高了对喷射混凝土的要求，喷射宜采用低风压近距离变化喷射角度的方法，风压控制在0.2~0.3MPa左右,距离在0.5m，调整角度先喷钢拱架背后部分，再喷钢筋网架背后，然后恢复正常湿喷方法。否则湿喷会形成一个平面的混凝土壳，与围岩之间形成空洞。2023年3月19日第19页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺（七）、几个问题值得注意：a、是喷射混凝土往往偏薄，特别是不设钢拱架的段。这是因在施工时难以控制喷层的厚度，没有配备随时检测喷层厚度的仪器。目前较为可行的办法就是插钉子。b、是在有钢拱架时往往钢拱架处喷层厚，两钢拱架之间薄，形成波浪型。处理措施是在第一次初喷后将钢拱架上面的混凝土铲掉，再将受喷面复喷一次即可，能有效的控制混凝土面的波浪状。2023年3月19日第20页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺c、在需要很快起支护作用时，可以采用早强水泥喷射混凝土。d、完善设备配置提高湿喷功效。每个隧道洞口宜配备3-4台湿喷机，湿喷作业中采用分料盘可供2-3台湿喷机同时作业的半机械化作业，节省了人力提高了功效。2023年3月19日湿喷作业分料盘布置第21页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺2023年3月19日建设单位领导和施工单位一起检查湿喷效果第22页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺2023年3月19日渝利铁路兄弟单位在尖峰顶一号隧道观摩湿喷效果第23页/共58页二、研讨和推广湿喷混凝土工艺经过工艺性试验形成了成熟的施工工艺。由项目部技术人员编写的湿喷工艺论文在《公路交通技术》期刊上发表。尖峰顶1#、2#在铁道部两次检查中均得到了表扬，湿喷混凝土施工工艺已在渝利铁路三标6个隧道中得到推广应用，特别是湿喷混凝土工艺被业主定为全路湿喷工艺观摩点，得到了业主和兄弟单位的好评。2023年3月19日第24页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理高风险隧道对我大桥局的确是一个挑战，为此，我部认真向兄弟单位学习，先后安排对在建宜万铁路齐岳山隧道、野山关隧道、渝利铁路大梁山隧道等工地进行实地观摩学习，借鉴兄弟单位的先进经验，以提高自身管理水平与施工能力，确保搞好渝利铁路尖峰顶1、2号风险隧道施工。2023年3月19日第25页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理2023年3月19日为加强风险隧道的监控，在洞口布置了进洞人员自动登录系统，并安装了远程视频监控系统，均已投入正常使用。隧道洞口自动登录系统第26页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理2023年3月19日超前地质预报采用的方式方法TSP超前水平钻孔超长炮孔地质素描严格按照新奥法进行施工，坚持“先预报、管超前、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则组织施工，在工程实体质量控制上充分展示了独有的管理特色。第27页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理2023年3月19日委托中铁二院进行TSP超前预报与红外探水。图为正在进行TSP超前预报。TSP超前预报第28页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理2023年3月19日自购日产RPD150C型多功能地质钻机，用于超前地质预报，将地质超前预报纳入了工序管理。日产RPD150C型多功能地质钻机第29页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理2023年3月19日超前水平钻孔第30页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理2023年3月19日现场施工人员正在进行加深炮眼检查第31页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理2023年3月19日施工人员正在进行地质素描第32页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理根据超前地质预报解释的不同地质，采用适配的爆破工艺，如根据尖峰顶一号隧道出口有近400米的三叠系下统嘉陵江组盐溶角砾岩与灰岩互层，少水，岩层虽破碎，但有一定自稳能力（如下图），项目部制定了“超短进尺、欠挖爆破、二次找顶”的开挖措施。较好的控制了隧道的超欠挖现象，加快了风险隧道的施工进度，取得了较好的经济效益。2023年3月19日第33页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理2023年3月19日挖掘机正在进行进行二次找顶施工作业第34页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理在开挖过程中，根据不同的掌子面揭示的地质条件，动态调整每次开挖进尺长度，如尖峰顶2#隧道《超前地质预报（TSPF法）技术报告》揭示D3K111+263-D3K111+200段，围岩极破碎，含水，其中D3K111+263-D3K111+238、D3K111+230-D3K111+220和D3K111+207-D3K111+204三段节理裂隙较发育，存在软弱带或软弱夹层（如页岩和煤层等），含水（呈点滴状-雨淋状），围岩稳定性极差。根据以上资料，我们对上述三段采取了防塌方和突泥突水措施，开挖进尺控制在0.8米，缩短安装钢拱架和喷射砼的时间，并及时跟进仰拱施工，有效地控制了施工风险。2023年3月19日第35页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理2023年3月19日在岩溶发育地段，增加50米深的5个φ89的超前钻孔，每循环加深炮孔10个，加深至7米，仰拱施作前对基底进行物探，以进一步探明前方岩溶情况。根据超前水平钻孔揭示的大溶腔，采用超前小导管与大管棚环向交替设置方案，有效的控制了风险。小导管与大管棚环向交替设置方案第36页/共58页三、高风险隧道的超前地质预报和施工管理尖峰顶1#隧道施工过程中已穿越溶腔10处（设计变更4处），其中最大溶腔长8米，宽200余米，高16米，穿越的地下暗河最大流量为600m3/h。为高风险隧道施工积累了丰富的施工经验。2023年3月19日尖峰顶1#隧道暗河第37页/共58页四、Ⅲ级缓倾岩层（顺层）预防坍方的技术要点我局渝利项目部施工的隧道有不少洞身均穿越侏罗系中、下统泥岩、页岩夹砂岩，岩体节理、裂隙较发育，多段存在顺层偏压问题，泥岩、砂岩岩质软，缓倾岩层围岩稳定性差，隧道顶部易掉快，坍方，侧壁有时会失稳。2023年3月19日第38页/共58页四、Ⅲ级缓倾岩层（顺层）预防坍方的技术要点隧道施工中，由于对缓倾岩层认识不足，致使拱顶掉快和塌方时有发生，特别是马鞍山隧道斜井、出口和石家坡隧道出口，缓倾岩层特征明显，共发生局部拱顶塌方7次，最大塌方体3*16*2米。2023年3月19日0次2次3次2次第39页/共58页四、Ⅲ级缓倾岩层（顺层）预防坍方的技术要点2023年3月19日隧道塌方原因掘进进尺过大锚杆安装不到位技术措施不力施工工法不妥第40页/共58页四、Ⅲ级缓倾岩层（顺层）预防坍方的技术要点2023年3月19日加强Ⅲ级缓倾岩层的超前地质预报改变施工工法将全断面开挖法改到三台阶开挖法将每循环掘进进尺控制在2.2米-2.5米锚杆的施工工艺调整缓倾岩层支护措施最关键的是锚杆的施工工艺，在现场检查中我们发现，凡是出现塌方的隧道，锚杆施工极不规范，插打方向不合理（缓倾岩层中锚杆未垂直于岩面，拱腰处锚杆近乎平行于岩层节理面）、锚杆注浆不饱满，不仅起不到支护的作业，反而加速塌方的产生。我们在马鞍山隧道斜井和出口工地多次召开施工人员的技术交底会，对系统锚杆、垫板、W钢带、格栅钢架、钢筋网、喷射混凝土、根据围岩所揭示的顺层调整锚杆数量等技术要求进行了细致的讲解，使现场施工人员施工提高了锚杆施作的水平。首先要严格开展掌子面素描及加深炮孔超前探测工作，依据地质描述或素描图，对掌子面附近的岩体中不稳定结构体可能出现的位置给出报警，对掌子面前方不良地质作出推断，根据已揭露的地质构造及产状及时提出变更围岩级别的建议。其次是改变施工工法，将全断面开挖法改到三台阶开挖法，将每循环掘进进尺控制在2.2米-2.5米。根据层间结合较差的层面分布位置，及时调整支护措施。将易产生坍方的部位锚杆加长至4.5m，并适度加密，必要时可采用径向注浆小导管加强。易坍方区域以外的部位锚杆可缩短至2m。为保证施工安全，二次衬砌应及时施作。防坍方施工要点第41页/共58页四、Ⅲ级缓倾岩层（顺层）预防坍方的技术要点

2023年3月19日石家坡隧道进口在实际涌水量远超出设计涌水量的情况下，坚持落实项目部制定的防坍方措施，从未发生坍方事故。石家坡隧道出口自2009年8月、马鞍山隧道出口自2010年1月再未发生塌方事故。第42页/共58页五、隧道监控量测的要点及应用通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工是新奥法施工的基本思想之一，如果没有在隧道施工现场建立起来有效的量测、监控系统，并用于指导设计和施工，就妄谈什么“新奥法。2023年3月19日第43页/共58页五、隧道监控量测的要点及应用（一）、监控量测的目的监控量测是隧道新奥法施工的眼睛，关系到隧道施工的安全和质量，其目的是为施工管理及时提供以下信息、围岩稳定性和支护、衬砌可靠性的信息，正确指导施工，确保施工中人员和机械设备的安全，并为以后类似工程积累经验。2023年3月19日第44页/共58页五、隧道监控量测的要点及应用（二）、监控量测的组织体系项目部成立隧道监控量测领导小组加强隧道监控量测工作。各隧道架子队设专职测量小组，专职测量人员3-4名均是项目部正式员工，配合项目部监控量测领导小组进行隧道的日常量测工作。2023年3月19日第45页/共58页五、隧道监控量测的要点及应用（三）、监控量控施工流程渝利铁路工程以洞内、外观察、水平收检测量、拱顶下沉测量、地表沉降为必测项目，特殊地段可根据工程需要进行。a、洞内、外观察重点在洞口段和浅埋地段，采用地质罗盘、钢尺和数码相机进行进行，由现场值班技术人员负责此项工作，每天至少观察1次。2023年3月19日第46页/共58页五、隧道监控量测的要点及应用分析地址勘测资料制定监控量测方案施工监控地表观测地址预测与开挖验证围岩支护结构状态观测围岩支护结构受力变形监控量测修改支护参数分析判断安全应急措施施工是否完成结束否否是是2023年3月19日监控量测施工流程第47页/共58页五、隧道监控量测的要点及应用b、净空变化、拱顶下沉、地表下沉（浅埋段）应设在同一断面，其两侧断面间距及测点数应根据围岩级别、隧道埋深和开挖方法等因素确定，净空变化、拱顶下沉应在每次开挖后12h内取得初读数，最迟不得大于24小时，且在下一循环开挖前必须完成。2023年3月19日施工人员正在进行测量第48页/共58页五、隧道监控量测的要点及应用c、监控量测断面间距根据围岩级别设置，Ⅴ级围岩间距为5m，Ⅳ级围岩间距为10m，Ⅲ级围岩为30m。Ⅳ、Ⅴ级围岩设3个观测点，Ⅲ级围岩布设拱顶1个测点即可（Ⅲ级缓倾岩层可设3个观测点）。测点可用自制的钢筋预埋件，应确保牢固。2023年3月19日第49页/共58页五、隧道监控量测的要点及应用e、隧道浅埋段地表下沉应在隧道开挖面前方，隧道埋深和开挖高度之和处开始。横断面方向应在隧道中心及两侧间距2-5m范围内布设测点，每个断面设7-11点，以保证监测范围在隧道开挖影响范围之外。测点应用混凝土包桩，测点挖深应在30-50cm左右。2023年3月19日第50页/共58页五、隧道监控量测的要点及应用

（四）、围岩变形的几个控制要点a、围岩的总变形量不得超过隧道开挖直径总变形的2%，一般情况下按照开挖直径的1%来控制。b、当变形速率超过20mm/d时，围岩处于极不稳定状态。c、支护的空洞范围若超过1-1.5倍隧道开挖直径就有明显的危险。d、警惕Ⅲ级围岩在2.5倍掌子面、2.5倍隧道开挖直径处的侧壁失稳，坍方及局部坍方。2023年3月19日第51页/共58页五、隧道监控量测的要点及应用2023年3月19日尖峰顶2#隧道D3K111+126处掌子面揭示为页岩夹泥岩，刚开挖时节理呈水平层状，3小时后节理裂隙形状呈波浪状。尖峰顶2#隧道D3K111+132拱顶处裂纹（五）、实战应用案例第52页/共58页五、隧道监控量测的要点及应用测量时间：2010.6.7~2010.6.18测量断面里程:D3K111+132围岩级别:V埋设时间:2010.06.07量测时间初次观测值下次观测值相对初次下沉值相对上次下沉值下沉速度时间间隔距开挖面距离年月日时(m)(m)(mm)(mm)mm/dd(m)106718343.996

106816343.996343.944-52.00-52.0052.0013.4106918343.996343.900-96.00-96.0048.0025.8106108343.996343.865-131.00-35.0043.6735.81061019343.996343.848-148.00-17.0049.3337.01061116343.996343.837-159.00-11.0039.7547.0106128343.996343.833-163.00-4.0032.6057.01061219343.996343.830-166.00-3.0033.2057.01061316343.996343.829-167.00-1.0027.8367.01061420343.996343.823-173.00-6.0024.7178.21061516343.996343.822-174.00-1.0021.75810.61061610343.996343.821-175