钻爆法隧道施工技术

钻爆法施工关键技术与要点孙振川二0一六年六月大纲一、超前地质预报二、超前支护三、洞口工程四、开挖方法五、初期支护六、防排水七、二次衬砌八、监控量测一、超前地质预报一、超前地质预报地层岩性；地质构造；不良地质；地下水；1、预报内容--对设计的确认和验证不良地质——岩溶、暗河、断层、节理密集带、破碎松散地层、高地应力、煤层、放射性、有害气体等影响工程正常施工的地层。一、超前地质预报2、预报重点一、超前地质预报3、预报方法按预报原理分为4种（仅对山岭隧道而言）地质调查法（地质素描）；超前钻探法物探法；超前导坑法（平导、辅助坑道）一、超前地质预报3、预报方法基本流于形式！地质素描是施工地质最基础的工作，包括洞壁地质及掌子面地质素描。一般情况下每3～5m做一次地质素描。异常地段适当加密。主要内容：地层岩性、断层、褶皱、贯穿性节理、特殊地层、涌水点、涌水量预测等。一、超前地质预报3、预报方法物探：长距离采用TSP203(一般地段150～200m,风化深槽地段100～150m);短距离采用地质雷达（预报长度10～20米）。钻探：长距离钻探长度40～50m，短距离5～6m。长距离采用MK-5地质钻机或意大利产卡萨C6钻机（锚杆台车），短距离地质预报采用风钻。一、超前地质预报3、预报方法长距离预报：大于100m；（物探）中长距离预报：30-100m；（物探、钻探）短距离预报：30m及以下。（物探、钻探）按预报长度分为3种：一、超前地质预报4、预报方法选择开挖验证阶段超前探测阶段设计阶段验证总结最后补充短距离水平探孔（开挖前）地质编录（开挖后）综合地质预报超前水平钻探（具体直观）地质雷达探测（局部重点）超前预报（整体宏观）设计围岩地质情况根据工程地质与水文地质复杂程度合理选择单一方法或综合超前地质预报。原则：有疑必探、先探后挖一、超前地质预报5、地质预报工作流程施工准备制定预报方案地质分析地质综合判断施工建议施工方案选择隧道施工地质素描下循环预报预报分级长距离预报地质预报报告项目技术决策预报验证反馈研究地质资料物探法深孔水平钻探法中长距离预报异常段异常段加深炮孔探测超前水平钻探地质雷达探测短距离预报正常段一、超前地质预报6、地质预报要点（1）研究资料、必要时补勘（山岭隧道实施难度大!），认识准确、分析地质问题及灾害隐患的影响，制定预报预案；（2）根据地质复杂程度分级，对不同地段、不同类型和级别的地段采取不同的预报方法：●断层预报：性质、产状、富水情况、分布位置、规模、物质组成。采用超前钻探法准确预报，辅以地质调查法、物探法。●岩溶预报：分布位置、规模、充填物及岩溶水。以地质调查法为基础，以超前钻探法及“加深炮孔”探测为主，结合多种物探手段进行综合超前地质预报，并开展隧道周边隐伏岩溶探测。洞穴型岩溶无充填大型溶洞充填块石土型岩溶充填粉细砂型岩溶一、超前地质预报6、地质预报要点半充填大型溶洞充填泥水岩溶●煤层瓦斯预报：探明煤层分布位置、厚度、倾角，测定瓦斯含量、瓦斯压力、涌出量、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数等，判定煤的破坏类型。预报以地质调查法为基础，以超前钻探(MKD—5S矿用钻机）法为主。一、超前地质预报6、地质预报要点●突涌水、突泥预报：探明可能发生突涌水、突泥(石)地段的位置（规模）、边界、充填物、水量、水压等。一、超前地质预报6、地质预报要点以地质调查法为基础，以超前钻探法为主，结合多种物探手段进行综合预报。一、超前地质预报6、地质预报要点（7）洞内物探：考虑不良地质多向变异性，TSP预报必须在隧道两边墙甚至洞顶同时施做(探测基线结合现场实际情况确定）。（8）洞内超前钻探：一般布置3～5孔探孔，揭示岩溶时，适当增加；钻孔长度宜为30～50m。两次搭接长度为5～8m。一、超前地质预报6、地质预报要点图3超前钻孔布置图一、超前地质预报6、地质预报要点（8）洞内超前钻探：富水地段，特别是斜井、隧道反坡施工地段进行超前钻探时必须采取防突措施。超前钻探应做好钻孔位置、孔深、钻进压力、钻进速度、冲洗液颜色、涌砂、空洞、振动、卡钻位置、突进里程、冲击器声音的变化等记录。（9）“加深炮孔”探测（开挖轮廓线外2～3m）：可用于各种地质条件下隧道的地质超前探测，尤其适用于岩溶发育区。“加深炮孔”孔数、孔位、外插角根据开挖轮廓线和地质复杂程度及预留安全岩盘厚度确定。一、超前地质预报6、地质预报要点一、超前地质预报7、地质预报相关规定（铁建设［2010］120号）（1）施工图阶段经评估为高风险和极高风险的软弱围岩及不良地质隧道，超前地质预报的责任主体单位为设计单位，其超前地质预报工作由设计单位负责组织实施。其他隧道超前地质预报的责任主体单位为施工单位，超前地质预报由施工单位专业人员实施。（2）软弱围岩及不良地质隧道应由设计单位进行专项超前地质预报设计，及时收集分析预报资料，完善设计方案并指导施工。二、超前支护二、超前支护常用超前支护型式超前锚杆超前小导管超前管棚；1、常用超前支护型式在隧道开挖前，沿隧道拱部开挖轮廓线按一定外插角度安设直径20～25mm、长度3～5m的钢筋，进行围岩加固。一般用于Ⅲ～Ⅳ级围岩、较软弱围岩、破碎围岩、拱部不稳定的地层，不易成孔时可采用自进式锚杆。二、超前支护2、超前锚杆(1)、概要1）支护参数根据地质条件、隧道断面大小及支护结构形式选用；2）沿隧道拱部周边布设，环向间距不大于40cm，外插角控制在10°～15°。3）钻至设计孔深后，用吹管将碎渣吹出清孔，及时安放钢筋，防止孔位坍塌。4）棚架超前作用，一般不注浆。二、超前支护2、超前锚杆(2)、施工要点耗工费时，目前现场一般使用很少！二、超前支护3、超前小导管是在隧道开挖前，沿隧道拱部开挖轮廓线按一定外插角度设直径32～60mm、长度2.5～6m的钢管，与钢架联合使用并连成一体，必要时利用小导管注浆对围岩超前加固的支护方式。一般用于Ⅳ～Ⅵ级围岩、软弱破碎围岩或断层及其影响带、浅埋和洞口等地段。对岩爆控制作用明显！(1)、概要1）支护参数根据地质条件、隧道断面大小、支护结构形式选用。2）沿隧道拱部周边布设，环向间距不大于40cm，外插角控制在10°～15°，采用风钻或凿岩台车成孔，或直接打入。3、超前小导管二、超前支护(2)、施工要点3、超前小导管二、超前支护(2)、施工要点3）钻至设计孔深后，用吹管清孔将碎渣吹出。4）安设加工好的钢管或注浆钢花管，注浆时管口周围缝隙用塑胶泥封堵，并用棉纱堵塞。5）钢管露出工作面不宜大于15cm。6）注浆一般采用水泥单液浆或水泥砂浆，注浆压力控制在0.8MPa以内。地层能够自稳时（粘性地层）可以不注浆！4、超前管棚二、超前支护是在隧道开挖前，沿隧道开挖轮廓线外纵向近水平方向设置直径大于70mm、长度大于10m的钢管，并将钢管内采用砂浆充填密实，必要时通过长管棚注浆预加固隧道前方拱部土体，以减少开挖时土体沉降、坍塌的超前支护方式。一般适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩、浅埋偏压、极破碎岩体，如洞口堆积体、洞身坍方体、砂土质地层、下穿建（构）筑物、强膨胀性地层、断层破碎带等地段。(1)、概要1）长管棚一般为10～50m，钢管以丝扣（套管）连接而成，管棚纵向搭接长度不小于1.5m。（接头应错开！）。4、超前管棚二、超前支护(2)、施工要点2）管棚钢管直径一般为70～180cm，根据需要可选用更大直径钢管，钢管环向间距为30～50cm（必要时可密排），管棚外插角1°～5°。3）需要注浆加固地层时，注浆材料、注浆压力视地质情况而确定，钢管内根据需要可灌注水泥砂浆、混凝土或钢筋笼水泥砂浆，提高钢管的抗弯能力。4、超前管棚二、超前支护(2)、施工要点大管棚4）洞内施作长管棚时一般情况下设置扩大洞室作为工作室，其断面、长度应满足钻机作业要求也可采用特殊工艺或根据钻机选型情况，不设置扩大洞室。三、洞口工程三、洞口工程隧道洞口工程一般包括洞口边、仰坡开挖、防护，端墙、翼墙、挡墙等洞门圬工；洞口边仰坡排水系统；洞口检查设备安装、洞口加强段及缓冲结构等。隧道洞口地段一般地质条件差，且地表水汇集，施工时要结合洞外场地和相邻工程的情况，全面考虑、妥善安排、及早施工。隧道洞口和洞口段施工时要制定完善的进洞方案——高风险点！（1）隧道洞口按照“早进晚出”的原则设计和施工，避免出现高边坡、深路堑，尽量保护原有自然环境——有利于运营安全！（2）洞口施工要注意核对地形地貌，做好支挡、坡面防护、洞顶排水及洞内外水沟衔接、检查梯等，天沟水不得排入路基排水沟内。三、洞口工程施工要点：（3）洞口土石方工程施工应自上而下分层开挖、分层防护。边、仰坡地质条件不良时，采取预加固措施，如采用抗滑桩、钢管桩、旋喷或搅拌桩、锚杆、土钉、锚索、地表注浆等方法对洞口范围进行加固处理。三、洞口工程施工要点：（4）隧道洞口衬砌应采用模板台车或衬砌台架一次性整体灌筑。（5）明洞尽早施作，并作好明暗交接处的防水处理。（6）明洞墙、拱混凝土应整体浇筑。当拱圈混凝土强度达到混凝土设计强度等级的100%时，方可拆除明洞模板。三、洞口工程施工要点：四、开挖方法四、开挖方法根据工程、水文地质条件、断面大小、结构形式、机械配置等综合因素合理选择开挖方法，保证隧道施工安全、结构稳定。开挖方法主要有全断面法、台阶法，特殊条件下（极破碎岩体如洞口堆积体、砂土质地层、下穿建构筑物、强膨胀性地层、浅埋偏压、大跨结构等必须严格控制变形的）可采用环形开挖预留核心土法、中隔壁法、交叉中隔壁法、双侧壁导坑法等。亦即工法选择的原则四、开挖方法1、全断面法全断面法是按隧道设计断面一次开挖成型（含仰拱），再施作初期支护和二次衬砌的隧道开挖方法。施工要点：1）尽量采用深孔爆破，加大循环进尺，合理采用平行交叉作业工序，提高施工进度。2）及时施作喷锚支护，围岩条件变化时及时调整施工方法。施工要点：3）控制周边眼角度，提高光面爆破效果，减少超、欠挖，减少对围岩的扰动，保证隧道施工安全。四、开挖方法1、全断面法事关成本和安全！四、开挖方法2、台阶法台阶开挖法是将隧道设计断面自上而下分两台或三台开挖，台阶间控制一定距离，采用同时并进的隧道开挖方法。3~5m四、开挖方法2、台阶法1）根据围岩条件合理确定台阶长度和台阶数量，台阶长度一般不宜超过1倍开挖洞径（Ⅲ级围岩可适当加长），台阶高度根据地质情况、隧道断面大小和施工机械设备情况确定。施工要点：四、开挖方法2、台阶法2）上台阶施作钢拱架，必要时采用扩大拱脚、锁脚锚杆(管)等措施，控制围岩和初期支护变形；下台阶施工时应保证初支钢架整体顺接平直，螺栓连接牢固，钢拱架必须落在实处，严禁悬空或落在虚渣上。施工要点：四、开挖方法3、环形开挖预留核心土法环形开挖预留核心土法是先开挖上部弧形导坑、留核心土上平台，再开挖下部两侧边墙、中部核心土的隧道开挖方法（根据地质条件、断面大小，可采用两或三台阶开挖），是在特殊条件下采用的一种工法。2~3m2~3m2~3m四、开挖方法3、环形开挖预留核心土法四、开挖方法3、环形开挖预留核心土法施工要点：1）环形开挖每循环长度0.5～1m，开挖后及时施作喷锚支护、安装钢架支撑。2）钢架接头连接应密贴、牢靠，拱脚、墙脚设置锁脚锚杆（管）。3）预留核心土根据围岩稳定性确定，并便于施工。4）弧形导坑、核心土、两侧边墙纵向间距错开3～5m平行施工。5）仰拱初期支护应紧跟下台阶及时施做，全断面封闭衬环距掌子面不宜超过2倍洞径。四、开挖方法4、中隔壁法（CD法）中隔壁法（CD法）是将隧道分为左右两部分进行开挖，先在隧道一侧采用两台阶或三台阶分层开挖，施作初期支护和中隔墙临时支护，再开挖隧道另一侧，并进行相应初期支护的施工方法，是在特殊条件下采用的一种工法。3~5m3~5m3~5m3~5m3~5m3~5m①②③④⑤⑥四、开挖方法4、中隔壁法（CD法）施工步序图四、开挖方法4、中隔壁法（CD法）施工要点：1）左右部的台阶开挖高度根据地质情况及隧道断面大小而定。2）左、右两侧洞体施工纵向拉开间距一般不大于15m。3）台阶开挖长度3～5m，及时施作初期支护和中隔壁临时支护。各工作面每循环进尺