铁路隧道施工技术.

铁路隧道施工技术一、前言1铁路隧道建设规模截止到2009年底，在建铁路隧道约2500座，长度约4600公里，其中特长隧道75座，长度约1075公里；规划隧道约5000座，总长超过9000公里，其中特长隧道122座，长度约1760公里。解决好隧道的建设问题是能否搞好铁路建设的关键问题之一。2铁路隧道发展趋势根据2008年调整的《中长期铁路网规划》，到2012年，将有1.3万公里客运专线及城际铁路投入运营。中国在今后的十几年，将要修建大约3万km的新建铁路，还有很多既有线的改造项目，为此，初步统计大约要修建2200座约2270多公里的铁路隧道3当前铁路隧道建设特点及存在的主要问题数量多、规模大、长度长技术难度大高风险隧道较多安全形势严峻设计、施工、建设管理人员相对欠缺其他（如：受拆迁等因素影响工期紧张）木寨岭隧道，全长19.095km，为极高风险隧道。变形快、变形量较大的特点，变形处喷砼开裂，初期表面出现环、纵向裂缝，支护内鼓，拱架开裂、扭曲等现象，严重影响施工安全。变形段变形速率大多均＞100mm/d，其中最大累计变形超1300mm4铁路隧道施工基本方法（1）隧道施工方法钻爆法浅埋暗挖法明挖法盾构法TBM法沉埋管段法辅助工法天津站综合交通枢纽工程福田站福田站全长1021m，位于深圳市中心区，为4台8线三层全地下车站。车站采用五跨三层大型地下结构，集明挖顺作、盖挖逆作于一体。开挖深度32.15m，宽度78.5m.全断面开挖改为小TBM超前打通，后部用钻爆法扩大。优点：（1）可以超前预报；（2）爆破减振30%，炸药比全断面爆破减少5—10%；（3）扩大爆破，炮眼利用率为100%，所以提高开挖速度2—3倍；（4）炮眼半孔保存率80%,线形超挖10cm;（5）爆破碴堆、碴块均匀、集中，便于快速出碴；（6）纵向爆破冲击波小,对后部工序影响小.14CD法施工、正台阶开挖11、TBM硬岩掘进机：开敞式双护盾结构图北京地下直径线,线路全长9.151km。其中隧道长7.285km，盾构隧道长5.175km。盾构隧道开挖直径约12m，内净空10.5m。18（2）隧道施工方法选择►工程规模、工期要求►地质条件►施工技术条件►施工动力和原材料供应情况►施工安全状况►环境要求►社会效益、经济效益（3）隧道施工方法选择应优选钻爆法和浅埋暗挖法，其次选择盾构法、掘进机法，在松软地带才可采用沉管法。严禁在岩石中采用沉管法，水下爆破不可行。（4）铁路隧道常用施工方法钻爆法浅埋暗挖法盾构法TBM法22（一）钻爆法施工必须遵守的四项原则1、光面爆破2、喷锚支护3、信息化施工监控量测与信息反馈4、动态管理：做到及时支护、及时量测、及时反馈、及时修正。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点2324（二）施工过程中的四条主作业线1、开挖作业线光面爆破技术：应重视四种眼的钻爆，其他掘进眼随意（1）塑料导爆管非电起爆技术（2）掏槽眼爆破技术（3）周边眼间隔装药技术（4）内圈眼爆破层厚度确定（5）底板眼钻爆要点二、铁路隧道钻爆法施工作业要点2526272829导管超前全断面示意图（单位：cm）30２、装碴运输作业线：共有三种类型（1）有轨装碴、有轨运输，适用小断面软弱地层隧道（2）无轨装碴、有轨运输，比上边方式管理简单（3）无轨装碴、无轨运输，适用大断面硬地层为不破坏地层，铺底混凝土超前，是最影响进度的工序。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点3132333435363、喷锚网支护作业线（1）及时初喷混凝土（2）复喷挂网打系统锚杆（3）必要时架设网构钢拱架二、铁路隧道钻爆法施工作业要点374、二次模筑衬砌作业线（1）边顶拱模板台车，一般10m左右（2）塑料板铺设架进行防水板铺设（3）量测数据已趋稳定（4）先做抑拱边墙基础超前（5）高性能泵送混凝土二、铁路隧道钻爆法施工作业要点39405、三条辅助作业线（1）通风作业线（2）排水、防水作业线（3）测量与量测作业线二、铁路隧道钻爆法施工作业要点施工通风有两种方式洞口压入式管道通风（传统方式）适用条件可单洞压入，费电，通风长度短；洞内射流巷道式通风，必须平行两个洞，省电。效率高，可实现堵头10Km以上，是通风新成果。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点42采用平行双洞射流通风模型，可解决长大隧道施工通风难题。采用无轨运输模式，施工通风可达10公里以上。结构防排水施工工艺流程图46监控量测与反馈（1）这是检验开挖方法和支护强度、稳定性的重要手段。（2）一般只进行拱顶下沉及拱脚、墙中收敛（3）应用先进的无尺量测新仪器及软件，精度0.2mm（4）做到信息化及时，以指导施工、设计，确保不塌方，不发生过大变形。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点4748二、铁路隧道钻爆法施工作业要点1.超前地质预报受目前勘察手段、时间以及判释水平等因素限制，在勘察设计阶段尚不能完全准确地探明隧道所穿越的地层及洞身周边的地质情况，因此施工中进行超前地质预测预报是确保施工安全必不可少的手段。铁建设［2007］88号文：隧道施工应进行超前地质预报，超前地质预报应纳入正常施工工序。（三）钻爆法施工作业要点二、铁路隧道钻爆法施工作业要点1.超前地质预报（1）预报内容地层岩性、地质构造、不良地质、地下水（2）预报方法地质分析法、钻探法、物探法和超前导坑法TZ231-2007铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南：根据需要采取1～5孔超前水平钻探（局部7孔），其终孔位置一般要超出开挖轮廓线3～5m，长度宜在30～50m之间；两次循环的超前水平钻搭接长度不小于5m。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点1.超前地质预报（3）预报分级①根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下三级。A级：地质条件复杂，存在储水构造、导水断层、岩溶、有害气体、膨胀岩土等地质问题，施工中易发生突泥突水、瓦斯、大变形等地质灾害，风险程度高。B级：地质条件较复杂，涌泥涌水、瓦斯、坍方等地质灾害风险程度较高的地段。C级：地层岩性单一、地质构造不发育，发生地质灾害可能性不大。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点1.超前地质预报②不同地质风险地段的预报方式为：A级风险地段采用地质素描、两种以上物探方法、超前水平钻探、超前炮眼等；B级风险地段采用地质素描结合物探方法；C级风险地段一般采用地质素描法。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点1.超前地质预报（4）预报要点:①研究区域地质、工程地质资料，对整个地区地质情况做到比较全面和深刻的认识，分析主要地质灾害隐患及其在隧道内揭示的大致里程，制定预报预案。②配备先进仪器设备和丰富经验的地质技术人员，提高判释准确度。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点1.超前地质预报地质雷达现场探测图地质超前预报超前水平钻探水平钻机二、铁路隧道钻爆法施工作业要点2.超前支护超前支护是针对软弱不良地层而采取的辅助工法，施工前根据围岩条件、施工方法、机械配套及工程所处环境等情况，选择简单方法或同时采用几种综合辅助施工方法来加固地层，确保不塌方、少沉陷。通常辅助施工方法有：地表加固地层、洞内加固地层、堵水、降水等。五、铁路隧道钻爆法施工作业要点2.超前支护工程实践证实，在地质不良的地段，掌子面失稳引起事故较多。如何控制掌子面的稳定性，减少和预防掌子面出现坍塌，极为重要。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。预防和减少上述风险发生的主要方法：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。下面主要介绍几种常用的方法。五、铁路隧道钻爆法施工作业要点2.超前支护（1）注浆加固常用的注浆方式主要有全断面帷幕注浆、周边半封闭帷幕注浆、径向注浆、小导管注浆、局部注浆等，施工时应根据注浆目的和工程地质条件等因素综合选择。五、铁路隧道钻爆法施工作业要点2.超前支护（2）超前小导管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安设直径32~60mm、长度2.5~6m的钢管，与钢架连成一体、联合使用，必要时利用小导管注浆对围岩超前加固的支护方式。施工要点①超前小导管沿隧道拱部周边布设，环向间距不宜大于40cm，外插角控制在10~15°。两环小导管间搭接不宜小于1m。②根据地质情况可选择单液浆、双液浆，注浆压力控制在0.8MPa以内。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点2.超前支护超前小导管破裂面小导管示意图及施工五、铁路隧道钻爆法施工作业要点2.超前支护（3）长管棚长管棚是在隧道开挖前，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，并将钢管内采用水泥砂浆充填密实，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。长管棚适用于浅埋、地表沉降控制严格的地段，如堆积体、砂土质地层、断层破碎带及下穿公路、铁路、地表建筑物等。五、铁路隧道钻爆法施工作业要点2.超前支护（3）长管棚施工要点：①管棚环向间距30~50㎝，超浅埋地段或特殊地层也可采用密排方式，沿隧道周边轮廓线布设，外倾角1~3°，连续使用大管棚，纵搭接长度一般不应小于3m。②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，必要时在管棚内放置钢筋笼，提高钢管的抗弯能力。③洞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。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点2.超前支护右上：洞口大管棚施工上：洞内大管棚施工右：洞口施工完的大管棚二、铁路隧道钻爆法施工作业要点2.超前支护几种超前支护方式二、铁路隧道钻爆法施工作业要点3.隧道开挖方法隧道开挖方法主要有全断面法、台阶法、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）、双侧壁导坑法（眼镜工法）。要根据地质条件、断面大小、结构形式、机械配备等因素合理选择开挖方法。主要介绍以下几种方法：二、铁路隧道钻爆法施工作业要点3.隧道开挖方法（1）全断面法全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖成型，再施做初支和二次衬砌的隧道开挖方法，一般适用于Ⅰ～Ⅱ级围岩，也可用在单线铁路隧道Ⅲ级围岩地段。全断面法可采用大型机械作业，施工进度快，一般在150～180m/月。二、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点3.隧道开挖方法（1）全断面法施工要点：①尽量采用深孔爆破，加大循环进尺，开挖、支护工序合理采取平行作业，提高施工进度。②及时施作初期支护，围岩条件变化时，及时调整施工方法。③控制周边眼角度，提高光面爆破效果，减少对围岩的扰动，减少超欠挖，保证隧道施工安全。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点3.隧道开挖方法（1）全断面法台车钻眼施工光面爆破效果小导洞超前施工自制台架施工二、铁路隧道钻爆法施工作业要点3.隧道开挖方法（2）台阶法台阶开挖法是将隧道设计断面分两次或三次开挖，台阶间控制一定距离，采用同时并进的隧道开挖施工方法，一般用在Ⅲ级围岩，也可用在单线铁路隧道Ⅳ级围岩地段。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点3.隧道开挖方法（2）台阶法施工要点：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，台阶高度根据地质情况、断面大小和施工机械设备情况确定。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期支护钢架整体顺接平直，螺栓连接牢固，钢拱架必须落在实处，严禁悬空或落在虚碴上。③下部施工时应采取措施，减少对上部围岩、支护的扰动。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点3.隧道开挖方法（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导坑弧形断面，留核心土平台，再开挖下部两侧边墙、中部核心土的隧道开挖方法。一般适用在单线隧道Ⅳ～Ⅴ级围岩，也可用在双线隧道Ⅲ～Ⅳ级围岩地段。二、铁路隧道钻爆法施工作业要点3.隧道开挖方法（3）环形开挖预留核心土法环形开挖预留核心土法立体图环形开挖预留核心土施工照片二、铁路隧道钻爆法施工作业要点3.隧道开挖方法（3）环形开挖预留核心