隧道常用施工方法及注意事项

1二○一一年六月.莆永高速A4中交三公局莆永高速A4项目部冯世春隧道施工一、施工准备二、洞口与明洞工程三、洞身开挖四、初期支护与辅助工程措施五、仰拱与铺底六、防水与排水七、二次衬砌八、路面及附属工程九、超前地质预报与监控量测十、安全管理与文明施工一、施工准备一、施工准备首先，熟悉设计文件，领会设计意图，做好现场调查和图纸核对工作，周边调查及地质预报。隧道施工过程中，完整收集原始数据资料，做好施工记录。1、技术准备(1)施工测量:导线控制网，放样。(2)施工方案:实施性施工组织设计、专项施工方案（如不良地质隧道，高瓦斯隧道，水底、海底隧道等）一、施工准备2、施工人员、材料和设备（1）隧道施工的钻爆、运输、支护、模筑衬砌等作业均安排专业化队伍进行施工，特殊岗位人员均应持证上岗（2）材料采备：做好隧道前期施工支护所需材料的采备工作（如水泥、中粗砂、小碎石、速凝剂、防水板、透水管、钢纤维、钢筋等材料以及早强锚固药卷、钢拱架等成品、半成品等（3）喷射混凝土采用湿喷技术（干、湿喷的区别）（4）设备：隧道进洞前，二次衬砌模板台车必须进场，机械设备主要有以下几种：挖掘机、推土机、压路机、自卸汽车、凿岩机、台车架、装载机、大吨位自卸汽车、湿喷机、管棚钻机、注浆机、混凝土搅拌机、配料机、混凝土运输车、混凝土输送泵、捣固设备、衬砌台车模板、拱架、钢筋调直机、切断机、弯曲机、电焊机、内燃空压机、电动空压机、水泵、变频高压供水装置、变压器、发电机。一、施工准备3、施工供风、供水、供电（1）隧道掘进50m后应进行供风，供风管道前端至开挖面距离不应大于20m。（2）修建高位水池困难的隧道,宜采用变频高压供水装置满足施工需要,供水管道前端至开挖面一般不超过20m.(3)施工临时供电:隧道施工供电应采用三相五线供电系统,动力设备应采用三相380V,照明电压不宜大于36V.洞内高压变电站之间的距离宜为1000m。一、施工准备施工期间“三管两线”架设、安装应顺直、整齐一、施工准备4、弃渣场、自办料场、危险品库弃渣场应按设计要求进行防护，当设计要求不能满足实际需要或设计无具体要求时，应对弃渣场的防护进行设计并报监理工程师批复，以确保边坡的稳定，防止水土流失，泥石流、滑坡等危害。格火工用品采购、储存、领取、使用和退库的各个环节的管理和操作，做到全程监控，全程把关，定期对炸药库管理有关台账进行认真检查和清对。二、洞口与明洞工程施工工序：洞顶截水沟开挖、砌筑→洞口其他排水工程→洞口土石方开挖（路基填筑）→边仰坡及成洞面临时防护（二衬台车进场）→洞口套拱、管棚棚架式体系等辅助进洞措施施工→明洞基础及洞口段路基硬化→洞身施工→明洞防排水施工→明洞回填→洞门施工。洞门形式：端墙式、削竹式。二、洞口与明洞工程端墙式立面图端墙式剖面图二、洞口与明洞工程削竹式剖面图削竹式平面图二、洞口与明洞工程管棚施工（严把质量关，防止塌方、冒顶）二、洞口与明洞工程一、管棚设计参数：（根据设计图纸）1.钢管规格：热轧无缝钢管∅108mm,壁厚6mm，节长4m、6m。2.管距：环向间距中至中为50cm。3.外插角：钢管轴线与衬砌外缘线夹角1~3°。4.钢管施工误差：径向不大于15cm。5.钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm。隧道纵向同一断面处的接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少需错开1m。6.管棚长度L（包括套拱段）须根据具体情况选择，一般小于40m。二、洞口与明洞工程二、管棚施工：1.配备电动油压钻机2~3台，用以钻孔及推进钢管。2.采用C25砼套拱作为管棚导向墙，套拱内埋设3榀I18型钢，型钢与管棚钢管焊成整体。3.管棚的钢管：偶数号孔采用无缝钢管，奇数号孔采用注浆用钢花管，钢花管浆液渗滤孔布置如图所示（钢花管由无缝钢管加工而成）。二、洞口与明洞工程4.管棚应按设计位置施工，钻机立轴方向必须准确控制，每钻完一孔便顶进一根长钢管。管棚施工顺序为自下而上。拱部管棚施工前必须架设拱部管棚施工平台。管棚施作时应先钻设钢花管，注浆凝固后再钻设无孔钢管。在无孔钢管的钻孔过程中应检查钢花管的注浆质量，当注浆质量达到要求时，再安装无孔钢管，并注浆使管周浆液饱满；当注浆质量达不到要求时，则安装钢花管并进行补充注浆。二、洞口与明洞工程5.为保证钻孔方向准确，应运用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，当偏斜度较大时应及时纠正。各钻孔均应做好施工记录。6.套拱基底承载力大于0.3MPa。三、管棚注浆：1.注浆机械：注浆泵2~3台。2.灌注浆液：水泥浆液。3.注浆参数：水泥浆水灰比:0.5：1，可添加早强剂；注浆压力：0.5～1.0MPa，施工中根据现场情况，确实必要时，可加大至2.0MPa。二、洞口与明洞工程4.注浆结束标准：1）注浆压力逐步升高，达到设计终压并继续注浆15min以上；2）进浆量，一般为20～30L/min以下。四、注浆前应进行注浆试验，以调整注浆参数。五、施工中，管棚范围内的径向锚杆的布置应根据管棚钢管位置进行局部调整。六、适用于Ⅴ级围岩洞口浅埋、偏压段。三、洞身开挖工序：（后面重点讲洞身开挖）三、洞身开挖超欠挖控制(严禁初支背后空洞)四、初期支护与辅助工程措施1、喷射混凝土(工序)四、初期支护与辅助工程措施2、锚杆（工序)四、初期支护与辅助工程措施3、钢架（工序）四、初期支护与辅助工程措施4、超前锚杆支护（工序）五、初期支护与辅助工程措施5、超前小导管预注浆支护五、初期支护与辅助工程措施6、超前管棚支护7、超前预注浆五、初期支护与辅助工程措施五、初期支护与辅助工程措施8、地表注浆六、仰拱与铺底七、防水与排水洞内顺坡排水、洞内顺坡排水、涌水突泥。防水板、土工布、止水带、塑料排水盲沟、ＰＶＣ排水管。防水板铺设应超前二衬施工１～２个衬砌段，形成铺挂段→检验段→二衬施工段，流水作业。防水板拼接采用热合机双焊缝焊接，要求搭接宽度不小于100mm，单条焊缝的有效焊接宽度不应小于12.5mm，沿隧道纵向一次铺挂长度宜比本次二次衬砌施工长度多1m左右。八、二次衬砌衬砌模板台车30隧道工程面对的对象是情况复杂多变、难以完全预知的地层，采用不同的施工方案和方法所带来的工程实施后果却是不一样的，有时候甚至会关系到工程项目的成败，因此隧道施工方案和方法的选择应是个非常慎重的过程，尤其是相关人员应建立在对各种隧道施工方法的原理及优缺点充分了解和熟悉的基础上进行选择和决策，从而使技术方案和方法更科学、更合理，这里结合目前隧道常用的施工方法谈一些认识和看法。一、隧道施工方法的分类及分析二、隧道施工方法选择的原则及考虑因素三、隧道常用施工方法适用情况及注意事项四、对隧道施工的几点理解与建议重点讲解洞身开挖31一、隧道施工方法的分类及分析目前隧道施工的方法很多，从大的方面讲，有明挖法、暗挖法、沉管法等几大类，其中暗挖法中又可分为钻爆法、掘进机、掘进机辅以钻爆法等几种。但隧道等地下工程其核心问题，都归结在开挖和支护两个关键工序上。即如何开挖才能更有利于洞室稳定和便于支护；如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。在钻爆法中，坑道开挖后的支护方法，大致可以分为钢木构件支撑和锚杆喷射混凝土支护两类。习惯上将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统矿山法”；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“新奥法”。“新奥法”与“传统矿山法”相比，在在理论基础、对围岩及支护的认识等方面都有很大的不同。32传统的矿山法是人们在长期的施工实践中发展起来的。它是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成型后，逐步将临时支撑换下来，而代之以整体式厚衬砌作为永久性支护的施工方法。传统矿山法的理论基础为20年代提出的“松弛荷载理论”，其核心内容是:稳定的围岩有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能可能坍塌，需要用支护结构予以支撑。作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力，它类似于地面工程考虑问题的思路。新奥法即奥地利隧道施工新方法（NewAustrianTunnellingmethod——NATM），是奥地利学者腊布希维兹首先提出的。它是以喷射混凝土和锚杆作为主要的支护手段，通过监测控制围岩的变形，便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法。33新奥法的理论基础为50年代提出的“岩承理论”，其核心内容是：围岩稳定是岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。传统矿山法，只将围岩视为被挖去的岩体，注意结果和对结果的处理，洞室结构设计一般采用荷载—结构模式；新奥法则注意过程和对过程的控制，对围岩自承载能力充分利用，将支护结构与围岩视为统一的力学体系。传统矿山法施工各工序相互联系较密切，干扰较大。应注意统一组织和协调，处理好开挖与开挖、开挖与支撑、支撑与衬砌、开挖与衬砌之间的相互关系。若围岩较稳定或支撑条件较好，应尽量将各工序沿隧道纵向展开，以减少相互干扰，保证施工安全和施工进度。新奥法所依赖的是喷锚支护技术，与传统的钢木构件支撑技术相比，不仅是手段的不同，更重要是工程概念的不同，是人们对隧道、地下工程问题的进一步认识和理解。34传统矿山施工法所采用的钢木构件支撑类似地上的“荷载—结构”力学体系。作为一种维持坑道稳定的措施，是很直观和奏效的，也易于理解和掌握。这种方法在不便于采用锚喷支护的隧道中，或处理塌方等应用较多。但衬砌的设计和实际工作状态难以一致，临时支撑也存在很多缺陷，限制了这种方法的发展和应用。新奥法概念的内涵有的归纳为22条，有的文献归结为10条，也有的归结为7条，但基本中心思想是调动和发挥围岩的自承能力。从这样一个原则出发，可以根据隧道工程具体条件灵活地选择开挖方法、爆破技术、支护形式、支护施作时机和辅助工法。至于对围岩变形的控制，根据不同情况，有时应强调释放，有时应强调限制。其目的都是为了保护围岩，调动和发挥围岩的自承能力。35新奥法的应用和发展导致隧道及地下洞室工程理论进入到现代理论的新领域，也使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程实际，即设计理论—施工方法—结构体系的一致。运用新奥法原则可以将一般用于山岭隧道的钻爆法的应用范围拓展到在软弱围岩，甚至于在第四系地层中的浅埋市政隧道以取代传统的明挖法或盾构法，称之为“浅埋矿山法”。从目前的工程实际出发，在今后很长一段时期内，钻爆法尤其是新奥法将是修建隧道的主流方法。36二、隧道施工方法选择的原则及考虑因素隧道施工方法必须符合安全、快速、质量及环境的要求，同时应考虑其适应性，便于根据地质情况进行调整转换，选择施工方法时需考虑的基本因素大体上可归纳为：a.施工条件：实践证实，施工条件是决定施工方法的最基本因素，它包括一个施工队伍所具备的施工能力、素质以及管理水平。目前隧道施工队伍的素质和施工装备水平，有高有低，参差不齐，因此，在选择施工方法时，不能不考虑这个因素的影响。b.围岩条件：也就是地质条件，其中包括围岩级别、地下水及不良地质现象等。围岩级别是对围岩工程性质的综合判定，对施工方法的选择起着重要的甚至决定性的作用。37c.隧道断面积：隧道尺寸和形状，对施工方法选择也有一定的影响。目前隧道断面有向大断面方向发展的趋势，如公路隧道已开始修建3车道甚至4车道的大断面，水电工程中的大断面洞室，更是屡见不鲜。在这种情况下，施工方法必须适应其发展。在单线和双线的铁路隧道中，越来越多地采用了全断面法及台阶法；而在更大断面的隧道工程中，先采用各种方法修小断面的导坑，再扩大形成全断面的施工方法极为盛行。d.埋深：隧道埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关，通常将埋深分为浅埋和深埋两类，有时将浅埋又分为超浅埋和浅埋两类。在同样地质条件下，由于埋深的不同，施工方法也将有很大差异。38e.工期：作为设计条件之一的施工工期，在一定程度上会影响基本施工方法的选择。因为工期决定了在均衡生产的条件下，对开挖、运输等综合生产能力的基本要求，即对施工均衡速度、机械