隧道施工理念与技术讲座

隧道施工理念与技术讲座二O一O年十二月1目录一、隧道施工管理的基本理念………………………………………………………2二、隧道施工技术管理的主要内容…………………………………………………5三、隧道施工技术要点………………………………………………………………6四、不良地质现象的处治……………………………………………………………14五、铁路隧道围岩基本分级…………………………………………………………20六、监控量测…………………………………………………………………………24七、隧道地质超前预报的主要方法简介……………………………………………252隧道施工管理的基本理念严格按验证或修正后的设计施工，密切关注围岩和支护的变化，依据监控量测反馈的信息，按程序及时修正设计，真正实现全过程动态设计和信息化施工，最大限度的发挥围岩的自支护能力和选择科学合理的人工支护形式及参数，以求满足隧道功能，实现经济、安全、生态、环保之目的。我认为这就是隧道施工管理的基本理念。严格按两阶段设计施工是每个工程技术人员的责职和义务，但就隧道工程师而言，仅严格按两阶段设计施工是不够全面与准确的、同时也肯定的说是不行的。其原因：1隧道工程是地下隐蔽工程的一种纵长形式的地下结构，它的全部内容和过程都离不开“石头”“水”和“泥土”。并都是在地下完成的。2地质具有隐蔽性，复杂性和不可预见性，由于工程地质勘察手段的局限性，特别是对深埋隧道地质钻孔等勘察手段代价较高，在两个阶段施工图中提供的地质资料不可能完全准确的反映实际地质水文情况。3在隧道开挖前就目前国内外勘察手段和技术来说要想获得高精度的地质信息是困难的，而且在经济上也是办不到的。所以两阶段施工图的设计只是隧道开挖前的一个预设计，它所提供的围岩级别，支护形式及其参数仅是一个参考。同时我还要告诉大家在目前国内的隧道设计很少是靠计算设计的，而通常都是依靠经验类比法出的图。以现场开挖过程中监控量测所得数据重新评价隧道两阶段施工图对围岩的判释及支护的结构的事前设计（即预设计），然后重新设计（即变更设计）符合围岩动态的支护参数，再根据变更后的设计进行施工，这个过程称为信息化设计，动态施工，由于该工作是在施工过程中完成的又称之为现场临床诊断式设计与施工。简而言之：由于地质的“三性”和勘察手段的局限性，及经济，时间的不允许，所以两阶段的施工图仅是一种预设计，只有通过监控量测的信息反馈，及3时按程序变更设计修正参数进行动态管理，使之实现隧道功能，经济、安全、生态、环保之目的。上述观点的理论依据是：公路工程技术标准JTGB01—2003公路隧道设计规范JTGDLO—2004公路隧道施工技术规范JTG060—2009公路工程地质勘察规范JTJF—98锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50086—2001根据自己对隧道施工相关规范，文献资料的学习理解，结合本人40多年与岩石、泥土、水、钢筋、水泥相伴，在地下工程中摸爬滚打，我深知岩石的复杂，水的无情，泥砂的无奈，历尽艰险饱经风雨。我的体会是：1、地质与水文是一门浅可用手摸到深又探不到底的神秘学科，要管好隧道就必须具备基本的地质水文知识。学习理解掌握地质水文的自然规律并科学合理的判释围岩，确定支护类型。2、因为地质具有突变性所以隧道施工管理在某种意义上说不能唯书，不能唯图，只能唯岩，只能唯水、要实事求是、科学合理。3、隧道施工管理要道循“岩变我变”“水变我变”“地变我变”“时变我变”的原则。4、在不同地质水文的条件下隧道施工要遵循“三原则”和“三严格”的工作方法。a、三原则即探明一米，掘进一米的原则，岩变我变的原则。管超前，先排水、短进尺、快支护、早封闭、勤量测，及时反馈，及时修正的原则。b、三严格即严格管理、严格工艺、严格纪律。5、隧道施工围岩越差，人工支护型式越复杂，利益空间越大当然施工风险越高，要求隧道管理人员的业务能力越强，观念越新。隧道施工管理可分：经营管理、技术管理、现场管理、材料管理、设备管理。1、经等管理：简单说，就是投个单价较好的标，找个实力强、人品好的和合作队伍，营造一个宽松和谐良好的外部环境，签好这两个合同，取得好4的经济效益。2、技术管理就是方案有创新，施工有依据，变更有理由，资料有内函。3、现场管理，调度科学合理，处治快速果断，临建美观实用，洞口规范漂亮，内外环保生态，进度稳中求快，质量内实外美，安全人本。4、材料管理按业主指定的材料厂家采购，按图纸设计的型号，规格质量施作，按规范要求去控制，按监理的规定去检验。5、设备管理，按隧道施工的要求选型，其数量性能型号要完全满足施工的需求，不能勉强，不能凑合，特别是斜井、竖井、地铁、通风井的施工更应严格要求。5隧道施工技术管理的主要内容一、审核校对图纸，复核工程量提出质凝报告监理或业主。二、交接导线水准点并进行独立贯通测量，确保测量成果准确无误特别是长大隧道和结构复杂的隧道。三、编制施工组织设计和单位工程，分项工程开工报告。四、详细进行现场勘察，合理选择水源、电源，施工便道，火工产品仓库、住房、办工、加工厂房、料场、混凝土搅拌站及其生活设施的并绘出平面布置图报相关部门批准。五、洞口工程施工管理，力求做到规范美观、环保、生态、排水顺畅、隧道长、工期长、浅埋偏压，松散破碎的洞口宜及时施作明洞与洞门。六、根据开挖揭露的掌子面地质情况和超前地质预报所收集的地质水文信息，重新释判围岩并合理选择预支护类型和科学的开挖方法。七、收集分析综合监控量测信息，验证两阶段施工图设计参数的合理性与实用性，如有重大或原则差异按程序请求变更。八、在开挖全过程密切关注地质水文异常，特别是在设计文件中有所提示或开挖过程中有所发现异常现象，切记留心水的性质，水的来源，水的储量，水的形态，水储运在什么的地层和水在隧道的出露部位及时制定相应的防治方案。九、在两阶段施工图中有所显示或在开挖过程中有所发现不良地质现象的地段要预先制定应急预案和处治应对措施。十、做好隧道内业资料的管理，力求规范及时、真实。十一、隧道施工各专业技术人员配备要合理、齐全特别是隧道测量、试验，现场管理工程师技术要精、能力要强的人担任。6隧道施工技术要点一、刷坡设计规范第7.1.2条规定隧道应遵循早进洞晚出洞的原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡稳定。涮口开挖的原则是以尽量减少洞口刷坡，争取早进洞、晚出洞的原则。设计图纸提出的开挖洞位置仅作参考。我的理解是，边仰坡稳定，线型顺直，排水顺畅，生态环保，应根据围岩的完整性和稳定性来决定刷坡面积与坡率，只要方便洞口施工，保证隧道中线，断面和高程满足设计要求，因为中线、断面高层这三项是不可变的，其余均是可变的。二、护拱（导向墙）设计规范规定，明洞要求伸入护拱至明暗交接处，故要求护拱的半径=洞身半径+明洞厚度+预留变型量。护拱不属永久工程的主体结构，它仅是隧道进洞时施作长管棚的一个牢固有效的支点和防止仰坡之上活石下落的一个遮挡，是洞身开挖与隧道明洞或洞门二衬之前洞口施工安全的一个临时防护。我的理解是，放样要精准，预留量要合理（长管棚的定位要准确，成孔方位和倾角要严控，送管压浆要旁站，护拱和长管棚的整体性要好），拱架与中线要垂直，护拱与长管棚的连接要牢靠，整体性好。三、超前支护1、超前支护也称预支护，一般它不属于永久工程的主体结构，超前支护是为自支护能力差的围岩开挖安全而设置的临时支护，它是人工支护的一种型式。2、超前支护（预支护）它适应于进出洞地段，浅埋偏压的地形地貌，松散破碎，节理发育层理杂乱，断层构造褶皱富水，易塌坍易滑落的不良地质地段和已塌方冒顶的区间。或隧道穿越公路铁路、中小建筑物城镇村庄的有效方法。7高铁浅埋隧道复盖厚度值围岩级别ⅢⅣⅤ双线隧道10m20m40m3、超前支护（预支护）可分管棚、小导管、锚杆等，它与护拱（导向墙）中的拱架，组合而成的预支护系统，它适用于隧道的进出洞口施工。管棚可分为小管棚，中管棚、长管棚等小导管分为单层小导管和双层小导管。锚杆可分砂浆、中空、药卷、涨壳等锚杆4、洞内外预加固通常采用小导管、锚杆、锚索进行压浆加固，增强岩体的整体性，防止岩体坍塌与滑移，特殊地质水文情况进行局部桶式或全断面帷幕注浆。四、验证两阶段施工设计及参数的可行性通过洞口边仰坡刷坡，洞身开挖，支护施工后的监控量测，验证围岩定级是否准确，开挖方案是否可行，支护形式是否合理，预留变形量是否合适。上述设计与参数适合者则按原设计与参数实施，不合适者则按程序变更或修正。五、洞身开挖1、开挖方式、开挖方法和开挖方案的选择依据的是围岩；2、认知地质了解地质，掌握围岩的地质特征，与规律及对隧道施工的影响范围与程度是释判围岩级别，选择开挖方法的前提，其目的是爱护围岩，保护围岩，充分发挥围岩自稳能力与承载功能。3、怎样了解隧址地质特征，及对隧道施工的范围与程度，获得相对准确有效信息，指导施工。a.两阶段施工设计文件中的描述和提示；b.超前地质预报成果报告结论与建议c.开挖掌子面地质素描和地表对应点及隧址域的地质填图或补勘。d.超前地质预报成果报告中的结论与建议。所幸的是像隧道这样的地下工程开挖面前方虽是未知数，但同时也是可再设计的，这就给人们客观的评价围岩特性及预测开挖面前方力学状态提供了机会，8并进而对隧道结构进行重新设计，使之更符合实际情况成为可能。综上所述，我们现在的两阶段隧道施工图中对围岩的划分严格说来，只是一个预设计，其准确性就可想而知了。因此我们的开挖方式和方法就只能岩变我变了。六、初期支护设计规范第8.1.2条规定，隧道衬砌要综合考虑地质条件，断面形状、支护结构、施工条件等并应充分发挥围岩的自承能力，砌衬应有足够的强度和稳定性保证隧道的安全使用。隧道的初支与围岩组成的共同体是隧道承载的主体结构，由此可见，初支在隧道施工的重要地位。锚杆、网喷、监控量测是隧道新奥法施工的三大要素，始终贯穿初期支护的全过程。1、锚杆1）锚杆的三个效应悬吊效应、加固效应和组合梁效应2）锚杆的分类普通砂浆锚杆，早强砂浆锚杆，真空注浆锚杆，胀壳锚杆，自进式真空注浆预应力锚杆、药卷锚杆等。按隧道部位分有系统锚杆，边墙锚杆锁脚锚杆等。系统锚杆的功能主要分布在拱顶，其效应主要是悬吊受控，边墙和锁脚锚杆主要是加固或组合梁效应，其功能是抗滑。3）锚杆的施作锚杆的施作，在两阶段施工图中均有详细设计，隧道施工规范中也有明确规定，锚杆施作，要垂直于岩面，往往在实际施作与锚杆施作理论存在有些差异，但不管如何，我们做为一名隧道工程师一定要正确认识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。施工完工后在一定程度上它还可以作为永久工程支护结构的一部分发挥作用，因此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来看，锚杆长度、根数不足，不配置垫板与背帽，砂浆9充填不密实，锚杆效应失真现象随处可见，造成以上现象的原因是多方面的，但主要还是对锚杆在隧道施工中的作用认识不足，感受不深，从而就不能按照要求施工，而且还缺乏有效的检测手段与控制。锚杆喷射砼支护技术规范第1.0.3条明确规定：锚杆支护的设计与施工必须做好工程的地质勘察工作，因地制宜正确有效地加固围岩，合理利用围岩的自承能力。第4.2.7条系统锚杆布置应遵守如下规定：1、在隧道横断面上，锚杆应与岩体结构面成大角度布置，当主结构面不明显时可与隧道周边轮廓垂直布置。2、在岩石上锚杆宜呈菱形排列。3、锚杆间距不宜大于锚杆长度的1/2，Ⅳ、Ⅴ级围岩中的锚杆间距宜为0.5~1.0m，并不得大于1.25m。第4.1.10条规定：1、隧道交岔点，断面变化处，洞轴线变化段等特殊部位均应加强支护结构。2、对喷射砼难以保证粘结的光滑岩石，应以锚杆或钢筋网喷射砼支护为主。3、围岩较差的地段支护必须向较好围岩段适当延伸。4、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩中的个别断层或不稳定块体应进行局部加固。5、如遇岩溶应进行处理或局部加固。6、对可能发生大体积，围岩失稳或对围岩提供较大支护力时，应采用预应力锚杆加固。第4.2.9条规定，局部锚杆的锚固体应位于稳定的锚固体内。第7.1.4条规定，锚杆尾端的托板应紧贴面，未接触部位必须楔紧，锚杆体露出岩面长度应小于喷射砼