高速铁路隧道施工技术

高速铁路施工技术刘周礼中交一航局第三工程有限公司京福项目部目录一、前言三、隧道暗洞施工技术四、隧道附属施工技术五、隧道主要设备投入情况八、个人体会二、洞口工程施工六、隧道施工功效七、隧道质量通病一、前言1、隧道分类3、隧道的主要施工方法4、新奥法的施工原理5、隧道工程分部分项划分2、高铁隧道的特点一、前言1、隧道分类高铁隧道的长度等级划分：⑴长度在500m及以下为短隧道。⑵长度在500m以上及3000m以下为中长隧道。⑶长度在3000m以上及10000m为长隧道⑷长度在10000m以上为特长隧道。京福项目共有长隧道道1座（蘑菇山隧道）、中长隧道3座（陈山坞隧道、棋盘上隧道、楼村隧道）、短隧道5座。一、前言2、高铁隧道的特点高铁隧道不同于一般的铁路隧道，高速铁路隧道具有横断面较大（开挖断面152m2，衬砌断面100m2），隧道受力和衬砌混凝土的地质环境复杂，且列车运行速度较高的特点，这些特点对隧道施工的质量、衬砌的安全性、耐久性、抗冻性和抗渗性提出了更高的要求。一、前言3、隧道施工的主要方法高速铁路隧道基本都属于山岭隧道，常规的方法为矿山法（钻爆法）中间的新奥法施工。一、前言4、新奥法的施工原理新奥法是新奥地利隧道施工方法的简称，它是奥地利学者在长期从事隧道施工实践中，从岩石力学的观点出发而提出的一种合理的施工方法。新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。新奥法施工方法包括：全断面法、台阶法、环形开挖留核心土法、中隔墙法（简称CD法）和交叉中隔墙法（简称CRD法）、双侧壁导坑法。一、前言4、新奥法的施工原理新奥法的基本原理创建了信息化量测设计和施工的新理念，采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系，初期支护按全部承担基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。新奥法施工时，采用多种辅助施工工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩的自承能力；初期支护和围岩为暗洞隧道的主要受力结构，保护围岩是暗挖施工的关键技术。在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不坍方、少沉降、安全生产和施工。施工中应坚持十八字方针：管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测。一、前言5、隧道分部分项划分高铁隧道分部分项划分序号12345678910分部工程加固处理洞口及缓冲结构工程洞身开挖支护衬砌辅助坑道及附属洞室明洞工程防水和排水附属设施备注分项工程地表注浆开挖超前地质预报监控量测模板开挖明洞开挖洞口防排水运营通风土建工程井点降水模板洞身开挖喷射混凝土钢筋喷射混凝土模板洞内排水沟救援通道与救援站桩基处理钢筋隧底开挖锚杆混凝土锚杆钢筋检查井紧急出口洞内预注浆混凝土弃渣场防护钢筋网回填注浆钢架网混凝土结构下纵向保温排水盲管电缆槽洞口防护钢架综合接地钢架网回填施工缝防水洞内附属构筑物管棚沉降观测与评估管棚变形缝防水超前小导管超前小导管涂料防水层防水初期支护结构模板钢筋混凝土坑道口及其封闭二、洞口工程施工1、隧道边仰坡施工3、洞口管棚施工2、截水天沟施工4、洞口注浆加固5、洞门施工二、洞口工程施工1、边仰坡施工•边仰坡开挖采用挖掘机直接进行开挖，采用自上而下分段分台阶的开挖顺序进行开挖，边开挖边打设锚杆、挂网喷射混凝土防护，喷射混凝土厚度为10cm。二、洞口工程施工2、截水天沟施工为了防止山体地表水流入到隧道中，在隧道所在山体顶部设置1道截水天沟，截水天沟在隧道洞口征地红线范围内设置。二、洞口工程施工3、洞口管棚施工为了确保隧道进洞的安全，一般在洞口段设置洞口管棚超前支护；洞口长管棚采用φ108热扎无缝钢管，每环47根，环向间距40cm，洞口长管棚长度30～80m，外插角1°～3°；注浆为水泥浆液，钻孔施工采用管棚机施工，施工过程运用测斜仪量测钻进的偏斜度，保证钻孔方向准确，管棚安装时管节接头应错开，不得在同一截面，注浆压力达到设计终压后应继续注浆10min方可结束注浆。二、洞口工程施工4、洞口加固陈山坞隧道进口地表为堆积体内，为了确保进洞安全设计要求对隧道进口地表采用袖阀管注浆进行加固处理。二、洞口工程施工5、洞门施工洞门钢筋及模板照片洞门钢筋及模板照片二、洞口工程施工5、洞门施工洞门混凝土施工施工完洞门照片三、隧道暗洞施工3、隧道开挖施工5、隧道防排水施工4、隧道支护施工6、隧道衬砌施工1、隧道超前地质预报2、隧道超前支护三、隧道暗洞施工1、隧道超前地质预报方法名称适用范围电法直流电法超前探测隧道掌子面和侧帮的含水构造高密度电阻法探测岩溶、洞穴、地质界线电磁法甚低法（1）探测隐伏断层、破碎带；（2)探测岩体接触带；（3）含水构造及地下暗河等地质雷达（1）探测隐伏断层、破碎带；（2)探测地下岩溶、洞穴；（3）探测地层划分地震波法和声波法折射波法（1）划分隧道围岩级别；（2）测定岩体的纵波速度反射波法（1）探测隐伏断层、破碎带；（2)探测地下洞穴；（3）探测地层划分；（4）测定含水层分布隧道地震法（TSP)（1）划分地层界线；（2)查找地质构造；（3）探测不良地质体的厚度和范围瑞雷波法（1）探测隐伏断层、破碎带；（2)探测地下岩溶、洞穴红外线地下水探测（1）探测局部地温异常现象；（2）判断地下脉状流、脉状含水带、隐伏含水体等所在的位置三、隧道暗洞施工（一）洞口长管棚超前支护2、隧道超前支护（二）单层超前小导管支护（三）双层超前小导管支护（四）超前预注浆小导管支护1、开挖方法：根据地质条件、断面结构、衬砌与支护设计、机械配备、工期以及经济效益等综合确定。三、隧道暗洞施工（一）开挖方法选择开挖方法适用围岩级别及说明备注全断面法1、单线隧道Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ级围岩；2、双线隧道Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ级围岩台阶法1、单线隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩；2、双线隧道Ⅲ级围岩环形开挖预留核心土法1.单线Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩；2.双线Ⅲ、Ⅳ级围岩；3.地下水状态：有少量渗水；三台阶临时仰拱法1.单线Ⅴ级围岩；2.双线Ⅳ、Ⅴ级围岩；3、隧道开挖施工1、开挖方法：根据地质条件、断面结构、衬砌与支护设计、机械配备、工期以及经济效益等综合确定。开挖方法适用围岩级别及说明备注双侧壁导坑法1.单线Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩；2.双线Ⅲ、Ⅳ级围岩；3.地下水状态：有少量渗水；4.Ⅴ级围岩埋深较浅或偏压地段。CD法Ⅴ级围岩深埋单、双线隧道，Ⅵ级浅埋或偏压隧道、三线隧道CRD法双线、三线隧道Ⅴ级围岩，Ⅵ级围岩浅埋或偏压隧道中洞法双连拱隧道三、隧道暗洞施工3、隧道开挖施工（一）开挖方法选择三、隧道暗洞施工3、隧道开挖施工（二）开挖方法之全断面法开挖三、隧道暗洞施工3、隧道开挖施工（二）开挖方法之两台阶法开挖三、隧道暗洞施工3、隧道开挖施工（二）开挖方法之三台阶临时仰拱三、隧道暗洞施工3、隧道开挖施工（二）开挖方法之四部CD法三、隧道暗洞施工3、隧道开挖施工（二）开挖方法之六部CD法三、隧道暗洞施工3、隧道开挖施工（二）开挖方法之CRD法（二）开挖方法之三台阶七部法钻爆设计：应根据地质条件、开挖断面、开挖方法、循环进尺、钻眼机具和爆破材料等进行爆破设计。内容应包括：炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、深度、斜角和数目、爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序，钻眼机具和钻眼要求等。三、隧道暗洞施工3、隧道开挖施工（三）钻爆设计钢架及格栅钢架根据设计要求进行分节加工，各节之间通过高强螺栓进行连接，钢架加工时需根据围岩的级别进行预留沉降量：一般Ⅱ-Ⅲ级围岩预留5～8cm、Ⅳ级围岩预留8～10cm、Ⅴ级围岩预留10～15cm。三、隧道暗洞施工4、隧道支护施工（一）钢架及格栅钢架加工钢架及格栅钢架采用人工配合机械的方法进行安装，钢架安装完毕后立即打设锁脚锚杆；然后铺设钢筋网片，同时焊接钢架之间的连接钢筋。三、隧道暗洞施工4、隧道支护施工（二）钢架及格栅钢架安装喷砼应采用湿喷工艺，喷射作业应分段分片依次进行，喷射顺序自下而上，喷嘴宜与喷射面垂直，其间距宜为1.5～2.0米;一次喷射厚度可根据喷射部位和设计厚度确定,且拱部不得超过10cm,边墙不得超过15cm,分层喷射时,后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行;喷射作业紧跟开挖作业面时,下一循环爆破应在喷混凝土终凝后3h进行三、隧道暗洞施工4、隧道支护施工（三）喷射混凝土施工三、隧道暗洞施工5、隧道防排水施工防排水体系：防水板、止水带、砼自防水、排水盲管等。防水板台车根据隧道净空尺寸及工作面长度而设置，一般防水板台车纵向长度设置6m，高度方向一般设置5层，每层的高度约2m。防水板台车可设置轮胎自行式或者采用装载机拖推式。（一）防排水系统及防水板台车三、隧道暗洞施工5、隧道防排水施工防水板铺设前，先割除混凝土衬砌表面外露的锚杆头，钢筋尖头等硬物，凸凹不平处需先喷平，使混凝土表面平顺，局部漏水处需先进行处理；防水板，特别是在凸凹较大的基面上，要预留足够的松散系数，使其留有余地，并在断面变化处增加悬挂点，保证缓冲面与混凝土表面密贴。同时做好防水板与泄水孔的密闭性连接。铺设防水板地段距开挖工作面不小于爆破安全距离；衬砌混凝土灌注前检查防水板质量，填写检查证。灌注衬砌混凝土时，不损坏塑料防水板。防水板是易燃物品，因此工作区内禁止烟火，并设消防设施和高压水管备用。防水板采用无钉铺设方法，一次铺设长度根据混凝土循环灌筑长度确定，铺设前先行试铺，再加以调整。防水板采用无钉孔铺设，即先用φ80塑料垫圈和射钉将无纺布固定于基面上（垫圈间距：拱0.5m～0.8m，边墙1.0m，呈梅花型布置），再将防水板用专用粘合剂粘合在垫圈上；防水板接缝采用热合机自动焊缝形成或专用胶粘结，即将两层防水板的边缘搭接不小于10cm，通过热熔加压或专用胶粘合，两侧接缝宽不小于2.5cm；防水板搭接用热合机进行焊接或专用胶粘结，接缝为双面缝，中间留出空隙以便充气检查。（二）防水板铺设三、隧道暗洞施工5、隧道防排水施工（二）防水板铺设三、隧道暗洞施工5、隧道防排水施工（三）排水盲管施工隧道初期支护与防水板间设软式透水纵向及环向排水盲管，环向盲管设置间距为每纵向10m设置一道，纵向排水盲管沿线两侧拱墙位置设置排水盲管，每一板二衬设置两个泄水口，纵向排水盲管的坡度与隧道纵向坡度相同；环向排水盲管伸入到纵向排水盲管中。三、隧道暗洞施工5、隧道防排水施工（四）施工缝、变形缝防水环向及纵向施工缝均设中埋式止水带，止水带接头搭接采用热熔焊接，搭接长度不小于30cm。环向变形缝采用钢边式式止水带，止水带两侧设置50型抗剪钢棒。环向止水带安装纵向止水带安装三、隧道暗洞施工（四）施工缝、变形缝防水三、隧道暗洞施工6、隧道衬砌施工（一）隧道仰拱钢筋施工隧道仰拱初期支护施工完成后即可进行仰拱钢筋绑扎施工，根据现场要求设置仰拱钢筋支立钢筋。三、隧道暗洞施工6、隧道衬砌施工（二）隧道仰拱模板及混凝土施工仰拱曲型模板仰拱混凝土三、隧道暗洞施工6、隧道衬砌施工（二）隧道二衬钢筋二衬钢筋二衬钢筋三、隧道暗洞施工6、隧道衬砌施工（二）隧道二衬台车二衬台车拼装二衬台车结构三、隧道暗洞施工6、隧道衬砌施工（三）隧道二衬混凝土施工二衬混凝土施工采用移动摸板台车，拱墙整体浇注，泵送混凝土入模，台车模板纵向及环向每隔2.4m左右设置一个长宽均约30cm的观测及振捣窗口，混凝土采取附着式振捣器振捣，辅以插入式振捣器辅助振捣。三、隧道暗洞施工6、隧道衬砌施工（四）隧道贯通及二衬完工照片隧道贯通照片隧道完工照片四、隧道附属施工2、隧道综合洞室施工1、隧道电缆槽施工四、隧道附属施工1、隧道电缆槽施工隧道电缆槽模板照片隧道电缆槽完工照片四、隧道附属施工2、隧道综合洞室施工隧道综合洞室模板照片隧道洞室照片五、隧道设备及人员投入情况1、单个工作面设备投入情况表序号123456789101112131415设备名称挖掘机侧翻式装载机风动凿岩机湿喷机空压机管棚钻机液压移动式衬砌台车自卸汽车风机大型冷弯机注浆机电焊机混凝土输送泵混凝土运输车防水板爬焊机型