隧道施工基础知识

隧道基础知识（二）湖南北新天际重庆渝长扩能项目YCTJ2合同段项目经理部主讲人：周从伟一、隧道初期支护隧道初期支护应采用喷锚支护，根据围岩特点、断面大小和使用条件等选择喷射砼、锚杆、钢筋网和钢架（格栅钢架和型钢钢架）等单一或组合的支护形式。主要形式有：（一）、喷射混凝土（二）、锚杆施工（三）、钢筋网（四）、钢架制作（一）、喷射混凝土喷射混凝土是在隧道工程施工中，为尽快使开挖工作面稳定的一种支护措施。它是借助喷射机械，将水泥、砂、石子、水按比例配合成拌合料（掺加速凝剂），以高速喷射到受喷面上，依靠高速喷射时集料的反复连续撞车压密砼硬化而成的支护方式，其喷射的砼能够在几分钟内终凝聚，且强度增长快，并与其它支护措施联合形成支护整体，抑制围岩变形，达到围岩快速稳定。施工采用湿喷机及配套湿喷技术。混凝土采用强制式拌合机拌和，自动计量；由搅拌运输车运到现场后，经湿喷机二次拌合，以高压风为动力，经喷头射至受喷面。喷射混凝土施工工序图（一）喷射混凝土a、混凝土喷射前应认真检查隧道断面尺寸，清除杂物，冲洗受喷面。全面检查调试喷射作业系统。设置控制喷射砼厚度的标志。b、混凝土生产混凝土在洞外自动计量拌和站，采用分次投料工艺，按配比集中生产。c、喷射作业成品混凝土采用混凝土搅拌运输车运至湿喷机转子活塞凸轮喂料斗，TX-1型液态速凝剂在湿喷机专用入口添加，由计量泵将速凝剂通过胶管压入喷咀，依靠喷射管中压缩空气将速凝剂雾化与物料充分混合后喷出。湿喷机工作时要求系统风压不小于0.5Mpa，风量不小于10m3/min，工作风压一般控制在0.4～0.5Mpa。（一）、喷射混凝土（一）、喷射混凝土（二）、锚杆施工锚杆是在围岩开挖时，为避免岩体松散塌陷，在岩体打入实心或空心的钢材加工的杆体，起到对土体的加筋和联结成整体的作用，锚杆与围岩间采用砂浆或其它材料固结，并设置钢垫板固定。锚杆孔开孔偏差及钻孔角度偏差不得大于规范要求，以充分发挥锚杆的穿连和楔形分块的作用。锚杆钻孔应圆而直，孔口岩面整平，并使岩面与钻孔方向垂直。中空注浆锚杆的注浆压力控制在0.7Mpa～1.0Mpa，持续15min终止。常见锚杆有：砂浆锚杆、中空注浆锚杆（二）、锚杆施工1、砂浆锚杆采用20MnSiφ22mm螺纹钢筋。检查锚杆类型、规格、质量及其性能是否与设计相符。（二）、锚杆施工（1）YT-28风钻开孔，方向垂直于岩层层面，开孔直径为50mm，并用吹管将砂石吹出（风压0.5～0.6Mpa）钻孔深度不小于锚杆设计长度。（2）检查孔内有无充填物，如有充填物，用吹管吹出或掏勾勾出。（3）锚固卷浸水前上端扎3-5个小孔(孔径1mm)。浸水后通过滤纸进入锚固卷中的水占据了锚固卷中的小空间，原微小空间的空气被挤出排出，直到小孔不冒泡即浸水结束，这时水灰比约为0.34～0.35最理想范围,立即取出安装使用。（4）将浸好的几个锚固卷装入眼内，用炮棍送至眼底，将锚杆插入。其位置尽量居中，端部外露长度为5～15cm。锚杆插入过程中，注意旋转，使粘结剂充分搅拌。锚杆安设后，其填充砂浆终凝后立即安装托板，拧紧螺帽。砂浆锚杆施工工艺图（二）、锚杆施工2、中空注浆锚杆（1）中空注浆锚杆施工流程YT-28风钻钻孔、清孔→锚杆插入锚孔→锚杆尾端安装止浆塞、垫板、螺母→连接锚杆尾端和注浆泵→注浆（2）中空注浆锚杆构造杆尾：与YT-28风钻连接，可与注浆胶管套接。杆体：中空厚壁全螺纹杆体，外径25mm，内径15mm。可任意切割，便于安装配件，同时作为锚杆，齿峰凹槽进一步提高锚固力。联结套：使锚杆能边钻进边加长到设计长度，使用联结套接长到设计长度。中空注浆锚杆施工工艺图中空注浆锚杆大样图（三）、钢筋网钢筋网施工先在钢筋加工场用钢筋按设计网格间距制成1.5m左右大小的网片，点焊节点不少于全部的20%，其余用铅丝绑扎；运到现场后，点焊固定在锚杆头或钢架上，网片间搭接长度不小于20cm。钢筋网施工图（四）、钢架施工1、钢架加工为集中制作。加工后试拼，允许误差为：沿隧道周边轮廓偏差为±3cm，平面（翘曲）偏差±2cm，不合格禁用。2、初喷混凝土后，严格按设计架设钢架，钢架安装允许偏差横向和高程均为±5cm，倾斜度不得大于2°3、钢架两侧拱脚基础必须牢固坚实。安装前清理干净底脚处浮碴；拱脚标高不足时，设置钢板或用混凝土调整；安装先将钢架节段预组装成安装段，拧紧连接螺栓。格栅钢架立起后，据中线、水平将其校正到正确位置，然后用定位筋固定，并用纵向连接筋将其和相邻钢筋格栅连接牢靠，钢架与壁面间用钢楔或混凝土垫块楔紧。钢架安装工艺流程图钢格栅制作钢格栅八字筋工字钢架钢架安装衬砌图二、隧道施工辅助工法考虑到隧道工程地质、水文地质和环境条件的复杂性，要保证隧道安全顺利的实施，除认真做好初期支护结构外，还应根据隧道围岩特性，采取适当的辅助工法，以达到围岩迅速稳定的目的。常用辅助工法见下表所示。隧道常用辅助工法主要设计参数和应用时机辅助工法名称工法设计参数说明应用时机管棚工法在隧道开挖前，沿开挖工作面的拱部外周打入φ70～180㎜的钢管，压注砂浆，开挖时用钢架支护等支撑这种钢管所进行的支护方法。洞口、浅埋段、拱顶地质松软易坍落、下穿公路等建筑物、防止地表沉降。小导管预注浆工法在开挖前，沿开挖面的拱部外周打入φ38～70㎜的钢管，压注浆液，开挖时用钢架支护等支撑这种钢管所进行的支护方法。拱顶薄层松软带、断层破碎带、有地下水影响的地质不稳定、易于坍落的Ⅳ、Ⅴ级围岩隧道段。帷幕注浆工法在隧道开挖前，为了固结围岩，填充空隙或堵水而沿着开挖面及周围进行的注浆。极软弱围岩，大的富水断层破碎带、地下水发育可能引起大量地下水流失的隧道。径向局部注浆工法先隧道开挖后，沿隧道径向进行的局部钻孔注浆的方法。为封堵隧道周边股流或小面积渗水以及固结局部围岩。地表旋喷桩加固工法在需要进行加固的土体上方，垂直钻设灌浆孔，高压注入空气、水及水泥浆，撕裂土体扩大灌浆范围，并利用水泥浆固结土壤，达到增加土壤自承力不足的作用。软岩浅埋隧道，基础支撑承载力不足，地下水位较高的明挖围护结构的防水等。超前玻璃纤维稳定工作面工法在开挖工作面，超前钻设玻璃纤维锚杆，并进行注浆加固，以达到止水及固结前方围岩的目的。开挖面呈流动不稳定时，玻璃纤维锚杆在开挖时易于截断。(一)超前小导管预支护小导管采用Φ42×3.5mm无缝钢管，前端呈尖锥状，尾部焊φ6钢筋加劲箍，管壁四周按15cm间距梅花形、钻设Φ10mm压浆孔，管端预留110cm止浆段。小导管在现场加工成型。钻孔前先喷混凝土封闭掌子面。测量布孔后，凿岩机对正孔位，以紧靠开挖面的钢架为支点。成孔后，用吹管或掏勺将孔内砂石吹（掏）出，人工推送钢管入孔，管口用麻丝和锚固剂封堵。然后，小导管口旋上孔口阀，连接注浆管路，用注浆泵，按由下至上、浆液先稀后浓、注浆量先大后小方法注浆，如遇串浆或跑浆则隔孔灌压。注浆前，注浆系统要试运转，并做压水试验，核实岩石的渗透性；在注浆前试验合理确定浆液配比、注浆压力等注浆参数；结束标准以注浆量控制为主，终压校核。注浆后至开挖前的时间间隔，视浆液种类宜为4～8h。开挖时保留1.5～2m的止浆墙，防止下一次注浆时孔口跑浆。小导管超前小导管施工工艺图超前小导管成品超前小导管超前小导管（二）、管棚施工管棚用无缝钢管，布设方向与路线中线平行，管棚分节制作安装，节间用丝扣连接。管棚钢管内用砂浆填充增加刚度。施工选用地质钻机进成孔并顶管安装管棚，风动干钻法成孔，用注浆泵注浆。施工前，在拱脚处选2个孔作试验孔，找出地层特点，并进行注浆和砂浆充填试验。管棚图片（二）、管棚施工1、施工准备施工准备的主要工作是设备配置，根据设备要求开挖工作室，并作好支护。主要包括钢管的加工。棚管采用热轧无缝钢管分节制成，丝扣联接。钢管前端作成锥体以便安装。管长按设计要求制作，管尾焊接法兰盘与注浆管尾端联接。（二）、管棚施工1、施工准备施工准备的主要工作是设备配置，根据设备要求开挖工作室，并作好支护。主要包括钢管的加工。棚管采用热轧无缝钢管分节制成，丝扣联接。钢管前端作成锥体以便安装。管长按设计要求制作，管尾焊接法兰盘与注浆管尾端联接。（二）、管棚施工2、混凝土导向墙施工按设计要求支立格栅钢架，施作混凝土导向墙，预埋导向管。工字钢与管棚导管焊成整体。导向管及工字钢固定时需精确测量定位。大管棚进洞（二）、管棚施工3、钻孔a、搭设钻孔平台采用一定直径能满足施工承载力的钢管搭设脚手架，根据设计钢管的单节长度搭建操作平台。b、测量定位、架立钻机在大管棚施工掌子面按照设计位置测设出每根钢管的中心位置和标高，用来控制设备和钢管的就位以及施工过程中的检查和调整，保证钢管的施工精度。c、钻孔钻孔选用比管棚直径大20～30mm合金钻头，在钢管一端管口焊接。钻机采用地质钻机，隔孔施钻。（二）、管棚施工4、安装钢管终孔时，由监理工程师及施工技术人员现场测量钻杆长度确定钻孔深度，合格后即可开始进行钢管安装。利用挖掘机将钢管顶入孔内，为防止在顶管过程中用力不均造成管棚钢管壁损伤影响内套连接，一方面在管端垫上缓冲木块，另一方面将已加工固定的接头放在前端。（二）、管棚施工5、注浆钢管周围及孔口采用塑胶泥封堵，预留排气孔；成孔安管后注浆前先进行压水试验；在施工中，根据设计参数和围岩情况试验调整，以达到预期效果。管棚施工照片管棚钻孔安装钢管三、隧道防、排水（一）洞口及地表防排水隧道施工前应对地表及隧道附近的井泉、池沼、河流进行调查，进行观测与试验，分析其对隧道渗漏水的影响，并进行处理。隧道覆盖层较薄时地表水水有可能渗入隧道时，施工前应对地表积水坑、洼等进行处理。（一）洞口及地表防排水1、洞口段及早修建天沟、截水沟，并防止水流顺坡散流，隧道排水沟与路基排水系统结合。2、洞口附近和浅埋隧道整平洞顶地表，不得积水。3、地表坑洼、钻孔、沉坑、裂缝等处应处填土分层夯实，防止渗漏。洞口排水照片（二）洞内排水1、顺坡排水为及时排除洞内渗水，保持洞内干燥，将洞内积水排至侧沟，分别在线路的左侧和右侧设一条0.4m×0.2m的排水侧沟，水沟表面用砂浆抹平，以加快流速，并作好日常的疏导和维护工作。在膨胀岩段、土质地段、围岩松软地段，加强水沟铺砌厚度。顺坡排水至洞外污水处理池中。2、反坡排水采用高扬程大流量分段逐级接力机械抽排方式。洞内路面设横坡，一侧设0.4m×0.2m的纵向排水沟，间距50m设一临时集水井，水井的大小和间距根据地下水渗流情况适当调整。掌子面积水采用多台小型移动潜水泵将积水抽至附近水箱式移动水仓(容量4～6m3)内，再由潜污泵抽至下一级泵站水仓，如此接力抽至洞外污水处理池。配备抽水机的能力应大于排水量20%以上，有备用抽水机。3、污水处理洞内施工排放的污水经沉淀过滤和净化合格后排放。滤碴由带挖斗机械装至自卸车上运出。4、施工中做好地质超前预报探明前方水文地质情况，提前疏排及做好其它措施准备，并预备抽水设施，迅速排水，确保施工安全。（三）结构防排水隧道结构防排水遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则施工，特别要做好结构自身防水，对可能的疑点进行引排和封堵，以达到建成后“洞内无渗漏水，安装孔眼不漏水，洞内路面不冒水、不积水”的标准。具体施工方法及措施如下：A对岩面渗漏水预先进行有效引排处理。B喷砼是结构防水的一道重要防线，要确保和围岩充分密贴。C用超前预注浆和系统注浆锚杆，对围岩裂隙发育地段注浆止水。D、按设计要求精心施工防水层、盲沟、止水带、中心水管。1、防水板的施工(1)净空测量及喷射混凝土基面处理防水板施作前，对隧道净空进行量测检查，对欠挖地段、凸凹不平、锚杆头外露等处基面进行处理，确保表面平顺，跨深比不大于1/6，以满足净空及基面要求。(2)铺设土工布与防水板利用作业台架铺设土工布与EVA防水板（HPDE防水板）。先铺设土工布，再铺设防水板。铺设前先将外露锚杆头切掉，用射钉枪固定土工布。EVA防水板：采用手动专用熔接器将E