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隧道工程施工要点
隧道工程施工要点
一、公路隧道新奥法施工基本原则
根据我国公路隧道采用新奥法施工的经验,隧道施工采取的基本原则,可以概括为“少扰动、早喷锚、勤测量、紧封闭”四句话十二个字。
具体说,是指在隧道开挖时,必须严格控制,尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动持续时间和扰动范围,以使开挖出的坑道符合成型的要求,因此,能采用机械开挖的就不用钻爆法开挖。
采用钻爆法开挖时,必须先作钻爆设计,严格控制爆炸,尽量采用大断面开挖。
选择合理的循环掘进进尺,自稳性差的围岩循环掘进进尺谊用短进尺,支护应紧跟开挖面,以缩短围岩应力松弛时间及开挖面的裸露风化时间等,此称“少扰动”。
“早喷护”是指:
对开挖暴露面应及时地进行地质描述和及时施作初期锚喷支护。
经初期支护加固,使围岩变形得到有效控制,而不致变形、坍塌失稳。
以达到围岩变形适度而充分发挥围岩地自承能力。
必要时可采取超前预支护辅助措施。
在隧道施工的全过程中,应在对围岩周边位移进行的现场监控量测,并及时反馈修正设计参数指导施工或改变施工方法。
以规范的量测方法和量测数据及信息反馈,通过对施工中量测数据,对开挖面的地质观察,进行预测和评价围岩与支护的稳定状态,或判断其动态发展趋势,以便根据建立的量测管理基准,及时调整隧道的施工方法(包括开挖方法、支护形式,特殊的辅助施工方法)、断面开挖的步骤及顺序、初期支护设计参数等进行合理的调整,以确保施工安全、坑道稳定,支护衬砌结构的质量和工程造价的合理性,此称“勤量测”。
“紧封闭”是指对易风化的自稳性较差的软弱围岩地段,应使开挖断面及早施作封闭式支护(如喷射混凝土、锚喷混凝土等)防护措施,可以避免围岩因暴露时间过长而产生风化降低强度及稳定性,并可以使支护与围岩进入良好的共同工作状态。
二、隧道浅埋断和洞口段施工方法
1、隧道浅埋段和洞口加强段的开挖
在浅埋和洞口加强地段,进行开挖施工和支护,应根据地质条件、地表沉陷对地面建筑物的影响以及保障施工安全等应速选择,并应考虑施工效果及工程费用确定。
隧道浅埋段和洞口加强段,通常位于软弱、破碎、自稳时间极短的围岩中,若施工方法和支护的方式和支护的方式不妥当,则极易发生冒顶塌方或地表有害下沉当地有建筑物时会危及其安全。
所以,应采用先支护后开挖或分部开挖等措施,以防止开挖工作失稳或地表有害下沉等。
2、隧道浅埋施工方法和支护方法技术要求
隧道浅埋施工和支护应符合下列技术规定:
(1)根据围岩周围环境条件,可优先采用单侧壁导坑法、双侧壁导坑法或
留核心土开挖法,围岩的完整性较好时,可采用多台阶法开挖。
严禁采用全断面法开挖,否则,对属于大断面的公路隧道全断面开挖,对围岩的扰动很大,会导致周壁围岩出现松动,且支护结构难以及时施作,增大坍塌的可能性。
(2)开挖后应尽快施作锚杆、喷射混凝土、敷设钢筋网或钢支撑。
当采用符合式衬砌时,应加强初期支护的锚喷混凝土。
VI线浅埋以上围岩应尽快施作衬砌,防止围岩出现松动。
锚喷支护及构件支撑的施工应符合《公路隧道施工技术规范》(JTJ042-94)的有关要求。
(3)锚喷支护及构件支撑,应尽量靠近开挖面,其距离应小于1.0倍洞跨。
(4)视地质条件,可配合采用超前小导管注浆、超前锚杆支护加固等辅助施工措施,即浅埋地质条件很差时,应采用辅助施工方法。
3、隧道浅埋段初期支护施工要点
(1)隧道浅埋段和洞口加强施工开挖后,应立即铺设小网孔的钢筋网,并喷射3CM-5CM厚的混凝土层。
(2)安设锚杆及钢拱架,二次支护喷射混凝土应将钢拱架覆盖不小于3CM的保护层;
(3)落底、安设锚杆及下部钢拱架,应同时进行挂网,喷射混凝土;
(4)应进行仰拱封底,尽早形成封闭结构。
4、控制隧道地表沉降技术措施
(1)谊用单壁掘进机或风镐开挖,减少对围岩的扰动;当采取爆破开挖时,应采用短进尺、弱爆破;
(2)应加强对拱脚的处理,打设拱脚锚杆,提高拱脚处围岩的承载力;
(3)应及时施作仰拱或临时仰拱;
(4)若初期支护变形过大,又不宜加固时,可对洞周2-3CM围岩进行系统注浆固结支护;
(5)地质条件差或有涌水时,谊采用地表预注浆结合洞内环形注浆固结;
(6)加强对地表下沉的量测及反馈,以指导施工,量测频率宜为深埋段时的2倍。
三、隧道洞口超前支护施工要求
1、超前锚杆支护施工要点:
(1)超前锚杆支护,宜和钢架支撑配合使用,并以钢架腹部穿过,特殊情况下亦可以拱架底部或顶部传入;
(2)超前锚杆支护,与隧道纵向开挖轮廓线间的外插角宜为5°-10°,长度为大于循环进尺,宜为3-5CM;
(3)超前锚杆谊用早强水泥砂浆锚杆;
2、超前小导管预注浆施工要点:
(1)超前小导管采用Ф50无缝钢管制作,长度宜为3-5M。
管壁每隔10-20CM交错钻眼,眼孔直径宜为Ф6-8MM;
(2)沿隧道纵向开挖轮廓向外以10°-30°的外插角钻孔,将小导管打入地层、亦可在开挖面上钻孔将小导管打入地层,小导管环向间距宜为20-50CM;
(3)小导管注浆前,应对开挖面及5M范围内的坑道,喷射厚度为5-10CM混凝土或用模筑混凝土封闭,并将检查注浆机具是否然完好,备足注浆材料;
(4)为充分发挥机械效能,加快注浆进度,在小导管前安设分浆器,一次可注入3-5CM根小导管,注浆压力应为0.5-1.0mpa,孔口设置止浆塞。
(5)注浆后至开挖前的时间间隔,视浆液种类。
3、管棚钢架超前支护施工要求及要点
(1)检查开挖的断面中线及高程,开挖轮廓线应符合设计要求。
在开挖工作面处应先设受力拱架,并在其上正确标明管棚位置;
(2)钢架安装垂直度允许误差为±2°,中线及高程允许误差为±5CM。
在钢架上沿隧道开挖隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔,其外插角以不侵入隧道开挖轮廓线越小越好。
孔深不宜小于10CM,孔径比管棚钢管直径大约20-30MM。
钻孔环向中心间距视管棚用途确定。
钻孔顺序一般由高孔位向低孔位进行;
(3)在钻进时,若出现卡钻、坍孔时,应注浆后再钻,也可直接将管棚钢管钻入,开孔时应低速低压,待成孔后可加压到1.0-1.2Mpa。
将钢管打入管棚孔眼中。
管棚外径为φ89MM,长度宜为4-6M。
接长管棚钢管时,接头应采用厚壁管箍,上满丝扣,丝扣长度不小于15CM,以确保连接可靠,接头应再隧道横断面上错开;
(4)当需增加管棚钢架支护的钢度时,可在钢管内注入水泥砂浆。
管棚钢管内水泥砂浆应用牛角泵灌注,封堵塞应有进料孔和出气孔,在出气孔流将后,方可停止压注。
四、新奥法隧道洞身开挖方法分类
(一)隧道新奥法施工常用方法
隧道工程采用新奥法施工常用的施工方法,大致分为全断面法,台阶法和分部开挖法三大类及若干变化方案,如下图所示(图中锚喷衬砌,复合式衬砌施作程序略)
(二)各种施工方法的优缺点:
1、全断面法。
常适用于Ⅱ-Ⅲ级硬岩的石质隧道,该法可采用深孔爆破。
全断面开挖法有较大的作业空间,有利于采用大型配套机械化作业,提高施工速度,且工序少,干扰少,便于施工组织和管理。
缺点是由于开挖面积大,围岩相对稳定性降低,且每循环工作量相对较大,故此要求施工单位应具有较强的开挖、出渣与运输及支护能力。
全面断面法施工开挖工作面大,钻爆破工效率较高,采用深眼爆破可加快掘进速度,且爆破对围岩的震动次数较少,有利于围岩稳定。
缺点石每次深孔爆破震动较大,因此要求进行精心的钻爆设计和严格的控制爆破作业。
2、台阶法
台阶法开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度。
台阶有利于开挖面的稳定性,尤其石上部开挖支护后,下部作业则较为安全;台阶法开挖的缺点是上下部作业有干扰,应注意下部作业时对上部稳定性的影响,台阶开挖回增加对围岩的扰动次数等;台阶法开挖宜采用轻型凿岩机打眼,而不宜采用大型凿岩台车。
3、分部开挖法
分部开挖法,可分为五种变化方案:
台阶分部开挖法,上导下坑法、上导坑超前开挖法、单(双)侧壁导坑法。
是将隧道开挖断面进行分部开挖逐部成型,并且将某部分超前开挖,故此可称为导坑超前开挖法。
1台阶分部法
又称环形开挖留核心土法,适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。
上部留核心土可以支挡开挖工作面,利用几十施作拱部初期支护增强开挖工作的稳定,核心土及下部开挖在拱部初期支护下进行,施工安全性较好。
一般环形开挖进尺0.5-1.0M左右,不宜过长,上下台阶可用单臂掘进机开挖。
台阶分部法的主要优点是:
与微台阶法相比,台阶可以加长,一般双车道隧道为1倍洞跨,单车道隧道为两倍洞跨;而较单(双)侧壁导坑法的机械化程度高,机械化施工可以加快施工速度。
2上下导坑超前开挖法
此法适用于Ⅵ-Ⅴ级围岩,在松软地层开挖坑道,一般宜采用上下坑道超前开挖先拱后墙法。
其基本要求是:
一次开挖的范围宜小,而且要及时支撑与支护,以保护围岩的稳定,所以一般是要求先将上部断面开挖好,随时衬砌拱圈,拱圈混凝土达到设计强度70%之后可进行下部断面的开挖,在拱圈的保持下,开挖下部断面及修建边墙、仰拱。
3单侧壁导坑法
围岩稳定较差,隧道跨度较大,地表沉陷难于控制时采用单侧壁导坑法。
此法单侧壁坑道超前,中部和另一侧的断面采用正台阶法施工,故兼有正台阶法和后述双侧壁导坑法的优点,且洞跨可随机械设备等施工条件决定。
④双侧壁导坑法
适用于浅埋大跨度隧道,地表下沉量要求严格,围岩条件特别差时采用。
此法的优点是:
施工安全可靠,但施工速度较慢,造价较高。
(3)分部开挖时应注意的事项:
1因其工作面多,但作业面较小。
相互干扰较大,应实行统一指挥,注意组织协调;
②应尽量创造条件,减少分部次数,尽可能争取用大断面开挖;
③因多次开挖对围岩的扰动较大,不利于围岩的稳定,故应特别注意加强对爆破开挖的设计与控制;
④凡下部开挖均应注意上部支护或衬砌结构的扰动和破坏,尤其是边旁部开挖时必须采用两侧交错挖马口施作,避免上部断面两侧拱脚同时悬空;
⑤认真加固拱脚,如扩大拱脚,打拱脚锚杆。
加强纵向连接等,使上部初期支护与围岩形成完整体系;尽量单侧落底或双侧交错落底,落底长度视围岩状况而定。
一般采用1-3M,并不得大于6M。
下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土,并按设计规定做好加固与支护;
⑥量测工作必须及时,以观察拱顶,拱脚和边墙中部的移植,当发现速率值增大时,应立即进行仰拱封闭。
五、隧道施工开挖方法
(一)隧道开挖一般规定
按新奥法施工时,应根据隧道工程地质、水文地址条件、机械设备等条件,采用尽量少扰动围岩的开挖方法。
1、隧道施工开挖方法
开挖方法有:
钻爆开挖法,机械开挖法,人工和机械混合开挖法等三种。
(二)钻爆法开挖设计
采用钻爆法开挖坑道时,为了减少超控和控制围岩的扰动,应综合研究地址情况、开挖断面大小、开挖进尺快慢。
爆破器材性能、钻眼机具和出渣能力等因素,在此基础上编制钻爆设计。
2、爆破设计图
爆破设计图应包括:
炮眼布置图、周边眼装药结构图、钻爆参数表、主要技术经济指标及施工有关的必要文字说明。
3、开挖和爆破方法选用
根据隧道工程地址条件选用施工开挖方法爆破方法:
对硬质岩,采用全断面一次开挖时,应采用光面爆破法;对软质岩,宜采用预裂爆破法;对松软地层采用分部开挖时,宜采用预留光面层光面爆破法。
(三)光面爆破的技术要求
1、应根据围岩特点合理选择周围眼间距及周边眼的最小抵抗线;
2、严格控制周边眼的装药量;并使药量沿炮眼全长均匀分布;
3、周边眼宜采用小直径药卷和低爆速炸药。
为满足装药结构要求,可借助传爆线以实现空气间隔装药;
4、采用毫秒微差顺序起爆,应使周边爆破时有最好得临空面。
周边眼同段的雷管起爆时间差应尽可能小;
5、各光面爆破参数的选用:
如周边眼间距(E)、最小抵抗线(v)、相对距(E/V)和装药集中度(Q)等,应采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验,选择光面爆破参数。
在无条件试验时,可按下表选用光面爆破参数。
岩石种类
饱和单轴抗压极限强度Rb(Mpa)
装药不偶合系数D
周边眼间距E(cm)
周边眼最小抵抗红V(cm)
相对距离E/V
周边眼装药集中度
硬岩
>60
1.25-1.50
55-70
70-85
0.8-1.0
0.30-0.35
中硬岩
>30-60
1.50-2.00
45-60
60-75
0.8-1.0
0.20-0.30
软岩
≤30
2.00-2.50
30-50
40-60
0.5-0.8
0.07-0.15
④光面爆破效果应符合表下表的要求。
序号
项目
硬岩
中硬岩
软岩
1
平均超挖量(CM)
10
15
10
2
最大超挖量(CM)
20
25
15
3
炮眼痕迹保存单(%)
≥80
≥70
≥50
4
局部欠挖量(CM)
5
5
5
5
炮眼利用率(%)
90
90
95
隧道施工开挖,由于受各种因素的影响必然会有超挖。
如上表所列。
(四)周边眼参数选用原则
(1)当断面较小或围岩软弱、破碎或在曲线、折线处开挖成形要求较高时,周边炮眼间距E应取较小值;
(2)抵抗线V应小于周边眼间距。
软岩在取较小的周边眼间距的同时,抵抗线应适当增大;
(3)对于软岩或破碎性围岩,周边眼的相对距E/V应取较小值。
2、周边炮眼的布置及钻眼要求
(1)周边炮眼应沿设计开挖轮廓线布置,沿隧道设计轮廓线的炮眼间距误差不宜大于5CM;
(2)周边眼外斜率不应小于5CM/M;
(3)周边眼与内圈眼距离误差(最小抵抗线)不宜大于10CM;
(4)除内圈眼的孔深宜比周边眼深5-10CM外,其他各类炮眼深度相差不宜大于10cm
为保证隧道开挖后符合设计轮廓线,周边眼不应偏离设计轮廓线。
实践经验表明,在软岩中周边眼间距规定误差不宜大于5CM。
因凿岩机外形尺寸的限制,钻孔时应有一个向外倾斜的角度,为避免过大的超控,并不防碍操作,一般外斜角为2°-3°。
对于软弱围岩宜采用予裂破,其实预裂爆破实质上也是一种光面爆破,其原理与光面爆破相同,只是起爆顺序不同,其起爆破顺序为:
周边眼-掏槽眼-辅助眼-底板眼。
洞身开挖光面爆破隧道工程质量控制的关键工序,能带来直接和明显的经济效益,也能避免一些违法行为的发生。
总监办希望各单位能成立以总工为首开挖技术攻关小组,在施工中根据围岩的性质调整爆破参数,不断提高洞身开挖的效果,对开挖控制较好单位总监办与管理处协商予以重奖。
六、锚喷支护(初期支护)
(一)锚杆施工要点:
1、钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直。
孔钻好后用高压风将孔眼冲洗干净,并用木塞塞紧孔口,以防石渣掉入。
2、锚杆与粘结剂材料,应符合设计要求,锚杆应设计要求的尺寸截止,并设有垫板。
早强砂锚杆具有早期强度高、承载快,尤其是在软弱、破碎,自稳时间短的围岩中使用早强水砂浆锚杆能现出其优越性。
早强药包锚杆施工要注意以下规定:
(1)药包要求无结块,未受潮。
药包的浸泡宜在清水中进行,随泡随用,必须泡透;
(2)药包应缓慢推入孔底,锚杆杆体插入时应旋转,使药包充分搅拌均匀。
(二)喷射混凝土的施工要点
1、喷射作业前检查及施工准备工作
(1)喷射作业前检查主要内容
1)喷前应对开挖面尺寸认真检查,清楚松动危石,欠挖超标过多的先行局部处理;
2)受喷岩面有较集中渗水时,应作好排水引流处理;无集中渗水时,根据岩面潮湿程度,适当调整水灰比;
3)应根据石灰情况,在喷射前用高压风或水清晰受喷面,将开挖面的粉尘和杂物清理干净,以利于混凝土粘结;
4)埋设喷层厚度检查标志,一般是在石缝处打铁钉,或用快硬水泥安设钢筋头,并记录其外露长度,以便控制喷层厚度;
5)应检查运转和调试好各种机械设备工作状态。
(二)喷射混凝土施工要点
1、喷射作业施工准备工作好后,严格掌握规定的速凝剂掺量,并添加均匀。
喷射时,喷射手应严格控制水灰比,使喷层表面平整光滑,无干斑或滑移流淌现象。
2、喷射应分段、分部、分块,按先墙后拱、自下而上进行喷射,喷射需对受喷面作均匀的顺时针方向的螺旋转动,一圈压半圈的横向移动,螺旋直径约为20-30CM,以使混凝土喷射密实。
3、为保证喷射混凝土质量,减少回弹量和降低粉尘,作业时还应注意以下事项:
①射时应分段长度不超过6CM。
分部为先下后上,分块大小为2MХ2M,并严格按先墙后拱,先下后上的顺序进行喷射,以减少混凝土因重力作业而引起滑动或脱落现象的发生;
②握好喷嘴与受喷岩面的距离和角度;喷嘴至岩面的距离为0.8M-1.2M,过大或过小都会增加回弹量;喷嘴与受喷面垂直,并稍微偏向刚喷射的部位(倾斜角不宜大于10°),则回弹量最小、喷射效果和质量最佳。
对于岩面凹陷处应先喷射和多喷,而凸出处应后喷或少喷。
4、调节好风压与水压
风压与喷射质量有密切的关系,过大的风压会造成喷射速度太高而加大回弹量,损失较大,风压过小会使喷射力减弱,则混凝土密实性差。
5、一次喷射厚度问题
喷射作业应分层进行。
一次喷射厚度不得太厚或太薄,它主要与喷射混凝土层与手喷面之间的粘结力和手喷部位等有关,并且应根据掺与不掺速凝剂。
喷射效率,回弹损失率等因素而定。
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