土质隧道施工技术.docx

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土质隧道施工技术

土质隧道施工技术

一、一般规定：

（一）黄土隧道施工防排水应符合下列规定：

1进洞前按设计做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统，排水沟应进行铺砌，防止地表水下渗。

2雨季前应做好隧道洞门。

3对地表冲沟、陷穴、裂缝等应采取回填夯实、填土反压、改变地表水径流等措施，将水排至隧道范围以外；洞口浅埋段地表冲沟、陷穴、裂缝等除采用上述方法处理外，还应用砂浆抹面，以免下渗水影响结构安全。

4地层含水量大时，上、下台阶开挖工作面附近宜开挖横向水沟，将水引至隧道中部纵向排水沟（宜采用管、槽）排出洞外，以免浸泡拱脚。

（二）黄土隧道的开挖应符合下列规定：

1双线Ⅳ级围岩、单线Ⅴ级围岩宜采用三台阶弧形导坑法；双线Ⅴ级围岩宜采用交叉中隔壁法（CRD）；双线Ⅴ级围岩洞口浅埋或偏压段宜采用双侧壁导坑法。

2墙脚、拱脚等隅角处应预留60～70cm人工开挖，严禁超挖。

3开挖循环进尺根据不同围岩级别采用0.5～1.5m。

4湿陷性黄土隧道基底可采用树根桩、灰土挤密桩、注浆、换填等处理措施。

5施工中如发现突水、变形异常等不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，调整施工方案。

6合理选择工序步距。

小型机械作业宜选择上台阶长5m，下台阶15m。

开挖工作面距仰拱和填充的距离20m～30m；仰拱与拱墙衬砌之间距离20m～30m，当围岩级别低、含水量大时应适当缩短距离。

7仰拱开挖前应先拆除下部水平横撑，拆除长度应与仰拱长度一致，按先左后右，先上后下顺序进行，不得超长度拆除。

8严格控制施工用水，采用湿喷工艺，拌合用水在拌合站控制，喷完后用高压风代替水吹洗湿喷机；喷射混凝土和仰拱、填充、二衬混凝土均采用喷雾器喷雾养护取代洒水养护；严格控制混凝土拌合用水，避免混凝土泌水浸泡黄土隧道基底。

（三）黄土隧道初期支护施工应符合下列规定：

1施工中应参考设计文件采用适宜的预留变形量。

2施工中要特别注意观察垂直节理，应在拱脚设置测点，监视拱脚下沉的状态。

必要时应采取工程措施，防止拱部整体下沉和塌方事故的发生。

3特殊地段需要施作护拱的应采用大拱脚。

4开挖后应立即对隧道周边及开挖工作面进行喷混凝土封闭，并及时施作锚杆、钢筋网及型钢钢架。

5当洞身黄土含水量较大时，应采用煤矿螺旋钻成孔；锚杆宜采用药包式或早强砂浆式锚杆，各种锚杆必须设置垫板。

6钢架基脚或分部开挖基脚等处设置注浆锁脚锚杆（管）或设置垫板，以控制钢架沉降。

钢架每侧应施作锁脚锚杆（管）不少于2～4根，锁脚锚杆直径不小于22mm，长度不少于3.5m，外插角35～40°，必要时采用锁脚锚管。

二、工艺原理和要求

原理：

以“新奥法”基本原理为依据，在开挖导坑时尽量减少对围岩的扰动；导坑的断面近似椭圆，避免了应力集中；初期支护采用柔性支护，并及时施工，使断面及时封闭，充分利用了围岩的自承能力，控制围岩变形；坚持监控量测，进行信息化施工管理，随时掌握施工过程的动态变化，合理安排、调整施工工艺和设计参数，确保施工安全。

要求：

1、必须将综合超前地质预测预报和系统监控量测纳入工序管理，较为全面的掌握隧道掘进面前方地质情况、支护系统的变形情况，定岗定责，建立信息反馈、沟通、处置机制，以进行风险预警，避免盲目施工，降低施工风险。

2、将信息化施工理念贯穿施工过程，坚持动态设计、动态施工原则，及时调整施工工艺、方法。

3、有效的控制围岩变形和地表下沉量。

大断面黄土隧道大都采取分部开挖、分部支护封闭，使支护体系能及时、充分发挥作用，减少对围岩的扰动，使围岩的变形和地表下沉得到有效控制。

三、施工方法

根据宝兰客专隧道断面结构和地质情况，隧道开挖施工方法主要选用：

三台阶七步开挖法、中隔壁法（CD）、交叉中隔壁法（CRD）和双侧壁导坑法。

（一）三台阶七步开挖法

三部台阶法可用在双线Ⅲ、Ⅳ级围岩、单线隧道Ⅴ级围岩，对于稳定性较好的双线隧道Ⅲ级围岩及单线隧道Ⅳ级围岩也可不预留核心土。

三台阶七步开挖法是以弧形导坑预留核心土法为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开，平行推进的施工方法。

1、三台阶七步开挖法施工工序图示

2、三台阶七步开挖法要求：

①三台阶七步开挖法以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破，各分步平行作业，平行施作初期支护，各分部初期支护应衔接紧密，及时封闭成环。

②仰拱要紧跟下台阶施作，及时闭合构成稳固的支护体系。

③施工过程中通过监控量测掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全。

④要完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。

⑤拱部超前支护完成后，环向开挖上台阶弧形导坑，预留核心土长度宜为3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。

开挖循环进尺根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，上台阶开挖矢跨比应大于0.3。

⑥中台阶及下台阶左、右侧开挖进尺根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度宜为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m。

⑦上、中、下台阶预留核心土开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。

⑧仰拱循环开挖长度宜为2～3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4～6m。

（二）中隔壁法（CD法）

中隔壁法一般用于双线Ⅳ、Ⅴ级围岩的隧道，也可用于浅埋地段隧道。

中隔壁法（CD法）是将隧道分为左右两部分进行开挖，先在隧道一侧采用二部或三部分层开挖，施作初期支护和中隔墙临时支护，再分台阶开挖隧道另一侧，并进行相应的初期支护的施工方法。

1、中隔壁法施工工序图示

2、中隔壁法施工要求

①中隔壁法左右部的台阶高度根据地质情况、隧道断面大小和施工设备确定。

②每侧按两部或三部分台阶开挖，开挖后及时施作初期支护、中隔壁；两侧先后距离宜保持10～20m，上下断面的距离宜保持3～5m。

③各部开挖时，相邻部位的喷混凝土强度达设计强度的70％以上。

④先行侧的中隔壁设置为向外鼓的弧形。

⑤中隔壁在浇筑仰拱前逐段拆除。

中隔壁一次拆除长度根据量测结果确定，不宜大于15m。

临时支护拆除后要及时施作仰拱和二次衬砌。

⑥特殊情况下可将中隔壁浇筑在仰拱中，待铺设防水板时再割断。

（三）交叉中隔壁法（CRD）

交叉中隔壁法适用于双线Ⅴ、Ⅵ级围岩及围岩较差的浅埋地段隧道。

交叉中隔壁法（CRD法）是分部开挖、支护，分部闭合成小环，最后全断面闭合成大环。

每开挖一部均及时施作初期支护、中隔壁及临时仰拱。

1、交叉中隔壁法施工工序图示

2、交叉中隔壁法施工要求

①根据地质条件，隧道断面的分部，应以初期支护受力均匀，便于发挥人力、机械效率为原则，一般水平方向分两部、上下分二至三层开挖。

②先行施工部位的临时支撑（中隔壁、临时仰拱），均应有向外（下）鼓的弧度。

③各部开挖及支护应自上而下，开挖后及时施作初期支护、中隔壁、临时仰拱，步步成环。

④同一层左右两部开挖工作面相距不宜大于15m，上下层开挖工作面相距宜保持3～4m，且待喷混凝土强度达到设计强度的70％后开挖相邻部位。

⑤缩短各部开挖工作面的间距，使初期支护尽早封闭成环。

⑥根据监控量测结果，中隔壁及临时仰拱在仰拱浇筑前逐段拆除，每段拆除长度宜不大于15m。

（四）双侧壁导坑法

双侧壁导坑法一般用于双线隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩及浅埋地段。

双侧壁导坑法是先开挖隧道两侧导坑，及时施作导坑四周初期支护及临时支护，然后再根据地质条件、断面大小，对剩余部分采用二部或三部开挖的方法。

1、双侧壁导坑法施工工序图示

2、双侧壁导坑法施工要求

①侧壁导坑形状宜近于椭圆形断面，导坑断面宽度宜为整个断面宽度的1/3。

②侧壁导坑、中槽部位采用短台阶法开挖，各部距离应根据隧道埋深、断面大小、结构类型等选取。

各部开挖后要及时进行初期支护及临时支护，并尽早封闭成环。

③两侧壁导坑超前中槽部位10～15m，可独立同步开挖和支护；中槽部位采用台阶法开挖，并保持平行作业。

④中槽开挖后，拱部钢架与两侧壁钢架的连接是难点，在两侧壁导坑施工中，钢架的位置应准确定位，确保各部架设钢架联接后在同一个垂直面内，避免钢架发生扭曲。

⑤根据监控量测信息，初期支护稳定后拆除临时支护，一次拆除长度不得大于15m，并加强监控量测。

⑥临时支护拆除完成后，要及时施作仰拱及二次衬砌。

四、易出现的质量问题

隧道施工处在偏压、浅埋、大跨度、湿陷性黄土的特殊地段，易出现初期支护拱顶下沉、水平收敛及地表下沉现象，对后期二次衬砌断面尺寸产生影响。

为避免此类质量问题一般采取增加钢架锁脚锚杆（或小导管）、基脚松软时在钢架脚下采取混凝土垫块（墙部）或纵向钢性垫梁，并加强监控量测工作，及时真实反应围岩水平收敛、拱顶下沉数据，根据变化情况及时采取有效措施，确保工程质量和施工安全。