2012年二級建造師公路工程輔導：隧道施工技術

　　2B314012掌握隧道施工技術$lesson$

　　一、隧道施工的主要技術

　　隧道施工技術和方法的選擇主要依據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并結合隧道斷面尺寸、長度、襯砌類型、隧道的使用功能和施工技術水平等因素綜合考慮研究確定。

　　二、隧道施工常用爆破方法

　　(一)概述

　　在山嶺隧道施工中，多數(shù)情況下都需要采用鉆眼爆破進行開挖。隧道爆破通常采用掏槽爆破，即將開挖斷面上的炮眼分區(qū)布置和分區(qū)順序起爆，逐步擴大完成一次開挖，按照炮眼的位置、作用的不同有二種炮眼：即掏槽眼、輔助眼、周邊眼。

　　(二)炮眼的布置方法

　　1.掏槽眼：掏槽眼的作用是將開挖面上適當部位先掏出―個小型槽口，以形成新的 臨空向，為后爆的輔助炮開創(chuàng)更有利的臨空面，達到提高爆破效率的作用。掏槽眼本身只有―個臨空面，且受周圍巖石的擠壓作用，故常需要采用較大的爆藥單位消耗K值和較 大的裝藥系數(shù)A值，以增大爆破粉碎區(qū)，并利用爆炸沖擊波及爆炸產(chǎn)物作功，將巖石拋 擲出槽口。合理布置掏槽眼(掏槽炮)應掌握好炮眼的三度：深度、密度和斜度，并通過計算確定用藥量及放炮順序等。為保證掏槽炮能有效地將石渣拋出槽口，常將掏槽眼比設 計掘進進尺加深10～20cm，并采用反向邊裝藥和用雙雷管起爆。槽口尺寸常在1.0-2.5m2之間，要與循環(huán)進尺、斷面大小和掏槽眼方式相協(xié)調(diào)。要求掏槽眼口間距誤差和眼底間距誤差不得大于5m。

　　掏槽方式一般可分為斜眼掏槽和直眼掏槽兩大類。斜眼掏槽的優(yōu)點：可按巖層實際情況選擇掏槽方式和掏槽角度，容易把石渣拋出槽口且掏槽眼數(shù)目較少。其缺點是眼濃度受坑道斷面尺寸的限制，不便于多臺鉆機同時鉆眼.鉆眼方向難掌握準確。直眼掏槽的優(yōu)點：便于多機同時鉆眼和不受斷面尺寸對爆破進尺的限制，適用于深孔爆破，從而為加快掘進速度提拱了有利條件，且掏槽石渣拋擲距離較短。目前現(xiàn)場多采用直眼掏槽。但其缺點是其炮眼數(shù)目較多，炸藥單耗量K值電要加大，炮眼位置和垂直方向要求具有較高的精度，才能保證良好的爆破效果，因地質(zhì)多變，幾種掏槽方式可混合使用。直眼掏槽中多采用大直徑空眼，其作用相當于為裝藥掏槽提拱臨空面。并取得了良好的掏槽效果。一般在中硬和堅硬巖層中，當設計循環(huán)進尺為3.5m左右時.采用雙宇孔形式最佳，對3.5―5.0m的深孔掏槽。宜采用三空孔形式;對3m以下的淺眼掏槽，則采用單空孔形式較好。為了保證掏槽炮眼爆炸后巖渣有足夠的膨脹窨，一般要求眼體積為掏槽槽口體積的約10%一20%為宜。

　　2輔助眼：輔助眼的作用是進一步擴大槽口體積和爆破量，并逐步接近開挖斷面形狀，為周邊眼創(chuàng)造有利的條件。輔助眼的布置主要由炮眼間距F值和最小抵抗線y值的確定，±要根據(jù)巖石軟硬和藥量多少。由土地試驗確定。其布置原則可參照后述周邊眼的布置原則進行，只是V、E值及單孔裝藥量q較大些。一般取E/V=0.6～0.8為宜。并宜采用孔底連續(xù)裝藥。輔助眼應由內(nèi)向，逐層布置，逐層起爆，逐步接近開挖斷面輪廓形狀。

　　3.周邊眼：周邊眼的作用是一種輔助炮眼，目的是成型作用。周邊眼爆破后使坑道斷面達到設計的形狀和尺寸。周邊眼的位置一般是沿著設計輪廓線均勻布置，其炮眼間距①最小抵抗線長度均比輔助眼小，目的是使爆破出坑道的輪廓較為平順和控制超欠挖量。為了保證開挖面平整，輔助眼及周邊眼應使其眼底落在同―垂直面上，必要時應根據(jù)實際情況調(diào)整炮眼的深度。

　　(三)光面爆破法

　　1.概述：光面爆破是通過調(diào)整周邊眼的各爆破參數(shù)，使爆炸先沿各孔的中心連線形成貫通的破裂縫，然后內(nèi)圍巖體裂解，并向臨空面方向拋擲。這種爆破在圍巖中產(chǎn)生的裂縫較少，使爆破后的巖石表面能按設計輪廓線成型，表面較平順，超欠挖很小。

　　2.光面爆破的技術要求：根據(jù)圍巖特點合理選擇周邊眼間距和周邊的最小抵抗線。嚴格控制周邊眼的裝藥量，應使用藥量沿炮眼全長合理分布，并合理選擇炸藥品種和裝藥

　　3.光面爆破的分區(qū)起爆順序：掏槽眼一輔助眼一周邊眼一底板眼。輔助眼則應由里向外逐層起爆。

　　(四)預裂爆破法

　　預裂爆破法的分區(qū)起爆順序為：周邊眼一掏槽眼一輔助眼一底板眼

　　(五)毫秒爆破法

　　毫秒爆破法是以毫秒雷管嚴格按一定順序起爆炸藥包組，使爆破前后階段的時間間隔極其短促，以毫秒計算。爆破產(chǎn)生的巖石破壞作用力(應力波或沖擊波)可以疊加，促使巖石易于被炸碎。同時，前后段爆破傳遞到圍巖內(nèi)部的沖擊波又相互干擾和相互抵消，使沖擊波對圍巖的振動破壞大為減弱。毫秒破壞一般有兩個方法：一是用毫秒雷管和毫秒起爆器(用延長儀器控制延發(fā)時間);另―方法是使用毫秒雷管起爆。

　　三、新奧法施工方法

　　(一)新奧法

　　新奧法是新奧地利隧道施工方法的簡稱，是采用噴錨技術，監(jiān)控量測等并與巖石力學理論構成的一個體系而形成的一種新的工程施工方法。

　　(二)新奧法的施工順序

　　在坑道開挖后，在巖體松散破壞之前，及時修筑一層柔性薄壁襯砌(第一次襯砌)，通過施工中的量測監(jiān)視，確定圍巖變形穩(wěn)定之后，修筑防水層及第二次襯砌。

　　(三)新奧法施工的基本原則

　　少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉。

　　(四)隧道開挖

　　1.全斷面開挖法：全斷面開挖法是按設計開挖斷面一次開挖成型。

　　(1)全斷面開挖法的優(yōu)缺點：

　　1)全斷面開挖有較大的工作空間，適用于大型配套機械化施工，施工速度快，因單工作面作業(yè)，便于施工組織和管理。一般應盡量采用全斷面開挖法。但開挖面大，圍巖相對穩(wěn)定性降低，且每循環(huán)工作量相對較大，因此要求且有較強的開挖、出渣能力和相應的支護能力。

　　2)采用全斷面開挖，則有較大的斷面進尺比(即開挖斷面面積與掘進進尺之比)，可獲得較好的爆破效果，且爆破對圍巖的震動次數(shù)較少，有利于圍巖的穩(wěn)定。但每次爆破震動強度卻較大，因此要求進行嚴格的控制爆破設計，尤其是對于穩(wěn)定性較差的圍巖。

　　(2)采取全斷面法開挖時應注意以下事項：

　　1)摸清開挖面前方的地質(zhì)情況，隨時準備好應急措施(包括改變施工方法)，以確保施工安全。尤其應注意突然發(fā)生的地質(zhì)條件惡化，如地下泥石流。

　　2)各工序使用的機械設備務求配套，以充分發(fā)揮機械設備的使用效率和各工序之間的協(xié)調(diào)進行，在保證隧道穩(wěn)定安全條件下，提高施工速度。

　　3)在軟弱破碎圍巖中使用全斷面法開挖時，應加強對輔助施工方法的設計和作業(yè)檢查，以及對支護后圍巖的動態(tài)量測與監(jiān)控。

　　2.臺階開挖法

　　臺階開挖法一般是將設計斷面分上半斷面和下半斷面兩次開挖成型。也有采用臺階上部弧形導坑超前開挖的。

　　(1)臺階開挖法的優(yōu)缺點

　　1)臺階開挖法可以有足夠的工作空間和適當?shù)氖┕に俣取５舷虏孔鳂I(yè)有干擾。

　　2)臺階開挖雖增加對圍巖的擾動次數(shù)，但臺階有利于開挖面的穩(wěn)定。尤其是上部開挖支護后，下部作業(yè)就較為安全，但應注意下部作業(yè)時對上部穩(wěn)定性的影響。

　　(2)臺階開挖時應注意以下事項

　　1)臺階長度要適當。按臺階長短可分為長臺階、短臺階、微臺階，選用何種臺階，應根據(jù)兩個條件來確定：其一是初期支護形成閉合斷面的時間要求，圍巖穩(wěn)定性愈差，閉合時間要求愈短;其二是上半斷面施工時開挖、支護、出渣等機械設備所需的空間大小的要求。

　　2)解決好上：、下半斷面作業(yè)的相互干擾問題。微臺階基本上是合而為一工作面進行同步掘進;長臺階基本亡拉開，干擾較小;而短臺階于擾就較大，要注意作業(yè)組織;對于長度較短的隧道，可將上半斷面貫通后，再進行下半斷面施工。

　　3)下部開挖時，應注意上部的穩(wěn)定。若圍巖穩(wěn)定性較好，則可以分段順序開挖;若圍巖穩(wěn)定性較差，則應縮短下部掘進循環(huán)進尺;若穩(wěn)定性更差，則可以左右錯開，或先拉中槽后挖邊幫。

　　3.分部開挖法

　　分部開挖法是將隧道斷面分部開挖逐步成型，且一般將某部超前開挖，，故也可成為坑超前開挖法。常用的有上下導坑超前開挖法等。

　　(1)分部開挖法的優(yōu)缺點

　　1)分部開挖因減少了每個坑道的跨度(寬度)，能顯著增強坑道圍巖的相對穩(wěn)定性，且易于進行局部支護，因此它主要適用于圍巖軟弱破碎嚴重的隧道或設計斷面較大的隧道中。分部開挖由于作業(yè)面較多，各工序相互干擾較大，且增加了對圍巖的擾動次數(shù)，若采用鉆爆掘進，則更不利于圍巖的穩(wěn)定，施工組織和管理的難度也較大：

　　2)導坑超前開挖，有利于提前探明地質(zhì)情況，并予以及時處理。但若采用的導坑斷面過小，則施工速度就較慢。

　　(2)分部開挖時應注意以下事項：

　　1)因工作面較多，相互干擾大，應注意組織協(xié)調(diào)，實行統(tǒng)一指揮。

　　2)由于多次開挖對圍巖的擾動大，不利于圍巖的穩(wěn)定，應特別注意加強對爆破開挖的控制。

　　3)應盡量創(chuàng)造條件，減少分部次數(shù)，盡可能爭取用大斷面開挖。

　　4)凡下部開挖，均應注意上部支護或襯砌的穩(wěn)定，減少對上部圍巖及支護、襯砌的擾動和破壞，尤其是邊幫部位開挖時。

　　(五)噴射混凝土

　　1.噴射作業(yè)應分段、分片由下而上順序進行，每段長度不宜超過6m。

　　2.一次噴射厚度應根據(jù)設計厚度和噴射部位確定，初噴厚度不得小于4～6cm。

　　3.噴射作業(yè)應以適當厚度分層進行，后一層噴射應在前一層混凝土終凝后進行。

　　4.回彈率應予控制，拱部不超過4e%，邊墻不超過30%，掛鋼筋網(wǎng)后，回彈率限制可放寬5%。

　　(六)錨桿支護的施工

　　1.錨桿安設作業(yè)應在初噴混凝土后及時進行。

　　2.鉆孔前應根據(jù)設計要求定出孔位，鉆孔方向宜盡量與巖層主要結構面垂直。

　　3.灌漿作業(yè)：注漿開始或中途暫停超過30min時，應用水潤滑灌漿罐及其管路漿孔口壓力不得大于0.4MPa。

　　4.錨桿可以采用早強水泥砂漿錨桿和楔縫錨桿(包括脹殼式錨桿)。

　　(七)二次襯砌

　　二次襯砌的施作，應在圍巖和錨桿支擴變形墓本穩(wěn)定后進行。圍巖變形較大，流變特性明顯時，應加強初期支護并及早施作仰拱和二次襯砌。

　　四、傳統(tǒng)的礦山法施工

　　(一)傳統(tǒng)的礦山法施工的基本原則

　　傳統(tǒng)的礦山法施工是以鉆爆法開挖與鋼木支撐的一項傳統(tǒng)的施工技術。施工的基本原則可以歸納為“少擾動、早支撐、慎撤換、快襯砌”。

　　(二)開挖

　　1.先墻后拱法亦可稱為順作法。它通常是在隧道開挖成形后，再由下至上施作模筑混凝土襯砌。開挖可以采用全斷面法、臺階法或?qū)Э映胺ā＿@種方法常用于較為穩(wěn)定的圍巖條件。但當圍巖穩(wěn)定性較差或隧道斷面較大時，則可以先將墻部開挖成形并施作邊墻襯砌后，再將拱部開挖成形并完成拱部襯砌，如側壁導坑法及洞柱法等。這種方法也可用于圍巖更為軟弱破碎松散的淺埋隧道中。先墻后拱法的施工速度較快，施工各工序及各工作面之間的相互干擾較小;襯砌的整體性好，受力狀態(tài)較好。

　　2.先拱后墻法亦稱為逆作法。它是先將隧道上部開挖成形并施作拱部襯砌后，再開挖下部并施作邊墻襯砌。先拱后墻法施工速度較慢，上部施工較困難。但上部完成后，下部施工就較安全和快捷。由于先拱后墻，使得襯砌的整體性較差，受力狀態(tài)不好。且拱部襯砌沉降量較大，要求的預留沉落量較大，增加了開挖工作量。

　　五、明挖法

　　是指挖開地面，由上向下開挖土石方至設計標高后，自基底由下向上順作施工隧道主體結構，最后回填基坑或恢復地面的施工方法。

　　六、蓋挖法

　　是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部的工程在封閉的頂蓋下進行施工，主體結構可以順作，也可逆作。

　　七、淺埋暗挖法

　　是參考新奧法的基本原理，開挖中采用多種輔助施工措施加固圍巖，充分調(diào)動圍巖的自承能力，開挖后即時支護，封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護體系，有效地抑制圍巖過大變形的一種綜合施工技術。

　　八、山嶺隧道的洞口、明洞與淺埋段施工技術

　　(一)洞口施工

　　隧道洞口各項工程應通盤考慮，妥善安排，盡快完成，為隧道洞身施工創(chuàng)造條件。隧道引道范圍內(nèi)的橋梁墩臺、涵管、下?lián)鯄Φ裙こ痰氖┕c棄渣需要相協(xié)調(diào)，盡早完成。

　　洞口支擋工程應結合土石方開挖一并完成。當洞口可能出現(xiàn)地層滑坡、崩塌、偏壓時，采取相應的預防措施。開挖進洞時，宜用鋼支撐緊貼洞口開挖面進行支護，圍巖差時可用管棚支護，支撐作業(yè)應緊跟開挖作業(yè)，穩(wěn)妥前進。

　　洞門襯砌拱墻應與洞內(nèi)相聯(lián)的拱墻同時施工，連成整體。如系接長明洞，則應按設計要求采取加強連接措施，確保與已成的拱墻連接良好。洞門端墻的砌筑與墻背回填應兩側同時進行，防止對襯砌邊墻產(chǎn)生偏壓。洞門襯砌完成后，及時處治洞門上方仰坡腳受破壞處。當邊(仰)墳地層松軟、破碎時，應采取坡面防護措施。

　　(二)明洞工程

　　1.當邊坡能暫時穩(wěn)定時，可采用先墻后拱法

　　2.當邊坡穩(wěn)定性差，但拱腳承載力較好，能保證拱圈穩(wěn)定時，可采用先拱后墻法。

　　3.半路塹式明洞施工時.可采用墻拱交替法，且宜先做外側邊墻，繼作拱圈，再做內(nèi)側邊墻。 ’

　　4.當路塹式明洞拱腳地層松軟，不能采用先拱后墻法施工時，可待起拱線以上挖成后，采用跳槽挖井法先灌注兩側部分邊墻，再做拱圈，最后做其余邊墻。

　　5.具備相應的機具條件時.可采用拱墻整體灌注。

　　6.明洞襯砌邊墻基礎和遮光棚支柱基礎等應設置在穩(wěn)固地基上。如邊墻基礎挖到設計標高后，地質(zhì)情況及允許承載力與設計要求不符時，應及時進行處理?；A混凝土灌注前必須排除基坑內(nèi)積水，并對基底進行固化處理。邊墻基礎應采用與邊墻同級混凝土一次澆筑而成。

　　7.明洞襯砌完成后進行回填時，墻背回填應兩側同時進行。墻背與巖壁空隙不大時，可采用與墻身同級混凝土回填;空隙較大時，可采用片石棍凝土或漿砌片石回填密實。明洞拱背回填應對稱分層夯實，回填至拱頂齊平后，應立即分層滿鋪填筑至要求高度。使用機械回填應待拱圈混凝土強度達到設計強度且由人工夯實填至拱頂以上1.0m后方可進行。拱背回填需作黏土隔水層時，隔水層應與邊、仰坡搭接良好，封閉緊密，防止地表水下滲影響回填體的穩(wěn)定。

　　8.明洞與暗洞銜接施工宜采用先拱后墻法。在仰坡暫時能穩(wěn)定時，宜由內(nèi)向外進行施工;在仰坡易坍塌的情況下，宜先將明洞拱圈灌筑到仰坡腳，再由內(nèi)向外做洞內(nèi)拱圈，并確保仰坡穩(wěn)定。明洞與暗洞拱圈應連接良好。

　　(三)淺埋段工程

　　淺埋段和洞口加強段的開挖施工，應根據(jù)地質(zhì)條件、地表沉陷對地面建筑物的影響及保障施工安全等因素選擇開挖方法和支護方式，并應符合下列規(guī)定：

　　1.根據(jù)圍巖及周圍環(huán)境條件，可優(yōu)先采用單側壁導坑法、雙側壁導坑法或留核心小開挖法;圍巖的完整性較好時，可采用多臺階法開挖。嚴禁采用全斷面法開挖。

　　2.開挖后應盡快施作錨桿、噴射混凝土、敷設鋼筋網(wǎng)或鋼支撐。當采用復合襯砌時，應加強初期錨噴支護。V級以下圍巖，應盡快施作襯砌，防止圍巖出現(xiàn)松動。

　　3.錨噴支護或構件支撐，應盡量靠近開挖面，其距離應小于l倍洞跨。

　　4.淺埋段的地質(zhì)條件很差時，宜采用地表錨桿、管棚、超前小導管、注漿加固圍鏟等輔助方法施工。

　　九、山嶺隧道的排水與防護施工技術

　　隧道施工防排水設施應與營運防排水工程相結合。隧道施工防排水工作應按防、截、排、堵相結合的綜合治理原則進十;。隧道施工前應根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料制定防排水方案。施工巾應按現(xiàn)場施工方法、機具沒備等情況，選擇不妨礙施工的防排水措施。隧道進洞前應先做好洞頂、洞門、輔助坑道門的地面排水系統(tǒng)，防止地表水的下滲和沖刷。施工中應對洞內(nèi)的出水部位、水量大小、涌水情況、變化規(guī)仟、補給來源及水質(zhì)成分等做好觀測和記錄，并不斷改善防排水措施。當防排水設計不符合實際情況，設計中有遺漏或施工中有增減時.施工單位應及時提請變更設計。

　　(一)施工防排水

　　隧道兩端洞口及輔助坑道洞(井)口應按設汁要求及時做好排水系統(tǒng);覆蓋較薄和滲透性強的地層，地表積永應及早處理。洞內(nèi)順坡排水，其坡度應與線路坡度一致，洞內(nèi)反坡排水時，必須采取機械抽水。洞內(nèi)有大面積滲漏水時，宜采用鉆孔將水集中匯流引入排水溝。其鉆孔的位胃、數(shù)量、孔徑、深度、方向和滲水量等應作詳細記錄，以便在襯砌時確定拱墻背后排水設施的位冒，洞內(nèi)涌水或地下水位較高時，可采用井點降水法和深井降水法處理。嚴寒地區(qū)隧道施工排水時.宜將水溝、管埋設在凍結線以下或采取防寒保溫措施。洞頂上方設有高位水池時應有防滲和防溢水沒施。當隧道覆蓋層厚度較薄且地層小水滲透性較強時。水池位置應遠離隧道軸線。

　　(二)結構防排水施工

　　1.洞內(nèi)永久性防排水結構物施工時.防排水結構物的斷面形狀、尺寸、位置和埋設深度應符合設汁要求。襯砌背后設置排水暗溝、盲溝和引水管時，應根據(jù)隧道的滲水部位和開挖情況適當選擇排水設施位置，并配合襯砌進行施工。設在襯砌背后和隧底的縱橫向排水設施，其縱橫向坡應平順，并配合其他作業(yè)同時施工;當隧底巖層松軟有裂隙水時，應視具體情況加深側溝或中心水溝的溝底，或增沒橫向盲溝，鋪沒滲水濾層及仰拱等。襯砌背后采用壓注水泥砂漿防水時，壓漿地段混凝土襯砌達設計強度70%時，方可進行壓漿，如遇流沙或含水土質(zhì)地層，不宜采用水泥砂漿作防水層;注漿地段襯砌背面宜用干砌片石回填緊密，并每隔20m左右用lm厚漿砌片石或混凝七作阻漿隔墻，分段進行壓漿。壓漿順序從下而上，從無水、少水的地段向布水或多水處。從下坡方向往上坡方向，從兩端洞口向洞身中間壓漿。隧道襯砌采用防水混凝土時，必須經(jīng)現(xiàn)場試驗達到規(guī)定要求后方可使用。

　　2.襯砌的施工縫和沉降縫采用橡膠止水帶或塑料止水帶防水時，止水帶不得被釘子、鋼筋或石子刺破。在固定止水帶和灌筑混凝土過程中應防上止水帶偏移。應加強混凝土振搗，排除止水帶底部氣泡和空隙，使止水帶和混凝土緊密結合。

　　3.復合式襯砌中防水層的施工應滿足下列要求：防水層應在初期支護變形基本穩(wěn)定后，盡二次襯砌施作前進行。防水層可在拱部和邊墻按環(huán)狀鋪設，并視材質(zhì)采取相應的接合方法。開挖和襯砌作業(yè)不得損壞防水層，當發(fā)現(xiàn)層面有損壞時應及時修補。防水層縱橫向一次鋪設長度應根據(jù)開挖方法和設計斷面確定。鋪設前，宜先行試鋪，并加以調(diào)整。防水層在下一階段施工前的連接部分，應保護好，不得弄臟和破損。防水層屬隱蔽工程.二次襯砌灌筑前應檢卉防水層質(zhì)量，做好接頭標記，并填寫質(zhì)量檢查記錄。

　　4.停車帶與正洞連接處的防排水工程應與正洞同時完成，其搭接處應平順，不得有破損和折皺。

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