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－,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－。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－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。（一）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＞60－55－7070－85－－中硬岩＞30－60－45－6060－75－－软岩≤30－30－5040－60－－④光面爆破效果应符合表下表的要求。项目硬岩中硬岩软岩 序号1平均超挖量（CM）1015102最大超挖量（CM）2025153炮眼痕迹保存单（％）≥80≥70≥504局部欠挖量（CM）5555炮眼利用率（％）909095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2MХ 2M,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。