武广客运专线隧道工程施工工艺及关键技术.doc

第十二部分 武广铁路客运专线隧道工程施工工艺及关键技术中铁隧道局武广客专项目经理部第一节 客运专线隧道的特点客运专线上，由于列车运行速度的大幅提高，在列车高速通过隧道时，与普速铁路相比，不但加大了对隧道结构的冲击扰动，而且其进入隧道所诱发的空气动力学效应对行车、旅客乘车舒适度、车辆结构强度和环境等方面均将产生不利影响。因此，为了克服上述问题，确保列车的安全和乘车舒适度，在隧道的结构、有效面积和建筑材质上提出了新的要求外，同时对隧道的永久性建筑的耐久性、施工精度、防排水等方面也提出了更高的要求。一、 高速列车进入隧道后诱发的空气动力学效应空气动力学效应主要表现在三个方面：瞬变压力、洞口微气压波、行车阻力。其中，瞬变压力主要表现在由于压力的瞬间变化使人的听觉感到不适，影响其大小的主要因素是行车速度、隧道横断面的大小和阻塞比以及列车的密封系数。洞口微气压波是列车进入隧道时产生的压缩波在另一端释放时产生爆破声，影响周围环境。行车阻力问题主要是影响经济性。微气压波的量值主要取决于行车速度和隧道净空面积阻塞比，但行车速度更为敏感，当行车速度达到300km/h以上时,加大断面对防止微气压波不能起到显著作用，应考虑在洞口设置缓冲结构。解决行车阻力问题主要是加大隧道断面面积，根据铁科院的研究报告，在隧道净空面积为100m2时最大行车阻力只比明线增大1530，会车时的空气阻力比明线的增大值也不超过30设计暂规规定，确定隧道断面内轮廓应考虑以下因素：线间距和建筑接近限界；缓解空气动力学效应对隧道断面有效面积的要求；维修、救援、工程技术作业空间和其他使用要求所需的空间。单洞双线隧道断面有效面积不宜小于100 m2；单线隧道断面有效面积不宜小于70m2。限速地段，当检算行车速度小于或等于200kmh时，可采用较小的隧道断面有效面积，但双线隧道断面有效面积不应小于80m2；单线隧道断面有效面积不应小于50m2。二、 隧道衬砌客运专线线隧道的横断面较大，受力比较复杂，且列车运行速度较高，隧道维修有一定的时间限制，复合式衬砌比喷锚衬砌安全，且耐久性好，故隧道衬砌优先采用复合式衬砌，不得采用喷锚衬砌。隧道均采用曲墙式衬砌，其中边墙与仰拱内轮廓的连接宜采用顺接断面。仰拱矢跨比应结合隧道衬砌受力和沟槽设置情况确定，双线隧道断面取1/121/15，单线隧道断面取1/81/10。级围岩采用曲墙带仰拱的衬砌。、级围岩地段可采用曲墙式不带仰拱衬砌。各级围岩隧道衬砌结构混凝土强度等级不应低于C25，钢筋混凝土强度等级不应低于C30。衬砌施工必须遵循仰拱超前，拱墙整体浇筑的原则。 三、 隧道底部结构隧底结构由于在长期列车重载作用及地下水侵蚀的影响下易产生破坏，从而引起基底沉陷、道床翻浆冒泥等病害，不但增加养护维修工作量，而且严重影响运营安全，尤其是客运专线铁路对隧道底部的强度较普通铁路要求更高，且客运专线铁路隧道的断面跨度较大，因此客运专线铁路隧道铺底厚度要增大。仰拱填充混凝土强度等级不低于C20。、级围岩隧道衬砌结构底板厚度，双线隧道不小于30cm，单线隧道断面不小于25cm，混凝土强度等级不低于C30，并应配置钢筋。仰拱与仰拱填充应分开施工。四、隧道防排水长期以来，在隧道工程中，由于地下水的作用，致使围岩应力重新分布使结构受荷增大，结构受到侵蚀、冻融破坏，最终对隧道的永久建筑产生致命影响，酿成事故的情况时有发生。由于客运专线对隧道的结构和耐久性提出了新的要求，同时，列车供电、控制系统对隧道防排水的要求更加严格，所以对客运专线隧道防排水效果提出了更高的要求。客运专线铁路隧道工程施工防水应以混凝土自防水为主体，以施工缝、变形缝防水为重点，并应重视初期支护的防水，辅以注浆防水和防水层加强防水，满足结构使用功能。客运专线铁路隧道工程防排水，应采取“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，达到堵水有效，排水通畅，防水可靠，不留后患的目的。隧道衬砌结构防水等级应满足地下工程防水技术规范（GB50108）的一级标准。衬砌结构不允许渗水、表面无湿渍。加强结构自身防水：采用复合式衬砌隧道，初期支护和二次衬砌之间设置防水板，防水板厚度不得小于1.2mm。设置隧道洞身排水系统：隧道衬砌背后应设置与深排水沟配套的纵、环向排水盲沟。后期施作的隧道洞内埋设件，埋设深度应以不穿透二次砌为原则，以保护防水板。隧道衬砌结构的施工缝、变形缝应采取可靠的防水措施。防水材料应符合耐久性要求。隧道洞口及明洞防排水应执行现行铁路隧道防排水技术规范（TB10119）中的有关规定。衬砌外贴防水层应具有较好的耐热度、抗冻性、柔性、防腐和耐水、抗老化性能。五、 结构、材料的耐久性使用寿命100年。提出了隧道衬砌混凝土、防水材料的耐久性控制要求。隧道衬砌混凝土的地质环境复杂，对耐久性、抗渗性、抗冻性等耐久性指标应严格控制。第二节客运专线隧道主要施工方法及工艺简介一、 隧道的开挖 采用钻爆法施工时应优先采用新奥法，根据隧道通过地层围岩状况，选择合理的爆破、支护方式，充分利用围岩的自承能力，保证隧道安全、快速作业。 新奥法是六十年代奥地利专家腊布希维兹(L.V.Rabccwicz)总结前人在隧道施工中累积的经验后所提出来的一套隧道设计、施工的新技术。1948年提出，并于1962年奥地利第八届土力学会议上得到正式命名的隧道施工方法。新奥法的实质就是利用控制爆破技术减少对围岩的扰动，采取及时有效的支护手段与岩体结合形成弹塑性支撑结构，允许围岩变形，但防止其有害变形充分发挥围岩本身的自承能力，达到支护的目的；即洞室开挖后，利用围岩的自稳能力及时进行以喷锚为主的初期支护，使之与围岩密贴，防止围岩有害形变，提高其自承能力，使支护与围岩联合受力形成支撑环，共同作用。 新奥法的技术支撑点有三个，即：控制爆破技术、喷锚支护技术、围岩量测技术。（一） 隧道的开挖方法在矿山法施工的隧道中，其开挖方式应根据不同的地质条件进行确定，其常见的方法一般有如下几种：全断面法、半断面法、上下导坑法；在半断面法上下导坑法中又分为短台阶法、超短台阶、长台阶法；在导坑法中又有CRD法及侧壁导坑法，另外还有预留核心土法等等。新奥法的施工技术均适用于上述施工方法。下面具体介绍使用的开挖工法：1.全断面法适用地质条件：全断面法主要用于隧道洞内围岩和级硬岩地层。浅埋、偏压和洞口地段不适宜采用全断面法开挖。施工方法：采用三臂凿岩台车钻孔施工或人工在多功能台架上风钻钻孔施工，楔形掏槽方式，周边眼采用间隔装药、导爆索引爆的光面爆破，其它眼连续装药；开挖进尺台车钻爆为4.55.0m，人工钻爆为3.33.5m。初期支护时采用湿喷机喷射混凝土；挖掘机配合装载机装碴，自卸汽车出碴的无轨运输方式。2.台阶法适用地质条件：上下两部分部开挖法主要用于级软岩和级围岩，洞口、偏压、浅埋段硬岩地层宜采用台阶法开挖。将全隧断面分成上下两个台阶开挖，台阶长度一般控制在11.5倍洞径以内，并尽快开挖下半断面，或将台阶长度控制在12个循环进尺以内形成短台阶施工，及早施作初期支护形成封闭结构；若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施。施工方法：上下台阶每次开挖长度23m，周边采用光面爆破减少对围岩的震动以控制成形。上、下台阶采用人工风钻钻孔，开挖循环进尺为2.8m。挖掘机将上台阶的碴扒到下断面，下断面出碴利用装载机装碴，自卸汽车运碴至指定的弃碴场地。为确保施工安全量测及时进行。三台阶法对于IV级相对偏弱和级围岩采用三台阶法开挖，根据施工现场的实际情况灵活的调整台阶长度。先利用上一循环架立的钢架施作超前支护等辅助措施。在施工中坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。爆破时严格控制炮眼深度及周边眼的装药量，减少对围岩的震动以控制成形。三台阶均用风钻钻孔，爆破后挖掘机将上、中断面的碴扒到下断面，装载机装碴，自卸汽车出碴。施工中，按照规范及有关要求及时进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定性，调整支护参数，确保施工的安全进行。具体施工方法见下图1。3.环形开挖预留核心土法适用地质条件：主要用于较差的地层，围岩级别为硬岩IV、V级，软岩、级，洞口段、偏压段、浅埋段硬岩、级和软岩、级。上台阶取1倍洞径左右环形开挖，留核心土，用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面；用网钩钢拱架做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。 施工方法：首先进行超前支护，进行上部弧形导坑开挖初期支护施工中部左右侧交错开挖边墙支护仰拱和边墙基础开挖与支护核心土和中槽开挖仰拱基础开挖与支护。上部弧形开挖超前中部5m，主要采用风镐开挖（必要时进行弱爆破），人工翻碴至两侧导坑内，装载机端碴；下部左侧超前右侧5m，左右交错进行开挖与支护，采用装载机端碴，自卸汽车运输，中部采用反铲开挖，必要时采用弱爆破。施工过程中以上部分拉开距离后各作业面可同步作业。底部仰拱开挖后进行支护及时封闭成环。具体施工方法及顺序见图2。 图1 台阶法 图2 环形开挖预留核心土法4.CD工法适用地质条件：级围岩地质相对较差时采用CD工法进行开挖支护施工。施工方法：在施工中坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。导坑采用三台阶法开挖，台阶长度3m，左侧超前右侧长度5m。采用风钻钻孔，三台阶同时爆破，周边全部采取光面爆破控制成形，开挖循环进尺为0.5m。上台阶出碴利用挖掘机扒碴至下断面，下台阶利用装载机装碴，自卸汽车运碴至指定的弃碴场地。爆破后先进行初喷，及时施作初期支护及临时支护。喷砼采用湿喷机作业，风钻钻锚杆孔，人工安装锚杆、拱架和钢筋网。临时钢架的拆除应在洞身主体结构初期支护施工完毕并稳定后进行。为确保施工安全量测及时进行。具体施工方法及顺序见图3。5.CRD工法适用地质条件：主要用于特别破碎的岩石、碎石土、卵石土、圆砾土、角砾土组成的级围岩和软塑状粘性土、潮湿的粉细砂组成的级围岩及较差围岩中的洞口段、偏压段、浅埋段等适合于非爆破和少爆破围岩的开挖支护施工。施工方法：首先进行超前支护施工左侧1部开挖及初支结构和中隔墙支护左侧中层2部开挖及临时仰拱和中隔墙初期支护右侧上层3部开挖及初期支护作业右侧中层4部开挖及初期支护作业左侧下层5部落底开挖及仰拱初期支护作业右侧6部落底开挖及仰拱初期支护封闭作业施工过程中监控量测紧跟及时反馈，以调整支护参数；二次衬砌前拆除临时支护，为确保拆除后施工安全量测必须及时进行。具体施工方法及顺序见下图4。6.双侧壁导坑法适用地质条件：主要用于地层较差的可采用人工或人工配合机械开挖的级围岩地层、不稳定岩体和浅埋段、偏压段、洞口段及溶洞开挖。施工方法：左右侧壁导坑、中央部上部、中央部下部错开一定距离后平行作业。侧壁导坑可采用短台阶法开挖，左右侧壁导坑施工同步进行。当量测显示支护体系稳定，变形很小时，可适当加大循环进尺。侧壁导坑、中央部上部、中央部下部错开一定距离后平行作业。侧壁导坑可采用短台阶法开挖，左右侧壁导坑施工同步进行。当量测显示支护体系稳定，变形很小时，可适当加大图3 CD法 图4 CRD工法 图5 双侧壁导坑法循环进尺。具体施工方法及顺序见下图5。 （二） 预留变形量隧道开挖断面应以衬砌设计轮廓线为基准，考虑预留变形量、测量贯通误差和施工误差等因素适当放大。预留变形量应符合设计规定，或根据围岩级别、隧道宽度、埋置深度、施工方法和支护情况等条件，采用工程类比法确定。当无类比资料时可参照下表。围岩级别单线隧道双线隧道围岩级别单线隧道双线隧道50808012010508012010015020505080现场量测测定单位：mm（三） 隧道的控制爆破一般有两种：光面爆破、预裂爆破，这两种方法在起爆顺序及药量控制上均有所不同。控制爆破的关键在于钻爆设计及现场的调整和实施的精确性。 钻爆工艺施工流程 测量布孔钻孔清孔装药 堵塞炮眼 连线起爆 通风排烟 处理哑炮 找帮、找顶 初期支护出碴 二次支护下一循环1.钻爆设计 钻爆设计的关键在于掏槽方式的选定和爆破参数的确定。 掏槽的目的是为其它炮眼拓出临空面，实现有效爆破。掏槽关系到隧道爆破的成败，直接影响爆破效果，掏槽深度直接关系到循环进尺。而掏槽又与地质条件、掏槽深度及形式、炸药种类及装药量等因素有关。 掏槽形式分为：直眼掏槽、楔形掏槽、扇形掏槽、复式掏槽、螺旋掏槽等方式。2.爆破参数的选定 选择适当的爆破参数，布置合理的炮眼孔位和炮眼数量可以保证爆破效果，保证安全生产，节约成本，提高经济效益，而单位炸药消耗量是计算炮眼数目的重要依据。爆破参数的确定应根据计算、规范参考，最终通过现场试验确定。其周边眼间距的布置原则一般是随着围岩类别的提高而增大，但一般不超过60cm。炮眼数目的确定N=ksL/Lnr(个)）式中：N-炮眼数目（不包括掏槽眼）K-导坑爆破单位炸药消耗量 kg/m3L-炮眼深度 mn-炮眼装药系数(孔长药长）S-开挖断面面积m2r-炸药线装药密度 kg/ m光面爆破参数 岩石类别周边眼间距E（cm）周边眼抵抗线W（cm）相对距离E/W装药集中度q（kg/m）极硬岩506055750.80.850.250.30硬岩405050600.80.850.150.25软质岩354545600.750.80.070.12预裂爆破参数 岩石类别周边眼间距E（cm）至内排崩落眼间距（cm）装药集中度q（kg/m）极硬岩4050400.300.40硬岩4045400.200.25软质岩3540350.070.12上表所列参数适用于炮眼深度1.04.0m，炮眼直径4050mm，药卷直径2025mm。当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时，周边眼间距E应取较小值。周边眼抵抗线W值在一般情况下均应大于周边眼间距E值。软岩在取较小E值时，W值应适当增大。E/W：软岩取小值，硬岩及断面小时取大值。表列装药集中度q为2号岩石硝铵炸药，选用其它类型炸药时，应修正。 3.爆破效果检验平均线性超挖超挖横断面积爆破设计开挖断面周长（不包括底部） 最大超挖值是指最大超挖处至设计开挖轮廓切线的垂直距离。 隧道允许超挖值（cm） 围岩级别开挖部位、拱部线性超挖101510最大超挖202515边墙线形超挖101010仰拱、隧底线性超挖10最大超挖25炮眼痕迹保存率（残留有痕迹的炮眼数/周边眼总数）100 周边炮眼痕迹保存率围岩性质硬岩中硬岩炮眼痕迹保存率8060二、 隧道的支护 一般分为刚性强支撑方式，如：套拱，管棚与型钢支撑联合支护方式，多用于软弱地质地段和塌方的处理；弹塑性支护方式，如：锚杆与喷混凝土相结合的喷锚支护方式，多用于4级及以上围岩的隧道支护。二者的作用机理有所不同。另外还有超前支护、系统支护等等。 （一） 锚喷支护 锚喷支护是目前普遍采用的一种围岩支护手段。采用锚喷支护可以充分发挥围岩的自承能力，并有效地利用洞内的净空，既提高了作业的安全性，又提高了作业效率；能适应一般软弱岩层和膨胀岩层中隧道的开挖；可用于整治坍方和隧道衬砌的裂损。 锚喷支护包括锚杆支护、喷射混凝土支护、喷射混凝土锚杆联合支护、喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护、喷钢纤维混凝土支护、喷钢纤维混凝土锚杆联合支护，以及上述几种类型加设型钢（或钢拱架）而成的联合支护。前四种为常用的基本类型，后两类较少使用。 1.锚杆的作用机理 悬吊作用：把隧道洞壁附近具有裂隙、节理的不稳定岩体，用锚杆固定在深层的坚固稳定岩体上，可将不稳定岩体的重量传递给深层的坚固岩体负担，起悬吊作用。结合效应：锚杆可将若干岩层或节理发育的岩体串联在一起。锚杆的结合作用在层状围岩中十分显著。对于层状围岩，可以借助锚杆的抗剪力防止产生顺层滑动。对于节理发育的围岩，借助一组与层面垂直的锚杆把各层锚固在一起，提高其整体性，大大提高岩层的自稳能力。拱效应：按一定间距在隧道周边放射状布置的系统锚杆，可使一定厚度范围内的围岩形成拱形连续压缩带。这种拱效应在使用预应力锚杆时是很明显的。 在锚杆预张力的作用下，每根锚杆周围都形成一个两头呈圆锥形的筒状压缩区彼此搭接，形成一条一定厚度的均匀压缩带。在均匀压缩带中产生径向压应力，亦即给予压缩带外的围岩以径支护抗力，使围岩再次接近三向受力状态，增强了围岩的稳定性。2.锚杆的类型砂浆锚杆（普通砂浆、锚固剂）、预应力锚杆、自进式锚杆、中空注浆锚杆等等。3.砂浆锚杆的施工流程备料、定位、钻孔、清孔、注浆、安装、效果检验（抗拔试验）。 （二） 喷射混凝土支护喷射混凝土支护是使用特定的机械把掺有速凝剂的细骨料混凝土以适当的压力喷射到洞室岩壁上，迅速固结而成的一层支护结构，起约束围岩变形、防止岩面风化的作用。喷射混凝土支护的设计厚度一般不超过20cm，最薄不小于5cm。喷层过薄，不足以抵抗岩块沿裂隙面的滑移或松动，致使喷层开裂或剥离，失去作用。喷层过厚，则造价较高且施工难度加大。喷混凝土有干喷和湿喷两种工艺。干喷是先将砂、石、水泥和速凝剂按一定比例干拌均匀，然后装入喷射机，用压缩空气在软管内呈悬浮状态压送到喷枪、再在喷枪内与高压水混合，以较高速度喷射到岩面上。湿喷是把湿拌合物用压缩空气或挤压泵进行压送，在喷枪内加入速凝剂再喷到岩面上。干喷的缺点是产生的粉尘量大，回弹量大，加水时要操纵喷咀处的阀门，与喷射手的熟练程度有关。湿喷可降低粉尘量，且回弹少，但水灰比一般较大，拌料输送距离短。 三、 隧道二次衬砌混凝土施工（一） 混凝土衬砌施工方案的设计 1.搅拌机械的选择 根据混凝土衬砌工作量的大小，选择适当的搅拌机，建立满足施工需要的搅拌站是混凝土施工的关键步骤。搅拌机数量及型号的选择应满足生产能力的要求，同时要预留一定储备系数。混凝土搅拌站应设立自动计量设备，以保证混凝土施工的速度和质量。 2.混凝土运输机械及灌筑机械的选择工程施工的总体方案决定混凝土运输及灌筑机械，无轨运输时只能采用无轨混凝土罐车，但罐车的形式可以多种多样。有轨运输方式，应采用有轨混凝土罐车，并配电瓶车作为牵引动力。 由于从工程质量角度的考量及施工技术设备发展的趋势要求，应采用泵送混凝土的方式进行隧道二次衬砌，以实现保工期和质量的目标。 3.衬砌模具的选择目前隧道工程以明确规定必须采用整体式衬砌，所以客运专线隧道衬砌应使用整体式衬砌台车。4.二衬时间的选择隧道采用复合式衬砌时，适时合理选择二次衬砌时机，是保证衬砌质量的关键。在施工中应严格按新奥法施工要求，科学严谨地进行围岩量测，根据围岩量测情况确定施做二衬的最佳时间。参考国内外有关围岩量测资料，结合我国在施工实践中的探索，一般当初期支护后围岩位移变化速率小于0.2mm/d时，膨胀性围岩净空变化速率在2mm/月时，进行二次衬砌。但对隧道浅埋地段提前施做二次衬砌，往往比较有利。采用整体式衬砌的隧道，从施工总体安排的角度考量，一般情况下衬砌落后于掌子面的距离不宜大于80m；软弱围岩地段不宜大于40m，必要时甚至应紧跟衬砌。四、 围岩量测技术监控量测是隧道新奥法施工的核心技术之一。在隧道开挖过程中，使用各种量测仪器、设备，对围岩变化情况和支护结构的工作状态进行量测，能够及时提供围岩的力学状态、稳定程度和支护结构可靠性的信息，了解和掌握围岩变化规律，预见事故苗头和预兆，排除隐患和险情，评价、调整或修改支护参数及施工顺序，同时确定二次衬砌的最佳施做时间。 （一） 量测目的掌握岩石位移和支护变形的动态 对围岩稳定性做出评价；确定支护结构形式,指导合理安排工序,及时修改支护参数，确定支护时间；遇到危及施工安全的严重情况时,为分析原因,采取相应措施和施工决策提供依据,确保工程的安全性,经济性；了解支护结构的受力状态和应力分布；了解本隧道围岩压力的基本特征,以及初期支护的作用效果；评价支护结构的合理性及安全性，便于变更设计和调整方案。为今后类似工程积累设计、施工资料。（二） 量测内容监控量测项目可分为必测项目和选测项目。必测项目为日常施工管理必须进行的量测，包括：洞内净空相对位移量测；拱顶下沉；地表沉降观测等。（三） 施工量测管理施工监控量测的最终目的是服务于施工，必须形成先进、科学、严谨的管理模式和套路，才能确保量测过程有条不紊，量测结果经回归分析后迅速反馈到施工实践中去指导施工。（四） 量测部位（断面）及基线布置净空变化、拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等必测项目应设置在同一断面。施工初期为掌握量测第一手资料，把握围岩变化动态，要适当缩小量测断面间距，软弱围岩及断层地段应加密观测断面。一般地段10m20m左右设1个断面；破碎带5m左右一个量测断面，极其软弱地段应再加密。各类围岩量测点应尽量跟紧开挖面。（五） 量测频率量测频率1（按位移速度）位移速度（mm/d）量测频率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/30.21次/7d量测频率2（按距开挖面距离）量测断面距开挖面距离（m）量测频率（01）b2次/d（12）b1次/d（25）b1次/23d5b1次/7db隧道开挖宽度当按上表选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实施的量测频率。（六） 量测数据分析量测数据整理、分析与反馈应符合下列要求：每次量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时程曲线和距开挖面关系图。对初期的时态曲线应进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速度。数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施。 根据位移变化速度判别时：净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统；净空变化速度小于0.2mm/d时，围岩达到基本稳定。 围岩量测工作必须由专人专做，及时反馈信息，适时调整开挖和支护方案，或及时采取补强措施，并保证质量严格执行，以免造成不良后果或事故。五、 隧道的防排水 隧道的防排水系统主要由两部分组成即洞外防排水系统及洞内防排水系统。其中洞外防排水系统主要有：截水天沟、洞外排水沟、洞口截水横沟、边坡排水系统组成；洞内防排水系统主要有：二衬背后的纵横向盲沟、永久衬砌和临时支护之间的防水板、工作缝及变形缝处设置的止水带、排水明暗沟组成。隧道工程施工防水应重视初期支护的防水，并辅以注浆防水和防水层加强防水，满足结构设计和使用要求。 （一） 结构防水 塑料防水板作用：阻断地下水沿初期支护的薄弱环节和甬道侵入二次衬砌，对二衬混凝土造成侵蚀，从而导致结构的损害和破坏，影响行车安全。1.防水板的施工 材质：聚乙烯背贴无纺布，卷材耐刺穿性好、柔性好、耐久性好 。 规格：宽度大于1.5m，厚度要求不小于1.2mm。 机具：施工平台（专设及利用衬砌台车）、专用焊接机、电锤。 施工方法：背挂法、锚固法。 作业时机：二衬前，提前二衬12个循环。 工艺流程：清面平台就位挂钉（背挂法)挂板锚固(锚固法)焊接补孔(锚固法)质检 施工注意事项：清净锐物、适度余长、钢筋焊接的防护、焊缝达标。2.止水带的施工 设置部位：工作缝及变形缝结合部的中间。 作用：防止地下水沿工作缝及变形缝结合部（薄弱环节）渗入洞内。 材质：橡胶，有良好的弹性和耐久性。规格：宽度大于30cm，带有多道防水凸棱。 施工方法：将衬砌台车的端头挡板设计成对接式，将止水带嵌在端头板的对接处，当混凝土浇注时，打入混凝土中。（二） 初期支护注浆防水 对地质预测、预报有大量涌水的软弱地层地段，宜采用地表或洞内全封闭预注浆。 预注浆应根据岩层裂隙状态、地下水情况、加固范围、设备性能、浆液扩散半径和对注浆效果的要求等综合分析确定注浆孔数、布孔方式及钻孔角度。预注浆段的长度应视具体情况合理确定，宜为2050m；掘进时必须保留止水岩盘的厚度，一般为38m。岩石地层预注浆设计压力应根据围岩水文地质条件合理确定，宜比静水压力大0.51.5MPa；当静水压力较大时，宜为静水压力的23倍；注浆泵的压力应达到设计压力的1.31.5倍。钻孔注浆顺序为：按开挖顺序先钻注隧道上导坑的注浆孔，后钻注隧道两侧孔，最后钻注底板孔；或先内圈孔后外圈孔；或先无水孔后有水孔。导坑同一断面的注浆顺序一般为先下后上。 在开挖后如有渗漏水或大股涌水时，宜采用掌子面和环向围岩注浆，围岩注浆布孔应符合下列规定：在软弱地层或水量较大处布孔。大面积渗漏，布孔宜密，钻孔宜浅。裂隙渗漏，布孔宜疏，钻孔宜深。大股涌水，布孔应在水流上游，且从涌水点四周由远到近布设。浆液按需要可选用单液或双液浆。 第三节 不良地质地段的施工砾石土、岩堆、岩溶、断层破碎带、严重风化的岩体、流沙、涌泥、洞口严重风化地段等类（5级）及以下的围岩均属于不良地质地段。当隧道穿越不良地质地段时，由于围岩的不稳定性大大增加，加之地下水的作用，使施工异常困难，导致施工的危险性和难度大大增高，稍有不慎极易造成塌方，轻则影响施工进度，重则造成人员伤亡和财产重大损失。因此，加强隧道不良地质地段施工技术的研究，对隧道施工具有重要意义。 从实质上讲，隧道的施工技术主要体现在两个方面，即：施工方案的确定和不良地质地段的施工。而不良地质地段的施工技术则主要体现在开挖的方法和支护技术上（超前支护）。 目前隧道软弱地质地段常用的超前支护方法主要有以下几种，即：管棚法（大管棚、小管棚、大小管棚结合、）水平旋喷桩法、导管预注浆法等。一、 小管棚超前支护（预注浆） 该方法是较为常见的支护方法，当不良地质地段在系统锚杆支护达不到预期效果时的首选方案之一，主要用于洞口不良地质地段、断层破碎带、塌方处理、地层预加固等，多与网喷混凝土结合使用。（一） 基本原理 在工作面周边按一定角度将小导管打（钻、压）入岩层，借助注浆泵的压力，使浆液通过小导管渗透、扩散到岩层孔隙或裂隙中，以改善岩体物理力学性能，达到既可止水又可在工作面周围形成一个承载壳岩层自承拱的目的，同时管体又可起到超前锚杆的作用，从而增加岩体的自稳时间，提高开挖面岩层自稳能力，限制岩层松驰变形。（二） 施工方法1.参数设计小导管材质、管径选择；导管布置（沿隧道开挖轮廓线向外倾斜）；注浆压力确定；注浆量确定；导管间距确定（注浆半径）。2.浆液选则在围岩相对较好，涌水量较小时，宜选用水泥浆单液注浆；否则宜选用水泥水玻璃双浆液浆或其它化学浆液。3.施工工艺施工准备；熟悉设计图纸；加工导管，准备施工器材；浆液配制；准备施工队伍，培训施工人员；测量施工放样，在设计孔位点上标记。4.注浆压力如量测静水压力有困难时，可参考下列经验公式确定最大设计压力，并根据注浆试验结果进行修正； 地表注浆：P=（0.20.5）H1； 洞内注浆： P=（0.20.5）H1K；式中：H1孔口至静水位高度（m），可参照地下水埋深进行初步确定； K洞内修正系数，1.22.0； P注浆设计压力（MPa）。注浆压力是浆液在裂隙中扩散、充填、压实、脱水的动力。注浆压力太低，浆液扩散范围有限，不能充填裂隙。注浆压力太高，会引起裂隙扩大，岩层移动和抬升，浆液易扩散到预定注浆范围以外，造成浪费。特别在浅埋隧道，会引起地表隆起，破坏地面设施，造成事故。因此，合理选择注浆压力是注浆成败的关键。5.注浆量 浆液注入量可根据扩散半径及岩层裂隙率参考下列公式计算确定Q=R2H 式中：Q浆液注入量（m3）； R浆液扩散半径（m）； H注浆段长度（m）； 岩层裂隙率，一般取15； 浆液在裂隙内的有效充填系数，视岩层性质而定，约0.30.9。6.注浆方法单液注浆 前先喷砼封闭掌子面以防漏浆，对于强打入的钢管应先冲洗管内积物，然后再注浆。注浆顺序由下向上进行，浆液用拌合机搅拌。水泥-水玻璃双液法注浆多用于富水地段软弱围岩；浆液配制（水泥、水玻璃分别进行）；注浆时将两种不同的浆液分别放在两个容器内，使用双液注浆泵按配合比分别吸入两种浆液，两种浆液在混合后注入注浆管。7.注浆异常现象的处理在注浆过程中，经常出现串浆现象，因此在注一根导管时应及时将其它导管堵塞，轮到该管注浆时，再拔下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管内杂物清除并用高压风或水冲洗（拔塞后向外流浆的注浆管不必进行此工序）。单注水泥浆压力突然升高，则可能发生堵管，应停机检查。当堵管时，要敲打或滚动以疏通注浆管，无法疏通时需补管。水泥-水玻璃双液注浆压力升高，则应关停水玻璃闸阀，进行单液注浆或注清水，待泵压正常时，再进行双液注浆。水泥浆单液或水泥-水玻璃双液注浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。二、 大管棚超前支护大管棚超前支护具有一次施作支护距离长，支护能力强，一次支护范围大，施工快速的特点。与型钢支撑、注浆等方法结合支护效果良好。多用于风积砂、流沙、软流塑、断层破碎带、塌方处理等。（一） 支护机理长钢管打入岩层后,与钢支撑组合形成一个沿隧道外轮廓的简支结构，从而对作业面起到棚护作用；若与超前加固预注浆结合，则可长距离的加固岩体，较适用于富水的破碎软弱围岩。（二） 施工工艺及操作要点 根据管棚钢管长度选择相适应的钻机。一般当长度小于15m时，可用钻孔台车或重型风钻钻孔；长度大于15m时，可采用地质钻机钻孔。在施工中如遇到岩层地段，无法直接将管棚钻入时，可选择使用套管。因岩层地段磨损大，套管应根据钢管的尺寸采用高强度的合金钢进行加工，套管直径应大于管棚直径610mm。（三） 施工准备架立施工平台在开挖面与台车之间用工字钢架立施工平台，并保证平台的平整和稳定。制作管棚钢架，安放钻机，调整高度。试钻确定施工参数。钢管长度（根据设计角度及钻机与钢架间距选择最佳长度）。 管棚施工角度：=+（：线路坡度 :管棚设计角度）。 钻机就位：将钻机安放于施工平台上，摆平、调正，根据设计角度，结合钢架与钻机间距离，将钻机的高度调整就位。 （四） 钻孔施工 封闭开挖面将开挖面用喷射混凝土封闭，喷射前在管棚与开挖面交界处密封，防止水泥浆沿管棚周围压出。在松软施工时，可调整好角度直接打入管棚。 使用套管施工时，应将套管与钻杆连接牢固，成孔后再打入管棚。钻孔时向管内注高压水，提高钻孔速度，减少摩擦力。 施工过程中要时刻检验钻入角度，及时调整，达到设计要求，防止侵限。（五） 压浆施工拌和水泥净浆，通过压浆机对大管棚压浆。（六） 施工注意事项原材料：根据岩层情况，选择钢管尺寸，钢管的壁厚（一般为5mm）及套管的强度必须满足施工需要。钢管连接：当钢管的长度无法直接满足施工需要时，应焊接加长，焊接时，在两钢管接合部宜加放一尺寸稍小的钢管，长度不小于40cm，以保证焊接后的钢管轴线重合。管棚搭接：为保证开挖后管棚仍有足够的超前长度保证开挖安全，纵向两组管棚塔接长度应大于3.0米。钻孔施工：在顶进钢管时必须保证钻机的稳定，转速均匀，控制好角度。清孔处理：在管棚施工时，必须将管内的碎石或沙土清除干净，以减少阻力。常用的方法是向管内注高压水，但在沙土地段施工时，应在