铁路隧道施工方法-工艺

第 1 页 共 46 页 一 开挖方法 隧道施工工法根据工程地质和水文地质条件 开挖断面大小 埋深 工法转换的难易 机械设备配置及环境制约等因素综合考虑 确定 施工工法主要有 全断面法 台阶法 三台阶临时仰拱法 中隔壁 CD 法 交叉中隔壁 CRD 法及双侧壁导坑法 1 全断面法 全断面一次开挖成形 第 2 页 共 46 页 第 3 页 共 46 页 2 台阶法 分上下台阶开挖 第 4 页 共 46 页 第 5 页 共 46 页 3 三台阶临时仰拱法 隧 道 中 线 50锁脚钢管 3 壁厚3 5 壁厚3 5 50锁脚钢管 3 喷8厚砼 喷8厚砼 开挖界线 开挖界线 三台阶临时仰拱法施工工序断面图 示 意 第 6 页 共 46 页 第 7 页 共 46 页 第 8 页 共 46 页 4 中隔壁 CD 法 示 意 中隔壁 法施工工序横断面 隧 道 中 线 喷10厚砼 喷10厚砼 开挖界线 开挖界线 临时钢架 22锁脚锚杆 22锁脚锚杆 第 9 页 共 46 页 HW 175 HW 175 10 15m HW 175 HW 175 HW 175 HW 175 CD 第 10 页 共 46 页 第 11 页 共 46 页 5 交叉中隔壁 CRD 法 临时横撑 临时横撑 临时钢架 开挖界线 开挖界线 喷15厚砼 喷15厚砼 50锁脚钢管 3 壁厚3 5 壁厚3 5 50锁脚钢管 3 隧 道 中 线 交叉中隔壁 法施工工序横断面 示 意 C R D 10 15m HW 175 HW 175 HW 175 HW 175 HW 175 HW 175 第 12 页 共 46 页 第 13 页 共 46 页 6 双侧壁导坑法 示 意 双侧壁导坑法施工工序横断面 22砂浆锚杆 横撑 单元 超前砂浆锚杆 单元 临时钢架 I18横撑 C单元I18横撑 C单元 接头 二 超前砂浆锚杆 单元 接头 一 接头 三 开挖界线 隧 道 中 线 锁脚钢管 定位系筋 单元 单元 开挖界限开挖界限 开挖界限 50mm锁脚钢管L 3m 壁厚3 5mm壁厚3 5mm 50mm锁脚钢管L 3m 第 14 页 共 46 页 HW 175 HW 175 HW 175 HW 175 HW 175 HW 175 9 15m 9 15m HW 175 HW 175 第 15 页 共 46 页 第 16 页 共 46 页 三台阶临时仰拱法 中隔壁 CD 法 交叉中隔壁 CRD 法 双侧壁导坑法 级 深埋 级 级 深埋 级 浅埋 级 偏压 全断面法 台阶法 分部 开挖法 级 施工方法 衬砌类型 注 表中 为推荐使用 为可使用 在施工中可根据实际情况选用 为充分发挥围岩自承作用 容许围岩和初期支护有一定的变形 而将设计开挖断面作适当扩大的预留量 一般规定若下 级围岩 3 5cm 级围岩 5 8cm 级围岩 8 10cm 级围岩 10 15cm 二 支护 支护包括超前支护 临时支护和初期支护 1 超前支护包括 超前锚杆支护 超前小导管支护 超前长管棚支 护及超前预注浆加固围岩支护 类型主要作用技术要求使用条件 管棚与钢架组合成预支护 系统 以支撑和加固自稳 能力极低的围岩 对防止 软弱围岩的下沉 松弛和 坍塌等有显著效果 沿隧道拱部外缘设 89 108 长度不小于10m的 热轧无缝钢管 管内注浆 或管内增设钢筋笼 管外 端支于钢架上 级围岩地段 地下水发育的断层破碎带 或可能出现突水涌泥地段 级围岩及其以下围岩地 段 围岩自稳能力较差 或浅埋地段及地面有重要 建筑物等 超前 小导管 可加固洞壁一定范围的围 岩 也可与钢架组成小管 棚系统支托围岩 沿隧道拱部外缘设 42 长4 5m热轧无缝钢花管 管内注浆 管外端可支于 钢架上 级围岩地段 超前 长管棚 超前锚杆 超前 预注浆 通过预注浆固结岩体 提 高围岩承载力 并起到堵 水效果 通过 108 91钻孔注 浆 孔口设置孔口管 注 浆加固开挖轮廓线外一定 范围内岩体 并利用岩体 作止浆岩盘 必要时掌子 面设置混凝土止浆墙 拱部超前锚杆用于支托拱 上部临空的围岩 沿隧道拱部外缘设超前锚 杆 第 17 页 共 46 页 大管棚施工工艺框图 套拱施工 管棚机钻孔 注浆设备就位调试 注浆配置 注浆参数试验 注浆设计 安设止浆塞 注 浆 否 测量定位 管棚机就位 下一孔施工 效果检查 安设大管棚 合格 第 18 页 共 46 页 R1 R1 0 020 02 C20 80cm 108mm 6mm 80cm 108mm 6mm 500500 41 35 30 25 20 15 10 5 1 120 第 19 页 共 46 页 10 16 151515 1515 34 110 10 10 16 151515 108 108mm 6mm 4 22 4 22 42 3 5mm 1000 50505050 210 200 114 114mm壁厚6mm连接钢管 外车丝扣 30 外车丝扣 分节钢管 15 108 15 外车丝扣 分节钢管 1616 C20 250250500 660 340 40 40 40 1000 I18 400mm R1 R1 第 20 页 共 46 页 1 2 18 6mm 3 4 18 V 40cm 7760mm 5 39m 129 9kg 444 07kg 29 29 29 29 240 3018030 889488 270 1605555 5513055 I18 108 140 250500250 1000 1000 430140180250 1 6 94 180 R8 5 R4 3 6 5 21 875 超前小导管施工工艺流程图 钻孔检查 测量导管孔位 钻 孔 注浆设备就位调整 注 浆 配 置 注浆参数试验 注浆设计 安 设 导 管 喷射混凝土封闭掌子面 效果检查 导 管 注 浆 导管预制加工 是否 否 是 第 21 页 共 46 页 线 中 道 隧 超前小导管 初期支护 防水层 二次衬砌 示 意 超前小导管布置图 剖面 示 意 钢花管 42 壁厚3 5 钢管长4 5 不小于1 5 7 模筑混凝土喷射混凝土钢架 钢管构造图 示 意 6加劲箍 10注浆孔 450 2030100 151515预留止浆段 第 22 页 共 46 页 超前长管棚注浆采用水泥浆液 水灰比为 1 1 重量比 注 浆压力为 0 5 2 0MPa 超前小导管注浆采用水泥浆液 水灰比为 0 5 1 0 重量比 注浆压力为 0 5 1 0MPa 2 隧道的临时支护是利用喷射混凝土或型钢拱架用于临时性支护 主要用于分部开挖施工中 3 隧道的初期支护 加 偏 加 偏 35 砼 40 砼 55 钢 筋砼 30 钢 筋砼 50 砼 65 钢 筋砼 钢筋规格 HPB235 8 8 8 8 8 8 8 设置部位 拱部及局 部拱墙 拱墙拱墙拱墙拱墙拱墙拱墙 网格间距 cm 25 2520 2020 2020 2020 2020 2020 20 设置部位局部拱墙拱墙拱墙拱墙拱墙拱墙拱墙 长度 m 2 533 53 53 5444 间距 环 向m 纵向m 1 5 1 2 1 2 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 8 1 0 0 8 1 0 0 8 规格 160格栅I18型钢I18型钢180格栅 I20a 型钢 I20a 型钢 设置部位 拱墙 拱墙 仰拱 拱墙 仰拱 拱墙 仰拱 拱墙 仰拱 拱墙 仰拱 纵向间距 m 110 80 80 6 0 80 5 衬砌形式 拱墙厚度 cm 底板 仰拱厚度 cm C25喷射 混凝土 设置部位及设置 厚度 cm 钢筋网 锚杆 钢架 二次 衬砌 初 期 支 护 拱墙 8 拱墙 15 拱墙 25仰 拱 10 拱墙 25仰 拱 25 拱墙 25仰 拱 25 拱墙 28仰 拱 28 拱墙 28仰 拱 28 拱墙 28仰 拱 28 45 钢筋砼 55 钢筋砼 50 钢筋砼 60 钢筋砼 注 1 级围岩底板下部设双层钢筋网 钢筋纵向采用 10 横向采用 14 间距 20cm 20cm 2 初期支护拱墙喷射混凝土中掺改性聚脂纤维 掺量为 1 2Kg m3 1 初期支护钢架 按设计图放大样 放样时应根据工艺要求预留焊接收缩余 量及切割 刨边的加工余量 将主钢筋 型钢冷弯成形 要求尺寸 准确 弧形圆顺 第 23 页 共 46 页 格栅钢架按设计图配置加强筋与主筋焊接 焊接时 沿钢 架两边对称焊接 防止变形 钢架应架设在稳固的基础上 若基础软弱 应在拱脚位置 设置混凝土预制块 安装拱架前 应先对架立面初喷 4cm 的混凝土 并打设定 位筋以保证拱架安装位置准确 拱架平面应垂直于隧道中线 为增强钢架的整体稳定性 将钢架与定位系筋焊接在一起 各种钢架应设纵向连接钢筋以增强钢架整体作用 纵向连接筋按环 向间距 1 0m 设置 八字形内侧设置 采用分部开挖时 在不同分部间钢架接头处设置锁脚锚管 或锚杆 锚管采用 50 热轧无缝钢管 锚杆采用 22 砂浆锚杆 长度 3m 钢架架立后应尽快施作喷射混凝土 并将钢架全部覆盖 使钢架与混凝土共同受力 喷射混凝土应分层进行 每层厚度 5 6cm 现从拱脚或墙脚向上喷射以防止上部喷射料虚掩拱脚 墙 脚 而不密实 强度不够 造成拱脚 墙脚 失稳 第 24 页 共 46 页 钢架架立施工工艺框图 2 系统锚杆 拱部系统锚杆采用带排气装置的中空注浆锚杆 边墙采用 22 砂浆锚杆 锚杆用砂浆强度等级不低于 M20 所有锚杆应加设垫板 并保证注浆饱满 垫板尺寸不小于为 150mm 150mm 6mm 锚杆施 工应在初喷混凝土后进行 以保证锚杆垫板有较平整的基面 钻孔应与围岩壁面或其所在部位岩层的主要结构面垂直 欠挖处理 前期准备 钢拱架 钢筋加工 测量定位 断面检查 不合格 净空检查 钢支撑拼装 架立就位 锚杆锁定 系统锚杆施作 设置纵向连接钢筋 安设钢筋网 喷混凝土固定 结 束 锚杆钻机 砂浆 泵等设备就位 第 25 页 共 46 页 否 孔口处理 验 收 固定锚杆 插入锚杆杆体 加工锚杆杆体 注浆准备 补孔 不合格 合格 测量定锚杆孔位 钻 孔 清 孔 验 孔 填塞砂浆或锚杆药 进行下道工序 4 0 间距 环1 0纵0 8 梅花型布置 线 中 道 隧 系统锚杆 拱部带排气装置 25中空注浆锚杆 边墙 22砂浆锚杆 砂浆锚杆施工工艺流程图 第 26 页 共 46 页 中空注浆锚杆施工工艺流程图 3 钢筋网 钢筋网应在岩面喷射一层混凝土后再铺挂 底层喷射混凝 土的厚度不得小于 4cm 钢筋网搭接长度为 1 2 格网格 采用 焊接 钢筋网的保护层厚度不得小于 4cm 4 喷射混凝土 喷射混凝土应采用湿喷工艺 施工准备 锚杆孔位布置 锚杆钻孔 注 浆 戴杆头封堵帽 进入下道工序 安装注浆管和排气管 不 合 格 合格 注浆质量综合检查 浆液配制 第 27 页 共 46 页 湿喷混凝土工艺流程图 设置控制喷射混凝土厚度的标志 一般采用埋设钢筋 头做标志 喷射作业应分段分片依次进行 喷射顺序应自上而下 分段长度不宜大于 6m 喷嘴宜与喷射面垂直 其间距宜为 1 5 2 0m 回弹料严禁使用 喷射混凝土的平均厚度不得小于设计厚度 喷射混凝 土的最小厚度不应小于设计厚度的 2 3 喷射混凝土终凝 2h 后 应进行湿润养护 养护时间 不得小于 14d 气温低于 5 时不得喷水养护 三 隧道防排水 隧道的防排水设计采用 防 排 堵 截结合 因地制宜 前期准备 施喷面的清理 计量配料 拌 合 砂 石 水泥 水 外加剂 改性聚酯纤维 混凝土搅拌站 装运喷料 现场施喷 综合检查 结束 加速凝剂 不合格 混凝土喷射机 补喷混凝土 合格 第 28 页 共 46 页 综合治理 的原则 隧道结构防排水施工工艺框图 1 一般地段拱墙设 EVA 塑料防水板加土工布 检查净空及初期支护表面情况 割除外露超长的钢筋 锚杆 整平凹凸不平的表面 安装环纵向透水盲管和盲沟 铺设防水板 衬砌台车定位 安装施工缝止水带 进入下一道工序 原材料检 验和试验 隐蔽检查 隐蔽检查 合格 不合格 合格 不合格 第 29 页 共 46 页 内轨顶面 流水槽宽4 间距3 5 初期支护 50塑料排水盲沟 塑料防水板加土工布 二次模筑衬砌 级围岩防水层布置示意图 橡胶止水条 纵向施工缝 排水盲沟出口 束 间距8 80塑料 排水盲沟 隧 道 右 线 隧 道 左 线 隧 道 中 线 2 施工缝的处理 拱墙环向施工缝处设置缓膨型遇水膨胀 橡胶止水条 地下水发育地段采用缓膨型遇水膨胀橡胶止水带 纵向施工缝处设置缓膨型遇水膨胀橡胶止水条 每侧一条 第 30 页 共 46 页 内轨顶面 隧 道 中 线 隧 道 左 线 隧 道 右 线 80塑料 排水盲沟 排水盲沟出口 束 间距8 橡胶止水条 环 纵向施工缝 100引水管 间距30 防排水系统断面布置示意图 施工缝地段 初期支护 50塑料排水盲沟 塑料防水板加土工布 二次模筑衬砌 环向缝橡胶止水条 二次模筑衬砌 流水槽宽4 间距3 5 纵向施工缝防水 示意 沥青木丝板 5聚硫密封胶 聚硫密封胶 镀锌钢板接水盒 环向施工缝和变形缝 示意 模筑衬砌 先施工段 模筑衬砌 后施工段 塑料防水板加土工布 缓膨型遇水膨胀橡胶止水带 初期支护 地下水发育时 电缆槽底面 塑料防水板加土工布 初期支护 模筑衬砌 后施工段 模筑衬砌 先施工段 缓膨型遇水膨胀橡胶止水条 环向施工缝防水 示意 防水示意图 环向排水盲沟 遇水膨胀橡胶止水条 纵向施工缝 纵向排水盲沟 排水盲沟出口 束 间距8 遇水膨胀橡胶止水条 拱墙环向施工缝 边墙 隧 道 侧 沟 仰拱 内轨顶面 3 变形缝的处理 变形缝处设置缓膨型遇水膨胀橡胶止水带 拱墙变形缝处衬砌外缘与防水板结合部位以聚硫密封胶封堵 衬砌 内缘 3cm 范围内以聚硫密封胶封堵 以外 2cm 范围内设置 U 型镀 锌钢板接水盒 其余空隙采用填缝料填塞密实 为减少仰拱变形缝 两侧沉降 仰拱部位二次衬砌内设 50 双层抗剪钢筋 钢筋环向间 距 50cm 仰拱变形缝空隙采用细缝料填塞密实 第 31 页 共 46 页 流水槽宽4 间距3 5 初期支护 50塑料排水盲沟 塑料防水板加土工布 二次模筑衬砌 环向缝橡胶止水条 镀锌钢板接水盒 环向聚硫密封胶 二次模筑衬砌 防排水系统断面布置示意图 变形缝地段 100引水管 间距30 排水盲沟出口 束 间距8 80塑料 排水盲沟 隧 道 右 线 隧 道 左 线 隧 道 中 线 内轨顶面 4 排水系统设计 1 隧道内排水采用侧沟和中心管沟的方式 侧沟主要用于汇 集地下水 并将地下水引入中心管沟 同时起到沉淀和兼顾部分排 水的作用 中心管沟主要用于排水 同时汇集道床底部积水 疏干 地板下积水 2 隧道中部纵向不大于 30m 设置一处检查井 隧道道床内的 积水通过隧道中部仰拱填充顶或底板顶通长设置的 80 塑料排水盲 沟汇集后排入检查井 第 32 页 共 46 页 检查井平面图 水 沟 中 线 钢筋爬梯 间距30 引水管 中心排水管 排水管 第 33 页 共 46 页 排水管 引水管 内轨顶面铸铁盖板 仰拱填充 仰 拱 剖面 剖面 中心排水管 仰 拱 仰拱填充 2 2 间距30 引水管 脚窝 18 300 钢筋爬梯 排水管 铸铁盖板内轨顶面 第 34 页 共 46 页 M10 PVC m PVC 第 35 页 共 46 页 R 240 r 200 3 二次衬砌拱墙背后环向设置 50 塑料排水盲沟 每 8m 设 置一环 纵向在洞内两侧泄水孔标高处设置 80 塑料排水盲沟一道 每 8m 一段 纵向盲沟与环向盲沟直接与隧道水沟连通 第 36 页 共 46 页 可曲扰性好 具有较好耐久性 32 16环钢度 80塑料 排水盲沟 50塑料 排水盲沟 技术指标 项 目 排水盲沟主要技术指标 纵向排水盲沟平面示意图 接侧沟接侧沟 环 纵向排水盲沟出口示意图 接侧沟 排水盲沟出口束 纵向排水盲沟 环向排水盲沟 剖面 排水盲沟安装示意图 塑料防水板加土工布 环向 50排水盲沟 初期支护 防水板 二次衬砌 平面展示 纵向排水盲沟 环向排水盲沟 4 土工布及防水板施工 基面准备防水层铺设前 应先对隧道初期支护喷射混凝土 表面进行处理 切除锚杆头和钢筋露头 铺设 300g m2 土工布首先用简易作业台车将单幅无纺布固 定到预定位置 然后用专用热熔衬垫及射钉将无纺布固定在喷射混 凝土上 专用热熔衬垫及射钉按梅花形布置 拱部间距 0 5 0 7m 边墙间距 1 0 1 2m 无纺布铺设要松紧适度 使之能 紧贴在喷射混凝土表面 不致因过紧被撕裂 过松影响防水板挂设 无纺布幅间搭接宽度大于 15cm 铺设防水板先用简易作业台车将防水板固定到预定位置 然 后用手动电热熔接器加热 使防水板焊接在固定无纺布的专用热熔 衬垫上 防水板铺设要松紧适度 使之能与无纺布充分接合并紧贴 在喷射混凝土表面上 防止过紧或过松 防水板受挤压破损或形成 第 37 页 共 46 页 人为蓄水点 防水板间搭接缝应与变形缝 施工缝等防水薄弱环节 错开 1m 以上 防水板的铺设和二次衬砌混凝土的施工系交叉作业的施工距 离宜为 5 20m 防水板间自动热熔焊接用自动双缝热熔焊接机按照预定的温 度 速度焊接 单条焊缝的有效焊缝宽度不小于 1cm 焊接后两条 缝间留一条空气道 用空气检测器检测焊接质量 标准是 0 2MPa 压 力下 5 分钟之内不得小于 0 16MPa 防水板搭接宽度须大于 15cm 边 墙 拱 部 拱 部 边 墙 盖板顶面线 拱脚线 盖板顶面线 拱脚线 隧道中线 防水板加土工布铺设平面展示图 示意 固定点 第 38 页 共 46 页 土工布 金属垫圈 射钉 热溶衬垫 初期支护 围岩 固定点土工布铺设示意图 塑料防水板加土工布 固定点塑料防水板布铺设示意图 围岩 初期支护 热溶衬垫 射钉 金属垫圈 土工布 第 39 页 共 46 页 塑料防水板焊接示意图 焊缝 空气道 塑料防水板 大于 四 底板 仰拱及仰拱填充 级围岩采用曲墙无仰拱衬砌断面形式 隧道底板设计厚度为 30cm 级围岩均采用曲墙有仰拱衬砌断面形式 仰拱填充应 与仰拱分开施作 底板 仰拱即仰拱填充混凝土应分段连续浇筑 一次成形 不 留纵向施工缝 底板及仰拱超挖部分应采用同级砼回填 预留的弃碴段 前方为开挖面 完工的仰拱预作的仰拱 五 二次衬砌 二次衬砌是复合式衬砌的内层结构 与外层的喷锚初期支护及 围岩共同组成完整的支护体系 二次衬砌应在围岩及初期支护的变 形基本稳定后施作 变形基本稳定应符合以下要求 隧道周边变形 速率有明显减缓趋势 拱脚水平相对净空变化速度小于 0 2mm d 第 40 页 共 46 页 拱顶相对下沉速度小于 0 15mm d 二次衬砌采用模板台车全圆整体法施工 混凝土应对称 分层 浇筑 分层捣固 二次衬砌混凝土抗渗等级不得低于 P8 第 41 页 共 46 页 衬砌施工工艺框图 浇筑混凝土 浇筑混凝土 隧底开挖 支护 净空检查 清除底部松碴 杂物和积水 防水板铺设 钢筋绑扎 架立模型 隐蔽检查 隐蔽检查 不合格 合格 安放接碴石 连接钢筋 拆 模 不合格 台车就位 安放止水带 立模 养生 隐蔽检查 排水盲管安装 防水板铺设 钢筋绑扎 隐蔽检查 隐蔽检查 拌制混凝土 土 运输混凝土 合格 不合格 不合格 合 格 合格 进 入 下 拌制混凝土 运输混凝土 砂碎石水泥 不合 格 外加剂水 检验 调制配合比 填充和边墙基础混凝土施工 接碴处理 净空检查 合格 拆模 养生 进 入 下 一 循 环 进 入 下 一 循 环 合格 第 42 页 共 46 页 六 监控量测 1 监控量测的目的 1 监控围岩变形和压力情况 验证支护衬砌的设计效果 保 证围岩稳定及施工安全 2 提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据 确定二衬与仰 拱的施作时间 3 通过对量测数据的分析处理 掌握地层稳定性变化规律 预见事故和险情 作为调整和修正支护设计参数及施工方法的依据 提供围岩和支护