铁路隧道工程监控要点

铁路隧道工程监控要点,铁道部工程管理中心韩贺庚 2009.10,主要内容,一、前言二、铁路隧道设计理念 1. 关于设计安全技术问题 2. 正确理解新奥法 3. 我国目前隧道设计方法 4. 二次衬砌施作时机 三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点 1. 超前地质预报 2. 超前支护 3. 隧道开挖方法 4. 初期支护 5. 防排水 6. 仰拱及二次衬砌 7. 监控量测四、隧道施工典型事故案例,一、前言,按照2008年调整的中长期铁路网规划，到2020年，中国铁路营业里程将达到12万公里以上，其中客运专线达到1.6万公里以上。目前在建和今后几年我国将要修建超过5000公里的铁路隧道，其中特长隧道、穿江过河隧道、穿越地质复杂区域隧道占有一定比例，解决好隧道的建设问题是能否搞好铁路建设的关键问题之一。为了确保安全质量，注重环境保护，提高我国铁路隧道施工技术水平，今后，在特长隧道、穿江过河隧道、城市隧道建设中，将有可能采用隧道掘进机法施工，但传统的钻爆法施工技术仍将作为一项基本的隧道施工技术在大多数的隧道施工中应用。,据统计,2007年底在建铁路隧道共有2115座-3160km.其中：设计速度目标值大于250km/h的隧道 共有656座-1146km；速度目标值在200km/h及以下者为1459座-2014km.,在建铁路隧道概况,规划铁路隧道概况,2008年开工和以后规划建设的铁路隧道数量约1300座，总长度超过2300km。其中： 兰渝线（含兰州枢纽及其连接线）约600km 贵广线约480km 大瑞线约223km 南广线约111km 渝利线约165km 西康二线约113km,当前铁路隧道建设特点及存在的主要问题,数量多、规模大、长度长技术难度大高风险隧道较多安全形式严峻设计、施工、建设管理人员相对欠缺其他（如：受拆迁等因素影响工期紧张）,客运专线隧道的特点,与普速铁路隧道相比客运专线隧道具有以下特点：由于列车高速运行引起的空气动力学问题；隧道断面积大（如在350km/h速度的条件下，隧道有效净空面积为100m2，开挖断面积达170m2）；由于开挖断面积的增大，施工难度也急剧增加，特别是在浅埋和不良地质条件下的施工难度很大；列车高速运行，对洞内轨道（包括基底结构，如仰拱或铺底）的影响增大，需要加强基底结构；100年使用年限和混凝土的耐久性要求； 新型的洞门形式和更高的洞口环保要求；高标准的防水要求（一级防水标准）。长大隧道的防灾救援和运营通风,高速列车在隧道内运行产生的空气动力学问题及工程措施,由于高速列车进入隧道产生瞬变压力造成旅客及乘务人员耳膜不适，舒适度降低，长期在这种条件下工作,会对铁路员工和车辆产生危害；高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微气压波，发出轰鸣声，如同“放炮”，引起扰民问题。,二、铁路隧道设计理念,1. 关于设计安全技术问题（1）线路方案确定及外业勘察 坚持地质选线原则。目前在勘察设计中地质选线的工作有所削弱，地质因素的不确定性是造成隧道施工不安全的重要因素，要消除这个因素就必须从选线这个源头上抓起，一是选线时尽可能绕避不良地质、特殊岩土地段，二是确实不能绕避时应查明其分布和特征，并提出相应的工程措施，使设计和施工有相应的对策和预案。（如渝利线齐岳山隧道）在前期线路方案研究阶段，应对隧道可能通过的区域进行大面积的工程、水文地质调查，将本地区的地层结构自上而下基本查清，查清隔水、透水地层和地下水水位等相关水文地质条件。,二、铁路隧道设计理念,（1）线路方案确定及外业勘察在线路方案研究、选线阶段，应避免隧道长段落的浅埋、偏压，或长段落位于各种不良地质中。铁建设200788号文：“地质复杂，长度大于1000m的隧道，洞身应按不同地貌及地质单元布置勘探孔查明地质条件，主要的地质界限，重要的不良地质、特殊岩土地段等处应有钻孔控制；埋深小于100m的较浅隧道或洞身段沟谷较发育的隧道，勘探点间距不宜大于500m；断层和物探异常点应设有勘探控制点，并请当地专家参与分析和评估”。,二、铁路隧道设计理念,（2）隧道洞口位置的选择对隧道的洞口应合理选择，应遵守早进晚出、不刷洞口仰坡，甚至可设置明洞段进洞。避免设在滑坡、岩堆等不良地质处；避免设在地形十分困难位置，如极端偏压、悬臂、沟谷等位置。,二、铁路隧道设计理念,（3）合理的设计方案和技术措施隧道设计一般由以下部分组成：隧道洞口设计、衬砌结构设计和结构分析、不良地质段特殊设计、施工方法和辅助施工措施设计、超前地质预报和监控量测设计、防排水设计、辅助坑道设计、运营维护设施、环保、水保设计，长大重难点隧道还应进行风险评估、防灾救援和安全预案设计，特长隧道还应进行运营通风和施工通风的设计。对施工安全有影响的主要有：方案设计错误，技术措施的不到位，支护参数偏弱。地质判断有误，重大不良地质遗漏，如对岩溶、地下水判断失误，造成隧道突水、涌水；高地应力判识不准，造成大变形、塌方等。前期线路方案不合理，造成工程实施困难，如有些隧道线位设置不合理，造成隧道长段落的偏压或浅埋，发生初期支护变形，隧道开裂。铁建设2007 88号文：对于地质条件变化特别快或勘探有疑问的重点地段应选用较强的支护、衬砌措施。地下水发育的岩溶地区，长、特长隧道宜优先采用人字坡。一般情况下，新建长度小于10km的隧道可采用单洞双线隧道方案；长度大于等于10km隧道，宜优先采用两个单线隧道方案。,二、铁路隧道设计理念,例1 ：某隧道初期支护参数偏弱，拱顶下沉、水平收敛值过大，钢架扭曲,二、铁路隧道设计理念,例2 ：图为某隧道水平收敛位移图，图1支护参数偏弱，水平收敛和拱顶下沉不收敛，图2反映了该隧道在调整支护参数后水平收敛、拱顶下沉已趋稳定。,图1拱顶下沉、水平收敛位移图(mm),图2 调整后拱顶下沉、水平收敛位移图(mm),二、铁路隧道设计理念,（4）精细化设计目前，铁路建设高速发展，投资控制严格，这就要求设计精细化，该优化的地方优化，该加强的地方加强，所以以前的习惯做法，有些可以借用，有些就不能拿来就用。,二、铁路隧道设计理念,（5）重视级围岩级围岩偏强接近级围岩，偏弱就接近级围岩，所以，往往造成级围岩支护参数的不确定性，更容易偏弱不够，造成坍方事故。（按规范单线铁路隧道 级围岩不设拱架，但是有些铁路隧道的地质条件级围岩不设拱架有的拱部要产生不同程度的塌方，需研究加强措施）。（6）重视地下水的破坏性在软弱破碎土质围岩或者土石分界处，如果存在渗水的现象，水量很小，甚至连水量都测不出来，地质勘探有时候揭示不出来，或者设计、施工都不怎么重视，但是，也就是这层薄薄的渗水，造成基础软化，土体滑移，酿成施工安全事故。,二、铁路隧道设计理念,（7）重视膨胀性围岩地质勘测中，在确定隧道围岩级别时，有些设计人员根据规范定义，往往忽略围岩膨胀性的影响作用，没有采取降低一级等做法，而隧道设计人员看到地质描述中围岩只是弱膨胀性，往往也不太重视，应该说，地质描述中这个膨胀性的定性，更多的是针对路基工程来说的，在隧道这种受力完全不同的工程中，膨胀性有它的特殊性和区别，因此，这个问题，要么围岩降级，要么加强支护，与一般的同级别围岩应要区别设计。（8）重视构造强烈破碎硬质围岩例如我国云南地区处于两大地壳板块挤压碰撞地带，活动性断裂极其发育，频发强地震，岩体普遍破碎，且多见间隔分布的劈理密集带，地下热液蚀变作用和地表风化作用强烈，加之地下水丰富，硬质岩层的工程地质条件明显恶劣，按常规确定基本围岩分级为、级存在较大塌方风险，应适当加强。,二、铁路隧道设计理念,（9）合理确定支护措施和参数，防止塌方。 隧道工程的支护措施和参数，设计不能简单的套用通用参考图，而应根据超前地质预报的结果和施工实际揭示的围岩地质情况，适时进行调整。对于、级围岩局部破碎、裂隙发育地段，也可设置部分钢架支护，防止围岩掉块；对于产状近似水平岩石地层，拱部轮廓难以控制，应加强拱部的初期支护。对于软质岩为主的级围岩单线隧道，也可以设置部分格栅拱架，防止坍塌。拱顶上方有不良地质体的隧道段初期支护，应采取加强一级支护措施。,二、铁路隧道设计理念,（10）制定特殊不良地质的风险预案。 对可能发生突水、突泥，瓦斯等不良气体，特殊软弱围岩等不良地质地段，在设计中应考虑风险预案。并根据可能发生灾害的程度进行风险分级，对评为级风险的隧道，建议对设计方案进行专家评审，并纳入重点工程进行管理。,二、铁路隧道设计理念,2.正确理解新奥法新奥地利隧道修建方法（简称新奥法）遵循这样一个原理,即主动地使隧道围岩（岩土体）成为环状承载“结构”的一部分。 奥地利国家地下空间委员会 1980铁路隧道新奥法指南（铁道部基建总局，1988年）：新奥法是应用岩体力学理论,以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则。（应好好理解，所有设计施工的理论根据都基于此）基本特点：光面和预裂爆破，及时施作密贴于围岩的喷锚支护，充分利用时间和空间效应，断面及早闭合，超前地质预报，监控量测及时反馈及时变更设计、动态管理。,二、铁路隧道设计理念,3.我国目前隧道设计方法隧道设计规范： “复合式衬砌按破损阶段法和允许应力法设计，计算复合式衬砌时，初期支护应按主要承载结构计算。二次衬砌在级围岩可作为安全储备，按构造要求设计；在 级围岩，应按承载结构设计。”初期支护要有适当的刚度和强度，保证施工期间的安全，承受二衬施作前施工期间的荷载，初期支护目前一般按支护与围岩共同作用来计算（支护约束围岩的变形，承受围岩传递的变形压力）;二次衬砌与初期支护共同承受永久荷载（按比例分担,分配比例目前按各自经验，没有定论），二次衬砌按松散荷载荷载结构模型计算。,二、铁路隧道设计理念,松散压力和形变压力,二、铁路隧道设计理念,4.二次衬砌施作时机老规范条文: TBJ108-92铁路隧道喷锚构筑法技术规则、BJ204-96铁路隧道施工规范、JTJ042-94公路隧道施工规范、TB10108-2002铁路隧道喷锚构筑法技术规范、TB10204-2002铁路隧道施工规范、 TZ214-2005客运专线铁路隧道工程施工技术指南二次衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定后施作。水平收敛速度小于0.2mm/d,拱顶相对下沉速度小于0.15mm/d。,二、铁路隧道设计理念,4.二次衬砌施作时机规范条文的修订：监控量测规范报批稿： 一般情况下，二次衬砌的施做应在满足下列要求时进行： 1 隧道水平净空变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降； 2 隧道位移相对值已达到总相对位移量的90以上。 对浅埋、软弱围岩等特殊地段，应视现场具体情况确定二次衬砌施作时间。TZ231-2007铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南 二次衬砌的施做应在初期支护变形基本稳定后施作。TB10417-2003铁路隧道工程施工质量验收标准 “特殊条件下（如松散堆积体、浅埋地段）隧道衬砌应在初期支护完成后及时施作。”,二、铁路隧道设计理念,4.二次衬砌施作时机建议：二次衬砌一般情况下应及时施作。二次衬砌距拱部掌子面的距离建议：、级围岩不大于200米，级围岩不大于90120米，、级围岩不大于70米。(铁路信誉评价规定、级围岩不大于200米，级围岩不大于120米，、级围岩不大于90米）变形量大的挤压性地层中的隧道应通过强化初期支护手段控制围岩变形，二次衬砌则应在围岩和初期支护变形基本稳定后施作。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,1.超前地质预报受目前勘察手段、时间、费用以及判释水平等因素限制，在勘察设计阶段尚不能完全准确地探明隧道所穿越的地层及洞身周边的地质情况，特别是存在的对隧道施工安全有很大威胁的岩溶、断层、富水裂隙、暗河等也不能准确判释和提示，因此施工中进行超前地质预测预报是确保施工安全必不可少的手段。铁建设2007 88号文：隧道施工应进行超前地质预报，超前地质预报应纳入正常施工工序。工程地质、水文地质复杂的长隧道和特长隧道，可能存在诱发重大地质灾害的隧道，地下水活跃、围岩软弱、含富水断层的隧道，高瓦斯、高地应力的隧道，可能发生突水、突泥的隧道，可委托专业队伍，采用新技术、新设备、新方法，开展第三方超前地质预报工作。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,1.超前地质预报（1）预报内容地层岩性，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报。 地质构造，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报。不良地质，特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性、有害气体及高地应力、高地温等情况的预测预报。地下水，特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴、富水岩层接触带及其它富水地层等的预测预报。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,1.超前地质预报（2）预报方法主要有地质分析法、钻探法、物探法和超前导坑法 地质分析法：包括地质素描、地层分界线及构造线、地下和地表相 关性分析、地质作图等。 钻探法：包括深孔水平钻探、58m加深炮孔探测及孔内摄影。 物探法：包括地震波反射法、声波反射法、电磁波反射法、红外探 测法等。 超前导坑法：包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法。超前地质预报按预报长度可分为长距离预报（大于200m）、中长距离预报（30200m）和短距离预报（小于30m）。超前地质预报按采用的预报手段数量可分为单一方法地质预报和综合超前地质预报。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,1.超前地质预报（3）预报分级 根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下三级。A级：工程地质及水文地质条件复杂，存在储水构造、导水断层、岩溶、有害气体、膨胀岩土、软弱岩体等地质问题，隧道施工中易发生突（涌）水、突（涌）泥、瓦斯、大坍方、大变形等地质灾害，风险程度高的地段。B级：工程地质及水文地质条件较复杂，隧道施工中发生突（涌）水、突（涌）泥、瓦斯、坍方等地质灾害风险程度较高的地段。 C级：地层岩性单一、地质构造不发育，基本上不存在不良地质和特殊岩土，工程地质条件简单，隧道施工中发生地质灾害可能性不大的地段。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,1.超前地质预报 不同地质风险地段的预报方式为：A级风险地段采用地质素描、两种及以上物探方法、多孔超前钻探、超前炮眼进行综合预报，必要时增加超前导坑方法；B级风险地段两种以上的方法综合预报；C级风险地段可采用一种和两种方法进行预报。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,1.超前地质预报（4）预报要点:研究区域地质、工程地质资料，必要时进行地表补充测绘和勘探，对整个地区地质情况做到比较全面和深刻的认识，分析主要工程地质问题、主要地质灾害隐患及其分布范围、在隧道内揭示的大致里程，制定预报预案。根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度和工程设计资料，对不同地段地质预报分级，不同类型和级别的地段采取不同的预报手段。隧道施工前制定好不良地质地段应急预案，采用浅孔钻探发现地质突变或含水等异常时，立即采取处理措施。配备先进仪器设备，由具有丰富经验的地质技术人员、施工人员进行综合分析论证，提高地质判释准确度,提高作业效率 。目前，采用深孔水平钻探和58m超前钎探,效果很好，进行一定量的地质取芯,以准确判定充填型溶洞和高压富水断层界面及规模。要特别注意开挖后对洞身周边地探察，防止掌子面后方发生突泥突水、坍塌等事故。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,1.超前地质预报,地质雷达现场探测图,地质超前预报,超前水平钻探,水平钻机,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,1.超前地质预报（5）监控要点:内业：超前地质预报方案，方案的合理性，方案的执行；各种预报手段的原始记录，预报分析成果与实际揭示验证；超前预报与设计地质不符时采取的措施；预报有不良地质时所制定的处理预案。现场：各种超前预报设备到场及使用；超前水平钻孔和加深炮孔实际检查；不良地质处理预案现场准备情况。TZ231-2007铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南：根据需要采取15孔超前水平钻探（局部7孔），其终孔位置一般要超出开挖轮廓线35m，长度宜在3050m之间；两次循环的超前水平钻搭接长度不小于5m。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护超前支护是针对软弱不良地层而采取的辅助工法，施工前需根据围岩条件、施工方法、进度要求、机械配套及工程所处环境等情况，选择简单方法或同时采用几种综合辅助施工方法来加固地层，确保不塌方、少沉陷。通常辅助施工方法有：地表加固地层、洞内加固地层（或工作面）、洞内防排水、冻结法等。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护工程实践证实，在地质不良的地段，掌子面失稳引起事故较多。如何控制掌子面的稳定性，减少和预防掌子面出现坍塌，是极为重要的。掌子面失稳有多种方式： 掌子面挤出； 掌子面拱部坍塌； 上半断面拱脚下沉； 底部鼓起等。预防和减少上述风险发生的主要方法。 超前支护； 扩大拱脚、设置拱脚锚杆或锚管； 正面喷射混凝土和锚杆； 底脚锚杆或锚管等。这里主要介绍下面几种常用的方法。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护（1）注浆加固注浆加固是利用注浆设备把配制好的具有凝胶性能的浆液注入地层，浆液凝胶后充填裂隙和胶结土砂颗粒，形成整体，提高岩体的自稳能力，稳定开挖面和止水，保证隧道施工安全。常用的注浆方式主要有全断面帷幕注浆、周边半封闭帷幕注浆、径向注浆、小导管注浆、局部注浆等，施工时应根据注浆目的和工程地质条件等因素综合选择。全断面帷幕注浆：钻孔分布在开挖面内及轮廓线外一定范围，注浆形成整体，适用于无排水条件的软弱破碎地层、断层破碎带、充填性溶洞等隧道工程。周边半封闭帷幕注浆：沿开挖面周边布孔，浆液在开挖轮廓线形成封闭壳，适用于有排水条件、掌子面具有自稳能力的隧道工程。径向注浆：隧道开挖支护后在隧道径向进行注浆止水和加固。局部注浆：在出水口周围一定范围内布孔注浆，先外后内，最后顶水注浆封堵水，适用于集中涌水处。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护（1）注浆加固施工要点：应有注浆方案，包括：注浆目的、段落、准备工作（劳动力、机械设备、材料）、注浆孔布置图、注浆材料及配比、注浆施工工艺、参数、注浆效果检查评定方法、进度安排、安全质量保证措施等。根据注浆方案配备高效注浆设备，如钻机、注浆泵、注浆管等。钻孔孔径一般选用70130mm，注浆泵最大压力应达到设计注浆压力的1.52.0倍。掌子面围岩破碎，应先设置止浆墙和孔口管，孔口管埋入止浆墙深度根据最大注浆压力而定。钻机准确定位，钻进中检查校正钻杆方向，孔底偏差应符合有关规定要求。注浆顺序先内后外，先无水孔后有水孔。当进浆量大，压力长时间不升高时，应调整浆液材料、浓度及配合比，缩短凝胶时间，也可采用间歇式注浆，间歇时间不能超过浆液凝胶时间。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护（1）注浆加固施工要点超前帷幕注浆每一循环长度不超过30m。浆液有效注入范围为开挖轮廓线外58m，钻孔和注浆顺序由外向内，同一圈孔间隔施工，孔口设注浆管，埋设牢固，并有良好的止浆设施。局部注浆堵水，单孔扩散半径2m，注浆孔与出水裂隙面尽量大角度相交，注浆压力大于0.5Mpa。注浆压力较大时，应先钻引水孔泄压，再对裂隙注浆，最后用膨胀快硬水泥对引水孔进行封堵。现场注浆试验：注浆施工前，应选取一定数量注浆孔，以定压注浆原则进行注浆试验，以验证注浆参数并及时调整。应根据地层条件制定注浆结束条件。应特别注意：在没有进行全面的注浆效果检查和评定前严禁进行掘进作业。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护（1）注浆加固监控要点内业：注浆方案，调整方案，试验孔总结，钻孔注浆原始记录，注浆效果检查和评定资料。外业：设备配备和使用，钻孔布设，钻机定位，注浆效果检查。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护（2）超前小导管超前小导管是在隧道开挖前，沿隧道开挖轮廓线外按一定角度打入直径为3270mm，长度35m的带孔钢管，利用钢管注浆，并与钢架连成一体进行围岩加固的超前支护方式。施工要点 根据地质条件、隧道断面及支护结构型式确定超前小导管参数。 超前小导管沿隧道周边布设，环向间距不宜大于40cm，外插角控制在1015。钻至孔深后，用吹管吹出碎碴清孔，防止孔位坍塌。两环小导管间搭接不宜小于1m。 顶入加工好的注浆管，小导管周圈缝隙用塑胶泥封堵，并用棉纱将孔口堵塞，喷射混凝土封闭工作面，孔口露出喷射混凝土面15cm。钢管顶入钻孔长度应不小于90管长。 连接注浆管路，进行压水试验，然后注浆，注浆压力要达到设计要求，观察工作面及管路漏浆情况，并及时封堵。当进浆量大，压力长时间不升高时，应调整浆液材料、浓度及配合比，缩短凝胶时间。 根据地质情况可选择单液浆、双液浆或化学浆液（慎用） 检查确认注浆浆液固结体达到设计规定强度后，再进行隧道开挖。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护,小导管示意图及施工,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护（2）超前小导管监控要点:内业：实施方案（小导管参数、注浆配比、注浆参数等），注浆原始记录（钻孔记录、注浆记录、检查记录，调整参数记录）。现场：施工设备到场及使用，小导管材料、间距、长度、倾角、与钢架连接情况及搭接长度，注浆效果。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护（3）大管棚大管棚是在隧道开挖前，沿隧道开挖轮廓线外利用钻机或夯管按一定角度打入直径大于70mm，长度大于15m的钢管，通过钢管注浆预加固隧道拱部岩体，并将钢管内采用砂浆充填密实，以减少岩体沉降的超前地层加固方式。大管棚适用于浅埋、极破碎岩体、地表沉降控制严格的地段，如堆积体、坍方体、砂土质地层、断层破碎带及穿越公路、铁路、地表建筑物等。根据使用地点，可分为洞口大管棚和洞内大管棚。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护（3）大管棚施工要点： 小直径大管棚通常用钻机成孔，大直径大管棚可用夯管或顶管方式布设。 管棚环向间距3050，超浅埋地带或特殊地层也可采用密排方式，沿隧道周边轮廓线布设，外倾13，连续使用大管棚，要有一定的搭接，搭接长度一般不应小于3m。 控制钻机立轴方向，钻进中经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，及时纠正。 管棚采用热轧无缝钢管，壁厚不小于6，节长36m。接头宜采用丝扣连接，丝扣长15，隧道纵向同一截面内接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少应错开1米。 注浆初压应控制在0.51.0MPa以内，终压应控制在2.0MPa以内。 洞内施作大管棚时一般设置扩大洞室，安设导向架、导向管。扩大洞室比设计开挖轮廓线大3050cm，长度要满足钻机作业要求。导向管长度22.5m，直径大于管棚直径2030mm。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护（3）大管棚监控要点：内业：大管棚实施方案，施工原始记录。现场：施工设备到场及使用情况，管棚材料、加工、间距、搭接情况，注浆情况和效果，管棚是否侵限，工作平台是否牢固。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护,右上：洞口大管棚施工,上：洞内大管棚施工,右：洞口施工完的大管棚,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,2.超前支护,几种超前支护方式,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法隧道开挖方法主要有全断面法、台阶法（以及由台阶法派生的环形开挖预留核心土法、弧形导坑左右台阶错开开挖支护法）、中隔壁法（CD法） 、交叉中隔壁法（CRD法） 、双侧壁导坑法（眼镜工法）；还有意大利研究使用的岩土控制变形法，以及TBM、盾构、铣挖法等非钻爆法等施工方法。要根据地质条件、断面大小、结构形式、机械配备等因素合理选择开挖方法。主要介绍以下几种方法：,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（1）全断面法全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖成型，再施做初支和二次衬砌的隧道开挖方法，一般适用在地质条件较好的级围岩，也可用在单线铁路隧道级围岩地段。全断面法可采用大型机械作业，施工进度快，一般在150180m/月。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（1）全断面法施工要点：配备钻孔台车或多功能台架及高效率装运机械设备，缩短循环作业时间，合理采用平行交叉作业工序，提高施工进度。根据围岩条件和机具配备等施组情况，可利用深孔钻爆增加循环进尺。及时施作初期支护，围岩条件变化时，及时调整施工方法。有条件时采用导洞超前的开挖方法，增加临空面，控制周边眼角度，改善光面爆破效果，减少超欠挖，减少对围岩的扰动，保证隧道施工安全。二次衬砌及时施作，级围岩离掌子面距离150180m左右，级围岩90120m左右。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（1）全断面法TZ231-2007铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南：超挖：允许超挖表（cm）欠挖：隧道开挖不应欠挖。当围岩完整、石质坚硬时，允许个别突出部分侵入衬砌（每1m2不大于0.1m2、高度不大于5cm）。拱脚和墙脚1m范围内严禁欠挖。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（1）全断面法监控要点：光面爆破设计方案，隧道施工设备到场及使用情况，光面爆破效果，超欠挖处理情况，初支、二衬跟进情况。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（1）全断面法,台车钻眼施工,光面爆破效果,小导洞超前施工,自制台架施工,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（2）台阶法台阶开挖法是将隧道设计断面分两次或三次开挖，台阶间控制一定距离，采用同时并进的隧道开挖施工方法，一般用在级围岩，也可用在单线铁路隧道级围岩地段。施工要点： 根据围岩条件合理确定台阶长度和台阶数量，台阶长度一般为35m（或57m），且不宜超过1倍开挖洞径，台阶高度根据地质情况、隧道断面大小和施工机械设备情况确定，上台阶高度宜为2.5m。台阶过长或过短皆不利。 上台阶施作钢拱架（若有）时，采用扩大拱脚和锁脚锚杆（管）等措施，控制围岩和初期支护变形，必要时施作临时仰拱。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（2）台阶法 下台阶在上台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖，当岩体不稳定时需缩短进尺，必要时上下台阶分左、右两部错开开挖，并及时施做初期支护。 施工中应解决好上下台阶的施工干扰问题，下部施工应减少对上部围岩、支护的扰动。 下台阶施工时要保证初支钢架（若有）整体顺接平直，螺栓连接牢靠。 仰拱要超前二次衬砌且全幅浇筑，二次衬砌距掌子面距离：级围岩90m左右，级围岩70m左右。 钢拱架（若有）必须落在实处，严禁悬空或落在虚碴上。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（2）台阶法,台阶法示意图,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（2）台阶法,中隔墙台阶法开挖,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（2）台阶法,台阶法施工立体图示,台阶法施工,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（3）环形开挖预留核心土法环形开挖预留核心土法是先开挖上部导坑弧形断面，留核心土平台，再开挖下部两侧边墙、中部核心土的隧道开挖方法。一般适用在单线隧道级围岩，也可用在双线隧道级围岩地段。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（3）环形开挖预留核心土法施工要点： 环形开挖每循环进尺0.51m，开挖后及时施作喷锚支护、安装钢架支撑。每两榀钢架之间采用钢筋连接，并设置锁脚锚杆（管）。全断面初期支护封闭距拱部开挖面不宜超过30m，不宜超过1015天。初支未封闭前，拱架墙脚处要设置加强锁脚锚杆（管），并设临时横撑。 预留核心土面积大小根据围岩地质情况，要便于施工和满足开挖面的稳定。 上部弧形，左、右侧墙部，中部核心土开挖各错开35m进行平行作业。 当地质条件差，围岩自稳时间短时，开挖前宜在拱部进行超前支护。 仰拱要超前二次衬砌且分别全幅浇筑，全断面衬砌时间根据监控量测确定，距离掌子面一般不超过70m,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（3）环形开挖预留核心土法,a 第一次支护；b钢拱架；c 拱脚注浆锁脚锚管；d墙脚注浆锁脚锚管；e一次支护；f 塑料薄板隔离层；g 泵送粉煤灰防水混凝土模筑(永久衬砌) 环形开挖预留核心图法施工流程图,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（3）环形开挖预留核心土法,环形开挖预留核心土法立体图示,环形开挖预留核心土施工,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（4）弧形导坑左右台阶错开开挖支护法在隧道开挖过程中，在三个台阶上分七个工作面，以前后七个不同位置相互错开同时开挖，然后分部及时支护，形成支护整体。缩小作业循环时间，逐步向纵深推进的隧道开挖施工方法，一般适用于黄土地区隧道施工，也可用于其它级围岩地段。施工要点： 施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织。 台阶长度控制在35m，及时施作初期支护，配合锁脚锚杆（管）封闭成环，全断面初支成环距拱部开挖面不宜超过40m，时间不宜超过15天。初支未封闭前，拱架墙脚处要设置加强锁脚锚杆（管），并设临时横撑。 工作面若有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。 应及早施作仰拱和二次衬砌，防止大断面隧道边墙向内位移。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（4）弧形导坑左右台阶错开开挖支护法,上：弧形导坑左右台阶错开开挖施工图示,右：黄土隧道施工,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法台阶法、环形开挖预留核心土法、弧形导坑左右台阶错开开挖支护法监控要点：施工方案的合理性，机械设备到场及配套使用情况，光爆效果及超欠挖情况，台阶长度、高度，各步序间距，初支上下接续及稳固情况，初支封闭时间和空间、二衬跟进情况。铁建设200788号文：分部开挖台阶长度一般不应超过1.0倍开挖洞径。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（5）中隔壁法（CD法）中隔壁法（CD法）是将隧道分为左右两大部分进行开挖，先在隧道一侧采用二或三台阶分层开挖，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。一般适用于地质条件为级围岩，也适用于浅埋地层隧道暗挖。施工要点： 左右部的台阶开挖高度根据地质情况及隧道断面大小而定。左、右两侧洞体施工纵向拉开间距不大于15m。 台阶开挖长度35m，及时施作初期支护和中隔壁临时支护。各工作面每循环进尺为1榀拱架的距离。 后一侧开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。 中隔壁设置为弧形临时支护，隧道左右开挖面初期支护连接平顺，确保钢架连接状态良好。 根据监控量测信息，初期支护稳定后拆除中隔壁临时支护，一次拆除长度不超过15m，并加强拆除中的监控量测。 临时支护拆除后及时施做隧道仰拱和二次衬砌。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（5）中隔壁法（CD法）,中隔壁法开挖方式,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（5）中隔壁法（CD法）,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（5）中隔壁法（CD法）,上：中隔壁法施工示意图,右：中隔壁法施工开挖,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（6）交叉中隔壁法（CRD法）交叉中隔壁法又称CRD工法，是将大断面隧道分部分块开挖，先开挖隧道一侧的一和二部并分别施作封闭的初期支护和临时支撑，再开挖隧道另一侧的一和二部并分别施作封闭的初期支护和临时支撑，最后分别开挖隧道左右两块底部，形成隧道初期支护和临时支撑网状封闭稳定支护形式的隧道开挖施工方法，一般适用于级围岩，也可用于浅埋隧道施工。施工要点： 隧道按左右部分块实施开挖，每块小断面开挖高度根据地质条件和施工设备而定。各工作面每循环进尺为1榀拱架的距离。 每块小断面开挖长度35m，及时设置初支和临时仰拱封闭、步步成环，尽量缩短成环时间，及时施作锁脚锚杆（管）。必要时进行掌子面临时支护。左右部纵向拉开距离不宜大于15m。 中隔墙设置为弧形临时支护，隧道左右开挖小断面水平临时支护保持对接一致，螺栓连接牢固。 根据监控量测信息，初期支护稳定后拆除临时支护，一次拆除长度不超过15m，并加强拆除中的监控量测。 临时支护拆除后及时施做隧道仰拱和二次衬砌。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（6）交叉中隔壁法（CRD法）,大跨度断面CRD施工工序示意图,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（6）交叉中隔壁法（CRD法）,上：交叉中隔壁法施工图示,右上：交叉中隔壁法施工局部开挖,右下：交叉中隔壁法施工,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（7）双侧壁导坑法双侧壁导坑法也称眼睛工法，采用先开挖隧道两侧导坑，及时施作导坑周边初期支护及临时支护，然后再开挖中部剩余土体的隧道开挖施工方法，一般适用在级围岩，大断面和超大断面铁路隧道工程，也可用于浅埋隧道施工。此方法成本较高、进度较慢。采用该法开挖时，双侧壁导坑超前的距离相等或不等。为了稳定工作面，经常和超前预注浆等辅助施工措施配合使用。施工要点： 侧壁导坑形状应近似椭圆形，导坑断面宽度一般为整个断面的1/3。 两侧侧壁导坑超前中部1020m，可独立同步开挖支护，中部采用台阶法 开挖，保持平行作业。 导坑开挖后应及时进行初期支护及临时支护，设置锁脚锚杆（管），并尽 早封闭成环。 中部开挖完成后，要及时施作初支，尽快使全断面初支封闭成环。 根据监控量测，初期支护稳定后，拆除临时支护，一次拆除长度不超过 15m，并加强拆除中的监控量测。 临时支护拆除完成后，及时施作仰拱和二次衬砌。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（7）双侧壁导坑法当围岩条件很差，可在双侧壁的基础上进行分部开挖。即双侧壁导洞内和中部分成23个台阶开挖。双侧壁导洞法虽然开挖断面分块多，扰动大，初支全断面闭合的时间长，但每个分块均是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工中间可有效控制变形和沉降。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（7）双侧壁导坑法,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（7）双侧壁导坑法,双侧壁导坑分部开挖示意图,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法（7）双侧壁导坑法,双侧壁导坑法施工,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,3.隧道开挖方法中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）、双侧壁导坑法监控要点：施工方案，设备配套及使用，每部开挖长度、步序间距，循环进尺，初支和临时支护设置情况、锁脚锚杆（管）设置情况，每部支护封闭时间，临时支护每次拆除长度和时间，二衬跟进情况。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护按照新奥法原理，初期支护是为了及时封闭开挖后的围岩，控制围岩的变形和松弛，充分发挥围岩自身的支护作用，并和二次衬砌共同形成结构承担荷载。在二次衬砌完成之前，初期支护更是确保施工安全的关键。初期支护要强，承受二次衬砌施作前的基本荷载和部分水压力（若有）。 初期支护一般由喷射混凝土、锚杆、钢筋网、格栅（型钢）钢架等组成。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（1）喷射混凝土喷射混凝土是在地下工程施工中，为尽快使开挖面稳定的一种支护措施。它借助喷射机械，利用压缩空气做动力，将水泥、砂、石子、水配合的拌合料（并掺加速凝剂），通过高压管高速喷射到受喷面上，依靠高速喷射时集料的反复连续撞击压密混凝土硬化而成，使喷射的混凝土能够在几分钟内终凝，且强度增长快，并与其它支护措施如锚杆、钢筋网、钢拱架等联合形成支护整体，抑制围岩变形，使开挖面岩体快速稳定。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（1）喷射混凝土施工要点： 喷射混凝土应采用湿喷工艺。喷射机具应具有良好的密封性能，输料连续、均匀，满足喷射作业要求。 确定合理的水胶比、用水量、胶凝材料用量以及砂的用量，保证和易性和早期强度。 喷射前，对岩面渗漏水要进行封堵或引排处理。 分段分片自下而上顺序喷射，一次喷射厚度拱部不得超过6cm，边墙不得超过10cm，喷嘴与岩面保持垂直，距受喷面0.81.2m。 喷射压力控制在0.150.2MPa，混凝土喷射终凝2h后，应进行湿润养护，养护时间不得少于14d。 喷射混凝土表面应平整，无空鼓、裂缝、松酥，并用喷混凝土（或砂浆）对基面进行找平处理，平整度用2m靠尺检查，表面平整度偏差要满足验标有关要求（10cm）。 喷射混凝土要紧跟开挖面，有效控制开挖面的变形。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（1）喷射混凝土设计基准强度喷混凝土不仅是初期支护的一个重要构件，也是永久支护的一个重要组成部分。随着材料、配比、施工机械的发展，喷混凝土稳定的高强度已经成为可能，因此喷混凝土的设计基准强度有向高强度方向发展的趋势。例如，日本第二东名名神高速公路，在大断面隧道中，采用材龄28天的抗压强度36N/mm2作为设计基准强度，我国青黄海底隧道初期支护采用C35。有的国家规定在不良地质条件下采用高强度喷混凝土。我国铁道部88号文：第十五条，隧道初期支护喷射混凝土的强度等级不应低于C25。在不良地质条件下的隧道，应提高喷混凝土的强度等级。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（1）喷射混凝土初期强度 日本 喷混凝土初期强度设定事例,我国铁道部88号文：24小时强度不应低于10Mpa（原5Mpa）,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（1）喷射混凝土附着强度喷混凝土与围岩及其它物体的附着，是发挥喷混凝土支护作用的关键指标。许多国家都有明确的规定。喷凝土的欧洲标准（EFNARC)G规定的附着强度如下表所示，通过附着试验核查。 附着强度最小值（MPa),挪威规定附着强度在0.21.8MPa之间。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（1）喷射混凝土附着配比：指的是喷混凝土喷射后附着在围岩上的配比。它与喷射配比、喷射工艺以及喷射工的技术熟练程度有直接的关系，对工程来说，喷混凝土的附着配比是最有意义的，不容忽视。下表是欧洲的一个标准。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（1）喷射混凝土回弹率及粉尘浓度回弹意味着粗骨料的损失，而粉尘则意味着微细颗粒的损失。这两者对附着的喷混凝土质量，具有重要的影响。因此，喷射施工中，如何控制回弹和减少粉尘的发生是很重要的课题。也是确保喷混凝土质量的重要课题。在质量控制中，有的国家规定：回弹不能大于20，粉尘浓度不能大于5mg/m3，否则，就是不合格。我国锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086），回弹率边墙不大于15%，拱部不大于25%，粉尘浓度小于10mg/m3。铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南（TZ2312007）：喷射混凝土时粉尘含量不得大于2mg/m3。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（1）喷射混凝土监控要点：喷射混凝土配合比，质量检查记录，喷射机械设备到场和使用，喷射混凝土的及时性，喷射压力、厚度、强度，回弹率及粉尘含量，喷射混凝土的养护，表面平整度。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（2）锚杆锚杆是在围岩开挖时，为避免岩体松散塌陷，在未开挖岩体或开挖轮廓线外岩体中打入实心或空心的钢材加工的杆体，起到对岩体的加筋和联结成整体的作用，锚杆与围岩间采用砂浆或其它材料固结，并设置钢垫板固定。有专家认为黄土隧道拱部锚杆作用不大，但普遍认为岩石隧道中锚杆的作用是非常有效的。施工要点： 锚杆采用专用机械成孔打入，用一般风动凿岩机时应配备专用冲击器。锚杆打入方向应基本和开挖面垂直。 按设计要求定位，孔位允许偏差150mm，孔深允许偏差50mm，杆体插入长度不得短于设计长度的95%，杆体插入锚杆孔时，应保持位置居中。 砂浆锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实，砂浆或水泥浆内可添加适量的微膨胀剂和速凝剂。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（2）锚杆施工要点： 药包型锚杆、树脂锚杆在杆体插入过程中应注意旋转，使粘结剂充分搅拌。 锚杆安设后不得随意敲击，其端部在填充砂浆终凝前不得悬挂重物。 锚杆安设后其填充砂浆终凝后应立即安装垫板，垫板应与孔口混凝土密贴，拧紧螺帽。,组合中空锚杆注浆连接结构图,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（2）锚杆监控要点：锚杆质量检查记录，锚杆材质、长度，锚杆孔布设数量、位置、深度，锚杆插入孔内长度，注浆压力及饱满度，垫板安设情况。,三、铁路隧道钻爆法施工作业监控要点,4.初期支护（3）钢架钢架是在隧道开挖后，为使围岩保持稳定而按照隧道开挖轮廓线布设的钢格栅或型钢、钢轨等制成的支护骨架结构，钢架安装后可达到支撑围岩稳定，限制围岩变形的目的，通常与钢筋网、喷射混凝土等结合在一起共同受力。施工要点： 钢架应在初喷混凝土后及时架设。大断面隧道施工时，宜使用机械架设钢架。安装前应清除底脚的虚碴及杂物。 钢架不宜在受力较大的拱顶及其它受力较大的部位分节，格栅钢架的主筋直径不宜小于18mm，焊接牢靠。 每节钢架间应以螺栓连接，连接板应密贴，缝隙不超过2mm。 钢架外缘应用钢楔或混凝土预制块楔紧，钢架应全部被喷射混