黄土段长大隧道监控量测机械湿喷技术

1、黄土段长大隧道监控量测、机械湿喷技术主讲人：赵迎春主讲人：赵迎春前言介绍Preface Introduction 随着铁路施工技术的发展，长大隧道在新建铁路线路中所占的比例也日趋增大，为保证长大隧道快速安全施工，对隧道初期支护提出更高的要求，传统的量测方法、施工工艺难以满足隧道施工需要。随着隧道施工新工艺、新工装的不断出现，隧道施工向着更快、更好、更便捷的方向不断发展。如意隧道施工采用的监控量测信息管理平台、机械湿喷等正是应势而生，在隧道施工中发挥重要的作用。Contents目录0102 工程概况监控量测信息化03 机械湿喷施工工艺一、概述01工程概况u工程简介u隧道围岩分布u施工组织安排工程

2、概况如意隧道位于陕西省延安市宜川县境内，进口位于宜川县寿峰乡桌里村东侧斜坡上，出口位于宜川县集义镇北东侧陡坡上，进口小里程侧为薛寿公路，出口大里程侧为宜韩公路，隧址区交通条件较差。全长11920.08m，为单洞双线隧道，最大埋深691.3m。DK477+332.24隧道出口(478+500)段位于R=1200m的左偏曲线上，其余段位于直线上。隧道线间距变化范围4.05.07m。隧道设进口、出口、1#斜井、2#斜井（业主文件2016年1月20日取消此斜井，开累开挖284m)、3#斜井共四个作业工区，采用无轨运输方式。全隧主要以级围岩为主，占隧道总长87.45%。隧道设计喷射混凝土66581.39

3、m。工程简介隧道围岩分布情况123 砂质新黄土段，具有湿陷性，稳定性不强，施工难度大。4隧道穿越区存在游离态有害气体逸出可能，施工安全风险大。隧道以级围岩为主，水平砂岩层，光爆效果不佳。斜井长，坡度陡、富水、工期短，施工组织要求高。工程特点施工组织安排2018年2月18日2018年7月20日2017年8月16日一、概述02监控量测信息化管理技术u监控量测信息管理平台简介u监控量测技术要求u监控量测等级管理u监控量测测量方法u监控量测回归分析系统概述本系统包括网络平台、客户端、手机客户端三部分。网络平台，程序部署于西南院服务器，即浏览器与服务器之间的通讯。 我们可以在任何能上网的地方打开IE浏览

4、器即可查看监控量测数据、图线、预警、测点统计等信息。监控量测信息管理平台简介监控量测信息管理平台简介系统概述电脑客户端主要功能设置断面、设置测点、把断面、测点信息上传到服务器，待测量数据上传到服务器后即可下载数据进行数据分析、报表输出打印等操作。 客户端软件需要安装到PC机(电脑)上，插上加密狗，在有网络的环境中输入账户、密码登录。 客户端带有远程更新功能，接到通知后点击“系统升级”即可更新客户端。监控量测信息管理平台简介手机客户端主要功能手机客户端可以下载测点信息、连接全站仪量测、上传监测数据、查看数据、预警信息、预警处理情况。 在火车、汽车上，任何可以上网的地方都可以打开手机客户端程序浏览

5、数据及预警信息，并可以收到预警短信，这使得隧道相关人员可以第一时间了解隧道围岩变形情况。监控量测信息管理平台简介手机客户端主要功能网络平台、客户端、手机客户端都是与服务器进行通信，所以服务器的压力比较大，再考虑到网络因素，所以我们把部分计算、分析、打印、统计等功能放到客户端中实现。网络平台容易维护和升级，客户端的加入使系统更稳定，大大减少服务器的负荷。 手机版软件的应用使施工监控量测信息化程度更高，随时随地都可以看到手机里面的监控量测信息。 监控量测信息管理平台简介监控量测信息管理平台简介全部预警今日预警预警统计下载信息现场量测上传数据条件查询特别关注关于预警信息的查询，前两者区别：整个监测过

6、程与当日监测实情；预警统计：按标段统计预警数量。只对监测人员应用。利用手机客户端进行数据采集与上传。根据用户选定的查询条件进行有效查询。如工程信息、里程、预警、数据等。对预警或特殊地质条件端添加特别关注。监控量测信息管理平台简介监控量测技术要求监测的目的1.掌握初支变形，指导现场处置，保障施工安全；2.为调整施工方法提供参考;3.为二衬施作时机提供指导 为二衬施作时机提供指导 为二衬施作时机提供指导 ；4.为动态设计提供参考 为动态设计提供参考 为动态设计提供参考 。监测的项目备注：“特殊情况的浅埋段”指隧道洞口段、黄土浅埋段等蒙华铁路隧道施工监测必测项目序号监测项目监测范围常用仪器1洞内、外

7、观察全线隧道（正洞和辅助导坑）罗盘仪等2拱顶下沉全站仪3水平收敛全站仪4地表沉降特殊情况的浅埋段全站仪监控量测技术要求拱顶下沉和水平收敛监测断面间距围岩级别 断面间距（m）单双线正洞单双车道辅助坑()5102030（软质岩）50在特殊地段布设监测断面1） 级围岩 级围岩 ，在不良地质段（ 主要指土体、 水平层软质岩 等） 监测断面 应适当加密。2）级软质岩主要指：砂岩、 片岩、板岩、页岩、泥质砂岩、砂砾岩、泥灰岩等。 3）级围岩原则上不布设监测断面，特殊段根据现场情况布设监测断面。特殊地段指：掌子面施工时，有掉块、塌方等地段；喷射混凝土有开裂、剥落等的地段；需要进行设计调整的断面（进行一定的监

8、测，为动态调整之后参数、施工方法等提供参考，验证调整效果）隧道斜井与正洞交叉口地段。监控量测测点布设原则1）测点布设应按施工方法区分。全断面、两台阶、三台阶按下图所示进行布置，收敛测线距台阶开挖线的高度，可根据各台阶的高度情况进行适当调整。其他特殊地段施工方法的测点布设根据现场实际情况进行布置。2）拱顶下沉和水平收敛测点应布置在同一断面上。3）初支应与围岩密贴，测点埋设在格栅等钢架上，无钢架时，埋设在围岩中。4）测点应在开挖后及时埋设并读取初始读数，测点埋设须在开挖后12h内完成，初始读数须在测点埋设后8h内完成。5）拱顶下沉测点应埋设在拱顶轴线上，数值采用绝对高程，周期性复核后视点，保证其数

9、据可靠性。监控量测监测频率1、洞内、外观察每个施工循环记录1次，必要时加大观察频率。2、拱顶下沉和水平收敛监测1）一般为1次/天，出现异常情况时，适当加大监测频率。2）当变形趋于稳定时，监测频率按下表进行。变形趋于稳定时的监测频率支护状态平均变形速率持续时间监测频率初支全环封闭3天1次/3天初支全环封闭3天1次/7天初支全环封闭3天1次/18天停测条件在初期支护稳定后，可停止该断面的监测。初期支护稳定须满足以下条件：初期支护表 观现象正常；变形时态曲线已经收敛；拱顶下沉和水平收敛平均变形速率小于0.5 mm/d，且持续1个月以上。监测管理值采用变形总量、变形速率、初期支护表观现象和变形时态曲线

10、等四项对隧道施工安全进行综合等级管理。变形总量与变形速率应控制在管理等级范围内，及时巡察初支表观有无异常，同时结合变形时态曲线形态进行综合分析处理。管理等级及应对措施管理等级应对措施正常（绿色）正常施工预警二级（黄色）加强监测，密切关注发展情况，分析原因，调整施工，使隧道变形趋稳，并制定应急方案和对策预警一级（红色）暂停施工，加强监测，启动应急预案，采取相应工程措施变形总量管理等级一般地段变形总量管理等级变形总量/（mm）管理等级正常（绿色）预警二级（黄色）预警一级（绿色）拱顶下沉双线正洞双车道辅助坑道25253535727296969090120120周边收敛双线正洞双车道辅助坑道10101

11、5153535505045456060地表沉降9090120120黄土地段变形总量管理等级变形总量/（mm）管理等级正常（绿色）预警二级（黄色）预警一级（绿色）拱顶下沉25253535周边收敛45456060地表沉降9090120120变形总量管理等级黄土地段变形速率管理等级变形速率/（mm/d）管理等级正常（绿色）预警二级（黄色）预警一级（绿色）拱顶下沉10.010.020.020.0周边收敛5.05.010.010.0地表沉降10.010.020.020.0一般地段变形速率管理等级变形速率/（mm/d）管理等级正常（绿色）预警二级（黄色）预警一级（绿色）拱顶下沉5.05.010.010.0

12、周边收敛3.03.06.06.0地表沉降5.05.010.010.0回归分析变形时态曲线特征当变形处于初期匀速变形阶段和平稳发展阶段时，隧道处于相对安全的状态；围岩变形过程中，在围岩不失稳的正常情况下，在量测断面附近进行开挖施工时，受施工扰动，存在一定的变形加速现象，属于正常加速，其余变形加速属于异常加速。异常加速是围岩失稳的征兆，隧道施工安全存在威胁，应进行预警。变形时态曲线在管理等级中的体现序号管理等级体现1正常（绿色）无变形异常加速，变形特征曲线趋于收敛。2预警二级（黄色）变形异常加速，变形特征曲线无收敛迹象，日均变形速率差值连续2天增大，且均大于2mm/d。3预警一级（红色）变形异常加

13、速，变形特征曲线无收敛迹象，日均变形速率差值连续3天增大，且均大于2mm/d。监控量测方法洞内开挖面观察：开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图。填写开挖工作面地址状况记录表，并与勘查资料进行对比，此项工作由地质预报单位进行整理。洞内已施工地段观察：喷射混凝土、钢拱架或格栅钢架变形等工作状态。主要观察内容如下：初期支护完成后对喷层表面的观察一级裂缝状况的描述和记录，要特别注意喷射混凝土是否开裂和剥落。钢拱架或格栅钢架有无扭曲变形、整体下沉等现象。拱架或围岩有无异响。洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等。拱顶下沉

14、和水平收敛监测拱顶下沉和水平收敛监测采用全站仪配合反射膜片进行。测点埋设：宜采用直径较大的螺纹钢，尾端（隧道洞内方向）进行45斜切形成斜切面或者端部焊接钢板，斜切面处或钢板上面粘贴测量专用反射膜片（不小于2cm2cm）。标识要求：测点布设以后，在测点位置做统一的醒目标识，每个断面左右侧各布设1个标示牌，及时记录展示相关信息，监测点上严禁悬挂物品。保护要求：测点及时进行布设，并做好保护，防止破坏。现场监测与施工必须紧密配合，施工现场应提供监测工作时间，保证监测工作的正常进行，监测测点的埋设计划应列入工程施工进度控制计划中。失效测点处理要求：如果测点被破坏，应在被破坏测点附近补埋，重新进行数据采集

15、；如果测点出现松动，则应及时加固，重新读取初读数。失效测点应在6h之内恢复，前期累计变形值作为处理后测点的初始变形量。资源配置量测精度要求；拱顶下沉、水平收敛、地表沉降测试精度为1.0mm。采用测距精度不小于22ppm的全站仪，自由设站非接触进行监测能满足测试精度要求，但当设站点与监测点距离增大时，测量中误差会逐步增大。因此，施测时设站点与监测点距离不宜过大，应控制在70米范围以内，同时保障测试环境的其他要求。仪器设备配置表名 称型 号仪器设备性能数 量全站仪徕卡TS06精度：2，2+2ppm4计算机联想一体机Windows7系统6手 机华为荣耀4C6数码相机佳能3资源配置材料要求（1）拱顶沉

16、降和水平收敛量测桩：基座采用5mm厚5cm5cm钢板，桩身采用22mm螺纹钢。（2）地表沉降桩：22mm螺纹钢，长度要能保证桩点牢固。（3）反光膜片：5050mm。人员配置表序号工种或职务人数备注1量测负责人12技术负责人13专职信息平台管理员14专职资料员15第一监控量测小组2负责如意隧道进口6第二监控量测小组2如意隧道1号斜井8第四监控量测小组2如意隧道3号斜井9第五监控量测小组2负责如意隧道出口一、概述03湿喷机械及施工工艺湿喷机械简介湿喷配合比湿喷前准备工作湿喷施工方法关键部位的喷射工艺回弹率测量作业环境及职业健康湿喷设备简介4、斜井工区弃渣量约11万方，当地无合适弃渣位置。机动性强、

17、转场方便，兼顾多个掌子面机械手动作灵活，施工范围大，无施工盲区；性价比高，设备耐久，易维修，易购配件电力系统适应性强可靠性高速凝剂用量与混凝土方量自动匹配，减少速凝剂消耗；喷射量最大可达30m3/小时，综合回弹率可控制不大于15%；五新CHP25B车载式湿喷机性能特点4、斜井工区弃渣量约11万方，当地无合适弃渣位置。有线遥控器信号传输更稳定，配件成本低；遥控器实时数显，操作方便速凝剂量根据泵送排量实时自动调节，掺量一般在14%，减少速凝剂消耗，降低施工成本适合双线铁路隧道全断面、两台阶、三台阶施工，动作灵活，施工范围大。安全防护装置人性化语音提示、报警设计，操作便捷、安全过滤速凝剂，减少杂志，

18、大幅度延长计量泵使用寿命，降低配件消耗液压速凝剂抽液泵，操作方便，大大提高工作效率，减轻操作人员劳动强度。湿喷机械手作业范围五新车载式湿喷机在隧道内正常工作的净空尺寸为，宽度不小于5米，高度不小于6米。隧道内最小通过高度为4.2米，最小通过宽度为2.5米。俯、仰角度可达180，仰拱施工应对自如。湿喷混凝土配合比喷射混凝土强度、回弹率、初喷层厚度根据设计强度确定水灰比塌落度控制在1418cm，并具有良好的粘聚性重点放在混凝土和易性和速凝剂选择上考虑回弹率控制在15%以内12345喷射混凝土配合比水泥砂子 碎石（510mm） 减水剂 速凝剂水水胶比（W/J）1.00 1.98 1.75 0.008

19、 0.040.38 0.40 湿喷前准备工作加注速凝剂：速凝剂采用10m防腐处理的铁罐进行存储，罐体下部安装IRG40-125A-0.75管道离心泵，为机械手加注速凝剂。罐体底部安装排污阀，清理底部沉淀的杂质。小贴士：为防止速凝剂有效成分沉淀加注前，将速凝剂罐加注管的管口放入速凝剂罐进料口，将泵开启，使速凝剂循环并搅拌均匀，首次循环一个小时，以后每班循环二十分钟再将速凝剂加入喷浆机上的速凝剂罐中开始喷射作业。管道离心泵排污阀湿喷前准备工作转向装置是否灵敏可靠；轮胎气压、螺帽、有无爆裂和松动现象；制动器及离合器应灵敏可靠，变速杆应置于“空档” 位置；喇叭及仪表是否灵敏、准确；燃油及润滑油是否充足

20、；车门是否严密，照明及蓄电池电液是否符合规定；冷却水是否充足；引擎、传动部分及车架是否正常；机车的刹车制动系统是否正常。电控系统线路联接是否可靠，机体是否可靠接地，有无漏电现象。确定给水开关阀，清洗水开关阀在关断位置，将给 水管接头与水源连接。 主机变速箱及计量泵传动箱内润滑油是否充足；确定风动输送系统上风路手动截止阀、各分风路手动截止阀在关断位置，主风管接通压力风源；将砼输送管和速凝剂输送管分别与喷头及机体相连接；确定计量泵流量；调定电机转向；调整压紧装置；检查上、下密封板结合面处无气体泄漏为宜；检查速凝剂输送系统，确定速凝剂输送管路无堵塞现象；确定速凝剂供给开关阀在关断位置，向速凝剂箱内加

21、满液态速凝剂。 湿喷机械开机操作程序准备工作结束后，风动输送系统打开主风路，上风路、下风路、辅助风路手动截止阀。速凝剂输送系统关闭给水开关阀，清洗水开关阀，打开速凝剂供给开关阀。电控系统闭合总开关DK、控制电源开关DYK、主电机空气开关1DK、依次启动计量泵电机、振动电机、主电机、然后向料斗中加入拌合料，设备进入正常工作状态。风压：0.40.6MPa；速凝剂掺量：拱部23.5%，边墙11.5%。湿喷方量：拱部2025m/h，边墙2328m/h。湿喷机械手喷射作业方法影响因素机械手湿喷混凝土作业时，骨料最大粒径、混凝土的和易性、风压大小、岩面整洁度、速凝剂掺量、一次喷射厚度、操作手经验水平、喷射

22、距离、角度、喷射顺序、喷头移动等对喷射混凝土质量、回弹都有很大影响。喷射顺序喷射应先墙后拱，从下至上、以上下移动进行喷射。隧道从两侧边墙底部开始喷射，喷射到拱顶中心线位置闭合，完成一环喷射混凝土的一次试喷。 喷射角度喷射时，喷头应保持与受喷面垂直。喷射交角过小将增加混凝土的回弹率，降低喷射密实度；垂直于岩面喷射时，连续的混凝土“稀薄流”对反弹物有二次嵌入作用，可以降低回弹率，增加一次喷射厚度。 喷射距离由于湿喷要求的风压较大，如果喷头距受喷面太近，高压风会将刚“附着”在受喷面上的混凝土吹掉，使混凝土的回弹量增大。喷头距岩面的距离宜为0.81.2m。湿喷机械手喷射作业方法由下而上进行喷射调整喷头

23、尽量垂直受喷面湿喷机械手喷射作业方法喷射混凝土回弹在刚喷射时最大，当岩面喷厚达到23cm 后，回弹最小，且稳定，当喷射到附着在岩面的混凝土滑落、流淌时，一次喷厚达到最大，此时不能再继续喷射，应等喷射混凝土初凝后方能进行复喷。喷射时首先伸展机械手大臂调整喷头在边墙底部施喷位置，调整喷头距离、角度，完成上述工作后可开始喷射，喷射中尽量不要再调整喷头距离、角度及机械手大臂，仅需使用自动伸缩功能控制喷头在小臂上自动伸缩，即从一端缓慢运行到另一端来回23 次可完成一遍喷射；然后伸展大臂30cm 左右(在拱部根据隧道轮廓小臂做适当翻转)，大臂做垂直、水平移动，确保喷头与岩面的角度和距离，按上述顺序喷射下一

24、部位，如此循环完成需喷混凝土的喷面。231关键部位喷射工艺拱架中间拱部喷射作业：从两侧边墙底部开始向拱顶中心线进行喷射，采用分层、分片进行喷射，先对岩面初喷35cm后，然后再跟进机械手活动范围进行分片，按照分片进行分层喷射，以减少混凝土回弹量。拱架位置机械手喷头混凝土喷出量大，因此在拱架位置处容易形成空洞、不密实。一般格栅拱架容易在拱架内部形成小孔洞，型钢钢架容易在拱架背后形成空洞。喷射格栅钢架时，喷头距离受喷拱架距离控制在0.6m以内，便于精准填塞孔洞。喷射型钢钢架时，调整喷头角度，先由拱架两侧将拱架背后喷实。喷射作业完成后，人工将拱脚处回弹料清理干净，防止形成结块鼓包。小导管背后因网片搭接

25、伸出、小导管安装在拱架端头至掌子面间形成较为密集的障碍物，喷射混凝土时易形成空洞。在喷射该部位时应减小风压，使喷头尽量靠近受喷面进行喷射作业。喷射过程中形成的空洞，利用喷头伸入尚未封闭的孔内进行灌喷填补。实在无法处理的空洞，在喷射混凝土初凝前，人工进行处理。台阶连接部为了便于下部台阶拱架安装，对上一部位的拱架拱脚应采取覆盖措施，覆盖措施处理不当易造成连接部位形成软弱夹层。该部位喷射前人工清理覆盖物，并用喷头高压风吹扫连接部位，杂物、覆盖物等清理干净后，进行喷射混凝土作业。喷射时，喷头距离受喷位置控制在0.6m左右，根据受喷面适当调整喷射角度，采用小风压进行喷射作业，喷射饱满后，再喷射其他部位。

26、关键部位喷射工艺拱架中间喷射作业连接部位的喷射作业人工修整拱架突出的混凝土拱架位置喷射作业喷射混凝土收面人工修整拱架突出的混凝土关键部位喷射工艺喷砼收面喷射混凝土收面是控制喷射混凝土外观质量的重要工序。正常喷射作业时预留35cm的厚度，在拱架整体喷射完成后，先用铁锹将拱架面上突出的混凝土铲平后，开启喷头“自动刷动”，进行收面作业。收面作业时，喷头距离受喷位置2.0m为宜，风压采用0.6MPa，扫动喷射收面，可以保证喷射混凝土表面圆顺平整。光面爆破段如意隧道主要以级围岩为主，光面爆破是整个隧道的主要施工工艺，光面爆破受岩质、节理发育情况、开挖人员的水平影响，不可避免的出现局部坑洼不平，在喷射混凝

27、土作业时，先喷射凹坑部位，待凹坑部位基本填平时，开启喷头“自动刷动”由下而上进行喷射混凝土作业，喷头距离受喷面距离宜控制在1.5m，可提高喷射混凝土的平整度。新黄土段隧道开挖后出露的新黄土面松散，混凝土与黄土粘结性差，湿喷机喷射冲击力大，容易导致喷射混凝土与黏结的新黄土一起被冲掉，造成更大的回填。在新黄土段喷射作业时，先采用小风压，喷头距受喷面距离1.5m2.0m，初喷一层混凝土，形成封闭的硬壳，然后再按照正常的喷射工艺进行喷射作业。关键部位喷射工艺混凝土坍落度骨料最大粒径应小于16mm，否则会因阻力过大无法顺利喷出而冲掉喷嘴处塑料喷头或阻塞管路；混凝土坍落度宜为1418cm。风压、风量工作风

28、压宜为0.40.6MPa，风压的选择与混凝土的和易性有关，和易性越好，工作风压越小，反之越大。风压调整应根据工作面距离，合理选用机械手的输送管直径，确保得到合适的混凝土出口速度，实际施工中应根据混凝土和易性、风压稳定性影响进行调整，以保证喷射混凝土在喷射口形成连续喷射。喷射层厚度一次喷射层太厚，在自重作用下，喷层会出现错裂甚至引起塌落:太薄时大部分粗集料会回弹，喷层仅留砂浆，将影响喷射效果和质量。岩面整洁度对于较脏岩面，先用高压风或水清洗受喷面，提高混凝土与岩面的黏结力以达到喷射最佳效果。欠挖超标过多的先行局部处理。对于少量渗水岩面，一般情况下湿喷可以进行正常施工，对于渗水较严重，形成水流时就需要打设排水孔、挂防水板，采取引排措施后进行喷混作业。湿喷机械手喷射效果喷射混凝土表面平整、圆顺拱脚位置处无鼓包、结块喷射混凝土回弹率测量喷射混凝土回弹量测量测量方法为：喷浆料经