隧道工程施工基本知识

1、隧道工程施工基本学问（参照西南交大关宝树的隧道工程施工要点集章节编写）一. 隧道工程支护1.坑道稳定性稳定状态分类 .坑道充分稳定：指由于岩体强度高（R >60MPa）、完整（裂隙间距>1.0m）、不易松弛（如坚硬的花岗岩、石灰岩等），开挖坑道后在长时间内有足够的自稳实力和自支护实力。在种状态下无需任何人工支护而能维持稳定，无坍塌、间或有掉块。在特别状况下会出现岩爆现象。 .坑道稳定： 指由于在大块状结构的岩体及整体状的中硬岩(R >30MPa)中会爆破、岩块结合松弛而产生局部掉快，但不会坍塌，坑道稳定具有肯定的自支护实力。 在种状态下层间结合差的平缓岩层，顶板可能弯曲、断裂

2、此时应实行局部支护。 .坑道短暂稳定：指由于在具有碎（石）块（石）状结构的围岩中，开挖坑道后常常呈现不同程度的坍塌现象，坍塌后坑道常呈拱形，处于短暂稳定状态。短暂稳定时间有常有短，在外界（如爆破、支撑顶替、回填不刚好等）和内部（如地下水等）的影响下，会丢失稳定，必需实行人工支护措施。. 坑道不稳定：指由于在块石土、积累土等围岩中，坑道在不支护条件下难以开挖，随挖随塌，处于不稳定状态。围岩无自支护实力或自支护时间极短，此时应实行牢靠的人工支护措施。2.坑道支护定义围岩自支护指围岩自身具有的支护实力。人工支护通过加固的方法来提高围岩的自支护实力或限制自支护实力的降低。3.坑道支护分类 自支护 小导

3、管注浆 超前支护 管棚坑道支护 锁脚锚杆 一次支护 围岩注浆 钢支撑 人工支护 初期支护 锚杆喷射混凝土 二次支护（衬砌）4. 人工支护作用初期支护的作用是为了保证施工平安，削减坑道围岩的松弛，刚好限制地压的发展，限制围岩自支护实力的降低。充分利用围岩自身的自支护实力二次衬砌的作用是为了维护坑道的正常和耐久性的基本结构。5.人工支护类型（级别）.饰面支护（爱护支护）： 机理：在利用围岩的自支护实力的基础上实行的一般爱护措施。 适用：坑道充分稳定 目的：封闭岩面，防止围岩风化、掉块。 工法：一般在岩表面喷射23cm的水泥砂浆或5cm的喷射混凝土。.构造支护： 机理：在利用围岩的自支护实力的基础上

4、实行的一种防止长期施工过程中自支护实力降低的爱护措施 适用：.坑道稳定 目的：进行防止自支护实力降低的一般爱护性的薄型结构支护。 工法：58cm的喷射混凝土，如有掉块的可能时可设置肯定长度的局部锚杆。.承载支护： 机理：. 围岩的自支护实力较差但坑道短暂稳定，防止围岩失稳为了保证施工平安而实行爱护措施（此时施工阶段基本上是不承受荷载的。为初支变形基本收敛的地段，可后期进行二衬） 适用：坑道短暂稳定。 目的：进行肯定的有承载实力的一次支护。工法：一次支护实行1015cm的喷射混凝土肯定长度的系统锚杆。 二次支护实行基本上实行混凝土衬砌.特别承载支护： 机理：围岩强度差自支护实力低，地表下沉，初支

5、变形不收敛，坑道不稳定，为了保证施工平安而实行超前支护的保证措施（此时施工阶段是承受荷载的。因为围岩自支护差，初支变形不能收敛，宜造成地表下沉和围岩坍塌，为了保证施工平安必需在收敛之前进行二衬的地段） 适用：坑道不稳定 目的：采纳强有力的支护手段来保证施工平安 工法：用“先支后挖”即先超前支护（如小导管等）在进行开挖，然后进行初支（如钢支撑、喷射混凝土等）和二衬的施工方法。 5. 围岩分级、坑道稳定性、支护级别间关系围岩级别稳定性级别充分稳定稳定短暂稳定不稳定支护级别饰面结构承载不承载 6. 掌子面. 掌子面工法作用超前支护 是沿隧道外轮廓以低角度打设锚杆、单一钢管、钢筋等的方式防止掉块，加固

6、掌子面前方围岩、约束围岩的方法单 管用于没有凝合力的围岩，以防止拱顶松驰、崩啦。钢 插 板在倒塌性显著的围岩中，以较大面积支护拱顶的手段。小导管注浆是向掌子面旁边的围岩注浆，以改善围岩状况，保证掌子面稳的方法。斜 锚 杆是在掌子面拱顶的围岩打入锚杆注浆锚固，提高掌子面的自稳性的措施。小管棚注浆是向掌子面旁边的围岩注浆，以改善围岩状况，保证掌子面稳的方法。正面喷砼 是防止掌子面松弛，提高掌子面的自稳性的措施。正面锚杆 是在有显著倒塌的状况下采纳的防止掌子面的平安措施。， 留核心土 在掌子面中心留一部分原状土支撑掌子面，充分利用掌子面的空间支护效应。.稳定掌子面工法 工 法拱顶稳定掌子面稳 定使

7、用材 料工 法 说 明超前支护单 管钢 管打入间距3060cm，打入仰角50300，打入长度为进尺的23倍。锚 杆锚 杆小导管小导管打入仰角100300，诸如水泥浆、水泥砂浆、水玻璃等，还可用高压（3Mpa）压注泡沫尿烷，压注压力约0.20.5Mpa。钢插板钢背板钢插板为波形态（像房瓦形），宽度采纳15cm，在拱部范围1200内，打入间距30cm，长度为1.21.6m。斜 锚 杆锚 杆在掌子面拱部的斜上方以间隔3080cm，插入角度300600，锚杆长34 m，用水泥砂浆锚固。短 管 棚管 棚方法同小导管。间隔3060cm。正面喷砼喷 砼 开挖后喷射砼310cm正面锚杆锚 杆锚杆长23 m，用

8、水泥砂浆锚固。注：常常采纳；视状况采纳。7.喷射混凝土.喷射混凝土喷射混凝土的作用和效果p189.喷射方式1. 喷射方式分类A.干喷：细 骨 料喷射机搅拌机粗 骨 料喷嘴水 泥速凝剂水压缩机B.湿喷：细 骨 料粗 骨 料喷射机搅拌机水 泥喷嘴水压缩机速凝剂2. 喷射方式比较项目方式干 喷 法湿 喷 法混凝土特 性配 合 比管理上的特性依据喷射面的状况，W/C是在喷嘴出管理，而由喷射工确定W/C。由于机械的改良，可以让W/C有位小的变动。W/C之比较小（45%55%）。配比中，水/水泥比的调整会影响骨料的表面水率和 喷嘴前添加的水量。喷射手的娴熟程度也有影响。由于机械性能的提高和改善，可以喷射低

9、坍落度（降低W/C）的混凝土。喷射混凝土是用拌合设备制造的。接近常灌注混凝土的状况。要对混凝土的坍落度、空气量、强度等进行管理，也要留意对喷射量、喷射压力的管理。强 度特 性（初期强度 ）加水后的混凝土即可喷射，因W/C比较小，对初期强度有利。粗骨料回弹量大，因此单位水泥用量也多。为了确保施工性，W/C稍大些，初期强度也稍低些。施工性压 送能 力水平：150200m;垂直：100150m水平：150m;垂直：3050m不管哪种方式，压送距离最好短些施 工 能 力512 m3/h820 m3/h其他粉 尘少多回 弹小大涌 水 对 策因水量可调，削减用水量可堵涌水量小的处所因水量可调，堵涌水效果较

10、差拌 制 时 间依据水量，最好在2 h内依据水量，最好在1 h内作 业 性机械、管路可用空气清扫机械、管路要完全用水清洗. .速凝剂种类 矾土系（矿物系）粉体 硫铝酸钙系（矿物系） 铝酸钠钙系（矿物系） 速凝剂 铝酸盐系 铝酸盐系 液体 水溶性铝酸盐系 速凝剂应依据围岩条件、喷射位置、气温条件增减。 . 喷射混凝土协作比平均值（日本990年调查结果）项 目干 喷湿 喷粗骨料最大尺寸（）1 0 1 5 1 0 1 5 细骨料率（s/a）6 1 .6 %62 %单位水泥用量(C)3 5 9 kg/m33 6 0 kg/m3水灰比(W/C)5 3 %5 6 %速凝剂添加量(C×)6 .7

11、%5 .9 %坍落度（%）8.8.钢支撑及格栅钢支撑由型钢加工成须要形态，在现场拼装运用的一种刚性较大的支护结构。该结构可独立发挥承载作用。格 栅由钢筋焊接加工成须要形态支护结构。该结构不能独立发挥承载作用，只能和喷射混凝土共用才能发挥承载作用。钢支撑及格栅的比较支撑形式优 点缺 点钢支撑1.架设后能够马上承载，充分发挥其力学作用。2.加工比较简单，但要较大的加工设备；3.安装构件连接比较简洁、便利。1.背后的混凝土不易填充密实，留有空隙。2.重量大，架设安装困难。3.钢支撑的变形和混凝土的变形不一样，混凝土易开裂。格 栅1.架设后不能马上承载，必需和混凝土配和才能充分发挥其力学作用。2.加工

12、简单，且不要大型的加工设备；3. .重量小，易架设安装。4.因具有肯定的柔性，能够适应围岩的改变。5. 喷射混凝土能完全保裹格栅，整体性好，背后不易留下空隙。1.8.混凝土衬砌 <<>衬砌方法衬砌方法和比较方 法先 墙 后 拱 法先 拱 后 墙 法适 用大多数隧道施工在懦弱围岩隧道采纳台阶法中可采纳断面封闭性刚好封闭不刚好封闭衬砌整体性整体性好整体性差防 水 性施 工 性仰拱施工仰拱衬砌变异使 用 性 施工工艺.灌注和捣固方法位 置灌 注 工 艺捣 固 工 艺项 目标 准项 目标 准仰 拱边 墙拱下部砼灌注坠落高度1.5m以下捣固方法内部捣固器一次灌注高度4050 cm左右捣

13、固器插入间隔50 cm左右流淌距离流淌捣固器的插入深度下层砼中10cm左右每处振动时间515 s 左右拱顶部灌注方式向上灌注捣固方法不捣固流淌距离10 m 左右A. 拱顶部砼灌注方法.向上（设450600仰角）灌注方法； .引拨灌注方法；.挤压（活塞）灌注方法。B. 砼灌注口的封堵方式. 百叶窗封堵方式； .油缸封堵方式；. 潜望镜封堵方式。.养生养生方法：潮湿养生时间：（以平均气温150C） 一般水泥5d；早强水泥3d；其他7 d .拆模 拆模时间：达到23Mpa时隧道的衬砌能承受砼自重的强度。 多在220h左右拆模。 .协作比 .强度： 协作强度 > 设计强度.水灰比： 原则上 &l

14、t; 0.65.坍落度、用水量、粗骨料粒径：主要指标举荐值坍 落 度用 水 量粗 骨 料 粒 径项 目坍 落 度（）项 目用 水 量（kg/m3）项 目采纳最大值()仰 拱80粗骨料最大尺寸2025175素 砼、钢筋砼仰供40构件最小尺寸的1/4边墙、拱部150180粗骨料最大尺寸40165钢 筋 砼20 或 25二. 围岩评价1. 掌子面地质素描图的内容. 地质状态及其分布、性质和掌子面自稳性；. 围堰的软硬、裂缝间距及方向等围堰状态；. 断面的分布、走向、粘土化程度等；. 涌水地点、涌水量及其状态；. 懦弱层的分布；. 其他。2. 掌子面地质视察掌子面地质视察记录表（中国铁路）工程名称位 置里 程评 定距洞口距离（m）岩性指标岩石类型（名称）粘结力c =（MPa）； =（0）单轴抗压极限强度 R b = （MPa）电荷载强度 I b =（MPa）变形模数E =（GPa）泊松比 =自然容重 =（KN/m3）其它岩体完整状态说 明地下水渗水量（L/min·10m）10 干燥或潮湿1025 间或有水25125 常常渗水初始应力状态埋深 H = (m)地质结构应力状态其他围 岩 级备 注记录者掌子面地质视察记录表（日本）掌子面地质视察结果表（日本）三. 防水板防 水 板 性 能项 目品 种拉伸强度（MPa）