客运专线隧道施工

1、客运专线隧道施工技术讨论的主要内容：一、客运专线隧道的特点二、重点控制的施工环节三、设计的优化与变更四、主要施工方法五、不良地质地段的施工 一、客运专线隧道的特点 为了迎接市场竞争的挑战，近期，铁道部启动了以250km/h、300km/h和350km/h速度为目标的客运专线的建设工程，我国的铁路建设又进入了一个新阶段。由于速度的跨越，对构成线路的各种结构物，包括桥梁、隧道、轨道、路基等，提出了更加严格的要求和标准，也提出来许多前所未有的新课题。目前，正在建设的和拟建的几条客运专线都有大量的隧道工程涌现。在客运专线条件下，如何针对隧道观察的特点、认识和解决所面临的新问题，是一个值得研究的问题。

2、首先，如何认识客运专线中隧道工程与一般线路中隧道工程有何不同。(一)、列车运行的高速度，引起的列车空气动力学问题突出，不容忽视； 这包括： 隧道净空有效断面积的确定舒适性； 列车运行产生的空气压对结构物的影响耐久性； 对周边环境的影响缓冲结构的设置。三个方面的问题。(二)、考虑列车高速运营的特点，隧道的净空有效断面积增大，例如在350km/h速度的条件下,级围岩隧道的开挖断面积可达170m2，属于超大断面隧道的范畴，与三车道公路隧道的开挖断面积相当，给设计、施工提出来许多新课题；(三)、由于开挖断面积的增大，施工难度也急剧增加，特别是对一般地质条件下的初期支护技术和不良地质条件下的超前支护技术

3、，提出来很高的要求；(四)、列车高速运行的作用，对洞内轨道（包括基底结构，如仰拱或铺底、混凝土填充层等）的影响增大，不仅需要加强基底结构，对衬砌结构也具有一定的影响，不容忽视。(五)、对衬砌混凝土的耐久性，如抵抗列车风压的疲劳特性；如何保证初期支护的喷混凝土的耐久性?，以及大断面衬砌结构的抗开裂特性等，都提出来了明确的要求；(六)、由于这一轮隧道工程的数量特别巨大，因此，合理控制工程造价，意义也特别重大。 总之，目前要解决的问题是：高速运营条件下的超大断面隧道的设计施工问题。 因此、客运专线的隧道工程，将是提高我国隧道设计施工技术的重要机遇。我们应该下大力气，切实地做出具有时代意义的贡献。 二

4、、重点控制的施工环节控制的内容： 运输方式及隧道开挖 重视地质超前预报，尽早确定施工预案 监控量测及时反馈,调整支护参数与施工方案. 加强防排水施工工艺研究. 强化严格过程控制，保证工程质量。 运输方式及隧道开挖运输方式及隧道开挖 运输方式： 有轨运输与无轨运输； 以出碴车辆为例：需配车数 NaNa=x/y，X每个钻爆循环出碴所需车辆次，Y每车每爆破循环的装卸循环次数。x=K*Va/QB*aK土石松散系数；Va每循环出碴量m3(实方)；QB车容积m3；a满载系数。y=Ty/(t1+t2+t3+2L*60/) Ty每爆破循环要求运输时间；t1装车时间 min；t2卸车时间 min；t3调车及其它

5、干扰时间 min；L最大运输距离 km;平均行车速度km/h。 建议： 当隧道的单口掘进超过1.2km（双线1.8km），且无辅助坑道时宜采取有轨运输方式。 无论采取何种运输方式，施工中隧底混凝土均应尽可能跟紧掌子面以形成高质量通道。 隧道开挖方法 钻爆法（矿山法），以新奥法为代表； 机械法，如TBM、盾构法； 初期支护与地质预报 重视支护参数设计 高度重视隧道的初期支护动态设计 初期支护包括：喷混凝土、锚杆、钢支撑支撑或格栅、超前支护. 重视地质预报并纳入工序管理 隧道是一个管状的隐蔽工程，穿越崇山峻岭，穿过多种岩类甚至多个构造与地质年代，所经过的水文、地质条件十分复杂，设计阶段的地质勘察只

6、能给予基本的分析和判断，而对存在的不良地质地段如：断层、富水地段、岩溶等不可能作出精确的标识。因此，为探明前方围岩状况，取得准确的第一手资料，做好施工预案，获得设计与施工上的主动，施工过程中的地质超前预测预报必不可少并纳入工序管理。 地质预报的内容 断层及断层影响带的位置、规模及其性质。 软弱夹层的位置、规模及其性质。 岩溶的位置、规模及其性质。 不同岩性、围岩级别变化界面的位置。 工程地质灾害可能发生的位置和规模。 含水构造的位置、规模及其性质。 地质预报的方法：地质雷达、超前钻探、HSP(声波）、TSP（地震波）等。收集、掌握地区地质资料 探测资料研判，给出探测结论和工程措施意见超前水平钻

7、探，距离3050m红外线探水仪：距离约30m短距离探测：地质雷达，距离2030m地质预报工作和流程图长距离探测：TSP、HSP，预报距离80-150m掌子面地质调查与素描（每排炮后）补充地质调查 围岩监控量测 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。 量测目的: 掌握岩石位移和支护变形的动态 对围岩稳定性作出评

8、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. 评价支护结构的合理性及安全性. 为今后类似工程积累设计、施工资料 。 量测内容： 监控量测项目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并纳入工序管理，内容包括： 洞内收敛量测；拱顶下沉；地表沉降观测等。量测仪器 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。围岩级别断面间距（m）每断面测点数量净空变化拱顶下沉51012条基线13点10301条基线1点3

9、0501条基线1点必测项目量测断面间距和每断面测点数量 注：洞口及浅埋地段断面间距取小值。各选测项目量测断面的数量，宜在每级围岩内选有代表性的12个。软岩隧道的观测断面适当加密净空收敛量测基线布置示意图 量测频率位移速度（mm/d）量测频率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d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/23d5bb隧道开挖宽度 1次/7d量测频率1（按位移速度） 量测频率2（按距开挖面距离） 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 量测数据分析 量测数据整理、

10、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。 按变形管理等级指导施工 管 理 等 级管 理 位 移 （mm）施 工 状 态UU0/3可正常施工U0/3U2U0/3应加强支护U（2U0/3）U实测位移值；U0最大允许位移值 应采取特殊措施变形管理等级表 U/mm位移时程曲线示意图 根据位移变化速度判别 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

11、于0.2mm/d时，围岩达到基本稳定。 隧道防排水 隧道的防排水 隧道防水采取先期主动防水 .全工序.全过程防水的理念 结构防水 柔性防水层 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。防水板的施工 材质：聚乙烯 规格：宽度大于1.5m，厚度要求不小于1.2mm。 机具：专用焊接机 施工方法：无钉铺设。 铺设完成后的防水板与钢筋止水带 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。 两种典型止水带断面结构示意图 止水带端头板台车模板开挖轮廓线初期支护注浆防水 种类:

12、帷幕注浆.周边注浆.径向注浆 岩石地层预注浆设计压力应根据围岩水文地质条件合理定 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。 浆液：按需要可选用单液或双液浆。 三、设计的优化与变更 设计优化 优化原则 设计优化是对设计功能的进一步完善和对工程结构及安全的进一步加强。 设计优化的主要内容 施工图设计优化的重点是根据铁道部有关的技术法规和政策，按照施工现场的实际情况核对设计文件，理解设计意图，评估设计目的和功能，对工程结构、使用功能、安全性能等方面进行优化.四、主要施工方法 隧道的开挖方法 在矿山法施工的隧道中，其开挖方

13、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、长台开挖方法横断面示意纵断面示意全断面法下导洞超前法台阶法环形开挖预留核心土法双侧壁导坑法中洞法中隔壁法（CD法）交叉中隔壁法（CRD法）隧道主要开挖方法表 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。开挖方法适用围岩级别及说明备注全断面法1 单线隧道、级围岩；2 双线隧道、级围岩；3 地下水状态：干燥或潮湿。循环进尺宜控制在34.0m。下导洞超前法1 单线隧道、级围岩；2 双线隧道、级围岩

14、；3 地下水状态：有渗水或股水。台阶法1 单线级、级围岩；2 双线级围岩；3 地下水状态：干燥或潮湿。台阶长度应有利于施工操作和机械设备效率的发挥，同时应利于支护尽早封闭成环。环形开挖预留核心土法1 单线、级围岩；2 双线、级围岩；3 地下水状态：有渗水或股水。施工中应尽量减少开挖分部，采用大断面分部双侧壁导坑法1 单线、级围岩；2 双线隧道、级围岩；3 地下水状态：有渗水或股水。中洞法双联拱隧道中隔壁法（CD法）单、双线隧道、级围岩、浅埋隧道、三线隧道。交叉中隔壁法（CRD法）双线、三线隧道、级围岩、浅埋隧道。 客运专线隧道各类施工（开挖）方法适用条件 隧道的控制爆破 一般有两种：光面爆破、

15、预裂爆破. 架立完毕的工字钢架与锚杆 工字钢拱架与锚杆的安装 五、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. 超前支护 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。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

16、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。1001.432m3m40cm施工方法参数设计 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）； 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。 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

17、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。 注浆 主要种类: 单液注浆 水泥-水玻璃双液法注浆 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。支护机

18、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。 大管棚施工示意图钢管顶入静压顶入施工现场 水平旋喷桩预支护 水平旋喷预支护在国外又叫作“旋喷拱棚预支护”，与管棚、预切槽均为预支护强有力方案中的一种，水平旋喷在国内外的隧道预支护中已得到成功应用。作用机理：水平旋喷的原理同竖直旋喷，只是将钻杆水平钻进进行旋喷注浆。在不良地质隧道工作面前方，沿隧道开挖外轮廓线利用钻机钻孔，然后把带有喷头的喷浆管放至地层预定的位置，边后退边高压旋喷注浆,用从喷嘴出口喷出的浆液射流冲击和破坏地层。剥离的土颗粒在喷射流的力的作用下，与注入的浆液掺搅混合，并按一定的浆土比例有规律地重新排列，在土体中形成固结体。相邻的旋喷固结桩体相互搭接咬合形成旋喷桩拱棚，与钢支撑共同作用，达到支护目的。 水平旋喷适用于软土、粘性土、黄土、砂类土、砂砾卵石层等。水平旋喷直接用射流破碎土层，在破碎范围内固结体质量能够保证。其没 有塌孔的危险，在浅埋、软弱围岩隧道施工中能够有效防止渗漏，控制围岩的变形，防止地表沉降并可