隧道施工新技术讲义 新意法铣挖法长管棚法

18.02公里的秦岭终南山公路隧道是中国自行设计施工的世界最长的双洞单向公路隧道一、近年来隧道工程的技术进步二、隧道施工技术发展方向三、岩溶隧道安全施工理念四、隧道施工新技术五、近期铁路隧道施工安全案例近年来，随着公路铁路建设的快速发展，隧道修建技术有了长足的进步，具体表现在以下几个方面。1．高速铁路隧道关键技术已经形成。研究解决了列车在隧道内高速运行产生的空气动力学问题，确定了不同运行速度目标值隧道净空断面，制定了各项技术标准，确定了大断面隧道的支护衬砌参数及施工方法，确定了洞口结构型式，确定了长大隧道防灾救援的标准和措施。乌鞘岭隧道（20.5公里长）、石太客专太行山隧道（27公里长）的通车运营、宜万、贵广铁路（岩溶高风险）、云南大丽、玉蒙、大瑞等铁路（围岩破碎、复杂、多变）的建设，以及西格二线关角隧道（32公里，目前全国最长）、兰渝铁路西秦岭隧道（29公里，两台TBM结合矿山法施工）、木寨岭隧道的建设，标志着我们在长大隧道防灾救援、高压富水岩溶、断层突水突泥、高地应力、地质复杂多变等方面取得了很大的技术进步。郑西客运专线正线全长458km，隧道38座，77公里，隧线比16.8％。建设过程中曾出现地面开裂、围岩变形过大、支护结构开裂、坍方，施工一度受阻的情况，通过开展科研和工程实践的摸索，较好的控制了隧道和围岩的变形，有力的保证了隧道施工安全，逐步形成了一套大断面黄土隧道设计施工综合配套技术。北京地下铁路直径线采用单洞双线结构型式，采用盾构法和浅埋暗挖法施工；天津地下直径线、京津延长线解放路隧道采用盾构法施工；京石客专石家庄六线特大隧道采用深基坑明挖法施工；广深港二期福田车站及两端区间，车站采用超深大基坑明挖、局部下穿地铁车站冷冻暗挖施工、区间采用盾构法施工；都正在建设中。广深港客运专线狮子洋隧道，穿越珠江口狮子洋河段，是国内第一条水下铁路隧道。隧道工程范围全长10800m，采用四台泥水平衡式盾构施工。武广客运专线浏阳河隧道位于湖南省长沙市东部，隧道工程范围全长10100m，设三座竖井、一座斜井。根据隧道各段所处的地质、地面环境、隧道埋深等条件分别采用明挖法、钻爆法及非爆破法施工。狮子洋隧道照片浏阳河隧道照片“四化””施工机械化，各道工工序逐步步实现机机械化，，以设备备保工艺艺、以工工艺保质质量、以以质量保保安全（（部已重视视，颁布布了机械械配套指指南）工序标准化，各道工工序都建建立标准准，严格格按标准准作业(部已重视视，颁布布了施工工工序作作业指南南）。构件工厂化，管片、、仰拱块块、混凝凝土搅拌拌、钢拱拱架、预预埋件、、连接件件等尽量量厂制。。探测定量化，物探、、钻探、、检测等等尽量定定量，用用数据说说话。岩溶隧道道安全施施工要诀诀建设管理理要点口口诀“风险评评估、分分级管理理、加强强勘查、、动态设设计、机机械配套套、关键键工序、、质量为为本、安安全第一一”安全施工工口诀“有疑必必探、先先探后掘掘、不明明不掘、、物探先先行、钻钻探取证证”。“水平钻钻探、超超前炮孔孔、三米米岩盘、、安全监监控、进进洞条件件、防灾灾报警、、逃生演演练、警警钟长鸣鸣”。岩溶安全全放水口口诀“探清边边界、一一炮崩开开、视频频观测、、耐心等等待、安安全清淤淤、防止止次害、、洞内洞洞外、加加强警戒戒、逃生生路线、、牢记心心怀”高压富水水断层带带帷幕注注浆口诀诀探一段、、注一段段，稳扎扎稳打，，注一段段、挖一一段，段段段推进进。“探、绕、堵堵、放、排””探，就是探清楚水水压、充填物性性质、隧道与溶溶洞的边界关系系。（“三清三三不清”原则，，三清就是水压压、充填物性质质、隧道与溶洞洞的边界关系可可以探清也必须须探清，三不清清就是溶腔规模模、充填物和水水的量、水源探探不清楚）绕，就是迂回通过过，贯通后再处处理溶腔。堵，就是对于无水水的充填物进行行注浆封堵，管管棚支护通过。。放，就是隧道贯通通后侧向放水减减压、正向支护护通过（侧放正正过），如宜万万线野三关隧道道“602”溶溶腔处理，泄水水洞放水减压后后，正洞清淤支支护安全通过，，马鹿箐隧道““978溶腔””，泄水洞放水水减压后，正洞洞管棚支护安全全通过；或者，，迂回贯通后，，选择在旱季无无雨季节，正洞洞爆开、清淤、、支护通过（正正放正过），如如宜万线云雾山山隧道“526”、“617”溶腔，大支支坪“990””溶腔。排，就是做好排水水，特别是反坡坡排水，必要时时增设泄水洞1.新意法2.铣挖法3.自动导向长长管棚施工技术术4.隧道辅辅助施工设备软弱破碎围岩宜宜积极采用岩土土控制变形分析析法施工技术岩土控制变形分分析（ADECO-RS）施施工工法是通过过对隧道掌子面面超前核心岩土土体的勘察、量量测，预报围岩岩的应力——应应变形态并将其其划分为A、B、C三种类型型，据以信息化化设计支护措施施，确保隧道安安全穿越复杂地地层和实现全断断面开挖的一种种设计施工指导导原则。ADECO-RS工法理论基基础ADECO—RS工法，是意意大利人PietroLunardi在在研究围岩的压压力拱理论和新新奥法施工理论论的基础上提出出的，该工法把把主要的注意力力放在掌子面超超前核心土的稳稳定上，并以此此为基础对施工工方法进行选择择。PietroLunardi等人认为为隧道结构承受受最大应力的阶阶段并不是隧道道施工完成后,而是在隧道开开挖阶段。在此此阶段，原岩地地应力沿着隧道道开挖轮廓线产产生“拱部效应应”。ADECO-RS工法法根据压力拱在在隧道径向的形形成和远近把压压力拱分成三个个类型:：在近近部立即形成、、在远离隧道深深部形成、不能能形成，如图1。隧道“拱部效应应”的形成及其其位置，取决于于隧道开挖介质质对开挖施工““变形反应”的的特性以及大小小。对于隧道设设计工程师来讲讲最重要的一点点是要研究在隧隧道开挖时是否否存在拱部效应应以及如何形成成拱部效应，下下一步才是选用用适当的隧道开开挖和支护措施施。在此种认识的基基础上通过对1000多例隧隧道的研究，形形成了ADECO-RS工法法的核心观点：：掌子面前方超超前核心岩土的的滑动与隧道塌塌方之间存在着着紧密联系，隧隧道塌方总是发发生在核心土体体滑动之后。掌掌子面超前核心心岩土的强度、、稳定性以及对对变形的敏感性性在隧道施工中中起到决定性作作用。ADECO-RS工法主要指指导思想和原则则ADECO-RS工法是一种种通过研究隧道道掌子面超前核核心岩土的变形形状态为基础形形成的设计施工工指导原则，其其特点如下：a这种方法采采用的新型地下下工程概念是基基于开挖参数———掌子面超前前核心岩土体系系的应力—应变变分析方法。强强调对掌子面超超前核心岩土体体变形的监控量量测，掌握变形形反应。突出了了掌子面超前核核心岩土的预加加固要求。b基于ADECO-RS工工法的隧道设计计是依据施工信信息的动态设计计，不再有明显显的设计阶段和和施工阶段划分分。c此工法的的应用目的是控控制前方岩土体体的力学性质，，尽量使它的力力学性质保持一一致，即使在相相当复杂的地质质条件下，也能能满足隧道有序序开挖掘进和机机械化全断面施施工的要求。ADECO-RS工法对围岩岩条件较好及差差的隧道都适用用，特别是对难难以形成自然拱拱效应的松散围围岩隧道更能体体现其优越性。。支护方式支护断面示意图稳定短期稳定不稳定A1A2B1B2B3C1C2C3C4C5径向锚杆支护喷射混凝土加固玻纤锚杆加固核心土玻纤锚杆加固隧道围岩隧道仰拱预切槽小导洞径向岩层加固高压旋喷加固超前预注浆设置排水管超前支护变形现象厘米级10厘米级不可接受（a）掌子面挤压变变形（b）掌子面前方岩岩土的预收敛（（c）隧道开挖后洞洞身收敛及拱顶顶沉降监测由于ADECO-RS工法是是一种以关注掌掌子面超前核心心岩土的稳定性性为主要研究手手段，满足大断断面机械化施工工要求的工法，，因此在施工过过程中要有相应应的配套设备，，如高效率的双双臂管棚钻机、、全断面钢拱架架架设机、混凝凝土自动喷射机机等。在监测方方面也要有相应应的收敛量测、、掌子面核心土土的挤压变形、、预收敛量测等等设备。ADECO-RS工法运用于于隧道施工领域域使隧道施工技技术取得了很大大的成功，特别别是在软弱大断断面隧道中应用用和我们目前所所采用的“CRD”工法、眼眼镜工法相比其其安全性、施工工质量、施工进进度都具有较大大的优越性。除除双臂管棚钻机机外，其它配套套机械设备和玻玻纤注浆锚杆等等都可以国产化化，因此ADECO-RS工工法在我国具有有较大的推广前前景。2、铣挖法在国外已有多年年运用，具有很很成熟的施工经经验，在硬岩、、软岩和混凝土土施工中都有明明显的优点。铣挖法的特点1.适用范围广：在在中低硬度的岩岩石如风化岩、、凝灰岩中最大大可达到25～40m3/h，也可铣挖无钢钢筋或有少量钢钢筋的混凝土，，使用装在300吨挖机上的ER5000系列铣挖机，可可以轻松的铣挖挖配有30mm以下直径钢筋的的混凝土。2.低振动、低噪音音：可在有振动动或噪音限制的的地域如古建筑筑、医院周围有有效的替代爆破破施工，并能很很好的保护环境境。3.精确控制施工：：可以快速准确确的修整构造物物轮廓，应用在在隧道开挖中，，不但可以解决决令施工单位头头疼的欠挖问题题，还进而降低低施工单位“宁宁超勿欠”所引引起的成本增大大问题。4.铣挖下来的物质质粒径小且均匀匀，可直接作为为回填料。5.结构简单，使用用方便：它可以以安装在任何一一台既有的液压压挖掘机上，可可利用液压破碎碎锤或液压钳的的液压回路进行行安装，使用方方无需额外购买买挖掘机。在铲削搅拌桩在水下施工导向钻头内装有有特制的定位传传感器，传感器器通过信号线穿穿过钻杆连接孔孔外的显示器。。3、自动导向长管管棚施工技术导向跟管钻进法法原理同传统大管棚施施工方法相比，，有如下优点：：（１）能有效控控制棚管打设方方向，精度高，，外插角可预定定为0度；（２）管棚施作作距离长，工效效高，一次性施施作可超过100米；（３）将钢管作作钻杆直接打入入，不扩大孔位位；（４）孔底注浆浆，孔口返浆，，必要时封口注注浆,可固化管管外土体；（５）能按特殊殊要求的轨迹钻钻进，在隧道内内打设管棚无需需预设管棚工作作室。不能将管棚施工工单纯地看作一一种隧道施工的的超前支护手段段，而应作为超超前支护、超前前探测和施工监监测的综合手段段，形成新的管管棚设计与施工工理念。1、装备举重臂臂的一体型喷射射机钢支撑的架设，，一般来说国外外都是采用钢支支撑架设机械安安装的。例如日日本隧道采用的的装备有举重臂臂的一体型喷射射机。该机械，，就是在一体型型喷射机上，装装备了2个能够够安设钢支撑的的举重臂。隧道施工最危险险的作业是掌子子面灾害。因此此，在施工中，，喷混凝土作业业多是采用能够够远距离操作的的一体型喷射机机进行喷射作业业。钢支撑用能能够微调的举重重臂安设在规定定的位置。架设设钢支撑的时间间约5min，，设联系构件等等约12min，架设很快完完成，这就大大大减少了掌子面面灾害发生的概概率（风险）2、脚部补强的的施工机械在浅埋、软弱等等不良地质条件件下，特别是在在台阶法中，如如何控制拱部下下沉始终是一个个问题。目前采采用的方法就是是设置锁脚锚杆杆。日本在埋深深为0.15D～1.8D、、凝灰质的堆积积物的地质条件件下，采用了弯弯曲钻机设置弯弯曲形脚部补强强桩控制钢支撑撑的下沉。3.带有展开机机的台架为了施工的合理理化和减少焊接接数量，尽量采采用宽幅防水板板，但因作业范范围广、防水板板重量大，人力力展开困难。因因此可采用带有有机械式展开装装置的台架。带有展开机台架架的主要优缺点点如下。·即使重型防水水板也易于施工工；·采用宽幅防水水板、提高了施施工性，同时接接合部减少，也也提高了防水的的质量；·台架制作费用用较高。仰拱栈桥仰拱台车1.复杂岩溶隧隧道突水、突泥泥。2006年1月月21日，宜万万铁路马鹿箐隧隧道出口段平导导开挖至PDK255+978时发生突水水、突泥，突水水总量约18万万方，在抢险抽抽水时又多次发发生突水。这次次事故除多人逃逃生外，造成10人死亡，1人失踪。马鹿箐隧道突水水2007年8月5日凌晨1：00时左右，宜万铁铁路野三关隧道I线斜井向进口方方DK124+602掌子面右侧侧下部发生突水、、突泥，总突水量量约15万方，突突泥量5.4万方方。突水后，5个个掌子面人员受困困，共计52人被被困。43人获救救，其中1人医治治无效死亡。9人人中有2人在隧道道内死亡，7人失失踪。2007年4月30日15时30分太中银铁路吴吴堡隧道3#斜井井掌子面左侧拱脚脚部位发生坍方,坍方量约8立立方米,造成当场场死亡4人，1人人受轻伤。2007年8月6日18点30分分左右，石太客专专南庄隧道出口DIK151+603掌子面处上上导坑开挖刚完成成，在准备架设拱拱架过程中，上导导坑DIK151+603～610段已完成的初初期支护突然发生生整体坍塌。造成成1人死亡，1名名失踪。2006年7月6日5时10分，，黔桂线扩能改造造工程螃蟹冲隧道道出口突然发生坍坍方，6名施工作作业人员被困洞内内。经紧急抢救，，被困人员于7月月9日17时55分全部救出。2007年1月7日，武广客专高高岭隧道进口施工工掌子面后方30米处11米长段段落急剧变形，停停止开挖进行加固固处理。加强后，，变形继续加大，，部分地段开裂。。3月13日，日日平均拱顶沉降14cm，部分分地段开裂严重，，临时支撑严重变变形。为控制和减减小变形，部分地地段及时施作二次次衬砌、钢管扇形形支撑，变形仍在在继续，至3月25日，部分地段段地表最大沉降132.2cm，，拱顶最大沉降119.6cm。。至3月26日部部分初支混凝土开开始剥落、掉块，，随后开始坍塌，，至3月27日洞洞顶地表塌通，形形成长15米宽10米的陷坑。2007年7月15日下午，郑西西客专南山口隧道道斜井正洞施工至至DK69+173时，初喷过程程中掌子面左上角角出现掉块。7月月16、17、18日陆续出现掉掉块、坍塌，直至至钢拱架压垮、上上台阶全部被掩埋埋，坍塌长140多米。地表房屋屋出现裂纹，院内内地表出现起鼓现现象，所幸无人员员伤亡。施工中上上台阶长83m，，仰拱距最前掌子子面126m，二二衬距最前掌子面面146m。2007年9月2日凌晨3时25分，合宁铁路亭亭子山2号隧道在在拱部初期支护侵侵限部位换拱作业业时发生局部塌方方，5名工人被埋埋。当时，共有23名工人在该区区域作业，上方土土体突然坍塌，将将5名换拱作业人人员埋没，18名名工人及时安全撤撤出。亭子山2号号隧道全长1635米，已于2007年8月28日上导贯通，坍坍塌长度约6米，，总坍塌土方量约约1000立方米米，9月19日搜搜到遇难者尸体。。2006年10月月1日18时10分，石太客运专专线太行山隧道8号斜井，因钢筋筋焊接引燃泄水管管及防水板、通风风管，致使该斜井井正洞左线石家庄庄方向DK89+534处发生火火灾，造成4人死死亡、多人受伤。。2007年7月月13日6:30时，武广客运专专线牛岭隧道进行行矮边墙施工的施施工人员发现后方方防水板台架上有有烟