隧道工程施工基本知识

1/12隧道工程施工根本学问〔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力气和自支护力气。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。在特别状况下会消灭岩爆现象。.坑道稳定：指由于在大块状构造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，坑道稳定具有确定的自支护力气。在种状态下层间结合差的平缓岩层，顶板可能弯曲、断裂此时应实行局部支护。.坑道临时稳定：指由于在具有碎〔石〕块〔石〕状构造的围岩中，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，处于临时稳定状态。临时稳定时间有常有短，在外界〔如爆破、支撑顶替、回填不准时等〕和内部〔如地下水等〕的影响下，会丧失稳定，必需实行人工支护措施。指由于在块石土、积存土等围岩中，坑道在不支护条件下难以开挖，随挖随塌，处于不稳定状态。围岩无自支护力气或自支护时间极短，此时应实行牢靠的人工支护措施。坑道支护定义围岩自支护——指围岩自身具有的支护力气。人工支护——通过加固的方法来提高围岩的自支护力气或把握自支护力气的降低。坑道支护分类自支护 小导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〕人工支护作用初期支护的作用是为了保证施工安全，削减坑道围岩的松弛，准时把握地压的进展，把握围岩自支护力气的降低。充分利用围岩自身的自支护力气二次衬砌的作用是为了维护坑道的正常和耐久性的根本构造。人工支护类型〔级别〕①.饰面支护〔保护支护〕：机理：在利用围岩的自支护力气的根底上实行的一般保护措施。适用：坑道充分稳定目的：封闭岩面，防止围岩风化、掉块。2～3cm5cm②.构造支护：机理：在利用围岩的自支护力气的根底上实行的一种防止长期施工过程中自支护力气降低的保护措施适用：.坑道稳定目的：进展防止自支护力气降低的一般保护性的薄型构造支护。工法：5～8cm部锚杆。③.承载支护：机理：.围岩的自支护力气较差但坑道临时稳定，防止围岩失稳为了保证施工安全而实行保护措施〔此时施工阶段根本上是不承受荷载的。为初支变形根本收敛的地段，可后期进展二衬〕适用：坑道临时稳定。目的：进展确定的有承载力气的一次支护。10～15cm二次支护实行根本上实行混凝土衬砌④.特别承载支护：机理：围岩强度差自支护力气低，地表下沉，初支变形不收敛，坑道不稳定，为了保证施工安全而实行超前支护的保证措施〔此时施工阶段是承受荷载的。由于围岩自支护差，初支变形不能收敛，宜造成地表下沉和围岩坍塌，为了保证施工安全必需在收敛之前进展二衬的地段〕适用：坑道不稳定目的：承受强有力的支护手段来保证施工安全工法：用“先支后挖”即先超前支护〔如小导管等〕在进开放挖，然后进展初支〔如钢支撑、喷射混凝土等〕和二衬的施工方法。围岩分级、坑道稳定性、支护级别间关系围岩级别围岩级别稳定性级别支护级别Ⅰ充分稳定饰面ⅡⅢⅣⅤⅥ承载不稳定不承载掌子面超前支护——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，加固掌子面前方围岩、约束围岩的方法单 管——用于没有分散力的围岩，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——是向掌子面四周的围岩注浆，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——是向掌子面四周的围岩注浆，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承受的防止掌子面的安全措

留核心土——在掌子面中心留一局部原状土支撑掌子面，充分利用掌子面的空间支护效应。10/12⑵.稳定掌子面工法工法拱顶稳定掌子面稳定使用材料工法说明单管○钢管2～3超前支护锚杆◎○锚杆100～300，诸如水泥浆、水泥砂浆、水〔3Mpa〕压注泡沫尿烷，压注压0.2～0.5Mpa。钢插板为波外形〔像房瓦形〕，宽度承受15cm，在钢插板◎钢背板1.2～1.6m。斜 锚杆○锚 杆30～80cm，插入角度300～6003～4m，用水泥砂浆锚固。短 棚◎○管棚方法同小导管。间隔30～60cm。正面喷砼◎喷砼开挖后喷射砼3～10cm正面锚杆◎锚杆锚杆长2～3m，用水泥砂浆锚固。注：◎常常承受；○视状况承受。喷射混凝土①.喷射混凝土喷射混凝土的作用与效果p189②.喷射方式⑴.喷射方式分类搅拌机搅拌机喷射机喷嘴水 泥速凝剂压缩机水湿喷：水 泥

喷射机 喷嘴水⑵.喷射方式比较

速凝剂工程方式 干 喷 法 湿 喷 法混配合比凝治理上的特性土特

W/CW/C之比较小〔45%～55%〕。配比中，水/

以喷射低坍落度〔W/C〕的性 水泥比的调整会影响骨料的外表水率和 状况。要对混凝土的坍落度、空喷嘴前添加的水量。喷射手的娴熟程度 气量、强度等进展治理，也要注也有影响。

意对喷射量、喷射压力的治理。强 度加水后的混凝土即可喷射，因W/C比较 特 性小，对初期强度有利。粗骨料回弹量 初期强度也稍低些。〔初期强 单位水泥用量也多。度〕施压 送水平：150～200m;垂直：100～150m 垂直：30～50m工能 力 不管哪种方式，压送距离最好短些性施工能力 5～12m3/h 8～20m3/h粉 尘 少 多涌水对策因水量可调，削减用水量可堵涌水量小因水量可调，堵涌水效果较差涌水对策因水量可调，削减用水量可堵涌水量小因水量可调，堵涌水效果较差拌制时间的处所2h1h作业 性 机械、管路可用空气清扫 机械、管路要完全用水清洗⑶.③.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。④.喷射混凝土协作比平均值〔990年调查结果〕项 目粗骨料最大尺寸〔㎜〕

干 喷10～15㎜61.6 %

湿 喷10～15㎜62 %单位水泥用量(C)359kg/m3360kg/m3水灰比(W/C)53%56%速凝剂添加量(C×)6.7%5.9%坍落度〔%〕—8⑤.⑥钢支撑及格栅钢支撑——由型钢加工成需要外形，在现场拼装使用的一种刚性较大的支护构造。该构造可独立发挥承载作用。格 栅——由钢筋焊接加工成需要外形支护构造。该构造不能独立发挥承载作用，只能与喷射混凝土共用才能发挥承载作用。钢支撑及格栅的比较式格

优 点学作用。加工比较简洁，但要较大的加工设备；安装构件连接比较简洁、便利。配和才能充分发挥其力学作用。.重量小，易架设安装。变化。

缺 点隙。重量大，架设安装困难。，混凝土易开裂。1.5.5.喷射混凝土能完全保裹格栅，整体性好，背后不易留下空隙。8.混凝土衬砌①②③④⑤⑥⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺≤≥≦≧≮≯<<>⑴衬砌方法衬砌方法和比较方 先墙 后 拱 法适 隧道施工用断面封闭 闭性衬砌整体 好性⑵施工工艺①.灌注和捣固方法

先 拱 后 墙法不准时封闭整体性差仰拱位置灌注工艺捣固工艺项目标准 项目标准拱下部一次灌注高度40～50cm捣固器插入间隔50cm右流淌距离流淌度10cm右每处振动时间5～15s左右拱顶部灌注方式向上灌注捣固方法不捣固流淌距离10m左右仰拱边墙仰拱边墙砼灌注坠落高度1.5m捣固方法内部捣固器Ⅰ.向上〔450～600仰角〕压〔活塞〕灌注方法。砼灌注口的封堵方式②.养生养生方法：潮湿5d3d7d③.拆模2～3Mpa2～20h⑶.协作比①.强度： 协作强度>设计强度0.65③.坍落度、用水量、粗骨料粒径：坍落坍落度用水量粗骨料粒径项目坍落度〔㎜〕项 目项目80寸175素砼、承受最大值40部20～25㎜粗骨料最大尺1/4150～180 寸40㎜1652025二.围岩评价掌子面地质素描图的内容①.地质状态及其分布、性质和掌子面自稳性；②.围堰的软硬、裂缝间距及方向等围堰状态；③.断面的分布、走向、粘土化程度等；④.涌水地点、涌水量及其状态；⑤.脆弱层的分布；⑥.其他。掌子面地质观看称岩性

掌子面地质观看记录表〔中国铁路〕位 置 里 程 评 定距洞口距离〔m〕c〔MPa〕；φ=〔0〕指标

Rb〔MPa〕变形模数E=〔GPa〕γ〔KN/m3〕

Ib=〔MPa〕υ=其它说 明地下水 渗水量 ＜10枯燥或湿 10~25间或有〔L/min·10m〕 润 初始应 埋深H=(m)力状态 地质构造应力状态 其他围岩级 Ⅵ Ⅴ Ⅳ 备 注记录者

25~125常常渗水Ⅱ Ⅰ掌子面地质观看记录表〔日本〕掌子面地质观看结果表〔日本〕三.防水板乙烯三聚物 ECB乙烯三聚物 ECB沥青≥15.5≥560≤2.5乙烯—醋酸乙烯共聚物EVA≥20≥600≤2LLDPE -350C≥20 ≥600 ≤2 无裂纹亨度聚氯乙烯LDPE0.2Mpa/24h Q/SSJ·J02.01--1999无透水≥16≥500≤2HDPE≥20≥600≤2P型PVC优等品GB12952--91≥15≥250≤2-35C0无裂纹无透水规范指标≥12≥200≤2.5-200C无裂纹0.2Mpa/24h无透水项目拉伸断裂热处理低温抗渗品 种强度〔MP