隧道工程施工技術總結

經濟 釋淨空 跟我發現新科技 跟我發現新科技 2017-11-01

隧道地層開挖完成後,出現巖壁的臨空面,改變了圍巖的應力狀態,巖壁產生了趨向隧道內的變形,隨著應力的增長,超過隧道圍巖強度時,圍巖產生失穩。

  1. 隧道襯砌(初襯)

  1. 隧道噴錨支護

    採用噴錨支護可以發揮圍巖的自承能力,有效地利用了淨空,提高了作業的安全性和效率,能夠適應軟弱岩層和膨脹性岩層的開挖,可以整治隧道圍巖的塌方、襯砌的破裂

    錨杆作用:1、支撐圍巖、限制約束圍巖變形,並向表層圍巖施加壓力從而使二軸應力的圍巖實現三軸應力的穩定狀態,阻止圍巖應力的衰減;2、加固圍巖的作用,將節理髮育的圍巖和鬆動的圍巖形成整體,成為隧道外圍的加固帶。3、提高圍巖的層間摩阻力,用錨杆群能把數層圍巖聯接在一起,形成層狀組合樑;4、懸吊作用,為了防止個別不穩定圍巖掉落,將其用錨杆和穩定圍巖相聯接固定,防止失穩。(擠壓串懸)

    噴射混凝土:利用溼噴或幹噴機把摻有細骨料的混凝土以適當的壓力噴射到洞壁,迅速固結形成的支護形式。作用:1、支承圍巖的作用;2、防止不穩定塊體的滑塌;3、填平補強圍巖,使圍巖的破裂面粘合,一起發揮圍巖的咬合作用。4、覆蓋保護作用,形成防風化和隔水的保護層,避免裂隙中的填充物流失;5、阻止周圍的圍巖鬆動,其緊跟隧道掘進,對周邊圍巖進行支護,早期強度高,防止圍巖鬆動塌落;6、分配外力,通過噴射混凝土把外力傳遞給錨杆,鋼拱架共同承擔外力的作用。(粘結成體保護分力)

  2. 鋼支撐結合噴錨支護

    鋼支撐與錨噴支護的原理不同,鋼支撐是被動支撐來維持圍巖的穩定。二者結合是現在隧道支護常用的方式。

    矩形鋼格柵一般用在鋼拱架間補強,三角形鋼格柵本身類似鋼拱架的作用,可以和混凝土共同作用形成支撐。

  1. 二襯

    隧道要滿足耐久性、穩定性、美觀性等使用功能要求,因此模築混凝土施工是隧道施工的必備。

  1. 施工準備工作

  1. 拌和站驗收成功,二襯混凝土配合比設計已完成能滿足正常施工;2二襯砌模板臺車組裝完成並驗收成功,罐車、混凝土泵等施工機械設備狀態良好。3、土工布、防水板、止水帶、鋼筋等各種材料已經進場且檢驗報告合格。

  1. 初支檢測

    二襯施工前要確保初期施工合格,需做以下檢測:

  1. 施工前對隧道淨空斷面進行檢測,對個別欠挖部位進行處理,以滿足淨空斷面要求,隧道不應欠挖。當圍巖完整、石質堅硬時,方容許岩石個別突出部分(每1m2不大於0.1m2)侵入襯砌,整體式襯砌應小於10cm,其他襯砌不應大於5cm。拱腳和拱腳以上1m內斷面嚴禁欠挖。

  2. 二襯一般應在圍巖和初期支護基本穩定後施工,初期支護變形基本穩定後施工,初期支護變形基本穩定可參考下列條件判斷:隧道水平淨空變化速度及拱頂或拱底板垂直位移速度明顯下降;隧道位移相對值已達到總相對位移量的90%以上。

  3. 隧道工程施工技術總結

  4. 需對初支背後空洞進行無損檢測,若有空洞現象應進行注漿填充,初期支護應無空鼓、裂縫、鬆酥,表面應平順,凹凸量不得超過超出±5cm,不符合部分應進行補噴

  5. 初支有滲漏水處,採用回填注漿進行堵水,以保證基面無明顯漏水,也可土工布包裹打孔波紋管+防水板,進行縱向排水盲溝(見後圖)

  6. 對初期支護混凝土表面外露的錨杆頭,鋼筋尖頭等硬物質割除,其處理方法:對鋼筋網、管道等凸出部分,先切斷,用砂漿抹成弧形,防止戳破防水板;對錨杆突出部分,端頭頂預留5mm切斷後,用塑料帽進行處理。

    欠挖合規、沉降穩定、表觀平順、無滲水、無外露

  1. 盲管安裝

    拱部環形排水管與隧道縱向排水管相連。

  2. 鋪掛複合型防水板

  1. 為保證防水板鋪掛質量,應先進行試鋪定位;

  2. 防水板鋪設時,先牆後拱,下部防水板要壓住上部防水板,小里程方向防水板要壓住大里程方向防水板。防水板固定點梅花形佈置均勻;

  3. 防水板鋪設基層平整度(凹槽深度與寬度之比,即D/L大於1/10);

  4. 防水板採用自動爬行熱焊機進行焊接,焊接時搭接小於15cm,單條焊縫的有效焊縫寬度不小於15mm;

  5. 焊縫檢測:往焊縫中間的空氣道充氣,當壓力錶達到0.25MPa時停止充氣,保證15min,壓力下降在10%以內,說明焊縫合格,若果壓力下降過快,說明未焊好,用肥皂誰塗在焊縫上,有氣泡的地方重新焊補。先取一小塊防水板除盡兩防水板灰塵後,將其至於破損處,然後用手電熱熔接

  1. 鋼筋加工及安裝

    注意不要在臺車上焊接鋼筋,以防引發火災。臺車上多備用滅火器!

  2. 預埋注漿

    為防止初支和二襯間有空隙,在二襯澆築時預埋注漿管,發現有空隙可以注漿處理。每10米左右預留一個

  3. 預埋襯砌綜合接地

    一般用於高速鐵路隧道中,是鐵路隧道的主要組成部分,要注意和安裝工程的圖紙結合施工做預埋。

  4. 模板臺車就位

  1. 定位前對模板表面進行打磨,然後刷脫模劑,要求採用無色透明的脫模劑,脫模劑要均勻塗抹在面板上,嚴禁局部淤積

  2. 臺車模板就位前仔細檢查防水板,排水盲管襯砌鋼筋預埋件等隱蔽工程並做好記錄,臺車就位後檢查中線及斷面尺寸等並做好記錄;

  3. 臺車模板定位採用5點定位法,即:以襯砌圓心為原點建立平面座標系,通過控制頂模中心點、頂模與側模的鉸接點的底腳點來精確控制檯車就位;

  4. 臺車模板與混凝土搭接不小於10cm,就位檢查臺車各節點連接是否牢固,有無錯動移位情況,模板是否翹曲或扭動,位置是否準確;

  1. 其他

    1、止水帶:分外貼式橡膠止水帶和中埋式橡膠止水帶

2、拆模:最後一盤混凝土強度達到70%方可拆模,試件同條件養護;

3、臺車混凝土澆注:由下向上分層澆注,傾落自由高度不超過2m,臺車前後混凝土澆築高度不大於0.6m,左右混凝土高度不超過0.5m;

隧道工程施工技術總結

  1. 隧道的輔助施工技術

    包括工作面的輔助施工和其他輔助施工。通過對隧道開挖發現,當隧道通過複雜條件的地質圍巖時,由於地質條件的影響,在進行掌子面的掘進之後,往往來不及進行襯砌施工,就開始出現塌方、崩漏,嚴重威脅工期和人員設備的安全,下面這些措施從增加圍巖自承能力,為後續開襯砌提供了時間和保障。

  1. 長管棚

    一般為了通過淺埋段,或者安全進洞常採用的措施。一般有效距離40m左右。可以一直採用到貫通,但造價較高;

  2. 超前小導管配合長管棚

    對長管棚偏移,交叉造成的空白區進行補強。利用超前小導管的可視性強,利於掌握方向配合長管棚施工。

    一般使用於淺埋段、易產生流變地帶、褶皺斷裂帶甚至是大塌方地段。對工期(一次施做影響工期5-10天左右)和造價影響較大,一般在進洞或大塌方地帶選用。

  3. 超前小導管注漿施工

    在圍巖有自承能力時適用,視現場情況而定。

  4. 帷幕注漿

    出現湧水湧泥地段時,掌子面預留核心土不能滿足要求時採用帷幕注漿,一般採用以堵為主,限量排放的原則。通過超前預注漿控制地下水的流量,保證施工安全。注漿範圍為開挖輪廓線2米範圍

    掌子面注漿:打孔注漿由外向內,同環間隔實施,空口設空口管,並埋設牢固有良好的止漿措施。實施過程不應中斷,儘量避免因機械故障導致的停水、停電器材等問題造成的被迫中斷。孔深27m左右,注漿開挖斷面,在距離導管末端3m左右再次施做止漿牆。通過漿液擴散達到穩固圍巖的作用,一般擴散範圍2-3m左右,現場通過實驗確定

    根據工程地質條件和注漿目的及各種漿液材料的滲透性、滲透係數,注漿材料的選擇原則如下:圍巖裂隙發育,可注性好的地層,可採用普通水泥漿液或水泥-水玻璃漿液。粉細砂地層(粘土含量低於2%)或圍巖裂隙發育一般、可注性一般的地層,可採用超細水泥漿液或TGRM超細雙液注漿材料。

    注漿量的預估:由於漿液的擴散半徑與岩層裂隙很難精密測定,為準備註漿材料,根據隧道工程地質,水文條件和注漿方案及所選擇的注漿材料,進行注漿量的估算。注漿量的估算按下式進行Q=Ana(1+β)。Q-注漿總量,A注漿範圍圍巖體積。N-圍巖孔隙率;a-漿液填充係數;β注漿材料損耗係數。

注漿壓力計算:注漿壓力是注漿施工的重要參數,它關係到注漿施工的質量及是否經濟。因此,正確確定注漿壓力與合理運用壓力有著重要意義。注漿壓力與岩層裂隙發育程度、壓力、漿液材料的粘度和膠結時間長短等有關。目前均憑藉經驗確定。通常按如下經驗公式計算。

P1<P<(3-5)P’

P=P’+0.5-1.5MPa

式中P-設計注漿壓力,P’注漿處靜水壓力

注漿工藝要求:注漿前,在類似地質條件下的岩層中進行注漿實驗,初步掌握漿液填充率、注漿量、漿液配合比、凝膠時間、漿液擴散半徑、注漿終壓指標等;孔口位置準確定位,與設計位置的容許偏差為±5cm,偏角應符合設計要求,每鑽進一段,檢查一段,及時糾偏,孔底位置應小於30cm;

鑽孔與注漿順序應由外向內,同一圈孔間隔施工;岩層破碎容易造成塌孔或鑽孔湧水過大時,應採用前進式注漿,否則採用後退式注漿。設孔口管,孔口管應埋設牢固並有良好的止漿措施,一個孔段的注漿作業一般應連續進行直到結束,不宜中斷,應儘量避免因機械故障、停電、停水、器材等問題造成的被迫中斷,對於因實行間歇注漿制止串漿冒漿等而有意中斷,則應先掃孔至原設計深度後進行停注。

注漿結束標準:單孔結束標準:注漿壓力逐步升高至設計終壓,並繼續注漿10min以上,注漿結束時的注漿量小於20L/min;全段結束標準:所有單孔均符合注漿結束條件,無漏注現象,注漿後湧水量小於1m3/m.d,漿液有效注入範圍大於設計值

  1. 通風防塵

    隧道的施工通風,主要採用機械通風,按照風道類型和通風機安裝位置的不同,機械式通風可分為風管式和巷道式兩種。

  1. 風管式通風是用軟管風道,根據隧道內空氣流向的不同又可分為壓入式、吸出式、組合式三種形式。

  2. 巷道式通風:適用於有平行導坑的長隧道,其特點是通過最前面的橫通道,使正洞和平行導坑組成一個循環風流系統,在平導洞口附近安裝通風機,將汙濁空氣由平導吸出,新鮮空氣由正洞流入,形成循環風流。

  3. 通風計算:通風計算的依據:按洞內同時工作的最多人數計算;按同時爆炸的最多炸藥量計算;按內燃機作業廢氣稀釋的需要計算;按洞內容許最小風速計算。通風機的供風量除滿足上述計算的需要風量外,一般考慮漏風係數計算(0.8)。Q供=pQ Q-前述計算結果的最大值計算風量。P-漏風係數(0.8);

  4. 防塵的必要性:在隧道施工中,鑿巖、爆破、裝渣、噴射混凝土多項作業都有粉塵的產生,其中以鑿巖和噴射混凝土粉塵最多,必須採取多種措施,把粉塵濃度降低到2mg/m3以下標準。

  5. 除塵措施:①溼式鑿巖是在鑽巖過程中利用高壓水溼潤粉塵,使其成為岩漿流出炮眼,防止粉塵飛揚;②機械通風是降低洞內粉塵濃度的重要手段,通風可以稀釋有害氣體濃度給施工人員提供足夠的新鮮空氣,因此,除爆破後需要通風外,還應保持通風的經常性,這對於消除裝渣運輸中產生的粉塵是十分必要的。③噴霧灑水和沖刷巖壁,不僅可以消除爆破,出渣所產生的粉塵,而且可以吸收和溶解少量有害氣體,並能降低坑道溫度,使空氣變得乾淨清爽,也可降低巖爆發生的可能性。⑤個人防護,主要是指帶防塵口罩,在鑿巖噴射混凝土等作業時佩戴防噪聲的耳塞及防護眼鏡等。

  1. 壓縮空氣供應

    空壓機設置不宜距離隧道口距離太遠。

    壓縮空氣的計算,空壓機的生產能力可以按下式計算:Q=(1+б)KKm∑qm/min,式中б-空壓機使用安全係數,電動空壓機為1.3~1.5,內燃空壓機為1.36-1.6;

    K~空壓機磨損引起效率降低的修正係數,K=1.05~1.1

    KM-海拔高度增加引起的耗風量修正係數,4500m以下時,為1.0-1.43(每增加300m,KM增加0.04-0.03);

    ∑q—同時工作的各種風動工具耗風量,∑q=Nqk1k2;

    N –使用臺數,q—每臺耗風量,m3/min;

    K1-同時工作係數,鑿岩機為1.00-0.65,其他風動工具為1.0-0.55;K2—風動工具磨損係數,鑿岩機為1.15,其他風動工具為1.1;

    管道的計算:d=20√Qimm

    Qi—在管路中通過的壓氣量m3/min,經驗:Φ100-300mm,管壁厚度一般為4-6mm,型號表示Φ108×4.5mm,壓風管一般採用無縫鋼管,直徑根據工作面的需風量計算;

  2. 施工給排水

水質要求:凡無臭味不含有害物質的潔淨天然水都可以做施工用水,但仍應做好水質化驗工作

給水方式:山上自流水或泉水,河水,鑽進取水;

洞內供水:蓄水池一般採用開口水池,水池容積一般根據水源情況為一晝夜用量的1/10-1/2,通常為50-100m3;

洞內供水方式:順坡施工的排水:向洞內開挖是上坡,因此只需隨導坑延伸,在一側開挖水溝,使水順坡自然排出洞;反坡排水施工:向洞內開挖為下坡,因此水向工作面匯聚,需要機械排水,排水系統有兩種佈置方式,分段開挖放坡排水溝,隔開較長距離開挖集水坑;

  1. 施工供電與照明

  1. 施工用電估算,隨著機械化程度的提高,隧道施工耗電量大,負荷集中的特點,在施工現場,電力供應首先根據施工方法,要使用的機械設備等來確定用電總量再來選擇合適的電力設備。

    S=K(Σp1k1/ηcosΦ.k2+∑p2k3)

S—施工總用電量(kw)

K—備用係數,一般取1.05-1.1;

Σp1—整個工地動力設備的額定輸出功率之和(kw)

Σp1—整個工地照明設備的額定輸出功率之和(kw)

η—動力設備的平均效率,通常取0.85

cosΦ—平均功率因數,採用0.5-0.7;

k1—動力設備同時使用的係數;

k2—動力負荷係數一般取0.75-1.0

K3-照明用電設備同時使用係數;

隧道工程施工技術總結

  1. 供電方式:隧道施工供電方式有自發電地方電網供電兩種

  2. 供電線路的佈置及導向選擇:⑴線路電壓等級,隧道供電電壓,一般是三相五線400V/230V長大隧道可用6-10KV,動力機械的電壓標準是380v。地段照明可採用220V,工作地段照明和手持電動工具按規定選用安全電壓供電;⑵導線選擇,由於導線問題出現的電壓降,根據施工規定,選用的導線斷面應使用末端電壓不超過規定電壓的10%及國家對經濟電流密度的規定。⑶供電線路佈置在成洞地段400V/230V供電線路,一般用塑料絕緣鋁絞線或橡皮絕緣芯線架設,開挖未襯砌地段以及手提燈應使用銅芯橡皮絕緣電纜(防水)。

  1. 隧道的監控量測

    隧道處於變化的巖體之中,其所受的外力是不明確的,在開挖、支護、運營的過程中,自始至終都存在受力狀態變化,施工過程中應採取量測手段掌握受力情況,是判斷隧道支護結構穩定、軟弱圍巖等指導隧道安全施工的主要手段。其監控內容主要包括:拱頂下沉、水平收斂、淺埋段地表量測、填充面下沉量測等。

  1. 概念

    監控量測是指在隧道施工過程中,對圍巖、地表、支護結構的變形和穩定狀態,以及周邊環境動態進行的經常性觀察和量測工作。以瞭解和掌握圍巖穩定狀態及支護結構體系可靠程度,確保隧道施工安全和結構的長期穩定,為隧道施工中變更圍巖級別,調整初支和二襯的參數,指導施工順序、修正及優化設計提供依據,是實現信息化設計與施工不可缺少的一道工序

  2. 隧道監控量測總體要求及方案制定

  1. 按照有關規定和相關要求將監控量測納入關鍵工序進行施工管理(2007版預算定額中已包含在施工輔助費內),監控量測結果及時反饋,指導設計與施工,隧道開挖後的圍巖變形量測應按規定實施,量測數據應繪製成圖。

  2. 每座隧道應根據工程地質情況,編制具體監控量測方案及實施細則,並配置專門人員和儀器負責此項工作

  3. 針對隧道不同地質情況,選用監控量測項目和監控手段,配置相應精度的儀器;

  4. 測點應緊靠工作面快速埋設,儘早測量,一般在距開挖工作面2m範圍內設置,拱頂下沉、收斂測量起始讀數宜在開挖支護後2h內取得讀數,在噴射混凝土後,下次爆破前測取初讀數,隧道開挖後最初時間的變形計應力變化較快,儘快取得初讀數對後期的最終位移及應力預測很重要。

  5. 位移監控量測宜採用無尺量測,當採用收斂計量測時,每次測點位置應固定,掛鉤應採用三角形掛鉤

    關鍵工序、專人負責、快埋早讀(2h,爆破前)、定點量測

  1. 監控量測的項目與方法

表1

隧道工程施工技術總結

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隧道工程施工技術總結

  1. 洞內外觀察

  1. 開挖工作面觀察應在每次開完後進行,主要觀察掌子面巖性、結構面產狀、節理裂隙發育程度、斷層的性質、產狀、掌子面自穩情況、湧水量大小、位置。觀察中發現圍巖條件惡化時,應立即採取相應處理措施,及時拍攝開挖工作面地質照片,填寫開挖工作面地質狀況記錄表和施工階段圍巖級別判定,並與勘察資料進行對比。

  2. 已施工地段觀察每天至少應進行一次,記錄噴射混凝土是否發生裂隙和剝離現象、錨杆的受力變形情況、鋼架是否彎曲變形和二襯的工作狀態等。

  3. 洞外觀察重點應在洞口段和洞身淺埋段,記錄地表裂隙、變形、邊坡和仰坡穩定狀態、地表水滲漏情況等,同時還應對地面建築物、構築物進行觀察;

  1. 淨空收斂測量

  1. 周邊位移量測方法及要求:以收斂量測的主要內容包括儀器選擇、斷面間距、量測頻率、測線佈置、量測點埋設時間等;Ⅴ~Ⅵ圍巖斷面間距5m,Ⅵ圍巖斷面間距10m,Ⅲ圍巖斷面間距30-50m;

  2. 量測頻率:可根據位移速度和量測斷面距離開挖面距離確定;

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  1. 量測儀器:目前隧道施工中常用的收斂計為機械式收斂計和數顯式收斂計。測試原理:測試中讀的初始值XO,間隔時間t後,用同樣的方法可讀的t時刻值Xt,則t時刻的周邊收斂值Ut即為兩次讀書差;

  1. 拱頂下沉測量:

  1. 拱頂下沉測量的目的:確認圍巖的穩定性、判斷支護效果、指導施工工序、預防拱頂崩塌,保證施工質量和安全;

  2. 拱頂下沉測量儀:精密水準儀或全站儀;

  1. 地表下沉測量:

    設點:地表下沉測量橫向間距為2-5m,每個斷面設7-11個點,監測範圍應在隧道開挖影響範圍內,在隧道中線附近測點應適當加密,隧道中線兩側量測範圍不應小於H0+B(H0為隧道埋深,B為隧道開挖寬度)地表有控制性建(構)築物時,量測範圍應適當加寬;測點採用φ22螺紋鋼,深入坡體60-80cm,外露5cm,表面磨平後打眼做標記;地表下沉量測在開挖工作面前方,隧道埋深及隧道開挖高度之和處開始,知道二襯結構封閉、下沉基本停止為止。地表下沉測量頻率應與拱頂下沉和淨空變化量測頻率相同。

    地表沉降與隧道埋深

隧道工程施工技術總結

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  1. 錨杆軸力量測

    量測方法和儀器:錨杆的軸向力測定,按其測量原理分為電測式和機械式兩類,其中電測式又可分為電阻應變式和鋼弦式。

    未完待續

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