高速铁路隧道施工与管理讲义

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1、隧道施工与管理,2016.9.济南,前 言,隧道施工质量安全是铁路项目建设管理的重点；长昆段地处山区，隧道多处在软弱围岩、浅埋、偏压地段。它所占比例大，施工难度大，安全风险大，质量要求高。隧道施工质量安全是整个项目管理的重中之重；借此机会和大家共同交流一些隧道施工与管理方面的体会。通过交流能够在接下来的工程实施过程中注意去认识隧道、管理隧道。确保隧道质量合格运营安全，实现建不朽工程的要求。,内容提要,一、隧道建设管理 1.安全管理依据（文号及要点） 2.质量管理依据 3.公司质量安全规定 二、隧道施工管理 1.施工准备 2.预加固 3.开挖与支护 4.超前预报 5.风险评估 6.防排水工程 7

2、.仰供与填充 8.量测与观测 9.衬砌 10.应急预案 11.施工资料 12.验收,一、隧道概述,据不完全统计，从2006年到2010年目前为止，4年多时间内，发生塌方事故28起，死亡71人，其中掌子面后方“关门”坍方占47%，事故发生之频繁，死亡人数之多，令人心痛，尤其是非掌子面关门坍方施工。究其原因，除个别地质和环境的复杂性外，主要原因是技术措施不合理、施工方法不当、施工工艺不到位、现场管理薄弱等。因此，提高对隧道施工的质量安全认识，加强隧道施工管理，提高施工水平，做到“三超前、三紧跟、四到位、一强化”，对杜绝工程质量安全事故的发生十分重要。为规范管理，积极推行隧道施工标准化，为控制隧道变

3、形和塌方，应从以下12方面予以高度重视。 备注：三超前：超前预报、超前加固、 超前支护。 三紧跟：支护紧跟、仰供紧跟、二衬紧跟。 四到位：工法选择到位、工艺施作到位、工序衔接到位、光 爆实施到位。 一强化：强化量测,隧道施工-1,隧道施工准备 资源配置 设备配置与隧道施工设计方案相匹配，为主流通用机械，成龙配套，并具有一定的先进性。按照超前地质预报、开挖、支护、衬砌工序等组建专业架子队，架子队实行劳务管理，坚决杜绝包工队“毒瘤”。 大临规划 大临规划按分离、分区、有利、封闭和安全原则布置。分离即生活和生产区分离，生活区宜布置不受生产区噪音干扰且上下班安全方便地段。分区即生产区分区布置在隧道洞口

4、附近两侧，分为机加工区、配电打风区、材料区等区域。有利即布置有利于施工、有利于职工上下班，有利于施工便道布置。封闭生活和生产区封闭管理。安全即生产和生活区避免不良地质地段，满足防洪要求，同时便道等大临修建不影响隧道主体工程安全。,隧道施工-1,隧道施工准备 施工图核对 在施工前，认真组织审核施工图纸，了解设计意图、设计标准，熟悉设计内容，核实现场地形、地表和地质（含水文），结合实际对施工图提出意见，使其更加完善合理。核对发现问题汇总后会同业主、设计、监理研究解决，未书面答复前施工单位不得擅自施工及变更。 原材料 根据原材料需要量计划组织其进场，按规定地点和方式储存或堆放，进场后，应进行各项材料

5、试验、检验。 不得使用不合格的原材料，不得使用铁道部已经公示为不合格产品，杜绝不检使用和未检先用的现象，加强粉煤灰和外加剂质量管理，严格地材稳定性监控。,隧道施工-1,超前预报,隧道施工-2,设计一般根据地表探测和少量的地质钻孔，来推断地下深处的隧道地质条件，往往与实际地质条件存在差异。除设计阶段加强地质勘察外，施工阶段也必须进行超前地质预报工作，这一点尤为重要，应把地质超前预报作为一个工序纳入生产过程。 预报主要内容： （1）开挖面前方的地质情况； （2）围岩整体性、断层、软弱破碎带在前方的位置和对施工的影响； （3）地下水活动情况等。,超前预报,隧道施工-2,地质预报方法 主要有：地质素描

6、、TSP203、地质雷达、红外线探水、超前钻探（含加深炮孔）等,超前预报,隧道施工-2,不良地质预报要求：（铁建设2008105号） 断层预报应以地质调查法为基础，以弹性波反射法探测为主，必要时采用红外探测及超前钻探法验证。 岩溶预报应以地质调查法为基础，以超前钻探法为主，结合多种物探手段进行综合超前地质预报，并采用宏观预报指导微观预报，长距离预报指导中短距离预报的方法。 瓦斯预报可采用地质调查法为基础，超前钻探法为主，结合多种物探手段进行综合超前地质预报。 涌水、突泥预报可采用地质调查法为基础，以超前钻探法为主，结合多种物探手段进行综合超前地质预报。,超前预报,隧道施工-2,参建各方都应该重

7、视施工阶段超前地质预报工作，建立责任制，明确责任和分工。高和极高风险隧道，必须进行超前地质预报的专项设计。（铁建设2010120号） 连续两循环搭接长度：超前水平钻孔不小于5-8m，地质雷电探测和红外探水应大于5，弹性反射法和高分辨直流点法10以上，加深炮孔较爆破孔深3 。 （铁建设2008105号）,超前加固与支护,隧道施工-3,1.超前加固 超前加固主要是采取注浆加固，注浆加固是利用注浆设备把配制好的具有凝胶性能的浆液注入地层，浆液凝胶后充填裂隙和胶结土砂颗粒，形成整体，提高岩体的自稳能力，稳定开挖面和止水，保证隧道施工安全。 常用的围岩加固方法是注浆法。注浆法主要分全断面注浆、局部注浆两

8、种。 在断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，必须对围岩进行超前加固，改良地层，确保隧道安全施工。 必须配备专业队伍、专业设备，进行专项设计，保证加固效果。 无论是全断面注浆，还是局部注浆，都要求必须配备先进的钻孔注浆设备，必须采取信息化注浆。,超前加固与支护,隧道施工-3,全断面帷幕注浆,局部注浆,超前加固与支护,隧道施工-3,注浆加固范围 纵向加固长度应根据钻机能力和地层特点确定，一般为2030m。特殊地层条件下，应及时调整纵向注浆加固长度，否则既影响进度，又影响质量。 环向加固厚度一般为35m，局部可增加到58m。 全断面帷幕注浆宜采用通过上台阶进行全断面注浆和无工作室管棚施工技术。 全

9、断面帷幕注浆结束后，必须进行注浆效果检查评定，未进行注浆效果评定不得开挖。,隧道施工-3,预加固与支护,上断面进行全断面注浆设计,上断面进行全断面注浆照片,预加固与支护,注浆信息化管理,齐岳山隧道F11断层无工作间管棚施作录像,隧道施工-3,预加固与支护,施工缝未采取防水措施。,隧道施工-3,2.超前支护 常用的超前支护方式有超前大管棚和超前小导管两种。 （1）超前大管棚 大管棚是沿开挖轮廓线以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护 超前大管棚一般是在对沉降有严格要求时使用，适宜于浅埋洞口、堆积体、砂土质地层、断层破碎带地层，以及下穿公路、铁路、地面建筑物时

10、采用。大管棚一般采用70mm159mm的钢管，纵向长度10100m根据工程需要设置。 纵向两组管棚搭接长度 3，纵向同一截面接头数不大于50，相邻钢管接头至少错开1。,预加固与支护,隧道施工-3,洞内大管棚,（2）超前小导管 超前小导管是在隧道开挖前，沿隧道开挖轮廓线外按一定角度打入直径为3270mm，长度35m的带孔钢管，利用钢管注浆，并与钢架连成一体进行围岩加固的超前支护方式。 超前小导管是在对施工安全要求较高的条件下使用。在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破碎带中普遍采用。当地层卡钻严重时，可采用自进式锚杆。小导管一般采用32mm60mm的钢管，纵向长度2.56m根据工程需要设置。 小

11、导管必须注浆以加固围岩且提高钢管刚度起到棚护作用，孔口露出喷砼面15cm,与拱架焊接。,预加固与支护,隧道施工-3,预加固与支护,超前小导管,隧道施工-3,3.初期支护 初期支护是为了及时封闭开挖后的围岩，控制围岩的 变形和松弛，充分发挥围岩自身的支护作用，并和二次衬砌共同形成结构承担荷载。 初期支护方式：锚网喷；锚网喷+钢拱架，钢架形式有格栅钢架、工字钢、H型钢。特殊地质条件下使用喷钢纤维混凝土。 初期支护受力特征：隧道开挖后短时间或变形量小时，初期支护与地层共同承受形变压力。支护不及时或支护后变形量过大，岩体松动后荷载加大，由初期支护完全被动地承受松动压力。因此，必须保证初期支护的强度和刚

12、度，及时支护，控制变形。,预加固与支护,隧道施工-3,3.初期支护 喷砼：喷射混凝土应采用湿喷工艺。 初期早期强度24h 不小于 10Mpa。 锚杆：应沿隧道轮廓线法线方向，并尽可能与围岩主要节理面相垂直，中空锚杆必须注浆，垫板安装与岩面密贴。 钢筋网：钢筋网铺设应贴近岩面，并与锚杆相焊接固定，搭接长度12格，喷砼保护层不小于3。 拱架：严禁钢架两侧同时开挖接长，钢架间距不超过10cm，单元间螺栓连接满扣，底脚支撑应与基岩接触稳固，避免悬空或不实；钢拱架与岩面间空隙必须用喷射混凝土填充密实，严禁充填片石或其他材料。,预加固与支护,隧道施工-3,铁建设2010120文件： 双线隧道、级围岩采用台

13、阶法开挖时，必须设置锁脚锚杆（管）等控制拱（墙）脚位移的措施。 双线隧道级围岩应设置横向临时支撑或临时仰拱，临时支撑采用型钢，纵向每2榀设1处。 钢拱架宜采用八字节格栅拱架。 钢拱架应工厂化制造，出厂前必须进行检验、试拼装。 喷混凝土原则上采用湿喷工艺，特殊地质条件下可另行设计。,预加固与支护,隧道施工-3,1.开挖工法 客运专线常用的开挖工法有全断面法、台阶法、环形开挖预留核心土法、三台阶七步流水法、双侧壁导坑法等。 现场施工应严格执行设计工法，不得擅自更改、如需要变更必须履行手续。 隧道开挖采用光爆设计，尽量减少对围岩的扰动，控制变形、减少超欠挖，避免应力集中。,开挖,隧道施工-4,（1）

14、全断面法 全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖成型，再施做初支和二次衬砌的隧道开挖方法，长昆段级围岩采用此法。,开挖,隧道施工-4,初期支护： a、b :喷砼5cm,拱部局部设置22中空锚杆,开挖,台车钻眼施工,自制台架施工,隧道施工-4,开挖,光面爆破,隧道施工-4,（2）台阶法： 该工法一般适合于级围岩，要求台阶长度不大于1倍洞径，初期支护仰拱距掌子面距离不大于2倍洞径。,开挖与支护,隧道施工-4,（3）环形导坑(预留核心土)法 适用双线、级围岩，该方法利用核心土稳定掌子面，然后开挖两侧边墙、中部核心土，最后开挖仰拱。该工法步骤多，工艺要求高。 全断面初期支护完成距拱部开挖面不超过D。,

15、开挖,隧道施工-4,（3）环形导坑(预留核心土)法,开挖,施工要求： 环形开挖进尺一般为0.51.0m； 开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢架支撑，每两榀钢架之间采用连续钢筋连接，并加锁脚锚杆； 当围岩地质条件差，自稳时间较短时，开挖前施作超前支护; 特点： 开挖工作面稳定性好 施工干扰大、工效低,隧道施工-4,（4）三台阶临时仰拱法（或支撑） 用于双线级围岩，该方法台阶开挖后及时施作仰拱或支撑使初期支护闭合成环。,开挖,隧道施工-4,开挖,7,6-3,7,7,7,7,7,6-3,7,6-2,6-1,仰供,栈桥,三台阶七步开挖法示意图,三台阶七步开挖法,（5）三台阶七步开挖法 一般适用于黄土地区

16、隧道施工，也可用于其它级围岩地段。,衬砌,超前支护,隧道施工-4,铁建设2010120号文件：台阶法施工： 上台阶每循环开挖进尺、级围岩不大于1榀钢架，级不大于2榀。 边墙开挖进尺不大于2榀。 仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆（管），每循环开挖进尺不大于3m。 初期支护封闭成环位置距掌子面距离原则上不宜不大于2倍洞径. 根据地质、量测情况，设置临时支撑或仰拱，临时支撑采用型钢，纵向每2榀设1处。,开挖,隧道施工-4,（4）双侧壁导坑法 该工法适用双线、级围岩，在特大断面等特殊条件下采用。该工法先开挖隧道两侧导坑，再进行中部开挖支护。工法特点：控制沉降变形好，但连接点多，受力复杂，对工艺要求高。,开挖,隧道施工-4,防排水工程,隧道施工-5,基面处理：围岩渗漏水采用引排措施，清除基面外露钢管及钢筋头，用水泥砂浆抹平，初期支护表面平整度用2m直尺进行检查，达到验标要求。 排水盲管：纵环向排水盲管采用三通联接，用