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1、隧道工程 新奥法施工技术方案一、新奥法介绍 20世纪60年代由于岩石锚杆、喷射混凝土机械和岩石力学方面技术的进展，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、崩塌等现象有了深入的认识。1963年奥地利学者L。腊布兹维奇教授命名的“新奥地利隧道施工法”（NATM）正式出台，它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要的支护方法，理论量测和经验相结合的一种施工方法，同时也是一系列指导隧道设计和施工的原则。新奥法的基本原则可简要的概括为“少扰动、早喷锚、勤量测、早封闭”，我国的隧道工作者将其总结为“光面爆破,喷锚支护、监控量测”三要素。二、某隧道的新奥法施工 某隧道根据设计图纸和
2、现场调查，隧道所处围岩是类围岩，属于浅埋和偏压隧道，自承能力较差。施工时根据不同的围岩结构，分别采用或综合使用超前锚杆预加固、喷锚体系及格栅式钢构架作为初期支护方案。开挖采用短台阶光面爆破法；弃碴采用人工配合装载机或机动翻斗车清理，即时施工临时支护体系。洞门施工先期进行，并与不少于5m的洞内二次衬砌同时施工以保证结构的连续性和稳定性，避免影响洞内施工；仰拱和铺底分段进行，与二次衬砌及时闭合；防水层在初期支护完毕二次衬砌之前施工；避车洞、排水沟、电气化接触网支架、洞口挡墙等最后施工并抓好隧桥、隧路的施工关系，避免相互干扰，确保工期。21钻爆开挖作业线根据围岩性质及施工设备选取正台阶开挖法（台阶长
3、度小于5倍但大于11.5倍洞跨），上下断面采用平行作业，上台阶开挖要留取核心土。该法因为可缩短支护结构的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值，适用范围很广。 钻爆开挖工序流程图见下页 为减少隧道施工所引起的对围岩和山体稳定，施工中贯彻“早进（洞）、晚出（洞）、少刷少挖”的思想。隧道进洞前首先清理坡面危岩，用砂浆锚杆对仰坡进行加固，然后用超前小导管对洞口进行预加固。 白家河号隧道进口仰坡加固时先清除仰坡危石，拆除洞顶水渠，在洞顶20m40m（高宽）范围内的采用喷锚挂网联合防护方案：超前锚杆采用ZWII型全长粘接型早强砂浆锚杆（22），长35m，间距1.2m1.2m,表面挂网68，网格间距20c
4、m20cm,喷砼厚10cm。 进口洞口土石方采用明挖法进行，自上而下逐段开挖,分层高度2m，纵向按设计长度5m一次成型，挖掘机作业，挖不动的岩石地段采用弱爆破进行开挖，装载机装碴、出碴。隧道出口土石方采用人工利用风镐配合光面爆破短台阶法开挖，上台阶长取洞跨的24倍。弃碴利用装载机配合自卸汽车装运。 在对隧道洞口土石方施工完毕后，洞口边坡由人工按设计坡度进行刷坡，刷坡后，喷射10cm砼以稳定边坡,防止坍塌。 由现场实际观察，白家河号隧道出口仰坡较陡，曾是山民的采石场，弃用后形成的高大边仰坡。左侧坡脚为堆积虚碴，隧道中线右侧为山体，需刷出设计坡度。仰坡顶部左右两侧均有可耕地，覆盖13米黄土层，经流
5、水冲刷，不易稳定。仰坡坡脚下为乡村公路，公路外侧为渭河，河中水边3m处是白家河渭河大桥1墩。根据设计采用喷锚加固，加固范围为14m28m（高宽），采用28砂浆锚杆，长815m，间距1.5m1.5m，表面挂A36钢筋网，网格间距25cm25cm，喷200号混凝土，厚10cm。 白家河号隧道进口段（DK1413+794+801），属类浅埋段，进洞必须采用辅助施工措施，加固后方可进行开挖。白家河号隧道进口5米段处于类围岩段，采用格栅钢架3榀/2m，拱部纵向连接筋间距0.5m，拱部挂网，喷10cm厚砼，拱部增加42超前小导管，环向间距40cm，纵向间距2.4m的联合支护方案。小导管超前注浆加固施工工艺
6、 a小导管设计参数规格：外径42，壁厚3.5mm，长3.6m的无缝钢管环向间距：40cm纵向间距：2.4m倾角：70搭接长度：大于1m b钢管加工将小导管端部加工成尖锥形，尾部焊上6钢筋加固箍，管壁四周钻10mm压浆孔，尾部留1m不设压浆孔。 c施工步骤（1）、打管：对洞面按设计尺寸放线，画出拱部外开挖轮廓线，沿外轮廓线人工用风枪钻眼，辅以锤击安设小导管到位，首批小导管外露0.5米与明洞或洞门连成一体。（2）、注浆加固：第一排小导管施作完成后即可进行注浆，注浆前喷砼封闭工作面，先行单液注浆，单液注浆以水泥为主，添加5%的水玻璃（重量比），经过现场实验，如可行性差，达不到固结围岩的目的，则改为双
7、液注浆。双液注浆参数：水泥与水玻璃的体积比取1：1.5水泥浆的水灰比取1：1水玻璃浓度35波美度，模数2.4 施工中通过现场实验，根据实验效果进一步确定合适的注浆参数。注浆设备选用BW250/50的水泥浆，浆液由水泥砂浆拌合机和TBW50/15混浆泵拌制，注浆压力0.51.0MPa，为充分发挥机械效能，加快注浆进度，在小导管前制作安设分浆器，一次可注入35根导管。爆破时，采用超短台阶法进行开挖，密钻眼，少装药，采用微震控制。（3）、开挖及支护：注浆固结完成后，即可进行开挖，不用爆破时，人工用风镐开挖，拱部采用留核心土法开挖，作业程序见下图。需爆破，每循环进尺0.81.0米，台阶长度13米。每部
8、开挖后及时喷5cm砼封闭岩面，设立钢支架、打锚杆、挂网、二次喷砼、闭合仰拱，形成闭合环形受力结构。当拱部掘进2米后，施作第二道超前小导管，以后每掘进2.5米，施作第一排小导管，前后两排小导管搭接长度1.1米。超前小导管的尾部焊接在钢架上，与钢架连成整体。（4）、施工要点：小导管要在开挖轮廓线上按设计位置和角度打入。画出草图，对孔位进行编号、钻孔、打管、注浆过程中认真填写施工记录和质量检测记录。注浆前严格检查机具、管路及接头处的牢靠程度，以防压力爆破伤人。单液注水泥浆压力突然升高，可能发生管堵，应停机检查。双液注浆时压力突然升高，则关停水玻璃泵，进行单液注浆或清水，待泵正常时进行双液注浆。注浆施
9、工一般按单管达到设计注浆量作为注浆结束标准，当注浆压力达到设计终压不小于20分钟，进浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆。开挖过程中，要随时观察注浆效果，分析量测数据，发现问题后必须停工处理。 隧道的开挖采用钻孔爆破法。使用凿岩台车进行直眼掏槽（设备机具允许的话，优先采用斜眼掏槽）。采用光面爆破技术，推行“浅眼、密眼、少装药”的爆破思想，采用非电毫秒雷管不对称起爆网络起爆。 隧道施工中采用光面爆破技术对围岩扰动轻微，大大减少了超欠挖量，节约了大量的混凝土和回填片石，减轻了应力集中，避免局部坍塌，促进了施工安全，并为喷锚支护创造了条件。为获得良好的光面爆破效果，可采取以下措施：（1）适当加密周边
10、眼，E=(818)dE为孔距，d为炮眼直径。（2）合理确定光面爆破层的厚度，光面爆破层厚度就是周边眼的最小抵抗线，一般取5090cm。（3）合理用药，要求炸药要有较高的破岩能力，又要减轻爆破对围岩的扰动，宜采用低猛度、低炮速、低爆性能好的炸药。（4）采用下直径药卷不偶合装药结构，光面爆破的不偶合系数最好大于2。（5）保证光面爆破眼同时起爆，使用即发雷管与导爆索起爆是最好的方法，同段毫秒雷管次之。（6）要为周边眼光面爆破创造临空面，可以在开挖程序和起爆顺序上保证。光面爆破成缝试验方法试验目的确定周边眼的装药量、装药结构、堵塞长度和炮眼间距等。试验步骤（一）核对隧道地质情况。（二）选择与隧道实际地
11、质条件相似的洞内或露天试验厂。（三）按施工要求确定炮眼深度。（四）单孔爆破成缝试验。 单孔爆破成缝试验前，参照有关规范初选单孔装药量、装药集中度及装药结构等参数。 单孔试验时，通过调整药量、装药结构、堵塞长度等，直到爆破后孔口只出现裂缝不产生爆破漏斗为止。此时装药深度即为实际的临界深度（装药重心至孔口距离）。光面爆破试验 根据排孔爆破得出的炮眼间距E，参照光面爆破参数表中的相对距离E/W，定出不同的抵抗线W，进行试验，得出最小抵抗线W值。根据以上试验得出的E、W、q、E/W各值，在洞内进行爆破，再次调整各值，得出最佳参数供实际使用。22装运作业线 提倡有轨运输无轨装碴的施工方案，代替过去的无轨
12、运输，使用反铲装碴机，装载设备尽可能在原地工作，减少对隧道（尤其隧底）的扰动，提倡铺底超前的施工保护地层防止翻浆冒泥，也有利于少超挖，节约工程投资。 白家河II隧道根据较短又为单线的特点采用Z4H-3回转式轮胎装载机装碴，发挥其行走快、机动灵活的特点进行作业。33喷锚支护（初期支护）作业线 喷锚支护是新奥法重要组成部分，它的理论原理是喷锚支护能及时支护和加固围岩，与围岩密贴并封闭岩体的张性裂隙和节理，加固围岩结构面，有效地发挥和利用岩块间的镶嵌咬合和自锁作用，从而提高岩体自身的强度、自承能力和整体性。由于喷锚支护结构柔性好，它能同围岩共同变形，构成共同工作的承载体系。承担了隧道衬砌施工前全部的
13、围岩压力。在变形过程中，它能调整围岩变形的发展，避免岩体坍塌的发生，防止应力集中和过大的松散压力出现。喷锚支护结构不再把围岩仅视作荷载，同时还把它视为承载结构的重要组成部分。喷锚支护的使用也是有一定条件的，在围岩的自承能力差、有涌水和大面积淋水处、地层松软处就很难成型，锚杆尤其在淤泥软弱土层中几乎不起任何作用。 白家河II隧道均采用喷锚施工支护，III类围岩均设1榀/m钢格栅加强支护，喷射混凝土采用初喷+复喷的湿喷混凝土新方法。初喷+复喷的喷射混凝土的方法的好处是及时封闭工作面，及时与围岩形成承载环，防止围岩的变形发展，为下一步的锚杆施工创造一个安全的工作环境。湿喷混凝土具有回弹小、抗渗好的特
14、点，适合于基岩裂隙水少、无大范围的涌泥和涌水地层。 首喷混凝土应紧跟开挖面及时施作，首喷35cm混凝土，在表层形成一保护层，再施作锚杆和挂网。当设计有格栅时应装好格栅，进行二次喷射。在喷射结束后4h内不得进行爆破作业。喷射混凝土机具配备强制式搅拌机：计量设备应精确，正式使用前须试拌，试拌成功后方可使用。喷射设备：采用P2-5（B）型喷机供风设备：21.5m3/min压风机供风供水设备：在隧道入口管路上设置增压水泵喷射混凝土材料：水泥：普通425#砂子：Ux2.5中粗砂含水率57%石子：1015mm级配合理外加剂：速凝剂 喷射顺序先墙后拱，自下而上。岩面凹凸不平处，应先喷凹处找平。喷射时分段分片
15、进行，每片均自下部起水平方向横扫移动往返喷射，然后上移喷射，每段长度不大于6m。洞口段一次喷射厚度不少于10cm，洞内喷射厚度根据要求喷射35cm，厚度要均匀有光泽。喷射应垂直进行，喷嘴到喷面0.61.0m。喷射混凝土终凝2h后要喷水养护不少于7d。喷射混凝土符合各季施工和安全、劳动保护要求。水泥砂浆锚杆施工 锚杆为钢筋灌浆锚杆。钢筋为20MnSi钢；水泥425#；速凝剂掺量为水泥用量的2%4%，要求初凝时间不大于5min，终凝时间不大于10min，使用时要准确计量。砂的粒径不大于3mm，使用前必须过筛。灌浆锚杆用水泥沙浆的配合比，灰骨比1：11：2，水灰比为0.380.45。 锚杆安装在初喷混凝土后进行，锚机施工按设计进行。钻前要放线、定位，做出标记，位置准确，孔距误差不超过15cm，钻孔应保持直线，并尽量与所在部位的岩层主要结构面垂直，钻孔深度误差为5cm，钻孔直径大于钢筋直径15mm，不同类型的锚杆制作及安装应符合设计和规范要求。 灌浆前应将孔眼吹净，水泥沙浆应拌合均匀，随拌随用。灌浆饱满，从孔底开始均
