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1、 铁路客运专线 隧道施工技术中铁二十局集团公司科技部 郭朋超2010年5月1、1客运专线隧道的特点与难点 1、2 支护结构设计与基底处理 要求 1、3 客专隧道工程的耐久性要求主要内容1、概述 2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法全断面法;下导洞超前法;台阶法; 环形开挖留核心土法;双侧壁导坑法;中 隔壁法(CD)法;交叉中隔壁法(CRD)法3、隧道二衬施工技术2.2光面爆破 2.3微震爆破4、工程实例3.1工艺流程3.2仰拱施工技术3.3拱墙二次衬砌底部清理; 仰拱与填充混凝土浇筑; 仰拱栈桥技术1、1客运专线隧道的特点与难点 1、概述 隧道断面大:内净空 面积达100m2,需要开挖面 积约1
2、60m2(有仰拱)。 工程可靠性和耐久性 要求高:设计使用年限要 求100年,主体结构要求 “零缺陷”。 防排水要求高:防水 等级要求达到一级。2008年6月16日,武广铁路客运专线(时速350km/h)大瑶山一号隧道贯通 1、2 支护结 构设计 与基底 处理 1、概述 1、2 支护结构设计与基底处理 强化了支护结构类型:客运专线隧道跨度大,对应的浅埋段覆土 厚度也增大,同时从环保要求出发,隧道洞口位置较以往外延较多,致 使浅埋段长度较长,因此有必要专门设计浅埋段支护结构。 突出“加强基底”和注重“刚度变化”: 针对以往隧道底部易发病害和高速列车运行要求,加强了基底设 计,、级围岩均采用有仰拱
3、结构,且仰拱厚度比拱墙衬砌大; 级围岩可溶岩地段设计有仰拱结构,非可溶岩地段无仰拱。 围岩级别不连续变化时,如断层部位为级围岩,其前后则为 级围岩,级围岩有仰拱结构,可用于这些突变部位,以利于基底的刚 度变化。 二次衬砌部分采用钢筋混凝土结构:、级围岩和级围岩偏 压段二衬均采用钢筋混凝土结构,主要是考虑列车长期振动作用以及围 岩蠕变对二次衬砌受力影响,同时可减少大跨混凝土结构的收缩裂缝。 1、概述 1、3 隧道工程的耐久性 从传统的以“强度”为 主导向以“性能”为主导的 设计方法转变,但要消除“ 免维修或不能维修”的误解 ,建立起“把劣化构件或构 件的性能恢复到设计意图的 使用水准以上的补修、
4、补强 ”的概念。 1、概述 1、3 隧道工程的耐久性 隧道工程的耐久性设计施工与地面结构有明显的不同。首先是设计寿命计算方法不同,地面结构一般以混凝土炭化深度 达到钢筋处的时间作为使用年限,而隧道结构则不同,其极限状态 由围岩、初期支护和二次衬砌共同确定,一定的混凝土炭化深度并 不意味着隧道结构达到设计使用年限(结构仍可能维持稳定);其次隧道结构大量采用素混凝土,耐久性判别与钢筋混凝土也有 所不同;第三除对模筑混凝土本身应提出耐久性指标要求外,对喷射混凝 土、锚杆、防排水材料等也均应达到相应的耐久性要求。1、概述 1、3 隧道工程的耐久性 正确选择混凝土原材料及配合比,严格控制水胶比和 水泥用
5、量。(水泥用量不大于 kg)采用合理的结构及构造措施、严格控制裂缝宽度,其中 在结构设计方面采取的措施有:隧道均采用单心圆断面,有利于结构受力;内净空预留工务工程技术作业空间,可以用于进一步采 取耐久性加强措施;适当提高衬砌结构混凝土强度等级,隧道初期支护采用 C25喷混凝土,二次衬砌采用C30素混凝土或C35钢筋混凝土。1、概述 其他材料耐久性要求:对 锚杆的保护层厚度、注浆饱满 度、防水材料等的耐久性均提 出相应要求。 施工有关要求:围岩本身 是整个承载体系的一部分,施 工中应注意“爱护围岩”。结构检测及维护:在设计 使用年限内,应定期对隧道结 构及材料的使用状态、环境条 件的变化进行检测
6、及监测,并 进行综合评估。1、3 隧道工程的耐久性 1、概述 2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法2.1.1全断面法客运专线铁路隧道工程全断面开 挖方法的适用范围是:1、单线隧道、级围岩 ;2、双线隧道、级围岩;3、地下水状态:干燥或潮湿。循环进尺控制在34m。(1)适用范围2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法全断面开挖重点控制爆破质量,尤其是掏槽与光面爆破质量,直 接影响着隧道开挖质量和施工进度。凿孔宜采用凿岩台车。掏槽眼可采用直眼掏槽或斜眼掏槽。周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置,保证开挖断面符合设计要求 。底板和仰拱底面采用预留光爆层爆破,双线隧道、级围岩 段的中心水沟应与隧底光爆层同时爆破成形。
7、辅助炮眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间,力求爆破出的 石块块度适合装碴的需要。周边眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上,掏槽炮眼应加深 1020cm。全断面开挖一次起爆药量大,在进行钻爆设计时,应充分考虑 爆破震动的影响,合理控制装药量,防止对围岩造成大的破坏。(2)技术方案2.1.1全断面法2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法(3)钻爆设计石太客专双线隧道级围 岩全断面开挖钻爆设计图 2.1.1全断面法2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法(3)钻爆设计表1:双线隧道级围岩装药参数表 序 号炮眼分类炮眼数 (个)雷管 段数 (段)炮眼 长度 (cm)炮眼装药量备注 每孔药卷 数(卷)单孔装药量 (
8、kg)合计药量 (Kg)1掏槽眼61400182.716.21 .级围岩断面开挖 面积119.33m2;炮眼利用 系数85%; 2每循环进尺3.2m; 3总装药量366kg; 4单位耗药量 0.958kg/ m3。2扩槽眼43380162.49.63扩槽眼45370152.259.04扩槽眼47360142.18.45扩槽眼38350142.16.36掘进眼99350131.9517.557掘进眼1310350131.9525.358掘进眼1711350131.9533.159掘进眼1912350131.9537.0510掘进眼2313350131.9544.8511内圈眼3314350131
9、.9564.3512二台眼1714350131.9533.1513周边眼4715+735030.4521.1514底板眼1916350142.139.92.1.1全断面法2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法级围岩全断面开挖循环时间为9.512h,每循环进尺33.3m, 每天22.5个循环。月有效工时25天,月进尺150200m。 2.1.1全断面法(4)开挖进度指标2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法(5)技术措施1.开挖方式采用钻眼爆破法,爆破时严格控制炮眼深 度及装药量。2.及时喷混凝土封闭围岩,按设计要求施做拱部系统 锚杆。3.施工中,按有关规范要求,进行监控量测,及时反 馈结果,分析洞身结
10、构的稳定,为支护参数的调整,灌筑 二次衬砌的时机提供依据。2.1.1全断面法2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法下导洞超前法的适用范围是:1、单线隧道、级围岩;2、双线隧道、级围岩。3、地下水状态:有渗水或股水。2.1.2下导洞超前法(1)适用范围2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法客运专线的跨度较以往单、双线隧道跨度大,洞室的稳定性相对较低, 因而增加了下导洞适度超前全断面的开挖方法。下导洞一般超前全断面510m,其循环进尺为23m。其优点在于:(1)下导洞能起到超前地质预报作用,便于采取应急措施,防患于未然 。(2)当地下水较丰富时,利用超前下导洞降低地下水水位效果好,对于 大断面隧道尤其适用
11、。(3)隧道下导洞进行作业,没有二次倒运,便于大型机械出碴、运料。 扩挖时爆破临空面大,对围岩扰动也相对较小,各种消耗也较节省。2.1.2下导洞超前法(2)技术特点2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法客运专线铁路隧道工程台阶法开挖方法的适用范围是:1、单线隧道、级围岩;2、双线隧道级围岩。3、地下水状态:干燥或潮湿。台阶长度应有利于施工操作和机械设备效率的发挥,同时应有 利于支护尽早封闭成环。2.1.3台阶法(1)适用范围2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法采用台阶法开挖,台阶长 度以维护围岩的稳定和方便 施工为原则,不对台阶长短 作硬性规定。采用超前支护等施工辅助 措施时,利用上一循环架立 的钢
12、架,在其上进行施作, 然后再行开挖;严格控制炮 眼深度及装药量。(2)技术方案2.1.3台阶法2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法(3)钻爆设计石太客专双线隧道级围岩台阶法开挖钻爆设计图 2.1.3台阶法以石太客运专线双线隧道为例2、隧道开挖 施工技术2.1开挖方法(3)钻爆设计2.1.3台阶法序 号炮眼 分类炮眼 数 (个)雷管 段数 (段)炮眼 长度 (cm)炮眼装药量 备注每孔药 卷数(卷 )单孔装 药量 (kg)合计药 量(Kg)一上台阶1级围 岩断面开挖面 积134.35m2 ; 2每循环 进尺2.5m; 3炮眼利 用系数85%;1掏槽眼61316142.112.6 2扩槽眼43312
13、131.957.8 3扩槽眼45308131.957.8 4扩槽眼47304131.957.8 5扩槽眼58300131.9515.6 6掘进眼559-12300121.893.6 7内圈眼3113300121.855.88周边眼441430030.4519.89底板眼1515300131.9529.25二下台阶1掘进眼651-5300121.8117 2周边眼12630030.455.4 3底板眼207300131.9539石太铁路客专 双线隧道级 围岩台阶法开 挖装药参数表2、隧道开挖施工技术 2.1开挖方法级围岩台阶法开挖循环时间为12h,每循环进尺2.5m,日进尺 5m。考虑月有效施工
14、时间25天及工序干扰,月进尺约120m。 2.1.3台阶法(4)开挖进度指标2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法(5)技术措施按要求设置锁脚锚杆(管),确保开挖下台阶或仰拱时 施工安全。各台阶依次开挖,台阶开挖后做到仰拱紧跟。施工中按规范要求进行监控量测、反馈、分析,及时调 整支护参数,适时灌筑二次衬砌。2.1.3台阶法2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法1、单线隧道、级围岩; 2、双线隧道、级围岩; 3、地下水状态:有渗水或股水。2.1.4环形开挖留核心土法(1)适用范围工法特点:1、能适应不同跨度和多种断面形式,与CD(CRD)、双侧 壁等开挖工法相比没有需拆除的临时支护,节省投资。2、在地质
15、结构复杂多变、软硬围岩相间的隧道施工中,便 于灵活及时地调整施工工法,进度稳定,工期保障性强。3、无需增加特殊设备,投入少,工艺可操作性强,易推广 。2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法1、开挖前视围岩情况对拱部进行超前支护。2、上台阶开挖时预留核心土,起到稳定掌子面和方便拱部支 护的作用。3、上部弧形导坑开挖进尺控制在0.51.0m之间,开挖后及 时架立格栅(型钢)钢架,施作喷混凝土等拱部其它初期支护。4、下台阶侧壁采用人工跳槽开挖。5、预留核心土和下台阶中槽采用反铲挖掘机开挖,人工配合 修整周边,开挖时注重初期支护和仰拱紧跟,必要时在预留核心 土后拱脚处设置临时仰拱,使初期支护成环。(2)技
16、术方案2.1.4环形开挖留核心土法2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法(3)开挖顺序(方法)2.1.4环形开挖留核心土法2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法(4)技术措施2.1.4环形开挖留核心土法1.隧道施工坚持“先预报、管超前、短进尺、弱爆破、强支撑 、勤量测、早封闭成环”的原则,开挖方式均采用弱爆破或人工 开挖,采用爆破时,严格控制炮眼深度及装药量。2.核心土面积不小于整个断面的50%,必要时在核心土后设 置临时仰拱。3.注重按设计要求在每个开挖工序连接处设置锁脚锚杆。4.按要求设置钢架间纵向连接钢筋,并确保钢架置于稳定的基 础之上。5.严格监控量测,及时反馈结果,根据量测结果分析洞身结构 的稳定,为支护参数的调整,灌筑二次衬砌的时机提供依据。2、隧道开挖施工技术2.1开挖方法(5)开挖进度指标与环形开挖留核心土法局限性2.1.4环形开挖留核心土法1、开挖(1)部时核心土高度不易把握,留 置太高时核心土边坡易失稳