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1、客运专线隧道施工技术二00四年十二月主要内容1、客运专线隧道的特点 2、关键的施工控制点 3、施工中的动态设计 4、主要施工方法 5、不良地质段塌方的预防 6、检测与质量管理 7、施工安全与环保一、客运专线隧道的特点客运专线隧道的特点高速列车进入隧道 后诱发的空气动力学效 应主要表现在三个方面 ： 瞬变压力 洞口微气压波 行车阻力客运专线隧道的特点其中，瞬变压力主要表现在由于压力的瞬间变化使人的听觉 感到不适，影响其大小的主要因素是行车速度、隧道横断面的 大小和阻塞比以及列车的密封系数。洞口微气压波是列车进入隧道时产生的压缩波在另一端释 放时产生爆破声，影响周围环境，微气压波的量值主要取决于
2、行车速度和隧道净空面积阻塞比，但行车速度更为敏感， 当行车速度达到300km/h以上时，加大断面对防止微气压波不 能起到显著作用。应考虑在洞口设置缓冲结构。解决行车阻力问题主要是加大隧道断面面积，根据铁科院 的研究报告，在隧道净空面积为100m2时最大行车阻力只比明 线增大1530，会车时的空气阻力比明线的增大值也不超过 30客运专线隧道的特点1、单洞双线隧道断面有效面积为 100m2。单线隧道断面有效面积为70m2。 限速地段当检算行车速度200km/h时， 可采用较小的隧道断面有效面积，但双线 隧道断面有效面积不应小于80 m2。单线 隧道断面有效面积不应小于52 m2。客运专线隧道的特点
3、2、客运专线线隧道的横断面较大，受力 比较复杂，且列车运行速度较高，隧道维修 有一定的时间限制，复合衬砌和整体式衬砌 比喷锚衬砌安全，且永久性好，故永久性衬 砌一般不采用喷锚衬砌。客运专线隧道的特点3、隧底结构由于在长期列车重载作用及地下 水侵蚀的影响下易产生破坏，从而引起基底沉陷、 道床翻浆冒泥等病害，不但增加养护维修工作量， 而且严重影响运营安全，尤其是高速铁路对隧道底 部的强度较普通铁路要求更高，且高速铁路隧道的 断面跨度较大，因此要求高速铁路隧道铺底厚度要 增大。客运专线隧道的特点4、提出了隧道衬砌混凝土的耐久性 控制要求。隧道衬砌混凝土的地质环境复杂，对 耐久性、抗渗性、抗冻性等耐久
4、性指标应 严格控制。二、隧道施工关键的控制点隧道施工关键的控制点控制的目标： 1、确定合理的初期支护参数、控制塌 方，保证隧道施工经济合理、结构安全。2、隧道防排水施工达到预期目的、不 产生渗漏水现象，保证营运安全。3、 隧道净空、宽度、平面和纵面指 标满足设计、施工规范要求，保证工程外 观及内在质量。隧道施工关键的控制点1、重视支护参数设计岩石在开挖成洞后，由于受力结构平衡体系的破坏 和应力的重分布，应及时采取支护，在隧道的设计过程 中都要进行支护参数设计，如何选定既安全、经济、有 效的支护参数，对隧道塌方的预防起着不可忽视的作用 。由于地质围岩的分类只是一个定性的概念，不是定 量的，同一类
5、围岩，其结构产状不尽相同，其自稳能力 也不一致。支护参数过大，增加工程的投入；支护参数 过小，围岩自稳能力较差的可能因支护强度不够，而引 起塌方。在临时支护方面，为减少工程投入，支护参数一般 都较小，达不到标准要求。隧道施工关键的控制点2、重视地质预报隧道是一个线状的隐蔽工程，一些长大隧道往往穿越 崇山峻岭，穿过多种岩类，多个构造，跨越几个地质单元 ，地质十分复杂，设计阶段的地质勘察只能从宏观上分析 整个隧道区的基本地质情况，对可能出现的大断层、富水 洞段和高应力段没有精确的标识，或由于设备简陋，对垂 直和水平埋深较大的洞段无法进行勘察，造成局部地质资 料不足，因此施工过程中的地质预测预报必不
6、可少。由于及时跟进掌子面的地质预测预报，对可能出现的 局部地段围岩破碎引起失稳、塌方和可能遭遇的断层、涌 沙、涌水等不良地质都能及时预测清楚，并正确地进行位 置、桩号、规模及发展趋势的标识，能及时提醒施工人员 采取合理的开挖和支护方法，预防塌方的发生。隧道施工关键的控制点3、采用先进的综合探测技术预报水情和地质灾害 采用地面地质体投射法和断层参数预测法进行 宏观地质调查的同时，有系统地组织水文地质，断层 位置所在、产状与富水性；岩层褶皱的基本形态类型 和轴面产状；溶洞和暗河出人口位置，并分析其流径 和隧道走向空间关系调查进行不良地质预报。用地震波探测仪进行超前探测预报用红外线探测仪，利用不同物
7、体辐射场强差异 ，对隧道含水构造进行跟踪探测。三、施工中的动态设计施工动态设计与地面结构物不同，隧道开挖前所提 出的设计在严格意义上说只能称做“预设计 ”。根据对隧道开挖过程中围岩和支护系统 力学特性的量测来验证和调整设计参数也 是隧道设计中的一个十分重要的环节。四、开挖施工方法简介开挖施工方法简介 1、优先采用新奥法原则，并根据隧道通过地层 围岩类别，选择光面爆破、超前锚杆、小导管注浆、 钢格栅加固等措施进行防护。2、断面开挖根据地层地质及浅埋、偏压等情况， 分别采取侧壁导坑或中隔壁导坑结合短台阶法施工， 、级地质围岩地段可采用全断面法开挖。 3、根据监控量测、分析计算成果及时进行初期 和二
8、次衬砌； 4、模筑衬砌宜采用活动台车、泵送砼施工工艺 ； 5、千米以上掘进，要选择适当的运输方案。开挖施工方法简介新奥法是六十年代奥地利专家腊布希维兹(L.V.Rabccwicz)总结 前人在隧道施工中累积的经验后所提出来的一套隧道设计、施工的 新技术。1948年提出，并于1962年奥地利第八届土力学会议（萨尔 茨堡）得到正式命名的隧道施工方法。新奥法就是施工过程中充分发挥围岩本身具有的自承能力，即 洞室开挖后，利用围岩的自稳能力及时进行以喷锚为主的初期支护 ，使之与围岩密贴，减小围岩松动范围，提高自承能力，使支护与 围岩联合受力共同作用。 开挖施工方法简介 “新奥法”一词的内涵 新奥法是一种
9、“概念”、“哲学”、“原则”或“途径”， 而不是一种固定不变的具体施工方法或技术。阐明这一点，有 重要的现实意义。 事实上，在一些工程中，由于照搬某些新奥法工程中具体施 工方法而不注意结合本工程的实际来体现新奥法的原则而遭到 失败。 新奥法概念的内涵，只有一条，那就是保护围岩，发挥围岩 的自承能力。从这样一个原则出发，可以根据隧道工程具体条 件灵活地选择开挖方法、爆破技术、支护形式、支护施作时机 和辅助工法。至于对围岩变形的控制，根据不同情况，有时应 强调释放，有时应强调限制。其目的都是为了“保护围岩”， 调动和发挥围岩的自承能力。开挖施工方法简介 新奥法遵循原则（1）应当考虑岩体的力学特性。
10、（2）应当在适宜的时机构筑适宜的支护结构 ，避免在围岩中出现不利的应力应变状态。（3）为使围岩形成力学上十分稳定的中空筒 状支承环结构，必须构筑一个闭合的支护结构。（4）由现场量测监控围岩动态，根据容许变 形量求得最适宜的支护结构。 开挖施工方法简介 “新奥法”适用的围岩条件“新奥法”适用的围岩条件是具有粘性、塑性 、弹性的连续介质，而对于那些粘性较差、非塑 性的松散体，用“新奥法”理论就值得研究。必须 根据具体情况，采取一些特殊施工工艺，才能满 足工程要求。开挖施工方法简介 新奥法所使用的支护手段新奥法所使用的支护手段中，除了喷锚支护外，还有 钢拱支架、U型可缩性支架、钢筋网、二次模注砼等，
11、在 特殊情况下，还要配合使用注浆加固、冻结加固等特殊 手段，并且这些支护手段的最终目的是约束围岩变位， 使围岩和支护结构共同形成支承结构。另外，新奥法构 筑支护手段的时间效应和空间效应对形成支承环结构、 保障围岩稳定有很重要的意义。施工经验表明，采用喷锚支护如果忽视时间效应和空 间效应，不仅达不到预期效果，甚至会造成工程事故。开挖施工方法简介 新奥法施工程序、开挖方式 施工程序（1） 开挖（2） 初期支护（3） 构筑防水层（4） 二次衬砌 开挖方式用新奥法掘进隧道，其开挖方式有双侧壁导坑法、 环形开挖留核心土法、短台阶法、台阶法、全断面法等 。开挖施工方法简介隧道掘进机当隧道长度过长时，用常规
12、钻爆法进行隧道施工将需要相当长的工期 ，隧道掘进机法施工则适合长隧道施工的需要。隧道掘进机英文名称是 Tunnel Boring Machine，简称TBM。根据国外实践证明：当隧道长度与直径之比大于600时，采用TBM进行 隧道施工是经济的。TBM最大的优点是快速。其一般速率为常规钻爆法的 310倍。此外，采用TBM施工还有优质、安全、有利于环境保护和节省 劳动力等优点。由于TBM提高了掘进机速率，工期大为缩短，因此在整体 上是经济的。TBM的缺点主要是对地质条件的适应性不如常规的钻爆法； 主机重量大；前期订购TBM费用较多；要求施工人员技术水平和管理水平 高；对短隧道不能发挥其优越性。由于
13、科学技术的不断迅猛进步，现在 TBM可以适应较为复杂的地质条件，从松散软土到极坚硬的岩石都可以应 用，使用范围日益广泛。 开挖施工方法简介隧道掘进机的针对性很强，不同的地质条件需 要不同的掘进机，也就产生了不同的掘进机。 -有的适用于软土，又称为盾构(Shield Machine) -有的适用于岩石，称硬岩隧道掘进机（TBM）。 -既能在岩石又能在软土中掘进的两用混合掘进机 ，已应用于英吉利海峡隧道法国侧隧道施工以及我 国连接香港九龙和新界的西铁隧道施工。五、不良地质段塌方的预防不良地质段塌方的预防不良地质段塌方的成因：地质条件的复杂多变，支护的不及时 而暴露时间过长，导致围岩风化严重；通过断
14、层，突然遇到较高水压富水洞 段，地下水向洞室内漏出，拱顶或边墙周 边围岩易滑塌形成塌方；由于岩层产状不利或因岩爆等诸多地 质原因。不良地质段塌方的预防一般常用主要方法有：1.超前导洞法，可以探明前方地质条件，确定本段开挖和支护方 法，2. 强支护是预防塌方的主要措施。对地质不良地段主要采取“锚 喷、网喷、喷混凝土与钢支撑或格栅钢架相结合”的支护方法。3.加强围岩变形观测是预防塌方的有效方法之一。洞室开挖后， 岩体的重新稳定过程中，围岩都存在变形，当变形超过允许范围时 ，易发生塌方。在隧道新奥法施工中，通过量测仪器对围岩的变形 量和变形速率的观测分析，推测其最大变形量，估算是否会发生塌 方，提前
15、作出预告，以决定采取合理的支护。目前采取的观测方法 有位移观测、收敛位移观测、压力量测等，最常用是收敛位移量测 ，即量测隧洞周边或结构物内部净空尺寸的变化。不良地质段塌方的预防富水洞段塌方的预防在地下水丰富的断层破碎带，大量的渗水、淋水甚至于涌水的部 位，不仅影响施工的进度和质量，还容易造成塌方。在此种地段施 工时，治水是预防塌方的关键。在了解岩石节理裂隙破碎带的走向、倾向和倾角后，对于少量集 中渗水、淋水地段，在将要通过的透水层部位布置一定数量的排水 孔或埋设排水管，将渗、淋水集中到排水孔内导出，称为排水孔法 或排水管法。通过在钢筋网背后铺过滤层或隔水层，将其固定在围岩上，通过 软管边排水、
16、边喷射混凝土，称为金属网法。如遇较大涌水，在支护时对主要涌水出水口暂不进行封堵支护， 待涌水减小或没有时，再进行支护或进行固结封堵，迫使水流改变 流向 。不良地质段塌方的预防 岩爆引起塌方的预防方法岩爆产生机理：岩爆是高应力区，地下洞室开挖中 围岩脆性破坏时应变能突然释放所造成的一种动力失稳 现象，由于岩体中储藏的能量通常以弹性变形的形式储 聚，高应力集中区内，弹性变形越大，储备的能量越多 ，开挖后围岩表面应力被解除，具有高度弹性的脆性岩 层由于爆破冲击波的作用，动应力和应变静应力瞬量叠 加和释放产生了脆性断裂，形成了岩爆，对岩爆的及时 支护，既保障施工安全，还可以减少因岩爆所引起塌方 的产生。当洞室埋深较大、开挖岩体完整性较好，且干燥无 水时，应预防岩爆的发生。 不良地质段塌方的预防 开挖时的预防隧洞爆破开挖，既可以使围岩应力得到部分释放， 也可以产生新的应力集中，发生岩爆。在可能发生岩爆区段内采取二次开挖，先开挖上半 断面，减少光面爆破的周边眼
