超小凈距并行隧道時(shí)施工工法

1、超小凈距并行隧道施工工法（tgjgp-03·04-38）中鐵一局集團(tuán)有限公司一、前言中鐵一局三公司承建的寧波招寶山公路隧道為超小凈距（3.44.2m）并行隧道，采用兩相鄰隧道同工序相隔一定距離平行施工；中巖墻采用水平全長注漿錨桿預(yù)加固；上半斷面采用光爆技術(shù)控制對(duì)地面建筑的震動(dòng)，下半斷面采用控制爆破技術(shù)盡量不破壞中夾巖墻圍巖；開挖后立即進(jìn)行噴錨，格柵支護(hù)、二次襯砌，二次襯砌采用先仰拱后墻拱二次模筑混凝土技術(shù)，取得了成功。本工法是在19951998年寧波招寶山隧道施工過程中形成的。二、工法特點(diǎn)1采用新奧法和控制爆破技術(shù)，以合理的開挖順序及開挖方法、初期支護(hù)緊跟、對(duì)中夾巖墻加固處理，確保了

2、隧道圍巖和施工結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，施工安全可靠。2采用監(jiān)控量測信息技術(shù)指導(dǎo)施工，使施工處于受控狀態(tài)。3采用中央巖墻法施工，具有一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。4可有效地控制地面沉降，對(duì)周圍環(huán)境影響小。三、適用范圍適用于級(jí)以上圍巖、兩并行隧道之間距離不小于3.4m（單線鐵路隧道為0.6b，雙線鐵路隧道為0.4b，三車道公路隧道為0.3b）的超小凈距隧道。四、工藝原理及關(guān)鍵技術(shù)超小凈距隧道施工以新奧法的基本原理為依據(jù)，以“短開挖、快封閉、強(qiáng)支護(hù)、勤量測”為指導(dǎo)。兩隧道根據(jù)地質(zhì)情況分先后施工，先施工圍巖較好的一側(cè)，掘進(jìn)一定距離后再施工另一側(cè)隧道。兩者按同工序保持一定距離平行施工，將開挖面合理劃分單元，自上而下實(shí)施有序分部

3、開挖，噴、錨、網(wǎng)、鋼格柵聯(lián)合初期支護(hù)，隨挖隨護(hù)，緊跟工作面。先開挖的一側(cè)隧道邊墻開挖后即對(duì)兩隧道中夾巖墻用水平全長注漿錨桿作預(yù)加固。初期支護(hù)、中夾巖墻與圍巖共同組成承荷體系，協(xié)同變形一承荷，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力。建立監(jiān)控量測體系，實(shí)施信息化管理，保證施工過程處于受控狀態(tài)；根據(jù)時(shí)間一空間效應(yīng)原則及量測信息實(shí)施混凝土襯砌。關(guān)鍵技術(shù)：橫向分部、縱向分序開挖技術(shù)，控制爆破技術(shù)，中夾巖墻穩(wěn)定及信息化施工技術(shù)。五、工藝流程（見圖1）六、施工要點(diǎn)（一）施工準(zhǔn)備1敷設(shè)風(fēng)、水、電管線，修建施工便道，布置施丁現(xiàn)場，做好機(jī)具沒備、人員配置、材料準(zhǔn)備。2根據(jù)地質(zhì)勘探資料和施工設(shè)計(jì)，詳細(xì)分析了解工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情

4、況，認(rèn)真編制施工組織設(shè)計(jì)，制定施工監(jiān)測計(jì)劃。（二）并行隧道開挖施工順序（見圖2）先分部開挖圍巖較好一側(cè)的先行隧道，滯后一定距離分部開挖另一側(cè)隧道，以保證中夾巖墻穩(wěn)定，開挖分三部分進(jìn)行，即上半斷面開挖一定距離后，中槽跟進(jìn)，兩側(cè)墻滯后開挖。先行隧道開挖、初期支護(hù)及仰拱每個(gè)工序均要先于后行隧道一定距離，先行隧道上半圖1 超小凈距并行隧道施工工藝流程斷面開挖后立即進(jìn)行初期支護(hù)，后行隧道上半斷面滯后先行隧道約50m距離平行推進(jìn)。在先行隧道下半部完成之前開挖后行隧道上半斷面，有可能引起隧道拱腳部位巖體較大破壞，對(duì)開挖兩個(gè)隧道相鄰側(cè)邊墻不利，因此，需采用穿通中巖墻的預(yù)應(yīng)力砂漿錨桿加固隧道相鄰側(cè)墻拱腳以上巖體

5、，確保圍巖穩(wěn)定；同時(shí)強(qiáng)調(diào)，必須在先行隧道邊墻開挖、預(yù)加固兩隧道間巖墻、完成仰拱之后一段時(shí)問、隧道變形基本停止后，才能開挖后行隧道的邊墻部分。后行隧道初期支護(hù)及仰拱完成后，進(jìn)行先行和后行隧道內(nèi)層模筑混凝土襯砌施工。圖2 超小凈距并行隧道分部開挖（單位：m）（三）控制爆破在上半斷面開挖中主要解決爆破振動(dòng)劉周圍環(huán)境的影響；在下半斷面的開挖中主要考慮確保中巖墻圍巖的穩(wěn)定和完整，以及控制后行隧道對(duì)先行隧道邊墻初期支護(hù)的影響?？刂票普駝?dòng)主要采用控制裝藥量和分段微差爆破技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。1超小凈距隧道控制爆破開挖技術(shù)要點(diǎn)（1）為保證中巖墻的穩(wěn)定與安全，采用中槽先進(jìn)，兩側(cè)預(yù)留光爆層的作業(yè)方法。（2）中槽靠中巖墻一

6、側(cè)采用防振帶（預(yù)裂帶）降低爆破對(duì)中巖墻和先行隧道邊墻初期支護(hù)的振動(dòng)影響。（3）頂留光爆層主爆孔的爆破應(yīng)盡量為光爆孔創(chuàng)造臨空面，這樣有利于保證光爆效果和控制圍巖的爆松厚度。（4）平行隧道十一隧道開挖爆破時(shí)在另一隧道邊墻初期支護(hù)上引起的振動(dòng)速度控制在1.5cms以下。（5）采用微差爆破技術(shù)時(shí)，考慮到爆破震動(dòng)波形疊加作用的影響，時(shí)差可采用100ms。2上半斷面開挖控制爆破采用微振動(dòng)爆破進(jìn)行施工，控制掏槽眼一次起爆藥量來降低振動(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)用光爆技術(shù)提高爆破開挖質(zhì)量，使上半斷面的周邊輪廓基本規(guī)整，減小中槽爆破對(duì)上半斷面的靠近及對(duì)中巖墻底腳部位圍巖的擾動(dòng)。施工中應(yīng)加強(qiáng)爆破振動(dòng)監(jiān)測，依據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時(shí)調(diào)整爆破參

7、數(shù)。一般單位耗藥量校q=0.60.9kg/m³控制。3下半斷面開挖控制爆破（1）先行隧道下半斷面控制爆破首先必須嚴(yán)格控制其對(duì)中巖墻的破壞范圍和影響深度；其次要考慮其對(duì)后行隧道上半斷面圍巖及初期支護(hù)的影響程度，確保后行隧道上半斷面的安全；再次通過先行隧道的開挖，在進(jìn)入中巖墻側(cè)開挖以前，找出能確保中巖墻穩(wěn)定及安全的爆破方法和爆破參數(shù)。一般單位耗藥量按q=0.40.5kg/m³控制。爆破開挖時(shí)中槽先進(jìn)，兩側(cè)預(yù)留光爆層，為確保中巖墻安全，抵消中槽開后巖石應(yīng)力釋放對(duì)中巖墻穩(wěn)定的不利影響，靠近中巖墻側(cè)預(yù)留光爆層的厚度應(yīng)大于外側(cè)的厚度。丌挖必須在外側(cè)光爆層取得較好的爆破效果后開始。中槽開

8、挖按常規(guī)爆破設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中宜采用偏上的掏槽方法，兼顧掏槽和創(chuàng)造臨空面的作用。（2）后行隧道下半斷面控制爆破后行隧道下半斷面巖石爆破必須保證隧道中巖墻受到的影響控制在盡量小的范圍內(nèi)，其單側(cè)圍巖的最大破壞范圍不得大于1m；先行隧道邊墻尤其是內(nèi)邊墻的巖石和初期支護(hù)不能因爆破而受到損傷。（3）控制爆破原則采用光面爆破技術(shù)控制超挖，保證邊墻平整及對(duì)圍巖的影響深度；采用微差爆破技術(shù)控制振動(dòng)的量值大小，以控制爆破對(duì)先行隧道邊墻的影響；采用預(yù)裂爆破技術(shù)降低爆破振動(dòng)對(duì)圍巖的影響。（4）爆破開挖方法采用中槽先進(jìn)、兩側(cè)預(yù)留光爆層的爆破方法。在中巖墻側(cè)布設(shè)防振帶，即布一列孔先爆形成一破碎帶在中巖墻和中槽主爆破區(qū)之間起降

9、振作用，該列孔應(yīng)用較小的藥量最先起爆。中巖墻側(cè)預(yù)留光爆層的厚度取4m左右，一方面有足夠的厚度保證中巖墻圍巖在中槽爆破后不至于因圍巖暴露時(shí)間過長、巖體卸荷及應(yīng)力釋放使中巖墻巖體受損，另一方面又能創(chuàng)造較好的臨空面減少爆破振動(dòng)影響并保證光面爆破的效果。施工中，外側(cè)預(yù)留光爆層與中槽爆破之間的距離，一般不超過2m，同時(shí)采用挖后速擴(kuò)等措施來控制巖體變形，中巖墻側(cè)圍巖爆破后暴露時(shí)間控制在24h以內(nèi)。4光面爆破施工（1）鉆孔 隧道邊墻光爆孔應(yīng)有一定外插角，該外插角控制在5°以內(nèi)，光爆后稍加清理后再鉆鑿下循環(huán)的光爆孔，再進(jìn)行初期支護(hù)。（2）裝藥 光面爆破采用弱裝藥，用小藥卷和增大徑向不耦合系數(shù)的方法改

10、善光爆效果，藥卷捆綁在導(dǎo)爆索上，用竹片固定使光爆藥卷正確定位于光爆孔內(nèi)，同時(shí)將竹片靠近要保護(hù)的圍巖一側(cè)以改善光爆效果，由于預(yù)留光爆層一般有斜度，故底部不必加藥。（3）軟弱地層爆破參數(shù)的調(diào)整措施 適當(dāng)增加主爆孔的裝藥量或減小主爆孔的最小抵抗線值，保證光爆層前的巖層有較大的拋出；光爆孔使用高段別微差雷管，拉大主爆孔與光爆孔的起爆時(shí)差；降低光爆孔的線裝藥密度，直至光爆孔內(nèi)僅用雙股導(dǎo)爆索。（四）出渣運(yùn)輸采用挖掘機(jī)裝渣，自卸汽車運(yùn)輸。（五）初期支護(hù)初期支護(hù)采用噴錨構(gòu)筑法，由拱架+全長注漿系統(tǒng)錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土構(gòu)成的初期支護(hù)為主要受力結(jié)構(gòu)。為保證中巖墻的穩(wěn)定及安全，在中巖墻處設(shè)單向全長砂漿粘結(jié)加固錨

11、桿，錨桿用22鋼筋，呈梅花形布置。1初期支護(hù)施工程序?yàn)椋簻y量定位鉆孔錨桿支護(hù)噴混凝土安設(shè)拱架掛設(shè)鋼筋網(wǎng)噴混凝土。2通過對(duì)地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)、隧道周邊位移、拱頂下沉、地表沉陷、拱架應(yīng)力、錨桿拉拔力等的監(jiān)控量測，判斷支護(hù)是否穩(wěn)定與可靠，必要時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。3開挖斷面達(dá)到要求尺寸及時(shí)出渣后，立即噴射混凝土45cm，打設(shè)錨桿，按設(shè)計(jì)要求安裝拱架、掛鋼筋網(wǎng)、分層噴射混凝土直到設(shè)計(jì)厚度。噴射時(shí)先噴拱架與巖面之間的間隙，再噴拱架周圍，最后噴拱架之間，使拱架與開挖輪廓之間所有間隙充填密實(shí)。4系統(tǒng)錨桿拱部用錨固劑錨固，兩側(cè)邊墻及中夾巖墻錨桿采用注漿機(jī)先注漿后打入桿體再焊接孔口端部墊板、封閉孔口的方法施工。圖3 預(yù)應(yīng)

12、力錨桿安裝（單位：m）（六）中巖墻預(yù)應(yīng)力錨桿施工為保證中夾巖墻的穩(wěn)定及安全，在中夾巖墻起拱線以上設(shè)后張預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿用22鋼筋按設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力錨固。具體做法是：在后行隧道上半斷面按設(shè)計(jì)位置鉆孔打穿巖體，鑿除桿體兩端混凝土弧線部分，使墊板與混凝土面密貼，張拉端設(shè)在后行隧道內(nèi)，錨固端設(shè)在先行隧道內(nèi)，由后行隧道上半斷面送入桿體，將錨固端的墊板與桿體焊接，并用噴射混凝土封閉孔口，用注漿機(jī)沿桿體向孔內(nèi)注漿，注漿后用錨桿拉拔器立即張拉至設(shè)計(jì)預(yù)加拉力，用扭矩扳手鎖定雙螺母，用噴射混凝土封閉孔口。預(yù)應(yīng)力錨桿安裝如圖3所示。（七）防水層及模筑混凝土施工1防水層設(shè)在噴射混凝土層與模筑襯砌混凝土之間，材料一般由土工無

13、紡布及pe防水板組成，由于模筑混凝土是先墻后拱法施工，防水層的鋪設(shè)順序由墻到拱環(huán)向鋪設(shè)，搭接縫設(shè)在起拱線以上1.5m處。施做防水層時(shí)先在初期支護(hù)表面抹砂漿找平，再鋪設(shè)一層土工布和pe防水板。防水板布設(shè)在圍巖與襯砌之間，防止地下水從拱墻滲漏出；在防水層與圍巖之間加一層土工布，起緩沖保護(hù)作用，防止由于圍巖的凸凹不平，錨桿、鋼筋等帶有尖角的利器鑿穿防水板而影響防水效果，同時(shí)土工布有良好的透水性，還可對(duì)地下水起疏導(dǎo)作用。2防水層鋪設(shè)完成以后，綁扎鋼筋，立模澆灌二次襯砌混凝土。二次襯砌施工應(yīng)盡量采用整體式模板臺(tái)車施工，以提高工效和質(zhì)量。七、監(jiān)控量測超小凈距并行隧道施工時(shí)，為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性和施工方法的合

14、理性，在施工中需進(jìn)行巖體位移、圍巖壓力和層間接觸應(yīng)力、噴射混凝土應(yīng)變等量測，了解隧道開挖及支護(hù)過程中巖體松動(dòng)情況、圍巖壓力變化規(guī)律利支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等。主要施工監(jiān)測項(xiàng)目見表1。表1 監(jiān)控量測項(xiàng)目序號(hào)量測項(xiàng)目量測儀器和工具測點(diǎn)布置量測頻率1圍巖及支護(hù)狀態(tài)地質(zhì)描述及拱架支護(hù)狀態(tài)觀察每一開挖環(huán)開挖后立即進(jìn)行2地表沉降水準(zhǔn)儀和水平尺每1020m一個(gè)斷面，每斷面711個(gè)測點(diǎn)h<2b時(shí)12次dh<5b時(shí)1次2dh>5b時(shí)1次周3拱頂下沉水準(zhǔn)儀、鋼尺等每510m一個(gè)斷面，每斷面13個(gè)測點(diǎn)4周邊凈空收斂位移收斂儀每510m一個(gè)斷面，每斷面35個(gè)點(diǎn)5聲波測試巖石聲波檢測儀選擇有代表性的斷面在拱

15、腳位置布測點(diǎn)爆破后進(jìn)行6掌子面前方地質(zhì)預(yù)報(bào)陸地聲納在上半斷面進(jìn)行測試每一循環(huán)均需進(jìn)行7巖體垂直位移巖石地面撓度儀每1015m一個(gè)斷面，每斷面布置35個(gè)測點(diǎn)h<2b時(shí)12次dh<5b時(shí)1次2dh>5b時(shí)1次周8巖體水平位移單點(diǎn)位移計(jì)選擇有代表性斷面，每個(gè)斷面3組，每組4個(gè)測點(diǎn)9壓力鋼弦式壓力傳感器選擇有代表性斷面布置測點(diǎn)10混凝土應(yīng)變鋼弦式混凝土應(yīng)變計(jì)選擇有代表性斷面布置測點(diǎn)注：l.h為井挖面距量測斷的距離；b為隧道開挖寬度；2.地質(zhì)描述包括工程地質(zhì)和水文地質(zhì)。量測的目的在于：判斷地面變形及隧道內(nèi)變形對(duì)周圍環(huán)境、隧道施工安全的影響程度；判斷中巖墻的受力變形是否影響中巖墻的穩(wěn)定。

16、以此優(yōu)化設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工，確保施工安全可靠順利。八、機(jī)具設(shè)備施工機(jī)具應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、隧道斷面及長度配備。單口作業(yè)所需參考設(shè)備見表2。表2 單口作業(yè)所需機(jī)具設(shè)備序號(hào)作業(yè)機(jī)具設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1施工通風(fēng)照明軸流式通風(fēng)機(jī)低壓變壓器90-124v，20kw臺(tái)臺(tái)22通風(fēng)掌子面照明2開挖空壓機(jī)兩臂臺(tái)車風(fēng)鎬手持風(fēng)鉆挖掘機(jī)裝載機(jī)自卸車潛水泵泥漿泵20m³min,120kwcljyl2.2g107655ex300zl50ca141揚(yáng)程50m100m³/h臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)2210411442高壓供風(fēng)鉆孔開挖鉆孔開挖出渣出渣抽水排污水3初期支護(hù)鋼筋切斷機(jī)鋼筋折彎機(jī)電焊機(jī)臺(tái)式鉆床混凝土噴射機(jī)

17、攪拌機(jī)注漿機(jī)cq40-fgw40-1bx-30024025tk-961jzc350db6-101臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)11311134二次襯砌攪拌站混凝土攪拌輸送車混凝土輸送泵插入式震動(dòng)器模板臺(tái)車25m³/h，ls500jgc5270gjbhb60dzn35，zn50自制臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)1211025量測及測量儀器全站儀經(jīng)緯儀水準(zhǔn)儀塔尺收斂計(jì)巖石聲波檢測儀陸地聲納巖體地面撓度儀單點(diǎn)位移針鋼弦式壓力傳感器鋼弦式混凝土應(yīng)變計(jì)地質(zhì)羅盤地質(zhì)錘錨桿拉拔器拓普康301j2c40cy-85bl-150b臺(tái)臺(tái)臺(tái)根個(gè)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)臺(tái)個(gè)個(gè)個(gè)11122111244111方向控制監(jiān)控量測九、勞動(dòng)組織單口作業(yè)勞動(dòng)組織見表3。表

18、3 單口勞動(dòng)組織序號(hào)工作項(xiàng)目作業(yè)內(nèi)容人數(shù)1開挖風(fēng)鎬手兩臂臺(tái)車司機(jī)風(fēng)鉆手裝藥起爆出渣4288122初期支護(hù)錨桿、格柵制作洞內(nèi)焊接安裝錨桿混凝土噴射混凝土拌合6444113量測技術(shù)員測量工344二次襯砌立模灌注混凝土運(yùn)輸混凝土攪拌站88265其他分隊(duì)長技術(shù)負(fù)責(zé)人專職安全員質(zhì)檢員試驗(yàn)員電工修理工機(jī)械、車輛司機(jī)輔助人員111122283十、質(zhì)量控制制定工程創(chuàng)優(yōu)規(guī)劃，設(shè)專職質(zhì)量檢查人員，配合監(jiān)理工程師對(duì)原材料、各工序質(zhì)量進(jìn)行全面檢查。認(rèn)真貫徹iso9002質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，特殊工種實(shí)行持證上崗，實(shí)行全過程質(zhì)量控制。（一）按規(guī)范施工，可詳細(xì)參閱公路、鐵路隧道施工技術(shù)規(guī)范及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。（二）嚴(yán)格控制進(jìn)料及加工1、對(duì)混

19、凝土骨料級(jí)配、含泥量及外加劑質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，堅(jiān)持進(jìn)一次料，抽查一次，不合格的堅(jiān)決清退。拌制時(shí)嚴(yán)格按配合比計(jì)量，縮短運(yùn)輸存放時(shí)間，隨拌隨用（一般摻速凝劑的混凝土待澆時(shí)間不超過30min。2鋼構(gòu)件下料按1:1大樣為準(zhǔn)，加工時(shí)盡量減少熱變形，加工完用模具檢驗(yàn)校正，焊點(diǎn)強(qiáng)度應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)。3泵送混凝土應(yīng)嚴(yán)格控制坍落度損失，嚴(yán)禁擅自加水，外加劑應(yīng)嚴(yán)格汁量。（三）加強(qiáng)施廠管理1努力減少超欠挖，噴射混凝土應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范控制。2以新奧法原理指導(dǎo)施上，定位與方向控制要有專人負(fù)責(zé)。3加強(qiáng)監(jiān)控量測管理，及時(shí)反饋信息，提高應(yīng)變能力。4格按爆破沒計(jì)打眼、裝藥、起爆，提高爆破質(zhì)量。5加強(qiáng)工序銜接管理。十一、施工安全與環(huán)境保護(hù)

20、1爆破、量測人貝和專職安全員必須經(jīng)過專業(yè)培圳并取得證書，方準(zhǔn)上崗作業(yè)。2必須加強(qiáng)全員安全意識(shí)教育，交叉施丁地段應(yīng)設(shè)調(diào)度員加強(qiáng)調(diào)度。3洞室升挖后縮短掌子面暴露時(shí)間，及時(shí)施作初期支護(hù)。4隨時(shí)對(duì)量測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)信息反饋指導(dǎo)施工。5危險(xiǎn)火工品嚴(yán)格按爆破安全規(guī)程及當(dāng)?shù)毓膊块T要求執(zhí)行。6嚴(yán)格控制鉆爆施工工藝，提高施工管理水平，加強(qiáng)現(xiàn)場技術(shù)力量，進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，確保爆破技術(shù)方案得以廠確實(shí)施。提高爆破質(zhì)量和水平，確保圍巖、中巖墻及周圍環(huán)境的安全。7抓強(qiáng)對(duì)車輛及人員管理，遵守交通管理規(guī)范，堅(jiān)持文明施丁。8加強(qiáng)洞內(nèi)外電力、通風(fēng)、給排水管線的管理，防止漏電、漏風(fēng)傷人。9加強(qiáng)機(jī)械保養(yǎng)維修，降低機(jī)械的廢氣排放，不符合排放標(biāo)準(zhǔn)的車輛不允許上路，噪聲大的機(jī)械改裝消聲器，十二、效益分析1對(duì)鐵路的改造和復(fù)線建設(shè)，本工法的廣推應(yīng)用對(duì)線路選線、沒計(jì)及施工具有一定的指導(dǎo)和借鑒作用，有一定的社會(huì)效益。2劉于高等級(jí)公路和高速公路，采用本工法能解決為保持上、下行兩隧道大凈距而增加的困難，能少占地、改善公路線路情況。3