新建時速~公里客運專線鐵路隧道施工培訓教材

客運專線隧道施工技術2009.3.13討論的主要內容：一、客運專線隧道的特點二、重點控制的施工環(huán)節(jié)三、設計的優(yōu)化與變更四、主要施工方法五、不良地質地段的施工一、客運專線隧道的特點

為了迎接市場競爭的挑戰(zhàn)，近期，鐵道部啟動了以250km/h、300km/h和350km/h速度為目標的客運專線的建設工程，我國的鐵路建設又進入了一個新階段。由于速度的跨越，對構成線路的各種結構物，包括橋梁、隧道、軌道、路基等，提出了更加嚴格的要求和標準，也提出來許多前所未有的新課題。目前，正在建設的和擬建的幾條客運專線都有大量的隧道工程涌現(xiàn)。在客運專線條件下，如何針對隧道觀察的特點、認識和解決所面臨的新問題，是一個值得研究的問題。

首先，如何認識客運專線中隧道工程與一般線路中隧道工程有何不同。(一)、列車運行的高速度，引起的列車——空氣動力學問題突出，不容忽視；這包括：·隧道凈空有效斷面積的確定－舒適性；·列車運行產生的空氣壓對結構物的影響－耐久性；·對周邊環(huán)境的影響－緩沖結構的設置。三個方面的問題。(二)、考慮列車高速運營的特點，隧道的凈空有效斷面積增大，例如在350km/h速度的條件下,Ⅴ級圍巖隧道的開挖斷面積可達170m2，屬于超大斷面隧道的范疇，與三車道公路隧道的開挖斷面積相當，給設計、施工提出來許多新課題；(三)、由于開挖斷面積的增大，施工難度也急劇增加，特別是對一般地質條件下的初期支護技術和不良地質條件下的超前支護技術，提出來很高的要求；(四)、列車高速運行的作用，對洞內軌道（包括基底結構，如仰拱或鋪底、混凝土填充層等）的影響增大，不僅需要加強基底結構，對襯砌結構也具有一定的影響，不容忽視。(五)、對襯砌混凝土的耐久性，如抵抗列車風壓的疲勞特性；如何保證初期支護的噴混凝土的耐久性?，以及大斷面襯砌結構的抗開裂特性等，都提出來了明確的要求；(六)、由于這一輪隧道工程的數(shù)量特別巨大，因此，合理控制工程造價，意義也特別重大。

總之，目前要解決的問題是：高速運營條件下的超大斷面隧道的設計施工問題。因此、客運專線的隧道工程，將是提高我國隧道設計施工技術的重要機遇。我們應該下大力氣，切實地做出具有時代意義的貢獻。二、重點控制的施工環(huán)節(jié)控制的內容：：運輸方式及隧隧道開挖重視地質超前前預報，盡早早確定施工預預案監(jiān)控量測及時時反饋,調整整支護參數(shù)與與施工方案.加強防排水施施工工藝研究究.強化嚴格過程程控制，保證證工程質量。?！暨\輸方式及隧隧道開挖◆運輸方式及隧隧道開挖★運輸方式：

有軌運輸與無無軌運輸；以出碴車輛為為例：需配車數(shù)NaNa=x/y，X－每個鉆鉆爆循環(huán)出碴碴所需車輛次次，Y－每車車每爆破循環(huán)環(huán)的裝卸循環(huán)環(huán)次數(shù)。x=K*Va/QB*ψψaK—土石松散散系數(shù)；Va—每循環(huán)環(huán)出碴量m3(實方)；；QB—車容積積m3；ψa—滿載系系數(shù)。y=Ty/(t1+t2+t3+2L*60/ν)Ty—每爆破破循環(huán)要求運運輸時間；t1—裝車時時間min；t2—卸車時時間min；t3—調車及及其它干擾時時間min；L—最大運輸輸距離km;ν—平均行車車速度km/h。建議：當隧道的單口口掘進超過1.2km（（雙線1.8km），且且無輔助坑道道時宜采取有有軌運輸方式式。無論采取何種種運輸方式，，施工中隧底底混凝土均應應盡可能跟緊緊掌子面以形形成高質量通通道?！锼淼篱_挖方法法鉆爆法（礦山山法），以新新奧法為代表表；機械法，如TBM、盾構構法；◆初期支護與與地質預報★重視支護參數(shù)數(shù)設計高度重視隧道道的初期支護護動態(tài)設計初期支護包括括：噴混凝土、錨錨桿、鋼支撐撐支撐或格柵柵、超前支護護.★重視地質預報報并納入工序序管理隧道是一個管管狀的隱蔽工工程，穿越崇崇山峻嶺，穿穿過多種巖類類甚至多個構構造與地質年年代，所經過過的水文、地地質條件十分分復雜，設計計階段的地質質勘察只能給給予基本的分分析和判斷，，而對存在的的不良地質地地段如：斷層層、富水地段段、巖溶等不不可能作出精精確的標識。。因此，為探探明前方圍巖巖狀況，取得得準確的第一一手資料，做做好施工預案案，獲得設計計與施工上的的主動，施工工過程中的地地質超前預測測預報必不可可少并納入工工序管理。地質預報的內內容斷層及斷層影影響帶的位置置、規(guī)模及其其性質。軟弱夾層的位位置、規(guī)模及及其性質。巖溶的位置、、規(guī)模及其性性質。不同巖性、、圍巖級別別變化界面面的位置。。工程地質災災害可能發(fā)發(fā)生的位置置和規(guī)模。。含水構造的的位置、規(guī)規(guī)模及其性性質。地質預報的的方法：地質雷達、、超前鉆探探、HSP(聲波））、TSP（地震波波）等。收集、掌握地區(qū)地質資料探測資料研判，給出探測結論和工程措施意見超前水平鉆探，距離30－50m紅外線探水儀：距離約30m短距離探測：地質雷達，距離20－30m地質預報工作和流程圖長距離探測：TSP、HSP，預報距離80-150m掌子面地質調查與素描（每排炮后）補充地質調查◆圍巖監(jiān)控量量測圍巖量測技技術監(jiān)控量測是是隧道新奧奧法施工的的核心技術術之一。在在隧道開挖挖過程中，，使用各種種量測儀器器、設備，，對圍巖變變化情況和和支護結構構的工作狀狀態(tài)進行量量測，能夠夠及時提供供圍巖的力力學狀態(tài)、、穩(wěn)定程度度和支護結結構可靠性性的信息，，了解和掌掌握圍巖變變化規(guī)律，，預見事故故苗頭和預預兆，排除除隱患和險險情，評價價、調整或或修改支護護參數(shù)及施施工順序，，同時確定定二次襯砌砌的最佳施施做時間。。量測目的:①掌握巖石石位移和支支護變形的的動態(tài)對對圍巖穩(wěn)定定性作出評評價；②確定支護護結構形式式,指導合合理安排工工序,及時時修改支護護參數(shù)，確確定支護時時間；遇到到危及施工工安全的嚴嚴重情況時時,為分析析原因,采采取相應措措施和施工工決策提供供依據(jù),確確保工程的的安全性,經濟性.⑤評價支護護結構的合合理性及安安全性.⑥為今后類類似工程積積累設計、、施工資料料。量測內容：：監(jiān)控量測項項目分為必必測項目和和選測項目目。必測項項目為日常常施工管理理必須進行行的量測并并納入工序序管理，內內容包括：：洞內收斂量量測；拱頂頂下沉；地地表沉降觀觀測等。量測儀器量測部位（（斷面）及及基線布置置凈空變化、、拱頂下沉和地表下下沉（淺埋埋地段）等必測測項目應設設置在同一斷面面。圍巖級別斷面間距（m）每斷面測點數(shù)量凈空變化拱頂下沉Ⅴ～Ⅳ5～101～2條基線1～3點Ⅳ10～301條基線1點Ⅲ30～501條基線1點必測項目量量測斷面間間距和每斷斷面測點數(shù)數(shù)量注：洞口及及淺埋地段段斷面間距距取小值。。各選測項項目量測斷斷面的數(shù)量量，宜在每每級圍巖內內選有代表表性的1－－2個。軟軟巖隧道的的觀測斷面面適當加密密凈空收斂量量測基線布布置示意圖圖量測頻率位移速度（mm/d）量測頻率≥52次/d1～51次/d0.5～11次/2～3d0.2～0.51次/3d＜0.21次/7d量測斷面距開挖面距離（m）量測頻率（0～1）b2次/d（1～2）b1次/d（2～5）b1次/2～3d＞5bb—隧道開挖寬度

1次/7d量測頻率1（按位移移速度）量測頻率2（按距開開挖面距離離）當按上表選選擇量測頻頻率出現(xiàn)較較大差異時時，宜取量量測頻率較較高的作為為實施的量量測頻率量測數(shù)據(jù)分分析量測數(shù)據(jù)整整理、分析析與反饋應應符合下列列要求：每次量測后后應及時進進行數(shù)據(jù)整整理，并繪繪制量測數(shù)數(shù)據(jù)時程曲曲線和距開開挖面關系系圖。對初期的時時態(tài)曲線應應進行回歸歸分析，預預測可能出出現(xiàn)的最大大值和變化化速度。數(shù)據(jù)異常時時，應根據(jù)據(jù)具體情況況及時采取取加厚噴層層、加密或或加長錨桿桿、增加鋼鋼架等加固固措施。按變形管理等級級指導施工管理等級管理位移（mm）施工狀態(tài)ⅢU＜U0/3可正常施工ⅡU0/3≤U≤2U0/3應加強支護ⅠU＞（2U0/3）U實測位移值；U0最大允許位移值

應采取特殊措施變形管理等級表表U/mm位移時程曲線示意圖根據(jù)位移變化速速度判別凈空變化速度持持續(xù)大于5.0mm/d時，，圍巖處于急劇劇變形狀態(tài)，應應加強初期支護護系統(tǒng)。凈空變化速度小小于0.2mm/d時，圍巖巖達到基本穩(wěn)定定?！羲淼婪琅潘淼赖姆琅潘淼婪浪扇∠认绕谥鲃臃浪?全工序.全全過程防水的理理念結構防水柔性防水層作用：阻斷地下水沿初初期支護的薄弱弱環(huán)節(jié)和甬道侵侵入二次襯砌，，對二襯混凝土土造成侵蝕，從從而導致結構的的損害和破壞，，影響行車安全全。防水板的施工材質：聚乙烯規(guī)格：寬度大于1.5m，厚度要求求不小于1.2mm。機具：專用焊接機施工方法：無釘釘鋪設。鋪設完成后的防水板與鋼筋止水帶設置部位：工作縫及變形縫縫結合部的中間間。作用：防止地下水沿工工作縫及變形縫縫結合部（薄弱弱環(huán)節(jié)）滲入洞洞內內。兩種典型止水帶斷面結構示意圖

止水帶端頭板臺車模板開挖輪廓線初期支護注漿防防水種類:帷幕注漿漿.周邊注漿.徑向注漿巖石地層預注漿漿設計壓力應根根據(jù)圍巖水文地地質條件合理定定宜比靜水壓力大大0.5－1.5MPa；當當靜水壓力較大大時，宜為靜水水壓力的2－3倍；；注漿泵的壓力力應達到設計壓壓力的1.3－－1.5倍。漿液：按需要可選用單單液或雙液漿。。三、設計的優(yōu)化與變變更設計優(yōu)化

優(yōu)化原則設計優(yōu)化是對設設計功能的進一一步完善和對工工程結構及安全全的進一步加強強。

設計優(yōu)化的主要要內容施工圖設計優(yōu)化化的重點是根據(jù)據(jù)鐵道部有關的的技術法規(guī)和政政策，按照施工工現(xiàn)場的實際情情況核對設計文文件，理解設計計意圖，評估設設計目的和功能能，對工程結構構、使用功能、、安全性能等方方面進行優(yōu)化.四、主要施工方法隧道的開挖方法在礦山法施工的隧道中，其開挖挖方式應根據(jù)不同的地地質條件進行確定，其其常見的方法一般有如如下幾種：全斷面法、半斷面法、上下導坑坑法；在半斷面法上下下導坑法中又分為短臺臺階法、超短臺階、長長臺開挖方法橫斷面示意縱斷面示意全斷面法下導洞超前法臺階法環(huán)形開挖預留核心土法雙側壁導坑法中洞法中隔壁法（CD法）交叉中隔壁法（CRD法）隧道主要開挖方法法表階法；在導坑法中中又有CRD法及及側壁導坑法，另另外還有預留核心心土法等等。新奧法的施工技術均適用于上述述施工方法。開挖方法適用圍巖級別及說明備注全斷面法1單線隧道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖；2雙線隧道Ⅰ、Ⅱ級圍巖；3地下水狀態(tài)：干燥或潮濕。循環(huán)進尺宜控制在3～4.0m。下導洞超前法1單線隧道Ⅲ、Ⅳ級圍巖；2雙線隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖；3地下水狀態(tài)：有滲水或股水。

臺階法1單線Ⅲ級、Ⅳ級圍巖；2雙線Ⅲ級圍巖；3地下水狀態(tài)：干燥或潮濕。臺階長度應有利于施工操作和機械設備效率的發(fā)揮，同時應利于支護盡早封閉成環(huán)。環(huán)形開挖預留核心土法1單線Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖；2雙線Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖；3地下水狀態(tài)：有滲水或股水。施工中應盡量減少開挖分部，采用大斷面分部雙側壁導坑法1單線Ⅴ、Ⅵ級圍巖；2雙線隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖；3地下水狀態(tài)：有滲水或股水。中洞法雙聯(lián)拱隧道中隔壁法（CD法）單、雙線隧道Ⅴ、Ⅵ級圍巖、淺埋隧道、三線隧道。交叉中隔壁法（CRD法）雙線、三線隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖、淺埋隧道?？瓦\專線隧道各類類施工（開挖）方方法適用條件隧道的控制爆破一般有兩種：光面面爆破、預裂爆破破.架立完畢的工字鋼鋼架與錨桿工字鋼拱架與錨桿桿的安裝五、不良地質地段段的施工礫石土、巖堆、巖巖溶、斷層破碎帶帶、嚴重風化的巖巖體、流沙、涌泥泥、洞口嚴重風化化地段等Ⅱ類（5級）及以下下的圍巖均屬于不不良地質地段.超前支護小管棚超前支護（（預注漿）該方法是是較為常常見的支支護方法法，當不不良地質質地段在在系統(tǒng)錨錨桿支護護達不到到預期效效果時的的首選方方案之一一，主要要用于洞洞口不良良地質地地段、斷斷層破碎碎帶、塌塌方處理理、地層層預加固固等，多多與網噴噴混凝土土結合使使用?；驹砝恚涸诠ぷ髅婷嬷苓叞窗匆欢ń墙嵌葘⑿⌒Ч艽虼颍ㄣ@、、壓）入入巖層，，借助注注漿泵的的壓力，，使?jié){液液通過小小導管滲滲透、擴擴散到巖巖層孔隙隙或裂隙隙中，以以改善巖巖體物理理力學性性能，達達到既可可止水又又可在工工作面周周圍形成成一個承承載殼——巖層自自承拱的的目的，，同時管管體又可可起到超超前錨桿桿的作用用，從而而增加巖巖體的自自穩(wěn)時間間，提高高開挖面面巖層自自穩(wěn)能力力，限制制巖層松松馳變形形。1001.432m3m40cm施工方法法參數(shù)設計計小導管材材質、管管徑選擇擇；導管布置置（沿隧隧道開挖挖輪廓線線向外傾傾斜））；注漿壓力力確定；；注漿量量確定；；導管間距距確定（（注漿半半徑）；；漿液選則則：在圍圍巖相對對較好，，涌水量量較小時時，宜選選用水泥泥漿單液液注漿；；否則宜宜選用水水泥—水水玻璃雙雙漿液漿漿或其它它化學漿漿液。注漿壓力力如量測靜靜水壓力力有困難難時，可可參考下下列經驗驗公式確確定最大大設計壓壓力，并并根據(jù)注注漿試驗驗結果進進行修正正：地表注漿漿：P=（0.2－－0.5）H1；洞內注漿漿：P=（0.2－－0.5）H1K；式中：H1——孔口口至靜水水位高度度（m）），可參參照地下下水埋深深進行初初步確定定；K——洞洞內修正正系數(shù)，，1.2－2.0；P——注注漿設計計壓力（（MPa）。注漿量漿液注入入量可根根據(jù)擴散散半徑及及巖層裂裂隙率參參考下列列公式計計算確定定Q=πR2Hηβ式中：Q——漿漿液注入入量（m3）；R——漿漿液擴散散半徑（（m）；；H——注注漿段長長度（m）；η——巖巖層裂隙隙率，一一般取1％－5％；β——漿漿液在裂裂隙內的的有效充充填系數(shù)數(shù)，視巖巖層性質質而定，，約0.3－0.9。。注漿主要種類類:單液注漿漿水泥-水水玻璃雙雙液法注注漿大管棚超超前支護護大管棚超超前支護護具有一一次施作作支護距距離長，，支護能能力強，，一次支支護范圍圍大，施施工快速速的特點點。與型型鋼支撐撐、注漿漿等方法法結合支支護效果果良好。。多用于于風積砂砂、流沙沙、軟流流塑、斷層破碎碎帶、塌塌方處理理等。支護機理理：長鋼管打打入巖層層后,與與鋼支撐撐組合形形成一個個沿隧道道外輪廓廓的簡支支結構，，從而對對作業(yè)面面起到棚棚護作用用；若與與超前加加固預注注漿結合合，則可可長距離離的加固固巖體，，較適用用于富水水的破碎碎軟弱圍圍巖。大管棚施工示意圖鋼管頂入靜壓頂入施工現(xiàn)場水平旋噴噴樁預支支護水平旋噴噴預支護護在國外外又叫作作“旋噴噴拱棚預預支護””，與管管棚、預預切槽均均為預支支護強有有力方案案中的一一種，水水平旋噴噴在國內內外的隧隧道預支支護中已已得到成成功應用用。作用機理理：水平旋噴噴的原理理同豎直直旋噴，，只是將將鉆桿水水平鉆進進進行旋旋噴注漿漿。在不不良地質質隧道工工作面前前方，沿沿隧道開開挖外輪輪廓線利利用鉆機機鉆孔，，然后把把帶有噴噴頭的噴噴漿管放放至地層層預定的的位置，，邊后退退邊高壓壓旋噴注注漿,用用從噴嘴嘴出口噴噴出的漿漿液射流流沖擊和和破壞地地層。剝剝離的土土顆粒在在噴射流流的力的的作用下下，與注注入的漿漿液摻攪攪混合，，并按一一定的漿漿土比例例有規(guī)律律地重新新排列，，在土體體中形成成固結體體。相鄰鄰的旋噴噴固結樁樁體相互互搭接咬咬合形成成旋噴樁樁拱棚，，與鋼支支撐共同同作用，，達到支支護目的的。水平旋噴噴適用于于軟土、、粘性土土、黃土土、砂類類土、砂砂礫卵石石層等。水水平旋噴噴直接用用射流破破碎土層層，在破破碎范圍圍內固結結體質量量能夠保保證。其其沒有有塌孔孔的危險，在淺淺埋、軟軟弱圍巖巖隧道施工中能能夠有效效防止?jié)B滲漏，控制圍巖巖的變形形，防止止地表沉降并可靈活應應用于全全斷面或臺階法法等不同同開挖方方法。旋噴作業(yè)成樁施工工藝藝及操作作要點機具