隧道工程施工基本知識(shí)

/隧道工程施工基本學(xué)問（參照西南交大關(guān)寶樹的《隧道工程施工要點(diǎn)集》章節(jié)編寫）隧道工程支護(hù)1.坑道穩(wěn)定性穩(wěn)定狀態(tài)分類.坑道充分穩(wěn)定：指由于巖體強(qiáng)度高（R>60MPa）、完整（裂隙間距>1.0m）、不易松弛（如堅(jiān)硬的花崗巖、石灰?guī)r等），開挖坑道后在長時(shí)間內(nèi)有足夠的自穩(wěn)實(shí)力和自支護(hù)實(shí)力。在種狀態(tài)下無需任何人工支護(hù)而能維持穩(wěn)定，無坍塌、間或有掉塊。在特殊狀況下會(huì)出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象。.坑道穩(wěn)定：指由于在大塊狀結(jié)構(gòu)的巖體及整體狀的中硬巖(R>30MPa)中會(huì)爆破、巖塊結(jié)合松弛而產(chǎn)生局部掉快，但不會(huì)坍塌，坑道穩(wěn)定具有確定的自支護(hù)實(shí)力。在種狀態(tài)下層間結(jié)合差的平緩巖層，頂板可能彎曲、斷裂此時(shí)應(yīng)實(shí)行局部支護(hù)。.坑道短暫穩(wěn)定：指由于在具有碎（石）塊（石）狀結(jié)構(gòu)的圍巖中，開挖坑道后經(jīng)常呈現(xiàn)不同程度的坍塌現(xiàn)象，坍塌后坑道常呈拱形，處于短暫穩(wěn)定狀態(tài)。短暫穩(wěn)定時(shí)間有常有短，在外界（如爆破、支撐頂替、回填不剛好等）和內(nèi)部（如地下水等）的影響下，會(huì)丟失穩(wěn)定，必需實(shí)行人工支護(hù)措施。④.坑道不穩(wěn)定：指由于在塊石土、積累土等圍巖中，坑道在不支護(hù)條件下難以開挖，隨挖隨塌，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。圍巖無自支護(hù)實(shí)力或自支護(hù)時(shí)間極短，此時(shí)應(yīng)實(shí)行牢靠的人工支護(hù)措施。2.坑道支護(hù)定義圍巖自支護(hù)——指圍巖自身具有的支護(hù)實(shí)力。人工支護(hù)——通過加固的方法來提高圍巖的自支護(hù)實(shí)力或限制自支護(hù)實(shí)力的降低。3.坑道支護(hù)分類自支護(hù)小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)管棚坑道支護(hù)鎖腳錨桿一次支護(hù)圍巖注漿鋼支撐人工支護(hù)初期支護(hù)錨桿噴射混凝土二次支護(hù)（襯砌）4.人工支護(hù)作用初期支護(hù)的作用是為了保證施工平安，削減坑道圍巖的松弛，剛好限制地壓的發(fā)展，限制圍巖自支護(hù)實(shí)力的降低。充分利用圍巖自身的自支護(hù)實(shí)力二次襯砌的作用是為了維護(hù)坑道的正常和耐久性的基本結(jié)構(gòu)。5.人工支護(hù)類型（級(jí)別）①.飾面支護(hù)（愛惜支護(hù)）：機(jī)理：在利用圍巖的自支護(hù)實(shí)力的基礎(chǔ)上實(shí)行的一般愛惜措施。適用：坑道充分穩(wěn)定目的：封閉巖面，防止圍巖風(fēng)化、掉塊。工法：一般在巖表面噴射2～3cm的水泥砂漿或5cm的噴射混凝土。②.構(gòu)造支護(hù)：機(jī)理：在利用圍巖的自支護(hù)實(shí)力的基礎(chǔ)上實(shí)行的一種防止長期施工過程中自支護(hù)實(shí)力降低的愛惜措施適用：.坑道穩(wěn)定目的：進(jìn)行防止自支護(hù)實(shí)力降低的一般愛惜性的薄型結(jié)構(gòu)支護(hù)。工法：5～8cm的噴射混凝土，如有掉塊的可能時(shí)可設(shè)置確定長度的局部錨桿。③.承載支護(hù)：機(jī)理：.圍巖的自支護(hù)實(shí)力較差但坑道短暫穩(wěn)定，防止圍巖失穩(wěn)為了保證施工平安而實(shí)行愛惜措施（此時(shí)施工階段基本上是不承受荷載的。為初支變形基本收斂的地段，可后期進(jìn)行二襯）適用：坑道短暫穩(wěn)定。目的：進(jìn)行確定的有承載實(shí)力的一次支護(hù)。工法：一次支護(hù)實(shí)行10～15cm的噴射混凝土確定長度的系統(tǒng)錨桿。二次支護(hù)實(shí)行基本上實(shí)行混凝土襯砌④.特殊承載支護(hù)：機(jī)理：圍巖強(qiáng)度差自支護(hù)實(shí)力低，地表下沉，初支變形不收斂，坑道不穩(wěn)定，為了保證施工平安而實(shí)行超前支護(hù)的保證措施（此時(shí)施工階段是承受荷載的。因?yàn)閲鷰r自支護(hù)差，初支變形不能收斂，宜造成地表下沉和圍巖坍塌，為了保證施工平安必需在收斂之前進(jìn)行二襯的地段）適用：坑道不穩(wěn)定目的：接受強(qiáng)有力的支護(hù)手段來保證施工平安工法：用“先支后挖”即先超前支護(hù)（如小導(dǎo)管等）在進(jìn)行開挖，然后進(jìn)行初支（如鋼支撐、噴射混凝土等）和二襯的施工方法。5.圍巖分級(jí)、坑道穩(wěn)定性、支護(hù)級(jí)別間關(guān)系圍巖級(jí)別ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ穩(wěn)定性級(jí)別充分穩(wěn)定穩(wěn)定短暫穩(wěn)定不穩(wěn)定支護(hù)級(jí)別飾面結(jié)構(gòu)承載不承載6.掌子面⑴.掌子面工法作用超前支護(hù)——是沿隧道外輪廓以低角度打設(shè)錨桿、單一鋼管、鋼筋等的方式防止掉塊，加固掌子面前方圍巖、約束圍巖的方法單管——用于沒有凝合力的圍巖，以防止拱頂松馳、崩啦。鋼插板——在倒塌性顯著的圍巖中，以較大面積支護(hù)拱頂?shù)氖侄?。小?dǎo)管注漿——是向掌子面旁邊的圍巖注漿，以改善圍巖狀況，保證掌子面穩(wěn)的方法。斜錨桿——是在掌子面拱頂?shù)膰鷰r打入錨桿注漿錨固，提高掌子面的自穩(wěn)性的措施。小管棚注漿——是向掌子面旁邊的圍巖注漿，以改善圍巖狀況，保證掌子面穩(wěn)的方法。正面噴砼——是防止掌子面松弛，提高掌子面的自穩(wěn)性的措施。正面錨桿——是在有顯著倒塌的狀況下接受的防止掌子面的平安措施。，留核心土——在掌子面中心留一部分原狀土支撐掌子面，充分利用掌子面的空間支護(hù)效應(yīng)。⑵.穩(wěn)定掌子面工法工法拱頂穩(wěn)定掌子面穩(wěn)定使用材料工法說明超前支護(hù)單管○鋼管打入間距30～60cm，打入仰角50～300，打入長度為進(jìn)尺的2～3倍。錨桿◎○錨桿小導(dǎo)管小導(dǎo)管打入仰角100～300，諸如水泥漿、水泥砂漿、水玻璃等，還可用高壓（3Mpa）壓注泡沫尿烷，壓注壓力約0.2～0.5Mpa。鋼插板◎○鋼背板鋼插板為波形態(tài)（像房瓦形），寬度接受15cm，在拱部范圍1200內(nèi)，打入間距30cm，長度為1.2～1.6m。斜錨桿○○錨桿在掌子面拱部的斜上方以間隔30～80cm，插入角度300～600，錨桿長3～4m，用水泥砂漿錨固。短管棚◎○管棚方法同小導(dǎo)管。間隔30～60cm。正面噴砼◎噴砼開挖后噴射砼3～10cm正面錨桿◎錨桿錨桿長2～3m，用水泥砂漿錨固。注：◎經(jīng)常接受；○視狀況接受。7.噴射混凝土①.噴射混凝土噴射混凝土的作用和效果p189②.噴射方式噴射方式分類A.干噴：細(xì)骨料噴射機(jī)攪拌機(jī) 細(xì)骨料噴射機(jī)攪拌機(jī)粗骨料噴嘴粗骨料噴嘴水泥 水泥速凝劑水壓縮機(jī) 速凝劑水壓縮機(jī)B.濕噴：細(xì)骨料細(xì)骨料粗骨料噴射機(jī)攪拌機(jī) 粗骨料噴射機(jī)攪拌機(jī)水泥噴嘴水泥噴嘴水 水壓縮機(jī) 壓縮機(jī)速凝劑速凝劑噴射方式比較項(xiàng)目方式干噴法濕噴法混凝土特性配合比管理上的特性依據(jù)噴射面的狀況，W/C是在噴嘴出管理，而由噴射工確定W/C。由于機(jī)械的改良，可以讓W(xué)/C有位小的變動(dòng)。W/C之比較?。?5%～55%）。配比中，水/水泥比的調(diào)整會(huì)影響骨料的表面水率和噴嘴前添加的水量。噴射手的嫻熟程度也有影響。由于機(jī)械性能的提高和改善，可以噴射低坍落度（降低W/C）的混凝土。噴射混凝土是用拌合設(shè)備制造的。接近常灌注混凝土的狀況。要對(duì)混凝土的坍落度、空氣量、強(qiáng)度等進(jìn)行管理，也要留意對(duì)噴射量、噴射壓力的管理。強(qiáng)度特性（初期強(qiáng)度）加水后的混凝土即可噴射，因W/C比較小，對(duì)初期強(qiáng)度有利。粗骨料回彈量大，因此單位水泥用量也多。為了確保施工性，W/C稍大些，初期強(qiáng)度也稍低些。施工性壓送能力水平：150～200m;垂直：100～150m水平：150m;垂直：30～50m不管哪種方式，壓送距離最好短些施工能力5～12m3/h8～20m3/h其他粉塵少多回彈小大涌水對(duì)策因水量可調(diào)，削減用水量可堵涌水量小的處所因水量可調(diào)，堵涌水效果較差拌制時(shí)間依據(jù)水量，最好在2h內(nèi)依據(jù)水量，最好在1h內(nèi)作業(yè)性機(jī)械、管路可用空氣清掃機(jī)械、管路要完全用水清洗⑶.③.速凝劑種類礬土系（礦物系） 粉體硫鋁酸鈣系（礦物系）鋁酸鈉鈣系（礦物系）速凝劑鋁酸鹽系鋁酸鹽系液體水溶性鋁酸鹽系速凝劑應(yīng)依據(jù)圍巖條件、噴射位置、氣溫條件增減。④.噴射混凝土協(xié)作比平均值（日本990年調(diào)查結(jié)果）項(xiàng)目干噴濕噴粗骨料最大尺寸（㎜）10～15㎜10～15㎜細(xì)骨料率（s/a）61.6%62%單位水泥用量(C)359kg/m3360kg/m3水灰比(W/C)53%56%速凝劑添加量(C×)6.7%5.9%坍落度（%）—8⑤.⑥8.鋼支撐及格柵鋼支撐——由型鋼加工成須要形態(tài)，在現(xiàn)場(chǎng)拼裝運(yùn)用的一種剛性較大的支護(hù)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可獨(dú)立發(fā)揮承載作用。格柵——由鋼筋焊接加工成須要形態(tài)支護(hù)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不能獨(dú)立發(fā)揮承載作用，只能和噴射混凝土共用才能發(fā)揮承載作用。鋼支撐及格柵的比較支撐形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)鋼支撐1.架設(shè)后能夠立刻承載，充分發(fā)揮其力學(xué)作用。2.加工比較簡(jiǎn)潔，但要較大的加工設(shè)備；3.安裝構(gòu)件連接比較簡(jiǎn)潔、便利。1.背后的混凝土不易填充密實(shí)，留有空隙。2.重量大，架設(shè)安裝困難。3.鋼支撐的變形和混凝土的變形不一樣，混凝土易開裂。格柵1.架設(shè)后不能立刻承載，必需和混凝土配和才能充分發(fā)揮其力學(xué)作用。2.加工簡(jiǎn)潔，且不要大型的加工設(shè)備；3..重量小，易架設(shè)安裝。4.因具有確定的柔性，能夠適應(yīng)圍巖的變更。5.噴射混凝土能完全保裹格柵，整體性好，背后不易留下空隙。1.8.混凝土襯砌①②③④⑤⑥⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺≤≥≦≧≮≯<<>⑴襯砌方法襯砌方法和比較方法先墻后拱法先拱后墻法適用大多數(shù)隧道施工在軟弱圍巖隧道接受臺(tái)階法中可接受斷面封閉性剛好封閉不剛好封閉襯砌整體性整體性好整體性差防水性施工性仰拱施工仰拱襯砌變異使用性⑵施工工藝①.灌注和搗固方法位置灌注工藝搗固工藝項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)仰拱邊墻拱下部砼灌注墜落高度1.5m以下?lián)v固方法內(nèi)部搗固器一次灌注高度40～50cm左右搗固器插入間隔50cm左右流淌距離流淌搗固器的插入深度下層砼中10cm左右每處振動(dòng)時(shí)間5～15s左右拱頂部灌注方式向上灌注搗固方法不搗固流淌距離10m左右拱頂部砼灌注方法Ⅰ.向上（設(shè)450～600仰角）灌注方法；Ⅱ.引撥灌注方法；Ⅲ.擠壓（活塞）灌注方法。砼灌注口的封堵方式Ⅰ.百葉窗封堵方式；Ⅱ.油缸封堵方式；Ⅲ.潛望鏡封堵方式。②.養(yǎng)生養(yǎng)生方法：潮濕養(yǎng)生時(shí)間：（以平均氣溫150C）一般水泥5d；早強(qiáng)水泥3d；其他7d③.拆模拆模時(shí)間：達(dá)到2～3Mpa時(shí)隧道的襯砌能承受砼自重的強(qiáng)度。多在2～20h左右拆模。⑶.協(xié)作比①.強(qiáng)度：協(xié)作強(qiáng)度>設(shè)計(jì)強(qiáng)度②.水灰比：原則上<0.65③.坍落度、用水量、粗骨料粒徑：主要指標(biāo)舉薦值坍落度用水量粗骨料粒徑項(xiàng)目坍落度（㎜）項(xiàng)目用水量（kg/m3）項(xiàng)目接受最大值(㎜)仰拱80粗骨料最大尺寸20～25㎜175素砼、鋼筋砼仰供40≯構(gòu)件最小尺寸的1/4邊墻、拱部150～180粗骨料最大尺寸40㎜165鋼筋砼20或25圍巖評(píng)價(jià)掌子面地質(zhì)素描圖的內(nèi)容地質(zhì)狀態(tài)及其分布、性質(zhì)和掌子面自穩(wěn)性；圍堰的軟硬、裂縫間距及方向等圍堰狀態(tài)；斷面的分布、走向、粘土化程度等；涌水地點(diǎn)、涌水量及其狀態(tài)；軟弱層的分布；其他。掌子面地質(zhì)視察掌子面地質(zhì)視察記錄表（中國鐵路）工程名稱位置里程評(píng)定距洞口距離（m）巖性指標(biāo)巖石類型（名稱）粘結(jié)力c=（MPa）；φ=（0）單軸抗壓極限強(qiáng)度Rb=（MPa）電荷載強(qiáng)度Ib=（MPa）變形模數(shù)E=（GPa）泊松比υ=自然容重γ=（KN/m3）其它巖體完整狀態(tài)說明地下水滲水量（L/min·10m）＜10干燥或潮濕10~25間或有水25~125經(jīng)常滲水初始應(yīng)力狀態(tài)埋深H=(m)地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)其他圍巖級(jí)ⅥⅤⅣⅢⅡⅠ備注記錄者掌子面地質(zhì)視察記錄表（日本）掌子面地質(zhì)