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隧道施工方法及工艺流程

隧道开挖施工方法

一、全断面施工

Ⅱ级围岩整体性较好,采用全断面光面爆破开挖(开挖顺序见II围岩开挖示意图),锚喷初期支护,采用凿岩机钻孔,Ⅱ级围岩开挖进尺3.5m。出渣采用装载机或挖掘装载机装渣,采用带废气净化装置的自卸汽车运渣。全断面液压衬砌钢模台车衬砌。

全断面法施工工艺见“Ⅱ级围岩全断面法施工工艺流程图”。

Ⅱ级围岩全断面法施工工艺流程图

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二、台阶法施工

Ⅲ级围岩采用台阶法开挖,台阶法施工将断面分为上下两部分(见III级围岩开挖示意图)。上台阶长度30m,下台阶长度为10m,为了保证开挖轮廓圆顺、准确,维护围岩自身承载能力,减少对围岩的扰动,拱部及边墙采用光面爆破。上台阶断面采用简易工作台架、YT28风钻钻孔;下台阶断面采用

凿岩机钻孔,Ⅲ级围岩开挖进尺3.1m。

采用装载机装渣,自卸汽车运渣。全断面液压衬砌钢模台车衬砌。

台阶法施工工艺见“台阶法施工工艺流程图”。

台阶法施工工艺流程图

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三、台阶法施工

Ⅳ级围岩采用三台阶法开挖,台阶法施工将断面分为上中下三部分(见Ⅳ级围岩开挖示意图)。上台阶长度5m,中台阶长度6m,下台阶长度为6m,为了保证开挖轮廓圆顺、准确,维护围岩自身承载能力,减少对围岩的扰动,

拱部及边墙采用光面爆破。上台阶采用简易工作台架、YT28风钻钻孔;Ⅳ级围岩开挖进尺2.1m。

采用挖掘机装渣,自卸汽车运渣。全断面液压衬砌钢模台车衬砌。

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三台阶开挖法施工工艺流程图

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三、大拱脚台阶法施工

V级围岩地段采用大拱脚台阶开挖法施工,尽量采用人工风镐配合长臂挖掘机开挖,侧翻式挖掘机装碴,自卸汽车运输。必要时采用微振动爆破,YT28风钻钻眼,非电毫秒雷管起爆,每循环进尺0.8m。

附:大拱脚台阶法开挖施工流程图

隧道施工方法及工艺流程

隧道施工方法及工艺流程

施工工序:

1、(1)弱爆破开挖①部。(2)施作①部台阶周边的初期支护和临时支护,即初喷4cm厚混凝土,铺设钢筋网,架立大拱脚钢架,并设锁脚锚杆。(3)钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

2、(1)弱爆破开挖②部。(2)台阶周边部分初喷4cm厚混凝土;铺设钢筋网。(3)接长钢架,并设锁脚锚杆。(4)钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

3、(1)在滞后于②部一段距离后,弱爆破开挖③部。(2)施作隧底喷混凝土。

4、(1)灌筑Ⅳ部仰拱与边墙基础。

5、灌筑仰拱填充Ⅴ部至设计高度。

6、利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅵ部衬砌(拱墙衬砌一次施作)。

隧道施工方法及工艺流程

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大拱脚台阶法施工工序平面(示意)

说明:

图中台阶长度L根据施工机具条件与围岩情况确定一般不大于30m。

四、钻爆法施工

钻爆开挖作业程序:钻爆设计→测量布眼→按布眼钻孔→装药联线→起爆→通风除尘→排险撬顶→出碴。

i.钻爆设计

本隧道主要围岩为灰岩、硅质灰岩等。详见图6.3.1《全断面开挖钻爆设计图》和图6.3.2《上下台阶法钻爆设计图》。

隧道开挖常用的炸药药卷直径有两种,每m重量见表6.1所示:表6.1隧道开挖常用炸药每m重量一览表

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全断面开挖时,各孔药量分布见图6.3.1《全断面开挖钻爆布置图》所示。

在Ⅱ级围岩全断面开挖、断面积117㎡时,每排炮爆破开挖长度3.3~3.5m,钻孔196个左右,炸药用量指标0.62~0.70 kg/m3,一个循环炸药用量230~280 kg,灰岩用药量选低值,硅质灰岩用药量选高值。用于灰岩时,掏槽眼数量略有减少。

上下台阶炮孔布置见图6.3.2《上下台阶法钻爆设计图》。

在Ⅲ级围岩上下台阶开挖、断面积131㎡时,上台阶每循环进尺2.5m,钻孔136个左右,下台阶每循环进尺3.0m,钻孔44个。其中上台阶断面掏槽眼20个,平均装药2.6 kg;辅助眼80个,装药0.4 kg;周边眼33个,装药0.4 kg;底板眼3个,装药3.0 kg。下台阶辅助炮眼32个,装药1.6 kg;周边眼12个,装药0.4 kg。炸药用量指标0.45~0.60 kg/m3(硅质灰岩用药量较高)。

光面爆破参数主要参考《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》(TZ214-2005)第6.3.6条光面爆破参数表,选用值如下表3.3所示:表6.2 光面爆破参数表

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Ⅲ级围岩台阶法开挖钻爆炮眼布置图

ii.开挖作业

1、钻孔作业

(1)炮眼布置原则

掏槽眼:正洞围岩采用斜眼掏槽。

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Ⅱ类围岩全断面开挖钻爆炮眼布置图

V型掏槽眼布置图

1、本图尺寸均为厘米计。

2、炮眼深度3.4m,循环进尺3m。

3、周边眼间距60cm,抵抗线W=75cm。

4、起爆方式为孔内微差起爆,图中数

字为孔内毫秒雷管段别。

说明:

V型掏槽眼布置图

1、本图尺寸均为厘米计。

2、周边眼间距=60cm,抵抗线W=75cm,底版眼间距E=65cm。

3、炮眼深度270cm,循环进尺2.5m。

4、起爆方式为孔内微差起爆,图中数字为孔内毫秒雷管段别。

说明:

Ⅲ类围岩全断面开挖钻爆炮眼布置图

周边眼:根据光面爆破的周边眼间距,严格控制外插角以减少超欠挖。

内圈眼:内圈眼所在位置在周边眼抵抗线的边缘,内圈眼的孔距稍大于周边眼抵抗线(w)。

辅助眼:掘进炮眼,其炮孔间距,视岩石坚硬程度、装运手段、岩石破碎程度的要求等因素而定,一般取0.4~0.8m,岩石坚硬取小值,反之取大值。

底板眼:底板眼沿开挖轮廓底线布置,并适当增加药量起翻碴作用,使爆落的岩碴翻松,便于装载设备装碴。

(2)钻孔标准:达到准、直、平、齐。

准:钻孔按设计布眼钻孔,当受节理、裂隙影响时稍稍移动孔位,但顶眼只能左右移动,帮眼只能上下移动,周边眼轮廓的放线误差控制在±1cm,眼口开眼误差:Ⅱ级围岩可从轮廓线偏内3cm,周边眼外插角的角度以0.03的斜度外插,方向与轮廓线法线方向一致。

直:直线段上,炮眼先钻上方标准孔,插上炮杆,使边墙孔在同一条垂线上。

平:周边炮眼要相互平行。

齐:各炮眼底落在垂直隧道轴线的同一平面上,掏槽眼加深10~20cm,钻孔深度根据掌子面的起伏“凸”加,“凹”减。

2、装药作业

清孔:装药前用高压风清孔,吹干净孔内积水及碴粒。

装药:装药前核对雷管段数,使之与设计相符,同时按钻爆设计的装药结构及药卷规格药量装药。装药时,药装到孔底,起爆药包用炮棍缓慢送入,防止拉雷管或破损导爆管。

装药检查:装药时,将雷管段数标于孔外导爆管上,由检查人员对雷管段数进行复核,确保准确无误,同时核对药卷规格及装药长度,使每孔装药符合设计要求,检查后做好记录。

堵塞:所有炮眼装药后,用炮泥进行堵塞,其长度为30cm。炮泥用机械加工,用炮棍顶进,堵塞做到封孔严密。

爆破作业

3、爆破顺序:

光面爆破:掏槽眼→辅助眼→内圈眼→周边眼→底板眼。

连结网络:连结时尽可能靠近眼孔,孔外网路尽量短,使连结整齐,便于直观检查网路。连结系统尽量短,但不拉细、打结,避免导爆管、连结块受损坏等。每个簇联或连结块内都有引爆雷管。

三台阶法网络联线图

注:1、图示单位为mm;

2、本图为V类围岩隧道三台阶法施工的钻爆设计,其中炸药单耗为初步设计,施工时根据实际爆破效果及时进行调整。

0.45kg(3.0卷)

1314侧邦眼80

合计13

17615

9

70.8kg(4.0卷)1190.8kg(4.0卷)0.8kg(4.0卷)0.8kg(4.0卷)53台阶法下导爆破参数表

6

炮孔数目炮孔名称掘进眼炮孔深度2.0m 0.8kg(4.0卷)单孔药量段号1单段药量4.8掘进眼底板眼掘进眼掘进眼

隧道施工方法及工艺流程

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周边眼合计

2.0m 辅助眼扩槽眼5 2.1m 2.2m 7 1.0kg(5卷)53台阶法上导爆破参数表

4

炮孔数目炮孔名称掏槽眼炮孔深度

2.4m 1.4kg(7.0卷)单孔药量段号1

单段药量备 注

φ32药卷φ32药卷φ32药卷φ32药卷φ32药卷循环爆破方量V=73.2m ,总药量Q=68.5kg;炸药单耗:q=0.94kg/m .

备 注

φ32药卷7.212.010.44.813.66.359.1φ32药卷φ32药卷φ32药卷φ32药卷φ32药卷φ22药卷循环爆破方量V=122.2 ,总药量Q=59.1 炸药单耗:

5.6kg

6.0 kg 9.6kg 8.0kg 2.0m 9φ32药卷8.0kg 11扩槽眼辅助眼φ22药卷间隔装药

0.3 kg(2.0卷)

15

339.9kg 13二圈眼角 眼88813684

2.0m 2.0m 2.1m

1.2kg(6.0卷)1.2kg(6.0卷)1.0kg(5卷)1.0kg(5卷)1.4kg(7卷)

13 kg 8.4kg φ32药卷68.5kg

2.0m 2.0m 2.0m 2.0m 2.0m 2.0m 0.8kg(4.0卷)

掘进眼A—A炮孔布置剖面图

炮孔布置平面图

1

3

3

7

5

9

9

5

711

11

13

13

1515

1511

1

35

7

7

9

9

11

1

35711

9

9

13

0.45kg(3.0卷)

侧邦眼64

合计6

141011

12

70.8kg(4.0卷)1190.8kg(4.0卷)0.8kg(4.0卷)0.8kg(4.0卷)53台阶法中导爆破参数表

11

炮孔数目炮孔名称掘进眼炮孔深度2.0m 0.8kg(4.0卷)单孔药量段号1单段药量8.8掘进眼底板眼掘进眼掘进眼

备 注

φ32药卷9.68.84.88.06.346.3φ32药卷φ32药卷φ32药卷φ32药卷φ22药卷爆破方量V=93.78 , 总药量Q=46.3 炸药单耗:

2.0m 2.0m 2.0m 2.0m 2.0m 空 眼

4 2.4m 图6.3.3 Ⅳ级围岩三台阶开挖钻爆设计图

隧道支护施工方法

一、小导管施工

横洞与正洞交叉段为Ⅴ级围岩地段,由于围岩软弱破碎,采用小导管超前支护,小导管支护参数,每环40根,环向间距为0.40m,纵向间距为1.6m,长度为3.5m。

1、超前小导管施工工艺图见下图。

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2、施工方法

采用风钻钻孔,用锤击或钻机将小导管顶入,注浆泵注浆。

3、施工技术措施

小导管的纵向搭接长度不小于设计,外插角满足规范要求,与线路中线方向大致平行。孔位钻设偏差不超过10cm,孔眼长大于小导管长,钢管顶入长度不小于管长的90%,用高压风将管内砂石吹出。

注浆

小导管安设后,用塑胶泥封堵孔口。采用注浆泵注浆,注浆压力一般为0.2~0.3Mpa,注浆管连接好后,将配制好的水泥浆液倒入注浆泵储浆筒内,水泥浆液浓度为1:1单液水泥浆,开动注浆泵,通过小导管向周边围岩压注水

泥浆。注浆按照由低到高隔孔预注或群孔注浆的方法进行。单孔注浆时,首先以初压注浆,然后在终压下进行注浆并保持1~2min 终压再卸荷,保证注浆量及扩散半径达到设计要求,达到超前加固的目的。注浆过程中,对浆液应不停搅动,避免沉淀分层,影响浆液浓度。 二、 锚杆施工 1、中空注浆锚杆施工

按设计要求,拱部要求使用φ22中空注浆锚杆,环纵间距为1.2m ×1.0m ,长度为4.0m ,在开挖面上准确画出需施设的锚杆孔位。钻孔方式同砂浆锚杆施工。检查导管孔达到标准后,安装锚杆并按设计比例配浆,采用注浆机注浆,注浆压力符合设计要求;一般按单管达到设计注浆量作为结束标准。当注浆压力达到设计终压不少于20分钟,进浆量仍达不到注浆终量时,亦可结束注浆,并保证锚杆孔浆液注满。最后在综合检查判定注浆质量合格后,用专用螺帽将锚杆头封堵,以防浆液倒流管外。

隧道施工方法及工艺流程

中空注浆锚杆施工工艺流程图

2、 砂浆锚杆施工

不 合 格

长度为4.0m,砂浆锚杆采用风钻钻锚杆孔,锚杆钻孔利用台架施钻,按照设计间排距,尽可能垂直结构面打入,高压风吹孔。再用风枪将锚杆送入孔内,并杆体位于孔位中央,用注浆泵将孔内注满早强砂浆,然后安装垫板,垫板必须用螺帽紧固在岩面上,增强锚杆与喷砼的综合支护作用。锚杆尾端尽量焊接在拱架上,以便共同受力。

砂浆锚杆施工工艺框图见图

隧道施工方法及工艺流程

砂浆锚杆施工工艺流程图

边墙普通砂浆锚杆安装可用YT-28凿岩机前端自制的钎尾套将锚杆直接顶入围岩,或用大锤击入杆体,杆体完毕后用快硬水泥加堵塞孔口,按设计配合比进行注浆。施工技术措施:孔径要与锚杆直径相匹配,锚杆孔径应大于设计的锚杆直径15mm;孔深一般比锚杆稍长一些(10cm以上);孔向应按设计方向钻进,垂直岩面;锚杆规格、长度、直径符合设计要求,锚杆杆体除

3、钢筋网铺设

钢筋须经试验合格,使用前必须除锈,在洞外分片制作,安装时搭接长度不小于一个网格。人工铺设贴近岩面,与锚杆和钢架绑扎连接(或点焊焊接)牢固。钢筋网和钢架绑扎时,应绑在靠近岩面一侧,确保整体结构受力平衡。喷混凝土时,减小喷头至受喷面距离和控制风压,以减少钢筋网振动,降低回弹。钢筋网喷混凝土保护层厚度不小于3cm。

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三、湿喷混凝土工艺框图

⑴喷射前处理危石,检查开挖断面净空尺寸,当受喷面有涌水、淋水、集中出水点时,先进行引排水处理。

⑵用高压风水冲洗受喷面,设置控制喷砼厚度的标志。喷射作业分段、分片、分层,由下而上进行,有较大凹洼处,先喷射填平。

液态速凝剂由自动计量在喷嘴处掺入。

⑷喷射混凝土时按照施工工艺段、分片,由下而上依次进行。一次喷射混凝土的最大厚度,拱部不得超过10cm,边墙不得超过15cm。分层喷射混凝土时,后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。

⑸喷混凝土料由洞外自动计量拌和站生产。混凝土搅拌车运输混凝土,卸入湿喷机,喷枪手配合湿喷机喷混凝土

施工技术措施:1.原材料计量要准确,杂质含量不超标,砂、石料≯2%、水泥、水的计量误差≯1%,速凝剂等外加剂的计量≯0.5%;2.设置控制喷混凝土厚度的标志。喷射前处理危石,检查开挖断面净空尺寸;3.采用强制式搅拌机拌制混凝土;4.用高压水冲洗受喷面,当受喷面遇水易泥化时,用高压风吹净岩面;5.喷射作业分段、分片、分层,由下而上顺序进行;6.喷嘴与岩面垂直,距受喷面0.8~1.2m;7.施工中经常检查出料弯头、输料管和管路接头,发现堵管时立即关机。

五、钢拱架施工

钢拱架施工工艺框图见图

⑴制作:钢架按设计尺寸在洞外下料分节焊接制作,制作时严格按设计图纸进行,保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求,每节两端均焊连接板,节点间通过连接板用螺栓连接牢靠,加工后必须进行试拼检查,严禁不合格品进场。

⑵安装:钢架按设计要求安装,安装尺寸允许偏差:横向和高程为±5cm,垂直度±2°。纵向间距不大于±50mm。钢架的下端设在稳固的地层上,拱脚高度低于上部开挖底线以下15cm。拱脚开挖超深时,加设钢板或混凝土垫块。安装后利用锁脚锚杆定位。超挖较大时采用同级砼回填。

喷填同级混凝土,以使支护与围岩密贴,控制其变形的进一步发展。两排钢架间用连接钢筋纵向连接牢固,以便形成整体受力结构。

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五、超前大管棚

1、管棚布置

红石岩隧道进出口段地质条件较差,采用Ф108长管棚进洞,用每节长4m或6m的热轧无缝钢花管(Ф108mm,壁厚6mm),布置于隧道拱部140°范围内,每环布置49根,管棚长度为40m,。管棚外插角为1°~3°。洞口段管棚设置导向墙,采用C20混凝土,导向墙设2榀I18工字钢架。

长管棚布置结构形式见图5.4-12、图5.4-13、图5.4-14。

隧道施工方法及工艺流程

隧道施工方法及工艺流程

图5.4-12 长管棚横断面布置图图5.4-13 长管棚纵向布示意图

2、施工工艺

⑴施工准备

根据管棚施工的机械设备情况,在开挖至管棚施工段时,预留下台阶不开挖,作为管棚施工操作平台。

护拱施工:采用C20混凝土护拱作为管棚的导向墙、止浆墙,护拱在明洞的外轮廓线以外,紧贴洞口仰坡面。护拱内设两榀I18号工字钢制作的钢拱架为环向支撑,管棚的导向管焊接固定在钢拱架上。

管棚制作:管棚采用Ф108钢管制作,管壁打孔, 布孔采用梅花型,孔径为10~16mm,孔间距为15cm,钢管尾留110cm不钻孔的止浆段,钢管加工成4m和6m长的两种规格。编号为单号的采用钻孔的钢花管,施工时先打设钢花管并注浆,然后,在打设钢管的同时检查钢花管的注浆质量。

⑵钻孔

作业平台采用方木按“井”字形搭设,顺序由下向上、由两边向中间,根据孔位依次搭好。方木间以扒钉连接牢固,防止在钻孔时钻机摆动、倾斜、不均匀下沉而影响钻孔质量。

钻孔采用液压钻机钻孔。选用的钻机首先应适合钻孔深度和孔径的要求,钻机要求平稳灵活,能在360度范围内钻孔。为减少因钻具

移位引起的钻孔偏差,钻机立轴方向应准确控制,钻进过程中要经常采用测斜仪量测钻杆钻进的偏斜度,发现偏斜超过设计要求时及时纠正。

隧道施工方法及工艺流程

图5.4-15 超前大管棚施工工艺流程图

钻孔直径:Ф127mm;

钻孔平面误差:径向不大于20cm。

⑶顶管、清孔、放钢筋笼

钻孔检测合格后,将钢管连续接长,用钻机旋转顶进将其装入孔内,钢管采用Φ140mm丝扣。为使钢管接头错开,第一节管采用4m和6m交替布置,搭接长度为3m,编号为奇数的第一节管采用4m长钢管,编号为偶数的第一节采用6m长钢管,以后每节均采用6m长钢管。同一断面内的接头数量不得超过钢管总数的50%,相邻钢管接头错开1m,钢管用钻机顶进,双号孔顶进无孔花钢管,单号孔顶进有孔钢管。如遇故障,需清孔后再将钢管插入。

钢管中增设钢筋笼,增强钢管的抗弯能力,钢筋笼由4格Φ22主筋和固定环组成。

采用全孔压入式向大管棚内压注水泥浆,选用KBY50/70型注浆泵注浆。注浆前先进行现场注浆试验,确定注浆参数及外加剂掺入量后再用于实际施工。注浆按先下后上,先稀后浓的原则注浆。注浆量由压力控制,达到结束标注后,停止注浆。注浆完成后及时清除管内浆液,并用水泥沙浆紧密充填,增强管棚的刚度和强度。

六、超前小导管的施工

a)小导管结构

小导管前端加工成锥形,以便插打,并防止浆液前冲。小导管中间部位钻φ10mm的注浆孔,注浆孔呈梅花形布置(防止注浆出现死角),间距为15mm,尾部1m范围内不钻孔以防漏浆,末端焊直径为6mm的环形箍筋,以防打设小导管时端部开裂,影响注浆管联接。

加工成形后的小导管构造详见图5.4-16。

隧道施工方法及工艺流程

图5.4-16 小导管构造图

a)小导管布置

单层超前注浆小单管采用φ42mm、壁厚3.5mm的热轧无缝钢管,钢管长度为4.5m;纵向水平搭接长度为1.0m,外插角为5~10°,环向间距40cm。

b)小导管安装方法

在预定的位置用风动凿岩机钻孔。把管子插入孔内,带好丝扣保护帽,专用顶头顶入到要求的深度,使麻丝柱塞与孔壁充分挤压紧。

然后再用CS胶泥填充孔口。注浆管的外露长度为30cm。以便连接孔口阀门和管路。顶管时注意保护钢管尾部不被损坏,以便与高压注浆管连接。

c)小导管注浆