大斷面隧道施工技術 楊仲杰 中鐵四局集團有限公司 2010年1月 目錄 中鐵四局集團有限公司 洞門及明洞施工全斷面法施工臺階法施工 CD 和 CRD 法施工雙側壁導洞法施工半 CRD 和半雙側壁導洞法施工主要施工機械 大斷面隧道洞門及明洞施工 洞口段施工 遵循 早進晚出 的施工原則 洞頂邊 仰坡周圍的排水系統宜在雨季及邊 仰坡開挖前完成 洞口土石方應自上而下分層開挖 結合正洞開挖方法 預留進洞臺階 形成洞臉 結合形成地形 盡快完成洞口邊 仰坡坡面防護 確保洞口穩定 大斷面隧道洞門及明洞施工 當洞口位于軟弱 松散地層時 應按 先加固 預支護 后開挖 的原則施工 洞口淺埋 軟弱破碎段應采用大管棚 小導管錨桿等超前支護措施 中鐵四局集團有限公司 洞門施工原則 大斷面隧道洞門及明洞施工 早進晚出 中鐵四局集團有限公司 洞門施工原則 盡量保護自然環境 大斷面隧道洞門及明洞施工 中鐵四局集團有限公司 洞門施工原則 做好洞口防護 大斷面隧道洞門及明洞施工 中鐵四局集團有限公司 明洞適用條件 大斷面隧道洞門及明洞施工 邊坡較高洞口有塌方 落石 泥石流 地層不穩定超淺埋段 暗挖施工難度較大 大斷面隧道洞門及明洞施工 明洞施工原則明洞宜盡早施做 盡量避開冬 雨季 當隧道采用爆破施工時 可在洞身掘進適當距離后施做明洞和洞門 當隧道采用非爆破施工時 宜先施做明洞和洞門再開挖隧道 明洞一般采用明挖法施工 大斷面隧道洞門及明洞施工 當明洞位于陡峭山坡或破碎 松散地層時 應先施做明洞襯砌輪廓外的整幅或半幅套拱 必要時還要在外側施做擋墻 在套拱護頂下暗挖明洞 并及時支護邊墻 明洞暗作 隧道施工方法及關鍵施工技術 隧道施工方法及關鍵施工技術 全斷面法 隧道施工方法及關鍵施工技術 全斷面法 光面爆破 人工臺架鉆孔 隧道施工方法及關鍵施工技術 全斷面法 四臂鑿巖臺車作業 隧道施工方法及關鍵施工技術 全斷面法 中鐵四局集團有限公司 隧道施工方法及關鍵施工技術 臺階法 中鐵四局集團有限公司 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 臺階法 臺階法施工應注意臺階長度和高度的選擇 選用長臺階還是短臺階 橫向分二部還是三部應根據三個條件確定 一是初期支護形成閉合斷面的時間要求 圍巖穩定性愈差 閉合時間要求愈短 二是開挖面的自穩能力 三是上半斷面施工時開挖 支護 出渣等機械設備所需的空間大小的要求 一般在機械開挖的土質隧道內采用短臺階 在鉆爆法開挖的石質隧道內采用長臺階法 隧道施工方法及關鍵施工技術 臺階法 長臺階法 中鐵四局集團有限公司 隧道施工方法及關鍵施工技術 臺階法 長臺階法施工注意事項 中鐵四局集團有限公司 長臺階法一般橫向分為二部開挖 主要適用于 級圍巖 當上部使用鋼架時 可采用擴大拱腳和施做鎖腳錨桿等措施 防止拱部下沉變形 上下斷面初期支護連接要平順 螺栓連接要牢固 要重視臺階面的保護 因上臺階底面沒有封閉 不利于受力 特別是部分軟巖隧道上臺階土體經水浸泡后軟化 引起拱腳下沉 導致周邊圍巖松動 對上臺階必要時應采用噴射混凝土臨時仰拱封閉 對洞內積水要做到系統抽排 隧道施工方法及關鍵施工技術 臺階法 長臺階法施工注意事項 中鐵四局集團有限公司 斜坡道做為上下臺階的連接通道 其設置的好壞對上 下半斷面作業的干擾 對下臺階面的穩定 對洞室的安全都有至關重要的影響 洞內斜坡道一般按1 3的坡率設置 通常在不安裝鋼拱架的 級圍巖中 可以將斜坡道設置在隧道的一側 這樣左右側交置的設置斜坡道或開挖下臺階可加快下臺階的施工進度 對需安裝鋼拱架的 級圍巖 應用棄渣回填設置斜坡道 避免坡道處拱腳懸空 隧道施工方法及關鍵施工技術 臺階法 長臺階法循環進尺 中鐵四局集團有限公司 在 級圍巖中上臺階每循環進尺可為二榀拱架的長度 下臺階左右交置開挖 每輪開挖長度不大于上臺階進尺的二倍 仰拱一般在設置鋼棧橋后開挖 為保證仰拱的流水節拍 長大隧道中通常都是多棧橋分段施工仰拱 采用長臺階法施工的大斷面隧道開挖月進尺一般為80 120m 隧道施工方法及關鍵施工技術 臺階法 短臺階法 中鐵四局集團有限公司 臺階法 短臺階法 短臺階法一般橫向分為三部開挖 主要適用于 級圍巖 級圍巖條件較好時也可使用 施工中應遵循軟弱圍巖 管超前 嚴注漿 短進尺 強支護 快封閉 勤量測 早襯砌 的施工原則 盡量縮短臺階長度 確保初期支護盡快閉合成環 仰拱和拱墻襯砌及時跟進 盡早形成穩定的支護體系 采用短臺階施工法施工 要求做到仰拱緊跟 仰拱距離掌子面一般為30 40m 三個臺階開挖及初期支護每天按2m考慮 則初期支護全環閉合約為15天 隧道開挖月進尺約50m 隧道施工方法及關鍵施工技術 臺階法 短臺階法施工注意事項 中鐵四局集團有限公司 采用短臺階施工 上 中 下三個臺階同步作業 相互干擾較大 施工中要做好工序銜接 工序安排要緊湊 開挖后要及時施做初期支護 減少圍巖暴露時間 要加強圍巖變形量測工作 根據量測結果 及時調整支護參數和預留變形量的大小 現場可通過增加鎖腳錨桿 鋼架拱腳增設縱向連接筋 擴大拱腳基礎及拱墻腳增設混凝土墊塊等措施控制拱頂下沉 必要時應增加臨時仰拱 形成三臺階臨時仰拱法施工 弧形導坑預留核心土法 中鐵四局集團有限公司 弧形導坑預留核心土法 弧形導坑預留核心土開挖 是在二部臺階法開挖的基礎上 為保證掌子面的穩定采用的一種開挖工法 一般適用于 級圍巖 預留核心土不僅是穩定掌子面的需要 也是洞內機械施工的作業平臺 要重視核心土的穩定 預留核心土的寬度要盡量大 一般取2 3開挖寬度 以滿足機械化施工的需要 三臺階七步開挖法 中鐵四局集團有限公司 三臺階七步是以弧形導坑預留核心土法為基本模式 分上 中 下三個臺階七個開挖面 各部位開挖 支護沿隧道縱向錯開 平行推進 三臺階七步開挖法 中鐵四局集團有限公司 三臺階七步開挖法 三臺階七步開挖法一般在 級圍巖條件較好時使用 三臺階七步開挖法以機械開挖為主 必要時輔以弱爆破 各分部初期支護應及時封閉 拱部超前支護完成后 環向開挖上臺階弧形導坑 預留核心土長度3 5m 寬度為隧道開挖寬度的1 3 1 2 進尺根據支護鋼架間距確定 中 下臺階左 右側開挖進尺根據初期支護鋼架間距確定 最大不超過1 5m 開挖高度3 3 5m 左 右臺階錯開2 3m 三臺階七步開挖法 仰拱緊跟下臺階施做 仰拱到開挖面的距離不大于40m 仰拱循環開挖長度2 3m 開挖后及時施做仰拱初期支護 完成二個隧底開挖 支護循環后 及時施做仰拱 仰拱分段澆注長度4 6m 施工中通過監控量測掌握圍巖和支護的變形情況 及時調整支護參數和預留變形量 完善洞內排水系統 防止地下水浸泡拱腳 中隔壁法 CD法 中隔壁法 CD法 適用于一般 級圍巖大斷面隧道 中隔壁法 CD法 是將隧道分為左右二部分進行開挖 先在隧道一側采用二部或三部分層開挖 施做初期支護和中隔墻臨時支護 再分臺階開挖隧道另一側 并進行相應的初期支護的施工方法 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 采用中隔壁法的施工進度 一般月成洞20 25m 分部開挖法 中隔壁法 CD法 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 中隔壁法左右側的臺階高度根據地質情況 隧道斷面大小和施工設備確定 分二或三個臺階開挖 臺階長度控制在3 5m 開挖后及時施做支護 在一側中隔壁完成后 方可開挖另一側 二個側洞縱向錯開距離一般為10 30m 各部位開挖時 相鄰部位的噴混凝土強度應達到設計強度的70 以上 分部開挖法 中隔壁法 CD法 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 先行側的中隔壁應設置為弧形 中隔壁在澆注仰拱前逐段拆除 中隔壁一次拆除長度根據量測確定 一般不大于10m 臨時支護拆除后及時施做仰拱和二次襯砌 在半包防水設計時 可將中隔壁澆注在二襯仰拱混凝土中 以減小中隔壁拆除對施工的影響 待鋪設防水板時再拆除 分部開挖法 中隔壁法 CD法 交叉中隔壁 CRD法 交叉中隔壁 CRD法 適用于 級圍巖淺埋 偏壓地段 交叉中隔壁 CRD法 是分部開挖 支護 分部閉合成小環 最后全斷面閉合成大環 每開挖一步均及時施做初期支護 中隔壁及臨時仰拱 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 采用交叉中隔壁施工 一般月成洞15 20m 分部開挖法 交叉中隔壁法 CRD法 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 分部開挖法 交叉中隔壁法 CRD法 根據地質條件 隧道斷面的分部 應以初期支護受力均勻 便于發揮人力 機械效率為原則 一般水平分二部 上下分二至三層開挖 臨時支撐中隔壁根據情況可設置為直型或外鼓的弧形 臨時仰拱一般設置為向下的弧形 各部位開挖及支護應自上而下 開挖后及時施做初期支護 中隔壁 臨時仰拱 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 分部開挖法 交叉中隔壁法 CRD法 注意事項 同一層左右二部開挖工作面相距一般不大于15m 上下層開挖工作面一般3 4m 且待噴混凝土強度達到設計強度70 后開挖相鄰部位 中隔壁及臨時仰拱在仰拱澆注前分段拆除 拆除長度根據量測確定 一般不大于10m 在采用半包防水設計時 也可將中隔壁澆注在仰拱中 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 分部開挖法 交叉中隔壁法 CRD法 分部開挖法 雙側壁導坑法 雙側壁導坑法適用于 級圍巖淺埋 偏壓地段和對地表沉降有嚴格要求的地段 雙側壁導坑法是先開挖隧道二側導坑 及時施做導坑四周初期支護及臨時支護 再根據地質條件 斷面大小 對剩余部分采用二部或三部的開挖方法 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 采用雙側壁導坑法施工進度 一般為月成洞10 15m 分部開挖法 雙側壁導坑法 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 分部開挖法 雙側壁導坑法 注意事項 側壁導坑形狀宜近于橢圓形斷面 導坑斷面宜為整個隧道斷面寬度的1 3 為保證洞內機械施工的需要 導坑仰拱初支施工完后 基底應用碎石墊平 側壁導坑 中槽部位宜采用短臺階開挖 各部距離應根據隧道埋深 斷面大小 結構類型等確定 各部開挖后應及時支護 封閉成環 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 分部開挖法 雙側壁導坑法 注意事項 二側壁導坑超前中槽10 15m 可獨立同步開挖 支護 中槽部位采用臺階法 平行推進 中槽開挖后 拱部鋼架與二側壁鋼架連接是難點 在二側壁導坑施工中 鋼架的位置應準確定位 確保各部鋼架連接后在同一個垂直面上 臨時支護根據監控量測情況分段拆除 一般一次拆除長度不大于10m 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 分部開挖法 雙側壁導坑法 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 在上軟下硬的地層中 可以采用半 CRD 法施工 分部開挖法 半CRD法 土石分界線比較高時 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 分部開挖法 半 CRD 法 土石分界線比較低時 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 在上軟下硬的地層中 也可以采用中間支撐法施工 分部開挖法 中間支撐法 土石分界線比較高時 隧道施工方法及關鍵施工技術 中鐵四局集團有限公司 分部開挖法 半雙側壁法 土石分界線比較低時 主要隧道施工機械 中鐵四局集團有限公司 管棚鉆機 主要隧道施工機械 中鐵四局集團有限公司 鉆孔臺車