客运专线隧道的设计与施工教案.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,客运专线隧道的设计与施工,一、我国客运专线隧道的概况,二、客运专线隧道的特点,三、客运专线隧道的设计,四、客运专线的施工,五、客运专线隧道施工机械配套,六、典型工程实例,主要内容,一、我国客运专线隧道的概况,根据国务院批准的,中长期铁路网规划,：,到,2020,年全国铁路营业里程达到,10,万公里，其中客运专线营业里程,12000,公里。,包括,：,新建客运专线,10000,公里；,新建城际客运系统,2000,公里。,第一节 客运专线设计施工概况,四纵四横客运专线,四横：,青岛,-,石家庄,-,太原,770km,徐州,-,郑州,-,兰州,1400km,南京,-,武汉,-,重庆,-,成都,1900km,杭州,-,南昌,-,长沙,880km,城际系统：京津、宁沪杭、广深、广珠等,城际客运系统,2000km,截至目前国家已批复的客运专线项目,武广客专,:,已批复可研,967km,投资,690,亿（不含两端枢纽）,郑西客专：已批复可研,454km,投资,342,亿,温福：已批复可研,312km,投资,174.8,亿。,福厦：已批复项目建议书,276km,，投资约,135,亿。,石太客专：已批复可研,205km,投资,128.5,亿。,合宁、合武：已批复可研,166+357km,投资,40+168,亿,京津：已批复可研,115km,投资,112,亿,广珠：已批项目建议书,131km,，约,182,亿。,以上投资约,2000,亿元，计划,2020,年前,投资,20000,亿元,据不完全统计，我国客运专线隧道的修建数量将超过,1000km,。,武广客运专线,165km,甬温福厦,280km,京沪高速,15km,石太客专,76km,郑州西安客专,74km,武汉合肥,80km,武汉成都,300km,客运专线隧道的数量,二、客运专线隧道的特点,空气动力学效应,可靠性和结构耐久性要求高,更加重视对环境的影响,防灾救援要求高,空气动力学效应,隧道微气压波的发生,高速列车在隧道内运行引起的问题,4.,形成空气动力学噪声（与车速的,6,8,次方成正比）；,5.,列车风加剧，影响隧道维修养护人员的正常作业；,6.,列车克服阻力所作的功转化为热量，在洞内积聚引起温度升高等。,因此，在高速铁路设计时，应从车辆及隧道两方面采取措施，以减缓空气动力学效应。,可靠性和耐久性,可靠性,：结构在规定的时间内，在正常规定的条件下，完成预定功能的能力，包括安全性、适用性和耐久性。当以概率来度量时，成为结构的可靠度。,耐久性：,在使用过程中经受（抵抗）各种破坏因素的作用（破坏力）而能保持其使用功能的能力。,耐久性设计：,通过控制内因即砼材料、钢筋性质和周围状态、砼施工使用过程、砼受力状态，以满足接触环境作用下耐久性的要求。如,50,年或,100,年等,环境的影响,环境包括：,生态环境、自然环境和周边人文环境,噪声的影响,-,减振降噪：,轮轨噪声、机械噪声、弓网噪声和空气动力学噪声。,三、客运专线隧道的技术要求,建筑限界和隧道内净空面积,洞门型式及缓冲结构,衬砌支护类型和支护参数,防水和排水措施,环境保护,防灾救援方案,隧道有效内净空面积,隧道净空面积的影响因素：,隧道建筑限界,线间距,应预留的空间：安全空间、救援通道、工程技术作业空间、内部配件空间等,考虑空气动力学影响所需的空间建筑限界和隧道内净空面积,客运专线隧道限界,我国客运专线隧道内净空面积,序号,类别标准,单线,双线,1,200km/h,客专近期客货共线,52.86m,2,85.8m,2,2,200km/h,客专近期双箱运输,56.67m,2,92.94m,2,3,250km/h,近期客货共线,58m,2,90.16m,2,4,250km/h,近期双箱运输,58m,2,95.06m,2,5,350km/h,客运专线,70m,2,100m,2,双线隧道复合式衬砌支护参数表,围岩级别,初期支护,二次衬砌,预留,变形量（,cm,）,喷射砼厚度（,cm,）,锚杆,喷聚丙烯纤维砼,/,素喷砼,格栅钢架,/,型钢,拱墙（,cm,）,仰拱,/,底板（,cm,）,位置,长度（,m,）,间距（,m,）,位置,纤维掺量（,kg/m,3,）,钢筋网,8,直径（,mm,）,每榀间距（,m,）,8,10,拱部,2.5,1.51,拱部,/,边墙,0.9,1.2,35,40,35,40/35*,3,10,18,拱墙,3.0,1.21,拱墙,/,仰拱,0.9,1.2,拱局部,2525,40,40/,5,18,23,拱墙,3.5,1.01,拱墙,/,仰拱,0.9,1.2,拱墙,2525,格栅,22/,1.0,（拱墙）,45,45*/,8,加,23,25,拱墙,3.5,1.01,拱墙,/,仰拱,0.9,1.2,拱墙,2525,/I18,1.0,（全环）,45*,50*/,8,10,25,28,拱墙,4.0,0.81,拱墙,/,仰拱,0.9,1.2,拱墙,2020,/I20,1.0,（全环）,50*,50*/,10,12,加,28,30,拱墙,4.0,6.0,10.8,拱墙,/,仰拱,0.9,1.2,拱墙,2020,/HW175,0.8,（全环）,50,55*,50*,55*/,10,15,混凝土耐久性设计,混凝土的耐久性的指标：,主要有抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗碳化、,抗磨蚀、抗钢筋锈蚀及防止碱骨料反应等,几项指标。,混凝土耐久性设计,混凝土的耐久性破坏原因：,外部因素：,物理作用,-,严寒侵蚀、冻溶循环、火灾、对收缩敏感骨料,化学作用,-,海水、氯离子、硫酸盐、碱,-,骨料反应等,物理化学作用,-,钢筋腐蚀开裂、电解作用,混凝土结构的破坏机理及控制措施：,冻溶作用,-,掺加引气剂、降低水灰比、加硅粉或粉煤灰,有害盐对混凝土的侵蚀,硫酸盐,-,设法提高混凝土的密实度，改善混凝土的孔隙结构，,镁盐,-,以使混凝土介质不易渗入混凝土内部；或采用外部,氯盐,-,保护措施以隔离腐蚀介质不与混凝土相接触,碳化作用,-,掺入粉煤灰或选择优质水泥及提高养护措施,钢筋锈蚀,-,增加密实性、选用矿渣硅酸盐水泥、加大保护层厚度等,碱骨料反应,-,选用非活性骨料、掺非活性材料、选含碱量低的水泥,混凝土的磨蚀,-,砼的坍落度尽可能小、选用耐磨蚀的骨料,混凝土耐久性设计,耐久性设计的思路和方法建议,等级,环境作用,设计阶段,设计层次,内 容,一,严重环境,初步设计阶段,材料设计,混凝土材料组成、强度等级、水胶比、胶凝材用量、原材料选择、矿物掺和料、引气剂等,二,腐蚀环境,技术设计,耐久性指标和计算分析设计,抗冻等级、扩散系数、渗透系数、使用年限预 测,三,一般环境,施工设计,施工质量的控制、构造措施与裂缝控制、维修与检测,保护层厚度、钢筋防护措施，坍塌落度、浇捣养护，裂缝宽度、位置，验收手段和要求，维护观测、检测手段和要求,防排水设计,防水标准,:,地下工程一级防水标准,1,衬砌不渗水,安装设备的孔眼不渗水；,2,道床排水畅通，不浸水；,3,在有冻害地段的隧道，衬砌背后不积 水、排水沟不冻结。,主要防水措施,工程部位,防 水 措 施,主体结构,混凝土自防水、防水板,截排水系统,排水盲沟、泄水洞、地表截水系统,施工缝,变形缝,中埋式止水带、遇水膨胀橡胶止水条、外贴式止水带、可维护注浆管、可卸式排水槽,堵水系统,围岩注浆、防水板背后注浆、局部漏水,混凝土自防水,普通混凝土：强度等级不小于,C25,，抗渗等级不小于,P6,；当为钢筋混凝土时强度等级不小于,C30,，抗渗等级不小于,P8,。,防水混凝土：抗渗等级不小于,P8,，根据地下水压力情况，可适当提高。施工配合比应通过现场试验确定，抗渗等级要比设计提高一级（,0.2MPa),。,塑料防水板,塑料防水板可选用,EVA,(,乙烯,-,醋酸乙烯共聚物,),、,ECB,（乙烯,-,共聚物沥青）、,HDPE,（高密度聚乙烯）、,LDPE,（低密度聚乙烯）或其他性能相近的材料。,塑料防水板应符合下列规定：,幅宽,2,4m;,厚度,1.2,2mm,；,耐穿刺性好；物理力学性能符合要求,耐久性、耐水性、耐腐蚀性、耐久性好,。,几种常用塑料防水板的性能,品种,项目,ECB,EVA,LLDPE,LDPE,HDPE,P,型,PVC,优等品,拉伸强度,（,MPa),15.5,20,20,16,20,15,断裂延伸率,（,%,）,560,600,600,500,600,250,热处理变化率 （,%,）,2.5,2,2,2,2,2,低温弯折性,35,无裂纹,20,无裂纹,抗渗透性,0.2MPa 24h,无渗水,不透水,常用施工缝防水示意图,止水条,外贴止水带,中埋止水带,1,先浇混凝土,3,后浇混凝土,（,1,）（,2,）（,3,）,改进施工缝防水示意图,止水条,外贴止水带,中埋止水带,1,先浇混凝土,3,后浇混凝土,4,可维护止水管,4,4,4,（,1,）（,2,）（,3,）,中埋式止水带与外贴防水层复合使用的变形缝,外贴式止水带,L300,外贴防水卷材,L400,外涂防水层,L400,1,混凝土结构；,2,中埋式止水带；,3,填缝材料,4,外贴防水层,中埋式止水带与遇水膨胀橡胶条、嵌缝材料复合使用的变形缝,1,混凝土结构；,2,填缝材料；,3,嵌缝材料；,4,背衬材料；,5,遇水膨胀橡胶条；,6,中埋式止水带,边墙变形缝防水示意图,拱部变形缝防水示意图,引排水和堵水,局部注浆堵水,环境保护,隧道工程环境保护的具体措施：,1,早进晚出，减少边仰坡的开挖，减少对植被的破坏,2,基岩裂隙水以堵为主，减少地下水流失,3,弃碴的利用与处理，减少水土流失,4,洞口适当设置减震、减噪声的措施,降低噪声,洞内边强及洞外挡墙采取吸音措施,降低噪声,洞内道床采取吸音措施,列车在隧道内的几种情况：,正常通行、洞内停车、灾害事故,逃生 疏散 救援,防灾救援方案,防灾救援方案,客运专线隧道内防灾救援方案的原则：,可能的情况下列车应开出洞外，洞内采取“以引导旅客疏散为主”的设计原则。,具体措施：,洞内设置救援通道,疏散、救援,长隧道可利用辅助坑道设置紧急出口 考虑,特长隧道设置专用紧急出口 防灾,大于,20km,的隧道设置定点疏散点 通风,四、客运专线长大隧道的设计施工原则,1,、设计、施工中必须建立综合超前预报系统作为工序并列入预算之中。,2,、设计必须采取动态信息化设计和信息化施工，以及信息化动态管理。,3,、从环境保护出发，尤其在岩溶地区隧道防排水设计原则，必须将以排为主改为以堵为主，限排为辅。,4,、取消洞门或设计简易洞门 洞门应设在早进晚出地段，按不受力洞门设计，挡墙式洞门，必造成大的刷坡而破坏洞顶环境，在桥隧相联处，陡壁处可不设洞门，洞口易选在鼻梁上，洞口处取消深路堑。,几种洞门型式,5,、,5km,以上隧道设置平行导坑是确保安全、质量、进度的重要措施，也是今后运营隧道所必须。,6,、长隧道的开挖方法,(1),全断面钻爆法。,(2),导洞超前后部扩大钻爆法，导洞可超前,5-6m,争取临孔面，为后部扩大加快速度，节约炸药，减少超欠挖、减少振速提供条件，导洞超前也可利用平导投入正洞只打导坑而不增设工作面，反而更快，为推荐方法。,(3),小直径,TBM,（,3-4m,）加钻爆法扩大，为推荐方法，以提高科技含量。,(4),软弱地层段，采用正台阶开挖加超前支护进行。,（,5,）有轨运输、无轨装碴。,（,6,）长隧施工通风方法,采用压入式和射流正洞式通风，可实现左、右洞调节，通风效果很好。,一、隧道施工方法,第二节 隧道施工,隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技术和施工管理的总称。隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件，并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。,(,一,),隧道施工基本概念,传统矿山法,隧道施工方法,山岭隧道,施工方法,浅埋及软土,隧道施工方法,水底隧道,施工方法,矿山法（钻爆法）,掘进机法,新奥法,地下连续墙法,盖挖法,明挖法,浅埋暗挖法,盾构法,沉埋法,盾构法,隧道施工方法可按以下方式分类：,(,二,),山岭隧道的常规施工方法,山岭隧道的常规施工方法又称为矿山法。将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为,“,传统的矿山法,”,；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为,“,新奥法,”,。,1,、矿山法,是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成形后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式衬砌作为永久性支护的施工方法。,2,、新奥法,新奥法即奥地利隧道施工新方法,(,New Austrian Tunnelling method,NATM,),，是以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法。,由于锚喷支护技术的应用和发展，导致隧道及地下洞室工程理论步入到现代理论的新领域，也使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程实际，即设计理论施工方法结构,(,体系,),工作状态,(,结果,),的一致。,(,一,),新奥法施工程序,施工准备,确定施工方案,开挖,初期支护,量测监控,是否符,合管理,基准？,防水隔离层,二次支护,竣工,是,修改施,工方案,改变开挖,方法和顺序,修正支,护参数,否,二、新奥法的基本概念,(,二,),新奥法施工的基本原则,少扰动,开挖时要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。,早支护,开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态。,勤量测,指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩,(,或围岩加支护,),的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式、开挖方法,紧封闭,一方面指采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减。另一方面指要适时对围岩施作封闭形支护。,三、开挖方法,隧道开挖的基本原则,是：在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。,在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、工区长度、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析，采用恰当的开挖方法。,按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法等。,(,一,),全断面开挖法,全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。,适用条件,(1)I,IV,级围岩，在用于,级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件。,(2),有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。,(3),隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于,lkm,，否则采用大型机械化施工，其经济性较差。,隧道机械化施工，有三条主要作业线，见表,作业线,采用的大型机械设备,开挖作业线,钻孔台车、装药台车、装载机配合自卸汽车（无轨运输时）、装渣机配合矿车及电瓶车或内燃机车（有轨运输时）,喷锚作业线,混凝土喷射机、混凝土喷射机械手、喷锚作业平台进料运输设备及锚杆灌浆设备,模筑衬砌作业线,混凝土拌和作业厂、混凝土输送车及输送泵、施作防水层作业平台、衬砌钢模台车,全断面法施工特点,(1),开挖断面与作业空间大、干扰小；,(2),有条件充分使用机械，减少人力；,(3),工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件；,(4),开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。,(,二,),台阶法,根据台阶长度不同，划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。,施工中采用哪一种台阶法，要根据两个条件来决定，第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短，第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。,1,、长台阶法,长台阶法开挖断面小，有利于维持开挖面的稳定，适用范围较全断面法广，一般适用于地质条件较差的,、,、,V,级围岩,长台阶法,1,2,5,L,1,2,L,2,、短台阶法,1,2,L,1,2,(11.5),L,短台阶法,短台阶法适用于地质条件差的,、,V,级围岩，台阶长度定为,10,15m,，即,1,2,倍开挖宽度，主要是考虑拉开工作面，减少干扰，因此台阶长度不宜过短。,短台阶法可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。,1,2,35m,微台阶法,1,2,L,3,、微台阶法,适用于,，,，,级围岩，一般为,3,5m,的台阶长度。,微台阶法上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。,(,三,),分部开挖法,分部开挖法包括环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法等。,1,、环形开挖留核心土法,环形开挖留核心土法常用于,级围岩单线和,V,级围岩双线隧道掘进。,施工要求：,环形开挖进尺一般为,0.5,2.0m,；,开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢架支撑，每两榀钢架之间采用连续钢筋连接，并加锁脚锚杆；,当围岩地质条件差，自稳时间较短时，开挖前在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护,特点：,开挖工作面稳定性好,施工干扰大、工效低,2,、侧壁导坑法,根据侧壁导坑开挖的个数，分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法。,单侧壁导坑法,单侧壁导坑法一般将断面分成三块：侧壁导坑、上台阶、下台阶。,侧壁导坑宽度不宜超过,0.5,倍洞跨，高度以到起拱线为宜。导坑与台阶的距离没有硬性规定，一般以施工互不干扰为原则。,由于单侧壁导坑法每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初期支护承载能力大，所以它适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。,双侧壁导坑法,适用于,V,级围岩双线或多线隧道掘进。,具有控制地表沉陷好，施工安全等优点，但进度慢，成本高。,施工要求：,侧壁导坑高度以到起拱线为宜；,侧壁导坑形状应近于椭圆形断面，导坑断面为整个断面的,1/3,；,侧壁导坑领先长度一般为,30,50m,，以开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布不影响另一侧导坑为原则；,导坑开挖后应及时进行初期支护，并尽早封闭成环。,3,、中洞法,中洞法适用于双连拱隧道。采用先施作隧道中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法。,施工要求：,中洞法开挖高度应大于中墙高度,1m,，开挖宽度应大于,5m,；,中洞开挖长度根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑，一般为,50,80m,；,中洞开挖后应及时施作初期支护，再分段灌筑中墙混凝土，在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模，并进行临时横向支撑。,4,、中隔壁法,(CD),适用于,V,级围岩的浅埋双线隧道。中隔墙开挖时，应沿一侧自上而下分为二或三部进行，每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁，底部应设临时仰拱，中隔壁墙依次分步联结而成，之后再开挖中隔墙的另一侧，其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同。,施工要求,：,各部开挖时，周边轮廓尽量圆顺，减小应力集中；,各部的底部高程应与钢架接头处一致；,每一部的开挖高度约为,3.5m,；,后一侧开挖应全断面及时封闭；,左右两侧纵向间距一般为,30,50m,；,中隔壁设置为弧形或圆弧形。,5,、交叉中隔壁法,(CRD),交叉中隔壁法适用于,V,级围岩浅埋的双线或多线隧道。采用自上而下分为二至三步开挖中隔墙的一侧，并及时支护，待完成,12,部后，即开始另一侧,l2,部开挖及支护，形成左右两侧开挖及支护相互交叉的情形。,主要施工方法及适用范围,四、隧道施工辅助方法,(,一,),超前锚杆,1,、构造组成,超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业。,超前锚杆,2,、性能特点及适用条件,特点：柔性较大，整体刚度较小。,适用条件：应力不太大，地下水较少的软弱围岩的隧道工程中，如土砂质地层、弱膨胀性地层、流变性较小的地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带等、浅埋无显著偏压隧道。,(,二,),管棚,1,、构造组成,管棚是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护,a),棚管的环向布置,b),管棚钢管纵向错接,c),钢管端部横向联接,2,、性能特点及适用条件,特点：整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力。,适用条件：主要适用于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱破碎围岩隧道工程中。,(,三,),超前小导管注浆,1,、构造组成,b),注浆半径及孔距选择,a,40cm,r,r,b,(,取,30cm),钻孔,15,o,a),超前小导管布置,小导管,钢支撑,0.2m,3.56.0m,c),小导管全图,管箍,(6,钢筋加焊,),出浆孔,1.5m,不钻孔,0.2m,2535mm,有缝钢管,2,、性能特点及适用条件,特点：浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后，不仅将岩块或颗粒胶结为整体起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道渗流的通道，起到了堵水作用。,适用于一般软弱破碎围岩，也适用于地下水丰富的软弱破碎围岩。,(,四,),超前深孔围幕注浆,正洞,平行导坑,(c),平导超前注浆,正注浆区域,已注浆区域,(a),洞内超前注浆,(b),地表超前注浆,(,五,),水平旋喷预支护,使用旋喷注浆机，沿着隧道掌子面周边的设计位置旋喷注浆形成旋喷柱体，通过固结体的相互咬合形成预支护拱棚。,一般每根旋喷体，首先通过水平钻机成孔，钻到设计位置以后，随着钻杆的退出，用水泥浆或水泥一水玻璃双浆液旋喷注入钻成的孔腔，通过高压射流切割腔壁土体，被切割下的土体与浆液搅拌混合、固结形成直径,600mm,左右的固结体，同时周围地层受到压缩和固结，其土体的物理力学性能得到,定程度的改善。,(,六,),机械预切槽法,用预切槽锯沿隧道外轮廓切,条宽,15,30cm,、长约,5m,的切槽。,在切槽内立即填充高强度喷射混凝土，形成长,3,5m,的整体连续拱，两次连续拱的搭接长度为,0.5,2.0m,，视围岩的不同而定。,在安全稳定的作业环境下，用挖掘机或臂式掘进机开挖前作业面。,必要时，作业面装以玻璃纤维锚杆，以稳定作业面。随后在作业面上喷混凝土。,紧随其后，安装隧道防水层，进行二次衬砌。,客运专线隧道常用辅助工法,五、隧道洞口施工,隧道施工的洞口地段，是指隧道进口,(,或出口,),附近对隧道施工有影响的地段，该地段通常因地质地形复杂需要做特殊处理。,(,一,),洞口地段的一般概念,在场地清理作施工准备时，应先清理洞口上方及侧方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。,洞口施工宜避开雨季和融雪期。,洞口部分圬工基础必须置于稳固的地基上。,洞门拱墙应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工连接成整体，确保拱墙连接良好。,洞口段洞身施工时，应根据地质条件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素选择开挖方法和支护方式。,洞门完成后，洞门以上仰坡脚受破坏处，应及时处理。,(,二,),洞口地段施工注意事项,(,三,),洞口的施工方法,洞口段围岩为,级以下，地层条件良好时，一般可采用全断面直接开挖进洞。,洞口段围岩为,IV,级，地层条件较好时，宜采用正台阶法进洞,(,不短于,20m,区段,),爆破进尺控制在,1.5,2.5m,。,洞口段围岩为,级，地层条件较差时，宜采用上半断面长台阶法进洞施工。,洞口段围岩为,级以上，地层条件差时，可采用分部开挖法和其它特殊方法进洞施工。,六、装渣与运输,(,一,),装渣,装渣就是把开挖下来的石渣装入运输车辆。,1,、渣量计算,出渣量应为开挖后的虚渣体积，可按下式计算：,式中，,Z,单循环爆破后石渣量；,R,岩体松胀系数，见下表；,超挖系数，视爆破质量而定，一般可取,1.15,1.25,；,L,设计循环进尺；,S,开挖断面面积,。,岩体级别,土石名称,砂砾,粘性土,砂夹卵石,硬粘土,石质,石质,石质,石质,松胀系数,1.15,1.25,1.30,1.35,1.6,1.7,1.8,1.85,2,、装渣方式,装渣的方式可采用,人力装渣或机械装渣。,人力装渣：,劳动强度大、速度慢，在短隧道缺乏机械或断面小无法使用机械装渣时才考虑采用。,机械装渣：,速度快、可缩短作业时间，目前隧道施工中经常采用，但仍需配少数人工辅助。,3,、装渣机械,隧道用的装渣机又称装岩机，要求外形尺寸小，坚固耐用，操作方便和生产效率高。,装渣机械的类型很多，按其扒渣机构型式可分为：铲斗式、蟹爪式、立爪式、挖斗式。,装渣机的走行方式有轨道走行和轮胎走行两种。,轨道走行式装渣机：须铺设走行轨道，因此其工作范围受到限制。,轮胎走行式装渣机：移动灵活，工作范围不受限制。但在有水土质围岩的隧道中，有可能出现打滑和下陷,。,1,4,2,3,1-,行走部分；,2-,铲斗；,3-,操纵箱；,4-,回转部分,1,2,3,2,1,4,5,1-,蟹爪；,2-,受料机；,3-,机身；,4-,链板输送机；,5-,带式输送机,1,2,3,4,5,6,1,1-,立爪；,2-,链板输送机；,3-,机体；,4-,立爪,(,左右位置,),；,5-,机架；,6-,立爪,(,前方位置,),(,二,),运输,隧道施工的洞内运输,(,出渣和进料,),分为有轨运输和无轨运输。,1,、有轨运输,优点：基本上不排除有害气体，对空气污染较轻，设备构造简单，容易制作；占用空间小而且固定等。,缺点：轨道铺设较复杂，维修工作量大；调车作业复杂；开挖面延伸轨道影响正常装渣作业等。,出渣车辆,有轨运输较普遍采用的出渣车辆有斗车、梭式矿车和槽式车等。,斗车是应用最为广泛的出渣工具。断面形状多为,V,形和,U,形，容积一般为,0.5,1.1m,3,。小型斗车具有轻便、灵活、周转方便等特点，但单个斗车调车需占用较多的作业时间。,梭式矿车由前后车体组成车厢，底部安装刮板式运输机，其外形如梭而得名。可以单车运输，也可组成列车运输；可以在栈桥上单轨道卸渣，也可以在双轨线路上向侧面卸渣。,槽式列车是由一个接渣车、若干个仅有两侧侧板而没有前后挡板的斗车单元和一个卸渣车串连组成的长槽形列车，在其底板处安装有贯通整个列车的风动链板式输送带。,牵引机车与道路,常用的牵引机车分电动和内燃两类。,蓄电池电机车俗称电平车。它具有体积小，占用空间小，不排放有害气体，不需要架设供电线路，使用较安全等特点，但也存在需要有专门的充电设备，充电工作比较麻烦，牵引力有限等不足。,在长大隧道施工中有时采用接触式或接触,蓄电池混合供电式电动机车牵引，即在成洞地段采用接触式供电，非成洞地段用蓄电池供电。这种方式可以延长蓄电池使用时间，但接触供电线路的架设和维修工作量大，且容易发生触电事故。,内燃机车具有较大的牵引动力，配合大型斗车可以加快出渣速度。但在机车运行中排除有害气体，需要安装废气净化装置或配备强大的通风设施，故隧道施工中一般不采用。,隧道内用于机车牵引的道路，宜采用,38kg/m,或,38kg/m,以上的钢轨，轨距一般为,600,或,750mm,。洞内轨道纵坡相同，洞外可不同，但最大不超过,2,。最小曲线半径，在洞内不小于,7,倍机车车辆轴距，洞外一般不小于,10,倍轴距。曲线轨道应有适当的加宽和外轨超高值。,调车设备和轨道延伸,常用的调车设备有简易道岔、平移调车器、水平移车器和浮放道岔等。,简易道岔,由一根能活动的长度为,2.54.0m,的尖轨和一个岔心组成，具有构造简单、铺设容易、使用方便等特点，但因无附带曲线，机车车辆容易掉道，故一般只适用于人推斗车而不能通过牵引机车。,平移调车器,由底架、车轮和车架三个主要部分组成，种类很多。具有轻便、调车快、易拆移等优点。适用于双道,(,或单道设旁洞错车道,),调车。,水平移车器,由导轮轨、导轮、导链或气动水平移车装置。它是一种从上方将斗车提起离开钢轨，再水平横移至另一股道上的调车装置。移车速度快，但也易出故障。,浮放道岔,是浮放在运输轨道上的调车设备，可用机车或装渣机牵引移位。它可以浮放在靠近开挖面的轨道上，供装渣时调车用，也可以浮放在区间轨道上，作调车渡线使用。根据不同的调车作业需要，尚可分为浮放渡线、浮放调车盘、菱形浮放道岔等。,轨道布置与调车方法,常用的轨道布置形式有单车道和双车道。,5060m,2030m,单车道,运输能力较低，一般用在地质较差的短隧道中。为解决错车问题，在成洞地段可铺设会车线，有效长度应能容纳一个列车，一般为,5060m,，如图。在距离开挖面,2030m,处应铺设,510m,长的简易道岔岔线或安装平移调车器供调车之用。,双车道,可使轨道随掘进延伸，一次铺成。进出隧道的列车各行一股道，具有互不影响、车辆周转快的特点，是提高隧道运输效率的主要方法之一。为满足调车需要，每隔,100200m,设一渡线，每隔,23,个渡线铺设一反向渡线，如图。,1520m,100200m,进洞列车,出洞列车,在距导坑开挖面,15,20m,处设置菱形浮放道岔，空车斗和装满石渣的斗车分别停在两股道上，用单机车或双机车进行调车作业。,当隧道施工采用平行导坑方案时，则平行导坑为施工出渣、进料运输提供了有利条件。通常采取在平行导坑中设单车道加错车道，正洞为单车道加局部双车道，两者共同构成了一个完整的双股道运输体系，如图所示。利用平行导坑组成的运输系统具有运输能力大、相互干扰少等特点，适用于施工速度要求快的隧道。,运输通道,平导,5060,4060,120180,120180,(,单位：,m),正洞,2,、无轨运输,无轨运输主要是指汽车运输。,无轨运输不需要铺设复杂的运输轨道，具有运输速度快、管理工作简单、配套设备少等特点。,但由于内燃机排放大量废气，对洞内空气污染较为严重，尤其长期在长大隧道中使用，需要有强大的通风设施。,七、初期支护,初期支护是为了解决隧道在施工期间的稳定和安全的工程措施；二次衬砌则是为了保证隧道永久稳定和安全，作为安全储备的工程措施。初期支护加二次衬砌，构成复合式衬砌。,初期支护一般由锚杆、喷射混凝土、钢架、钢筋网等及其它们的组合组成，它是现代隧道工程中最用的支护形式和方法。,(,一,),锚杆,锚杆,(,索,),是用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。,1,、锚杆的支护效应,锚杆的支护效应一般认为有如下几种：,(1),支承围岩：,锚杆能限制约束围岩变形，并向围岩施加压力，从而使处于二轴应力状态的洞室内表面附近的围岩保持三轴应力状态，因而能制止围岩强度的恶化。,内压力,P,1,喷射混凝土,轴力,N,(2),加固围岩,锚杆对加固节理发育的岩体和围岩松动区是十分有效的，有助于裂隙岩体和松动区形成整体，成为,“,加固带,”,(,如图,),。,加固带,t,l,(3),提高层间摩阻力，形成,“,组合梁,”,对于水平或缓倾斜的层状围岩，用锚杆群能把数层岩层连在一起，增大层间摩阻力，层结构力学观点来看就是形成,“,组合梁,”,(,如图,),。,P,P,(4),“,悬吊,”,作用,:,水平,“,悬吊,”,作用是指为防止个别危岩的掉落或滑落，用锚杆将其稳定围岩联结起来，这种作用主要表现在加固局部失稳的岩体,(,如图,),。,锚杆大致可分为以下几种：,2,、锚杆的种类,锚杆的布置分为局部布置和系统布置。,(1),局部布置。它主要用在裂隙围岩。重点加固不稳定块体，隧道拱顶受拉破坏区为重点加固区域。,(2),系统布置。在破碎和软弱围岩中，一般采用系统布置的锚杆，对围岩起到整个加固作用。对于局部很破碎、软弱围岩部位或可能出现过大变形的部位，应加设长锚杆。,3,、锚杆的布置,确定锚杆长度时，主要应考虑地质条件。,在成块和成层的岩层中，锚杆的长度应大于围岩松弛范围。,如果是为了获得拱效应或为了加固、改良围岩时，锚杆的端头亦可锚固在非稳定岩层中，但锚固应具有足够的抗拔力。,4,、锚杆的长度,锚杆的间距不宜大于锚杆长度的,1/2,5,、锚杆的间距,(,二,),喷射混凝土,(1),支撑围岩,(2),“,卸载,”,作用,(3),填平补强围岩,(4),覆盖围岩表面,(5),阻止围岩松动,(6),分配外力,1,、喷射混凝土的作用,喷射混凝土的工艺流程有干喷、潮喷、湿喷和混合喷四种。主要区别是各工艺的投料程序不同，尤其是加水和速凝剂的时机不同。,客运专线要求采用湿喷技术,2,、喷射工艺种类,钢纤维喷射混凝土是在喷射混凝土中加入钢纤维，弥补喷射混凝土的脆性破坏缺陷，改善喷射混凝土的物理力学性能。,3,、钢纤维喷射工艺,钢纤维的生产方法通常有钢丝切断法、薄钢板切断法、铣削法、熔抽法及轧制法。作为混凝土增强材料，钢纤维在投入搅拌机后，其形状、尺寸要能均匀地分散到混凝土中，同时喷射混凝土要容易输送、喷射。若钢纤维过长、过细，搅拌过程中钢纤维集结，并在喷射过程中宜堵塞管道。反之，若钢纤维过短、过粗，运输、搅拌过程中宜与混凝土分离下沉，不能均匀分布与混凝土中，起不到有效增强作用。通常在喷射钢纤维混凝土中，钢纤维的直径,(,或等效直径,),为,0.3,0.6mm,，长度为,20,40mm,，长径比为,40,60,，钢纤维的体积掺量为,1,2,。为增大钢纤维与混凝土的粘结力，通常改变钢纤维的表面特征，其几何形状、端面形状形式多样。,钢纤维喷射混凝土的配合比一般为水泥,:,砂,:,石,1:1.6:1.6,，水泥标号不低于,525,号，砂子采用中砂，石子采用筛洗卵石，最大粒径,10mm,，钢纤维掺量一般为喷射混凝土重量的,1.0%,2.0%,；钢纤维的长度一般不超过,30mm,，,l/d,45,80,之间规格尺寸为直径,长度,0.3mm20mm,或,0.4mm20mm,或,0.4mm25mm,。,施工要点,(1),喷射钢纤维混凝土，应选用经过实用检验的喷射机械。主要问题是防止钢纤维结团堵管。目前已有些钢纤维产品采用水溶性粘结剂将钢纤维粘结成片状，在搅拌过程中可以方便地分离成单一纤维，较好地解决了结团问题。,(2),钢纤维和基料必须拌和均匀，避免结成喷射机拔料盘堵塞或堵管。方法是先将水泥、砂、石拌和均匀，然后掺入钢纤维和速凝剂，再拌和均匀，装入运输车。,(3),钢纤维喷射混凝土操作同普通喷射混凝土，但输料管的磨耗大，一般要高于普通喷射混凝土,30%40%,，尤其是拐弯处。可每班将胶管翻转,12,次，以延长胶管寿命。,(4),风压要比普通喷射混凝土高,0.020.05 MPa,；当输送距离不大于,40m,时，风压一般可为,0.05 0.18 MPa,。,聚丙烯纤维根据其形状和构造不同，可分为单丝纤维和网状纤维。单丝纤维有较高的长径比，常以长丝短切加工而成，但在混凝土中分散性较差。聚丙烯纤维网状纤维通过特殊工艺制造而成，其外观呈多根纤维单丝相互交融的网状结构，网状纤维用于配制混凝土时，混凝土拌合物的搅拌可产生原材料自身的揉搓与摩擦作用，破坏单丝问的横向联系，形成纤维单丝或网状结构的充分张开，从而比单丝纤维更易在混凝土中分散。,4,、聚丙稀纤维喷射混凝土,施工工艺,配比,根据纤维掺量与混凝土性能关系及价格比，较为合理的聚丙烯纤维网体积掺量应为,0.1%0.2%,之间。,机械设备,湿式喷射机,搅拌机：采用自落式或双轴卧式强制式搅拌机,施工工艺,投料、搅拌工艺,先投入石子、水泥、纤维、砂子搅拌,30s,至,60s,，再加入减水剂和水搅拌,6090s,，并在出料口测量纤维网混凝土拌合物的坍落度，观察纤维分散和分布情况，做好纪录。,随机抽取,5L,左右的混凝土拌合物，用水洗法测得聚丙烯纤维网的分散和分布。,施工工艺,喷射工艺,(1),开机前检查准备工作是否充分，风压系统是否稳定，电源供应是否有保障，人员是否到位。,(2),施喷前，先空载运转，检查管路是否畅通，湿式喷射机是否处于正常状态，进料口防超径钢质栅网是否安设妥当。喷射前，用高压风将受喷面上的粉尘吹除并清除已松动围岩，用喷射机在工作面上洒适量水，保持一定湿度，提高岩面粘附力。量测受喷围岩的基本尺寸，要求隧洞外轮廓较光顺。,(3),遵循先进料后湿式喷射的原则，并使受料口处混凝土拌合物始终高于搅拌翅。,(4),对喷嘴进行改善，用硬质聚乙烯管,(10001200mm),替代原