2河底隧道施工工艺工法文档格式.docx

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2.4在开挖方法上选用铣挖设备配套机械开挖与弱爆破法相结合，与其它非爆破法开挖机械相比，如盾构、掘进机，成本较低，经济性较好。

2.5采用全新的自粘式防水材料对隧道进行全封闭防水处理。

2.6先进性体现在能做到安全可控，开辟了新的施工方法。

3适用范围

本工法适用的工程对象为大断面、浅埋、软弱围岩的过水底隧道及地表有敏感建筑物的地下隧道施工。

4主要引用标准

4.1《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设【2010】241号）、《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204）、《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417）、《铁路工程测量规范》（TB10101）、《公路隧道施工技术规范》（JTGF60）、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1）。

4.2其他河底隧道施工方面的参考资料。

5施工方法

河底隧道施工，应积极引进和推广新技术、新材料、新装备、新工艺，按无轨装碴运输的模式组织施工，严格遵循“先预报、管超前、预加固、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则，组织大型机械配套施工，以防坍塌、防涌水突泥为防范重点。

施工中，可采用全封闭预加固、铣挖法、全封闭防排水等多种先进技术相组合的技术体系，实现围岩软弱、穿越河底、地表敏感建筑物等地段的安全快速施工。

施工中，首先应根据围岩情况优选施工方法，并合理确定的隧道开挖步长。

大断面的河底隧道开挖断面，推荐采用三台阶或三台阶临时仰拱法，当围岩地质条件差、掌子面出现较大渗水时，可及时调整台阶高度和长度。

下面就“三台阶七步法”，进行隧道穿越河底段相关施工介绍。

图1河底段“三台阶七步法”施工步序图

施工顺序：

5.1第一步：

超前地质预报。

采用长、中、短距离的综合超前地质预报的方法，对隧道前方进行详细的地质探测。

5.2第二步：

施作超前支护及掌子面预加固。

5.2.1施作φ108mm超前长管棚:

管棚钢管长度18m，12m/环，两环之间搭接长度6m。

环向间距40cm，环向共45根。

5.2.2施作φ42mm超前小导管:

超前小导管配合钢架使用，其纵向搭接长度≮1.0m，环向间距40cm，环向共45根。

5.2.3施作φ25mm玻璃纤维注浆锚杆:

18m长Φ25中空玻璃纤维注浆锚杆,1.5m×

1.5m梅花型布置，纵向间距12m一环，搭接6m。

5.3第三步：

采用三台阶七步法进行开挖。

5.3.1①部上台阶开挖:

每循环进尺0.8～1m。

可采用悬臂掘进机环形预切槽与弱爆破法相结合的方式进行开挖，或采用弱爆破法进行开挖，挖掘机出碴。

5.3.2中台阶中部②部拉槽开挖，待上台阶支护完成3～5m时进行。

5.3.3中台阶左侧③部开挖，待②部开挖完成6m时进行。

5.3.4中台阶右侧④部开挖，待③部左侧部分的支护完成6m时进行。

5.3.5下台阶⑤、⑥、⑦部开挖，下台阶支护成型后进行，步序同中台阶施工。

5.3.6仰拱施工必须紧跟，与下台阶开挖距离保持在10m左右。

5.4第四步：

按照“先仰拱、后拱墙”的顺序组织衬砌施工，仰拱采用简易栈桥进行整体浇注，拱墙砼利用10.2m长的液压模板台车施工。

砼由拌合站集中拌制，输送车运输，泵送入模。

因考虑到河底段隧道施工安全可控，做以下强制性规定：

（1）上台阶掌子面与仰拱工作面距离，控制在30m以内；

（2）仰拱及填充施工紧跟仰拱开挖，组织安排5m/1组；

（3）下穿河底段、下穿地表敏感建筑物群时，应在地表做好线路走向标识，并埋设多点位移计、土压力盒，实时监测地表沉降情况。

6工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

综合超前地质预报

上台阶超前支护及掌子面预加固

上台阶开挖、支护（含钢架）

中台阶超前支护及掌子面预加固

中台阶开挖、支护

下台阶开挖、支护

分段开挖仰拱、施作初期支护

施作仰拱及仰拱填充

资料分析，修正施工支护参数

判定围岩稳定性，修正支护参数

监控

量测

图2河底段施工工艺流程图

6.2操作要点

6.2.1施工中的通风与排水

1施工通风，可采用长管路压入式通风，充分利用通风竖井、施工竖井、斜井等辅助通道，做好通风排烟工作。

2施工排水根据各工作面设计的线路反、顺坡情况分别采取机械管道式分段接力排水或自然排水的方式，并在辅助坑道（竖井、斜井等）、隧道标高最低点设置临时集水泵房。

6.2.2综合超前地质预报

1提前探知前方地质情况是否与设计相符，可采取长、中、短距离多种地质预报方法相结合、相互验证的方法进行。

长距离（TSP203—150m）→中距离（地质钻孔—50m）→短距离（地质素描法、红外线超前探水法、地质雷达—5～30m）。

2隧道预测预报程序。

在地质素描的基础上，首先应用探测距离较远的TSP预测预报系统、50m深孔地质钻探进行前方围岩、地下水变化情况的长距离测试；

第二，应用红外线探测仪对前方30m范围内进行短距离的地下水定性探测；

第三，在不良地质带，每循环钻孔时均实施5m的超前浅孔探测，通过增加孔数，放大外插角，以弥补深孔探测的盲区，提高超前预测预报的准确度。

当经采取以上预测预报措施确定出前方存在断层构造带时，对不良地质区域，通过增加地质雷达探测探测，从而探测出断层、风化槽、节理裂隙的发育规模、几何型态和介质填充构造特点。

3深钻孔中距离超前地质预报。

探孔数量不少于4个，探孔分别位于拱顶、两拱腰。

超前深探孔一般要求：

①水平探孔直径不小于110mm，钻深应达到50m左右；

②孔位倾斜率绝对误差不应大于2.8°

，或孔深的5%。

4综合超前地质预测预报必须作为一道工序，贯彻于隧道施工掘进全过程。

6.2.3掌子面预加固

1施工准备

（1）每循环超前预加固之前需对掌子面进行初喷8～10cm。

初喷仅是在掌子面超前预加固时施作，每一开挖循环后不需初喷。

（2）布置降排水系统：

对拱部及掌子面渗水较大的地段，除通过超前预加固注浆堵水外，还需做好侧沟疏排水系统。

2超前支护：

对于浅埋隧道，隧道极易发生拱顶坍塌。

河底段及浅埋敏感建筑群区采用管棚超前支护，管棚参数为：

18m长Ф108@40cm，外插角度为9°

，搭接长度为6m，具体参数也可根据围岩条件进行调整。

3掌子面预加固

（1）掌子面超前预加固应与拱部超前支护形成一个整体，形成系统支护，以确保拱部及掌子面安全。

掌子面玻璃纤维锚杆，断面布置形式可参考图3。

图3掌子面临时锚杆正面布置图

（2）玻璃纤维锚杆技术性能

玻璃纤维增强塑料锚杆是近年发展起来的最新一代锚杆，俗称玻璃钢锚杆、玻璃纤维锚杆等。

玻纤锚杆类型有两种：

①一种是玻璃纤维中空注浆锚杆，注浆时采用套管柱塞方式，注浆管内可套入止浆塞进行定向定域注浆；

②另一种为砂浆锚固型玻璃纤维锚杆（非中空、实心），注浆方式采用长压注浆管孔底后退式注浆。

非中空玻纤锚杆，具有施工速度快、易于操作等特点。

针对河底隧道掌子面超前预加固，建议采用非中空玻纤锚杆注浆方式。

（3）钻孔、清孔

钻机，可选择C6钻机或改进型的潜孔钻机。

钻机顺序由高孔位向低孔位进行，并间隔错开。

用测斜仪适时检查孔的倾角是否正确，以便及时进行纠正。

在钻孔过程中，若出现卡钻、坍孔或钻孔涌水量过大现象，应及时退钻，然后采用往孔内压注浆液的方法，待浆液凝固后，再行开钻。

深度达到要求后，应边退钻边清孔。

钻孔也可为超前地质预报提供一定的依据，因此每一个孔在开钻时，都必须有详细记录，包括开钻时间、结束时间及遇到的问题等。

（4）安装锚杆（顶管）

在钻孔成型后，为防止坍孔，锚杆安装工作宜及早进行；

为保证安装顺利，钻孔应稍大，并可分2段安装或顶进。

孔口段安设Φ108mm的孔口管作为孔口注浆套管，伸出20～30cm，采用Φ110的钻头钻孔，孔口段长1～1.5m。

锚杆安装到位后，锚杆与套管间隙用速凝水泥或其它堵塞严密，以防注浆冒出。

（5）注浆及封口

注浆顺序：

先注外圈，后注内圈，同一圈由下而上间隔施作，先施工奇数编号注浆，然后施工偶数编号注浆孔同时作为检查孔。

采取反复注入稀浆与浓浆交替、压力控制与注入量控制相结合的措施，注浆压力从低到高逐渐增加。

初始注浆压力采用1.2倍静水压力，注浆时间根据注浆量的注入速率进行调整。

每循环注浆完毕开挖施工后，预留2m左右作为下阶段注浆止浆段。

孔口封堵方式有：

采用C35防水混凝土封堵或采用注浆塞封堵。

①注浆结束标准

A、单孔注浆结束标准：

单管达到设计注浆量或注浆压力逐步升高至设计终压（0.8MPa），并继续注浆10min以上；

注浆结束时的进浆量小于20L/min。

B、全段结束标准：

所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；

注浆后涌水量小于2m3/m.d；

浆液有效注入范围大于设计值。

②注浆效果评定

A、对注浆过程中的各种记录资料综合分析，注浆压力和注浆量变化是否合理，是否达到设计要求；

B、每循环注浆完成后，钻设钻孔检查注浆效果，每循环设2～3孔，检查孔钻取岩芯，观察浆液充填情况，并测量检查孔内涌水量，检查孔平均出水量<

0.11L/min，任一孔出水量<

2.5L/min；

否则应调整施工设计参数，并进行补注浆。

6开挖、切割锚杆

在采用挖掘机清理掌子面或采用铣挖法开挖时，易将玻纤锚杆挖断，故不需采用专门的玻纤锚杆切割工具。

6.2.4铣挖法开挖

1施工准备

隧道开挖铣挖法系采用可安装在液压挖掘机上的铣挖机，高效替代挖斗、破碎锤、液压剪等通用设备，应用于隧道掘进及轮廓修正。

机械配套模式：

多功能平台＋铣挖机（预留核心土则采用短臂挖掘机与铣挖头装配）＋风镐（修整轮廓）＋装载机＋自卸汽车。

ER1500－1S型装配式铣挖机使用灵活，可适用于二台阶法、预留核心土环形开挖、三台阶法、全断面开挖法等开挖。

德国生产的艾卡特ER1500－1S型装配式铣挖机由ER1500－1S型铣挖头和日立ZAXIS330型挖掘机组装而成；

铣挖头直径：

670mm；

铣挖宽度：

1m；

自重：

1750kg；

最大输出功率：

120kw，理论开挖量约为25～30m3/h，主要适宜于围岩强度在15MPa，岩石节理裂隙较发育的地段。

开挖过程中对地层扰动低，噪音小，开挖的安全性高，利于地表沉降控制，特别适合不宜爆破施工的地段。

EBZ160S型悬臂式掘进机，由三一重工安装生产，为整体式机型，其整机参数（长×

宽×

高）为：

14.4m×

2.9m×

1.75m；

截割硬度≤80MPa；

履带式行走，爬坡能力±

18°

；

总重45T。

适用于大断面隧道分多部或多台阶开挖，故主要适用于客运专线大断面隧道三台阶法施工。

EBZ160S型悬臂掘进机最大凿岩硬度为80MPa，理论开挖量50～60m3/h，开挖过程中对地层扰动低，噪音小，开挖的安全性高，利于地表沉降控制，特别适合于巷道狭小或不宜爆破施工的地段。

施工前，根据围岩地质情况，选取合理的机械设备型号，并进行合理的机械设备配套，并根据需要配备“二运”、“三运”设备；

即配备悬臂掘进机的“第二次运输”设备，有条件可配备“第三次运输”设备，将洞碴直接输送到运碴车上，减少装载机装运的过程，形成流水线作业，大大提高施工效率。

在洞内布设好掘进机所需的高压电缆、输水管线，同时将铣挖机械正面朝向掌子面，并摆放妥当。

2掌子面排水

掌子面排水的目的是防止因渗水量过大，铣挖的岩渣成泥状而覆盖铣挖头，以致降低铣挖效率。

采用台阶法施工时，掌子面基本具有自然排水的能力，仅在拱脚及边墙等局部有水渗出。

排水的方法主要有加强两侧排水沟的维护、打设超长炮眼。

排水要求：

掌子面无明水，尽量保持干燥。

3开挖断面设计

隧道穿越河底及穿越地表敏感建筑物的软弱围岩段施工中，在水文地质情况较差、较大渗水时，上台阶宜采用悬臂掘进机与弱爆破法相结合的“钻、掘、铣”综合方法，中、下台阶采用弱爆破法开挖，上台阶长度根据机械作业需要控制在20～25m，台阶高度控制在4.5m左右。

图4铣挖法开挖断面设计

上台阶利用铣挖机械进行环向切槽（断面设计如图4），切槽宽度为0.8m，深度控制在1～1.5m。

切槽完成后及时架设钢架，喷射砼，施作初期支护。

核心土采用弱爆破法开挖，上台阶长度控制在20～25m，中台阶长度控制在10m。

在水平地层区段，应通过量测确定临时仰拱是否设置。

4按设计断面铣挖

按设计断面铣挖掘进，先进行试掘，然后根据试掘效果调整断面设计等铣挖速度、方向、开挖断面尺寸等参数。

主要措施有：

（1）不断调整铣挖头速度，当铣挖头旋转速度降低时应将铣挖头游离掌子面，等速度回升后再抵近铣挖，铣挖头抵近时应尽量形成一定冲击力；

（2）掌握节理裂隙发育特征，顺节理裂隙倾向铣挖，尽量提高刨挖作用；

（3）采用预裂爆破辅助方法，增加岩石破碎程度，提高碎块、块状岩碴的产量，从而提高铣挖工效。

5喷雾除尘、出碴、场地清理

铣挖的同时，采取流水线作业，一边开挖，一边出碴。

为控制粉尘，需适当喷雾，既达到降低粉尘的目的又不引起岩碴泥化。

悬臂掘进机喷雾装置为自动装置，装配式铣挖机可以配备简易的喷雾装置。

为确保除尘效果，喷雾时主要以喷洒泡沫为主。

6轮廓修整及人工局部处理

由于机械设备条件所限，无法实现开挖轮廓线范围10～20cm厚度轮廓修整，仅能采用人工修整或其它机械设备修整。

当然，在采用分部开挖时，可实现局部处理的平行作业。

但在开挖进尺较大或条件允许时，可以将铣挖机在掌子面横向摆设，正对隧道轮廓进行铣挖，这样就不再需要人工修整隧道轮廓。

6.2.5监控量测技术

超前预加固的核心理念重视超前核心土的稳定性，超前量测掌子面前方核心土体挤压变形、预收敛变形。

但国内外的相关研究均未提供较好的超前核心土体的监控量测方法，本工法首次系统提出超前核心土及掌子面变形的监控量测方法。

掌子面超前预加固工法监测的主要内容有（见图5、6）：

1掌子面挤压变形量测

图7地表预收敛量测点埋设示意图

多点位移计

每开挖循环完成后立即布置掌子面监控量测点，按图示网格布置，监测采用全站仪进行无尺量测。

监测点采用自制测点，在掌子面拟布置测点处，将岩石表面处理平整，然后利用塑胶垫圈、射钉设置测点，射钉采用射钉枪射入，并在塑料垫圈上贴反射膜片，再在周围刷上红油漆以增加测点醒目程度。

与洞身监控量测点同时布置，必要时进行实时监测，否则按一定间隔时间监测。

2超前核心土预收敛变形量测

根据围岩开挖变形反应特征，在开挖面前方50m范围内围岩便发生预收敛，故需超前掌子面50m进行预收敛量测，量测断面间距视地质情况采用5～10m，每个断面布置3个测点，分别为隧道中心、两侧拱腰位置。

在浅埋地段，除在地表布置沉降观测点外，可在地表直接布置多点位移计进行超前核心土预收敛量测（见图7），从而代替在洞内预收敛量测点的布置。

在无法通过地面埋设监测点进行预收敛量测的地段，可在洞内掌子面钻设超前钻孔，通过定位装置将应力、应变测试元件预埋于孔内设计位置。

应力、应变测试元器件分别采用土应力计、应变计（片），测试面沿径向朝向围岩直接测试围岩应力及应变，分别布置于拱部、两拱腰位置。

应力计、应变计（片）可外贴于超前支护钢管表面直接测量围岩应力应变或通过测试超前支护的应力应变反算围岩预收敛及围压情况。

在开挖完成后，应继续进行量测。

根据数值模拟情况分析，当掌子面挤压变形达20mm左右时，掌子面塑性区域将会扩大，不利于掌子面的稳定；

通过岩土泊松比（0.27）反算预收敛量测，可得预收敛量测的危险值74mm。

根据围岩变形管理等级，在（1/3～2/3）U0范围内则需预警，为此，确定掌子面及预收敛量测的预警值分别为：

10mm、30mm。

3洞身的常规量测，如洞周收敛变形，拱顶下沉、地表沉降观测、多点位移计进行围岩深部位移量测等。

为确保监测工作的连续性及获取信息的准确性，拱顶下沉与隧道周边收敛量测布置在同一断面上，且与前期的预收敛量测布置在同一断面，并尽量考虑挤压变形断面。

收敛量测，宜采用全站仪进行无尺量测。

4最终通过收集地表、掌子面、超前核心岩土、开挖洞身的监控量测资料，分析围岩状态，预测围岩变形破坏趋势，针对不同情况及时采取合适的施工措施，并将信息反馈给设计，以实现动态信息化设计施工。

6.2.6全包型防水系统施工

1初期支护防水

全包型防水采用的是自粘型防水板，要求防水板施作之前，初期支护表面无明水。

为此，需要做到以下几点：

（1）优化钻爆设计，合理控制开挖轮廓

通过合理钻爆设计，减少超挖或大的凹坑，减少对围岩的扰动，避免产生贯通裂隙，从而最大限度地阻断渗水通道，使初期支护同开挖断面最大限度的密贴。

（2）确保初期支护施作质量，构筑第一道防水屏障

①开挖后应及时支护，并封闭围岩，防止因围岩松弛变形而引起围岩中张裂缝及细小裂隙的产生及发展，阻止渗水通道的产生。

对超挖的部分，采用与初期支护同等级的喷射混凝土回填密实，防止初期支护背后形成“水囊”。

②采用湿喷工艺，合理控制湿喷参数。

在喷射砼中增加聚酯纤维或钢纤维，不仅提高喷射砼的强度，亦提高抗裂能力，喷射砼完成后，及时洒水养护，防止混凝土表面开裂，以提高防水能力。

同时，保证钢架与岩壁之间的空隙喷射到位，不留死角。

③初支背后注浆堵水。

根据围岩富水情况及富含水地层特征，在开挖之前可进行帷幕注浆堵水；

根据初期支护质量及表面渗漏水情况，开挖支护之后可进行围岩径向注浆堵水，局部地段选用初期支护背后回填注浆堵水或化学注浆堵水，以进一步确保初期支护表面无明水。

2自粘型防水板材料防水

选用的防水板材料选用自粘型防水板，对于暗挖段宜采用单面自粘型防水板，无粘胶层的一面为迎水面，有胶的一面与二衬混凝土牢固粘接。

清理基面

铺设土工布

基面弹线

铺设防水板

搭接焊接

细部处理

揭隔离膜

砂浆保护层

各级验收

下道工序

图8自粘型防水板的施工工艺流程

（1）清理基层：

防水板铺设前，应先切除锚杆头和钢筋露头，并用细石混凝土抹平覆盖，确保喷射混凝土表面平整、干净、干燥，无尖锐棱角。

（2）铺设土工布：

初期支护混凝土表面处理完毕后，在铺设防水板之前，先铺设一层土工布，用射钉固定。

射钉间距在拱部为1.0～1.2m，边墙、仰拱为1.2～1.5m，建议取消塑胶垫圈，使用Ф3cm金属垫片或塑胶垫片代替。

土工布间搭接宽度不小于10cm，并与防水板的搭接缝错开至少在50cm以上。

（3）铺设防水板：

铺挂防水板时，采用明钉铺设工艺（见图9）。

防水板迎水面直接密贴在已铺设土工布的初期支护表面，然后采用小块双面自粘型防水板将射钉部位修补覆盖，以保证防水效果。

（4）搭接缝处理：

防水板环、纵向搭接缝应采用“先焊接再粘接”的搭接方式，接缝处理及检测是防水板铺设的关键，下部（游）防水板压住上部（游）防水板，两层防水板间搭接宽度为15cm，搭接缝处理采用自动爬行式热合焊机焊接，搭接完后，再铺贴一层双面自粘型防水板搭接条，搭接条宽25cm。

在搭接条表层上再涂抹一层2～3mm厚M10水泥浆液，涂抹宽度应超出搭接条宽度每边各2～3cm。

同时，仰拱环向搭接缝与拱墙环向搭接缝应错开1m以上。

（5）揭防水板隔离膜：

防水板隔离膜的主要作用是防止粘胶层受污染。

应掌握撕去保护膜的时机，减少粘胶层暴露时间。

如没有细石混凝土保护层，揭隔离膜工作应在钢筋绑焊之后，浇筑混凝土之前进行。

（6）水泥砂浆保护层：

仅在仰拱部位或局部暴露位置施作，厚度20～50mm，以防止焊接钢筋时产生的高温焊碴烧坏防水板及人工踩踏破坏防水板。

（7）二衬施工防水板保护：

防水板铺设完毕，验收合格后，才能进行二衬钢筋、混凝土的施作。

钢筋施作时要使用垫块压顶防水板，使其与初支表面密贴，注意防止防水板被划破、扯破、扎破；

焊接钢筋时在其周围用石棉板进行遮挡，以免焊花、焊碴烧坏防水板。

二次衬砌时，在正对砼输送管口的防水板处设置保护层，振捣人员经严格培训，杜绝振捣棒点触防水板现象，避免损坏防水板。

3主体结构自防水

（1）优化衬砌混凝土施工配合比，提高其防水能力

在选配配合比时，粗骨料应采用连续级配，采用合适的砂率，改善混凝土的和易性，增加混凝土的密实性；

同时，采取掺加防水剂、高效抗裂防水膨胀剂等手段，减少砼内部的细微孔隙，提高其防水能力。

防水混凝土结构的衬砌厚度不应小于30cm。

（2）优化砼灌注工艺，提高砼密实度

砼灌注时两侧应分层对称浇注。

采用插入式振动器和模板台车上固定的附着式振动器相结合，保证振固密实。

保证连续灌注，消除施工缝，减少防水薄弱环节。

拆模后及时喷雾养生，避免拆模过早砼表面风干或养护不及时出现的收缩裂纹现象。

（3）衬砌背后回填注浆

①纵向注浆管设于拱顶模筑衬砌外缘、防水板内侧，纵向注浆管孔径φ20，采用聚乙烯管（管壁开缝）。

防水板铺设完毕后，采用胶粘于防水板内侧，结合施工缝布置，注浆管每模筑衬砌一段，两端分别与预设的φ20镀锌钢管注浆口连接。

镀锌钢管注浆口应突出衬砌内缘3～5cm，以便连接。

②衬砌施工完毕达到设计强度后进行拱背压浆。

使初支、防水板及内衬密贴，避免因防水板意外损坏渗水的可能，同时也为保证结构安全，避免结构开裂破损。

回填注浆材料为1：

1水泥浆液，回填注浆压力为0.05～0.1MPa。

（4）二衬分区防水

为防止各道防水措施失效后地下水渗入隧道，施工时在施工缝及变形缝处衬砌背后施作外贴式橡胶止水带，并设置环向可维护式注浆管，以达到