公路隧道快速施工工法.docx

1、公路隧道快速施工工法公路隧道快速施工工法田克强、刘辉、崔乐超1、 前言 新屋基特长隧道进口位于重庆市巴南区双河口镇太平村，出口位于涪陵区增福乡小湾村，是重庆沿江高速公路主城涪陵段的重点控制性工程。左右幅长度共计12015m。其主要特点为：地质情况复杂，工期紧，任务重，风险高、难道大。该隧道主要不良地质条件为岩溶及岩溶水，主要围岩为石灰岩和泥岩，其特点为遇水易软化，部分地段还有硫化氢等有毒有害气体。通过我公司员工和业主、设计、监理单位及部分专家的共同努力。在施工中采用隧道快速施工工艺，取得了在确保安全、质量的前提下，同时保证了前导坑的掘进速度，为按期通车提供了条件，赢得各方赞誉。经过在施工实践中

2、不断总结完善，形成该施工工法。2、 工法特点（1） 采用上下台阶流水法开挖、施工工艺简单，施工投入小。（2） 与传统三台阶施工法相比，本工法采用了灵活的劳动组织方式，各工序混合编组，施工效率高，保障了施工安全，加快了施工进度，节约了工程成本。3、 适用范围本工法适用于大断面公路隧道（开挖半径5.5m）级级加强段围岩施工，或同类地质水文条件下的其他类型地下工程施工。4、 工艺原理隧道施工，最重要的是问题解决泥石软化后引起的围岩变形问题。我们按照新奥法施工的理念，遵循“管超前、弱（不）爆破、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则，制定富水泥岩地段施工方案为：超前物探、钻探结合探水、超前注浆堵水、超短台

3、阶人工开挖（局部辅以弱爆破）、初支加强、仰拱超前、二衬紧跟。5、 施工工艺及操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程见图5.1-1。5.2操作要点5.2.1超前地质预报 图5.1-1 工艺流程图1）TSP203超前地质预报泥岩石灰岩地段超前预报，采用的是瑞士Amberg测量技术公司生产的TSP203地质超前预报仪。TSP203是采用回声测量原理。地震波在指定的震源点(在隧道的边墙，24个炮点布成一条直线)用小量炸药激发产生。地震波在岩石中以球面波形式传播。当地震波遇到岩石物性界面（即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地

4、震信号将被高灵敏度的三分量传感器接收。由于TSP203地质超前预报系统采取的是“多点激发、一点接收”测量方法，多点激发产生的地震波相互跟踪检验，故而能提供一种精确的测量。反射信号的强弱与反射界面岩性有很大关系，反射界面两侧的岩性差异越大，反射回来的信号越强，预报的范围也就更大。一次预报用时1.5h左右，需要45名人员。TSP203系统的现场测试，如图5.2.1-1所示。 图5.2.1-2 TSP203系统的现场测试示意图 注：爆破孔布置在隧道侧壁，使用42mm钻头，钻孔深度为1.51.8m,钻孔向下倾斜85,每孔装药量为100150g；接收器孔使用50mm钻头，钻孔深度为2.0m，用环氧树脂锚

5、固，钻孔倾角为向上16.7；上述钻孔高度控制在距隧底约1.9m。2）超前钻探 泥岩石灰岩地段隧道施工坚持以TSP203预报为主、超前钻探为辅的预报方案，用30m超前钻探对TSP203预报结果进行验证、确认。超前探测孔布设在上导，每个断面布3个探测孔，孔深30m，搭接长度5m.。探孔用于探明前方地质，发现地下水较大时（三个探孔均出水，且单孔水流量5mh），及时采用必要的堵水、止水措施和手段。5.2.2地下水处理 泥岩石灰岩地段，快速、有效地隔断水对围岩的作用对隧道开挖后的稳定性非常重要，施工中采用开挖的超前注浆、开挖后径向注浆堵水措施，对地下水进行封堵；采用洞内挖集水坑、排水渠的措施对洞内水进行

6、抽排、安排专人24h对洞内排水进行监控值班。 注浆堵水 小导管超前及径向注浆 当超前探测孔地下水单孔流量大于5mh且小于40mh时，地下水采用小导管注浆的方式进行封堵；富水地段每3m进行一次超前注浆，小导管采用先钻孔后下钢管法施工，钻孔时开孔从工作面最后一榀工字钢拱架上部穿过，打入小导管后，钢管尾部和工字钢架焊接成整体。止浆墙采用喷射混凝土，掌子面上台阶范围，喷10cm厚混凝土进行封闭，采用2台KBY50/70注浆泵进行注浆作业。径向注浆小导管在进行初期支护时同步打设，在开挖下一循环的时候对本循环打设的径向小导管进行注浆作业（为了节约时间，径向注浆管全部用铁丝绑在事先预埋在边墙的10钢筋上），

7、采用4台KBY50/70注浆泵在开挖时注浆。1 施工工艺 制作钢花管：50mm超前小导管、42mm径向注浆小导管在构件加工厂制作。前端做成尖锥形，尾部焊接8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔15cm交错钻眼，眼孔直径为68mm。小导管加工，如图5.2.2-1所示。 图5.2.2-1、小导管加工 小导管安装：风动凿岩机钻孔后，将小导管按设计要求插入孔中，个别地段可用凿岩机直接将小导管打入，与钢架焊接组成支护体系。 小导管水泥水玻璃双液浆注浆工艺流程，如图5.2.2-2所示。2 注浆注浆用水由隧道高压水管提供，水泥采用普通硅酸盐42.5级水泥，水玻璃浓度3050Be。注浆配合比：W：C=0.2:10.8:

8、1；水泥浆：水玻璃体积比C：S=1:0.31:1。注浆设备采用KBY50/70注浆泵（超前注浆2台，径向注浆4台）；注浆压力为0.51.0MPa；注浆工艺严格按设计和施工规范进行。 注浆每班配备两名专业技术人员，其中一名负责观察并记录压力变化情况，另一名负责观察并记录掌子面注浆情况，负责对注浆过程中出现的跑浆、漏浆或注浆压力突然上升等异常现象及时处理，以提高注浆效率。每台注浆机配备人员：注浆操作1人、制水泥浆液2人、作业面前方安装管路1人，总计4人。另外每班安排4人专门负责向洞内倒运水泥、水玻璃。当单孔注浆达到设计量时，结束注浆，设置检查孔对注浆效果进行检查，单孔流量10L/min时，即可进行

9、开挖作业。注浆参数根据注浆试验结果及现场情况及时调整。注浆作业中认真填写注浆记录、随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。 图5.2.2-2注浆工艺流程5.2.3开挖方法 为了减少对围岩的扰动，控制围岩变形，在富水地段采用上部弧形导坑预留核心土三台阶法施工。上部弧形导坑采用人工风镐开挖，必要时辅以弱爆破；核心土长度同上台阶长度，核心土距拱顶开挖面1.5m，坡脚距拱脚开挖2.5m。中下台阶及仰拱采用微震光面爆破开挖，严格掌握炮眼数量、深度及装药量，以减少爆破震动对围岩的影响。各部开挖后及时初喷35cm混凝土封闭掌子面，网喷、锚杆、钢架联合支护作业。上导拱脚、中下导墙角增设锁脚锚管，仰

10、拱紧跟下台阶施作，按每段3m开挖及时施作仰拱混凝土，使支护闭合成环。上、中台阶开挖后挖掘机将洞渣拔至下台阶，同时上导开始立钢架，挖掘机座于中台阶配合ZL50C装载机装渣，红岩汽车出渣。 施工过程中对开挖面、初期支护应加强围岩监控量测、根据量测结果，进行数据分析，确定是否调整支护参数和预留变形量大小，以控制拱顶下沉和围岩净空变化。初期支护及时闭合成环，各分步工序衔接紧密。完善洞内临时防排水系统，防止浸泡拱墙脚基础。 施工中严格遵循“超前支护、分步开挖、随挖随护、密闭支撑、监控量测、适时衬砌”的原则，短台阶分步平行开挖一般包含上部弧形导坑法短开挖施作拱部初期支护，再左右错位开挖及施作边墙初期支护；

11、混凝土仰拱紧跟下台阶并及时施作尽早封闭成环受力。 5.2.4支护措施 在地下水丰富泥岩石灰岩地段施工隧道，最重要的是迅速抑制围岩的变形，因此支护措施必须要强，尤其是初期支护措施。通过试验确定的一般富水隧道初期支护如下：50*5超前小导管，L=5m，每3m施工一环，每环33根；120a工字钢架，间距75cm（个别地段50cm）；42*4周壁注浆小导管，间距100cm*100cm，梅花形布置；喷射混凝土24 cm；45 cm厚二次模筑防水砼衬砌，抗渗强度等级S8。 5.2.5施工组织 富水岩地段围岩破碎，地下水大，如何合理地进行工序安排、人员组织，对施工的安全、进度、质量等具有重要意义。为了尽量缩

12、短各工序衔接时间，做到随挖随护，加快施工进度，施工中要尽可能利用一切可以利用的时间，使各工序能平行或搭接施工；在人、机、料的使用上要科学计划，合理安排，使之发挥最大效率。 开挖、支护混编为一个班。开挖每班18人，负责断面开挖，立拱架，施工超前、径向小导管。喷锚每班15人，负责开挖过程中的随时初喷和喷射混凝土。两个作业班同时上班，同时下班。注浆班共24人，负责注浆作业。具体的一个循环工序时间及各工序搭接情况，如表5.2.5-1所示。 富水岩地段一个施工循环工序时间 表5.2.5-1工序时间循环时间（min）备注306090120150180210240270300测量7.5-每4循环量测一次，每

13、次30围岩量测30-超前支护、超前探孔、预报51-每4循环施工超前支护一次，每30m超前钻探一次，每150m超前地质预报一次开挖60 -上台阶立架30 - 包含打设径向小导管，铺设钢筋网出渣60 -中下台阶立架30 -喷射混凝土60 -径向注浆60 -开挖本循环时，对上一循环打设的径向小导管进行注浆 每一循环进尺0.75m，用时288min5.2.6监控量测 现场监控量测是判断围岩和隧道的稳定状态、保证施工安全、指导施工生产、进行施工管理和提供设计信息的重要手段。施工过程中，按技术规范的要求进行监控量测，以量测资料为基础及时修正支护参数，使支护参数与地层相适应并充分发挥围岩的自承能力，围岩与支

14、护体系达到最佳受力状态，并在施工中进行信息化动态管理，达到确保工程质量、施工安全和进度，合理控制投资的目的。在隧道正洞洞身支护完成后，尤其是仰拱施工完毕后，喷锚支护已闭合成环，及时进行全断面监控量测，随时掌握初期支护的工作状态，指导和确定二次衬砌施作时间。 量测项目根据富水岩隧道的支护参数和施工方法等特点，初步选择确定本隧道监控量测必测项目和选测项目如表5.2.6-1、表5.2.6-2所示。 监控量测必测项目 表5.2.6-1序号监测项目监测方法和仪表测试精度备注1洞内、外观察 现场观察、地质罗盘2衬砌前净空变化隧道净空变化测定仪（收敛计、隧道激光断面仪、全站仪）0.1mm全站仪采用非接触观测

15、法3拱顶下沉水准测量的方法、水准仪、钢尺1mm一般进行水平收敛量测4地表下沉水准测量的方法、水准仪、塔尺1mm浅埋隧道必测（H02b5二次衬砌后净空变化隧道净空变化测定仪（收敛计）0.01mm注：H0-隧道埋深；b-隧道最大开挖宽度。 监控量测选测项目 表5.2.6-2序号监测项目监测方法和仪表测试精度备注1地表下沉水准测量的方法、水准仪、塔尺1mmH02b时2隧底隆起水准测量的方法、水准仪、塔尺1mm3围岩内部位移多点位移计0.1mm4围岩压力压力盒0.001MPa5二次衬砌接租触压力压力盒0.001MPa6钢架受力钢筋计0.1MPa7喷射混凝土受力混凝土应变计108锚杆杆体应力钢筋计0.1

16、MPa9二次衬砌内应力混凝土应变计0.1MPa注：H0-隧道埋深；b-隧道最大开挖宽度。 其中，右线试验段必测、选测项目都进行监控，一般富水段仅进行必测项目监控。 量测断面布置。隧道每个量测断面各布置一个拱顶下沉测点和两条水平净空收敛量测基线，围岩测点布置如图5.2.6-1所示。 围岩测点布置图5.2.6-1量测频率。量测频率见表5.2.6-3，实际量测频率从表中根据变形速度和开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。监测方法。监测方法与要求，见相关资料。 量测频率表 表5.2.6-3量测频率变形速度（mm/d）量测断面距开挖工作面距离2次/d51B1次/d15（12）B1次/23d0.51（25

17、）B1次/3d0.20.51次/周0.25B注：B为速度开挖宽度。6、 材料与设备本工法无需特别说明的材料，采用的机具设备（包括进出口两施工段）如表6-1所示。 机具设备 表6-1序号名称规格型号功率（KW或容量）数量（台）1电动空压机SA-5150W20 m/min120102风镐C101.2 m/min203风动凿岩机YT-2883.3L/S184挖掘机CAT320C1.2 m45装载机ZLC50B3.0 m66红岩汽车2631K19t207混凝土喷射机YSP6-1048混凝土拌和站JS750+PL120049注浆泵KBY-50/7011KW810注浆台架东风汽车改装411冷弯机LW220

18、212电焊机BX2-50025KW1013轴流通风机SDF(c)-NO12.5110KW414TSP203地质超前预报仪215射流通风机35KW216地质钻机XY-PC37、 质量控制7.1质量控制标准 质量控制执行以下标准：公路路面基层施工技术规范（JTJ0342000）、公路隧道施工技术规范（JTGF602009）、公路工程岩石试验规程（JTG E412005）、公路工程水质分析操作规程（JTJ05684）、公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）、公路工程施工安全技术规程（JTJ 07695）、公路隧道设计规范（JTG D702004）以及设计图所要求、所涉及的国家、部门

19、、行业、地方规范、政策、法律、法规。7.2质量控制措施 成立专门的质量管理机构，编制详细的施工作业操作指导书，明确质量要求，对参加施工的全体技术人员进行技术交底。设专职人员，层层把关，逐级负责，从项目经理部、施工队到工班实行三级质保责任制。坚持“预防为主、检查为辅”的原则，定质量目标责任到人，做到质量与工资挂钩，奖优罚劣。 施工实行动态管理，及时向业主和设计单位汇报情况、实行信息化施工。加强超前地质探测和预报工作，迅速提供准确超前地质资料，及时反馈设计和施工情况，严格注浆工艺，快速开挖封闭，注意施工安全。加强施工调度和信息联络，及时掌握施工动态，服务施工现场。 机械化、工厂化施工。配置性能优良

20、、配套的机械设备，极大地提高机械化施工水平，减少工人劳动强度；减少或避免外界干扰，实现快速高效施工。 计量仪器和设备定期标定、检查，确保精度，积极采用先进的计量设备和快速准确的测试技术，消除和预防因检验、测量和试验因素造成的质量缺陷。 遵循招标文件明确的施工规范、规程和验收评定标准，严格执行业主在工程管理方面的有关规定。制定严格的管理制度，执行严密的控制程序，按规章办事。 加强原材料的质量控制，定点、定量采购，严格检验和验收程序，消除原材料因素对工序质量的影响。 加强测量控制，采用光面爆破技术，减少围岩扰动，控制超欠挖，保证开挖轮廓尺寸，并预留变形量。喷射混凝土采用湿喷技术，喷射料集中拌制，自

21、动计量。喷射混凝土强度合格，支护厚度符合设计要求。仰拱、二衬台车及水沟电缆槽模板，要经常清理、涂油，以保证结构物尺寸准确，棱角分明，线条顺畅。施工中严格控制混凝土坍落度，坍落度误差控制左2cm以内，超过者立即调整；严禁在现场随意加水，以确保混凝土的密实度机抗裂性。配合比必须进行试验研究，经科学比选确定。8、 安全措施严格执行国家有关安全生产的规范和规章制度及职业健康安全和环境管理手册（GB/T240011996,GB/T 280012001）的规定。设专职安全员检查洞内安全情况，进洞施工必须佩戴安全帽。坚持岗位培训，持证谁岗。杜绝无证上岗、无证驾驶的现象。加强围岩监测和观察，按新奥法原理组织施

22、工，对目测观察予以足够的重视，随时注意围岩变化，喷射混凝土是否产生裂隙，钢架是否压变形，当围岩变形量无变缓趋势或喷射混凝土产生较大的剪切状态时立即停止开挖，采取辅助加固措施。做好隧道监控测量，根据监控资料，判定围岩的稳定性，超前指导施工，保证安全。坚持TSP203超前地质预报连续探测，演练好应急预案及紧急情况下的逃生路线。隧道内安设警报器、应急照明灯和视频监控摄像头。开挖后及时封闭，使支护闭合成环，仰拱离掌子面不超过30m，二衬离掌子面不超过70m。9 环保措施 成立施工环境、职业健康安全管理体机构，施工时满足本项目环境影响评价报告批复的各项指标和要求，遵守环境保护法、水土保持法等相关的法律、

23、法规及当地政府的有关规定，污染物达标排放。 施工现场场界噪声：昼间70dB，夜间55dB（22:00至次日6:00）。对生活区和加工场地进行硬化，在晴天对施工主便道进行洒水降尘、防止污染周边环境。 生产、生活污水经沉淀处理达标后，按当地环保部门指定地点排放，厕所每天定时清理。 保护森林资源和生态环境，对弃土场进行绿化。施工期间无农田、河流污染。 对化学危险品的废弃物应在规定位置存放，分类、定期回收，进行安全妥当的处理，以减少或消除对环境的影响。有毒有害化学危险品废弃物的处理按公司化学危险品搬运、储存和使用规定及固体废弃物管理规定执行。 固体废弃物的控制措施。有毒有害的办公垃圾，如废旧电池、墨盒

24、、硒鼓等要分类存放，定期交有关部门处理；废旧报纸、办公废纸集中送往废品站回收处理。生活垃圾应指定地点单独收集、存放，及时送往附近的垃圾点，做到无垃圾积压现象。生活垃圾有专人管理，垃圾存放点不准泼倒污水、粪便，适时进行消毒，控制蚊蝇孳生，消除危害因素。 光污染的控制措施。项目部、工地除办公室外的所有夜间照明灯具要100%加灯罩，尽可能减少对居民休息的影响。10、 效益分析采用本工法施工石灰岩隧道，平均日进尺67m，比国内已施工的石灰岩隧道月进尺快5060m，缩短工期大约2个月。石灰岩地段的安全快速施工为整个项目的按期交工奠定了基础，TSP203超前地质预报、P-201止水膏、各作业班混合变组等新技术、新材料、新措施的成功运用，受到重庆市交委、设计单位和监理单位的一致好评。施工期间，安全、质量、进度都处于可控状态，提升了企业的社会信誉，社会效益明显。11、 工程实例新屋基特长隧道按分离式双向四车道设计，设计行车速度80km/h。隧道围岩以石灰岩为主，地下水丰富，断层破碎带较多，围岩以、为主，其中石灰岩地段共6741米，占隧道总长的56%，施工难道大。隧道支护体系一直保持稳定，平均日进尺67m/d，施工安全、质量、进度满足业主要求。该工法在重庆沿江高速公路W2标屋基湾隧道、白院子隧道和W9标天灯堡隧道施工中推广应用，均取得了确保安全、质量和进度的良好效果，综合效益显著。