黄草隧道施工技术.docx

1、黄草隧道施工技术黄草隧道施工技术刘维平 （中铁第十九局集团公司第一有限公司渝怀项目部 重庆彭水 409600）摘 要 本文结合渝怀铁路第七长隧道黄草隧道施工方案、方法和施工工艺，重点介绍了光面爆破参数的选择、有轨运输、超前小导管预注浆工艺、围岩量测、复合式二次衬砌、施工机具配套和隧道通风技术。关键词 铁路 长大隧道 施工方法 施工工艺1、工程概况黄草隧道位于新建渝怀铁路黄草场站到铁碛坝站之间，全长7186m。是渝怀铁路第七长隧道，隧道穿越区域为中山剥蚀地貌，地形陡峻，左低右高，自然横坡3060，绝对高程2001380m。且地表冲沟，切沟发育，植被较发育，居民点集中。隧道进口长669m设计为双线

2、和三线大跨，其中洞口7m为双线明洞。进、出口90m内洞身位于黏土，夹约30%角砾、碎石，局部并夹有灰岩块石。为级围岩，局部有偏压，采用偏压衬砌。其中主要地质状况表述为，炭质页岩，可能有瓦斯气体。涌水量较大，隧道设计涌水量为3600t/d，经检测实际正常涌水量为51327m3/d，雨季日涌水量为92000 m3/d；进、出口段各出现6500 m3/d 以上的管流三次。其中进口有一泥石流沟，对进口施工及结构的安全有一定的威胁。2、施工方案的选择 2.1黄草隧道大跨段采用双侧壁导坑法开挖，单线段采用台阶法施工。进出口各500米内由于场地限制采用无轨运输方式，其余为采用有轨方式运输。2.2隧道平行导坑

3、是在进口端开挖三线隧道后，在洞内沿以后的复线位置开始修筑。为了今后修复线安全考虑，在三线隧道变成二线单线隧道开始段，复线一次修筑，采用加强衬砌。平行导坑采用有轨运输方式。平行导坑与正洞间设4条横通道，横通道用来与正洞构造巷道通风、出碴和排水。2.3采用双侧壁导坑、正台阶法开挖，挂网锚喷支护，先墙后拱衬砌，、级围岩段拱部采用小导管注浆超前支护，级围岩段采用全断面开挖，网喷施工支护，特殊地段施作大管栅超前注浆支护。2.4隧道进口有一泥石流沟，为保护洞口安全，在线路右侧沟中修建护岸堤及泥石流导流槽。3、主要工序的施工方法及施工工艺3.1施工测量（1）洞外控制 隧道外平面控制采用导线测量，洞口设置一基

4、准导线,敷设精度较高基准导线，便于引测进洞，能与开挖后的洞口通视之处，尽可能避免干忧，且不会被弃碴掩埋。 高程控制采用水准测量，每个洞口布设两个高精度水准点，水准点布设在坚固、通视好、施测方便，便于保存，且高程适宜之处。两个水准点高差以安置一次水准仪即可联测为宜。（2）洞内控制洞内控制采用以下两种导线。施工导线：在开挖面向前推进时，用以放样来指导开挖的导线，基边长。直线地段配置一台激光指向仪固定中线。地面及拱顶开挖打一线路中心桩。基本导线：当隧道掘进100300m时，为检查隧道方向是否与设计相符，选择一部分施工导线，敷设50100m精度较高的基本导线。 32钻爆设计 根据“新奥法”施工要求，隧

5、道开挖必须尽可能减轻对围岩的振动，充分发挥围岩的自承能力，故在钻爆作业中拟采用微振控制爆破技术，实施光面爆破，并根据围岩情况，及时修正参数，达到最佳爆破效果，并形成整齐准确的开挖断面，减少超欠挖。 爆破设计遵守以下原则：炮孔布置要准确；尽量提高炸药能量利用率，以减少炸药对围岩的破坏，采用光面爆破，控制好开挖轮廓；控制好起爆顺序，提高钻爆效果；在保证安全前提下，尽可能提高掘进速度，缩短工期。 （1） 爆破器材选用采用塑料导爆管、毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用15段别毫秒雷管，引爆采用火雷管。炸药采用2#岩石铵锑炸药和乳化炸药（有水地段使用该种炸药），选用25、32、二种规格，其中25为周边眼使用

6、的光爆药卷。掏槽形式采用小中空孔直眼掏槽，梅花形布置。（2）光面爆破参数 为减轻爆破对围岩的扰动，周边眼采用25小直径光爆药卷，周边眼E=50cm，最小抵抗线W=60cm，相对距离E/W=0.83，装药集中度为0.20.3kg/m，采用导爆索药串装药结构，孔口堵塞长度不小于20cm。施工中根据爆破情况及时修正钻爆参数，以达到最佳爆破效果。（3）钻爆作业 钻爆作业必须按照爆破设计进行钻眼、装药、接线和引爆。钻眼前开挖断面中线，水平线和断面轮廓线，并根据爆破设计标出炮眼位置，经检查符合设计要求后才可钻眼。钻眼应符合下列要求：控制炮眼布置图正确钻孔；掏槽眼深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距

7、误差不大于5cm；辅助眼深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不得大于10cm；周边眼位置在设计断面轮廓线上，允许沿轮廓线调整，其误差不大于5cm，眼底不超出开挖面轮廓线10cm，最大不超过15cm； 内圈炮眼与周边眼的排距误差不大于5cm，炮眼深度超过2.5m时，内圈炮眼与周边眼以相同的斜率钻眼。当开挖面凸凹面较大时，应按实际情况，调整炮跟深度，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上；钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查，并做好记录，有不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后，才能装药起爆。装药分片分组，严格按爆破参数表及炮孔布置图规定的单孔装药量、雷管段别“对号入座”。装药前应将炮眼内泥浆

8、、石粉吹洗干净。所有装药的炮眼均应堵塞炮泥，周边眼的堵塞长度不宜小于20cm，连线要仔细，连完线后要检查有无漏连现象。级围岩光面爆破效果力争达到周边眼痕保留率达到80%以上，前后两排炮周边开挖轮廓错台小于10cm。 33装碴运输隧道出口场地狭窄，铺设轨道较为困难，为便于填筑施工场地和有轨运输道路，有利于施工，前期无轨运输采用侧卸式装载机装碴，自卸式汽车运碴；进洞500m后改为有轨出碴，受地形限制，采用二次倒运至弃碴场。进口无须倒运一次运至弃碴场。34施工支护 施工支护能迅速控制或限制围岩松弛变形，充分发挥围岩自身承载能力，是确保施工安全和施工质量的重要环节。 （1）喷砼隧道喷砼采用ALVA28

9、5湿喷机,该机与AL305机械手组成喷锚支护作业机械线，在作业时采用湿喷机和遥挖AL305机械手进行作业，洞外由砼搅拌机拌好，通过电瓶车牵引梭式矿车向洞内送料，空压机供风，所用设备均安放在一台平板车上，组成喷射列车。 潮喷工艺流程框图注意事项：混合料应随拌随喷，不掺速凝剂时，存放时间不大于2h，掺有速凝剂时存放时间不应大于20min。喷射作业应分段、分片、分层，由下而上，依次进行，如有较大凹洼时，应先填平。必须紧跟开挖工作面及时喷射。喷射砼厚度10cm时，拱部喷射砼分两次进行，第一次喷射厚度5cm，第二次喷射至设计厚度，边墙部位则一次喷射至设计厚度。速凝剂掺量应准确，添加要均匀,不得随意增加减

10、少。混凝土参考配合比:水：水泥：石子：速凝剂=1：2：2：06：0.06，实际配合比由现场试验确定。（2）锚杆施工两座隧道均设计系统砂浆锚杆和中空注浆锚杆，系统砂浆锚杆施工工艺流程为：钻孔清孔注浆插入杆体，钻孔采用28凿岩机，锚杆预先在洞外按设计要求加工制作，施工时锚杆钻孔位置及孔深必须精确，钻孔达到标准后，用高压风清除孔内岩屑，然后将湿润好的药包顶入孔内，将杆体插入孔内，并将锚杆与钢筋网焊为整体，待终凝后，进行锚杆拉拔试验。系统锚杆为中空锚杆，使用风动凿岩机，钻孔前根据设计定出孔位，钻孔保持直线并与所在部位岩石结构面位置垂直，钻孔直径42mm，钻孔深度大于锚杆设计长度10cm，钻孔后用高压风

11、吹净孔内岩屑，将锚头与锚杆端部结合，戴上垫片与螺母，将组合杆体送入孔内，直达孔底,将止浆塞穿入锚杆末端与孔口取平并与杆体固紧，锚杆末端戴上垫板，然后拧紧螺母，采用NZ130A砂浆锚杆专用注浆泵往中空锚杆内压注水泥浆，砂浆的配合比为：水泥：砂=1：1.5；水灰比：1：0.40.5；注浆压力为0.20.5Mpa，砂浆随拌随用。（3）挂钢筋网 钢筋采用8钢丝加工成方格网片，网格间距2020cm，纵横钢筋相交处可点焊成块，也可用铁丝绑扎成一体。有格栅支撑时，将钢筋网点焊在两榀钢格栅的外弧上；无钢格栅时，通过锚杆焊接固定在开挖的轮廓面上，且随岩石面起伏铺设。（4）格栅钢架施工 钢架在洞外按设计加工成型，

12、洞内安装在初喷砼之后进行，与定位钢筋焊接。格栅钢筋设纵向连接筋，钢架间以喷砼填平，钢架拱脚必须安放在牢固的基础上，架立时垂直隧道中线，当钢架和围岩之间间隙过大时，设置垫块，喷砼填平。 现场制作格栅钢架 在砼平面加工场地上放出格栅钢架设计大样，将钢筋冷弯后，符合大样尺寸，弧形圆顺。钢架分节加工后于大样上试拼，要求沿隧道周边轮廓误差不应大于3，钢架平面翘曲应小于2cm,螺栓孔眼中心间距误差不超过0.5cm。为保证钢架置于稳固的地基上，施工中将栅钢架基脚部位预留0.150.2m原地基，架立格栅钢架时挖槽就位，软弱地段在格栅钢架基脚处设槽钢，砼垫块增加基底承载力，格栅钢架平面应垂直于隧道中线，倾斜度不

13、大于2，格栅钢架的任何部位偏离铅垂面不应大于5cm；为使格栅钢架准确定位，预先打定位系筋，系筋端与格栅架焊接在一起，另一端锚入岩石0.51m，并用砂浆锚固，在安设过程中当格栅钢架和初喷层之间有较大间隙，应设马鞍型垫块，钢架与围岩接触间距不应大于50mm，钢筋之间用22纵向钢筋连接，格栅钢架定位后，尽快喷钢筋砼将格栅全部覆盖，形成整体。 安装注意事项： a安装前分批检查验收加工质量。b清除干净底脚处浮碴，超挖处加设钢结构（木）垫块，拱脚部接头板用砂子埋住，防止砼堵塞接头板螺栓孔。c按设计布设定钢筋及纵向连接筋，段间连接安设垫片拧紧螺栓，确保安装质量。 严格控制中线及标高。e拱架与岩面安设马鞍形垫

14、块，确保岩面拱架密贴。f拱架在初喷35cm后架立。 3.5 隧道级围岩采用超前小导管予注浆超前支护，超前小导管预注浆施工。（1）设计参数 小导管材质为外径42mm，壁厚3.5mm，热轧无缝钢管，L=3.5m，前端尖锥状，尾部焊6加劲箍，管壁四周按15cm间距梅花形钻设8mm压浆孔。 小导管外插角1，环向间距0.m并相互平行插入拱部围岩。纵向每.6m施作一环。搭接不少于1.5m。 注浆材料采用水泥砂浆，水泥砂浆配比：水泥：砂子：水=1：（0.751）:0.75，注浆压力0.51.0MPa。 施工采用YT28风动凿岩机钻孔，ZB30注浆泵注浆。（2）施工工艺流程施工工艺流程见超前小导管予注浆施工工

15、艺流程框图超前小导管预注浆施工工艺流程框图 3.6 超前锚杆施工 隧道围岩采用25锚杆超前支护，超前锚杆采用25螺纹钢，长3.5m，环向间距40cm，锚固方向考虑岩体结构面形状，尽量使锚杆穿透更多结构面，外插角1030o度不等，粘接材料采用砂浆。尾端支撑于钢架上，纵向搭接长度不小于150cm。采用7655风动凿岩机引孔打入。 3.7监控量测 围岩量测是“新奥法”施工三要素之一。目的在于掌握围岩变形动态，了解支护结构稳定状态，谋示设计和施工的经济性、安全性，并反馈于设计，指导施工。（1）量测内容 洞内观察 开挖工作面的观察:在每个开挖面进行，尤其软弱围岩地段开挖后立即进行地质调查，绘出地质情况图

16、。周边位移与拱顶下沉量测周边位移、拱顶下沉、测点要设在同一断面上，在开挖后立即进行。级围岩地段要增加监测频率。（见下表）监控量测项目、仪器及方法表项目洞内外观察净空水平收敛拱顶下沉目的及应用场合 核对地质资料，判别围岩和支护系统的稳定性。应用于整个隧洞的施工中，为施工管理和工序安排提供依据，并检验支护参数。 围岩稳定性的判别以及位移分板，应用于整个隧洞的施工过程中，为二次衬砌的施作提供依据，并为预测和反馈提供参数。 围岩稳定性的判别应用于整个隧洞的施工过程中，为二次衬砌的施作提供依据，并为预测和反馈提供参数。 直观或取样试验，对围岩和支护，作以下观察，开挖后及时观测岩性，结构面产状等，核对围岩

17、分类，并绘制地质扫描图，填写工作面状态记录表及围岩类别判定卡。检查喷层有无观察及描述记录。按规定取样并测试围岩的物理力学性质。采用钢卷尺，地质罗盘。 采用QJ-85型坑道周边收敛计，开挖后按图安装各个收敛杆件，并进行统一编号，以方便记录。 精密水平仪，水平尺，钢尺或测杆等。位置每次开挖及初期支护后进行。 以断面测点的具体位置见图4-12，每个断点设3个收敛桩，另外测点的安设应能保证24小时内和下次爆破前测读初次读数，并应安设在距掌子面2米范围内。同一种围岩类别内50米设一个量测断面，且保证每种围岩类别内不少于2个量测断面。 同左量测时间每次开挖后进行见量测频率表见量测频率表备注 此项目工作应贯

18、穿于隧洞施工全过程，以便及时掌握围岩的工作性质、围岩与支护的稳定情况，为安全施工提供直观的、必要的信息。 此项量测是研究围岩的变形规律，确定二次衬砌施作时间，制定施工安全措施的关键是各项测量中的重点。 目的是了解地层与结构共同作用的结果，与洞周边收敛位移的测点对应布置，以便测量结果分析。（2）监控量测项目、仪器及方法（3）量测频率 量测频率表变形速度(mm/d)量测频率1012次/d1102次/d0.511次/2d0.20.51次/周0.21次/15d（4）监控量测资料整理及信息反馈根据量测数据绘制周边位移，拱顶下沉时态曲线，以及距开挖面距离关系图等。对时态曲线进行回归分析，预测可能出现的最大

19、拱顶下沉及周边收敛值。根据开挖面状态，周边位移，拱顶下沉量的大小以及速率，进行综合分析，判断围岩及支护的稳定性。根据量测结果及位移管理等级表规定指导施工。位移管理等级表管理等级管理位移施工状态U0Un/3可正常施工Un/3U02Un/3应加强支护U02Un/3应采取特殊措施 注: U0 实测变形值；Un 允许变形值（5）周边允许相对位移值见隧洞周边允许相对位移值隧洞周边允许相对位移值（%）围岩类别覆盖层厚度（M）50503003005000.10.30.20.50.41.20.150.50.41.20.82.00.20.80.61.61.03.0 注：相对位移值系指实测位移与两测点间距离之比，

20、或拱顶位移实测值与隧洞宽度之比；脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值，本表所列数值可在施工中通过实测和资料积累作适当修正。 3.8复合式二次衬砌黄草隧道进出口各配三台m长自制简易轨道式衬砌台车，小模板拼装，六个台车交错进行灌注砼达到平行作业，砼由洞外强制式自动计量拌合机拌合，轨行式砼运输车电瓶车牵引送到灌注地点，自制简易砼输送带送砼入模。插入式振捣器人工捣固。砼施工注意事项：为保证砼具有良好的密实性、耐久性，达到设计要求的抗压、抗折、抗渗指标，在开工前，严格进行配合比选配，确定最优配合比方案，砼应两侧对称灌注，保证两侧灌注高差不超过m，砼灌注过程中要注意振捣，防止过捣或漏捣现象，保证砼密

21、实，表面光滑，无蜂窝麻面。封顶由封顶口倒退施工，以确保拱顶砼回填密实。3.9衬砌背后及拱部压浆隧道整体式衬砌背后填充压浆，复合式衬砌进行拱部压浆。衬砌背后压浆须待衬砌砼的强度达到70%以上方可进行。每隔510m设3个压浆断面，分别设于两侧拱脚和拱顶，压注水泥浆用425#普通硅酸盐水泥，配合比由试验室选定，压力达到0.30.5Mpa。压浆工艺见下图： 压浆工艺流程图 压浆间隔进行，先压注、单号孔，若双号孔流出砂浆，表明该段已压满，如果压不进时，则从双号孔外压。4、机械配套技术4.1掘进作业（1）钻爆机具自行设计制作简易钻爆台架3台，配合70台YT28手持式风动凿岩机打眼，洞门口配9台电动压风机和

22、4台内燃型压风机，其中各有一台备用。（2）装碴机具选用日本产KL41CN挖掘装载机，该机连续性强，工作效率高达280m3/h；备用柳州产EL40侧卸式装载机，工作效率180m3/h。（3）运输机具选用江西矿山机械厂生产的 S8D型梭式防爆矿车15辆，自行设计平板车10辆，装载量分别8m3和5m3自动卸碴。大小车辆的配属根据施工的需要调整，原则上不影响掌子面出碴。选用六盘水煤机厂生产的XK2型防爆电瓶车，最大时速20km/h，配拉梭式矿车和平板车。由于选用的匀是环保型机械，不产生有害气体。十分适合于长大隧道的施工要求。4.2衬砌作业衬砌机械配套，要充分考虑衬砌与出碴的干扰、混凝土需求量、运输道路

23、状况，保证施工安全和工程质量，实现快速施工等因素。（1）拌合站配备成都产JDY500拌合机8台，成都产HPD800自动计量配料机2台，皮带运输机8台。（2）衬砌台车用自行设计加工的简易门架台车6台（12m），武汉钢模厂生产的120cm30cm配合衬砌施工。（3）混凝土运输混混土运输选用自制平板车，运至台车下，用移动式提升料斗，将混凝土捉升到位落入传送带，送混凝土入模。（4）捣固手持插入式振捣器及人工木锤和扁铲配合。每板拆模后用手持式刨光机修整模板表面，保持表面的光洁度。4.3运输作业运输轨道是出碴工序快慢的关键，是缩短掘进循环时间的重要因素。所以搞好轨道质量对施工进度将产生十分重要的影响。（1

24、）线路布设采用P43钢轨和道岔，枕木采闸油枕。轨距均为762cm，枕木间距70100cm。按需要设置装碴线、调车线、弃碴线、砼作业专用线。隧道铺设进出双线，并铺设双开道岔，以便掉道时不影响车辆运行。（2）掌子面轨道采用扣轨或配套短轨节，短轨节的枕木要适当加密，便于装载机作业。一旦具备一定长度，尽快更换长轨，拨正道并调整轨道高程。（3）安全措施设专职调度员，重要道口设置专职扳道员；洞内、外及道岔处设电话、电铃、红绿灯声光双重联络方式，搞好车辆调度和洞外卸碴作业，加快车辆调转,保证行车安全。5、施工通风通风是隧道施工的重要技术环节，是保障施工正常进行的关键。所以，黄草隧道进出口及平行导坑各采用台轴

25、流式通风机，配备1200软风管进行强制通风 。5.1风量计算（1）按洞内允许的最小风速计算 Qp=60Sv式中； S隧道断面积； v洞内未衬砌面允许的最小风速,取0.3m/s。（2）按爆破因素计算 Q =7.8/t 3A（SL）21/3式中； t通风时间t=60（min）； A爆破药量； S隧道断面积； L通风区段长度；（3）按洞内同时工作的最大人数计算 Q=Knq式中； K风量备用系数，K=1.15； n同时在洞内工作的人数，取75人； q每人需要的新鲜空气量,取40（m3/min） （4）总风量计算 Q=Q需/(1)L-100 或 Q=Q需K（取二式的最大值）式中: L风管长度，m； 10

26、0m漏风率，取1%； K500m风管的漏风系数，K=1.3；Q风机风量，m3/min52高山地区风量修正Q高=（760/P高）Q正式中: P高山地区大气压力，Kpa； Q高 正常条件下计算的风量。53风压计算通风机的静压是用来克服沿途所有阻力的，在数值上等于风管沿程阻力损失和局部阻力损失。在一般情况下摩擦阻力是主要的管道通风时，局部阻力一般可考增加510%，本隧采用管道压入式通风，管道摩擦阻力按下式计算。（1）风管的沿程阻力h沿= (LU/ S5)Q2式中：h沿风管的沿程阻力（Pa）； L通风管长度，取L= 3191m； 管道摩擦阻力系数，取0.000115； Q单位时间内通过风管的风量（m3

27、/s），Q=25 m3/s； S风管断面积m2； U风管周边长度，m； （2）风管的局部阻力h局=（1/2）2局式中：空气密度，kg/m3； 风管中风流速度； 局风管最大阻力管路局部阻力系数之和。（3）在隧道通风中，考虑到台阶法开挖等其它因素，风压应适当增加20%30%，记为h其它。（4）总阻力H=h沿+h局+h其它经计算隧道总风压应为6825pa。 54通风机的选择和布置根据以上计算，隧道选用四台2kz-e型轴流式通风机做主扇，局扇采用JBT-62型轴流式通风机，通风机的技术性能见(通风机技术性能表)。通风机技术性能表型号直径风量全压（Pa）功率(kw)备注2kze1200 21005000

28、150JBT62600250390700320028 隧道均采用管道压入式通风，每个口设两台主风机，两台主风机均安装在洞外距洞口一定距离处，以保证压入洞内的空气新鲜，防止洞内排出的污浊空气被再次压入洞内，风机两台工作。风管采用1200mm双抗软管，挂在边墙拱脚附近，其台数根据实际需决定。55通风管理通风管理是通风效果好坏的关键，为了确保通风效果，要加强通风管理。（1）建立专门通风管理机构，每个口设通风组，负责通风系统的管理和维修。（2）定期对通风系统进行测试，例如风量、风速、风压等，并把测试结果报告有关部门，以便对通风效果做出评价和采取改进措施。（3）通风管要始终保持平、直、顺，接头严密，若有破损及时修补或更换。（4）通风系统安装后，不经允许不可随意改动，非管理人员不得开关风机。（5）为确保在瓦斯段不间断通风，配置一定备用风机，以应急用。（6）在洞内禁止明火，不许把火柴等火种带入洞，洞内不许吸烟，洞内严禁电、气焊作业。（7）加强瓦斯通风管理人员的业务培训，提高技术素质和职业道德。