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高速铁路黄土隧道开挖施工工艺PPT

任务: 程渊： 1、项目工程地质特征 2、施工主要难点与重点马炯荣：3、施工流程和施工顺序 4、确定施工阶段划分霍绍才：5、施工方法和施工机械选择钟立东：6、质量验收标准与方法 姜军： 7、确定质量管理控制措施 8、安全施工

黄土地质特征物理力学性质压缩性湿陷性抗剪强度水理性程渊

物理力学性质黄土随深度越深孔隙比越小，压缩性和湿陷性越小越深干密度越大，压缩性和湿陷性越小干密度大，压缩性和湿陷性小

压缩性地质年代稍早的黄土固结度高，多为中等偏低或地压缩性晚期的多为中等偏高压缩性受颗粒分布和含水率变化的影响工程监理资料管理标准（试行），黏粒含量较高、含水率较低时具较好的抗压缩性

湿陷性黄土在自重压力或外力荷载压力不变的情况下，含水率增加会产生急骤显著下沉疏松多孔，结构性孔隙是湿陷性的必要条件

黄土的水理性黄土中含有很多具有较好的亲水性物质，使其受水浸润后与水发生作用，是导致湿陷的主要原因。渗透性使黄土多处于干燥状态，具有较高强度。饱和黄土长期处于水浸泡环境，土颗粒之间的联结逐渐被破坏，尤其当黄土中砂质成分较多时，黄土呈现出一定的水崩解性。

黄土的抗剪强度黄土中含有相当数量的黏土和盐类，使其具有一定的胶结，从而具有相当的原始内聚力，使其有一定的抗剪强度浸水过程中，湿陷处于发展期，此时土的抗剪强度降低很多。

不受水浸润时具有一定的强度

黄土隧道施工的主要重难点难点

黄土隧道施工难点施工难点的对策“一短、两快、三严、四及时”，即短进尺、快循环、快封闭、严格标准、严格管理、及时支护、及时测量、及时反馈、及时二次衬砌。隧道施工遵循“超管前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤测量”十八字方针，稳扎稳打，步步为营。

黄土隧道施工的重点做好施工过程中黄土构造节理的产状与分布的调查，及时对因构造节理切割面形成的不稳定部位加强支护以防止坍塌。保证正洞与斜洞交叉处施工安全及施工质量是顺利进入正洞施工的重中之重。及时准确的进行围岩变形监控量测，分析围岩变形动态，反馈指导施工，保证隧道施工在安全状态下进行也是重中之重。严把原材料质量关及高性能混凝土浇筑质量也是重点达到“防水可靠，排水通畅，经济合理，不留后患，做好隧道畅通、排水系统也是重点。

对有的隧道而言防坍塌也是难点

施工流程和施工顺序——马炯荣

施工顺序1根据工地实际情况，设计并施打超前管棚。钢管真径一般为ф60 mm，长4.5m，间距30cm，外插角20，首尾相接长度不少于1.5m。钢管内充填20号砼或者水泥砂浆。2上半断面人工用风镐及电铲掏槽。掏槽宽度约1m，纵向掏槽深度每次约0.8m。3开挖后立即射砼封闭断面。喷射4cm厚的20号砼，封闭开挖断面，以免孔隙水从断面处渗出，而使土体失稳。4架钢拱及挂网。钢拱规格为Ⅰ20a，按设计断面计算用量。拱架之间的间距依每次开挖长度约为0.8m，每榀钢拱纵向用ф20钢筋连接，钢筋间距1.2m。管棚尾端焊接于拱架腹部，以增强共同支护作用。ф8钢筋网格间距为20cm×20cm。

5喷射砼填充钢拱间空隙。拱架与开挖轮廓之间的所有间隙用20号砼喷射充填密实，先喷拱架与轮廓之间空隙，再喷拱架，然后再喷拱架之间，直至喷到规定的厚度。6按上述1－5的方式开挖5m左右后，开挖支撑掌子面的核心土支持部分。7在上半断面初期支护稳定的条件下，开始开挖下半断面：首先通过在上半断面的钢拱的拱脚打注浆锚杆，以防止拱架及围岩变形与下沉。钻进后进行注浆，两侧以等间距各打5根锚杆。经过做试验，这样的锚杆与黄土结合后，抗拨力可达8t以上。8开挖出碴完成后立即喷射砼封闭围岩，然后架钢拱支撑和挂网，经分层喷射砼直到设计厚度。再铺设土工布防水板，做二次衬砌。

施工步骤第1步 黄土隧道⑴ 预留核心土，环向开挖上部弧形导坑，上台阶开挖矢跨比必须大于0.3（f/ L>0.3） ⑵ 开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，隧道周边部位预留30cm人工开挖，其余部位采用机械开挖。 ⑶ 核心土长度控制在3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。

施工步骤岩石隧道 ⑴机械辅以人工开挖，最大进尺不得超过1.5m，严格控制超欠挖。 ⑵采用弱爆破时，严格控制装药量，减少围岩扰动。

施工步骤第2、3步 左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

施工步骤第4、5步 左、右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

施工步骤第6步：上、中、下台阶开挖预留的核心土。⑴ 开挖进尺应同隧道开挖进尺一致，最大不得超过1.5m。⑵ 便于机械、人工作业方便，提供作业平台。

施工步骤第7步，隧底开挖⑴ 每循环开挖长度控制在2～3m以内，完成两个隧底开挖、支护后及时施做仰拱，仰拱分段长度宜为4～6m。 ⑵ 仰拱采用栈桥施工，满足平行作业要求。

施工方法为了预防在黄土中开挖隧道的大变形和坍塌问题，采用台阶分布开挖法（又称环形开挖留核心土法），结合喷射砼及时封闭开挖面，用超前管棚支护、钢拱支撑、挂网、打锚杆等来加强土体强度及限制围岩应力重新分布，实施短开挖，快循环来减少对土体的扰动，是目前黄土隧道施工的较完整的方法。

在施工工程中严格遵循“管超前，短开挖，强支护，早封闭，勤量测”的原则，采用动态施工，实行网络信息化管理，加强地质超前预报，加强对地表、围岩和支护的监控量测，及时对信息进行分析，以科学、合理的施工方法做到优化施工。

大断面隧道三台阶七步 开挖法

三台阶七步开挖法施工图

三台阶七步开挖法在隧道开挖过程中分上、中、下台阶和仰拱4部分，前后左右7个不同的开挖面相互错开并同时开挖，同时支护，形成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深挖掘。其实质为台阶法的一种，拱部采用环形开挖预留核心土，利用核心土施压掌子面，中部和下部也是先开挖两侧，保持中部土体不动，保证掌子面稳定。三台阶七步开挖法主要技术特点如下。

“三台阶七步开挖法” 采用三层短台阶，分步平行开挖，分步平行施作拱墙初期支护，仰拱超前施做,及时闭合构成稳固的初期支护体系。以保护围岩的天然承载力，减少对围岩的扰动。经量测监控信息化反馈指导施工，及时调整支护参数和混凝土衬砌施工时间，适用于不同跨度、多种断面形式及地质结构复杂多变的隧道施工中。

超前支护（1） 黄土隧道严格按设计要求施作超前支护，超前小导管沿线路纵坡布置于钢架外缘。 （2）软弱破碎岩石隧道严格按设计要求施作超前支护，超前小导管沿线路纵坡布置于钢架外缘。 （3）严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。

初喷砼封闭掌子面软弱围岩各步序开挖后应立即初喷3～5cm厚混凝土封闭，避免围岩长时间暴露而导致失稳。

施作系统锚杆⑴ 初喷后及时施做系统锚杆，锚杆必须设置垫板。⑵ 岩石隧道拱部系统锚杆必须带排气装置，采取沿锚杆孔进浆的施工工艺。⑶ 黄土隧道系统锚杆按设计要求选用。

安装钢筋网、钢架⑴ 钢筋网随受喷面起伏铺设，保护层厚度不小于4cm。⑵ 软弱围岩钢架应架设在坚实基面上，严禁拱（墙）脚悬空或采用虚碴回填。

喷射砼作业⑴ 二次复喷混凝土应分层喷射，每层厚度宜为5～6cm。⑵ 喷射表面应平顺、无空鼓、裂缝等 。

锁脚锚杆（管）施工（1）在钢架拱脚以30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆（管）。（2） 锁脚锚杆（管）加工成“L”型。（3）锁脚锚杆（管）应与钢架焊接牢固，增强拱（墙）脚承载力，控制变形。

仰拱初支施工⑴ 隧底开挖后，及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，初喷3～5cm厚混凝土封闭岩面。⑵ 按照设计要求安装仰拱钢架，喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。

监控量测隧道监控量测工作紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，量测数据运用工程类比法及时分析反馈，必要时根据分析结果及时调整支护参数，以保证施工安全。 量测项目可分为必测项目和选测项目，选测项目可结合工程实际情况，按照《铁路隧道监控量测技术规程》的规定选取。

超前支护施工质量检测一、超前锚杆1、基本要求①锚杆的材质、规格；②超前锚杆与隧道轴线的外插角5°～10°；③锚杆搭接长度不小于1m。2、实测项目①长度－－不小于设计值；②孔位偏差－－±50mm；③孔深偏差－－±50mm；④孔径－－大于杆体直径＋15mm。检查方法与频率：尺量：检查10％3、外观鉴定

二、超前钢管1、基本要求①超前钢管的型号、规格、质量符合设计和规范要求；②超前钢管与钢架配合使用时，应从钢架腹部穿过，尾端与钢架焊接。2、实测项目①长度－－不小于设计值；②孔位偏差－－±50mm；③孔深偏差－－±50mm；④孔径－－大于杆体直径＋20mm。检查方法与频率：尺量：检查10％3、外观鉴定

三、注浆效果检查1、分析法2、检查孔法3、声波监测仪 这些方法目前应用还不成熟，准确性有待进一步改进，隧道检验评定标准尚未列出注浆检验评定的方法。

施工质量验收开挖质量检测隧道开挖的基本原则：在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下，选择恰当的开挖和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。隧道开挖质量检测的目的：有效控制超欠挖。开挖是控制隧道工期和造价的关键工序。欠挖过多→不修整→影响支护厚度→工程质量留下隐患 修整→费时、费力 →影响工程进度。

二、超欠挖测定方法1、直接量测开挖断面面积的方法 ① 以内模为参照直接量测法； ②使用激光束的方法：（利用激光射线在开挖面上定出基点，并由该点实测开挖断面面积）③ 使用投影机的方法：（利用投影机将基点或隧道基本形状投影在开挖面上，然后根据此实测开挖断面面积）

2、非接触观测法 ① 三维近景摄影法 利用拍摄手段进行多角度、立体拍摄，不宜作为测量的手段。 ② 直角坐标法 测量仪器：激光打点仪、经纬仪、水平仪、钢尺、塔尺等。

③极坐标法（断面仪法）PROFILIR4000 测量原理：极坐标法；它是以某物理方向（如水平方向）为起算方向，按一定间距（角度或距离）依次一一测定仪器旋转中心与实际开挖轮廓线的交点之间的矢径（距离及该矢径与水平方向的夹角），将这些矢径端点依次相连即可获得实际开挖的轮廓线。 测出实际开挖断面，并与理论设计断面相叠加，从而得出超挖和欠挖。

a、激光断面仪的用途: