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隧道工程之隧道施工工艺与施工技术，497页ppt可下载.pptx

对于受沥青、油脂、石油化合物等浸透的土以及地下水pH值大于9的土不宜采用硅化法加固。

(4)对于不透水的粘土层，则宜选用水玻璃或聚胺酯类化学浆液采用高压劈裂注浆。

注浆材料的配比应根据地层情况和胶凝时间要求，并经过试验而定：(1)采用水泥浆液时，水灰比可采用0.5:1—2：1，需缩短凝结时间时，可加入氯盐、三乙醇胺速凝剂。(2）采用水泥—水玻璃浆液时住宅大院18#楼暖通工程施工组织设计方案，水泥浆的水灰比可用0.5：1—1.5：1；水玻璃浓度为25－40°Be，水泥浆与水玻璃的体积比宜为1：1—1:0.3。

(1)注浆设备应性能良好，工作压力应满足注浆压力要求，并应进行现场试验运转。(2)小导管注浆的孔口最高压力应严格控制在允许范围内，以防压裂开挖面，注浆压力一般为0.5—1.0MPa，止浆塞应能经受注浆压力。注浆压力与地层条件及注浆范围要求有关，一般要求单管注浆能扩散到管周0.5—1.0m的半径范围内。(3)要控制注浆量，即每根导管内已达到规定注入量时就可结束；若孔口压力已达到规定压力值，但注入量仍不足时，亦应停止注浆。(4)注浆结束后，应做一定数量的钻孔检查或用声波探测仪检查注浆效果，如未达到要求，应进行补注浆。(5)注浆后应视浆液种类，等待4h(水泥—水玻璃浆）——8h(水泥浆）方可开挖，开挖长度不宜太长，以保留一定长度的止浆墙（亦即超前注浆的最短超前量）。

超前深孔帷幕注浆是在开挖前，先用喷射混凝土将开挖面和一定范围内的坑道周边岩面封闭，然后沿坑道周边轮廓向前方围岩内打入带孔长钢管，并通过长钢管向围岩内压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就可形成较大范围的一定厚度的筒状封闭加固区，在此加固圈的保护下即可安全地进行开挖等作业，称为帷幕注浆。

（二）适用条件及优缺点

（四）钻孔布置及注浆压力

（五）注浆数量及注浆材料选择

在各种大小压力下使水泥浆液或化学浆液挤压充填土的孔隙或岩层缝隙。

在施工中以注浆管为阳极、滤水管为阴极，通过直流电电渗作用下孔隙水由阳极流向阴极，在土中形成渗浆通道，化学浆液随之渗入孔隙而使土体结硬。

对于破碎岩层、砂卵石层、中细砂层、粉砂层等有一定渗透性的地层，采用中低压力将浆液压注到地层中的空穴、裂缝、孔隙里，凝固后将岩土或土颗粒胶结为整体，以提高地层的稳定性和强度，称为“渗透注浆”。

对于渗透性较差甚至不透水的地层，如含水量较大而颗粒较细的粘土地层、软土地层，采用采用较高压力将胶结材料强行挤压钻孔周壁，使胶结材料将粘士层劈裂，形成裂缝并充塞凝结于其中，通过土体中形成的浆液脉状固结作用对粘土层起到挤压加固和增加高强夹层加固作用，以提高其强度和稳定性，称为“劈裂注浆’。

劈裂注浆加固的作用机理是：

强行挤入粘土层或软土层中的胶结材料将粘土分隔包围；凝固以后的胶结材料在软弱土层中形成高强夹层，相当于在软弱土体中加筋加骨，使软弱土层的整体性和强度大大提高。此外，由于在封闭条件下进行高压注浆，对地层也起到一定的压密作用。

由于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，或以高强夹层将粘土分隔包围，起到了加固围岩增强其稳定能力的作用；而且填塞了裂隙，阻断了地下水渗流的通道，起到了堵水作用。因此，在隧道及地下工程中，若遇到围岩软弱破碎严重、地下水丰富或出现坍方时，常采用注浆以达到对岩体的加固作用，同时也起到堵水作用。

即用浓稠的浆液注入土层中，使土体形成浆泡，向周围土层加压使土层得到加固。

通过灌浆管在高压作用下，从管底部的特殊喷嘴中喷射出高速浆液射流，促使土粒在冲击力、离心力及重力作用下被切割破碎，随注浆管的向上抽出与浆液混合形成柱状固结体，以达到加固之目的。

（二）适用条件及优缺点

深孔预注浆一般可超前开挖面30—50m，可以保证提前形成较长范围内（隧道纵向）的有相当厚度的筒状封闭加固和堵水区，而且可以形成较高的注浆压力，从而使得堵水的效果更好，也使得注浆作业次数减少。因此，超前深孔帷幕注浆不仅适用于无地下水或水量和压力较小的一般软弱破碎岩体的地层条件，尤其适用于水量和压力均较大的破碎岩体的地层条件，既保证了施工安全，也更适用于采用大中型机械化施工。深孔帷幕注浆，已成为隧道及地下工程中改良地层，增强软弱岩体的稳定性，封堵地下水的有效措施和常用手段。

超前深孔帷幕注浆作业可以在洞内进行，如果隧道埋深较浅，则注浆作业可在地面进行；对于深埋长大隧道可利用辅助平行导坑对正洞进行预注浆，这样超前深孔帷幕预注浆钻孔和注浆作业不需要进入洞内施工作业循环，可以避免与正洞开挖等作业的干扰，缩短施工工期。

注浆加固的范围，即注浆加固的超前长度、加固圈厚度，应视围岩的稳定性、地应力大小、地层的渗透条件、地下水的储藏条件、坑道断面大小、掘进循环进尺和施工条件而定。注浆加固所用胶结材料的种类，应根据地层岩性、渗透条件选择确定，并相应确定注浆小导管的环向间距、钢管直径、钻孔直径、注浆压力、注浆量等参数。

要确定加固区的大小，即确定围岩塑性破坏区的大小，可以按岩体力学和弹塑性理论计算出开挖坑道后围岩的压力重分布结果，并确定其塑性破坏区的大小（R0—r0），这也就是应加固的范围。

（四）钻孔布置及注浆压力

对于洞内超前小导管注浆而言，V级围岩劈裂、压密注浆时，可采用单排/孔；VI级围岩或处理坍方时，可采用双排管／孔；地下水丰富的松软层，可采用双排以上的多排管／孔；渗透注浆宜采用单排管／孔；隧道断面较大，需要加固的范围较大，或注浆效果较差时，可采用双排管／孔。

超前深孔帷幕注浆管／孔的布置灵活。

应充分结合隧道埋置深度、地层的渗透条件、地下水的流量和流向、注浆材料种类、坑道断面大小等实际条件，合理选择。

超前深孔帷幕注浆管／孔的间距、角度应根据注浆加固范围的要求和单孔注浆扩散半径的大小来确定。

对于渗透性强的地层，可以采用较低的注浆压力和较大的管／孔间距，此时管/孔数量较少，但平均单孔注浆量较大。

渗透式注浆时，注浆压力应大于待注浆底层的静水压力；劈裂式注浆时，注浆压力应大于待注浆底层的水压力与土压之和，并取一定的储备系数，一般为1．1—1.3。

（五）注浆数量及注浆材料选择

a—过去实践证实了的充填率（％）

Q—注浆总数量（m3）；

A—被加固围岩的体积（m3）；

n—被加固围岩的孔隙率（％）;

注浆管一般采用带孔眼的焊接钢管或无缝钢管，也可用塑料管。

就是用铅丝、麻刀、木楔等材料在注浆孔口将缝隙堵塞，它适用于浅孔注浆；

②堵塞器（又称止浆塞）法

多用于深孔注浆或局部注浆

多采用前进或后退式分段注浆

钻孔可用冲击式钻机或旋转式钻机，应根据地层条件及成孔效果选择。

钻孔位置应满足设计要求，孔口位置偏差不超过5cm，孔底位置偏差不超过孔深的1％。

钻孔应清洗干净，并作好钻孔检查记录。

应先上方后下方，或先内圈后外圈，先无水孔后有水孔，先上游（地下水）后下游顺序进行。应利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固。

应根据注浆压力和单孔注浆量两个指标来判断确定。

注浆压力达到设计终压；浆液注入量已达到计算值的80％以上。

所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注。

注浆前应进行钻孔质量检查、材料质量检查、注浆设备工作状态检查，并应进行现场试验运转。

注浆过程中应密切注意注浆压力的变化。

如采用双液注浆时，应经常测试混合浆液的凝固时间，若发现凝固时间不符合设计要求时，应立即采取相应处理措施。

注浆后应利用声波探测仪对注浆效果进行检查，如未达到要求时，应进行补注浆。

水泥—水玻璃浆需等待4h，而水泥浆则需等待8h后才可开挖。

可开挖的长度范围是由注浆长度范围决定的。每循环注浆后可进行多个循环的开挖。但尤其应当注意的是，开挖后应保证留有一定长度的止浆墙，即保证上一循环注浆的实际超前量不短于设计要求的最短超前量，并及时进行下一循环的注浆加固。若注浆工作在正洞以外进行，则超前量和超前时间比较容易保证。

水平旋喷注浆法是在一般的初期导管注浆的基础上发展起来的，它以高压旋喷的方式压注水泥浆，从而在隧道开挖轮廓外形成拱形预衬砌的超前预支护方法。水平旋喷注浆的施工原理类似于垂直旋喷注浆。

水平旋喷预支护主要适用于粘性土、砂类土、淤泥等地层。

首先使用旋喷注浆机，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。

旋喷柱体的形成方法：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一定程度的改善。

旋喷柱体沿隧道拱部形成环向咬合、纵向搭接的预支护拱棚，在松散不稳定地层隧道中，可有效控制坍塌和地层变形。

机械预切槽法是利用专业的切槽机械，沿隧道外轮廓切割一定深度的切槽。

切槽方式有带锯式和排钻式两种。

(1)用预切槽锯沿隧道外廓弧形拱深切一宽15——30cm,长约5m的切槽。(2)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。(3)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。自卸汽车或翻斗车可穿行于预切槽机内。(4)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。(5)紧随其后，安装隧道防水层，进行二次衬砌。

机械预切槽法的优点：①可减轻在硬岩爆破时，振动的扩展；②在作业面开挖前，快速形成一临时的整体弧形拱，从而减小围岩变形与地表沉陷；③为人员和设备提供清洁、安全的工作条件；④有利于作业全过程的工业化及机械化，从而使进度快速均衡，适应性增强，大大节约了成本。弱点：推进速度慢，较适合用于市区隧道工程、松散地层和大断面隧道。

§2隧道掘进方式与爆破施工技术

§2隧道掘进方式与爆破施工技术

1.岩体的坚固性及其分级

2.岩体的抗爆破性/抗钻性及其分级

1.岩体的坚固性及其分级

岩体的坚固性是指岩体抵抗人为破坏的能力，即挖除岩体的难易程度。

2.岩体的抗爆破性/抗钻性及其分级

岩体的抗爆破性（或抗钻性）是指岩体抵抗爆炸冲击波（或钻头冲击力）破坏的能力。

隧道爆破掘进时，应按岩体的抗爆破性能进行爆破设计。

钻眼时，则应按其抗钻性能选择凿岩机具。但目前还没有针对岩体的抗钻性能的研究及分级方法。

采用岩体爆破性指数N作为分级指标，

极易爆破易爆破中等难爆破极难爆破

3.自由断面挖掘机掘进（单臂掘进机掘进）

5.掘进方式的选择原则

隧道施工的掘进方式是指对坑道范围内岩体的破碎挖除方式。

隧道工程中一般是采用“掏槽爆破”。

爆炸破岩对围岩的扰动较大，导致围岩稳定能力降低，有时由于爆破振动致使围岩产生坍塌，故一般只适用于围岩稳定性较好的石质岩体隧道中。但随着控制爆破技术的发展，钻眼爆破掘进的应用范围也逐渐扩大，如用于软石及硬土的松动爆破。

钻眼爆破掘进是山岭隧道工程中最常用的掘进方式。

3.自由断面挖掘机掘进（单臂掘进机掘进）

自由断面挖掘机自身的破岩能力较小，掘进时对围岩的扰动破坏小，避免爆破振动对围岩的破坏，故一般适用于围岩稳定性较差的软岩隧道及土质隧道中，尤其适用于配合敞胸式盾构施工。

自由断面挖掘机的适应能力较强，可以挖掘任意形状和大小的隧道，也可以连续掘进。

自由断面挖掘机多随机配备连续拾渣转载机构；常用的拾渣机构有蟹爪式、立爪式、铲斗式和挖斗式4种；常用的转载机构有刮板式和链板式2种。

自由断面挖掘机多采用履带式走行机构，以适应洞内临时道路承载能力较低甚至泥泞的条件；当道路泥泞并采用轨道运输时，可选用带有轨道走行机构的自由断面挖掘机。

人工掘进是采用十字镐、风镐等简易工具来挖除岩体。

人工掘进对围岩的扰动破坏小，有利于保持围岩原有的稳定能力，但人工掘进速度较慢，劳动强度较大，安全性差，故一般适用于围岩稳定性较差的土质隧道或软岩隧道中。

这种方式只在特殊地质条件或特小断面的隧道工程中偶有采用，如在不能采用爆破掘进的软弱破碎围岩和土质隧道中，若隧道工程量不大，工期要求不太紧，又无机械或不宜采用机械掘进时，则可以采用人工掘进。

人工掘进采用铁锹、斗箕装渣。

人工掘进时，尤其应做好安全防护措施，并安排专人负责工作面的安全观察。

5.掘进方式的选择原则

隧道掘进方式的选择就是要确定每一部分岩体的破岩挖除方式，以及破岩时对围岩扰动的控制措施。

掘进方式的选择（原则）应主要考虑坑道范围内被挖除岩体的坚固性，掘进方式对围岩的扰动程度、围岩的抗扰动能力（即其稳定性），其次要考虑开挖方法（指挖除部分的断面进尺比和断面形状）、作业空间大小、机械配备能力、工期要求、工区长度、经济性等因素的影响，进行综合分析，选用既经济、快速，又不严重影响围岩稳定的掘进方式。

山岭隧道主要是石质岩体时，多数采用钻眼爆破方式掘进。

1．施工合同要求的掘进速度v

2、施工安排的掘进进尺L和循环时间T

1．施工合同要求的掘进速度v

设隧道（或工区）总长度为l（m），在总工期t总（月）中，开挖所需总时间为t开（月），

平均月掘进速度v月平均日掘进速度v日单循环掘进速度v单

2、施工安排的掘进进尺L和循环时间T

钻眼爆破→出渣运输→初期支护

掘进进尺和循环时间的选择，主要受围岩的稳定性、围岩的自然成拱作用（纵向）、开挖面的支承作用、开挖断面的大小、支护条件、施工速度和组织管理水平等因素的影响。

设施工中安排的单循环掘进进尺为L,单循环时间为T，

单循环掘进速度v单平均日掘进速度v日平均月掘进速度v月

当围岩稳定性较差（Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级），或支护作业能力不足，或出渣作业能力不足时，应采用短进尺、多循环掘进；

v单——施工安排的单循环掘进速度（m/h）；v日——施工安排的平均日掘进速度（m/d）；v月——施工安排的平均月掘进速度（m/y）；L——施工安排的单循环掘进进尺（m）；T——施工安排的单循环时间（h)。

我国隧道钻爆单循环掘进进尺，最短的0.5m，最深的5.0m。

反之，当围岩较稳定（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级），或支护作业能力较强，或出渣作业能力较强时应采用深进尺、少循环掘进（深孔爆破）。

钻头前端镶嵌硬质高强耐磨合金钢凿刃，直接连接在钻杆前端（整体式）或套装在钻杆前端（组合式），钻杆尾则套装在凿岩机的机头上。

凿刃起着直接破碎岩石的作用，它的形状、结构、材质、加工工艺是否合理都直接影响凿岩效率和其本身的耐磨性能。

钻头的钻孔直径有38mm，40mm，42mm，45mm，48mm等，用于钻中空孔眼的钻头直径可达102mm，甚至更大。

钻头和钻杆均有射水孔，压力水即通过此孔清洗岩粉。

风动凿岩机俗称风钻，以压缩空气为驱动力。

液压凿岩机是以电力带动高压油泵，利用换向阀改变高压油路方向，驱动活塞（冲击锤）往复运动，实现冲击作用。

①动力消耗少，能量利用率高。

③液压凿岩机的液压系统设计配套合理，能自动调节冲击频率、扭矩、转速和推力等参数，以适应不同性质的岩石，提高凿岩功效，且机械润滑条件好，各主要机械零件使用寿命较长。

⑤液压凿岩机集机、电、液一体化，构造复杂，造价较高，重量大，附属装置较多，多安装在台车上使用。

将多台凿岩机安装在一个专用的移动、控制设备上CJT468-2014标准下载，实现多机同时作业和集中控制，称为凿岩台车。

（6）爆炸稳定性和临界直径、最佳密度、管道效应

一个药包爆炸（主动药包）后，能引起与它不相接触的邻近药包爆炸（被动药包），这种现象称为被动药包的“殉爆”。

实际殉爆距离应作现场试验确定。

安徽省水利建设工程规范化施工管理工地建设指南.pdf（6）爆炸稳定性和临界直径、最佳密度、管道效应

“临界直径”是在柱状装药时被动药卷能发生殉爆的最小直径φmin。临界直径越小，则其爆炸稳定性越好。

（6）爆炸稳定性和临界直径、最佳密度、管道效应