• $

行业动态

钻爆法隧道施工技术
发布时间:2022年06月13日

工法选择原则

工程地质和水文地质条件对隧道施工的成败起着重要甚至是决定性的作用。隧道施工需要附加地开挖竖井、斜井、横洞等辅助工程来增加工作面,加快隧道施工速度。同时施工中要加强管理、合理组织、避免相互干扰。洞内设备、管线路布置应周密考虑,妥善安排。

选择施工方法时,要考虑的因素有如下几方面:工程的重要性,一般由工程的规模、使用上的特殊要求,以及工期的缓急体现出来;隧道所处的工程地质和水文地质条件;施工技术条件和机械装备状况;施工中动力和原材料供应情况;工程投资与运营后的社会效益和经济效益;施工安全状况;有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。

技术要点

进行综合性的超前预报,并将其纳入正常的施工工序;初期支护要强,承受全部荷载,二次衬砌作为安全储备;尽可能多采用网构钢拱架,少用型钢拱架;软弱地层取消系统锚杆,只在拱架接头处设锁脚锚管;软弱及有水地层采用 混凝土,不提倡采用湿喷混凝土;无钉铺设防水板,采用复合式衬砌形式;无纺布后部设置系统排水盲管,取消中部排水沟;软弱围岩宜采用正台阶法施工,台阶长度为 1 ~1.5 洞径;大断面硬岩隧道宜采用小导坑超前爆破开挖法施工;隧道不宜采用预裂爆破,而应采用光面爆破;长大双洞隧道宜采用巷道式射流通风技术。

钻爆法隧道施工作业线


钻爆开挖作业线

进行隧道开挖前,必须先探明隧道工程地质和水文地质情况,然后结合设计开挖断面尺寸、埋深等情况综合确定开挖步骤和循环尺寸,开挖轮廓要考虑预留变形量、施工误差等因素。

按照开挖断面分布情形,开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法。

隧道施工应满足安全环保、工艺先进、质量优良、进度均衡、节能降耗的要求,本着“安全、有序、优质、高效”的指导思想,按照“保护围岩、内实外美、重视环境、动态施工”的原则组织施工。其施工方法的选择应遵循以下原则:

1) 确保施工安全,改善施工环境。

2) 应根据设计文件、施工调研情况、地质围岩级别,结合隧道长度、断面大小、纵坡情况、衬砌方法、工期要求、装备水平、队伍素质等综合因素决定。

3) 对于地质变换频繁的隧道,应考虑其适应性,便于工序调整转换。

4) 应尽量采用新技术、新工艺、新设备、新材料。

5) 掌握应用好光爆、初支、量测施工三要素。

6) 突出快速施工,考虑时空效应,做到“5 个及时”,即及时支护、及时封闭、及时量测、及时反馈、及时修正。

如何正确选择施工方法,应根据实际情况综合考虑,但必须符合快速、安全、质量及环境的要求,达到规避风险,加快施工进度与节约投资的目的。

全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖成型,再施作支护和衬砌的隧道开挖方法,一般适用在地质条件好的Ⅰ、Ⅱ级围岩,也可用在单线铁路隧道Ⅲ级围岩地段。 浅埋段、偏压段和洞口段不宜采用。

台阶法施工是将隧道结构断面分成两个或几个部分,即分成上下两个断面或几个断面,分部进行开挖的隧道开挖方法。 该法适用于铁路双线隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩,单线隧道 V 级围岩亦可采用,但支护条件应予以加强。该法具体可分为正台阶法、环形开挖预留核心土开挖法等。

在隧道洞口地段,施工时要结合洞外场地和相邻工程的情况全面考虑,妥善安排,及早施工,制订完善的进洞方案,洞门端墙处的土石方,应视地层稳定程度、施工季节和隧道施工方法等选择合理的施工方法,为隧道洞身施工创造条件。洞口工程施工前,应进行工艺设计,对施工的各工序进行必要的力学分析,以确定隧道洞口边仰坡土石方开挖及防护、防排水工程、洞门及洞口段衬砌、背后回填的施工方法和施工顺序。

装运作业线

装运作业线机械设备选型配套原则如下。

1) 设备的外形尺寸:机械设备的外形尺寸要保证其在单线隧道的作业空间内运转自如,交叉作业的机械设备应能满足相互之间安全距离的要求。

2) 机械动力性能、生产能力:每种机械设备的生产能力应与其他机械相匹配,并满足施工总工期的要求;机械动力性能要满足隧道的坡度、每循环工作量及施工环境的要求。

3) 机械适应能力强:所选的机械设备尽量适应不同的施工方案及多种环境的作业要求。

4) 机械选配的经济性:在保证工期要求的同时,应尽量降低总的设备投入成本,并选择节能型的设备。

5) 机械设备的防爆性能:隧道施工中有可能会遇到煤层及瓦斯,则机械设备应考虑采用防爆型电力设备,内燃机械不能进入工作面施工。

6) 机械的通用性、维修性好:同类机械设备应尽量采用同一厂家、同一型号的设备,以加强设备的通用、互换。国产设备质量能基本达到要求时,尽量选用国产设备,保证设备配件充足、维修方便快捷。

7) 选用低污染、低噪声设备:通风是长大隧道施工中的难题,洞内设备应选用低污染甚至无污染设备,以减少施工中的空气污染源,提供一个良好的施工环境。

隧道施工中的装碴作业应根据隧道的断面大小、施工方法、机械设备及施工进度等要求综合考虑,装碴机械的选型应能满足在开挖面内高效装碴作业,装碴能力应与开挖能力及运输能力相匹配,并保证装运能力大于最大开挖能力。

隧道洞内运输方式分为有轨和无轨两种,应根据隧道长度、开挖方法、机具设备、运量大小等选用相应的运输方式。

运输设备的配套应首先考虑隧道施工环境的要求,根据技术条件与经济条件选择设备型号,在这一前提下应尽可能地选择运输量大的运输设备;在数量确定上应保证装碴设备随时保持装碴作业,不能出现装碴设备等车现象。

初期支护与二次衬砌作业线

为了有效地约束和控制围岩的变形,增强围岩的稳定性,防止塌方,保证施工和运营作业的安全,必须及时、可靠地进行临时支护和永久支护。临时支护的种类很多,按材料的不同和支护原理的不同,有木支撑、钢支撑、钢木混合支撑、钢筋混凝土支撑,锚杆支护、喷射混凝土支护、锚喷联合支护等。永久支护一般是采用混凝土衬砌。

各种临时支护的合理选用与围岩的稳固程度有关。一般来说,Ⅰ级围岩不需临时支护,Ⅱ级围岩采用锚杆支护,Ⅲ、Ⅳ级围岩采用喷射混凝土支护、锚杆喷混凝土联合支护、锚杆钢筋网喷混凝土联合支护,Ⅴ、Ⅵ级围岩采用喷射混凝土钢支撑联合支护或其他支撑支护。 对于Ⅱ级及其以上围岩,可以先挖后支,支护距开挖面距离一般不宜大于 5 m;Ⅲ、Ⅳ级围岩随挖随支,支护需紧跟工作面;Ⅴ ~Ⅵ级围岩先支后挖。如条件合适,应尽量将临时支护与永久支护结合采用。

初期支护一般指喷射混凝土支护,必要时可采用钢纤维喷射混凝土,配合使用钢筋网、钢架或采用辅助施工措施的支护。

在隧道初期支护完成后,为防止围岩不致因暴露时间过长而风化、松动和坍落,降低围岩稳定性,需要开展二次衬砌。 衬砌的结构类型和尺寸,应根据使用要求、工程地质条件、围岩类别、埋置位置及施工条件等,通过工程类比和结构计算分析确定。必要时,还应通过试验论证确定。

深埋隧道二次衬砌施作,一般情况下应在围岩和初期支护变形基本稳定后进行。二次衬砌施工的顺序是仰拱超前、边墙基础超前,最后是边墙、拱整体浇筑。

钻爆法隧道施工辅助作业线

隧道施工通风是为了送进新鲜空气,排出有害气体,降低粉尘浓度,改善工作环境,保证工人健康和施工安全,提高劳动生产率。目前,隧道施工采用的通风方法有扩散通风、引射器通风、机械通风、利用辅助坑道通风等几种方式。

隧道通风方式应根据隧道长度、施工方法和设备确定。一般都是在施工方案确定了以后,才能确定独头掘进的长度和通风长度,然后才能计算工作面风量。

选择施工通风设备的程序是:确定通风方式→计算风量→选择风管→计算通风阻力→选择通风机。

选择风管直径的主要依据是送风量与通风距离。另外,还要考虑隧道断面大小,以免风管无法布置或易被机械或车辆撞坏、刮破。选择风管,除了考虑技术上可行之外,还要考虑在经济上合理。应根据工程实际情况进行全面分析,但一般通风量在满足洞内各项作业需要的最大风量基础上,通风机还应有 50 %的备用能量。

从目前的现状看,由于国内目前还没有一套系统的符合国情的隧道施工通风的设计理论和计算方法,也没有针对不同施工条件的通风系统设计规范和技术标准,多数施工单位和设计部门在考虑施工设计时,还没有把施工通风作为一个需要认真考虑的重要技术环节来对待,因此,在实际施工中还存在许多问题,针对以上问题应在加强管理、优化匹配、防漏降阻的基础上进行综合治理。