岩体隧道钻爆法施工技术(矿山法新奥法)课件.ppt

1、a1a2岩石是由单体矿物或碎屑在一定的地质作用下，按一定的规律组合成具有某种联结作用的集合体，是岩体的组成部分。岩石按成因可分为沉积岩、变质岩和岩浆岩。预备知识：在工程地质中，把工程作用范围内具有一定的岩石成分、结构特征及赋存于某种地质环境中的地质体称为岩体。岩体是在内部的联结力较弱的层理、片理和节理、断层等切割下，具有明显的不连续性。这是岩体的重要特点，使岩体结构的力学效应减弱和消失。使岩体强度远远低于岩石强度，岩体变形远远大于岩石本身，岩体的渗透性远远大于岩石的渗透性。a3 一、隧道施工方法分类方式：一、隧道施工方法分类方式：传统矿山法 矿山法（钻爆法）山岭隧道新奥法 掘进法 明挖法 盖挖

2、法隧道施工方法 浅埋及软土隧道 浅埋暗挖法 盾构法 沉管法 水底隧道 盾构法 第一节概述a4 二、岩体隧道施工方法二、岩体隧道施工方法（一）矿山法 它是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成形后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式衬砌作为永久性支护的施工方法。a5 矿山法施工的矿山法施工的“十二字原则十二字原则”（1）少扰动；（2）早支撑；（3）慎撤换；（4）快衬砌。a6预备知识：岩体应力圈a7 岩爆，是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。一般情况下发生在围岩级别为I类围岩中。a8岩爆-产生的条件 1近代构造活动山体内地应力较高，岩体内储存

3、着很大的应变能，当该部分能量超过了硬岩石自身的强度时；2围岩坚硬新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，且具有较高的脆性和弹性，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当应力解除后，回弹变形很小;a9 3埋深较大(一般埋藏深度多大于200m)且远离沟谷切割的卸荷裂隙带；4地下水较少，岩体干燥;5开挖断面形状不规则，大型洞室群岔洞较多的地下工程，或断面变化造成局部应力集中的地带。a10岩爆-特点 1岩石砂岩为主，岩石坚硬干燥，在未发生前，无明显的征兆，虽经过仔细寻找，并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，会突然发生岩石爆裂声响，石块一般应声而下。2岩爆发生的地点多在新开挖的掌子面及距离掌子面13倍

4、洞径范围内，个别的也有距新开挖工作面较远。a11 3岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可达数吨重。小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的鱼鳞片状脱落，脱落面多与岩壁平行。4岩爆围岩的破坏过程，一般新鲜坚硬岩体均先产生声响，伴随片状剥落的裂隙出现，裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出，属于表部岩爆。5由于爆破振动影响，造成开挖洞段应力重新分布，造成碛头较大面积岩爆、爆落出的小块鱼鳞片状碎屑甚至堵塞整个巷道。a12 矿山法施工顺序矿山法施工顺序:（1）先墙后拱法：又称为顺作法，它通常是在隧道开挖成形后，再由下至上施作模筑混凝土衬砌。（2）先拱后墙法：又称为逆作法，它是先将隧道上部开挖成形并施作拱部衬砌

5、后，在拱圈的掩护下,再开挖下部并施作边墙衬砌。a13（二）新奥法（二）新奥法 新奥法以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，以维护和利用围岩自稳能力为基点，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段，及时进行支护，以便控制围岩的变形与松驰，使围岩成为支护体系的一部分，形成了锚杆、喷射混凝土和隧道围岩组成的三位一体的承载结构，共同支承岩体压力。a14锚杆 锚杆，英文“Bolt”；“bolting（准确称谓）”；“anchor（早期称谓）”是当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分，他将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身。现在锚杆不仅用于矿山，也用于工程技术中，对边坡，隧道，坝体进行主体加

6、固。a15a16a17a18 新奥法施工程序流程新奥法施工程序流程:a19 新奥法施工采取的新奥法施工采取的基本原则基本原则:（1）少扰动；（2）早喷锚；（3）勤量测；（4）紧封闭。a20 新奥法施工特点新奥法施工特点:（1）开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破，并尽量采用大断面或较大断面开挖，以减少对围岩的扰动；（2）隧道开挖后，尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩自身的支护作用；（3）根据围岩的特征，采用不同的支护类型和参数，适时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆初期支护，以控制围岩的变形和松驰；（4）在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合，以有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定；（5）二次

7、衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩与支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度；（6）尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突变处应力集中；（7）通过施工中对围岩和支护结构的动态观察、量测，合理安排施工程序，进行隧道工程的信息化的设计、施工与管理。a21 三、隧道开挖施工方法三、隧道开挖施工方法（一）隧道开挖方式 隧道施工中，开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一，因此，在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、工区长度、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析，采用适当的开挖方式和方法。a22 按开挖隧道的横断面分部情形可

8、分为：按开挖隧道的横断面分部情形可分为：(1)全断面开挖法；(2)台阶开挖法；(3)分部开挖法；(4)若干变化开挖方案。a23（1）全断面开挖法）全断面开挖法 全断面开挖法就是将全部设计断面一次开挖成型，再修筑衬砌的施工方法。a24 全断面一次开挖法全断面一次开挖法主要工序主要工序:使用移动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车退至安全地点，再起爆，使得断面一次爆破成型，出渣后钻孔台车再推进至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环，同时进行先墙后拱衬砌。a25 全断面开挖法全断面开挖法适用条件适用条件：（1）一般适用于级围岩，在用于级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到施作初期

9、支护时间段内，保持其自身稳定的条件。（2）有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。（3）隧道长度或施工区段长度不宜太短，一般不应小于1km，否则采用大型机械化施工，其经济性较差。（4）可采用深孔爆破，深度可取3m3.5m。a26 全断面开挖法全断面开挖法优点优点：（1）开挖一次成形，对围岩振动少，有利于围岩稳定；（2）施工工序少，相互干扰小，便于施工组织与施工管理；（3）开挖断面大，钻爆施工效率较高，可以采用深孔爆破的方法，掘进速度快；劳动生产率高，施工速度快，质量好；（4）作业空间大，有条件充分使用大型施工机械设备，改善劳动条件，减轻工人劳动强度。a27（2）台阶开挖法）台阶开挖法 将

10、设计断面分上半部断面和下半部断面两次开挖成型；或采用上弧形导坑超前开挖和中核开挖及下部开挖（即台阶分部开挖法）。a28 台阶开挖法特点：台阶开挖法特点：（1）有利于开挖面的稳定，尤其是上部开挖支护后，下部断面作业就较为安全；（2）具有较大的工作空间和较快的施工速度，但上下部作业有相互干扰影响；（3）台阶开挖法宜采用轻型凿岩机钻孔，而不宜采用大型凿岩台车设备；（4）台阶开挖增加了对围岩的扰动次数，下部作业对上部稳定性会产生不良的影响。a29 台阶开挖法类型：台阶开挖法类型：1、长台阶法；2、短台阶法；3、微台阶法。a30提问：台阶长短如何确定？a31（3）分部开挖法）分部开挖法 它是将隧道断面分

11、部开挖逐步成型，且一般将某一部分超前开挖，故称为导坑超前开挖法。1上导坑开挖；上导坑开挖；2上半部其他部位开挖；上半部其他部位开挖；3拱部锚喷支护；拱部锚喷支护；4 拱部衬砌；拱部衬砌；5下半部中部下半部中部开挖开挖；6边墙开挖；边墙开挖；7边墙锚喷支护及边墙锚喷支护及衬砌衬砌a32 分部开挖法分部开挖法优缺点优缺点：（1）分部开挖减小了每个坑道的跨度，有利于增强坑道围岩的相对稳定性，易于进行局部支护。因此，它主要适用于软弱破碎围岩或设计断面较大的隧道施工。（2）采用导坑超前开挖，有利于提前探明地质情况，便于及时处理或变更施工手段等。（3）其缺点是分部开挖法作业面较多，各工序相互干扰较大，增大

12、施工组织和管理难度。分部钻爆掘进，增加了对围岩的扰动次数，不利于围岩的稳定。若采用的导坑断面过小，则会使施工速度减慢面影响总工期等。a33 常用的分部开挖方法：常用的分部开挖方法：1、环形开挖留核心土法；2、上下导坑超前开挖法；3、单侧壁导坑法；4、双侧壁导坑法；5、中洞法；6、中隔壁法（CD）；7、交叉中隔壁法（CRD）。a34a35a36a37a38a39 第二节爆破开挖法 爆破开挖是近年来广泛使用的经济、快速开挖方法，随着爆破技术的不断发展，采用爆破开挖隧道技术经验的不断积累，目前人们已可以成功的采用爆破方法，进行各种断面形状隧道的开挖并可使开挖效果达到预定的程度。a40爆破附加知识：地

13、基加固 核武器当量 广岛原子弹a41爆破作用指数 爆破作用指数（英译：index of blasting action），它是爆破漏斗半径r和最小抵抗线W的比值，以n表示，可以用下式表示：n=r/wa42a43 自由面被爆破的岩石与空气接触的面叫做自由面，又叫临空面。自由面在工程爆破中起着非常重要的作用，有了自由面，爆破后的岩石才能向这个面破坏和移动。在工程爆破中为了控制爆破作用人们常常在爆破附近人为地创造自由面。在长期爆破实践中人们总结下一条简单的经验，即自由面多，爆破效果好。a44 最小抵抗线W自药包中心到自由面的最短距离，即表示爆破时岩石阻力最小的方向。因此，最小抵抗线是爆破作用和岩石移

14、动的主导方向。爆破漏斗半径r即爆破漏斗的底圆半径a45 爆破作用半径R也叫作破裂半径，即自药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。爆破漏斗深度D自爆破漏斗尖顶至自由面的最短距离。爆破漏斗的可见深度h自爆破漏斗中岩堆表面最低洼点到自由面最短距离。a46一、岩石的爆破性分级一、岩石的爆破性分级级别级别爆破指数爆破指数N N爆破难易程度爆破难易程度代表性岩石代表性岩石1 1 2929极易爆极易爆千枚岩、破碎板岩、泥质板岩、破千枚岩、破碎板岩、泥质板岩、破碎白云岩碎白云岩2 229.00129.00138381 138.00138.0014646易爆易爆角砾岩、绿泥岩、米黄色白云岩角砾岩、绿泥岩、米

15、黄色白云岩2 246.00146.00153531 153.00153.0016060中等中等石英岩、煌斑岩、大理岩、灰白色石英岩、煌斑岩、大理岩、灰白色白云岩白云岩2 260.00160.00168681 168.00168.0017474难爆难爆磁铁石英岩、角闪斜长片麻岩磁铁石英岩、角闪斜长片麻岩2 274.00174.00181811 181.00181.0018686极难爆极难爆矽卡岩、花岗岩、浅色砂岩矽卡岩、花岗岩、浅色砂岩2 2 8686a47围岩分级标准a48爆破开挖爆破开挖主要作业过程主要作业过程 钻眼装炸药填封起爆通风（通风的目的在于冷却爆破后的岩体，进行湿度与温度交换）清除

16、遗留炸药和药包（清除遗留炸药，避免未起爆的炸药后续起爆而引起的安全事故）外运爆破下来的石碴。a49二、炮眼的布置方式二、炮眼的布置方式三种炮眼的布置方式a50斜眼掏槽布置方式斜眼掏槽布置方式（a a）锥形（）锥形（b b）、（）、（c c）楔形（）楔形（d d）爬形）爬形a51直眼掏槽形式直眼掏槽形式a52辅助眼和周边眼的布置辅助眼和周边眼的布置 辅助眼的布置主要是指炮眼间距E值和最小抵抗线V值的确定。主要根据岩石软硬和用药量多少，由工地试验确定。辅助眼应由内向外，逐层布置，逐层起爆，逐步接近开挖断面轮廓形状。当周边眼的底端位于岩质较松软或较破碎状时，炮眼口应放在设计轮廓线以内，眼底则应根据岩

17、石抗爆破性来确定其位置，应将炮眼方向以35的斜率外插，这是为了控制超欠挖和便于下一循环钻眼时便于落钻开眼。a53a54a55提问：起爆顺序？a56三、炮眼的大小及数量三、炮眼的大小及数量 炮眼的直径则主要取决于炸药卷的直径，通常用于隧道开挖的炸药卷的直径在2050mm之间，这主要取决于设计开挖面积的大小，两者之间的关系可用下图所示的经验曲线表示，即炸药卷直径随着开挖面积的增大而增大。a57爆破参数与炸药卷直径的关系：爆破参数与炸药卷直径的关系：爆破参数爆破参数炸药卷直径炸药卷直径25mm25mm40mm40mm炮眼数炮眼数m m989848.548.5钻眼总长钻眼总长m m343343143.

18、6143.6炮眼长度炮眼长度m m3.53.53.143.14爆破进尺爆破进尺m m3.413.413.113.11爆破有效率爆破有效率%97.597.59999炮眼比量炮眼比量个个/m/m2 23.773.771.871.87每炮眼长度每炮眼长度m/mm/m3 33.773.771.781.78炸药用量炸药用量kgkg126.7126.7138.1138.1炸药比例炸药比例kg/mkg/m3 31.391.391.711.71a58四、四、光面爆破和预裂爆破光面爆破和预裂爆破法（一）光面爆破法 光面爆破是通过调整周边眼的各爆破参数，使爆炸先沿各孔的中心连线形成贯通的破裂缝，然后使得内围岩体裂

19、解，并向临空面方向抛掷。a59光面爆破的技术要求：光面爆破的技术要求：（1）根据围岩特点合理选择周边眼间距和周边眼的最小 抵抗线。（2）严格控制周边眼的装药量，应使药量沿炮眼全长合 理分布，并合理选择炸药品种和装药 结构。（3）采用周边眼同时起爆。（4）严格掌握钻眼作业，使三种炮眼的位置及方向难确 无误，否则光面爆破的效果会明显降低，达不到光 面爆破的目的。（5）各光面爆破参数如周边眼间距E、最小抵抗线V、相 对距E/V和装药集中度g等，应采用工程类比法或根 据爆破漏斗及成缝试验确定。a60光面爆破参数参照表光面爆破参数参照表岩岩石石种种类类饱和单轴抗压饱和单轴抗压极限强度极限强度R Rb b

20、（MPaMPa）装药不偶装药不偶合系数合系数D D周边眼周边眼间距间距E E（cmcm）周边眼最小周边眼最小抵抗线抵抗线V V（cmcm）相对距相对距E/VE/V周边眼装药周边眼装药集中度集中度g g（kg/mkg/m）硬硬岩岩 60601.251.251.501.5055557070707085850.80.81.01.00.300.300.350.35中中硬硬岩岩303060601.501.502.002.0045456060606075750.80.81.01.00.200.200.300.30软软岩岩 30302.002.002.502.5030305050404060600.50.5

21、0.80.80.070.070.150.15（1 1）软岩隧道光面爆破的相对距宜取小值；）软岩隧道光面爆破的相对距宜取小值；（2 2）装药集中度按）装药集中度按2 2号岩石硝铵炸药考虑，当采用其它炸药时，应进行换算。号岩石硝铵炸药考虑，当采用其它炸药时，应进行换算。换算指标主要是猛度和爆力（平均值），换算系数换算指标主要是猛度和爆力（平均值），换算系数K K：K K（2 2号岩石炸药猛度号岩石炸药猛度/换算炸药猛度换算炸药猛度2 2号岩石炸药爆力号岩石炸药爆力/换算炸药爆力）换算炸药爆力）/2/2（3 3）炮孔直径与药包直径的比值称为）炮孔直径与药包直径的比值称为不耦合系数不耦合系数。其值大小

22、与介质、炸药特性等有关。由于药。其值大小与介质、炸药特性等有关。由于药包四周存在空隙，降低了爆炸的峰压，从而降低或避免了过度粉碎岩石，也使爆压作用时候增长，包四周存在空隙，降低了爆炸的峰压，从而降低或避免了过度粉碎岩石，也使爆压作用时候增长，提高了爆破能量利用率。提高了爆破能量利用率。a61（二）预裂爆破法（二）预裂爆破法 预裂爆破法的分区起爆顺序为：周边眼掏槽眼辅助眼底板眼。它是以预先爆破周边炮的办法，沿着设计轮廓线（也是周边眼之间）炸出一个贯通预裂缝，即预留光面层，从而把开挖部分的主体岩石与其外部围岩分割开，使紧随其后爆炸的掏槽炮和辅助炮爆炸时，其主体爆破产生的冲击波（应力波）的破坏作用被

23、预裂面所隔断而受到大量衰减，因而更有效地减少了对围岩的扰动。a62预裂爆破参数参照表预裂爆破参数参照表岩石岩石种类种类饱和单轴抗饱和单轴抗压极限强度压极限强度R Rb b（MPaMPa）装药不偶装药不偶合系数合系数D D周边眼周边眼间距间距 E E（cmcm）周边眼至内圈崩周边眼至内圈崩落眼间距（落眼间距（cmcm）周边眼装药周边眼装药集中度集中度g g（kg/mkg/m）硬岩硬岩 60601.21.21.31.34040505040400.350.350.400.40中硬岩中硬岩303060601.31.31.41.44040454540400.250.250.350.35软岩软岩 3030

24、1.41.42.02.03030404030300.090.090.190.19a63预留光面层光面爆破参数参照表预留光面层光面爆破参数参照表岩岩石石种种类类饱和单轴抗饱和单轴抗压极限强度压极限强度R Rb b（MPaMPa）装药不偶合装药不偶合系数系数D D周边眼间距周边眼间距E E（cmcm）周边眼最小周边眼最小抵抗线抵抗线V V（cmcm）相对距相对距E/VE/V周边眼装药周边眼装药集中度集中度g g（kg/mkg/m）硬硬岩岩 60601.251.251.501.5060607070707080800.70.71.01.00.200.200.300.30中中硬硬岩岩303060601.

25、501.502.002.0040405050505060600.80.81.01.00.100.100.150.15软软岩岩 30302.002.002.502.5040405050505060600.70.70.90.90.070.070.120.12注：（注：（1 1）本表适用范围：炮眼深度）本表适用范围：炮眼深度1.01.03.5m3.5m、炮眼直径、炮眼直径404050mm50mm、药卷直径、药卷直径202032mm32mm；（2 2）装药集中度按）装药集中度按2 2号岩石硝铵炸药考虑，当采用其它炸药时，应进行换算。号岩石硝铵炸药考虑，当采用其它炸药时，应进行换算。a64（三）毫秒爆破

26、法（三）毫秒爆破法 毫秒爆破法是隧道施工开挖的一项现代爆破新技术。其实质是以毫秒雷管严格按一定顺序起爆炸药包组，使爆破前后阶段的时间间隔极其短促，以毫秒计算。爆破产生的岩石破坏作用力（应力波或冲击波）可以叠加，促使岩石易于被炸碎；同时，前后段爆破传递到围岩内部的冲击波又相互干扰和相互抵消，使冲击波对围岩的震动破坏大为减弱。a65毫秒爆破法具有下列优点：毫秒爆破法具有下列优点：（1）满足光面爆破的技术要求，可以获得良好的爆破效果；（2）毫秒爆破对围岩的震动破坏最少；同时，可以减少滞炮和滞炮带来的麻烦；（3）把毫秒爆破一次爆破的总延长时间控制在130毫秒以内，即使岩层有瓦斯，瓦斯也尚来不及泄出就爆

27、破完毕，可提高掘进速度。a66五、装药结构与起爆五、装药结构与起爆（一）装药结构 按起爆药卷在炮眼中的位置和其中雷管的聚能穴的方向可分为：正向装药和反向装药；按其连续性则可分为：连续装药和间隔装药。a67a68a69 在炮眼中装填引药时，必须注意引药的位置和方向。通常每个炮眼中只装一个引药。引药置于靠近眼口的装药端，引药和所有药卷的聚能穴均指向眼底，爆炸波向眼底传播，叫做正向装药。反之亦然，引药置于眼底装药端（称为底端），引药所有药卷的聚能空均指向眼口，爆炸波向眼口传播，叫做反向装药。a70 引药位置和传爆方向是影响爆破效果和爆破安全的重要因素。试验表明，反向装药与正向装药相比，能够提高炮眼利

28、用率，加强岩石破碎，减小大块率。但反向爆破不仅需要较长的脚线而且不够安全，因此，煤矿安全规程规定：在高瓦斯矿井中放炮时，都应采取正向起爆。低瓦斯矿井采用毫秒爆破时，可反向起爆，但必须制订措施，经局总工程师批准。a71 需要说明：近年来，越来越多的工程中采用反向装药。正向装药与反向装药之争的利弊还在不断的博弈、论证！a72提问：正向装药用于哪些炮眼？反向装药用于哪些炮眼？为什么一个炮眼不能同时放置两个起爆药卷？什么是管道效应？a73 在爆破工程中，若采用深孔爆破，由于药卷与炮眼孔壁间存有间隙，当其装药长度大于一定值时，常常会发生爆轰的中断或爆轰转变燃烧的现象，这种现象称为“管道效应”a74（二）

29、起爆顺序与时差（二）起爆顺序与时差（1）除预裂爆破的周边眼是最先起爆外，在同一个开挖 断面上，起爆顺序是由内向外逐层起爆。（2）各层（卷）炮之间的起爆时差越小，则爆破效果越 好，常采用的时差为40200ms，称为微差爆破。（3）内圈炮眼先起爆，外圈炮眼后起爆，为此，实际上 常采用毫秒雷管。（4）内外圈中的同圈炮必须同时起爆，以保证同圈炮的 共同作用的爆破效果。（5）延发时间可由孔内控制或孔外控制。a75第三节锚杆施工 锚杆是喷锚支护中的一个重要组成部分，在喷锚联合支护中起着主要作用。锚杆除去与喷射混凝土联合使用外也可以单独使用。在隧道开挖过程中用锚杆作为保证施工安全的临时支护是很方便的，在一些

30、小跨度隧道中，为了简化施工工序，节省材料，也常常单独采用锚杆来支护，此时为防止两根锚杆之间岩块的掉落可辅以铁丝网、横梁、背板等。a76一、锚杆的布置方式一、锚杆的布置方式a77沿隧道纵向锚杆的不同分布方式：沿隧道纵向锚杆的不同分布方式：沿隧道纵向上，当锚杆按等间距布置时，则其分布如图（a）所示，当锚杆在沿隧道的纵向的间距较大时，需采用图（b）所示的棱形分布，即在两等间距的锚杆之间、再交叉布置一层锚杆、以增大锚杆的支撑能力。a78在不同分层情况下的锚杆的安装方式：在不同分层情况下的锚杆的安装方式：如上图所示，锚杆的方向要尽可能与岩层层面垂直相交，以达到较好的锚固效果。a79二、锚杆施工二、锚杆施

31、工施工要点：（一）普通水泥砂浆锚杆施工；（二）早强水泥砂浆锚杆施工；（三）早强药包锚杆施工；（四）缝管式摩擦锚杆施工要点；（五）楔缝式内锚头锚杆施工要点；（六）胀壳式内锚头预应力锚索施工要点。a80第四节喷射混凝土施工 喷射混凝土是使用混凝土喷射机，按一定的混合程序，将掺有速凝剂的混凝土拌和料与高压水混合，经过喷嘴喷射到岩壁表面上，并迅速凝固形成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。a81一、喷射混凝土的施工工艺一、喷射混凝土的施工工艺（a）干式喷射工艺 （b）湿式喷射工艺a82 纲纤维混凝土纲纤维混凝土纲纤维混凝土早期强度纲纤维混凝土早期强度钢纤维混凝土的受压性能钢纤维混凝土的受压性能a83

32、五、钢拱架制作与安设五、钢拱架制作与安设在下列情况，一般可以使用钢拱架喷射混凝土支护：（1）自稳时间很短的围岩隧道；（2）浅埋、偏压隧道，当早期围岩压力增长快，需要提高初期支护的强度和则度时，钢拱架具有较大的支护强度和刚度，可承受开挖时引起的松动压力，架设后宜及时喷射混凝土，与超前支护配合使用，支护效果更好；（3）砂卵石、土夹石地层，大面积淋水地段，以及为了抑制围岩大的变形需要增强支护抗力时；（4）当需施作超前支护，需要设置钢拱架作为超前锚杆（或超前钢管）的支承构件时。a84临时支撑临时支撑 常见的临时支撑为支架式结构，钢支架则常被用在松散及流动的地层条件下作为辅助支撑结构，由于钢支架在建造后

33、可立即承载，且承载能力大，可重复使用，因此它是临时支撑结构的主要形式。边缘支架构造示意图a85第五节隧道施工辅助方法 由于初期喷锚支护强度的增长不能满足洞体稳定的要求，可能导致洞体失稳，或由于大面积淋水、涌水，难以保证洞体稳定时，可采用辅助施工措施对地层进行预加固、超前支护或止水。a86隧道施工中常用的辅助稳定措施有：隧道施工中常用的辅助稳定措施有：a87一、超前锚杆一、超前锚杆（一）构造组成 超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业。a88（二）性能特点及适用条件（二）性能特点及适用条件 超前锚杆支护的

34、柔性较大，整体刚度较小。虽然可以与系统锚杆焊接以增强其整体性，但对于围岩应力较大时，其后期支护刚度就有些不足。因此此类超前支护主要适用于应力不太大，地下水较少的软弱围岩的隧道工程中，如土砂质地层、弱膨胀性地层、流变性较小的地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带等、浅埋无显著偏压的隧道。也适宜于采用中小型机械施工。a89（三）设计、施工要点（三）设计、施工要点（1）超前锚杆的超前量、环向间距、外插角等参数，应视围岩地质条件、施工断面大小、开挖循环进尺和施工条件而定。一般超前长度为循环进尺的35倍，长35m，环向间距0.31.0m；外插角宜用1030；搭接长度宜为超前长度的4060左右，即大致形成双层或

35、双排锚杆。（2）超前锚杆宜用强砂浆全粘结式锚杆，锚杆材料可用不小于22的螺纹钢筋。（3）超前锚杆的安装误差，一般要求孔位偏差不超过10cm，外插角超过12，锚入长度不小于设计长度的96。（4）开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区，以使超前锚杆的前端有一个稳定的支点。其尾端应尽可能多地与系统锚杆及钢筋网焊连。若掌子面出现滑塌现象，则应及时喷射混凝土封闭开挖面，并尽快打入下一排超前锚杆，然后才能继续开挖。（5）开挖后应及时喷射混凝土，并尽快封闭环形初期支护。（6）开挖过程中应密切注意观察锚杆变形及喷射混凝土层的开裂、起鼓等情况，以掌握围岩动态，及时调整开挖及支护参数，如遇地下水时，则可钻孔引排。

36、a90二、管棚加强支护二、管棚加强支护（一）构造组成 管棚支护是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护的一种支护方式。管棚预支护围岩（长管棚）a91（二）性能特点及适用条件（二）性能特点及适用条件 管棚因采用钢管或钢插板作纵向预支撑，又采用钢拱架作环向支撑，其整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力。因此管棚法特别适用于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格的要求的软弱破碎围岩隧道工程中。短管棚一次超前量少，基本上与开挖作业交替进行，占用循环时间较多，但钻孔安装或顶入安装较容易。长管棚一次超

37、前量大，虽然增加了单次钻孔或打入长钢管的作业时间，但减少了安装钢管的次数，减少了与开挖作业之间的干扰。a92（三）设计、施工要点（三）设计、施工要点（1）管棚的各项技术参数要视围岩地质条件和施工条件而定。长管棚长度不宜小于10m，一般为1045m；管径70180mm，孔径比管径大2030mm，环向间距0.20.8m；外插角12；两组管棚间的纵向搭接长度不小于1.5cm，钢拱架常采用工字钢拱架或格栅钢架。（2）钢拱架应安装稳固，其垂直度允许误差为2，中线及高程允许误差为5cm；钢管应从工字钢腹板圆孔穿过，或穿过花钢拱架；钻孔方向应用测斜仪坚持控制，钢管不得侵入开挖轮廓线。钻孔平面误差不大于15c

38、m，角度误差不小于0.5。（3）第一节钢管前端要加工成尖锥状，以利导向插入。要打一眼，装一管，由上而下顺序进行。（4）长钢管应用46m的管节逐段接长，打入一节，再连接后一节，连接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于15cm；为保证受力的均匀性，钢管接头应纵向错开，一般按编号，偶数第一节用4m，奇数第一节用6m，以后各节均采用6m。（5）当需增加管棚刚度时，可在安装好的钢管内注入水泥砂浆，一般在第一节管的前段管壁交错钻1015mm孔若干，以利排气和出浆，或在管内安装出气导管，浆注满后方可停止压注。（6）水泥砂浆标号可用C20C30，并适当加大灰砂比。（7）钻孔时如出现卡钻或坍孔，应注浆后

39、再钻，有些土质地层则可直接将钢管顶入。a93三、超前小导管注浆三、超前小导管注浆（一）构造组成超前小导管注浆预加固围岩a94（二）性能特点及适用条件（二）性能特点及适用条件 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起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道渗流的通道，起到了堵水作用。因此，超前小导管注浆不仅适用于一般软弱破碎围岩，也适用于地下水丰富的软弱破碎围岩。a95（三）小导管布置和安装（三）小导管布置和安装（1）小导管钻孔安装前，对开挖面及5m范围内的坑道喷射510cm厚混凝土封闭。（2）小导管一般采用32mm的焊接管或40mm的无缝钢管制作，长度宜为36m，前

40、端做成尖锥形，前段管壁上每隔1020cm交错钻眼，眼孔直径宜为68mm。（3）钻孔直径应较管径大20mm以上，环向间距应按地层条件而定，渗透系数大的，间距亦应加大，一般采用2050cm；外插角应控制在1030，一般采用15。（4）级围岩劈裂、压密注浆时采用单排管；级围岩或除了坍方时可采用双排管；地下水丰富的松软层，可采用双排以上的多排管；渗入性注浆宜采用单排管；大断面或注浆效果差时，可采用双排管。（5）小导管插入后应外露一定长度，以便连接注浆管，并用塑胶泥（40Be水玻璃拌525号水泥）将导管周围孔隙封堵密实。a96（四）注浆施工要点（四）注浆施工要点（1）小导管注浆工序流程，如下图所示。（2

41、）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0.51.0MPa，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0.51.0m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；弱孔口压力已达到规定压力值，但注入量仍不足，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，开挖长度应按设计循环进尺的规定，以保留一定长度的止浆墙（亦即超前注浆的最短超前量）。（6）自

42、进式注浆锚杆，它是将超前锚杆与超前小导管注浆相结合的一种先进的超前支护措施。a97小导管注浆工序流程图小导管注浆工序流程图a98四、超前深孔帷幕注浆四、超前深孔帷幕注浆（一）超前注浆超前深孔帷幕注浆a99（二）注浆范围（二）注浆范围 上图中已示意出对围岩进行注浆加固的大致范围，即形成筒状加固区。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（R0r0），这也就是应加固区的大小。a100（三）注浆数量及注浆材料选择（三）注浆数量及注浆材料选择 注浆数量应根据加固区需充填的地层孔隙数量来确定。工程中常用充填率

43、来估算和控制注浆总量。所谓充填率是指注浆体积占孔隙总体积的比率。于是注浆总量可按下式计算：Q n A 式中：Q注浆总数量（m3）；n被加固围岩的孔隙率（%）；A被加固围岩的体积（m3）；充填率（%）。a101孔隙率和注浆充填率孔隙率和注浆充填率土质土质粘土粘土粉砂粉砂砂砂砂砂 砾砾注浆目的注浆目的堵水加固堵水加固堵水堵水加固加固堵水堵水孔隙孔隙率（率（%）范范围围值值50-50-707040-6040-6046-5046-504040-48483030-40404646-50504040-484840-6040-602828-40402222-4040标标准准值值606050504848444

44、4353548484444505034343131充填率（充填率（%）约约3030约约2020约约6060约约5050约约5050约约5050约约4040约约6060a102（四）施工要点（四）施工要点1、注浆管2、钻孔3、注浆顺序4、结束条件5、注浆检查6、开挖时间 a103第六节二次衬砌 复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌组成的，初期支护的作用是帮助围岩达成施工期间的初步稳定，应按主要承载结构设计，二次衬砌则是提供安全储备或承受后期围岩压力。二次衬砌在级及以上围岩时按安全储备设计；在级及以下围岩时，则按承受后期围岩压力结构设计与施工。两种情况均应满足构造要求。a104一、二次衬砌施工方法一、

45、二次衬砌施工方法 按照现代支护理论和新奥法施工原则，作为安全储备的二次支护是在围岩或围岩加初期支护稳定后及时施作的，此时隧道已成型，因此二次支护多采用顺作法，即由下到上，先墙后拱连续灌注浇筑。在隧道纵向需要分段支护，分段长度一般为912m。二次衬砌多采用模筑混凝土作为内层衬砌结构。二次衬砌混凝土施工作时间，根据国家标准公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）规定，应在围岩和锚喷支护的变形基本稳定之后进行：（1）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；（2）已产生的各项位移占预计总位移量的80%90%；（3）周边位移速率小于0.10.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.070.15mm/d。

46、如二次衬砌仅作为保护防水层的不承重结构，其厚度小、自重轻，无论单、双车道隧道，当混凝土强度达到2.5MPa时，即可拆模。a105二、模板类型二、模板类型 （一）整体移动式模板台车；（二）穿越式分体移动模板台车；（三）拼装式拱架模板。a106三、衬砌施工准备工作三、衬砌施工准备工作（一）断面检查；（二）放线定位；（三）拱架模板整备；（四）立模；（五）混凝土制备与运输。a107四、混凝土的灌注四、混凝土的灌注（一）混凝土的灌注与养护 浇筑混凝土时应符合下列要求：（1）由下向上依次灌筑，当设计规定需先灌筑拱圈时，应采取防止拱脚下沉措施，必要时，可架设纵向托梁。隧道有仰拱时，宜先灌筑仰拱，每段施工长度

47、应根据地质情况确定。（2）保证捣固密实，使衬砌具有良好的抗渗防水性能，尤其应处理好施工缝。衬砌的分段施工缝应与设计沉降缝、伸缩缝及设备洞位置统一考虑，合理确定位置。（3）整体模筑时，应注意对称灌注，两侧同时或交替进行，以防止未凝混凝土对拱架模板产生偏压而使衬砌尺寸不合要求。（4）混凝土应分层灌筑，每层灌筑的高度、次序、方向应根据搅拌能力、运输距离、灌筑速度、洞内气温和振捣等因素确定。a108（5）二次衬砌的混凝土应连续灌筑，不得不间歇时，其间歇时间不应大于下表规定。浇筑混凝土允许间歇时间（min）浇筑气温浇筑气温 t t（）材料材料普通硅酸盐普通硅酸盐水泥水泥矿渣火山灰硅酸盐水泥矿渣火山灰硅酸

48、盐水泥202030309090120120121220201351351801805 51010195195注：表中规定的时间未考虑外加剂作用及其它特殊施工和混凝土本身温注：表中规定的时间未考虑外加剂作用及其它特殊施工和混凝土本身温度的影响。度的影响。a109（6）初期支护与二次衬砌间的空隙，必须回填密实。（7）封口方法。当衬砌混凝土灌注到拱部时，需改为沿隧道纵向进行灌注，边灌注边铺封口模板，并进行人工捣固，最后堵头，这种封口称为“活封口”。当两段衬砌相接时，纵向活封口受到限制，此时只能在拱顶中央留出一个50cm50cm的缺口，待后进行“死封口”。采用整体式模板台车配以混凝土输送泵时，可以简化

49、封口。（8）多数情况下隧道施工工程中，洞内的湿度能够满足混凝土的养护条件。但在干燥无水的地下条件下，则应注意进行洒水养护。采用普遍硅酸盐水泥拌制的混凝土，其养护时间一般不少于7d；掺有外加剂或有抗渗要求的混凝土，一般不少于14d。养护用水的温度应与环境温度基本相同。（9）二次衬砌的拆模时间，应根据混凝土强度增长情况来确定。一般应将混凝土强度达到2.5MPa时，方可拆模。有承载要求时，应根据具体受力条件来确定。a110（二）仰拱和底板（二）仰拱和底板 仰拱和底板可以纵向分条、横向分段灌注。纵向通常可分为左右两部分，交替进行；横向分段长度应视边墙施工缝、伸缩缝、沉降缝及运输要求来确定。当侧压力较大

50、时，底部开挖分段长度不能太长，以免墙脚挤人。为施工方便，仰拱和底板可以合并灌注，但应保证仰拱混凝土强度符合设计要求。待仰拱和底板纵向贯通，且混凝土达到一定强度后，方能允许车辆通行。其端头可以采用石渣土填成顺坡通过。灌注仰拱和底板时，必须把隧道底部的虚渣、杂物及淤泥清除干净，排除积水。超挖部分应用同级混凝土或片石混凝土灌注密实。a111（三）止水带施工工艺（三）止水带施工工艺 止水带安设工艺，应视现场机具定。当采用模板台车与泵送混凝土时，宜采用如下止水带安设施工工艺：（1）沿设计衬砌轴线，每隔不大于0.5m钻一直径为12mm的钢筋孔；（2）将制成的钢筋卡，由待灌混凝土侧向另侧穿入，内侧卡紧止水带