底隧道施工工藝工法

河底隧道施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-SD-0502-2011第五工程有限公司李海平1前言概況水下隧道的發(fā)展可以追溯到公元前2180?前2160年的古巴比倫，那時候古巴比倫就已經(jīng)修建了一條穿越幼發(fā)拉底河的人行隧道。近代水底隧道始建于英國，1807年英國在倫敦動工修建連接泰晤士河兩岸的人行隧道。我國是世界上隧道修建數(shù)量最多的國家，隧道修建總長度也是世界之最。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，在中國水下隧道的建設(shè)領(lǐng)域呈現(xiàn)出了迅猛發(fā)展的態(tài)勢。隨著黃河、長江流域及沿海地區(qū)地下空間的開發(fā)，海底隧道的相繼修建，如南水北調(diào)穿黃工程、武漢長江隧道、瀏陽河隧道、廈門海底隧道等，這些重大工程的先后開工，表明我國隧道施工開始進(jìn)入穿越大江大河和海洋的時代。在工程領(lǐng)域，地下工程安全風(fēng)險高于其他工程是一個公認(rèn)的事實(shí)，而在地下工程中，水下隧道施工的安全風(fēng)險又被認(rèn)為是極高的。一旦出現(xiàn)大面積涌水或冒頂，其后果將是災(zāi)難性的。水下隧道的修建方法呈現(xiàn)多樣性發(fā)展，以國內(nèi)目前正在施工的隧道為例，廣深港獅子洋隧道采用盾構(gòu)法施工，一般地鐵過江隧道采用盾構(gòu)法施工，廈門翔安海底隧道、青島膠州灣海底隧道均采用鉆爆法施工，廣州生物島的兩個市政隧道采用沉管法施工，一些城市在穿越一些小型河流或湖泊時則采用圍堰明挖法施工。本工法主要根據(jù)武廣鐵路客運(yùn)專線瀏陽河隧道的施工經(jīng)驗編寫，介紹“掌子面預(yù)加固+銃鉆法+全包型防水”等方法綜合應(yīng)用的一種工法。工藝原理隧道施工關(guān)鍵技術(shù)是防突泥突水，選擇合理的開挖和支護(hù)形式。面對高風(fēng)險隧道，未來隧道及地下工程施工技術(shù)發(fā)展的一個方向是：不斷完善隧道綜合支護(hù)技術(shù)，深入研究掌子面超前預(yù)加固，并利用水平旋噴技術(shù)對拱部進(jìn)行預(yù)加固；施工開挖采用銃挖、盾構(gòu)等機(jī)械法施工。本工法適應(yīng)的工藝核心技術(shù)及管理方面的工作原理如下：管棚加打小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)防坍塌。玻璃纖維錨桿加固掌子面，防止掌子面失穩(wěn)。以銃挖為主，弱爆破輔助施工，減少對圍巖擾動，盡量保護(hù)圍巖完整性。根據(jù)不同的圍巖選擇銃挖與弱爆破法組合，確定合理進(jìn)尺。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，確定合理的工序間距。合理選配精良的機(jī)械設(shè)備配套，專業(yè)的操作人員。2工藝工法特點(diǎn)主要適用于巖石強(qiáng)度較低且節(jié)理裂隙發(fā)育的地層，特別適用于大斷面軟弱圍巖隧道及隧道變形控制要求嚴(yán)等特殊要求的地段。掌子面超前預(yù)加固，可以實(shí)現(xiàn)大斷面機(jī)械化施工?？商岣唛_挖進(jìn)尺，加快施工進(jìn)度，同時，將對圍巖的擾動降至最低，提高了隧道的開挖質(zhì)量；在開挖方法上選用銃挖設(shè)備配套機(jī)械開挖與弱爆破法相結(jié)合，與其它非爆破法開挖機(jī)械相比，如盾構(gòu)、掘進(jìn)機(jī)，成本較低，經(jīng)濟(jì)性較好。采用全新的自粘式防水材料對隧道進(jìn)行全封閉防水處理。先進(jìn)性體現(xiàn)在能做到安全可控，開辟了新的施工方法。3適用范圍本工法適用的工程對象為大斷面、淺埋、軟弱圍巖的過水底隧道及地表有敏感建筑物的地下隧道施工。4主要引用標(biāo)準(zhǔn)《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》（鐵建設(shè)【2010】241號）、《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》（TZ204）、《鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10417）、《鐵路工程測量規(guī)范》（TB10101）、《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF60）、《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1）。其他河底隧道施工方面的參考資料。5施工方法河底隧道施工，應(yīng)積極引進(jìn)和推廣新技術(shù)、新材料、新裝備、新工藝，按無軌裝碴運(yùn)輸?shù)哪Ｊ浇M織施工，嚴(yán)格遵循“先預(yù)報、管超前、預(yù)加固、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的施工原則，組織大型機(jī)械配套施工，以防坍塌、防涌水突泥為防范重點(diǎn)。施工中，可采用全封閉預(yù)加固、銃挖法、全封閉防排水等多種先進(jìn)技術(shù)相組合的技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)圍巖軟弱、穿越河底、地表敏感建筑物等地段的安全快速施工。施工中，首先應(yīng)根據(jù)圍巖情況優(yōu)選施工方法，并合理確定的隧道開挖步長。大斷面的河底隧道開挖斷面，推薦采用三臺階或三臺階臨時仰拱法，當(dāng)圍巖地質(zhì)條件差、掌子面出現(xiàn)較大滲水時，可及時調(diào)整臺階高度和長度。下面就“三臺階七步法”，進(jìn)行隧道穿越河底段相關(guān)施工介紹。系統(tǒng)徑向錨桿①④③鎖腳鋼⑦⑥4855354長管棚間距400mm支護(hù)鋼架⑤⑧隧底填充仰拱一次襯砌初期支護(hù)隧道8.行隧道穿越河底段相關(guān)施工介紹。系統(tǒng)徑向錨桿①④③鎖腳鋼⑦⑥4855354長管棚間距400mm支護(hù)鋼架⑤⑧隧底填充仰拱一次襯砌初期支護(hù)隧道8.8<303系統(tǒng)徑向錨桿甘I616].6I3?5756-8-鋼架未示全邊墻墻腳線1 2：4?3圖1河底段“三臺階七步法”施工步序圖三臺階開挖施工示意圖施工順序：第一步：超前地質(zhì)預(yù)報。采用長、中、短距離的綜合超前地質(zhì)預(yù)報的方法，對隧道前方進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)探測。第二步：施作超前支護(hù)及掌子面預(yù)加固。施作①108mm超前長管棚：管棚鋼管長度18m，12m/環(huán)，兩環(huán)之間搭接長度6m。環(huán)向間距40cm，環(huán)向共45根。施作①42mm超前小導(dǎo)管：超前小導(dǎo)管配合鋼架使用，其縱向搭接長度市1.0m,環(huán)向間距40cm,環(huán)向共45根。施作①25mm玻璃纖維注漿錨桿：18m長①25中空玻璃纖維注漿錨桿，1.5mX1.5m梅花型布置，縱向間距12m一環(huán)，搭接6m。第三步：采用三臺階七步法進(jìn)行開挖。①部上臺階開挖:每循環(huán)進(jìn)尺0.8?1m。可采用懸臂掘進(jìn)機(jī)環(huán)形預(yù)切槽與弱爆破法相結(jié)合的方式進(jìn)行開挖，或采用弱爆破法進(jìn)行開挖，挖掘機(jī)出碴。中臺階中部②部拉槽開挖，待上臺階支護(hù)完成3?5m時進(jìn)行。中臺階左側(cè)③部開挖，待②部開挖完成6m時進(jìn)行。中臺階右側(cè)④部開挖，待③部左側(cè)部分的支護(hù)完成6m時進(jìn)行。下臺階⑤、⑥、⑦部開挖，下臺階支護(hù)成型后進(jìn)行，步序同中臺階施工。

仰拱施工必須緊跟，與下臺階開挖距離保持在10m左右。第四步：按照“先仰拱、后拱墻”的順序組織襯砌施工，仰拱采用簡易棧橋進(jìn)行整體澆注，拱墻砼利用10.2m長的液壓模板臺車施工。砼由拌合站集中拌制，輸送車運(yùn)輸，泵送入模。因考慮到河底段隧道施工安全可控，做以下強(qiáng)制性規(guī)定：（1）上臺階掌子面與仰拱工作面距離，控制在30m以內(nèi)；（2）仰拱及填充施工緊跟仰拱開挖，組織安排5m/1組;（3）下穿河底段、下穿地表敏感建筑物群時，應(yīng)在地表做好線路走向標(biāo)識，并埋設(shè)多點(diǎn)位移計、土壓力盒，實(shí)時監(jiān)測地表沉降情況。6工藝流程及操作要點(diǎn)施工工藝流程資料分析，修正施工支護(hù)參數(shù)綜合超前地質(zhì)預(yù)報資料分析，修正施工支護(hù)參數(shù)上臺階超前支護(hù)及掌子面預(yù)加固上臺階開挖、支護(hù)（含鋼架）中臺階超前支護(hù)及掌子面預(yù)加固中臺階開挖、支護(hù)―?中臺階超前支護(hù)及掌子面預(yù)加固中臺階開挖、支護(hù)―?判定圍巖穩(wěn)定性，修正支護(hù)參數(shù)*監(jiān)控量測下臺階開挖、支護(hù)分段開挖仰拱、施作初期支護(hù)施作仰拱及仰拱填充圖2河底段施工工藝流程圖操作要點(diǎn)施工中的通風(fēng)與排水1施工通風(fēng)，可采用長管路壓入式通風(fēng)，充分利用通風(fēng)豎井、施工豎井、斜井等輔助通道，做好通風(fēng)排煙工作。2施工排水根據(jù)各工作面設(shè)計的線路反、順坡情況分別采取機(jī)械管道式分段接力排水或自然排水的方式，并在輔助坑道（豎井、斜井等）、隧道標(biāo)高最低點(diǎn)設(shè)置臨時集水泵房。綜合超前地質(zhì)預(yù)報1提前探知前方地質(zhì)情況是否與設(shè)計相符，可采取長、中、短距離多種地質(zhì)預(yù)報方法相結(jié)合、相互驗證的方法進(jìn)行。長距離(TSP203—150m)f中距離(地質(zhì)鉆孔—50m)f短距離(地質(zhì)素描法、紅外線超前探水法、地質(zhì)雷達(dá)一5?30m)。2隧道預(yù)測預(yù)報程序。在地質(zhì)素描的基礎(chǔ)上，首先應(yīng)用探測距離較遠(yuǎn)的TSP預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)、50m深孔地質(zhì)鉆探進(jìn)行前方圍巖、地下水變化情況的長距離測試；第二，應(yīng)用紅外線探測儀對前方30m范圍內(nèi)進(jìn)行短距離的地下水定性探測；第三，在不良地質(zhì)帶，每循環(huán)鉆孔時均實(shí)施5m的超前淺孔探測，通過增加孔數(shù)，放大外插角，以彌補(bǔ)深孔探測的盲區(qū)，提高超前預(yù)測預(yù)報的準(zhǔn)確度。當(dāng)經(jīng)采取以上預(yù)測預(yù)報措施確定出前方存在斷層構(gòu)造帶時，對不良地質(zhì)區(qū)域，通過增加地質(zhì)雷達(dá)探測探測，從而探測出斷層、風(fēng)化槽、節(jié)理裂隙的發(fā)育規(guī)模、幾何型態(tài)和介質(zhì)填充構(gòu)造特點(diǎn)。3深鉆孔中距離超前地質(zhì)預(yù)報。探孔數(shù)量不少于4個，探孔分別位于拱頂、兩拱腰。超前深探孔一般要求：①水平探孔直徑不小于110mm，鉆深應(yīng)達(dá)到50m左右；②孔位傾斜率絕對誤差不應(yīng)大于2.8°,或孔深的5%。4綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報必須作為一道工序，貫徹于隧道施工掘進(jìn)全過程。掌子面預(yù)加固1施工準(zhǔn)備(1)每循環(huán)超前預(yù)加固之前需對掌子面進(jìn)行初噴8?10cm。初噴僅是在掌子面超前預(yù)加固時施作，每一開挖循環(huán)后不需初噴。(2)布置降排水系統(tǒng)：對拱部及掌子面滲水較大的地段，除通過超前預(yù)加固注漿堵水外，還需做好側(cè)溝疏排水系統(tǒng)。2超前支護(hù)：對于淺埋隧道，隧道極易發(fā)生拱頂坍塌。河底段及淺埋敏感建筑群區(qū)采用管棚超前支護(hù)，管棚參數(shù)為：18m長①108@40cm,外插角度為9°,搭接長度為6m,具體參數(shù)也可根據(jù)圍巖條件進(jìn)行調(diào)整。3掌子面預(yù)加固(1)掌子面超前預(yù)加固應(yīng)與拱部超前支護(hù)形成一個整體，形成系統(tǒng)支護(hù)，以確保拱部及掌子面安全。掌子面玻璃纖維錨桿，斷面布置形式可參考圖3。①②內(nèi)軌頂面I隧道中線初期支護(hù)鋼架（僅為示意）一25mm玻璃纖維錨桿L=18m十1層1根2①②內(nèi)軌頂面I隧道中線初期支護(hù)鋼架（僅為示意）一25mm玻璃纖維錨桿L=18m十1層1根2層2根3層3根4層4根5層3根小50mm鎖腳鋼管L—3.5m壁厚3.5mm6層4根7層5根8層4根9層5根10層4根圖3掌子面臨時錨桿正面布置圖（2）玻璃纖維錨桿技術(shù)性能玻璃纖維增強(qiáng)塑料錨桿是近年發(fā)展起來的最新一代錨桿，俗稱玻璃鋼錨桿、玻璃纖維錨桿等。玻纖錨桿類型有兩種：①一種是玻璃纖維中空注漿錨桿，注漿時采用套管柱塞方式，注漿管內(nèi)可套入止?jié){塞進(jìn)行定向定域注漿；②另一種為砂漿錨固型玻璃纖維錨桿（非中空、實(shí)心），注漿方式采用長壓注漿管孔底后退式注漿。非中空玻纖錨桿，具有施工速度快、易于操作等特點(diǎn)。針對河底隧道掌子面超前預(yù)加固，建議采用非中空玻纖錨桿注漿方式。（3）鉆孔、清孔鉆機(jī)，可選擇C6鉆機(jī)或改進(jìn)型的潛孔鉆機(jī)。鉆機(jī)順序由高孔位向低孔位進(jìn)行，并間隔錯開。用測斜儀適時檢查孔的傾角是否正確，以便及時進(jìn)行糾正。在鉆孔過程中，若出現(xiàn)卡鉆、坍孔或鉆孔涌水量過大現(xiàn)象，應(yīng)及時退鉆，然后采用往孔內(nèi)壓注漿液的方法，待漿液凝固后，再行開鉆。深度達(dá)到要求后，應(yīng)邊退鉆邊清孔。鉆孔也可為超前地質(zhì)預(yù)報提供一定的依據(jù)，因此每一個孔在開鉆時，都必須有詳細(xì)記錄，包括開鉆時間、結(jié)束時間及遇到的問題等。（4）安裝錨桿（頂管）在鉆孔成型后，為防止坍孔，錨桿安裝工作宜及早進(jìn)行；為保證安裝順利，鉆孔應(yīng)稍大，并可分2段安裝或頂進(jìn)?？卓诙伟苍O(shè)①108mm的孔口管作為孔口注漿套管，伸出20?30cm,采用①110的鉆頭鉆孔，孔口段長1?1.5m。錨桿安裝到位后，錨桿與套管間隙用速凝水泥或其它堵塞嚴(yán)密，以防注漿冒出。（5）注漿及封口注漿順序：先注外圈，后注內(nèi)圈，同一圈由下而上間隔施作，先施工奇數(shù)編號注漿，然后施工偶數(shù)編號注漿孔同時作為檢查孔。采取反復(fù)注入稀漿與濃漿交替、壓力控制與注入量控制相結(jié)合的措施，注漿壓力從低到高逐漸增加。初始注漿壓力采用1.2倍靜水壓力，注漿時間根據(jù)注漿量的注入速率進(jìn)行調(diào)整。每循環(huán)注漿完畢開挖施工后，預(yù)留2m左右作為下階段注漿止?jié){段?？卓诜舛路绞接校翰捎肅35防水混凝土封堵或采用注漿塞封堵。①注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)A、單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：單管達(dá)到設(shè)計注漿量或注漿壓力逐步升高至設(shè)計終壓（0.8MPa），并繼續(xù)注漿10min以上；注漿結(jié)束時的進(jìn)漿量小于20L/min。B、全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無漏注現(xiàn)象；注漿后涌水量小于2m3/m.d；漿液有效注入范圍大于設(shè)計值。②注漿效果評定A、對注漿過程中的各種記錄資料綜合分析，注漿壓力和注漿量變化是否合理，是否達(dá)到設(shè)計要求；B、每循環(huán)注漿完成后，鉆設(shè)鉆孔檢查注漿效果，每循環(huán)設(shè)2?3孔，檢查孔鉆取巖芯，觀察漿液充填情況，并測量檢查孔內(nèi)涌水量，檢查孔平均出水量＜0.11L/min,任一孔出水量＜2.5L/min；否則應(yīng)調(diào)整施工設(shè)計參數(shù)，并進(jìn)行補(bǔ)注漿。6開挖、切割錨桿在采用挖掘機(jī)清理掌子面或采用銃挖法開挖時，易將玻纖錨桿挖斷，故不需采用專門的玻纖錨桿切割工具。銃挖法開挖1施工準(zhǔn)備隧道開挖銃挖法系采用可安裝在液壓挖掘機(jī)上的銃挖機(jī)，高效替代挖斗、破碎錘、液壓剪等通用設(shè)備，應(yīng)用于隧道掘進(jìn)及輪廓修正。機(jī)械配套模式：多功能平臺+銃挖機(jī)（預(yù)留核心土則采用短臂挖掘機(jī)與銃挖頭裝配）+風(fēng)鎬（修整輪廓）+裝載機(jī)+自卸汽車。ER1500-1S型裝配式銃挖機(jī)使用靈活，可適用于二臺階法、預(yù)留核心土環(huán)形開挖、三臺階法、全斷面開挖法等開挖。德國生產(chǎn)的艾卡特ER1500-1S型裝配式銃挖機(jī)由ER1500-1S型銃挖頭和日立ZAXIS330型挖掘機(jī)組裝而成；銃挖頭直徑：670mm；銃挖寬度：山；自重：1750kg；最大輸出功率：120kw,理論開挖量約為25?30m3/h,

主要適宜于圍巖強(qiáng)度在15MPa,巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育的地段。開挖過程中對地層擾動低，噪音小，開挖的安全性高，利于地表沉降控制，特別適合不宜爆破施工的地段。EBZ160S型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，由三一重工安裝生產(chǎn)，為整體式機(jī)型，其整機(jī)參數(shù)（長X寬X高）為：14.4mX2.9mX1.75m；截割硬度W80MPa；履帶式行走，爬坡能力土18°；總重45T。適用于大斷面隧道分多部或多臺階開挖，故主要適用于客運(yùn)專線大斷面隧道三臺階法施工。EBZ160S型懸臂掘進(jìn)機(jī)最大鑿巖硬度為80MPa,理論開挖量50?60m3/h,開挖過程中對地層擾動低，噪音小，開挖的安全性高，利于地表沉降控制，特別適合于巷道狹小或不宜爆破施工的地段。施工前，根據(jù)圍巖地質(zhì)情況，選取合理的機(jī)械設(shè)備型號，并進(jìn)行合理的機(jī)械設(shè)備配套，并根據(jù)需要配備“二運(yùn)”、“三運(yùn)”設(shè)備；即配備懸臂掘進(jìn)機(jī)的“第二次運(yùn)輸”設(shè)備，有條件可配備“第三次運(yùn)輸”設(shè)備，將洞碴直接輸送到運(yùn)碴車上，減少裝載機(jī)裝運(yùn)的過程，形成流水線作業(yè)，大大提高施工效率。在洞內(nèi)布設(shè)好掘進(jìn)機(jī)所需的高壓電纜、輸水管線，同時將銃挖機(jī)械正面朝向掌子面，并擺放妥當(dāng)。2掌子面排水掌子面排水的目的是防止因滲水量過大，銃挖的巖渣成泥狀而覆蓋銃挖頭，以致降低銃挖效率。采用臺階法施工時，掌子面基本具有自然排水的能力，僅在拱腳及邊墻等局部有水滲出。排水的方法主要有加強(qiáng)兩側(cè)排水溝的維護(hù)、打設(shè)超長炮眼。排水要求：掌子面無明水，盡量保持干燥。3開挖斷面設(shè)計隧道穿越河底及穿越地表敏感建筑物的軟弱圍巖段施工中，在水文地質(zhì)情況較差、較大滲水時，上臺階宜采用懸臂掘進(jìn)機(jī)與弱爆破法相結(jié)合的“鉆、掘、銃”綜合方法，中、下臺階采用弱爆破法開挖，上臺階長度根據(jù)機(jī)械作業(yè)需要控制在20?25m,臺階高度控制在4.5m左右。14.8m靖井夠河底段三臺殿開挖橫斷面示意圖上臺階利用銃挖機(jī)械進(jìn)行環(huán)向切槽（斷面設(shè)計如圖4）,切槽寬度為0.8m,深度控制在1?1.5m。切槽完成后及時架設(shè)鋼架，噴射砼，施作初期支護(hù)。核心士采用弱爆破法開挖，上臺階長度控制在20?25m,中臺階長度控制在10m。在水平地層區(qū)段，應(yīng)通過量測確定臨時

仰拱是否設(shè)置。14.8m靖井夠河底段三臺殿開挖橫斷面示意圖4按設(shè)計斷面銃挖按設(shè)計斷面銃挖掘進(jìn)，先進(jìn)行試掘，然后根據(jù)試掘效果調(diào)整斷面設(shè)計等銃挖速度、方向、開挖斷面尺寸等參數(shù)。主要措施有：（1）不斷調(diào)整銃挖頭速度，當(dāng)銃挖頭旋轉(zhuǎn)速度降低時應(yīng)將銃挖頭游離掌子面，等速度回升后再抵近銃挖，銃挖頭抵近時應(yīng)盡量形成一定沖擊力；（2）掌握節(jié)理裂隙發(fā)育特征，順節(jié)理裂隙傾向銃挖，盡量提高刨挖作用；（3）采用預(yù)裂爆破輔助方法，增加巖石破碎程度，提高碎塊、塊狀巖碴的產(chǎn)量，從而提高銃挖工效。5噴霧除塵、出碴、場地清理銃挖的同時，采取流水線作業(yè)，一邊開挖，一邊出碴。為控制粉塵，需適當(dāng)噴霧，既達(dá)到降低粉塵的目的又不引起巖碴泥化。懸臂掘進(jìn)機(jī)噴霧裝置為自動裝置，裝配式銃挖機(jī)可以配備簡易的噴霧裝置。為確保除塵效果，噴霧時主要以噴灑泡沫為主。6輪廓修整及人工局部處理由于機(jī)械設(shè)備條件所限，無法實(shí)現(xiàn)開挖輪廓線范圍10?20cm厚度輪廓修整，僅能采用人工修整或其它機(jī)械設(shè)備修整。當(dāng)然，在采用分部開挖時，可實(shí)現(xiàn)局部處理的平行作業(yè)。但在開挖進(jìn)尺較大或條件允許時，可以將銃挖機(jī)在掌子面橫向擺設(shè)，正對隧道輪廓進(jìn)行銃挖，這樣就不再需要人工修整隧道輪廓。監(jiān)控量測技術(shù)超前預(yù)加固的核心理念重視超前核心土的穩(wěn)定性，超前量測掌子面前方核心土體擠壓變形、預(yù)收斂變形。但國內(nèi)外的相關(guān)研究均未提供較好的超前核心土體的監(jiān)控量測方法，本工法首次系統(tǒng)提出超前核心土及掌子面變形的監(jiān)控量測方法。拱頂下沉測點(diǎn)掌子面位移測點(diǎn)上臺階050mm鎖腳鋼管L=3.5m多點(diǎn)位移計圍巖深部位移量測,5,4,3,2邊邊墻測線系統(tǒng)徑向錨桿.43.2.圖5超前預(yù)加固工法量測橫斷面圖9掌子面監(jiān)控量測測點(diǎn)拱頂下沉量測拱頂下沉測點(diǎn)掌子面位移測點(diǎn)上臺階050mm鎖腳鋼管L=3.5m多點(diǎn)位移計圍巖深部位移量測,5,4,3,2邊邊墻測線系統(tǒng)徑向錨桿.43.2.圖5超前預(yù)加固工法量測橫斷面圖9掌子面監(jiān)控量測測點(diǎn)拱頂下沉量測鋼架未示全初期支護(hù)鋼架下臺階 ^@3.5mm內(nèi)軌頂面下臺階拱部超前支護(hù)4多點(diǎn)位移計圍巖小卜深部位移量測--初支縱向位移測點(diǎn)一-3一一@25玻璃纖維錨桿L=18m二超前核心一巖土內(nèi)部二位移量測點(diǎn)圖6超前預(yù)加固工法量測縱斷面圖掌子面超前預(yù)加固工法監(jiān)測的主要內(nèi)容有（見圖5、6）：1掌子面擠壓變形量測每開挖循環(huán)完成后立即布置掌子面監(jiān)控量測點(diǎn)，按圖示網(wǎng)格布置，監(jiān)測采用全站儀進(jìn)行無尺量測。監(jiān)測點(diǎn)采用自制測點(diǎn)，在掌子面擬布置測點(diǎn)處，將巖石表面處理平整，然后利用塑膠墊圈、射釘設(shè)置測點(diǎn)，射釘采用射釘槍射入，并在塑料墊圈上貼反射膜片，再在周圍刷上紅油漆以增加測點(diǎn)醒目程度。與洞身監(jiān)控量測點(diǎn)同時布置，必要時進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，否則按一定間隔時間監(jiān)測。2超前核心土預(yù)收斂變形量測根據(jù)圍巖開挖變形反應(yīng)特征，在開挖面前方50m范圍內(nèi)圍巖便發(fā)生預(yù)收斂，故需超前掌子面50m進(jìn)行預(yù)收斂量測，量測斷面間距視地質(zhì)情況采用5?10m,每個斷面布置3個測點(diǎn)，分別為隧道中心、兩側(cè)拱腰位置。在淺埋地段，除在地表布置沉降觀測點(diǎn)外，可在地表直接布置多點(diǎn)位移計進(jìn)行超前核心土預(yù)收斂量測（見圖7）,從而代替在洞內(nèi)預(yù)收斂量測點(diǎn)的布置。在無法通過地面埋設(shè)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行預(yù)收斂量測的地段，可在洞內(nèi)掌子面鉆設(shè)超前鉆孔，通過定位裝置將應(yīng)力、應(yīng)變測試元件預(yù)埋于孔內(nèi)設(shè)計位置。應(yīng)力、應(yīng)變測試元器件分別采用土應(yīng)力計、應(yīng)變計（片），測試面沿徑向朝向圍巖直接測試圍巖應(yīng)力及應(yīng)變，分別布置于拱部、兩拱腰位置。應(yīng)力計、應(yīng)變計（片）可外貼于超前支護(hù)鋼管表面直接測量圍巖應(yīng)力應(yīng)變或通過測試超前支護(hù)的應(yīng)力應(yīng)變反算圍巖預(yù)收斂及圍壓情況。在開挖完成后，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行量測。根據(jù)數(shù)值模擬情況分析，當(dāng)掌子面擠壓變形達(dá)20mm左右時，掌子面塑性區(qū)域?qū)U(kuò)大，不利于掌子面的穩(wěn)定；通過巖土泊松比（0.27）反算預(yù)收斂量測，可得預(yù)收斂量測的危險值74mm。根據(jù)圍巖變形管理等級，在（1/3?2/3）U0范圍內(nèi)則需預(yù)警，為此，確定掌子面及預(yù)收斂量測的預(yù)警值分別為：10mm、30mm。3洞身的常規(guī)量測，如洞周收斂變形，拱頂下沉、地表沉降觀測、多點(diǎn)位移計進(jìn)行圍巖深部位移量測等。為確保監(jiān)測工作的連續(xù)性及獲取信息的準(zhǔn)確性，拱頂下沉與隧道周邊收斂量測布置在同一斷面上，且與前期的預(yù)收斂量測布置在同一斷面，并盡量考慮擠壓變形斷面。收斂量測，宜采用全站儀進(jìn)行無尺量測。104最終通過收集地表、掌子面、超前核心巖土、開挖洞身的監(jiān)控量測資料，分析圍巖狀態(tài)，預(yù)測圍巖變形破壞趨勢，針對不同情況及時采取合適的施工措施，并將信息反饋給設(shè)計，以實(shí)現(xiàn)動態(tài)信息化設(shè)計施工。全包型防水系統(tǒng)施工1初期支護(hù)防水全包型防水采用的是自粘型防水板，要求防水板施作之前，初期支護(hù)表面無明水。為此，需要做到以下幾點(diǎn)：（1）優(yōu)化鉆爆設(shè)計，合理控制開挖輪廓通過合理鉆爆設(shè)計，減少超挖或大的凹坑，減少對圍巖的擾動，避免產(chǎn)生貫通裂隙，從而最大限度地阻斷滲水通道，使初期支護(hù)同開挖斷面最大限度的密貼。（2）確保初期支護(hù)施作質(zhì)量，構(gòu)筑第一道防水屏障①開挖后應(yīng)及時支護(hù)，并封閉圍巖，防止因圍巖松弛變形而引起圍巖中張裂縫及細(xì)小裂隙的產(chǎn)生及發(fā)展，阻止?jié)B水通道的產(chǎn)生。對超挖的部分，采用與初期支護(hù)同等級的噴射混凝土回填密實(shí)，防止初期支護(hù)背后形成“水囊”。②采用濕噴工藝，合理控制濕噴參數(shù)。在噴射砼中增加聚酯纖維或鋼纖維，不僅提高噴射砼的強(qiáng)度，亦提高抗裂能力，噴射砼完成后，及時灑水養(yǎng)護(hù)，防止混凝土表面開裂，以提高防水能力。同時，保證鋼架與巖壁之間的空隙噴射到位，不留死角。③初支背后注漿堵水。根據(jù)圍巖富水情況及富含水地層特征，在開挖之前可進(jìn)行帷幕注漿堵水；根據(jù)初期支護(hù)質(zhì)量及表面滲漏水情況，開挖支護(hù)之后可進(jìn)行圍巖徑向注漿堵水，局部地段選用初期支護(hù)背后回填注漿堵水或化學(xué)注漿堵水，以進(jìn)一步確保初期支護(hù)表面無明水。2自粘型防水板材料防水選用的防水板材料選用自粘型防水板，對于暗挖段宜采用單面自粘型防水板，無粘膠層的一面為迎水面，有膠的一面與二襯混凝土牢固粘接。圖8自粘型防水板的施工工藝流程（1）清理基層：防水板鋪設(shè)前，應(yīng)先切除錨桿頭和鋼筋露頭，并用細(xì)石混凝土抹平覆蓋，確保噴射混凝土表面平整、干凈、干燥，無尖銳棱角。11

(2)鋪設(shè)土工布：初期支護(hù)混凝土表面處理完畢后，在鋪設(shè)防水板之前，先鋪設(shè)一層土工布，用射釘固定。射釘間距在拱部為 1.0?1.2m,邊墻、仰拱為圖9明釘鋪設(shè)工藝1.2?1.5m,建議取消塑膠墊圈，使用中3cm金屬墊片或塑膠墊片代替。土工布間搭接寬度不小于10cm,并與防水板的搭接縫錯開至少在50cm以上。圖9明釘鋪設(shè)工藝(3)鋪設(shè)防水板：鋪掛防水板時，采用明釘鋪設(shè)工藝(見圖9)。防水板迎水面直接密貼在已鋪設(shè)土工布的初期支護(hù)表面，然后采用小塊雙面自粘型防水板將射釘部位修補(bǔ)覆蓋，以保證防水效果。(4)搭接縫處理：防水板環(huán)、縱向搭接縫應(yīng)采用“先焊接再粘接”的搭接方式，接縫處理及檢測是防水板鋪設(shè)的關(guān)鍵，下部(游)防水板壓住上部(游)防水板，兩層防水板間搭接寬度為15cm,搭接縫處理采用自動爬行式熱合焊機(jī)焊接，搭接完后，再鋪貼一層雙面自粘型防水板搭接條，搭接條寬25cm。在搭接條表層上再涂抹一層2?3mm厚M10水泥漿液，涂抹寬度應(yīng)超出搭接條寬度每邊各2?3cm。同時，仰拱環(huán)向搭接縫與拱墻環(huán)向搭接縫應(yīng)錯開1m以上。(5)揭防水板隔離膜：防水板隔離膜的主要作用是防止粘膠層受污染。應(yīng)掌握撕去保護(hù)膜的時機(jī)，減少粘膠層暴露時間。如沒有細(xì)石混凝土保護(hù)層，揭隔離膜工作應(yīng)在鋼筋綁焊之后，澆筑混凝土之前進(jìn)行。(6)水泥砂漿保護(hù)層：僅在仰拱部位或局部暴露位置施作，厚度20?50mm,以防止焊接鋼筋時產(chǎn)生的高溫焊碴燒壞防水板及人工踩踏破壞防水板。(7)二襯施工防水板保護(hù)：防水板鋪設(shè)完畢，驗收合格后，才能進(jìn)行二襯鋼筋、混凝土的施作。鋼筋施作時要使用墊塊壓頂防水板，使其與初支表面密貼，注意防止防水板被劃破、扯破、扎破；焊接鋼筋時在其周圍用石棉板進(jìn)行遮擋，以免焊花、焊碴燒壞防水板。二次襯砌時，在正對砼輸送管口的防水板處設(shè)置保護(hù)層，振搗人員經(jīng)嚴(yán)格培訓(xùn)，杜絕振搗棒點(diǎn)觸防水板現(xiàn)象，避免損壞防水板。3主體結(jié)構(gòu)自防水(1)優(yōu)化襯砌混凝土施工配合比，提高其防水能力在選配配合比時，粗骨料應(yīng)采用連續(xù)級配，采用合適的砂率，改善混凝土的和易性，增加混凝土的密實(shí)性；同時，采取摻加防水劑、高效抗裂防水膨脹劑等手段，減少砼內(nèi)部的細(xì)微孔隙，提高其防水能力。防水混凝土結(jié)構(gòu)的襯砌厚度不應(yīng)小于1230cm。（2）優(yōu)化砼灌注工藝，提高砼密實(shí)度砼灌注時兩側(cè)應(yīng)分層對稱澆注。采用插入式振動器和模板臺車上固定的附著式振動器相結(jié)合，保證振固密實(shí)。保證連續(xù)灌注，消除施工縫，減少防水薄弱環(huán)節(jié)。拆模后及時噴霧養(yǎng)生，避免拆模過早砼表面風(fēng)干或養(yǎng)護(hù)不及時出現(xiàn)的收縮裂紋現(xiàn)象。（3）襯砌背后回填注漿①縱向注漿管設(shè)于拱頂模筑襯砌外緣、防水板內(nèi)側(cè)，縱向注漿管孔徑①20，采用聚乙烯管（管壁開縫）。防水板鋪設(shè)完畢后，采用膠粘于防水板內(nèi)側(cè)，結(jié)合施工縫布置，注漿管每模筑襯砌一段，兩端分別與預(yù)設(shè)的①20鍍鋅鋼管注漿口連接。鍍鋅鋼管注漿口應(yīng)突出襯砌內(nèi)緣3?5cm,以便連接。②襯砌施工完畢達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后進(jìn)行拱背壓漿。使初支、防水板及內(nèi)襯密貼，避免因防水板意外損壞滲水的可能，同時也為保證結(jié)構(gòu)安全，避免結(jié)構(gòu)開裂破損?；靥钭{材料為1：1水泥漿液，回填注漿壓力為0.05?0.1MPa。（4）二襯分區(qū)防水為防止各道防水措施失效后地下水滲入隧道，施工時在施工縫及變形縫處襯砌背后施作外貼式橡膠止水帶，并設(shè)置環(huán)向可維護(hù)式注漿管，以達(dá)到每10m進(jìn)行防水分區(qū)。防水分區(qū)可以迅速查明滲水點(diǎn)，并減少地下水影響范圍。（5）防、排結(jié)合，因地制宜全包不排水方案設(shè)計對施工要求太高，施工中難以實(shí)現(xiàn)。在隧道地表埋深大于50m允許排水段落，應(yīng)采取半包式排水方案。初期支護(hù)按照承受土壓加水壓，二次模筑襯砌應(yīng)按不承受水壓，只考慮土壓進(jìn)行計算。兩層之間增設(shè)系統(tǒng)盲管，將今后運(yùn)營期間流出的水排至兩側(cè)水溝。為了減少今后水量，應(yīng)增加在初期支護(hù)背后和圍巖之間進(jìn)行回填注水泥漿和超細(xì)水泥漿，壓力控制在不超過0.5MPa。在隧道全長范圍內(nèi)隧道中線位置設(shè)置中心排水溝，溝內(nèi)鉆設(shè)（或預(yù)埋）①100鋼花管（間距2?5m）作為降壓排水孔，深度自溝底直至仰拱底面，以不破壞仰拱防水板為宜。河底隧道縱斷面設(shè)計一般為V字形，在洞內(nèi)（或洞口）標(biāo)高最低端設(shè)置廢水泵房，并做好排水量調(diào)查，科學(xué)合理配置泵房抽水、監(jiān)控、電力等設(shè)備。7主要機(jī)具設(shè)備河底段施工在超前預(yù)支護(hù)、開挖、初期支護(hù)過程中，采取“銃鉆法+預(yù)加固”核13

心技術(shù)配套施工，對所需設(shè)備、機(jī)具情況可參考下表配置（見表1）。表1施工配套機(jī)械（按照2個工區(qū)配置）序號設(shè)備名稱型號數(shù)量備注1懸臂掘進(jìn)機(jī)EBZ160012銃挖機(jī)ZXIS330+ER150023挖掘機(jī)PC20024自卸汽車5T45自卸汽車15T86裝載機(jī)ZL-5027管棚鉆機(jī)C61管棚、玻纖錨桿、深孔預(yù)注漿鉆孔及地質(zhì)探孔8鉆機(jī)ZDY1900S1管棚、玻纖錨桿、深孔預(yù)注漿9地質(zhì)鉆機(jī)XY-1001地質(zhì)探孔時采用10風(fēng)動鑿巖機(jī)YT-2830打設(shè)錨桿、小導(dǎo)管11注漿泵ZJB(BP)-30A4全斷面超前預(yù)注漿12漿液攪拌機(jī)JZ3504拌合漿液13超前預(yù)報儀TSP2031長距離超前預(yù)報14地質(zhì)雷達(dá)SIR-10B1短距離超前預(yù)報15紅外探水儀SY-3031探水8勞動力組織表2施工組織人力資源情況（按照2個工區(qū)配置）序號配合施工項目工種人數(shù)備注1工法綜合管理小組組長12副組長33組員4?64超前預(yù)支護(hù)及掌子面預(yù)加固法作業(yè)人員管棚鉆機(jī)操作25玻璃纖維錨桿鉆孔66注漿作業(yè)班組107機(jī)動配合人員38指揮人員19開挖（銃挖法）作業(yè)人員司機(jī)610電路工211現(xiàn)場指揮人員3149質(zhì)量控制易出現(xiàn)的質(zhì)量問題通常銃挖機(jī)施工時正對掌子面銃挖，由于機(jī)械設(shè)備條件所限，無法實(shí)現(xiàn)開挖輪廓線范圍10?20cm厚度輪廓修整。機(jī)械開挖過程中，銃挖速度不易控制，銃挖頭容易游離游離掌子面，對初期支護(hù)等結(jié)構(gòu)物造成破壞。在鉆孔過程中，出現(xiàn)卡鉆、坍孔現(xiàn)象，必須提前制定應(yīng)急措施。玻纖錨桿直徑小，長度大，抗彎抗剪強(qiáng)度低，極易彎曲，不易安裝；同時，玻纖錨桿扭矩傳遞能力差，鉆機(jī)頂進(jìn)操作困難。保證措施根據(jù)銃挖工藝特點(diǎn)，結(jié)合隧道質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)，制定質(zhì)量控制要求：開挖循環(huán)進(jìn)尺需滿足設(shè)計；斷面輪廓線雖然不能修整到位，但能銃挖到的地方，必須修整整齊，并要保證隧道中線及高程控制；否則，重新銃挖。隧道開挖質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表3。表3質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法項目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢驗方法開挖進(jìn)尺要求滿足設(shè)計開挖進(jìn)尺要求。斷面允許偏差檢查部位允許超挖（mm）檢查頻率檢驗方法范圍點(diǎn)數(shù)拱部50（線性）100（最大）設(shè)計輪廓線5用尺測量邊墻50（線性）5用尺測量對拱部及掌子面滲水較大的地段，除通過超前預(yù)加固注漿堵水外，還需做好側(cè)溝疏排水系統(tǒng)。同時為方便后續(xù)施工或銃挖法，可在拱部及掌子面打設(shè)排水鉆孔。在鉆孔過程中，如果出現(xiàn)卡鉆、塌孔現(xiàn)象，可能是隧道地質(zhì)發(fā)生了變化，此時應(yīng)及時退鉆，然后采用往孔內(nèi)壓注漿液的方法，待漿液凝固后，再行開鉆；如果出現(xiàn)掉鉆頭、鉆桿斷裂的現(xiàn)象，可用打撈器取出。玻璃纖維錨桿施工過程中，為了防止注漿過程中發(fā)生串漿，每鉆完一個孔，隨即就安設(shè)該孔的錨桿并注漿，然后再進(jìn)行下一孔的施工。巖層破碎容易造成塌孔或鉆孔涌水量過大時，管棚或玻璃纖維錨桿施工應(yīng)采取套管跟管鉆進(jìn)，等錨桿安裝后，再抽拔套管。15

當(dāng)探測到掌子面前方為富含水或存在水囊時，應(yīng)立即停止上臺階開挖，將三臺階轉(zhuǎn)化為全斷面，然后采用掌子面深孔注漿進(jìn)行堵水，深孔注漿縱斷面見圖10。在整個掌子面上靠近開挖輪廓線環(huán)向注漿，共計2環(huán)90孔，注漿環(huán)距及孔間距均為1.0米，深孔注漿堵水之后，及時施作①108mm管棚及①42mm小導(dǎo)管超前支護(hù)，再進(jìn)行掌子面開挖。圖10深孔注漿縱斷面圖圖10深孔注漿縱斷面圖仞期支護(hù)鋼架一（僅為示意）仞期支護(hù)鋼架一（僅為示意）防水時閘門頂部工作位置固定墻10安全措施主要安全風(fēng)險分析河底隧道施工中，巖層破碎容易造成坍孔或鉆孔涌水量過大，需制定專項應(yīng)急預(yù)案。保證措施制定并建立完善的應(yīng)急預(yù)案體系，并按照1次/1月的頻率定期進(jìn)行演練，做到應(yīng)急有序，措施可靠，確保人民生命財產(chǎn)安全。大量涌水涌泥時首先要考慮的是如何防止泥水線的后延。較有效的辦法是在各通道口及重要部位加設(shè)防水閘門（見圖11），一旦發(fā)生涌水突泥災(zāi)害，人員撤圖中尺寸單位：cm離后可將防水閘門關(guān)閉，以阻擋災(zāi)害的曼延。 圖11防水閘門橫斷面圖高壓風(fēng)水管、高壓電纜從防水閘門上部跨過。防水閘門隨開挖工作面向前增設(shè)，從而將災(zāi)害的波及范圍降低到最小限度。防水閘門的主要目的是阻隔隧道涌水、突泥