底隧道施工工艺工法

河底隧道施工工艺工法 QB/ZTYJGYGF-SD-0502-2011 第

五工程有限公司 李海平

1 前言 1.1 概况

水下隧道的发展可以追溯到公元前 2180?前2160年的古巴比伦，那时候古巴比 伦就已经修建了一条穿越幼发拉底河的人行隧道。近代水底隧道始建于英国， 年英国在伦敦动工修建连接泰晤士河两岸的人行隧道。

我国是世界上隧道修建数量最多的国家，隧道修建总长度也是世界之最。进入 二十一世纪以来，在中国水下隧道的建设领域呈现出了迅猛发展的态势。随着黄河、 长江流域及沿海地区地下空间的开发，海底隧道的相继修建，如南水北调穿黄工程、 武汉长江隧道、浏阳河隧道、厦门海底隧道等，这些重大工程的先后开工，表明我国 隧道施工开始进入穿越大江大河和海洋的时代。

在工程领域，地下工程安全风险高于其他工程是一个公认的事实，而在地下工 程中，水下隧道施工的安全风险又被认为是极高的。 一旦出现大面积涌水或冒顶， 其 后果将是灾难性的。

水下隧道的修建方法呈现多样性发展，以国内目前正在施工的隧道为例，广深 港狮子洋隧道采用盾构法施工， 一般地铁过江隧道采用盾构法施工， 厦门翔安海底隧 道、青岛胶州湾海底隧道均采用钻爆法施工， 广州生物岛的两个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时则采用围堰明挖法施工。

本工法主要根据武广铁路客运专线浏阳河隧道的施工经验编写，介绍“掌子面 预加固+铣钻法 +全包型防水”等方法综合应用的一种工法。

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1.2 工艺原理

隧道施工关键技术是防突泥突水，选择合理的开挖和支护形式。面对高风险隧 道，未来隧道及地下工程施工技术发展的一个方向是：不断完善隧道综合支护技术， 深入研究掌子面超前预加固， 并利用水平旋喷技术对拱部进行预加固； 施工开挖采用 铣挖、盾构等机械法施工。

本工法适应的工艺核心技术及管理方面的工作原理如下：

1.2.1 管棚加打小导管预支护防坍塌。

1.2.2 玻璃纤维锚杆加固掌子面，防止掌子面失稳。

1.2.3 以铣挖为主，弱爆破辅助施工，减少对围岩扰动，尽量保护围岩完整性。

1.2.4 根据不同的围岩选择铣挖与弱爆破法组合，确定合理进尺。 1.2.5 根据监控量测数据，确定合理的工序间距。 1.2.6 合理选配精良的机械设备配套，专业的操作人员。 2 工艺工法特点

2.1 主要适用于岩石强度较低且节理裂隙发育的地层， 特别适用于大断面软弱围 岩隧道及

隧道变形控制要求严等特殊要求的地段。

2.2 掌子面超前预加固，可以实现大断面机械化施工。

2.3 可提高开挖进尺，加快施工进度，同时，将对围岩的扰动降至最低，提高了 隧道的开

挖质量；

2.4 在开挖方法上选用铣挖设备配套机械开挖与弱爆破法相结合， 与其它非爆破 法开挖机

械相比，如盾构、掘进机，成本较低，经济性较好。

2.5 采用全新的自粘式防水材料对隧道进行全封闭防水处理。 2.6 先进性体现在能做到安全可控，开辟了新的施工方法。 3 适用范围

本工法适用的工程对象为大断面、浅埋、软弱围岩的过水底隧道及地表有敏感 建筑物的地下隧道施工。

4 主要引用标准

4.1《高速铁路隧道工程施工技术指南》 （铁建设【 2010】241号）、《铁路隧道工 程

施工技术指南》（TZ204）、《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417、《铁路工 程测量规范》（TB10101）、《公路隧道施工技术规范》（JTG F60 ）、《公路工程质量检 验评定标准》（JTG F80/1 ）。

4.2 其他河底隧道施工方面的参考资料。 5 施工方法

河底隧道施工，应积极引进和推广新技术、新材料、新装备、新工艺，按无轨 装碴运输的模式组织施工，严格遵循“先预报、管超前、预加固、短开挖、强支护、 早封闭、勤量测”的施工原则，组织大型机械配套施工，以防坍塌、防涌水突泥为防 范重点。施工中，可采用全封闭预加固、铣挖法、全封闭防排水等多种先进技术相组 合的技术体系，实现围岩软弱、穿越河底、地表敏感建筑物等地段的安全快速施工。

施工中，首先应根据围岩情况优选施工方法，并合理确定的隧道开挖步长。大 断面的河底隧道开挖断面，推荐采用三台阶或三台阶临时仰拱法，当围岩地质条件差、 掌子面出现较大渗水时，可及时调整台阶高度和长度。下面就“三台阶七步法” 行隧道穿越河底段相关施工介绍

系统径向锚杆

二次衬砌

初期支护

，进

5 4

隧 道 中 线

钢架未示全

边墙墙脚线

支护钢架

③

r

④'

锁脚钢管

4 4 2

4

423

⑥

3

8

⑦

3

7 5 7

1

隧底填充 仰 拱 初期支护

-

6 8

5 1f . 一|6] 6 | 1

图1河底段“三台阶七步法意图施工步序图 <10 3 3?5 施工顺序：

5.1第一步：超前地质预报。采用长、中、短距离的综合超前地质预报的方法， 对隧道前方

进行详细的地质探测。

5.2第二步：施作超前支护及掌子面预加固。

5.2.1施作? 108mn超前长管棚：管棚钢管长度18m 12m/环，两环之间搭接长度 6m 环向

间距40cm,环向共45根。

5.2.2施作? 42mm超前小导管：超前小导管配合钢架使用，其纵向搭接长度玄 1.0m,环向

间距40cm,环向共45根。

5.2.3施作? 25mm玻璃纤维注浆锚杆:18m长①25中空玻璃纤维注浆锚杆,1.5m x 1.5m梅

花型布置，纵向间距12m一环，搭接6m

5.3第三步：采用三台阶七步法进行开挖 。

5.3.1①部上台阶开挖：每循环进尺0.8?1m可采用悬臂掘进机环形预切槽与弱 爆破法相结

合的方式进行开挖，或采用弱爆破法进行开挖，挖掘机出碴。

5.3.2中台阶中部②部拉槽开挖，待上台阶支护完成 3?5m时进行。

5.3.3中台阶左侧③部开挖，待②部开挖完成 6m时进行。 5.3.4中台阶右侧④部开挖，待③部左侧部分的支护完成

6m时进行。

5.3.5下台阶⑤、⑥、⑦部开挖，下台阶支护成型后进行，步序同中台阶施工。 536仰拱施工必须紧跟，与下台阶开挖距离保持在 10m左右。

5.4第四步：按照“先仰拱、后拱墙”的顺序组织衬砌施工，仰拱采用简易栈桥进 行整体浇

注，拱墙砼利用10.2m长的液压模板台车施工。砼由拌合站集中拌制，输送 车运输，泵送入模。

因考虑到河底段隧道施工安全可控，做以下强制性规定：

（1）上台阶掌子面与仰拱

工作面距离，控制在30m以内；（2）仰拱及填充施工紧跟仰拱开挖，组织安排 5m/1组; （3）下穿河底段、下穿地表敏感建筑物群时，应在地表做好线路走向标识，并埋设多 点位移计、土压力盒，实时监测地表沉降情况。

6工艺流程及操作要点 6.1施工工艺流程

图2河底段施工工艺流程图

6.2操作要点

6.2.1施工中的通风与排水

1施工通风，可采用长管路压入式通风，充分利用通风竖井、施工竖井、斜井 等辅助通

道，做好通风排烟工作。

2施工排水根据各工作面设计的线路反、顺坡情况分别采取机械管道式分段接 力排水或

自然排水的方式，并在辅助坑道（竖井、斜井等）、隧道标高最低点设置临 时集水泵房。

6.2.2综合超前地质预报

1提前探知前方地质情况是否与设计相符，可采取长、中、短距离多种地质预

报方法相结合、相互验证的方法进行。长距离(TSP20— 150m —中距离(地质钻孔 —50m —短距离(地质素描法、红外线超前探水法、地质雷达一

5?30m )。

TSP预测

2隧道预测预报程序。在地质素描的基础上，首先应用探测距离较远的