隧道工程工序施工流程及控制要点模板.doc
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1、第1节 超前地质预报1、隧道超前地质估计预报关键内容隧道超前地质估计预报包含隧道所在地域地质分析和宏观地质预报、隧道洞身不良地质及灾难地质超前预报和重大施工地质灾难临警预报。(1)、地域地质分析和宏观地质预报关键预报开挖面前方围岩等级稳定性,立即修改设计,调整支护类型;预报洞内涌水量大小改变规律和对环境地质和工程影响。(2)、不良地质及灾难地质超前预报关键预报开挖面前方岩性改变和不良地质体范围、规模、性质,和突水、突泥、坍塌、岩爆、有害气体等灾难地质发生概率,提出施工预防方法;预报断层位置、宽度、产状、性质、破碎带物质状态、充水情况、稳定程度等,提出施工对策。(3)、重大施工地质灾难监警预报针
2、对开挖面前方有可能引发大规模突水、突泥、坍塌、冒落、变形、瓦斯爆炸等重大地质灾难建立临警预报系统,关键预报隧道洞身所经过深大富水断裂、富水向斜核部、富水砂层、软土、极软岩、煤系地层等,评判其危害程度,提出施工方案对策。总来讲,隧道超前地质估计预报关键针对以下方面开展:(1)、断层及其影响带和节理密集带位置、规模和性质;(2)、软弱夹层(含煤层)位置、规模极其性质;(3)、岩溶发育位置、性质及其规模;(4)、不一样岩类间接触面位置;(5)、采空区、废弃巷道分布及其和隧道空间关系;(6)、工程地质灾难可能发生位置和规模判定;(7)、隧道围岩等级改变及分界位置确定;(8)、不一样风化程度岩体分界;(
3、9)、不良地质体地质灾难发生可能性及程度(10)、隧道涌水位置、水压及水量判定。2、隧道施工期超前地质估计预报隧道施工期超前地质估计预报是一项系统性工作,应纳入施工工序。隧道施工期超前地质估计预报关键方法有:地质分析法、超前平行导坑(隧道)预报法、超前水平钻孔法、波反射法(包含TSP法、地质雷达法、HSP法、地振反射法、陆地声纳法)、红外线探水。隧道施工期进行超前地质估计预报关键目标为:(1)、确保隧道施工安全,降低因为揭露发育不规律管道岩溶产生大量突泥、涌水而带来损失;(2)、为动态设计、施工提供必需地质参数,如:地下水压力、水量、管道岩溶大小、方位及含煤地层瓦斯参数、断层及泥化夹层分布、岩
4、体性状等;做好地质超前预报能够节省大量资金。经过超前预报,掌握前方地质、地下水情况,有针对性地采取施工防范方法,能够有效降低事故发生,节省投资。(1)、地质分析法地质调查和推断是隧道地质超前预报最基础方法,能够随时进行,不干扰施工。其它预报方法解释应用,全部是在地质资料分析判定基础上进行。经过搜集和分析地质资料、地表具体调查、隧道内地质编录、地质素描、数码摄影、超前钻孔、涌水量估计等方法,了解隧道所处地段地质条件,经过对比、论证、推断,预报隧道施工前方工程地质、水文地质情况。地质分析法应用离不开施工前地表调查,施工前地表调查关键针对以下多个方面开展:、调查地表水文地质情况,关键是地表水系(水库
5、、泉井、溪流)位置标高、补给起源、流向等内容;、调查断层位置所在、产状和富水性;、调查岩层褶皱基础形态类型和轴面产状;、调查溶洞和暗河出入口位置,并分析其流径和隧道中心线空间关系。依据设计资料和地表勘查汇报,采取地面地质体投影法和断层参数估计法进行不良地质宏观预报。 施工期间,经过对洞内开挖面进行地质素描、涌水量动态改变长久观察统计,掌握地下水早期涌水量、衰减涌水量和稳定涌水量改变规律,综合分析地层、断层等结构和基岩裂隙水运动特点,查明地下水补给、径流及排泄路径,预报未开挖段水文地质情况。对隧道开挖前涌水量定量估计,往往和隧道开挖实际涌水量有一定差距,应进行对比分析,总结经验,提升预报水平。地
6、质分析法隧道施工期超前地质预报是最早开展,也是任何其它隧道施工期超前地质预报方法基础。洞内涌水观察掌子面素描地表调查洞内地质调查趋势分析结构相关性分析水文地质估计预报地质分析法超前地质估计预报程序框图(2)、超前平行导坑预报法在隧道内或隧道周围开挖一平行小断面导坑,对导坑施工揭露地质情况进行地质编录、素描、作图,综合分析其地层岩性、地质结构、水文地质情况,依据地质理论估计对应段隧道工程地质和水文地质条件,和可能发生地质灾难位置、性质、规模,并提出防治方法意见。超前平行导坑法最为直观,正确度很高,属于直接揭示法。经过直观地质情况,施工单位可提前了解主隧道开挖断面地质情况,方便采取对应工程防护方法
7、。其缺点是成本高,对施工影响大。 横断面 纵断面TBM导坑超前隧道施工技术TBM导坑超前施工方法能够看作是超前导坑预报法特例。TBM导坑超前隧道施工除起到超前地质估计预报作用外,还可起到其它辅助施工作用,关键可归纳为以下几点:、围岩调查,地质预报;、排水通道,改善围岩条件;、对不稳定地段进行事前加固;、爆破扩大时,起到掏槽作用;、可作为施工中风道。采取超前平行导坑进行隧道地质超前估计预报,应做好以下工作。、超前平行导坑施工所遇地质情况统计:包含边墙地质调查和掌子面地质素描;、必需测试试验(岩石、岩体声速测试和岩石强度试验等);、地质作图。关键是平面展示隧道穿越地层分布及产状、岩性、结构分布及产
8、状、不良地质体(带)分布、特殊地层分布及产状、洞内涌水及塌方点分布等;、按超前平行导坑和施工隧道平面关系,依据超前平行导坑所碰到水文、地质情况,经过计算、相关性分析,推测隧道将碰到地质情况。当隧道所处地域受结构运动变动较小时,这种方法估计正确性关键取决于平行导坑和主隧道间距。(3)、超前水平钻孔法超前水平钻孔法是用钻探设备向开挖面前方钻探,直接揭示隧道开挖面前方几十米地层岩性、岩体结构、结构、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、岩体完整程度等资料,还可经过岩芯试验取得岩石强度等定量指标,是超前地质预报中最直接方法。适适用于已经基础认定关键不良地质区段,尤其是在岩溶隧道超前地质预报中应用较多。采取此
9、方法不仅能够确定掌子面前方地质情况,而且能够起到探水作用。在钻探工艺方面,超前水平钻孔方向控制有一定技术难度,且施工速度慢、费用较高、对施工干扰较大,通常只在隧道部分关键区段、作为其它超前地质估计预报方法验证手段使用。依据钻孔长度不一样,又可分为长距离(80m)、中距离(4080m)、短距离(40m)三种;依据在钻孔过程中是否钻取岩芯,又分为取芯和不取芯两种形式。超前钻探布孔数量,视不良地质性质和可能发生施工地质灾难严重程度来决定。对于较大断层破碎带,部署1孔至多23孔即可达成预报目标;对于溶洞、暗河或岩溶淤泥带等可能突水区域,则以部署5孔为宜。布孔位置关键依据其它超前地质预报(通常为TSP法
10、、地质雷达法)结论来确定。(4)、波反射法波反射法关键利用声波、超声波、地震波及电磁波在地层中传输、反射,经过信号采集系统接收反射信号,判释隧道掌子面前方反射界面(断层、软弱夹层等)距隧道掌子面距离来进行隧道施工期超前地质预报。也是物理探测法进行隧道超前地质预报关键组成部分,应用较为广泛多个波反射法关键包含TSP法、电磁波反射法(地质雷达法)、声波反射法(HSP)、地震反射法、陆地声纳法等。 、TSP(隧道地震勘探)法现在中国采取地震波探测仪关键是引进TSP203超前地质预报系统,它利用地震波在不均匀地质体中产生反射波特征,来估计隧道掌子面前方及周围临近区域地质情况。采取TSP法进行超前地质预
11、报,通常在隧道一侧边墙部位,将一定数量(通常为24个)炮点按一定间距部署成一条直线,用少许炸药爆炸激发,爆炸产生地震波信号沿隧道方向以球面波形式传输,地震波在不一样岩层中传输速度不一样,当碰到地质界面时,诸如:断层破碎带、溶洞、大节理面等,一部分地震波将会反射回来,反射波经一段时间后抵达传感器时被仪器接收,经过计算软件分析前方围岩软硬情况、界面位置、界面和隧道轴线相交角度及距掌子面距离,初步测定岩石弹性模量、密度、泊松比等参数。经过专用分析软件得到反射波图像,经过对反射波特征分析,结合区域地质资料、观察地质资料能够确定隧道前方及周围区域地质结构位置和特征。TSP法隧道超前地质预报原理图实施TS
12、P法超前地质预报应严格按要求部署震源和接收传感器钻孔,并确保质量,尤其时孔距。TSP法关键技术指标为:1)、探测距离通常为掌子面前方300500m;但有效预报距离通常为掌子面前方100m左右,操作人员水平较高时可估计150200m;2)、最高分辨率可达成1m地质体;3)、解译技术是TSP实现超前地质预报最关键技术,也是难度最大技术。预报精度、正确度和操作人员解译水平相关,对水平较高人员而言,对不良地质体位置预报精度可达90、规模预报精度可达85。TSP法超前地质预报能预报以下内容:1)、预报隧道掌子面前方断层破碎带、软岩、岩溶陷落柱等不良地质体性质、位置和规模;2)、预报涌水量较大富水地质体和
13、废弃老窑、采空区等存在、位置和规模;3)、预报煤系地层边界和其中煤层、富水砂岩;4)、粗略预报围岩等级;5)、定性地预报发生塌方、突泥突水等施工灾难危险性。、地质雷达法(电磁波反射法)地质雷达法是经过天线向前方发出电磁波,利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行扫描,以确定其内部结构形态和位置电磁技术。电磁波经过天线发射,碰到不一样阻抗界面(如断层、溶洞等)时,将产生反射,经天线接收。接收机利用分时采样原理和数据组合方法,把天线接收信号转化为数字信号,主机系统再将数字信号转化为模拟信号或彩色线迹信号,并以时间剖面形式显示。它对断层、岩脉、含水带、岩溶洞穴等全部有很好反应,探测
14、距离通常为20米左右,且易受隧道洞内机械、管线干扰。地质雷达法被认为是现在分辨率最高地球物理方法,在超前地质预报中关键是配合地震反射法(TSP法)使用。试验表明,采取地质雷达对隧底、边墙、隧顶外围岩不良地质探测效果最好,在超前平行导坑中应用可对正洞起到超前地质预报作用,、HSP(水平声波反射)法HSP(水平声波法反射)法是向岩体中辐射一定频率声波,当声波传输路径中存在两种不一样介质界面时,声波将发生折射、反射,频谱特征发生改变,经过探测反射波信号,求得传输特征后,便可了解前方岩体特征。HSP法是在隧道掌子面后两侧边墙脚按一定间距(13m)各部署一排浅孔(612个),孔深13m,下倾2040。一
15、侧浅孔采取电火花源进行声波发射;另一侧浅孔中安设接收换能器,接收声波发射源发射经隧道底围岩传到直达波和经隧道掌子面前方界面(断层、岩性分界面等)反射回来声波信号。利用直达波速度和反射波走时计算确定隧道掌子面前方界面距掌子面距离。HSP法关键对断层、岩层面、岩脉反应很好,可预报100m远。HSP法还有其它变通部署方法,视具体探测难易程度而有所改变。探测工作在开挖工作面装炸药同时进行,所以不占用开挖工作面工作时间。上述部署方法因为其脱离了开挖工作面,对施工干扰小,而且将发射源及接收换能器置于浅孔中,所以有以下显著优点:1)、便于使发射波在直达波、面波延续相位之外,所以反射波不易受直达波、面波干扰,
16、统计面貌清楚,提升了信噪比,同时反射波时域同相轴、频域频差“同相轴”显著;2)、统计直达波、面波、侧面波皆呈双曲线形态,反射波形态和开挖面上反射形态类似,图像直观,便于识别反射波;3)、避开了开挖松动带影响,降低了高频衰减,十分有利于提升频率较高声波反射法探测距离精度;4)、钻孔增加了测试部署横向宽度,从而提升了对前方反射面空间定位精度;5)、采取了(1-3)kHz较高主频,提升了对前方反射面空间定位精度;、地震反射法(负视速度)地震反射法是将常规地震勘探中钻孔垂直地震剖面法应用于水平状态隧道中,含有显著方向特征,开挖面前方反射信息不受周围干扰,识别不良地质体界面正确度高,预报距离可达100m
17、以上,对施工干扰很小。其基础原理是:在隧道掌子面后一定距离,沿边墙部署一排纵向排列地震检波器,在远离掌子面一端合适处部署地震激发点;激发点激发时产生地震波信号在围岩中传输,当有断层或岩层变层界面时产生反射波,返回信号被接收点检波器接收,其反射波将首先抵达排列末端距离掌子面最近检波器,其传输速度成为负视速度。利用这一特征能够有效地识别反射波,由此可确定反射界面位置;对纵、横波共同分析还可了解反射界面两侧岩性、密实程度改变。地震反射法隧道超前地质预报工作示意图、陆地声纳法陆地声纳法实质是陆上极小偏移距高频宽幅弹性波反射连续剖面法。该法是在掌子面上锤击(或爆炸、电火花)激发弹性波,并在距激发点很近地
18、地方(2030cm)接收反射波,统计反射波抵达时间,就很轻易求得反射面至测量点位置。适适用于对断层、岩脉、岩溶洞穴等不良地质体地质预报。测量剖面设在掌子面上,检波器用黄油耦合,用手紧按在岩面上。(5)、红外线探水在隧道中,围岩每时每刻全部在向外部发射红外波段电磁波,并形成红外辐射场。岩层在向外部发射红外辐射同时,肯定会把它内部地质信息传输出来。干燥无水地层和含水地层发射强度不一样红外辐射。地下水活动会引发岩体红外辐射场强改变,红外探测仪经过接收岩体红外辐射强度,依据围岩红外辐射场强改变来确定掌子面前方或洞壁四面是否有隐伏含水体。该方法测量快速、施工干扰小,有较高定性判别正确率,但无法预报水量和
19、含水体潜伏具体位置等定量指标。总体而言,多种超前地质估计预报方法全部有其本身优、缺点,没有哪一个物探方法是万能。在实际实施中,应以地质法为基础,以综合物探方法(采取两种以上可互补物探方法)进行超前地质估计预报,不仅是克服单一物探方法多解性关键手段,而且多个方法之间还能够相互对比验证、优势互补,以取得满意预报效果。第2节 隧道洞口施工1、洞口地段施工注意事项(1)、在场地清理作施工准备时,应先清理洞口上方及侧方有可能滑塌表土、灌木及山坡危石等。(2)、洞口施工宜避开雨季和融雪期。 (3)、洞口部分圬工基础必需置于稳固地基上。 (4)、洞门拱墙应和洞内相邻拱墙衬砌同时施工连接成整体,确保拱墙连接良
20、好。(5)、洞口段洞身施工时,应依据地质条件、地表沉陷控制和保障施工安全等原因选择开挖方法和支护方法。(6)、洞门完成后,洞门以上仰坡脚受破坏处,应立即处理。 2、洞口施工方法(1)、洞口段围岩为级以下,地层条件良好时,通常可采取全断面直接开挖进洞。(2)、洞口段围岩为IV级,地层条件很好时,宜采取正台阶法进洞(不短于20m区段)爆破进尺控制在1.52.5m。(3)、洞口段围岩为级,地层条件较差时,宜采取上半断面长台阶法进洞施工。(4)、洞口段围岩为级以上,地层条件差时,可采取分部开挖法和其它特殊方法进洞施工。第3节 洞身施工1、全断面开挖法全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖成型,再施做支
21、护和衬砌隧道开挖方法,通常适适用于地质条件很好级围岩,也可用在单线铁路隧道级围岩地段。全断面法可采取大型机械作业,施工组织单一,掘进进度快,正常进度在150200m/月。 隧道机械化施工,有三条关键作业线,见下表。作业线采取大型机械设备开挖作业线钻孔台车、装药台车、装载机配合自卸汽车(无轨运输时)、装渣机配合矿车及电瓶车或内燃机车(有轨运输时)喷锚作业线混凝土喷射机、混凝土喷射机械手、喷锚作业平台进料运输设备及锚杆灌浆设备模筑衬砌作业线混凝土拌和作业厂、混凝土输送车及输送泵、施作防水层作业平台、衬砌钢模台车(1)、施工特点、开挖断面和作业空间大、干扰小;、有条件充足使用机械,降低人力;、工序少
22、,便于施工组织和管理,改善劳动条件;、开挖一次成形,对围岩扰动少,有利于围岩稳定。 2、台阶法台阶开挖法是将隧道设计断面分两次或三次开挖,台阶间控制一定距离,采取各台阶同时并进隧道开挖工法。两台阶法通常见在级围岩,也可用在单线铁路隧道级围岩地段。台阶法种类较多,可依据围岩条件合理选择。依据台阶长度不一样,划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。 施工中采取哪一个台阶法,要依据两个条件来决定,第一是对早期支护形成闭合断面时间要求,围岩越差,要求闭合时间越短,第二是对上部断面施工所采取开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小要求。(1)、长台阶法 长台阶法开挖断面小,有利于维持开挖面稳定,适用范
23、围较全断面法广,通常适适用于地质条件较差,级围岩。(2)、短台阶法 短台阶法适适用于地质条件差、V级围岩,台阶长度定为1015m,即12倍开挖宽度,关键是考虑拉开工作面,降低干扰,所以台阶长度不宜过短。短台阶法可缩短支护闭合时间,改善早期支护受力条件,有利于控制围岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大,不能全部平行作业。(3)、微台阶法适适用于、V级围岩,通常为35m台阶长度。微台阶法上下断面相距较近,机械设备集中,作业时相互干扰大,生产效率低,施工速度慢。3、环形开挖留关键土法环形开挖预留关键土法是先开挖上部弧形导坑断面并预留关键土平台,再开挖下部两侧边墙、中部关键土隧道开挖工法。通常
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