隧道工程課件：隧道輔助施工方法

隧道輔助施工方法本章內(nèi)容提要本章教學(xué)目標(biāo)：掌握隧道輔助施工方法的類型及適用條件。掌握超前支護(hù)、超前加固、注漿加固與堵水的作用機(jī)理；掌握超前核心土對隧道開挖面穩(wěn)定性的作用及干預(yù)措施；熟悉超前支護(hù)、超前加固、注漿的具體措施及適用條件。輔助施工方法概述1超前加固注漿加固與堵水超前支護(hù)本章內(nèi)容提要施工排水與降水2345其他輔助施工工法6本章小結(jié)7輔助施工方法概述1輔助施工方法概述一采用目的隧道設(shè)計(jì)和施工主要需要處理好圍巖和地下水兩大問題，通常在圍巖自穩(wěn)性差、地下水豐富就需要采用各種輔助施工方法進(jìn)行處理。

隧道輔助施工方法：圍巖穩(wěn)定措施（圍巖支護(hù)措施、圍巖加固措施）與涌水處理措施（排水措施、止水措施）。隧道坍塌隧道涌水隧道開挖面失穩(wěn)輔助施工方法概述一輔助施工工法分類隧道主要輔助施工方法分類（圍巖穩(wěn)定措施）輔助施工方法概述一隧道主要輔助施工方法分類（涌水處理措施）超前支護(hù)2超前支護(hù)二2.1作用機(jī)理及適用范圍超前支護(hù)：是指預(yù)先設(shè)于隧道開挖輪廓線外一定范圍的支護(hù)，通過其自身強(qiáng)度或與已經(jīng)完成的后方支架共同作用組成的支護(hù)系統(tǒng)，其作用是在隧道開挖后至初期支護(hù)結(jié)構(gòu)完成前的時(shí)段內(nèi)，承載臨空段的巖體，維持隧道開挖面的穩(wěn)定，保證施工安全和周圍環(huán)境安全。超前支護(hù)二超前支護(hù)受力模式隧道開挖過程中超前支護(hù)受力圖超前管棚支護(hù)受力模型超前支護(hù)作用機(jī)理梁效應(yīng)拱效應(yīng)超前支護(hù)效應(yīng)強(qiáng)化圍巖效應(yīng)超前支護(hù)的拱效應(yīng)超前錨桿、超前小導(dǎo)管、超前管棚、超前管幕等支護(hù)措施，一般以鋼架作為尾部支點(diǎn)，與鋼架組成聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)超前支護(hù)二2.2超前錨桿

超前錨桿：是在開挖面周邊將錨桿順開挖方向小角度打設(shè)，將節(jié)理發(fā)育的巖體串聯(lián)在一起阻止巖塊沿裂隙面滑移，從而在隧道周邊形成一定厚度的承載環(huán)，防止周邊圍巖變形過大而坍塌。超前錨桿布置示例超前支護(hù)二2.3超前小導(dǎo)管

超前注漿小導(dǎo)管是在開挖前沿隧道周邊向前方圍巖打入帶孔小導(dǎo)管，并通過小導(dǎo)管向圍巖壓注起膠結(jié)作用的漿液，待漿液硬化后，隧道周邊巖體就形成了有一定厚度的加固圈。超前小導(dǎo)管布置示例（單位：cm）小導(dǎo)管構(gòu)造（單位：mm）超前支護(hù)二2.4超前管棚

超前管棚是在隧道開挖前，將一系列鋼管（導(dǎo)管）順?biāo)淼垒S線方向沿隧道開挖輪廓線外排列布置形成的鋼管棚，與鋼架連接形成縱橫向的支護(hù)體系。大管棚（D>300mm）鋼管直徑大小小管棚（D<129mm）中管棚（D=129～300mm）我國通常選用直徑為108mm鋼管作為管棚預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)管棚分類桿體構(gòu)造超前支護(hù)二長管棚（L>6m）按鋼管長度短管棚（L<6m）注漿管棚按鋼管中注漿與否不注漿管棚搭接管棚按管棚與否有搭接接頭不搭接管棚單層管棚按鋼管布置層數(shù)雙層管棚雙層管棚管棚施工超前支護(hù)二按管棚施工是否帶有工作室又可分為兩類。帶有工作室的管棚縱向設(shè)置形式超前支護(hù)二布置形式

超前管棚一般是沿隧道斷面周邊的一部分或全部，以一定的間距環(huán)向布設(shè)，沿縱向搭接，以形成管棚群。超前管棚設(shè)置形式（管棚群）扇形布置半圓形布置門形布置全周形布置拱墻布置雙層布置一字型布置超前支護(hù)二2.5超前管幕

超前管幕是利用較大直徑的鋼管在地下密排并相互咬合預(yù)先形成鋼管帷幕，然后在此鋼管帷幕的保護(hù)下進(jìn)行隧道開挖。超前管幕支護(hù)鋼管幕環(huán)向鎖口連接常見的鎖口類型超前支護(hù)二港珠澳大橋拱北隧道拱北隧道管幕泥水平衡頂管機(jī)管幕布置超前支護(hù)二2.6機(jī)械預(yù)切槽

機(jī)械預(yù)切槽是在開挖工作面之前，用特制的鏈?zhǔn)綑C(jī)械切刀沿隧道斷面周邊連續(xù)切割出一條厚約數(shù)十厘米深數(shù)米的窄槽，同時(shí)應(yīng)用和切刀一體化的混凝土灌注設(shè)備注入混凝土，從而形成一個(gè)連續(xù)的起預(yù)先支護(hù)作用的混凝土殼體。預(yù)切槽施工示意圖現(xiàn)場切槽超前支護(hù)二2.7超前水平旋噴樁

超前水平旋噴樁是以高壓泵為動力源，將配置好的水泥漿液噴射到土體內(nèi)，將一定范圍的土體切削、攪拌、混合，待漿液凝固后形成的水平圓柱形的水泥土固結(jié)體（樁）。全斷面水平旋噴樁（胡麻嶺隧道）福州市湖東東路隧道超前水平旋噴樁示意圖超前加固3超前加固三開挖面失穩(wěn)機(jī)理3.1作用機(jī)理及措施分類

隧道開挖形成的臨空面會使得開挖面失去原本的約束，三向應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽?yīng)力狀態(tài)。開挖面上方松散土體荷載q將全部作用在開挖面上，將可能造成開挖面的滑動乃至坍塌。隧道開挖面應(yīng)力狀態(tài)隧道開挖面失穩(wěn)機(jī)理超前加固三開挖面穩(wěn)定性干預(yù)措施保護(hù)性干預(yù)措施保護(hù)性干預(yù)措施加固性干預(yù)措施加固性干預(yù)措施超前支護(hù)超前核心土加固超前加固三3.2超前玻璃纖維錨桿加固

玻璃纖維錨桿是一種以合成樹脂為粘結(jié)劑，合成纖維為主要增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。玻璃纖維錨桿（構(gòu)件）加固超前核心土玻璃纖維錨桿（構(gòu)件）桿體構(gòu)造形式超前加固三3.3地層凍結(jié)加固凍結(jié)法的基本原理是利用人工制冷技術(shù)，使制冷劑（或冷媒劑）通過凍結(jié)管使土體降溫，土層的水冷卻降溫凍結(jié)成冰，原始土層轉(zhuǎn)化為凍土層，以達(dá)到增強(qiáng)土體強(qiáng)度、隔絕地下水的效果。地鐵聯(lián)絡(luò)橫通道管幕凍結(jié)法注漿加固與堵水4注漿加固與堵水四4.1注漿擴(kuò)散機(jī)理

滲透擴(kuò)散劈裂擴(kuò)散裂隙填充擠壓填充注漿是將注漿材料按一定配合比制成的漿液，通過一定的方式壓入隧道圍巖或襯砌背后的空隙中，經(jīng)凝結(jié)、硬化后起到堵水和加固圍巖作用的一種輔助施工方法。注漿漿液在地層中的擴(kuò)散機(jī)理主要表現(xiàn)為四種：滲透擴(kuò)散、劈裂擴(kuò)散、裂隙填充、擠壓填充。注漿加固與堵水四4.2注漿方案

全斷面預(yù)注漿（超前全斷面帷幕注漿）：在富水地段或軟弱地層采用該方案進(jìn)行加固和堵水，主要加固隧道開挖輪廓線以外的一定范圍以及隧道開挖面前方。全斷面預(yù)注漿鉆孔布置現(xiàn)場實(shí)例注漿加固與堵水四超前帷幕注漿：在富水地段（即涌水量較大，但水壓不大，且圍巖有一定自穩(wěn)能力的地層），可采用該方案進(jìn)行加固和堵水，主要加固隧道開挖輪廓線以外的一定范圍超前周邊注漿超前帷幕注漿超前周邊注漿：在水壓和水量較小、圍巖有一定自穩(wěn)能力的地層或作為全斷面預(yù)注漿和超前帷幕注漿后的補(bǔ)充注漿，主要加固隧道開挖輪廓線周邊一定范圍圍巖，通常與超前小導(dǎo)管聯(lián)合使用范圍注漿加固與堵水四

超前局部注漿：針對隧道開挖面前方個(gè)別出水點(diǎn)、局部軟弱巖土體進(jìn)行堵水或加固，在隧道開挖前使某一特定范圍形成注漿固結(jié)體。

徑向注漿：隧道開挖后，當(dāng)初期支護(hù)出現(xiàn)大面積滲漏水或支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大時(shí)，為了控制涌水量和防止固體物質(zhì)流失、進(jìn)一步加固巖體，而垂直于初期支護(hù)表面進(jìn)行的注漿。

超前局部（拱部）注漿鉆孔布置徑向注漿注漿加固與堵水四

4.3注漿設(shè)計(jì)注漿材料注漿材料在很大程度上直接影響到堵水防滲和固結(jié)的效果，并關(guān)系到注漿工藝、工期及工程費(fèi)用。常用的注漿漿液有：水泥漿液超細(xì)水泥漿液水泥—水玻璃漿液各種化學(xué)漿液(如鉻木素、聚氨酯、丙凝)等。填充孔隙堵水堵水加固圍巖圍巖內(nèi)空腔填充加固圍巖圍巖內(nèi)導(dǎo)水構(gòu)造填充注漿加固與堵水四

注漿孔位布置注漿孔布置示意圖雙碑隧道翔安海底隧道注漿加固與堵水四4.4注漿施工較為常見的是在隧道掌子面進(jìn)行注漿；如果隧道埋深較淺，則注漿作業(yè)可在地面進(jìn)行；對于深埋長大隧道可利用輔助平行導(dǎo)坑對正洞進(jìn)行預(yù)注漿，這樣就可以避免與正洞施工的干擾，縮短施工工期。地表超前注漿平導(dǎo)超前注漿洞內(nèi)超前注漿施工排水與降水5施工排水與降水五隧道開挖過程中，當(dāng)?shù)叵滤惠^高，且地下水較豐富，地下水的滲流危及隧道施工安全時(shí)，可以考慮采用適當(dāng)?shù)呐潘胧┡懦叵滤?，使隧道施工作業(yè)在無水或者少水的環(huán)境下安全地進(jìn)行。掌子面超前排水管管棚過斷層帶高位排水施工排水與降水五5.1超前排水

超前鉆孔和超前導(dǎo)坑一般設(shè)置在隧道主洞兩側(cè)，位置略低于隧道開挖底面的高程。超前鉆孔排水宜昌—萬州(宜萬)鐵路馬鹿箐隧道超前導(dǎo)洞排水?dāng)⒋箬F路泄水方案施工排水與降水五5.2井點(diǎn)降水

井點(diǎn)降水一般是隧道施工期間在地表靠近隧道兩側(cè)或洞內(nèi)埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管（井），利用抽水設(shè)備抽水，降低地下水位的一種方法。

地表井點(diǎn)降水地表深井降水（胡麻嶺隧道）洞內(nèi)井點(diǎn)降水重力負(fù)壓深井降水（胡麻嶺隧道）其他輔助施工工法6其他輔助施工工法六6.1臨時(shí)封閉和臨時(shí)支撐包括開挖面臨時(shí)封閉、臨時(shí)仰拱封閉、臨時(shí)構(gòu)件支撐等。臨時(shí)仰拱封閉臨時(shí)構(gòu)件支撐開挖面臨時(shí)封閉其他輔助施工工法六6.2地表加固地表砂漿錨桿從地面沿隧道開挖方向向拱頂部位布置豎向錨桿，防止隧道開挖時(shí)地面沿其滑移面沉降的一種預(yù)支護(hù)方法。地表砂漿錨桿布置示意圖其他輔助施工工法六地表注漿加固防止隧道開挖引起地表大量沉降及開裂造成塌方。防止隧道建成后地表水沿沉降裂縫大量灌入隧道結(jié)構(gòu)范圍附近，造成結(jié)構(gòu)防水的困難。隧道地表加固孔布置及加固范圍示意其他輔助施工工法六墻式遮擋在隧道兩側(cè)（或一側(cè)）從地表向下打入板樁，形成遮擋壁，以限制因隧道開挖造成圍巖松弛的范圍傳到遮擋壁意外，從而保證地表建筑物的安全。墻式遮擋示例本章小結(jié)7本章小結(jié)七1輔助施工方法概述隧道主要輔助施工方法分類（圍巖穩(wěn)定措施）本章小結(jié)七隧道主要輔助施工方法分類（涌水處理措施）本章小結(jié)七2超前支護(hù)作用機(jī)理：梁效應(yīng)、拱效應(yīng)、強(qiáng)化圍巖效應(yīng)種類：超前小導(dǎo)管，超前錨桿，超前管棚，超前管幕，機(jī)械預(yù)切槽，超前水平旋噴樁各類支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)及布置形式3超前加固作用機(jī)理：保護(hù)性干預(yù)措施、加固性干預(yù)措施種類：超前玻璃纖維錨桿加固，地層凍結(jié)加固，超前管棚，超前管幕，機(jī)械預(yù)切槽，超前水平旋噴樁各類超前加固措施的技術(shù)原理及特點(diǎn)本章小結(jié)七4注漿加固與堵水注漿擴(kuò)散機(jī)理：滲透擴(kuò)散、劈裂擴(kuò)散、裂隙填充、擠壓填充注漿方案：全斷面預(yù)注漿、超前帷幕注漿、超前周邊注漿、超前局部注漿、徑向注漿注漿設(shè)計(jì)與施工5施工排