隧道工程辅助施工措施范文1
关键词：浅埋 富水 隧道 洞口段 施工技术
通过对山岭隧道的现场实地调查，隧道洞口段常存在以下特点：
1、隧道洞口段接近地表，受长期自然侵蚀作用，地质条件复杂，岩体风化严重，结构松散破碎，强度较低。洞口位于低洼地段时，隧道洞口经常处于堆积体或滑坡体上，其自身稳定性较差；或者隧道洞口地质条件尚好，但地形陡峭，因长期风化作用，洞顶上方可能存在危石，也有可能发生崩坍。
2、隧道洞口处地形条件较复杂，当隧道线路与地形等高线正交时，隧道进洞的地形条件最好，洞口边坡刷坡量小，隧道结构受力对称，此时需要重视隧道洞口仰坡的稳定性；当隧道线路与地形等高线斜交时，洞口地形条件对隧道进洞施工很不利，往往一侧边坡开挖量较大，边坡稳定性需要特别重视，可能需要设置明洞。对于极端的情况，如洞口局部范围线路与地形等高线近似平行，此时需要设置大拱脚的明洞，或者在较低侧设置桩基础。
3、隧道洞口段常位于堆积体或滑坡体上，存在大范围的卵石层或黏土层，特别常见土夹石地层和明显的地质分界面，当分界面与隧道线路走向和岩层走向处于不利组合时，给进洞施工带来较大安全隐患。隧道洞口局部若处于冲沟底部，则极可能存在季节性水流，地下水较丰富，这些都给隧道进洞施工带来困难。
隧道与高边坡连接、桥隧相连，特别是在陡坡、软岩、浅埋、偏压、富水或者雨季施工等不利条件下，安全进洞问题更为突出。按照《公路隧道施工技术规范》的“早进洞、晚出洞”施工原则组织实施，但施工过程中往往由于刷坡拉槽引起山体边仰坡失稳，甚至出现大滑坡。按照“早进洞，晚出洞”的施工原则规范施工，合理选择洞口位置和进洞方案，正确安排施工顺序，并借助一些辅助施工措施提前进洞，就能有效解决洞口的工程病害问题，保护洞口生态环境和边仰坡稳定，降低洞口防护成本。
一、借助辅助施工措施“早进洞”
辅助施工措施如超前大管棚、超前锚杆、回填稳定土、注浆加固等形成稳定土体，有助于进洞。辅助施工措施的核心关键在以下几点：
施工中尽量减小对原地表植被的破坏，以保护土体稳定；
减少开挖量，特别是避免山体清方大开挖；
采取自上而下分层开挖，先支护、后开挖，以减少高边坡威胁；
开挖时，除非必要，一般不采用爆破作业，如必须采用爆破作业，只能采取局部松动爆破，且严格控制装药量。
隧道洞口存在地层滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害时，应先治理，再进洞；
二、正确安排施工顺序
合理的施工顺序是进洞成败的关键，先采用必要的辅助施工措施，加固稳定好洞门土体后，再开挖进洞，可保证安全，有效避免洞门变形或坍塌的发生。实践证明，这些措施对保障进洞安全是非常有效的。施工顺序如下：
1、洞顶截水沟开挖砌筑及洞口排水施工；
2、边仰坡刷坡开挖；
3、掌子面封闭，采取必要辅助施工措施加强支护
4、开挖支护进洞
三、实例分析
灯火寨隧道进口位于福建省漳州市角美镇田里村境内。洞口段（左线ZK20+633，右线YK20+640）为浅埋富水V级围岩段。
3.1 工程地质情况
进洞口山坡坡率较缓，不存在明显偏压，主要由强风化凝灰岩和坡积土组成，仰坡上部为厚1.70-6.20m厚的残坡积土，下部全、强风化岩层，岩体节理裂隙极发育，岩体极破碎，为极软岩，仰坡稳定性较差，易产生局部滑塌或掉块现象。
3.2 水文地质情况
本区气候属南亚热带海洋性季风气候，温暖湿润多雨，四季不甚分明，每年5至9月为雨季，11月至次年3月为旱季，7至9月为台风季节。进口段降雨时孔隙水发育，平时水量较少，雨季淋雨状出水。
3.3 按照“早进洞，晚出洞”的施工原则，合理安排施工顺序
3.4 边仰坡支护
本例中边仰坡采用锚、网、喷支护。坡面成型后，采用人工风钻钻锚杆孔，孔径不小于40mm，角度与坡面垂直，深度3米，钻孔完毕后清孔，采用注浆机注浆，安装锚杆，铺设钢筋网，网片与锚杆焊接或绑扎在一起，最后采用湿喷机喷射C20砼至设计厚度。
3.5 套拱基础及套拱施工
1．套拱基础开挖后人工进行清理，将基底浮碴、杂物清理干净，采用木板安装基础模板，基础宽1.2米，高0.5米，长度与套拱相同为2米。
2. 套拱施工
（1）立拱
3.6 管棚钻孔、安装、注浆
1、钻孔
钻孔采用管棚钻机进行，钻机平台的高度根据钻机的可调控范围以及钻孔顺序进行确定，由于钻机钻孔顺序按高孔位向低孔位进行，平台位置相应自上而下进行逐步降低，以满足钻孔需要，钻机钻孔的孔径为115mm。左线大管棚长度18米，右线大管棚长度30米。
2、管棚的安装
1）成孔后要立即清孔并下管，以免因坍孔造成孔内堵塞而无法顺利安装。
2）管棚分钢管及钢花管，施工时先打设钢花管并注水泥浆液，然后打钢管，以便检查钢花管的注浆质量。
3、注浆
（1）钢花管管棚安装完成后进行注浆，浆液采用水灰比为1：1的水泥双浆液（添加5%水玻璃），注浆顺序原则上由低孔位向高孔位进行。首先对钢花管进行注浆，注浆压力取0.5～2.0MPa，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验，注浆结束后采用M30水泥砂浆充填钢管。
（2）由于管棚间距较小，为避免注浆时发生串孔造成相邻钢花管孔堵塞，原则上成一孔就注浆，同时可以让浆液在松散的岩层中进行扩散填充，将破碎的岩层固结，有利于相邻孔在钻孔时减少掉块，避免发生卡钻或掉钻、掉钎现象，有利于加快施工进度。
3.7 双侧壁导坑法开挖支护
洞口段为V级围岩浅埋段，左线长18米，右线长30米，里程为根据实际地形，考虑先进右洞，后施工左洞，左右洞掌子面距离错开35米以上，以减小左右洞施工相互影响，确保施工安全。开挖方式采用双侧壁导坑法开挖支护，先行开挖两侧导坑，再对其余部分采用二步或三步开挖。
结语
通过超前大管棚、注浆加固仰坡土体等辅助施工措施，提早进洞，能大大减少对洞口自然坡面的扰动和破坏，完整保留地表植被，避免大挖大刷引起的边仰坡坍塌等工程病害，有效保护洞口自然环境，保证洞口安全，节约建设成本；特别是对进出口地表较浅，地质和水文条件较差的隧道洞口施工具有一定的推广和借鉴价值。
参考文献：
[1] 交通部. 公路隧道设计规范（JTG D70-2004） 人民交通出版社，2004
隧道工程辅助施工措施范文2
关键词：浅埋暗挖法、隧道施工
中图分类号： U455 文献标识码： A 文章编号：
一、前言
随着我国经济的不断发展，我国城市化进程持续向前推进，使得城市土地资源越来越紧张，如何保证地下空间得到合理利用，已成为许多城市面临的重要课题，城市隧道在城市基础设施建设领域得到广泛应用，主要体现在水务、电力、热力、地铁、公交等方面。作为城市隧道施工的重要方法，浅埋暗挖施工技术日益成熟，将会被广泛应用于城市基础设施建设中。
二、浅埋暗挖法隧道施工技术概述
1、浅埋暗挖法施工原理
浅埋暗挖法采用复合衬砌，初期支护承担全部基本荷载，二衬作为安全储备，初支、二衬共同承担特殊荷载；采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩自承能力，采用不同开挖方法及时支护封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；采用信息化设计与施工。
2、浅埋暗挖法施工基本原则
(1) 隧道施工前和施工中必须做好水文、地质勘查工作。
(2) 务必遵循 “管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”18 字方针。
(3) 隧道洞身开挖一般采取环形开挖留核心土方法。
(4) 隧道开挖应在无水条件下作业。如有地下水，应选择人工降水或堵水措施，提供无水作业条件。
(5) 隧道开挖和衬砌施做过程中通过必要的辅助加固措施来稳定洞体，确保施工安全。
(6) 隧道支护常规采用复合式衬砌，同时在衬砌中间加设防水层。
(7)施工全过程均需进行监控量测。
3、浅埋暗挖法施工工艺
（1）如下图1，为浅埋暗挖法施工基本工艺流程。
图 1 基本工艺流程
（2）如图2、3所示，为隧道标准断面图示。
图2 电力隧道标准断面
图3 地铁隧道标准断面
三、浅埋暗挖法施工技术要点
1、开挖方法
浅埋暗挖法施工过程中，要针对工程特点、环境要求、围岩情况和施工单位的自身情况等，合理选择开挖方法和掘进方式，在一定情况下，要开展试验段加以验证。在施工过程中一般使用台阶法和满足特殊条件的各类型分部开挖方法。大断面的城市及山岭隧道一般选择中隔墙台阶法、单侧壁导坑法或双侧壁导坑法施工；通常山岭隧道选择正台阶法施工；城市地铁车站、地下停车场等多跨隧道多采用柱洞法、侧洞法或中洞法施工；城市及附近地区的一般隧道选择上台阶分部开挖法或短台阶法施工。在浅埋隧道断面较大的情况下应避免选择全断面开挖。进行施工时要最大程度降低对围岩的扰动；积极采用掘进机或人工开挖。如果选择爆破进行开挖，要选择短进尺、弱爆破，必要情况下要监控爆破振动，爆破进尺通常不宜超过一米。
2、支护方式
在进行浅埋暗挖法施工过程中，其支护时间要尽可能提前，支护的刚度也应适当加大，以便控制地中及地表的变形沉陷。除必须选用适当的开挖方法、支护方式及施工工艺外，还经常采用对前方围岩条件进行改良及超前支护等，以作为控制地层沉降变形的基本措施。浅埋暗挖法施工的隧道一般选择复合式衬砌。
进行支护设计过程有以下三种情况：
（1）初期支护承受全部荷载，二次支护(内层衬砌)仅作为安全储备。
（2）初期支护与二次支护共同承担荷载，初期支护仅作为施工期间的临时支护，二次支护作为主要承载结构。
（3）设计时应将结构设计、施工方法及支护方式、辅助施工方法等进行综合研究，并经试验段进行验证。在施工过程中根据量测数据不断进行改善。、
3、辅助施工方法
浅埋暗挖法中的辅助施工方法是针对不良地层而提出的，根据实际的工程条件选择的辅助工法的正确与否对工程的成败和造价的高低有着重要的影响。辅助工法的选法、工程地质条件等情况要综合考虑，优先考虑较简单的方法或同时采用几种综合辅助施工方法来加固地层，以确保施工安全和工程的质量。
四、浅埋暗挖法隧道施工地面沉降控制措施
（1）对土体特性进行改善
利用局部加固处理隧道开挖周边外土体，不仅能够促使隧道开挖后形成自然拱，还能够对土体的特性进行改善，使得其往好的方面转化。此外，进行深层注浆及超前注浆不仅能够加固土体，还能够改善土体的性质。可以针对土体的性质压注纯水泥浆或双液浆，必要情况也可以压注化学浆液，还可以采取其它的改善特性的措施。
（2）开挖控制
控制开挖产生沉降的方法包括隧道自身措施及地层处理技术。隧道自身措施包括在隧道施工过程中，所有在隧道内采取的用来减小地层沉降的措施。地层处理措施包括所有通过提高或改变地层响应，而减小或改变隧道施工产生的地层运动的方法。
（3）超前小导管注浆控制
超前小导管注浆加固地层技术，是通过沿隧道开挖轮廓线外纵向向前倾斜钻孔安设注浆管，并注入浆液，以实现超前加固围岩和止水的目标，此外，小导管还能够起到超前管棚预支护作用。
（4）适度排放地下水
在确保工作面能够稳定正常开挖的情况下，要最大程度降低或限制地下水的抽排。可针对具体情况选择止水帷幕或旋喷桩等阻断地下渗水通道，地表或洞内注浆措施封堵部分地下水。进行地表或洞内降排水过程中，要最大程度缩短抽排时间。在掌子面开挖过后及时采取开挖周边和掌子面注浆、喷硅等措施稳定工作面，然后及时停止排水。要针对具体地层条件，对小导管、格栅支护参数以及注浆参数及时进行调整，保证注浆效果。
（5）初支背后注浆控制
隧道开挖后要进行及时的初支背后注浆，将初支背后的空隙填充，此外，在进行注浆时控制注浆压力并维持浆液凝固后仍具有一定压力，以保证由于开挖隧道而引起开挖面附近地层的应力损失得到补充，从而确保地层应力平衡可以迅速实现，减低调整地层应力的时间，也就是地层位移变形的收敛时间。
（6）针对地层情况合理选择施工方法
为使地表沉降得到有效控制，对台阶法应预留成型的核心土，台阶长度要针对地层条件确定。地层越软，台阶长度越长，但具体长度要按照现场实际情况分析研究确定。为使开挖各分部及早闭合，上台阶一般应增设临时仰拱，在特殊地段处上台阶拱脚处应架设钢支撑喷硷作为托梁。
（7）及时施作二次衬砌
在进行软土隧道施工时，为保证地层恢复快速稳定，要及时施作二次衬砌。
（8）提高施工效率
提高施工效率，即缩短各工序施工时间，就能有效控制地层应力的释放，降低地层内部的变位调整。
五、结语
由于浅埋暗挖技术具有众多优点，所以被广泛应用于地铁施工中。就目前而言，国内暗挖车站在规模以及复杂程度上居世界前列，然而浅埋暗挖技术还存在尚需完善之处。近年来，随着科技发展，容县出许多新型材料和先进的工程机械，结构理论得到了不断完善，由此看来，浅埋暗挖技术在将来将会得到更为广泛的应用。
参考文献：
王建新：《隧道浅埋暗挖施工技术研究》，《吉林水利》， 2009年06期
杨潇：《浅埋暗挖法在城市隧道施工中的应用》，《甘肃科技》， 2011年10期
隧道工程辅助施工措施范文3
关键词：隧道口 地标预加固 分析与应用
在一些山岭地区，隧道口所处地区的围岩性能差，地面的横坡陡峭，很容易受地下水和地表水的影响。隧道口的部位都是处于浅埋的状态之下，地质条件和地形条件十分复杂，围岩的性能十分不稳定，载拱在隧道开挖的过程之中很难形成。隧道在开挖的过程之中很容易引起围岩的松弛，使地面发生崩塌、偏压、地表下沉和滑动。特别是在施工条件不佳的状态之下，例如：雨季施工、浅埋偏压、软岩和陡坡等，更应该注意进洞安全的问题，以免在施工的过程之中引起大滑坡的现象。一旦发生洞口车体滑坡，不仅会使施工周期延长，造成经济上的严重损失，更会使人的生命财产安全遭受到巨大的损失。因此在隧道施工的各个细节之中，隧道口的稳定是其关键，它影响到了隧道能否顺利的进行施工。当坡面发生滑动、严重偏压、地表下沉或者崩塌时，一定要在隧道开挖之前就采取地表加固技术，保证隧道施工的安全。
1、地表预加固技术和施工原则
在对隧道进行设计时，要充分的考虑到进洞的方案和洞口的位置，由于隧道洞口经常受到地形、地物和路线走向的限制，所以对隧道洞口的选择要符合以下三个特点。第一，隧道洞口的位置如果需要穿过山体。由于山体表层的岩石存在着稳定性差和严重风化的现状，一旦隧道洞口开始施工，会使山体的坡面的平衡状态受到严重的损害，引起滑坡现象的发生。崩塌也可能出现在悬崖或者山体的陡坡之上，洞口处于这样的位置周围，及时围岩具有良好的条件，也要先对仰坡山体进行加固，然后再进洞。第二，如果洞口周围的围岩十分软弱，处于浅埋的地段，并且围岩破碎的状态十分严重，那么隧道口的洞口形成十分困难。第三，岩石或者山体的走向和隧道轴线斜交，洞口会承受山体的巨大偏压。传统的隧道洞口的施工方式会破坏山体原有的自然平衡状态，尤其是挖掘仰坡的岩石时，一旦洞口的水文条件和地质条件不理想，山体的稳定性差，在施工的过程之中很容易出现坍塌、滑动等危害，隧道的施工带来极大的困难，严重影响了施工的进行。在隧道洞口施工中遵循早进洞、晚出洞的原则对山坡的稳定是有很大好处的。在具体的施工过程之中，在早进洞、晚出洞的原则之下，综合自然进洞的原则。即在洞口原有的自然坡面的条件之下，在一些辅助措施的条件之下使进洞提前。这些辅助的措施包括：减少在施工之中对原始坡面植被的破坏，最大限度的保持山体的稳定。第二，减少开挖的工作，特别是要减少山体清方等方面的开挖。第三，在施工过程之中，采取由下到上的方式，先对坡体进行加护，然后再进行挖掘，减少坡体会产生的危害。第四，在隧道洞口出现崩塌、泥石流或者滑坡的危害时，应该先对灾害进行治理，然后再进洞。对于隧道洞口处于地质复杂的浅埋地段、雨季施工或者围岩不稳定的不利条件之下，应该广泛的在施工过程之中使用自然进洞的原则。解决隧道洞口的工程危害，可以针对洞口的特征和自然进洞的施工理念，借助地表注浆等辅质的措施使施工的进洞期提前。可以采用地标锚杆、深孔注浆和高压喷射注浆的方式对洞口进行加固，减少在施工过程之中的防护成本，保护仰坡的稳定性。隧道施工地表预加固措施的优点有以下几种。第一，减少工程的造价，使施工方便。第二，保证隧道在使用过程之中的安全性和稳定性。第三，减少地表水的下渗，防止地表水软化周围的围岩。第四，提高围岩的稳定性和自身的能力，使围岩承受的初期支护的压力降低。
2、地表加固技术的应用和发展
地表加固辅助施工方法使用较多的地段是洞口段的施工。一旦在滑动带设置了出洞口，在开挖之后很可能会产生基石滑动的危害。为了减少在开挖之后基岩面的滑动危害，应该进行高压喷浆注射对地表进行加固，防止坍塌和滑动的危害，为后期的隧道挖掘进行准备。在洞口施工的过程之中，地表注浆的使用也不断增多。一旦隧道的洞口受到洞口浅埋或者地面的不对称荷载的影响而产生偏压，会使隧道的地面产生沉降，甚至使隧道的主体发生坍塌和滑移。在施工之前应该沿着隧道的方向，顺着地面和拱顶的部位设置地面的垂直锚杆。地表注浆所使用的材料多数是水泥浆和水玻璃和水泥的双液浆等小颗粒型的注浆用料。这些注浆使用的材料结石强度比化学浆液要大很多，不同于以往的材料，对环境和地下水的污染少，是一种绿色的注浆材料。
3、地表注浆工程的实例
某个隧道的全长为780m，是一个双车道的单向隧道。在滑坡体的边缘设置了隧道的出口。洞口的埋深有2.5m。滑坡体有明显的周界，呈现出明显的环谷地貌。隧道洞口前方的一些碎土石因为山沟水的冲刷作用，而被切割成为陡岸和狭沟。在中部和前部的滑坡体之中存在着很多水点，最终产生了具有软塑状的粘土。隧道和滑坡轴处于平行的状态，隧道中部的宽度大约有60cm，隧道的厚度为9到15cm，隧道的下部宽度大致为60cm，是暂时稳定的中型滑坡。一旦从洞口向下挖掘15.9cm之后，很容易产生新的山体滑坡，加大山体滑坡的危害，经过勘察之后，选择了地表钻孔注浆的加固方案。使用地表钻孔注浆的方式之后，使土体的物理学性能得到很大的改善，在经过了钻孔的检查之后，证明注浆已经填满了土体的缝隙，大大降低了孔隙率，使围岩强度提高了1到3倍。由洞口段向下挖掘之后，周围围岩的稳定性没有变化，只发生了及其微弱的渗水，在隧道内部地表裂隙的渗水也有大幅度的减少。
4、结论
在隧道施工的各个细节之中，隧道口的稳定是其关键，它影响到了隧道能否顺利的进行施工。当坡面发生滑动、严重偏压、地表下沉或者崩塌时，一定要在隧道开挖之前就采取地标预加固技术，保证隧道施工的安全。通过在施工过程之中使用地表加固技术，提高隧道洞口围岩的物理力学的性能，使围岩的自身稳定性性能得到提高，减少围岩松弛区域，将隧道口围岩对初期支护的压力降到最低。注浆杆和锚杆的使用可以有效的防止隧道的冒顶和塌方，对坍塌体和矿洞的加固，可以使围岩的整体得到强化。对地表水下渗的通道加以封堵，可以有效减少围岩的软化。在使用了地表钻孔注浆之后，隧道洞口地段的围岩强度提高了1到3倍。使隧道工程在注浆加固之后获得了经济效益和技术效益的双赢。
参考文献：
[1]陈洁.隧道工程的理论基础与设计 [M]．北京：人民交通出版社，2005，40，47．
隧道工程辅助施工措施范文4
关键词:大断面隧道;下穿铁路站场;矿山法;三维数值模拟
1 工程概况
南京地铁一号线南京站以80°角下穿南京火车站铁路站场，是国内第一个采用矿山法在既有铁路站场下施工的地铁车站，受铁路站场制约，地铁南京站划分为南区、北区和过站区3个部分(图1).南区、北区为双层明挖箱型框架结构，车站中部为暗挖分离双洞隧道，称之为过站区.暗挖隧道埋深6。69~8.06m，单洞长度均为66.56m.隧道开挖高度9.546m，跨度11m，两条隧道中心线间距15.46m，中间设有两条横通道相连.
隧道围岩为Ⅴ级，采用复合式衬砌结构，初期支护为钢筋网、喷射砼和格栅钢架，厚度350mm;二次衬砌为模筑钢筋砼，厚度500mm.过站区隧道断面形式见图2.
为有效控制地表既有站场的沉降，保证南京火车站行车安全和隧道施工安全，在过站区隧道施工前，对站场内隧道穿越的所有线路均采用架设D24型便梁进行加固，两隧道之间的便梁支墩采用箱涵，并在箱涵内设置静压钢筋砼方桩，隧道外侧的便梁支墩采用钢筋混凝土扩大基础.有关隧道施工及线路加固的详细方案见文献[1].
2 过站区施工过程的三维数值模拟
2．1 计算条件的适度简化
由于在隧道开挖前，对线路采用了便梁加固，隧道施工期间中，列车运行的动荷载通过便梁传递到两侧便梁支墩上，因此，计算中不考虑列车荷载的影响.监测结果也表明了列车动荷载对隧道结构影响很小.
2．2 数值计算目的
按实际的开挖顺序和施工工艺，对过站区开挖过程进行模拟，从施工力学机理分析的角度探讨隧道开挖引起的地表线路沉降和地层中塑性区的分布，验证施工方案的可行性，并为地层加固部位及辅助施工措施的选择提供依据.
2．3 模拟的施工步骤
过站隧道采用CRD(Crossdiaphragm)工法施工[1_2]，隧道开挖前超前施作直径为159mm的大管棚和小导管预支护.在大管棚超前预注浆加固地层完成后，由北向南单向推进，先左线后右线，左线超前右线一个施工分段(约15~20m)，地表铁路轨道加固与隧道开挖协调施工，先加固后开挖，见图3.
模拟的施工步骤为:
第一步:Ⅷ道和7道在便梁防护下，左线开始掘进至3#站台中心线;
第二步:拆除左线便梁，移至右线Ⅷ道和7道架设，右线开始掘进至3#站台中心线;
第三步:拆除右线便梁，移至左线6道、5道和4道架设便梁，并掘进至2#站台中心线;
第四步:拆除左线便梁，移至右线6道、5道和4道架设便梁，并掘进至2#站台中心线;
第五步:拆除右线便梁，移至左线3道、2道和1道架设便梁，左线掘进至过站区终点;
第六步:拆除左线便梁，移至右线3道、2道和1道架设便梁，右线掘进至过站区终点.
2．4 计算模型的建立
采用三维数值软件FLAC3D2.1.
根据南京站过站隧道的设计条件，确定计算范围:上至地面，下至隧道底部以下30m处，横向取隧道中线两侧各60m，沿隧道轴线方向取66m.
模拟过程中主要考虑永久荷载，包括结构自重，地层压力、水压.地层的初始应力场由自重产生，对水压力的考虑是采用水土合算的原则.
计算模型的边界条件:取地面为自由面，侧面和底面为位移边界，前后左右4个侧面限制水平位移，底部限制垂直移动.
计算力学模型选用Mohr_Coulomb弹塑性模型.
2.5 隧道超前支护、初期支护和二衬的模拟
(1)格栅拱架加挂网喷射混凝土的模拟
按抗弯刚度等效的原则，将初期支护的网喷混凝土和格栅拱架作为一个等效体，并采用弹性三维壳单元进行模拟.计算中，每一计算步开挖后及时施加模拟格栅拱架加网喷混凝土的壳单元，但刚度降一个数量级来模拟施工过程中强度发展的时间效应.在下一计算步中，初支刚度发展到100%.初支弹性模量取1.75×104MPa，泊松比取0.2，重度为23kN/m3.
(2)管棚加固的力学效果模拟
将管棚加固区等效成厚200mm的连续空间薄层预支护结构，采用壳单元来模拟.假定开挖之前管棚已经施工完毕，即开挖之前在管棚位置都预加壳单元.根据类似工程的施工经验，加固层弹性模量取1.5×103MPa，泊松比取0.2，重度为23kN/m3.
(3)把注浆小导管当成安全储备，不进行模拟.
(4)模筑二衬根据实际厚度和实际弹性模量采用三维实体单元来模拟.二衬弹性模量取3×104MPa，泊松比取0.2，重度为25kN/m3.
(5)隧道洞身穿越地层主要为强风化闪长岩，拱顶土层主要为粉质黏土，地层物理力学参数见表1.
根据以上情况建立计算模型，共划分单元50556个，节点总数54162个，开挖前后三维计算模型的网格剖分如图4、图5所示.
3 计算结果及对工程施工的指导意义
(1)过站隧道施工引起的地表沉降预测几个典型施工阶段的隧道地表最大沉降和隧道左线施工完毕后的地表沉降云图和模拟地层的竖向位移云图见封三图6.
右线施工完毕后的地表沉降云图和整个模拟地层的竖向位移云图见封三图7.
数值计算结果表明:地表最大沉降在允许值的40mm范围内，应该说过站区暗挖隧道所采取的施工方案能够将地表沉降控制在允许值范围内.
过站区施工期间，在线路股道中间和便梁支墩上均布置了沉降测点.随隧道开挖进程对地表线路沉降和便梁两侧的支墩沉降进行跟踪监测[3].
在施工过程中，对过站区地表沉降的实际监测结果[3]略小于计算值.因为实际监测值是工程辅助措施应用后的效果体现，这也从一个侧面证明了根据计算的塑性区分布和应力状态确定的辅助施工措施的有效性.
(2)塑性区分布
施工完毕时的隧道周边塑性分布情况见图8所示.由图8可知，左右线全部施工完后，隧道周边的塑性区范围主要集中在隧道上半部和隧道之间部分土体，这部分土体为粉质黏土，施工中要注意采取预加固措施.
根据塑性区分布的计算结果，在隧道开挖前对中间箱涵两侧及底部地层进行了注浆加固[1]，加固目的是为了提高桩与土体之间的摩擦力，保证中间箱涵支墩的稳定.
(3)应力状态分析
施工完成，隧道周围模拟地层的最大主应力云图和最小主应力云图如封三图9所示.最大主拉应力分布在拱顶和拱底位置，在靠左(右)线的侧墙位置有较大的主压应力.
根据应力状态的计算结果，隧道拱顶和隧道两侧应力较大，是施工中需要关注的重点部位，隧道施工中，强调及时施作中隔壁，并设置锁脚锚杆，两隧道之间设置对拉锚杆[1].
4 结论
(1)在施工方案实施前，应对施工的环境影响特别是地表沉降进行预测，确定施工方案能否将地表沉降大致控制在允许值范围内.
(2)数值计算得出的隧道周围地层塑性区分布和应力状态，能够为地层加固措施及辅助施工方案的选择提供理论依据.
(3)地铁南京站过站区的施工实践也证明了依据数值计算结果所采取的施工辅助措施对确保地表线路安全和隧道施工安全效果明显.
参考文献
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[2]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安:陕西科学技术出版社，2002.
ShiZhong_heng.TheDesignandConstructionforMetro[M].Xi‘an:ShanxiScienceandTechnologyPress，2002.(inchinese)
隧道工程辅助施工措施范文5
关键词水平岩层光面爆破超欠挖控制参数优化
中图分类号 U451，U455；文献标识码：A
1引言
在我国目前的隧道施工过程中，开挖工序通常采用光面爆破的方法，该法虽然在破岩效率与断面控制上有诸多优点，但却又受到诸多因素的制约，尤其是地质条件和施工精度管理方面。因围岩本身存在有大量的裂隙、节理、夹层，加之部分地区存在有大量的水平层状围岩，如本文所述吕梁山脉石千峰北缘地区。其水平方向节理十分发育，极易导致拱部成层坍塌掉块，再加上施工管理不到位，易导致光爆过程中超欠挖现象严重，给隧道工程的建设带来了极大困难。
本文通过太原至古交高速公路的西山隧道右线施工现场调查，现场又采用爆破漏斗试验手段，对水平层状围岩条件下隧道钻爆法施工的超欠挖控制技术进行了深入研究分析，制订了相应的控制手段；采用了工程经验法对爆破参数进行了多次计算，最终对光面爆破参数进行了多方面的调整与优化，在加快施工进度、降低工程造价的同时亦有效保证了隧道支护结构的安全与稳定。
2依托工程爆破现场调查
2.1工程概况
西山特长公路隧道工程是我国第二长公路隧道，位于吕梁山脉石千峰北缘区域。该区构造上位于吕梁-太行断层的中西部，太原断陷盆地西侧，山体多由石炭系、二叠系砂岩、页岩和第四系新黄土组成，隧道右线所经处多为石灰岩夹白云质灰岩与泥灰岩互层，中厚层状，水平或接近水平分布[1]。
隧道右线长13.580km（YK1+010～YK14+590），采用+0.4%（10930m）、-0.715%（2640m）的人字坡，隧道底板最大埋深445.85m，距左线最大间距55m。隧道穿越采空区，施工中极有可能发生突水、涌水现象。同时由于隧道长度大，辅助导坑的设置方式、快速施工以及隧道施工通风、运营通风和防灾难度都非常大。隧道采用复合式衬砌，隧道开挖半径为6.13m，采用全断面开挖法施工。隧道支护参数为：喷射C25混凝土，厚25cm；φ6钢筋网，15×15cm；I14型钢拱架；Φ22药卷式径向锚杆，长度3.5m，纵向间距100×100cm，个别围岩较差出按具体情况进行加密；二次衬砌为C25模筑混凝土，厚45cm。
2.2依托工程爆破现场概况
（1）爆破眼痕残留情况
通过对西山隧道右线爆破过程的现场分析，发现在目前的爆破设计参数条件下，全断面爆破后炮孔的炮痕残留率不是很理想，在Ⅲ级围岩条件下小于75%，在Ⅳ级围岩条件下小于45%，无法得到平顺圆滑的破岩面，超欠挖较严重，且周边有大量的爆生裂隙。
（2）超欠挖情况
西山隧道右线在实际爆破过程中，水平岩层地段超挖大多发生在拱部，炮痕残留率极低，爆破后岩体沿拱部层理面整体脱落、离层，形成状如天花板的平顶现象（如图1所示）。且层理多被构造切割为斜向X状剪切裂隙，导致拱部超挖现象失分严重（如图2所示）。
图1 隧道拱顶局部超欠挖严重情况图2 拱肩爆破成型情况超欠挖严重情况
从图1、2中可以看出，在既有的爆破参数之下，隧道开挖过程中超欠挖情况比较严重，这很大程度上制约了现场需快速掘进的要求，误时、误工、不经济。为了解决这种不利情况，下面着重分析水平层状围岩隧道光爆的超欠挖原因，并在此处对光爆的设计参数重新进行理论计算，最后提出相应的优化方案与控制措施。
3水平层状围岩隧道超欠挖原因分析及优化措施
3.1超欠挖产生的原因
（1）地质原因
掌子面围岩节理较发育，岩面较破碎，受爆破震动后，在拱部范围内易出现塌落掉块现象，超挖严重。另外由于围岩呈水平层理状，爆轰波除了直接压缩破碎炮孔附近的岩层外，当遇有裂隙、节理时应力波还会被反射，形成反射拉伸波。由于岩体抗拉强度很低，故位于两水平层理之间的岩体会被该反射波“拉”下来，结果就形成了平顶超挖现象[2]。
（2）施工原因
周边眼间距过大，最大达到85cm，导致炮眼数量不足，光爆效果不理想；E/W较大，辅助眼爆破时对周边围岩扰动较大；
单孔装药量偏大，且炸药大部分集中在孔底。爆破产生的应力波对围岩的扰动大，很可能造成局部坍塌掉块；
施工精度低，司钻人员水平不高，钻杆不能保持严格平行和一定外插角度，远远超过误差不应大于5cm和2°的要求。
3.2爆破参数优化及措施控制
3.2.1爆破参数计算[3]
（1）掏槽方式：鉴于隧道围岩多为水平层状结构，故改用垂直楔形掏槽的方式。
（2）单位岩体炸药消耗量：
此处采用经验公式、查找定额、工程类比等方法综合确定的方法。
采用经验公式
各参数意义如下：
f―普氏岩石坚固系数；L1―平均凿岩深度；K1―炮孔装药量充填系数；K2―等效炸药换算系数；K3―岩体裂隙率的修正系数；S―平洞断面面积；FS―自由面数量系数。
式中各参数经查相关表格取值如下：
f=12 L1=3.3K1=0.9K2=1 K3=0.95 FS=1 S=82.88
则计算得q=1.68kg/m3
按定额取值：查相关表得q=1.62 kg/m3
综合以上计算，选取每循环的单位岩体炸药消耗量q=1.65 kg/m3。
（3）每循环炸药消耗量：
按体积公式算得Q=3.2×0.9×82.88×1.65=393.85kg
（4）炮眼数目
药卷规格：一般炮眼:Φ32mm×200mm×150g；光爆孔：Φ25mm×200×100g
炮孔数目：N=a1+a2S，其中a1取37.6，a2取1.36[4]。
上式为译波尔建议公式，在国内使用小炮孔的2号岩石炸药时，系数a1偏小，应提高1～2倍方能 使用，此处提高1.7倍。
N=37.6×1.7+1.36×82.88=176.6，故取177个孔。
（5）炮眼布置
掏槽眼
采用四对垂直楔形掏槽布置，共（2+4+4+5）×2=30个。布置形式及孔口距离见图4所示。
周边眼和底板眼
周边眼共布置69个，深度为3.2m，其中边眼共45个，间距为0.50m；底板眼共24个，间距为0.5m。
辅助眼
共布置82个，光面层厚度为0.6m，辅助眼的间距1.0m。则炮孔密集系数K为:
K=E/W=(500~550)/600=0.83~0.92，符合要求。
隧道工程辅助施工措施范文6
关键词 高原特长单线隧道 通风设计通风设备
中图分类号：U45文献标识码： A 文章编号：
1工程概况
由中铁二十一局集团三公司独立承建的拉萨至日喀则铁路盆因拉隧道全长10410m，起讫里程DK134+763~DK145+173，为全线最长单线隧道，也是全线建设过程当中最为关键性与重要性的控制性工程。该隧道设辅助坑道4座，其中1#斜井515米、2#横洞1335米、3#横洞1536米、4#横洞1076米，均采用钻爆法施工，无轨运输。该隧道地处青藏高原，平均海拔3850米；此区域范围内空气稀薄、缺氧严重，为一般状态下平原地区氧气含量指标的60％左右，平均气温温度较低。
这座现阶段国内在建铁路中海拔最高的特长单线铁路隧道工程因地处青藏高原腹地，受到高海拔、低气压、温差大等特殊环境条件的影响以及独头掘进距离均大于2000米，个别达到2500米以上，给隧道施工通风带来了不利条件，增加了隧道施工难度，为确保整个特长单线隧道施工作业的有效性与安全性，有必要对隧道通风方案进行优化设计。
2施工通风设计原则
从经济、维修方便的角度出发，选用国产先进节能通风设备。在满足通风效果的前提下，尽量减少风机的品种、型号。
在隧道断面净空允许的情况下，尽量采用大直径风管，减少能耗损失。通过适当增加一次性投入，减少通风系统的长期运行成本。
3施工方案及主要污染源
3.1施工方案
本隧道工程均采用钻爆法施工，无轨运输即装载机配自卸车出渣。
3.2洞内主要污染源
洞内污染源见表3.2
表3.2
4施工环境标准
洞内施工环境的要求包括：洞内空气中的有害气体浓度、粉尘和烟尘浓度、空气温度和湿度、风速、噪声等，其主要标准如下：
4.1粉尘
《工业企业设计卫生标准》（TJ36-79）中规定的地下工程施工有关的粉尘允许浓度。
4.2有害其他
《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》（DL/T5099-1999）中规定的地下工程施工中有害气体允许浓度。
CO容许浓度当作业时间在1h以内时，可放宽到50mg/m³；0.5h以内时，可放宽到100mg/m³；15~20min以内时，可放宽到200mg/m³。在以上条件下反复作业时，两次作业时间应间隔2h以上。
4.3空气温度和风速
洞内温度一般不应超过28℃，当空气温度和相对湿度一定时，提高风速可以提高散效果。洞内最低风速应不小于15m/min,最大风速应不超过240～360 m/min。
4.量
洞内风量要求：每人每分钟供应新鲜空气不少于3m³。
洞内使用柴油机械施工时，每马力每分钟供风3m³，并与同时工作人员所需的通风量相加。
洞内空气中的含氧量不低于20%。
5通风计算及通风设备
5.1设计参数
盆因拉隧道正洞全长10410米，设辅助坑道4座，均采用钻爆法施工。盆因拉隧道独头掘进均大于2000米，最长达到2616米。各队施工任务如下表。
表5.1
主要计算参数：
⑴、开挖面积：斜井S斜=37.8；横洞S横=50.77；正洞S正=56.26；以上均为最大开挖断面面积。
⑵、一次开挖长度L=3.0m
⑶、单位体积耗药量：1.3kg/ m3；
⑷、一次爆破用药量：斜井G斜=147.5kg；横洞G横=200kg；正洞SG正=220kg。
⑸、洞内最多作业人数：30人；
⑹、爆破后通风排烟时间：T
⑺、隧道内平均风速不应低于15m/min；
5.2通风量计算采用公式
5.2.1按洞内同时作业的最多人数计算
Q1=qmk (m³/min)
式中：q―洞内每人每分钟所需新鲜空气，m³/min
m--洞内同时工作最多人数，均取40人
k―风量备用系数，一般去1.1~1.25，取1.15
5.2.2按洞内同一时间爆破使用的最大炸药量计算风量
Q2=7.8/t×(m³/min)
式中：t---爆破后气体达到允许浓度的时间，取30min；
G---同时爆破炸药用量，取最大220kg；
A---开挖断面面积，取最大56.26；
L0---炮烟抛掷长度，L0=15+G/5=69m。
5.2.3按内燃机作业废弃稀释的需要量计算
Q3= (m³/min)
式中：Ni---洞内同时使用各种内燃机KW数；
A---内燃机每KW所需要的风量，m³/min；
5.2.4按洞内允许最小风速计算
Q4=VSm³/min
式中：V---洞内允许最小风速，取15m/min；
S---开挖断面面积，取最大56.26；；
取以上四种计算的最大值最为设计控制风量。
5.2.5风量修正计算
P=1/
式中：P---漏风系数；
---百米漏风率，取1%；
L---通风管长度m；
Q风机=P*Q工作面*α
式中：Q风机---风机出风口供风量；
Q工作面---工作面需风量；
α---高原修正系数，取1.2；
5.2.6风压（通风阻力）计算
①摩擦阻力
H摩=
式中：α---风管摩擦力系数，取0.00018；
L―通风管道长度m；
Q---设计风量，m³/s；
g―重力加速度，取9.8m/s2；
d―风管直径，m；
②局部阻力
H局=
式中：ε---局部阻力系数，一般取1.5；
Q---设计风量，m³/s；
γ―空气重量，取1.2kg/m3；
S―管道净面积，；
③其他局部阻力
按局部阻力的5%考虑
④管道总阻力
H总= H摩+1.05H局
5.3通风方式
根据隧道施工通风经验，结合本工程实际情况以及工程特点。盆因拉隧道通风方式均采用长筒式压入式通风，射流风机辅助通风；隧道通风按以下三种情况设计，
⑴、正洞独头掘进
⑵、辅助坑道施工
⑶、辅助坑道进正洞后施工
5.4通风系统布置及风机选型
5.4.1各工区设计控制风量和风压值计算
5.4.2通风系统布置
辅助坑道施工时，均采用一台轴流风机进行供风，进入正洞后每个工作面各采用一台轴流风机进行供风。
通风系统布置示意图如下:
5.4.3通风管直径选择
为降低风管漏风率，提高通风效果，根据现场施工条件及单线隧道的工程特点，通风管采用引进的优质通风软管，风管直径选用Φ1.5m。
5.4.3通风管直径选择
为降低风管漏风率，提高通风效果，根据现场施工条件及单线隧道的工程特点，通风管采用引进的优质通风软管，风管直径选用Φ1.5m。
5.4.4通风机型号选择
由于不同的施工阶段，同一个工作面工作内容不同，随着施工长度的变化，其供风量也在不断变化，为在保证通风排烟效果的前提下，降低通风排烟成本，选用多级变速风机，根据施工需要供风。除考虑一般地段正常通风外，同时储备了一定的通风安全系数，确保顺利通过施工地段开挖、支护、衬砌施工，保证施工、隧洞结构及施工人员安全。根据各工区通风距离长度及计算所需风量、风压值选用旋通风机SDF(C)-No13/132kw×2型，该机最大风量3300m³/min,高效风量2691m³/min，全压5920Pa，配套直径为1.5m的PVC涤纶送压式导风筒。
5.4.5射流风机的设置与应用
为增加通风排烟效果，使非新鲜空气加速流出，在烟尘极易聚集的二次衬砌台车后、交岔口处设置SSF-10/37kw射流风机，利用其使非新鲜空气定向排出，该机最大风量33m3/min,出口风速38.6m/s。
6通风管理
隧道施工通风管理水平的高低，是影响通风质量的关键因素之一。隧道通风不好，除了通风系统布局不合理、风机风管不匹配等技术原因外，主要问题是通风的管理不善，管道通风阻力大，使开挖工作面得不到足够的新鲜风流，沿途污浊空气不能及时排出洞外。因此，必须以“合理布局,优化匹配，防漏降阻，严格管理，确保效果”二十字方针，作为施工通风管理的指导原则，强化通风管理。
6.1通风组织与相关管理制度
建立以岗位责任制和奖罚制为核心的通风管理制度和组建专业通风班组，通风班组全面负责风机、风管的安装、管理、检查和维修，严格按照通风管理规程及操作细则组织实施。项目部定期根据通风质量给通风班组兑现奖罚办法。
施工产生的粉尘应进行综合治理，除采用常规的机械通风、湿式凿岩、放炮喷雾、出渣洒水、冲洗岩帮等措施外，还可以采取局部净化的方法，控制尘源所产生的粉尘扩散。进洞车辆推广使用低污染柴油车辆，并尽量减少进洞内燃车辆的数量，以减少废气排放量。
6.2防漏降阻措施
以长带短。每段软风管的长度由以往的20～30m加长至50～100m，减少接头数量，并严格按操作规程执行，以减少漏风率。
以大代小。在净空允许的条件下，尽量采用大直径软风管。
以直取弯。掘进过程中，按照5m间距埋设吊挂锚杆，并在杆上标出吊线位置，再将Ф8mm的盘条吊挂线拉直拉紧焊接于锚杆上，将Ф6mm的盘条弯成“V” 形，跨于吊挂线上，两端分别挂于软风管两侧的吊环，要求Ф6mm“V” 形盘条长短一致。这样，就可以保证风管安装达到平、直、稳、紧，不弯曲、无褶皱，减小通风阻力。
软风管在储存、运输过程中要注意保护，避免造成人为损伤和机械损伤，从而减少漏风量。
通风管线路的终点距工作面不应大于30m，必要时应在通风管上设置中间接力风机，以保证良好的排出污染空气。
此外，加强风管的检修，检查内容包括悬挂是否完好、接头连接状况、风管有无破损等，对存在的问题及部位做好记录并及时处理。
