铁路隧道施工作业要点手册

向莆铁路隧道施工作业要点手册

一、超前地质预报 (1)

1 、预报内容 (1)

2 、预报方法 (1)

3 、预报分级 (2)

4 、预报流程 (3)

5 、预报要点 (4)

二、超前支护 (4)

1、超前小导管注浆 (4)

2、大管棚 (6)

三、隧道开挖方法 (8)

1、全断面法 (8)

2、台阶法 (9)

3、环形开挖预留核心土法 (11)

4、中隔壁法（CD 法） (13)

5、三台阶七步开挖法 (15)

6、双侧壁导坑法 (17)

四、初期支护 (19)

1、喷射混凝土 (19)

2、锚杆 (21)

3、钢架 (23)

4、钢筋网 (24)

五、防排水 (25)

1、洞口及地表防排水 (25)

2 、洞内排水 (25)

3、结构防排水 (26)

六、仰拱及二次衬砌 (28)

1、仰拱 (28)

2、二次衬砌 (29)

七、监控量测 (31)

一、超前地质预报

1 、预报内容

（1）地层岩性，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊土的预测预报。

（2）地质构造，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响体完整性的构造发育情况的预测预报。

（3）不良地质，特别是溶洞、暗河、人为坑洞、放射性、有气体及高地应力等发育情况的预测预报。

（4）地下水，特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴富水地层等的预测预报。

2 、预报方法

（1）超前地质预报方法按预报原理可分为地质分析法、钻探法物探法和超前导坑法。

①地质分析法，包括地层分界线、构造线，地下和地表相关全分析、地质作图等。

②钻探法，包括深孔水平钻探、5～８m 加深炮孔探测及孔内摄影。

③物探法，包括地震波反射法、声波反射法、电磁波反射法红外探测法等。

④超前导坑法，包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法。

（２）超前地质预报按预报长度可分为长距离预报（大于200m ) 中长距离预报（30～200m ）和短距离预报（小于30m ）。

（３）超前地质预报按采用的预报手段数量可分为单一方法地质预报和综合超前地质预报。

3 、预报分级

（1）根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，分为以下四级A级：存在重大地质灾害隐患的地段，如大型暗河系统，可溶岩与非可溶岩接触带，软弱、破碎、富水、导水性良好的地层和大型断层破碎带，特殊地质地段，重大物探异常地段，可能产生大型、特大型突水突泥地段，诱发重大环境地质灾害的地段，高地应力、瓦斯、天然气、放射性问题严重的地段以及人为坑洞等。

B级：中、小型突水突泥地段，较大物探异常地段，断裂带等。

C级：水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段、小型断层破碎带，发生突水突泥的可能性较小。

D级：非可溶岩地段，发生突水突泥的可能性极小。

（2）不同地质风险地段的预报方式为：

A级预报：采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等手段进行综合预报。首先以地质分析法进行长距离预报，然后采用中长距离地震波反射法或声波反射法和一种或几种短距离物探方法相结合进行预报，同时进行多孔超前钻探探查。

B级预报：采用地质分析法、地震波反射法或声波反射法，辅以红外探测、地质雷达，进行必要的超前水平钻孔。当发现局部地段工程地质条件复杂时，按A 级要求实施。

C级预报：以地质分析法为主。对重要的地质（层）界面、断层或物探异常地段可采用地震波反射法或声波反射法进行探测，必要时

采用红外探测和超前水平钻孔。

D级预报：采用地质分析法。

4 、预报流程

超前地质预报工序流程图见下图

5 、预报要点

（1）研究区域地质、工程地质资料，必要时进行地表补充测绘和勘探，对整个地区地质情况做到比较全面和深刻的认识，分析主要工程地质问题、主要地质灾害隐患及其分布范围、在隧道内揭示的大致里程，制定预报方案。

（2）根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度和工程设计资料，对不同地段地质预报分级，不同类型和级别的地段采取不同的预报手段。

（3）隧道施工前制定好不良地质地段应急预案，采用浅孔钻探发现地质突变或含水时，立即采取处理措施。

（4）及时配备先进仪器，结合有丰富经验的地质、施工人员进行综合分析论证，并将结果及时反馈给相关技术部门，采取针对性措施。

二、超前支护

1、超前小导管注浆

超前小导管注浆是在隧道开挖前，沿隧道开挖轮廓线外按一定角度打人直径为32～70mm ，长度3～5m 的带孔钢管，利用钢管注浆，并与钢架连成一体进行围岩加固的超前支护方式。

（1）施工工序流程图

小导管超前支护施工工序流程见下图

（2）施工要点

①超前小导管支护参数根据地质条件、隧道断面大小及支护结构型式选用。

②采用风钻或凿岩台车成孔，沿隧道周边布设，环向间距不大于40cm，外插角控制在10～15 °。

③钻至设计孔深后，用吹管将碎碴吹出清孔，防止孔位坍塌。

④顶入加工好的注浆钢花管，小导管周圈缝隙用塑胶泥封堵，并用棉纱将孔口堵塞，喷射混凝土封闭工作面，孔口露出喷射混凝土面15cm 。

⑤连接注浆管路，硬质围岩应进行压水试验，注浆压力控制在

1.0MPa 以内，观察管路漏浆情况，并及时封堵。

⑥根据地质情况选用单液水泥浆、超细水泥浆、水泥（超细水泥）－水玻璃浆、改性水玻璃浆或化学浆液。

2、大管棚

大管棚是在隧道开挖前，沿隧道开挖轮廓线外利用钻机或夯管按一定角度打人直径大于70mm ，长度大于20m 的钢管，通过钢管注浆预加固隧道拱部地层，并将钢管内采用砂桨充填密实以减少地层沉降的超前地层加固方式。

( l ）施工工序流程图

洞口大管棚超前支护工序流程见下图

( 2 ）施工要点

①小直径管棚通常用钻机成孔，大直径管棚可用夯管或顶管方式布设。

②管棚环向间距30～50cm，超浅埋地带也可采用密排方式，一般沿隧道周边布设，外倾角l～5°，管棚开孔径向误差不应大于5cm 。

③控制钻机立轴方向，钻进中经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，及时纠正。

④管棚采用热轧无缝钢管，壁厚不小于6mm ，节长3～6m 。接头宜采用丝扣连接，丝扣长15cm ，隧道纵向同一截面内接头数

不大于50% ，相邻钢管的接头至少应错开1米。

⑤开孔管棚压注单液水泥浆，无孔管棚压注水泥砂浆，注浆初压应控制在0.5～1.0MPa 以内，终压应控制在2.0MPa 以内。

⑥洞内施作大管棚时除采用特殊工艺外一般设置扩大洞室。

三、隧道开挖方法

1、全断面法

全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖成型，再施做支护和衬砌的隧道开挖方法，一般适用于地质条件较好的Ⅱ级围岩，也可用在单线铁路隧道Ⅲ级围岩地段。

（1）施工工序流程图

隧道全断面开挖施工工序流程见下图

（2）施工要点

①配备钻孔台车或多功能台架及高效率装运机械设备，缩短循环作业时间，合理采用平行交叉作业工序，提高施工进度。

②利用深孔爆破增加循环进尺，控制周边眼间距及角度改善开挖面爆破效果，减少超欠挖。

③及时施做初期支护，围岩条件变化时及时调整施工方法。

④有条件时采用导洞超前的开挖方法，合理组织施工保证隧道施工安全。

⑤二次衬砌及时施作，Ⅰ、Ⅱ级围岩距掌子面距离≤200m，Ⅲ级围岩≤120m，Ⅳ、Ⅴ级及以下≤90m。

仰拱及填充超前二次衬砌且分别全幅浇筑，仰拱距掌子面距离：Ⅲ级围岩≤90m, Ⅳ级围岩≤50m，Ⅴ级围岩≤40m。

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，采用同时并进的隧道开挖施工方法，一般用在Ⅲ级围岩，也可用在单线铁路隧道Ⅳ级围岩地段。

（1）施工工序流程图

隧道台阶法开挖施工工序流程见下图

隧道台阶法开挖施工工序流程图

（2）施工要点

①根据围岩条件合理确定台阶长度和台阶数量，台阶长度一般为3～5m，台阶高度根据地质情况、隧道断面大小和施工机械设备情况确定，上台阶高度宜为2.5m。

②上台阶施作钢拱架时，采用扩大拱脚和锁脚锚杆等措施，控制围岩和初期支护变形，必要时施作临时仰拱。

③下台阶在上台阶喷射混凝土达到设计强度70 ％以上时开挖，当岩体不稳定时需缩短进尺，必要时下台阶分左、右两部错开开挖，

并及时施做初期支护和仰拱。

④施工中应解决好上下台阶的施工干扰问题，下部施工应减少对上部围岩、支护的扰动。

⑤下台阶施工时要保证初支钢架整体顺接平直，螺栓连接牢靠。

⑥二次衬砌及时施作，Ⅰ、Ⅱ级围岩距掌子面距离≤200m，Ⅲ级围岩≤120m，Ⅳ、Ⅴ级及以下≤90m。

仰拱及填充超前二次衬砌且分别全幅浇筑，仰拱距掌子面距离：Ⅲ级围岩≤90m, Ⅳ级围岩≤50m，Ⅴ级围岩≤40m。

3、环形开挖预留核心土法

环形开挖预留核心土法是先开挖上部导坑弧形断面留核心土平台，再开挖下部两侧边墙、中部核心土的隧道开挖方法。一般适用在单线隧道Ⅳ～Ⅴ级围岩，也可用在双线隧道Ⅲ～Ⅳ级围岩地段。

（1）施工工序流程图

环形开挖预留核心土施工工序流程见下图

环形开挖预留核心土施工工序流程图

（2）施工要点

①开挖前应在拱部进行超前支护，环形开挖每循环长度0.5～1m，开挖后及时施作喷锚支护、安装钢架支撑。

②每两榀钢架之间采用钢筋连接，并设置锁脚锚杆，全断面初期支护封闭距拱部开挖面不超过15m 。

③预留核心土面积大小根据围岩地质情况，便于施工和满足开挖面的稳定。

④上部弧形，左、右侧墙部，中部核心土开挖各错开3～5m 进行平行作业。

⑤二次衬砌及时施作，Ⅰ、Ⅱ级围岩距掌子面距离≤200m，Ⅲ级围岩≤120m，Ⅳ、Ⅴ级及以下≤90m。

仰拱及填充超前二次衬砌且分别全幅浇筑，仰拱距掌子面距离：Ⅲ级围岩≤90m, Ⅳ级围岩≤50m，Ⅴ级围岩≤40m。

4、中隔壁法（CD 法）

中隔壁法（CD 法）是将隧道分为左右两大部分进行开挖，先在隧道一侧采用二或三台阶分层开挖，施作初期支护和中隔墙临时支护，再分台阶开挖隧道另一侧，并进行相应的初期支护的施工方法。一般适用于地质条件为Ⅳ～Ⅴ级围岩，也适用于浅埋地层隧道暗挖。

（1）施工工序流程图

中隔壁法施工工序流程见下图

中隔壁法施工工序流程图

（2）施工要点

①左右部的台阶开挖高度根据地质情况、隧道断面大小和施工设备而定。

②台阶开挖长度3～5m，及时施作初期支护和中隔壁临时支护，左、右两侧洞体施工纵向拉开间距不大于15m。

③后一侧开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。

④中隔壁设置为弧形临时支护，隧道左右开挖面初期支护连接平顺，确保钢架连接状态良好。

⑤初期支护稳定后分段拆除中隔壁临时支护，一次拆除长度应根据变形监控量测信息确定，但不宜超过15m，并加强拆除过程监控量测。

⑤二次衬砌及时施作，Ⅰ、Ⅱ级围岩距掌子面距离≤200m，Ⅲ级围

岩≤120m，Ⅳ、Ⅴ级及以下≤90m。

仰拱及填充超前二次衬砌且分别全幅浇筑，仰拱距掌子面距离：Ⅲ级围岩≤90m, Ⅳ级围岩≤50m，Ⅴ级围岩≤40m。

5、三台阶七步开挖法

三台阶七步开挖法是以弧形导坑为基本模式，先上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护，再进行中、下台阶左右错开开挖，施做墙部初期支护，最后中心预留核心土开挖、隧底开挖，施做隧底初期支护，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。适用于开挖100-180m2，具备一定自稳条件的Ⅳ、Ⅴ级围岩地段隧道的施工。

（1）施工工序流程图

三台阶七步开挖法施工工序见下图

三台阶七步开挖法施工工序流程图

（2）施工要点

①施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织。

②做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，妥善处理好陷穴、裂缝。在含有地下水的黄土层中施工时，洞内应施作良好的排水设施。

③上部弧形导坑开挖，预留核心土长度宜为35m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。左右侧中台阶及左右侧下台阶开挖高度控制在3～5m，左右台阶开挖应错开2～3m,严禁对开，并及时施作初期支护，配合锁脚锚杆封闭成环。开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，。隧底开挖每循环开挖长度宜为2～3m，仰拱分段长度宜为4～6m。

④工作面若有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。

⑤二次衬砌及时施作，防止大断面隧道边墙向内位移。Ⅰ、Ⅱ级围岩距掌子面距离≤200m，Ⅲ级围岩≤120m，Ⅳ、Ⅴ级及以下≤90m。

仰拱及填充超前二次衬砌且分别全幅浇筑，仰拱距掌子面距离：Ⅲ级围岩≤90m, Ⅳ级围岩≤50m，Ⅴ级围岩≤40m。

6、双侧壁导坑法

双侧壁导坑法是采用先开挖隧道两侧导坑，及时施作导坑四周初期支护及临时支护，然后再开挖中部剩余土体的隧道开挖施工方法，一般适用在Ⅴ～Ⅵ级围岩，也可用于浅埋隧道施工。

（1）施工工序流程图

双侧壁导坑法施工工序见下图

双侧壁导坑法施工工序流程图

（2）施工要点

①侧壁导坑形状应近似椭圆形，导坑断面宽度一般为整个断面的1/3。

②两侧侧壁导坑超前中部10～20m，两侧壁导坑开挖错开距离不小于15m，中部采用台阶法开挖，保持平行作业。

③导坑开挖后应及时进行初期支护及临时支护，设置锁脚锚杆，并尽早封闭成环。

④根据监控量测信息，初期支护稳定后拆除临时支护，一次拆除

长度不超过15m，并加强监控量测。

⑤二次衬砌及时施作，Ⅰ、Ⅱ级围岩距掌子面距离≤200m，Ⅲ级围岩≤120m，Ⅳ、Ⅴ级及以下≤90m。

仰拱及填充超前二次衬砌且分别全幅浇筑，仰拱距掌子面距离：Ⅲ级围岩≤90m, Ⅳ级围岩≤50m，Ⅴ级围岩≤40m。

四、初期支护

1、喷射混凝土

喷射混凝土是在地下工程施工中，为尽快使开挖工作面稳定的一种支护措施。它是借助喷射机械，将水泥、砂、石子、水按比例配合成拌合料（并掺加速凝剂），以高速喷射到受喷面上，依靠高速喷射时集料的反复连续撞击压密混凝土硬化而成的支护方式，其喷射的混凝土能够在几分钟内终凝，且强度增长快，并与其它支护措施如锚杆、钢筋网联合形成支护整体，抑制围岩变形，达到围岩快速稳定。

（1）施工工序流程图