1、高速鐵路隧道施工技術 主講老師：張俊儒主要內容： 高速鐵路隧道特點 大斷面隧道施工技術-鉆爆法 大斷面隧道施工技術-機械開挖法 防排水施工工藝 仰拱施工工藝 施工機械化配套 高速鐵路隧道的最大特點就是開挖斷面積大 ，因而施工難度大為增加 結合京滬、武廣高速鐵路隧道認識！一、高速鐵路隧道特點一、高速鐵路隧道特點一、高速鐵路隧道特點一、高速鐵路隧道特點 II級開挖面積為127.56m2，III級開挖面積為143.55m2，IV級開挖面積為150.00m2，V級開挖面積為158.05m2。 一、高速鐵路隧道特點隧道斷面劃分和開挖斷面積 （日本）劃分開挖斷面積(m2)說明標準斷面大斷面超大斷面7080

2、100120140雙車道有人行道的雙車道車道與路面寬相同的三道一、高速鐵路隧道特點何謂大斷面？ 大斷面隧道的分類：日本公路隧道斷面劃分的基準（2003年）通常斷面大斷面小斷面凈空寬度（m）8.512.512.514.03.05.0凈空形狀上部斷面為單心園上半斷面為三心園上半斷面為單心園，側壁為直墻凈空縱橫比約0.6以上約0.57以上約0.8以上凈空斷面積（m2）約4080約80100約816一、高速鐵路隧道特點 國際隧協的斷面劃分 劃 分凈空斷面積(m2)超小斷面小斷面中等斷面大斷面超大斷面100.0一、高速鐵路隧道特點不論是哪種標準，我國高速鐵路隧道都屬于大斷面或超大斷面，因此要選擇合適的施

3、工方法！ 大斷面隧道的施工要根據斷面形狀、隧道長度、工期、地質、周圍環境等條件綜合確定。要主要以下幾點： 地形、地質的特殊性，如洞口段、淺埋段、易變形地段的地質狀況等； 是否有限制條件，如對地表沉降的限制、地基承載力不足等； 必要時與輔助工法配合； 要盡量采用能避免圍巖松弛的施工方法，如在泥巖或黃土中采用機械開挖；一、高速鐵路隧道特點大斷面隧道的施工要根據斷面形狀、隧道長度、工期、地質、周圍環境等條件綜合確定。要主要以下幾點： 應盡量使支護及早封閉，避免多次擾動圍巖，控制初期初期支護位移、變形； 施工組織的統一協調，在同一隧道中盡量減少工法的頻繁轉換； 盡量采用機械化施工，提高作業效率，加快施

4、工進度。一、高速鐵路隧道特點從目前的施工技術水平看，適合大斷面隧道的開挖方法主要有以下幾類：一、高速鐵路隧道特點二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法1 全斷面法 按照隧道設計輪廓線一次開挖成形的施工方法叫全斷面法。該工法的特點是有較大的作業空間，有利于大型機械化配套作業，施工速度快，且工序少、干擾小，便于施工組織和管理。在高速鐵路隧道中，全斷面法主要用于III級圍巖的單線隧道，在IVV級圍巖采用全斷面法施工時，必須輔以輔助工法，如正面噴射混凝土，打設正面錨桿等。在雙線鐵路隧道中，由于開挖面積達120m2以上，受施工機械作業能力的限制，難以采用全斷面法。二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法1 全斷面法 全斷

5、面開挖法的操作工序比較簡單，主要有鉆孔、爆破、出碴、支護、防水層鋪設、襯砌和底板混凝土施工等。該方法的施工組織要求底板混凝土作業盡量超前，這是確保施工安全、質量和文明施工的重要做法。2 臺階法 臺階法是為了控制圍巖變形而采用的縱向分部開挖法。它將結構斷面分成兩步或多步開挖，具有上下兩個工作面或多臺階時有多個工作面開挖。其優點是靈活多變、適用性強。主要有以下幾類：導坑超前擴挖臺階法多層臺階法短臺階和超短臺階法中隔墻臺階法臨時仰拱封閉臺階法 二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法導坑超前擴挖臺階法在開挖主洞之前，先用鉆爆法快速掘進一個超前導坑，進行地質調查、排水以及圍巖改良等

6、作業，而后再次用鉆爆法進行擴挖的一種施工方法。二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法多層臺階法臺階長度一般不超過1.5倍洞徑，通常用在單層臺階上半斷面掘進的導坑尺寸較大、開挖面難以自穩的情況。由于在低強度的圍巖中，整個開挖斷面要分為三部開挖，故開挖造成的應力重分布的次數較多，而且臺階多，斷面閉合的時間也加長。二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法短臺階法短臺階法的長度約在15m，由于上、下斷面的開挖面較接近，兩個開挖面作業有干擾，而且存在上半斷面出碴打亂開挖循環平衡的問題。上半斷面的出碴可用斜坡道、皮帶輸送機、裝載轉運機等組合起來使用。二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法超短臺階法超短臺階法的長度約在58m，適用于

7、膨脹巖、土質圍巖需及早封閉的斷面。超短臺階法施工時的上、下半斷面的開挖面是同時掘進的，出碴也是同時進行的。二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法中隔墻臺階法 當開挖面地層自穩能力較差，上臺階開挖后拱腳支承在未開挖巖體上的自穩時間較短且開挖斷面跨度較大時，可采用中隔墻臺階法，通過中隔墻的分載作用，可減輕兩側拱腳的壓力，降低地表沉降值，以確保施工安全。二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法臨時仰拱封閉臺階法 臨時仰拱封閉臺階法是以控制地表和洞內下沉為目的，在整個斷面閉合的過程中對分部開挖斷面用臨時仰拱閉合的方法。中國臺灣高速鐵路某隧道就是采用此法施工的。二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法3 雙側壁導坑法 雙側壁導坑法

8、主要適用于圍巖較差、開挖斷面很大的大斷面隧道。該法工序較復雜，導坑的支護拆除困難，為了穩定開挖工作面，經常和超前支護等輔助工法配合使用。 一般采用人工、機械混合開挖，人工、機械混合出碴。二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法3 雙側壁導坑法 右圖為雙側壁導坑法開挖順序示意圖，導坑內也分為上、下兩個臺階施工，臺階高度的確定最好以能滿足小型機械施工為原則，以提高導坑的作業效率。二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法3 雙側壁導坑法右側導坑安裝格柵鋼架中間斷面上臺階開挖雙側壁導坑法施工的關鍵在于各工序的施工質量，特別是支承鋼架的連接一定要緊密。二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法4 中壁法中壁法分為中隔壁法（CD法）和交

9、叉中隔壁法（CRD法）。CD法是先開挖隧道的一側，并施作中隔壁墻，然后再分部開挖隧道另一側的施工方法；CRD法是先開挖隧道一側的一或二部分，施作部分中隔壁墻，再開挖隧道另一側的一或二部分，然后再開挖最先施工一側的最后部分，并延長中隔壁墻，最后開挖剩余部分的方法。CD法CRD法二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法4 中壁法CD法施工順序二、大斷面隧道施工技術-鉆爆法4 中壁法CRD法施工順序三、大斷面隧道施工技術-機械開挖法隧道掘進機（tunnel boring machine，簡稱TBM）是指巖石隧道全斷面掘進機，是一種集掘進、出碴、支護和通風防塵等多功能為一體的大型高效隧道施工機械。具有以下優點：

10、 作業連續，施工效率高； 開挖輪廓圓順、超挖量小，可減小支護工作量； 對圍巖擾動小，避免因爆破振動可能引起的圍巖松動坍塌，施工安全性好； 使用勞動力少，勞動強度低，作業環境好，有利于維護作業人員的健康。1 掘進機（TBM）法三、大斷面隧道施工技術-機械開挖法1 掘進機（TBM）法TBM分為開敞式TBM和護盾式TBM。開敞式TBM用于圍巖較好、強度較高的巖石，沒有較大的破碎帶、斷層和地下水的地質狀況，一般隨開挖在刀盤后部施作臨時支護，然后再根據需要施作二襯混凝土襯砌。圖為秦嶺特長隧道施工用的TB880E型開敞式TBM。三、大斷面隧道施工技術-機械開挖法1 掘進機（TBM）法護盾式TBM分為單護盾

11、TBM和雙護盾TBM。單護盾TBM適用于僅僅能自穩、不塌落的軟弱圍巖，襯砌采用預制混凝土管片施工。單護盾TBM具有全圓的護盾，以防止開挖后洞室的掉快、落石和局部坍塌，避免塌落的巖石砸壞刀具或鏟斗。單護盾TBM掘進時護盾隨刀盤一起前進，在護盾的保護下完成隧道掘進、出碴和襯砌作業。由于圍巖較軟，不能承受巨大的水平支撐力，單護盾TBM刀盤推進時需由已完成的襯砌提供頂推力，故TBM的推進和襯砌不能同時進行。三、大斷面隧道施工技術-機械開挖法1 掘進機（TBM）法雙護盾TBM適用于混合地層施工，即可用于軟巖，也可用于硬巖。雙護盾TBM同樣具有全圓護盾，使其在采用必要措施的情況下，能安全穿越軟土、沙土地層

12、，甚至于斷層破碎帶。因其雙護盾構造，在較堅硬的圍巖中掘進時，前護盾與刀盤一起向前推進，后護盾用兩邊的支撐靴撐緊在巖石上，為刀盤提供頂推力。這樣因掘進所需要的頂推力不由已完成的襯砌環提供，使掘進與管片安裝可同時進行，盡快了施工進度。三、大斷面隧道施工技術-機械開挖法2 盾構法 盾構實質上就是軟土掘進機。不過它既可能是機械開挖，也可能是人工開挖。它既是一種施工機具，又是一個強有力的臨時支撐結構。在盾殼的保護下，既可進行開挖，又能進行襯砌。采用盾構施工，具有不影響地面交通、沒有振動、對地面鄰近建筑物危害較小等優點。 盾構按掘削面的開敞程度可分為敞開式盾構、封閉式盾構；按掘削地層的種類可分為硬巖盾構、

13、軟巖盾構和復合式盾構；按盾構機橫截面的大小可分為小型盾構、中型盾構和大型盾構。三、大斷面隧道施工技術-機械開挖法2 盾構法敞開式盾構三、大斷面隧道施工技術-機械開挖法2 盾構法封閉式盾構三、大斷面隧道施工技術-機械開挖法2 盾構法復合式盾構三、大斷面隧道施工技術-機械開挖法2 盾構法大型盾構三、大斷面隧道施工技術-機械開挖法3 單臂掘進機法又稱為自由斷面掘進機，與全斷面掘進機最大的不同就是可以開挖任意斷面形狀的隧道，在軟巖和小斷面隧道中得到廣泛應用。該機配置有自動開挖控制裝置、臂旋轉裝置、自動測量裝置等。開挖中自動測量裝置隧道提供姿態情報，改變掘進機的姿態進行開挖作業。4 銑挖法銑挖法是通過采

14、用一種叫銑挖機的設備，安裝在任何類型的液壓挖掘機上，高效替代挖斗、破碎錘、液壓鉗等通用配置，應用于隧道掘進機輪廓修整、渠道溝槽銑掘、建筑物拆除、瀝青混凝土路面銑刨等多個領域，適用于多種地層。圖為安裝在挖掘機上的銑挖頭。三、大斷面隧道施工技術-機械開挖法四、防排水施工工藝1、隧道防水施工流程2、防水板鋪設工藝 對初期支護的滲漏水情況進行檢查，并采取有效措施進行處理。初期支護表面平整，無空鼓、裂縫、松酥，并用噴混凝土（或砂漿）對基面進行找平處理。 四、防排水施工工藝 防水板鋪設多采用無釘（暗釘）鋪設法。無釘鋪設法是先在噴混凝土基面上用明釘鋪設法固定緩沖層，然后將防水板熱焊或粘合在緩沖層墊圈上，使防

15、水板無穿透釘孔。 四、防排水施工工藝 防水板需環向鋪設，先拱后墻，下部防水板應壓住上部防水板。相鄰兩幅接縫錯開，結構轉角處錯開不小于規定值。 兩幅防水板的搭接寬度不應小于100mm（客運專線鐵路隧道工程施工質量驗收暫行標準中規定是：防水板的搭接寬度不應小于15cm，允許偏差為-10mm）。 防水板之間的搭接縫應采用雙焊縫、調溫、調速熱楔式功能的自動爬行式熱合機熱熔焊接，細部處理或修補采用手持焊槍，單條焊縫的有效焊接寬度不應小于10mm，兩條焊縫間留不小于1.5cm寬的空腔作充氣檢查用。焊縫處不允許有漏焊、假焊，凡烤焦、焊穿處必須用同種材料片焊貼覆蓋。 四、防排水施工工藝3、注漿粘貼防水板無損整

16、體鋪掛技術 隧道開挖凈空的不平整，不可避免會存在如圖所示的情況。在這種情況下將會產生兩種工程缺陷結果：一種是二襯混凝土澆注時，防水板沒有發生破壞，造成混凝土背后存在空洞；另一種是防水板破壞，造成隧道防水系統的破壞。 注漿粘貼防水板無損整體鋪掛技術可以從根本上消除這種情況。此法的根本思路是：與常規的防水板緊貼初期支護不同，讓防水板緊貼二次襯砌外側。 四、防排水施工工藝防水板鋪掛臺車圖 施工步驟示意圖 四、防排水施工工藝鋪設防水板組合式臺車 防水板鋪設方向示意圖 四、防排水施工工藝3、關鍵技術 注漿粘貼防水板無損整體鋪掛技術是真正意義上的機械化防水板鋪掛技術，但要達到理想效果，必須解決以下關鍵技術

17、：（1）防水板鋪掛臺車的制作 防水板鋪掛臺車要能保證對防水板進行有效支撐，保證壓注漿液時防水板不懸垂，同時要保證漿液不滲漏。（2）注漿技術 注漿所用漿液要保證合理的黏稠度和凝結時間，使漿液不太稀也不太稠。太稀容易滲漏和凝結后收縮形成空隙，太稠則不容易保證充滿空隙和流動困難。四、防排水施工工藝 為保證隧道襯砌工程質量，高速鐵路隧道施工中要求仰拱必須分段一次性整體施作。因此，為使開挖仰拱底及澆筑混凝土時出碴、進料等運輸工序能平行作業，需要采用仰拱棧橋施工。五、仰拱施工工藝棧橋縱移施工工序 第一步：棧橋安裝就緒，允許各種車輛通過，準備橋下仰拱作業。第二步：橋下仰拱作業，各種車輛正常通過，橋上橋下互不

18、干擾。五、仰拱施工工藝第三步：仰拱施工結束，坡橋在液壓油缸作用下升起，離開地面，同時行走輪下降，行走輪接地后油缸繼續伸長，行走輪逐漸將整個棧橋撐起。第四步：啟動行走電機，行走輪旋轉，帶動棧橋向前移動。第五步：棧橋行走到位后，行走輪支撐油缸收縮，等棧橋完全由棧橋橋墩支撐時停止，此時放下坡橋，完成棧橋準備工作。五、仰拱施工工藝棧橋橫移施工工序 第一步：拔下行走輪定位銷，水平旋轉行走輪車架90。坡橋升起，離開地面，同時行走輪下降觸地，將整個棧橋撐起。第二步：啟動行走電機，行走輪旋轉，帶動棧橋橫向移動，移動到位后，行走輪收起，棧橋橋墩支撐，放下坡橋，完成棧橋準備工作。五、仰拱施工工藝1、施工機械化配套

19、原則施工機械要與施工方法配套；動力選型以電液為主；單機選型要考慮質量可靠高效、經濟合理、維修方便、機械設備生產能力匹配；引進設備要考慮國產化的可行性，主機零配件和易損件能及時供應。六、施工機械化配套2、機械選型配套應考慮的技術經濟指標生產性指各單機組合配套后形成的生產作業線所具備的綜合性能和生產能力；可靠性指各單機在運轉過程中穩定地保持其良好的技術性能、可靠地在規定時間和作業條件下完成工期所要求的額定功率的能力；安全性一是指機械本身的安全運轉功能；二是指機械轉動時對操作人員和周圍施工人員的安全保障；六、施工機械化配套2、機械選型配套應考慮的技術經濟指標耐久性指配套機組中的各單機應經久耐用，技術

20、壽命應相互匹配；維修性便于檢查維修和保養，利于配件采購和儲備；經濟性應優先選用經濟合理的節能型設備；適應性指配套設備能適應多種地質條件下不同的施工方法，能滿足輔助工法的施工需要。六、施工機械化配套3、施工機械化作業線 高速鐵路大斷面隧道的施工組織一般按照開挖運輸、噴錨支護、防水襯砌三條主要作業線進行機械配套，同時搞好注漿加固、仰拱填充、通風防塵三條輔助作業線的機械化施工組織。六、施工機械化配套3、施工機械化作業線 開挖運輸作業線：一般采用液壓鉆孔臺車、多功能鉆孔臺架、挖掘機、破碎機、皮帶輸送機、裝載機、自卸汽車等。作業流程及施工裝備如圖。六、施工機械化配套3、施工機械化作業線 開挖運輸作業線：一般采用液壓鉆孔臺車、多功能鉆孔臺架、挖掘機、破碎機、皮帶輸送機、裝載機、自卸汽車等。作業流程及施工裝備如圖。六、施工機械化配套鉆孔臺車挖掘機3、施工機械化作業線 開挖運輸作業線：一般采用液壓鉆孔臺車、多功能鉆孔臺架、挖掘機、破碎機、皮帶輸送機、裝載機、自卸汽車等。