隧道底地层加固施工技术研究论文[全文5篇]

第一篇：隧道底地层加固施工技术研究论文

［摘要］介绍了隧道底地层加固施工技术，主要应用于盾构工程中成型隧道底部地层加固施工。该施工方法的主要特点为效果可靠、实施方便、经济性较好、安全性与适用性好等。运用此项技术从隧道内加固隧道底地层可避免征地拆迁、管线迁改、交通疏解等问题，具有显著的社会效益。

［关键词］隧道工程;盾构;加固;注浆

0引言

随着城市轨道交通工程的高速发展，盾构在隧道工程中的应用越来越广泛，由于受到地面建筑物结构、管线等因素影响，盾构机不可避免地要穿越不良地质地层，此类地层会对地铁的运营安全造成影响，因此隧道底部以下的不良地质地层必须进行加固处理。盾构工程大部分位于城市繁华区域，通常不具备地面加固条件，因此只能等盾构隧道成形后，再从隧道内进行注浆加固。但若是直接利用管片吊装孔进行压力注浆加固，仅能对管片周边很小范围注浆，其注浆范围不受控制，并容易导致管片过大上浮，影响成型隧道的质量，并且不能真正达到地层加固的效果。若是采用从管片上钻孔埋管进行注浆加固，由于隧道埋深较深，隧道底部水头承力较大，在钻穿管片、下注浆管过程均容易出现喷水、喷砂的情况，从而有可能导致隧道变形，其后果非常严重。因此研究一种安全、有效，适用于成型隧道底地层加固的施工技术对于类似工况的隧道底地层加固有很好的借鉴意义。

1隧道底加固技术方案及要点

由于隧道埋深大，而加固地层主要以液化砂层及淤泥层为主，因此在隧道内成孔时(特别是砂层)，须防止管内或管与管片预留孔间产生喷涌。针对该风险对普通袖阀钢管进行改进，增加自行研发的防喷涌装置，确保成孔、注浆加固过程中的安全，并形成相应的检测方案，以确保施工质量。

1.1工艺原理

针对盾构在隧道内进行注浆加固处理过程，在钻穿管片、下注浆管过程均容易出现喷水、喷砂情况的特点，对隧道底加固施工工艺流程进行了分析，对施工过程防喷涌装置技术进行了研究，形成了一套有效的、适合于盾构隧道底加固施工的技术，成功地解决了盾构在钻穿管片、下注浆管过程均容易出现喷水、喷砂情况等质量控制难题，使得隧道满足结构的承载力和变形要求。隧道底部加固是采用袖阀钢管注浆，将水泥浆液通过劈裂、渗透、挤压密实等作用，与土体充分结合形成较高强度的水泥土固结体和树枝状水泥网脉体。注浆花管中有上、下两处设有2个栓塞，使注浆材料从栓塞中间向管外渗出，阻塞器在光滑的袖阀钢管中可以自由移动，可以根据工程的需要在注浆区域内某一段反复注浆。施工中，它能够定深、定量，进行分序、分段、间隙和重复注浆，结合防喷涌装置，解决了在加固过程中打穿管片、下管注浆时容易出现的喷水、喷砂的难题，大大提高了加固过程中的安全性。

1.2加固技术方案

1)隧道底加固施工时，先在管片预钻孔位置上方安装1个防喷涌装置:装置由2条4英寸钢管(1英寸=2.54cm)、1个4英寸球阀、1条内径52mm的钢管、1个异形接头、3道密封胶圈组成。施工时，通过在管片上打膨胀螺栓先将下部结构固定在管片上，然后将上部结构套在钻机钻杆上，钻孔前先将上部结构与下部连接好，然后再开始钻孔，待钻至设计底标高后提起钻头，待钻头过4英寸球阀后关闭球阀，然后再松开异形接头，提出钻头并从钻杆上取出上部结构，再将上部结构连接在下部结构上面。

2)钻孔完成后下注浆管，注浆管为外径52mm的钢管，钢管末端为锥形，钢管上每隔100mm车一道50mm长、厚2mm的内槽，内槽部位梅花形开直径2～4mm的小孔，然后在内槽位置套上1个橡胶套，待注浆管过3道密封胶圈后打开4英寸球阀让注浆管下到设计底标高。

3)插入注浆芯管至设计底标高。注浆芯管由开孔钢花管和2个橡胶套栓塞组成，注浆芯管末端用闷盖封堵，4)通过防喷涌装置下部结构预留的4分管注入套壳料，套壳料由膨润土和水泥现场搅拌。

5)注浆缓慢提升注浆芯管，通过压力击穿注浆管上的橡胶套，从而实现分层注浆。通过采用隧道底注浆加固的施工方法，确保了钻孔过程和下注浆管过程、注浆过程均处于密封状态下，防止了喷涌现象的发生，并能实现分层注浆，达到更佳的注浆效果。

1.3加固施工要点

1)套管钻孔时避开管片钢筋，预留20mm左右保护层，严禁一次钻穿管片，避免出现涌水、涌砂的现象。由于原来管片上没有预留注浆孔，因此在进行隧道底袖阀管注浆加固施工时，需先用地质钻机在管片上钻孔。在打入袖阀钢管前，套管内安装1个防止地下水通过管隙进入隧道的逆止阀。为加强保障，除了逆止阀，在注浆套管上方安装1个带多重止水橡胶的钢套管。若盾构管片上没有预埋注浆套管，则需采用钻机钻穿管片混凝土进行开孔，袖阀钢管插入钢套管内，通过止水橡胶有效防止管壁间涌水的可能。袖阀管需采用特制的复合袖阀钢管，钢管底部为圆锥形的封闭，确保砂层或地下水不能从管底进入注浆管内，复合袖阀钢管上的注浆孔用橡胶皮套箍住，确保注浆的单向性。即在压力作用下注浆液通过注浆孔撑开橡皮套，将浆液注入加固区，而外边的砂或地下水则不能通过注浆孔进入注浆管内。袖阀钢管一般每节长2～3m，顶部安装带观察管的钢帽，钢帽可承受锤击。观察管上设可开闭的阀，用作观察注浆管内是否有地下水侵入，如果有地下水，可关闭观察管上的阀，也可通过观察管注浆封堵。

2)对于同一孔进行分次分段注浆(可取每0.3～0.6m为一注浆段)，先注单液浆，后注双液浆，以确保浆液能集中在隧道底部而不至于过分扩散。

3)注浆过程中为了使地层结构不受扰动和破坏，要严格控制注浆压力及注浆量，注浆压力一般控制在0.5MPa以内，注浆量原则上一般每m耗用水泥200kg，如果单液浆注浆量达不到原则规定，且压力上不去，可换注双液浆，具体配比根据现场实际情况确定，直到注浆压力稳定后可停止注浆。

4)注浆过程中要密切关注注浆压力，并且密切注意隧道异常变化，对隧道管片进行密切监测，监测点布置如图4所示。出现浆液沿注浆管壁上冒击裂封堵层、管片有抬升等异常情况时要立刻停止注浆。

5)土层液化对盾构隧道的危害主要是隧道下部土层液化造成隧道的下沉变形，因此隧道抗蠕变或防振动液化加固可以只加固隧道底部90°范围，加固深度视隧道底砂层和淤泥层厚度而定。为了满足注浆需要，每环管片设置3个注浆孔，排距1500mm。最外缘两注浆孔夹角为60°，由于注浆浆液的扩散作用，加固范围可超过90°。管片加固注浆孔布置如图6所示。

6)为了检测方便，施工检测试验点都选在6点位置，在原来钻孔位置环向偏20cm左右，且现场临时架设三角架通过定滑轮来做标准贯入试验。标准贯入试验完成后，标贯器不再拔出，试验完成后立即进行注浆封孔。在施工前现象必须备好木塞、棉胎、快速水泥、大锤等应急物资，出现涌水的现象立即封堵试验孔。

7)考虑到地铁运营期间隧道可能存在后续沉降，因此在隧底地层加固完成后需对注浆管路进行清洗，并将注浆管延长到道床面以上，便于地铁运营期间对隧道进行补充注浆加固。

2结语

在国内首次提出从隧道内通过采用成熟的袖阀管注浆工艺，结合自主研发的防喷涌装置，对成型隧道底部地层进行加固，通过安装防喷涌装置使得施工过程中的管片开孔、下管注浆以及加固质量检测均是在密闭的条件下进行，大大降低了施工风险。同时实现了隧道底部地层的分层注浆，确保了地层加固质量;有效防止了管片过大上浮。对类似工况的隧道底地层加固施工有着较好的借鉴作用，在珠三角城际快速轨道交通工程盾构施工中应用效果良好，避免了征地拆迁、管线迁改、交通疏解等问题，取得了显著的社会效益。

参考文献:

［1］王梦恕．隧道与地下工程技术及其发展［M］．北京:北京交通大学出版社，2004．

［2］李幸发．水平浆技术在盾构法隧道端头加固中的应用［J］．施工技术，2014，43(11):95-99．

第二篇：铁路隧道施工风险管理技术研究论文

摘要：开展铁路隧道风险管理技术及应用研究，有利于施工时进行科学的决策、规范化的管理，最大限度地降低施工风险带来的严重后果。文章以乌岩山铁路隧道施工为例，借鉴国内外先进的风险管理经验，分别从风险识别、风险评估、机制建立、控制措施等方面对铁路隧道施工风险管理进行了研究。

关键词：铁路工程；隧道施工；风险评估；风险控制；施工风险管理技术

自国家进入新世纪以来，在各领域中的技术水平正在不断提升，而细化到铁路隧道施工领域中也呈现出施工技术的不断优化和施工难度不断提高的态势。针对这一局面，在当今的铁路隧道施工过程中使用更为科学的风险管理技术，最大程度降低施工中产生风险的可能性，是工程施工顺利进行的关键，也是施工单位完成工程目标，同时达到最大化经济利益的重要措施。

1工程情况简介

乌岩山隧道位于浙江省温岭市大溪镇境内，隧道总长度为6208m，根据列车行驶速度200km/h的规格开展单洞双线铁路隧道施工。隧道通过的地质情况较为复杂，断层破碎带较多，裂隙水发育，软弱围岩所占比例较大，造成施工的难度及风险巨大。该铁路隧道穿过丘陵低山区，断裂构造十分发育，辅有平缓的褶皱构造，主要岩体有凝灰岩、泥岩和花岗岩等，隧道最大埋深为480m。除断层带外隧道进出口各300m范围围岩等级较差。隧道施工过程中，严格按“新奥法”作业，该方法从岩石力学的观点出发，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工的方法和原则。为了保障隧道施工过程的安全，施工方建立了一套较为全面的安全生产管理办法，并指派相关人员开展了安全管理工作，最大限度地降低该隧道工程在施工过程中可能出现的风险。

2该铁路隧道工程施工中使用的风险管理办法

2.1铁路隧道工程风险的识别导致风险发生的原因是促使风险事件发生概率和损失幅度增加的因素，风险识别是对工程项目中的风险进行确认和分类，工作中应以收集各工序的风险作为主要途径，以相关经验及资料整理作为辅助途径。根据工程开工前展开的施工调查揭示，在该工程当中，主要存在以下较突出的问题。

2.1.1该铁路隧道洞身横穿了多条地域性断层岩层并受此影响，在隧道内施工过程中，隧道岩体非常容易发生碎裂现象，并且该种岩层十分易于水的贮存，所以在施工过程中，有发生坍塌和突水突泥事故的可能。

2.1.2因为该工程当中最大深度为480m，按照相关理论公式进行推算，在隧道最深处的温度可能达到34℃以上，在高温高湿的条件下，给技术人员的施工带来了很大的困难。

2.1.3相关勘察人员分析，在此工程中存在有泥岩地质结构，含硫化氢地层，因此在隧道洞身可能存在有天然气气体的聚集，对施工人员的生命安全构成威胁。

2.2采取的风险评估办法按照《铁路隧道风险判定和管理办法》当中建议使用的风险评估办法，并结合该铁路隧道工程的实际情况，使用了下列风险评估办法：2.2.1风险打分。风险打分是按照铁路隧道设计、施工过程中的实际状况，把铁路隧道在施工过程中可能发生的潜在风险归纳成设计类、地质类、施工方法类等多个部分，对这些部分中可能发生的风险以评分的方式进行风险判定，最后根据总的评分结果，对该隧道的整体风险进行全方位评定。

2.2.2专家分析法。专家分析法是施工方和相关工程方面的专家取得联系，并对该工程中可能发生的安全问题向专家进行询问，并让专家对工程中的风险给出判定的方法。这种方法是使用归纳统计的办法把多数人的意见和少数人的意见全部进行考虑，很好的避免了其他风险评估办法中涵盖面不全的弱点。使用此办法的流程有以下四个方面：（1）把该项目工程的基本状况和施工方所提出的问题提供给专家；（2）以成立调查组的方式提出个人意见，分析时对各方的意见进行整合；（3）将整合的结果返还给专家，专家就所整合的意见再提出自己的看法；（4）重复以上过程多次之后，意见就会趋于统一，这便是施工范围在后续施工作业中进行决策的根据。

2.3铁路隧道的风险评估程序

2.3.1针对起始风险进行判定，相关技术地质勘探人员列出该工程当中的潜在风险表，并在此基础上创建工程层次模型。

2.3.2使用层次分析与专家调查的方式对潜在风险表中可能存在的风险进行分析，并对风险系数进行判定。2.3.3由专家对起始风险中所指出的风险产生的可能性进行评定，并分析这些风险发生后可能出现的后果，最终得出各大起始风险的等级。

2.3.4施工单位根据收集获取的可能发生的风险与后果，商讨出与之匹配的施工方式和解决方法。

2.3.5施工方还需要针对该项工程开展一次再评估，分析可能出现的其他潜在风险。

2.4工程中主要风险等级认定

2.4.1隧道起始阶段的风险。在起始施工阶段，重点要求做好各项检查准备工作，针对此次风险判定的核心内容也正是关于安全风险方面，并将产生安全事故的可能性作为最重要的风险判定目标。在对该工程风险判定的过程中，考虑到岩层极为破碎，岩层自稳能力极差，所以在对周围环境影响的风险判定上，等级为极高风险。

2.4.2隧道入口处的风险。在该铁路隧道的入口处，山体是剥蚀中低山型地质，这种地质存在风蚀断裂的地层，在自然环境中，该地势的坡度大约在50°～60°，并且因为植被的发育，导致这些地区的岩层较为松散，覆盖层薄弱，围岩变形大，施工安全极为不利，所以该段落风险等级定为高度。

2.4.3隧道洞身段的风险。经相关地质人员进行勘察，在该工程铁路隧道洞身当中，岩层因为受到风化现象十分严重，因此不具有较高的完整性，施工环境较差。同时，在隧道中含有水，一旦操作不慎，很有可能造成安全事故。该段落中断层破碎带以及可能的天然气涌出地段定为极高风险，其他段落定为中度风险。因此做好超前地质预报尤为重要，重点做好钻爆施工、支护方式、衬砌类型、通风排水等方面的工作。

2.4.4隧道出口处的风险。该铁路隧道的出口处位置在斜坡之上，地形极为陡峭，并且斜坡之上覆盖有厚度为0.5m左右的粉状黏性土壤，在粉状黏性土壤之下为砂岩性岩层。因此在隧道出口处，地质环境增加了施工难度，整体施工安全形式严峻，该段落风险等级定为高度。

2.5构建完善的风险管理体制

开展铁路隧道施工的前期，建立完善的风险管理体制，是工程管理当中一项十分重要的部分，因此在项目开展前，应建立一套完善的风险管理条例，对该工程开展现代化的风险管理。针对铁路隧道施工过程中的每个部门管理人员，开展对应的责任划分，以求提高管理人员对于风险管理的主动性。

3减少该铁路隧道工程风险采取的控制措施

3.1总体措施

3.1.1在施工过程中，安排相关技术人员对周围环境进行实时监测，并针对之后开展施工的区域进行地质环境的预报工作。对该铁路隧道工程中可能发生坍塌、突水突泥、危险气体过高的区域，施工方在开展施工之前需要进行风险评估，并在此基础上，制定完善的处理预案，以保证工程施工人员的生命安全。

3.1.2工程施工技术人员在开展正式施工前，一定要进行全面的安全教育和发生事故之后的自救应急教育。同时在施工过程中，施工方需要为工程施工人员添置相关的安全设备，保障施工的安全开展。

3.1.3在该工程的高危地段，提高一级支护等级，进行不间断监测，及时调整施工工艺，力求最大程度降低工程施工中可能存在的潜在风险。

3.2具体办法

3.2.1对全体施工及管理人员进行各专业针对性的岗前培训并进行考核，考核合格后才能进入岗位工作，坚持特种作业人员持证上岗，作业设备运行保养良好，建立完备的人员考核、设备登记保养制度。

3.2.2该工程的铁路隧道出口位置由于地理环境较差，施工较为困难。因此在开展施工之前，在该地段的临时边坡处进行了相关防护施工，同时增强坡顶处的排水作业，以求保障施工人员的生命安全。

3.2.3在隧道出口和入口处进行开挖的过程中，为了保证围岩的整体稳定性，并未使用强爆破手段，而是加强管棚支护及预注浆处理，避免了发生隧道坍塌的可能。3.2.4指派了专业勘探人员对施工隧道的地质情况进行全方位预报，全过程建立预警机制，在断层破碎带、节理发育岩体破碎地段进行综合超前地质预报，加强围岩量测，实行信息化施工，通过对数据的分析和处理，及时反馈指导施工，防止坍塌等事故。

3.2.5富水地段采用“以排为主”，“防、排、堵、截”相结合，“因地制宜，综合治理”的原则；裂隙水发育和水环境要求严格的地段，采用“以堵为主、限量排放”的原则组织施工。3.2.6在施工过程中发生事故的先期预兆时，果断采取相应的应急措施，并立即停止施工，将作业人员组织撤出。

4结语

综上所述，在铁路隧道施工的过程中，进行安全风险管理对于保证施工人员的生命安全，保障建设各方的综合利益有着显著的意义。因此铁路隧道施工时，应准确地分析与评估出各类风险问题，编制切实有效的防控计划，并将风险监测、监督管控、查漏纠偏等工作进行循环改进，以完善的管理机制作为保证，并始终贯穿于隧道施工的整个过程，才能使工程安全质量得到较好的保障。

参考文献:

[1]夏润禾，边玉良．山岭地区铁路隧道施工安全风险评估及管理研究——以贵广铁路客运专线金宝顶隧道为例[J]．中国安全生产科学技术，2012，（10）.[2]贺志军．山岭铁路隧道工程施工风险评估及其应用研究[D]．中南大学，2009.[3]李明，王占龙．高速铁路隧道施工风险管理技术探索[J]．铁道标准设计，2010，（S1）.[4]李明．高速铁路隧道施工风险管理技术探索[J]．隧道建设，2010，（2）.

第三篇：隧道“零开挖进洞”施工技术研究

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隧道“零开挖进洞”施工技术研究

作者：吴鹏

来源：《建筑与文化》2012年第11期

【摘 要】介绍安徽璜源山隧道“零开挖进洞”施工技术方案，为类似工程提供借鉴。

【关键词】隧道；零开挖进洞；施工方法

一、引言

在早期的公路隧道施工中，常常遵循晚进早出，缩短隧道长度，节约工程造价的原则，在洞口坡面大挖大刷，这样不仅破坏了原生态，使得原地貌很难恢复，对自然景观也造成无法挽回的创伤。为了克服过去进洞施工缺点和保护原地貌不被破坏，特制定隧道“零开挖进洞”的施工方案。

二、工程简介

璜源山隧道是我公司在安徽黄山景区黄山至塔岭和小贺至桃林高速公路路基工程第四标段的一座分离式隧道，计长4117m，隧道洞口段以弱风化层为主，岩体呈碎石、碎块状，有裂隙滴水、渗漏，稳定性较好，均为V级围岩。

三、施工总体方案

根据“早进洞，晚出洞”和隧道“零开挖”的原则,在隧道洞口覆土层较薄的时候，选择正确的支护手段，发挥围岩和支护的共同作用，使隧道具备零开挖进洞条件，最大限度的减少洞口植被的破坏范围。

首先完成隧道洞门位置有关测量放样工作，确定好洞门位置及明暗交接点位置；施工洞口处设截水沟，完善洞口处排水系统；搭建工作平台。开挖轮廓线外缘沿山体自然坡面施作Φ108超前大管棚，拟定超前管棚长15m，间距40cm。并架设钢拱架加强支护。结合以往隧道进洞的经验，综合采用大管棚预支护，再分台阶留核心土法进行开挖，有效保证洞口仰坡安全，确保顺利进洞，满足“零开挖”进洞要求。

四、施工技术要点

1、套拱及导向管

第四篇：浅埋隧道施工引起的地层变形规律分析

浅埋隧道施工引起的地层变形规律分析

摘要 通过对浅埋隧道沉降进行实时量测，并对其理论进行分析整合，找出了一些浅埋隧道施工阶段引起的地层变形规律，由此提出了隧道施工时控制大变形的相应措施，取得良好的施工成果。

关键字 隧道施工 沉降 分层沉降 浅埋暗挖法 沉降槽

1引言

伴随着我国经济的飞速发展，城市化进程建设进程的不断加快，越来越多的人口涌向城市，在给我国经济带来高速发展的同时，也产生了众多的负面效应。人口密度增加，城市规模越来越大，基础设施尽显疲态，尤其是交通的拥堵己成为各大中型城市所共有的“ 重症”。由此也对我国城市的发展产生很大的制约作用。同时，经济与社会的发展对城市集约化程度和提高效率要求越来越高，快速有效的交通设施建设成为一个城市发展的必要条件和提高城市竞争力的重要筹码。而与加强交通等基础设施建设的要求相矛盾的是目前城市市区内可供利用的土地面积越来越少，为解决城市建设与地面空间紧张的矛盾，以促进城市的可持续发展和加强环境保护，寻求地下空间的开发利用成为一条扩大城市容量和功能的有效途径，地下排水、供电、通信、煤气管道越来越多，城市地下交通的建设更是以其特有的各种优势受到人们的青睐。

虽然城市地下交通隧道及地下铁道有着诸多优点，但由于城市环境复杂，建筑物密集，管线密布，因此在施工过程中也不可避免的对周围环境产生影响，比如由于隧道在施工过程中引起的地层的位移，地表沉降，并由此引起隧道开挖影响区域内的建筑物基础的沉降，造成房屋的倾斜、变形等，对开挖区域内的管线(尤其是刚性管线)造成不同程度变形等影响。

在保证城市隧道及地铁等工程施工的顺利实施的同时，也为了保证周围既有建筑设施的安全，作为新奥法施工过程中重要组成部分的施工监测被普遍应用到施工过程当中，而在诸多监测项目当中，地表沉降监测被看作城市隧道监测项目中的重中之重，由于地表沉降为开挖过程中地层下沉最为直接量化的反应，而地层的下沉则直接影响了既有建筑及管线设施的变形甚至破坏。如路面的开裂、下陷；地下原排污、输水等管道等的破裂以至无法正常使用，且渗漏的污水等甚至影响到在建隧道的安全施工，且地表沉降监测有着如下优点：

一、监测简单方便且能及时实施；

二、测点布设简单且易于保护；

三、测量数据直观且可用作施工安全的预判；

四、监测不受施工等因素的干扰等。

因此在施工监测中地表沉降监测非常重要。然而目前，在有关监测规程中，对于地表沉降监测项目的规定仍然存在许多问题。

1、地表沉降监测断面的选择及断面的间距规定不明确，目前通用的是监测断面间距根据隧道埋深确定在某个范围内进行选择；

2、监测的频率采用同一频率，在间距的选择及监测频率当中，未考虑施工方法及地层的特性；

3、就隧道洞径对地表沉降的影响范围考虑较为模糊。由于在相同条件下，地表的沉降量随着隧道埋深的增加而呈现递减趋势，在某些特定地层当中，由于隧道开挖引起的围岩变形较小，地表沉降量也较小，且当隧道埋深达到某一临界值后，地表的沉降变形将极其微小，可看作地表无沉降变化，过多的地表沉降监测将失去意义。同时，地表沉降的变化为隧道洞内变形的间接反应，本文将根据胶州湾海底隧道洞内位移及地表沉降的变化，确定地表沉降与洞内位移及隧道埋深的关系，找出青岛地区花岗岩地层中，地层变形的规律，为今后类似工程建设提供借鉴及依据。

2理论基础

隧道上覆地层的竖向沉降是由开挖后的地应力释放、地层损失引起的。对于浅埋暗挖法则为开挖后、支护结构达到强度要求前的时间段内隧道上方一定范围内土体向隧道内空移动所引发的地层整体变形。

大量的现场量测表明，粘性土中隧道施工上方地表沉降槽可以用高斯函数拟合。一般单洞隧道的沉降曲线（图1）定义为

式中s为隧道上覆地层的沉降量；x为与隧道中线的水平距离；Smax为隧道中线处的最大沉降量；沉降槽宽度由参数i确定，i为隧道中线到沉降曲线反弯点的距离，沉降槽宽度一般为5i。i随深度变化，即反映在同一横断面处隧道上方不同埋深位置的沉降槽最大值 Smax和宽度不同，埋深越大，Smax越大，沉降槽宽度越小，即 i 值越小。O’Reilly & New(1982年)在粘土中得出地表沉降槽i与zo的关系：

式中zo为地表到隧道中轴线的距离。因此，可以假定：

式中k为一常数，与地层条件及埋深相关；z 为不同地层埋深（图1）。Rankin(1988年)在大量土样和现场量测试验基础上得出k取0.5在大多数情况下是合理的。3实例分析

深圳地铁3A标国老区间南段暗挖隧道上覆地层自上而下依次为：第四系全新统人工堆积层(Q４ml)、海冲积层（Q４m+al）及第四系残积层（Qel），下伏侏罗系中统（J2）凝灰岩、震旦系（Z）花岗片麻岩，局部为燕山期（r53）花岗岩，Ⅴ级围岩。3A标地层参数见表1。

表1

试验断面（图2）位于F5′断层位置，里程为Sk1+486。该断层发育在凝灰岩中，视厚度为4.4 m。真厚度约为2.0 m。断层带主要为灰绿色糜棱岩、断层泥及断层角砾。根据地质资料，断层走向NE55°，倾角约为 60°～75°。区间隧道洞身主要通过粉质粘土层、全风化层、中风化层，拱部 1.5 m以上为砂层，围岩“上硬下软”，软弱围岩除粉质粘土、全风化层，透水性较强，整个隧道地质条件很差。本区间隧道在国内首次采用了单洞双层重叠结构，隧道断面宽6.8 m，高13 m，属高边墙结构，分四台阶开挖。预支护采用小导管注浆；初期支护为网喷混凝土C20与格栅钢架(主筋φ22 mm)、锚杆(R25/4，L = 3.5 m，间距为750 mm×800 mm)联合支护；二衬采用模筑混凝土衬砌支护。各台阶之间设立临时横撑（型钢钢架），并网喷混凝土。

隧道开挖引起的地层变形是从隧道结构拱顶向上延伸的，从现场对断层位置的断面量测结果看，拱顶下沉量要小于地表沉降，为了进一步分析两者的关系，在该断面隧道正上方不同埋深位置埋设了分层沉降磁环，取趋于稳定的地表沉降和离地表8.25 m 处的地层分别做沉降槽曲线，并对曲线作回归处理(图2和图3)，图中的离散点是现场测点的实际沉降值，曲线为Gaussian 回归曲线。对比图2和图3的曲线可以明显发现两者的区别。

图2地表沉降值及其回归曲线

图3埋深8.25米处分层沉降值及回归曲线

图4拱顶正上方测点沉降

图5埋深8.25米拱顶正上方测点沉降

图3中地表沉降曲线的最大沉降量小于图4中的最大值。从两者的拟合函数可以看到，沉降槽宽度参数i前者大于后者。由此发现，从拱顶到地表的地层沉降量逐渐减小，开挖的影响范围却逐渐增大，可见现场测得的拱顶下沉量有一个超前释放部分。

图6和图7可以明显看到这样的变化，两者的Logistic拟合曲线除最终沉降量有差异外，其变化趋势基本相同。且两图中在沉降后期实测值有一个突变，这与高边墙暗挖台阶法施工中台阶长度及4台阶的爆破施工有关。

4隧道上覆地层分层沉降分析

图6隧道周边不同埋深处地层竖向位移

以现场监控量测数据为依据，经过对数据统计处理及回归分析，得出隧道周边不同埋深处地层竖向位移曲线，对浅埋隧道的地层变形规律进行了研究，得出了以下结论： 隧道开挖引起地层位移，在拱部及两侧形成一个塑性变形区域。从地层沉降槽可以看出，塑性区域延伸左右两侧的范围较大，而且一直到达隧道结构的底部.。从图6隧道周边不同埋深处地层竖向位移情况看，拱顶正上方土层满足应力松弛规律，从地表到拱顶沉降量总体变大，但在4 m左右略有减小。隧道中线以外地层，地表到隧道底部地层沉降量逐渐减小，且拱顶以下部分的沉降量相对较小。可见隧道开挖地层应力是从地表往下传递，而地层沉降的发展则是从拱顶呈辐射状传递；沉降槽随着深度增加，而i变小，两侧土体向隧道中线靠拢，在反弯点内土体受挤压，2i范围以外土体受拉，由于开挖临空面的存在，沿反弯点曲线土体易产生剪切破坏.5结论

通过对沉降理论和对深圳地铁的量测分析，可以得出下列结论： 1拱顶下沉随开挖时间的关系，沉降和时间关系曲线呈指数变化。

2深圳地层因其强度较低、地下水位较高，早期施工中出现地表沉降远远大于拱顶下沉的现象。分析表明，开挖后地应力从地表往下传递，而地层变形则从拱顶向地表发展，拱顶是隧道上覆地层中最大的塑性变形点。

3不同性质的地层具有不同的沉降特性，表现为地层压缩率存在较大差异，粉质粘土层压缩率为 7.94 mm/m，而素填土层近乎呈整体下沉。

参考文献

[1]王梦恕，刘招伟，张建华.北京地铁浅埋暗挖法施工[J].岩石力学与工程学报，1989，8(1)：52–61.[2]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004.[3]张成平，张顶立，王梦恕，黄俊.岩石力学与工程[J].浅埋暗挖重叠隧道施工引起的地层变形分析,2008，27(1):3244-3249.[4]黄俊，张顶立.岩石力学[J].地铁暗挖隧道上覆地层大变形分析，2004,25（8）：1288-1293.[5] 阳军生, 刘宝琛.城市隧道施工引起的地表移动及变形[M].北京: 中国铁道出版社, 2002.[6]吴波，高波,索晓明.地铁隧道开挖与失水引起地表沉降的数值分析[J].中国铁道科学，2004，25(4)：59–63.[7]张顶立，黄俊.地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测[J].岩石力学与工程学报，2005，24(10)：1703–1707.[8] 陈先国，高波.地铁近距离平行隧道有限元数值模拟[J].岩石力学与工程学报，2002，21(9)：1330–1333.

第五篇：浅谈江底隧道施工技术及管理

浅谈江底隧道施工技术及管理（西二线东段项目

部）

2013/9/12 15:31

浅谈江底隧道施工技术及管理

陈忠 矫利川

通过对工图的研究，并结合现有的施工人员、设备及技术，确定施工方案，并选配相应的设备。江底隧道施工技术管理的难点主要在于开挖、出渣、提升、超探、排水及测量六个方面。

一、开挖

作为水下隧道的开挖，特别是在全岩大倾角斜井中开挖，从目前国内的生产水平而言，最经济的方式还是采用钻爆开挖的方式进行；对于钻爆设备，国内性价比较高的还是YT-28凿岩机。人工钻爆开挖非常经济，但其主要矛盾在于施工人员，且该矛盾将随着社会经济的发展不断放大。

目前的人工费不断上涨，国内小断面隧道的建设项目越来越多，掘进工可选择的范围也越来越大。水下隧道相对于山岭隧道而言，条件更为苛刻，掘进工的要价自然是水涨船高；而且正是这种较山岭隧道苛刻的施工环境，让很多掘进工在施工过程中离职。这样，工作的主动性将不再属于管理人员，而在于施工人员。

我认为解决该问题的方式在于不再依赖掘进工。通过对相关资料的研究，目前国内有很多小型企业生产出了简易的钻爆台车（其实就是将小型挖机的前臂改装），我们何不采购或自行研制这种设备，达到让技术员带领几个辅助工就能掘进的地步，从而掌握生产的主动性，提高生产效率。

二、出渣 作为水下隧道，必然伴随着斜井或竖井。由于竖井隧道建设我没有参与过，暂且不表。斜井出渣的方式目前大体上分为：人工出渣、扒渣机出渣和挖掘机出渣三种。1．人工出渣

虽然可以排除机械故障所带来的工期影响，但其效率太低，且现在的施工人员已很难找到能干这种工作的人了。但作为断面太小的隧道，也只能选择这种方式。

2．扒渣机出渣

作为传统的机械化出渣方式，功效较高。特别是这种出渣方式可以与掘进平行作业。但其缺点在于：

1）不能将底板两侧清理干净，必须人工配合。

2）遇到出水后的泥岩、砂砾等淤泥状、颗粒状渣石将无能为力。

3．挖掘机出渣

作为近几年新型的出渣方式，功效较高。特别是对于扒渣机不能清理的淤泥状、颗粒状渣石都能得到清理；而且其出渣时，不需要人工配合，在经济上比较占有优势。但其缺点在于：

1）不能与掘进平行作业；

2）洞内底板感官质量较差。

以上三种出渣方式各有其的优缺点。在选择出渣方式前，只能通过对现场施工条件的判断，选择出合理的出渣方式。

三、提升及平巷运输

斜井提升方案的选择极为关键，因为斜向提升存在很大安全风险，所以对卷扬机以及矿车选用要准确，目前大多采取有轨运输。在运输过程中，因矿车容量有限，应提倡采用串车作业，或采取大容积侧翻式矿车，以提高提升效率。但我认为，若采用大功率绞车带动小型自卸汽车进行无轨运输，这样不但可以提高提升效率，还可减掉钉道这一工序

对于江底平巷运输，很多都采取人工推斗的方式进行。通过东江隧道的施工，我认为还是采取柴油机车运输的方式效率更高。

四、超前钻探

超前钻探是江底隧道技术及施工管理的重点和难点，其方案的编制和具体实施的情况决定了江底隧道的成败。超前钻探的目的主要有两个方面，其一是超前地质钻探，以判断前方围岩的地质情况；其二是超前探水，以判断前方是否存在水系。

1.超前地质钻探。

目前采用的钻机多为ZDY-620坑道钻机，通过取芯及对出水颜色的变化、钻屑颗粒状况、钻机钻进过程等情况进行综合分析，也可从大体上掌握前方围岩的岩性、裂隙位臵及大小、破碎程度等。所以，在钻进过程中的第一手资料非常重要，必须做到真实记录、客观分析。2.超前探水

虽然ZDY-620坑道钻机的标称最大钻进深度为100m，但由于其扭矩只有380N.m，在硬岩（如砂岩、花岗岩）中若钻进深度过大，其方向将无法控制，也就失去了钻进的意义。所以，通过长期的试验，一般采取钻进40m～50m。对于超前长探水孔的布臵，在一般段落至少需要探出一个无水孔；对于特殊地段，如破碎段、富水段等，则需布臵5个以上的钻孔；对于特别需要查明的段落，则需按照帷幕注浆的布孔方式进行布孔。当然，超前长探只能在战略上控制前方出水情况，在每一循环，还需增加5个短探孔。只有通过长短探的有机结合，才能有效的探明和控制前方的出水。3.探水设备。

目前采用的钻机多为ZDY-620坑道钻机。其在泥岩和硬度不大的砂岩中效率较高，但若在硬质花岗岩等硬岩中钻进，其效率就较低。我认为，在以后的工程中，还是需要根据图纸提供的地质情况，选择不同的钻机。

五、排水

江底隧道在施工过程中，虽然进行了超前探水和注浆止水，但每一次出水的治余量也不可小觑；而抽排水的功效，决定着江底隧道施工的进度和成本。江底隧道的排水主要分两个方面，其一是斜井掘进期间的排水，其二是平巷排水。1.斜井排水

在斜井掘进期间，出水一旦未能得到及时的抽排，将聚集在碛头底部，导致底板无法掘进，甚至造成淹井。而在斜井掘进期间，除非水量非常大，否则不会安装大型排水设备，所以只能采取多级排水的方式进行排水。a设备安装

对于排水设备的安装，一定要采取打水坑的形式进行安装潜水泵，即临时小水仓一定要低于隧道底板标高，切不可采取油桶、矿车等代替，只有这样才能有效的对上部散水进行截流；在水坑中利用浮力原理安装行程开关，让水泵自动运行。b管路安装

排水管路的安装，目前大多采用钢管进行丝接。我认为，在斜井排水期间，可采用Φ50硬质塑料管作为小型潜水泵排水管路。其造价低廉、安装便捷，而且其受压能力也完全能满足常规的江底隧道埋深。c水泵配臵

由于潜水泵的寿命较短，而斜井的排水又是采取多级排水的方式进行，任何一台水泵的损坏，都会导致整个排水系统的瘫痪。所以，必须在地面配备多套完好的水泵作为备用，而损坏的水泵，必须立即抢修。所以，我认为在地面只能看到完好的水泵，以及正在抢修的水泵。2.平巷落平点排水。

隧道进入平巷后，平巷、斜井的出水，将聚集在落平点的水仓中进行抽排。落平点排水的技术要点在于水仓、设备硐室的设计以及排水设备的选配。a水仓、设备硐室的设计。

由于平巷掘进期间，几乎所有的设备都要安装在落平点处，所以设备硐室的设计一定要与水仓有机的结合在一起。首先是水仓一定要大，而且要便于清理，一般采取延伸斜井的方式直接进行开挖；前部设臵沉淀池，在水仓内部也要进行分级沉淀；在距离落平点上部10～15m处也应设臵一较大的水仓，用于在隧道落平初期使用（因为此时隧道平巷还没有水仓），也可作为以后二衬时期的备用水仓。其次，在水仓顶部设臵简易吊车，便于设备的安装，最好为电动。最后，所有设备的安装，应尽量的抬高，以便日后应急所需。b排水设备的选配。

基于我们施工的电力条件，不可能像煤矿一样采取专用大型的排水设备进行排水，所以对于水量的控制来讲，最重要的还是进行探防水。但因为治余量的原因，也要进行排水作业。所以在平巷落平点，至少应安装两台水泵，根据隧道斜井的高差、排量要求，合理选配水泵。对于能效比而言，我个人认为选配多级潜水泵较离心泵有一定的优势，但其磨损率较高，所以对水泵日常的维护和保养要求相对较高。

六、测量

对于隧道工程的测量工作，其重要性非同小可，一旦测量有误，将会造成巨大的损失。对于测量工作，其技术难点主要在于以下几个方面： 1.控制网的布测

虽然大多数隧道工程在开始之前，都有设计院交定的基准桩，但其准确性和可操作性是受到质疑的。所以，在隧道开挖之前，必须以设计桩作为基准点，重新进行控制网的布测。控制网的布测过程中，要遵循“可追溯、可使用、不位移、能闭合”的原则，所以对选点、制桩和测量的要求较高，测量人员必须先做方案，再进行布测。

2.洞内导线测量和激光安装

由于小断面隧道内部无法布设闭合导线，所以在测量的过程中，其对点精度要求较高；特别是对激光的安装和校核，每一次的测量都要做到认真负责。3.平巷导线校核

由于隧道内导线为支导线，到达落平点后，实际施工的导线与设计肯定有一定的偏差。所以，在隧道落平后，应对平巷导线的方位进行校核，以达到贯通测量的精度要求。

管道局青年“五小”成果-石方段采用袋装土包裹

管道小回填建议

2013/9/29 13:43

徐郧

背景

中缅油气管道工程(缅甸段)PL05标段CD001-CD013N区间地处伊洛瓦底江平原及掸邦高原交界处，地势跌宕起伏，管线在9.4KM长度范围内快速爬升，油气管线并行敷设。整个区段内，地表植被稀疏，石方裸露，基本无土方覆盖层，石质以灰岩为主，硬度较大。因地势起伏，多个区段轮式车辆无法进入。

因管线全部采用沟下焊接，施工过程采用防塌箱防护，管沟沟底尺寸达到2.6米，管沟一次回填所需细土方量较大。因区段内基本无土方可以利用，一次回填所需细土基本全部需要从外部购买拉运，造成施工成本的极大增加。

纯石方地段开挖后的管沟

内容

对于较宽的管沟，在一次回填时如按照传统回填方法进行满沟回填，势必造成管材有效保护范围以外细土的浪费，尤其是在纯石方细土取土困难的地段，造成细土拉运成本的增加。

据此，在一次回填时，可采用袋装细土对管线四周300-500mm范围进行全方位的包裹，该方法不仅加强了对管材本身的保护，而且使细土得以充分有效的利用，减少了保护层以外细土的浪费。包裹方法示意如下图：

纯石方地段袋装土包裹管线

成效

1.减少了细土用量：直接采用细土回填方式进行小回填，单条管线每延米管沟回填细土用量在3.5方左右(考虑部分耗损)，采用袋装土包裹管道回填方式每延米用量在1方左右，单条管线每延米管沟细土用量节省约2.5方。

2.降低了施工成本：根据缅甸当地市场情况，细土拉运到现场的平均单价为45元每立方，因此每延米管沟减少细土采购单价为(3.5-1)*45=112.5元；另外采用袋装土包裹管道增加人工装土、包裹费为每延米35元；因此综合计算每延米管沟减少费用112.5-35=77.5元。管沟袋装土包裹油气双线长度累计约15km，共计节约成本116.25万元人民币。

该方法减少了纯石方等取土困难地段细土回填用量，有效降低了施工成本。

“五小创新成果 彰显青工风采”-2013年一等奖

2014/4/24 10:02

挖掘机铲斗铰接座孔部位的改造

设备管理中心 李峰

背景

由中缅项目返回的挖掘机在整修过程中发现，由于缅甸当地雨水多，石方施工强度大，整个工期都处在亚热带地区进行施工。在这种异常恶劣的施工条件下，造成挖掘机斗销及座孔磨损严重。而挖掘机铲斗铰接部位是整机工作条件最恶劣的部位，又是最薄弱的位置所在，需要经常保养。该部位在正常工作状态下每8h 应从黄油嘴加注黄油一次, 并要保证黄油能从铲斗轴套与铲斗铰接座孔外端之间的间隙溢出，如：挖掘沙石或在水下挖掘, 则必须每4 h 加注一次黄油, 否则会很快地造成铲斗铰接座孔磨损，座孔失圆并磨成喇叭口，从而使铲斗轴中部受力, 抗弯强度很快下降, 出现断裂。

如果从厂方直接购买，势必造成公司项目维修成本升高，所以针对这种情况对挖掘机铲斗座孔进行改造，在满足现场设备对环境及施工要求的同时，又节约了项目修理成本。内容

针对挖掘机斗轴及座孔磨损严重的情况，制定了行之有效的维修方案，进行针对性的维修，满足设备的使用要求。

维修过程

1、确定镗孔量

2、镗孔作业

3、镗孔完成后达到镶套标准

4、镶套完成后铲斗座孔达到使用标准

成效

如果购置原厂铲斗每台需要3万元左右，6个铲斗座孔重新镶套改造后，改进后的铲斗铰接座孔部位镶有带油槽的轴套，和连杆连接之间装半浮式油封。它由半浮式油封滑环和O形密封圈组成，其中的半浮式油封滑环为自制件, 其工作面须经平面磨光；O形圈为标准件,从结构上保证铲斗轴销不能与铲斗轴套相对转动和左右移动。为防止所加注的黄油通过铲斗轴销和铲斗轴套之间的间隙外漏, 设置了0 形密封圈，保证加注一次黄油后能在较长时间内，有良好的润滑效果。减少斗轴及铰接座孔等部位的磨损，延长了铰接部位及斗轴的使用寿命。即使出现轴套磨损只需更换新套即可，方便了再次维修，节省了劳动力，减轻了劳动强度，提高了检修效率，节约了材料费用支出。这个小改造使得维修每个铲斗大约节省3万元的成本。

五小创新成果 彰显青工风采

2014/5/13 9:09

石方段管沟细土回填巧用沟箱小发明

土石方工程处 陈晓虎

背景

陕京三线（良乡-西沙屯）段输气管道工程北京市门头沟区段内，管线跨越太行山余脉，管线线路起伏较大。全线山区石方管沟敷设长度41.9Km。全线基本无土方覆盖层，石质以灰质岩为主，硬度较大，细土回填需要全部外购土方。

因为社会依托很差，进入作业带无依托道路，细土运输全部要进行装载机和挖掘机二次或多次倒运。倒运过程中细土损耗较大。造成成本增加。所以我项目部发明回填沟箱应用于细土回填工序，减少土方回填量，减少倒运损耗，减少成本流失。

内容

细土回填工序是对管沟内管道上方0.3m以下进行细土回填以防止回填中存在石块砸伤管道，避免造成瘪管及防腐层破损。因管沟为石方爆破形成，实际管沟较设计管沟较宽，会造成细土回填土方量增加，所以我项目部应用沟箱细土回填，减少细土回填量，缩减项目成本。

成效

1、首先沟箱设计保证细土回填的厚度；沟箱扣在管道上方，摆放沟箱时需要人工配合，保证沟箱两侧与管道距离平均。对其内部进行细土回填，2、沟箱细土填满后，对其外侧使用原状土回填，按照原土回填要求，保证回填石方直径不大于250mm。

3、全部回填完成后，使用挖掘机取出沟箱，此过程需要速度缓慢，避免沟箱外侧石块砸伤管道。

4、其余部位按照设计要求进行原土回填作业。

5、制约山区石方段细土回填进度的主要原因就是细土倒运工作，使用此方法大大的减少了细土回填工程量及在细土倒运过程中的细土损耗，加快了回填施工进度，降低了施工成本，在陕三良西段部分地方应用此方法，大约5Km距离内累计节约外购细土或石渣12600立方米，按照北京地区当地外购细土市场价元80/立方计算，累计节约100.8万元人民币。

此回填方法大大的减少了细土回填量，创造了可观的利润，加快了回填速度，缩短了施工工期，达到的价值是无可估量的。