隧道二衬知识.pdf

二次衬砌 二衬作用：二次衬砌保证了隧道在运营使用中永久稳定、安全、美观,同时也是作为安全储备的一种工程措施。地质条件良好的围岩依据新奥法原理施工的隧道在初期支护后结构基本稳定，但在不良特殊地质段初期支护很难保证围岩结构的长期稳定，需模筑砼二次衬砌立即加强围岩变形支撑。初期支护也很难封闭山体内水系而导致隧道内仍有渗漏水，这就需要防排水系统结合二次衬砌来保证隧道的不渗不漏。二次衬砌也承受软弱围岩的蠕变压力，膨胀性地压，或者浅埋隧道受到的附加荷载等。在出现较大自然的变化，如地震、山体出现了偏压及过大的压力水等等破坏力很强的自然灾害时，隧道初期支护不能完全保证围岩的稳定，这就需要进行二次衬砌以加强山体变化的支撑稳定。二衬前支护表面轮廓扫描，至少没 10 米一个断面，检查轮廓超欠现象，如有欠挖及时处理，保证二衬砼厚度，一般在支护过程中及时检查修正，按照规范预留沉降量一般都能保证支护不侵界。一般隧道设计防排水系统：在隧道初期支护与二次衬砌间设置环向排水盲沟（管）及防水层（整体防水板），隧道两侧拱脚设置纵向排水管，隧道仰拱中心设置纵向水泥管保暖水沟，拱脚纵向塑料排水管与仰拱中心水泥管中心沟间设置横向排水管。防水层背后的水通过盲沟（管）及防水层背后流至隧道两侧拱脚的纵向排水管，再通过横向排水管流至仰拱中心水泥管保暖水沟，最后通过中心沟流至洞外。二次衬砌采用抗渗砼，每模砼间设有止水带或止水条。1、防水板背后排水盲沟管的布设、安装 先在喷射混凝土面上定位划线，线位布设原则上按设计盲沟管间距进行，但根据洞壁实际渗水情况作适当调整，尽可能通过喷射层面的低凹处和有出水点的地方。利用钢钉或专用夹扣将盲沟（管）沿线固定在砼表面，保证紧贴表面。集中出水点沿着水源方向钻孔，然后将单根引水盲管插入其中，并用速凝砂浆将周围封处沿堵，以便地下水从管中集中流出。防排水板的拼装与铺设 支护表面处理 测量隧道断面，利用作业台车对断面进行修整，首先应凿除喷射混凝土表面“葡萄状”结块，用电焊或氧焊将初期支护将外露的锚杆头和钢筋头等铁件齐根切除，在割除部位用细石混凝土抹平覆盖，以防刺破防水板。对于开挖面严重凹凸不平的部位须进行修凿和找平。采用细石混凝土抹平明显坑洼。铺设土工布（简述）防水板的搭接长度：两幅防水板加土工布的搭接宽度不应小于 10（15cm)cm，防水板加土工布的搭接缝与衬砌施工缝要拉开距离，并不小于 12m。防水板的焊接：防水板加土工布之间连接采用双缝焊机，热楔双焊缝技术，焊缝搭接宽度不小于 1015cm，每道焊缝宽 1.52cm。采用热楔双面焊机，焊机为自行式焊机施工时，严格控制温度、速度和压力，一般速度控制在 23m/分，温度控制在 500550，有均匀溶浆，焊缝检测 撕裂破坏检测：将试焊样品进行撕裂测试及抗拉检测。检查断裂处是否发生在有效焊缝外，同时检查焊缝有效宽度。气压检测：将焊缝两端用特制铁夹夹紧密封，将检测针头插入焊缝一端两道焊缝之间的气槽，用手动气泵打压至 0.25MPa 为止，观察15 分钟，若压力值下降值小于 10%为合格，否则应查找漏点，并及时修补，注意事项 绑扎钢筋时，钢筋不得直接与防水板接触，使用电弧焊接时，可用铁皮等阻燃材料隔开以防止防水板高温烧坏。固定和拆除衬砌台车堵头时，小心密切注意保护，以防防水板损坏。混凝土浇注时，振动棒不得碰撞防水板。拱顶混凝土浇注时，防止压力过大，迫使防水板撕裂。防止烟火、高温引起火灾。一旦发现漏点，做好标记并及时定出处理措施进行补焊并进行检测 止水带和止水条的安装（简述）仰拱施工：工艺流程，支护前检查厚度，预留的钢筋整齐，中埋钢边止水带，止水条，砼顶标高，四个角的钢筋上测出打好标记，表面平整度 二衬钢筋施工：间距，搭接长度，主筋根数，箍筋数量，端头预留长度绑扎 30 直径，砼拌合：总搅拌时间不少于 2min，也不宜超过 3min。砼浇筑振捣：砼下落高度不能超过 2 米，当超过时，应采用滑槽、串筒等器具，或通过模板上预留的孔口浇筑，台车前后砼高差不能超过 60cm，左右砼高度不能超过 50cm，严禁单侧浇筑高度超过 1 米。当采用附着式振捣时，振捣时间尽量采用短时间、多次数左右对称的方法，防止台车变形移位或弹性变形。混凝土分层灌注时，其层厚不超过振动棒长的 1.25倍，采用插入式振捣器和衬砌台车上挂附着式振捣器两种方式进行振捣。插入式振捣器的移动间距不宜大于其作用半径的 1.5倍，且插入下层混凝土中的深度宜为 510cm，每个振点的振捣持续时间，以混凝土不再沉落，不再出现气泡，表面明显出现浮浆为度，在振捣过程中要使振捣棒避开钢筋，但要保证钢筋周围的混凝土均匀受振；附着式振捣器开动时间以混凝土浇满附着式振捣器振捣范围时开起，每次振动时间 1-2分钟，谨防空振和过振，操作人员要注意加强观察，防止漏振和过振。二衬砼每板施工缝处要加强振捣，特别是止水带处必须保证砼密实，大量隧道漏水基本出现在施工缝处，就是因为砼不密实原因。6、施工注意事项（略）爆破 开挖方法 隧道塌方一般处理（一）、隧道塌方的原因分析 1、不良地质及水文地质条件（1）隧道穿过断层及其破碎带，或在薄层岩体的小曲褶、错动发育地段，一经开挖，潜在应力释放快、围岩失稳，小则引起围岩掉块、坍落，大则引起坍方。当通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌。在软弱结构面发育或泥质充填物过多，均易产生较大的坍塌。（2）隧道穿越地层覆盖过薄地段，如在沿河傍山、偏压地段、沟谷凹地浅埋和丘陵浅埋地段极易发生坍方。（3）水是造成坍方的重要原因之一。地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍落。岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大为降低，因而发生滑坍。2、隧道设计考虑不周（1）隧道选定位置时，地质调查不细，未能作详细的分析，或未能查明可能坍方的因素。没有绕开可以绕避的不良地质地段。（2）缺乏较详细的隧道所处位置的地质及水文地质资料，引起施工指导或施工方案的失误。3、施工方法和措施不当（1）施工方法与地质条件不相适应；地质条件发生变化，没有及时改变施工方法；工序间距安排不当；施工支护不及时，支撑架立不合要求，或抽换不当“先拆后支”；地层暴露过久，引起围岩松动、风 化、导致坍方。（2）喷锚支护不及时，喷射混凝土的质量、厚度不符合要求。（3）按新奥法施工的隧道，没有按规定进行量测，或信息反馈不及时，决策失误、措施不力。（4）围岩爆破用药量过多，因震动引起坍塌。（5）对危石检查不重视、不及时，处理危石措施不当，引起岩层坍塌。4、隧道塌方的一般前兆（1）水文地质条件的变化，如干燥的围岩突然出水、地下水突然增多、水质由清变浊等都是可能发生塌方的前兆；（2）拱顶不断掉块，甚至较大的喷砼块相继掉落，预示着围岩即将发生塌方；（3）支护状态变形(拱架接头挤偏或压劈、喷射砼出现大量的明显裂纹或剥落等)、敲击发声清脆有力、甚至发出声响；（4）喷锚支护的水平收敛率大于 0.2mm/d、拱顶下沉量大于 0.1mm/d并继续增大时，说明围岩仍在发生变形，处于不稳定状态，有可能出现失稳塌方。（二）、预防坍塌的措施 隧道施工预防塌方，除选择相应的安全合理的施工方法和措施及保证确切的超前地质预报外。在施工中主要还要做到以下几点：1、先排水：在施工前和施工中采取相应的防排水措施，尽量将开挖范围外之水截住，不使流进洞内，一般采取注浆处理。2、短开挖：在围岩石质较差地段，控制每循环开挖进尺，每次立一榀工字钢拱架且拱架必须紧贴掌子面，使拱顶与拱架间无空隙。3、强支护：针对围岩和地压情况加强初期支护确保支护结构有足够的强度，采取增加拱架的本身刚性强度、减小拱架间距及喷射砼的厚度，有时也可采取模注砼尽早封闭。4、快衬砌：必要时二次衬砌工作紧跟开挖工作面进行，力求衬砌尽快成环，和初期支护共同受力。5、勤检查：安排专人对支护及围岩等进行检查和量测变形，发现围岩有变形或异状，立即采取有效措施进行处理。做好超前地质预报工作，及时了解前方的地质和水文条件。（三）、坍塌处理方法 1、做好预报调查 在塌方处理前，应详细调查其范围、形状、塌穴的地质构造，查明其诱发的原因和塌方类型，然后据此再进行确定处理的方案，这一步非常重要，要初步判断出塌方的可发展性。塌方处理必须等待塌腔内不再坍塌稳定后方可处理，否则安全隐患过大。2、防止塌方扩大 塌方发生后，首先防止塌方范围继续扩大；（1）对坍方范围内顶部与侧壁的危石及大裂缝，抢先清除或锚固。（2）加强原有支护：对塌方范围前后原有支护进行加固，以防止塌方扩大，如采取周边注浆加固 24 米厚度，在支护内径采取工字钢拱架加固措施。（3）对塌体表面立即进行喷射砼封闭（增加速凝剂参量），塌穴内在保证安全情况下尽量也进行喷射砼封闭。（4）加快衬砌：对塌方两端尽快作局部衬砌，以保证塌方不扩大。3、处理塌方（1）如塌方体积较小，且塌方范围内已进行喷锚或已架设了较为牢固的支撑时，可由两端或一端先上后下地逐步清除塌方，清除时注意观察拱顶及周边的围岩有无变化的可能，避免出现二次塌方。随挖随架设临时支撑，临时支撑必须紧顶到塌腔面。如塌体稍大些时不能完全保证能否引起二次塌方时，不要清除塌体，在塌体上先对拱顶进行临时锚喷支护、钢拱架支撑或进行模注砼作为临时支护，在保证安全情况下再对拱脚进行欠挖处理进行刚性支护。（2）如塌方体积较大，因塌体堵塞无法进入塌方范围进行支护时，可采用长管棚或注浆加固塌体，待其稳定后，采用“穿”的办法按照短进尺、弱爆破、早封闭的原则挖开塌体，并尽早衬砌，有时为了减少塌腔的暴露时间支护可采取一次性模注砼进行封闭。塌方段围岩整体性较差或富水，还应对该段周边围岩进行预注浆加固处理。（3）如塌方冒顶，在处理塌体前应先支护陷穴口，锚喷封闭洞穴周围岩面，避免洞内二次开挖塌体时上顶二次坍塌。地质条件较差时，还应该对陷穴口周边地表进行打设锚杆或地表注浆加固措施。地表周围及陷穴口上空要做好防排水措施，避免雨天雨水进注塌腔内软弱围岩。如果塌腔顶部地表埋深非常浅且塌腔比较大时，可以视情况将地表揭开进行明处理。（4）一般塌方段的支护和衬砌需加强处理，模注衬砌背后与塌腔周壁间必须采取紧密支撑。塌方衬砌背后空洞的处理，当塌方较小时，可采用浆砌片石或干砌片石回填密实。当塌腔较大时，可用浆砌片石回填，厚度宜为 2 米，其上空间采用钢支撑等顶住稳定围岩。当塌方冒顶时，要根据上顶回填炉渣及土的荷载确定支护及模注衬砌的类型，做好形成设计强度后再进行冒顶回填，一般采用轻质材料如炉渣，至地表 12 米后用粘土封层防水，封层要高出原地表 50cm 左右，回填及封层要夯填密实防止塌陷进水。（5）处理坍方的同时，应加强防排水工作。坍方往往与地下水活动有关，治坍应先治水。防止地表水渗入坍体或地下，引截地下水防止渗入坍方地段，以免坍方扩大。（三）、钻爆施工 隧道开挖必须尽可能减轻对围岩的振动，充分发挥围岩的自承能力。钻爆作业是保证开挖断面轮廓平整准确、减少超挖、降低爆破振动、维护围岩自承能力的关键。采用线形微震爆破新技术和光面爆破技术进行爆破作业，并根据围岩情况，及时修正爆破参数，以达到最佳爆破效果，形成整齐准确的开挖断面。对于爆破破岩的机理问题,到目前为止国内外都发表了大量的研究资料,所取得的共识是:岩石的破碎是炸药爆炸产生的爆炸应力波及高温高压爆生气体联合作用的结果。尤其是采用不耦合装药结构进行爆破时,更说明了上述结论的正确性。光面爆破常采用空气间隙不耦合装药结构,当相邻两炮孔中的炸药同时起爆后,爆炸冲击波压缩间隙内的空气,峰压急剧衰减 后,作用于炮孔内壁,并转变为应力波在岩石中传播,相向传播的应力波会在两炮孔连心面中央相遇并叠加,从而形成一个最大主拉应力区,其方向垂直于连心面,它也是一个应力集中区。如果相邻两炮孔的炸药不能同时起爆,1、钻爆设计 爆破设计原则：a.炮孔布置要适合钻孔台车钻孔；b.尽量提高炸药能量利用率，以减少炸药用量；c.减少对围岩的破坏，采用光面爆破，控制好开挖轮廓；d.控制好起爆顺序，提高爆破效果；爆破器材选用 a.采用塑料导爆管非电毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用我公司特定的 18 段等差（50ms）毫秒雷管，引爆采用火雷管。b.炸药采用 2#岩石铵锑炸药和乳化炸药（有水地段使用该种炸药），选用25、32、35 三种规格，其中25 为周边眼使用的光爆药卷，35 为掏槽眼使用药卷。掏槽形式 本隧道开挖爆破均采用楔型掏槽。光面爆破参数 为减轻爆破对围岩的扰动，周边眼采用25 小直径光爆药卷，其参数如下表。爆破 种类 孔间距离a(cm)最小抵抗线W(cm)孔径D(cm)药卷直径d(cm)不偶合系数m=D/d 线装 药 密度(Kg/m)堵塞 长度(cm)光面 爆破 50 60 48 25 1.92 0.20.3 20 炮孔布置 炮孔布置采用线型，主要以 IV 级围岩炮孔布置、爆破参数设计为参考（下图表）。钻爆作业时，根据地质条件及时修正爆破参数，以期达到最佳爆破效果。2、钻爆作业 钻爆是保证开挖断面轮廓平整准确，减少超欠挖，降低振动、维护围岩自承能力的关键。因此，施工时按照爆破设计进行钻眼、装药、连线和引爆。如开挖条件出现变化需要变更设计时，由主管技术人员确定，其它人员不可随意改变。测量布孔 测量是控制开挖轮廓准确度的关键。每一循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置。钻孔 钻孔用钻孔台车施作，并按以下要求钻孔。a.按照炮眼布置图正确对孔和钻进；b.掏槽眼比其它眼深 20cm，对孔误差不大于 3cm，并保持平行；c.掘进眼对孔误差不大于 5cm；d.周边眼位置在设计断面轮廓线上，其环向误差不大于 5cm，眼底不超出开挖面轮廓线 10cm；e.开挖面凹凸较大时，应按实际情况，调整炮眼深度，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上；f.钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，才能装药起爆；装药 装药前先用高压风将孔中岩粉吹净，并用炮棍检查孔内是否有堵塞物，装药分片分组，严格按爆破参数表及炮孔布置图规定的单孔装药量，雷管段别“对号入座”。爆破网路连接、检查及起爆，按照爆破设计要求和爆破安全规程GB6722-86 执行。堵塞 堵塞炮孔可以提高炸药能量利用率，从而减少炸药用量，降低爆破振动效应。装药后要求炮孔堵塞好，光面爆破孔孔口堵塞长度不小于 20cm，掏槽孔不装药部分全堵满，其余掘进孔堵塞长度大于抵抗线的 80%。炮泥宜使用 2/3 砂和 1/3 黄土制作。装药和堵塞工作按有关安全规程执行，以确保安全。联结起爆网路 为了保证起爆准确可靠，采用复式网路，即每处传爆雷管都用 2发。传爆雷管宜用低段，本隧道均用 1 段，以保证延期准确度；连线时导爆管不打结不拉细；联结的每簇雷管个数基本相同且不超过 20个。传爆雷管用黑胶布缠好。网路联好后由专人检查验收，无误后方可起爆。网路联结见图，光面爆破孔装药结构见图 20cm25