地铁矿山法隧道施工技术

The Campiolo Tunnel水平旋喷施工现场
水平旋喷桩施工技术措施
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钻机就位机座平稳，立轴要与孔位正对，孔位 偏差不大于50mm，倾角与设计误差不大于1° 旋喷桩施工必须间隔2孔进行跳打，严禁用清水 钻进；宜采用带浆钻进或空压机风动成孔
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钻机距离高压泵的距离每超过50m，应调高注 浆泵压1MPa，保证旋喷桩桩径达到设计要求
注意事项
止水带埋置位置要准 确，平直，固定牢固 先浇混凝土表面必须 凿毛，凿毛时，混凝 土必须达到一定的强 度 充分振捣，保证混凝 土与止水带紧密结合 设计要求
止水带
凿毛
变形缝防水
注意事项
钢边橡胶止水带安设位 置要准确，其中间空心 圆环与变形缝中心线重 合 槽体内嵌单组分聚氨酯 密封胶后，用隔离层将 密封膏与槽内上下嵌缝 材料隔开，只能与槽内 两侧混凝土粘结 设计要求
浆液配置必须按水灰比1：1严格执行，复合速 凝剂在旋喷前加入搅拌罐，并尽快送浆进行旋喷
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水平旋喷桩施工技术措施
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钻头钻进至设计深度时，先做原地旋喷，待返 浆由导浆管流出后，方可开始提升（后退） 旋喷提升中，钻杆搭接长度不小于200mm，以 避免出现断桩
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卸钻杆时，动作要快；先停止后退、送浆后， 尽快卸接管，恢复给浆后再旋转数圈方可后退
2. 施工缝、沉降缝防 水措施
3. 注浆填充二衬与初 支之间的空隙以及 混凝土本身的空隙。 水泥浆是最好的注 浆材料
防水层施工质量控制关键点
成品保护 焊接质量
• 钢筋加工期 间保护 • 混凝土灌注 期间保护
铺设要求
基面处理
• 初支表面基 本平整 •无尖锐物 • 防水板铺设 不宜紧绷 • 平顺、贴紧
二次衬砌施工方法
小模板整体衬砌
◆灵活多变、适应性强 ◆成本较低，但劳动强度 高，进度慢 ◆外观较难控制 ◆控制重点：支撑系统、 板缝
二次衬砌施工方法
钢模台车整体衬砌
◆整体移动式模板台车 ◆穿越式分体移动模板 台车 ◆断面固定 ◆混凝土设备配套 ◆混凝土捣固问题
二次衬砌施工流程
施工准备 模板安装 砼灌注 砼制备 运 送
微震爆破法
适用范围
1. IV、V级围岩 2.对防震要求高、沉降 要求较高的地段，如 城市地铁
方法
人工及小型挖掘机开挖
预裂爆破
1.适用于III、IV级围岩 2.周边眼→掏槽眼→ 辅助眼→底板眼
5 开挖——微震爆破控制
控制措施 缩短每循环进尺，一般 0.5~1.5米 选用震动烈度小的炸药 多分段，减小单段用药 量。最大单段用药量Q计算 如下：（K、α经验回归数 据，一般取120、2.0，R距 离，ν震速控制标准）
• 尽量采用机 械焊接 •充气检验
基面处理方法
钢筋头 处 理
注浆管 处 理
基面处理方法
锚杆头 处 理
砂 浆 抹 平
拱部应满足D/L≤1/8
防水层铺设要求
缓冲层施工
标出隧道拱顶中心线，根据 基面凹凸情况留足富余量，
防水板铺设
防水板的铺设松紧适度并留 有余量，实铺长度与初期支 护基面弧长的比值为10:8。 采用电热压焊器热熔缓冲层 热塑性垫圈，使防水板与热 塑性垫圈融化粘结为一体。 两幅防水板的搭接宽度不应 小于15cm，分段铺设的防水 板的边缘部位应预留至少 60cm的搭接余量。
根据放线位置，安装拱架模板 或钢模台车就位 做好各项检查：位置、尺寸、 方向、标高、坡度、稳定性等
混凝土的制备与运送
混凝土制备
严格按照选定的配合比拌合，特别要严格控制加水量，保证 水灰比的正确性，使混凝土硬化后能获得设计要求的强度和 耐久性 途中运输的时间应尽量缩短，一般不应超过45min。 如有离析现象时，应进行再搅拌后方可灌筑入模。 由搅拌站运出的混凝土，在任何情况下均不得在中途加水。
设备名称
水平旋喷钻机
型号规格
MY-2X型
单位
台
数量
1
设备动力/kw
25×2
备注
空压机
10m3
台
1
75×1
高压注浆泵
YL-500
台
1
75×1
搅拌机
Nj-1000
台
1
5.5×1
排污泵
FC15
台
2
3.0×1
高压注浆管
A25mm
m
150
水平旋喷桩施工机械——国内
环形机架
施工过程
水平旋喷桩施工机械——国外
矿山法地铁隧道施工技术
深圳地铁7号线BT项目指挥部
1.矿山法定义
传统矿山法
采用圆木、型钢、钢 轨等形成支架，对开挖面 形成强力支承。传统矿山 法的依据是“松弛理论” ，认为围岩可能由于扰动 产生坍塌，支护需要支承 围岩在一定范围内由于松 弛可能坍塌的岩体重量。 在80年代及以前，因 施工工艺落后、钢材紧张 而普遍采用。 因安全性差，现已完 全淘汰。
水平旋喷桩设计技术要点
外插角的选择
特制精品水晶图表集
• 由于前后环桩之间存在一个搭接问题，故水平搅拌桩不能沿隧道轴 线方向钻进，必须向外偏移一个角度，这就是常说的外插角。 • 水平搅拌桩的外插角应根据桩长、桩径及两环桩之间的搭接长度和 搭接间隙大小经计算而选定。
• 对于侧墙部位的桩，其外插角直接采用计算值就可以；对于拱部的 桩考虑到钻杆自重的作用可能桩底会向下偏移，其外插角可以在计 算值的基础上再增加0.5度。
复合式防水体系
初支防水
1. 喷射混凝土防水效 果差，需要在初期 支护完成后进行注 浆处理，同时填充 初支与围岩之间的 空隙 2. 围岩有明显渗漏地 段需要进行注浆处 理，铺设防水层前 不能有明显渗漏
防水层
二衬防水
1. 防水板+无纺布形成 防水第二道防线 2. 防水板焊接质量是 关键
1. 二衬混凝土自防水 能力，砼防水等级 P10
控制标准
注浆目的 减少开挖面渗漏 水 改良地层，防止 过大沉降、坍塌
水泥浆水灰比0.8： 1~1：1 水玻璃模数2.6~2.8， 水玻璃浓度35B 注浆后地层渗透系数 应不大于10 -6cm/s
开挖掌子面无渗漏水
3.1 超前预加固（洞内水平旋喷桩）
原理

水平旋喷桩：通过水平钻机把浆液以高压旋喷流的形式喷射到土 体内，在缓慢旋转和进退的同时切割土体，强制土颗粒与浆液混 合，凝固后形成水泥土柱状固结体 旋喷形成桩土体相互咬接以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封 闭的水平旋喷桩帷幕体
v QR max K 关键部位采用静态爆破 或人工开挖
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控制标准
控制目的 减小爆破震动对 周边建筑的影响 施工沉降控制在 允许范围内 杜绝坍塌事故
最大爆破振速控制在 1.5cm/s以内或更小 沉降控制2.5cm以内 或更小
3.3 初期支护
超前支护
混凝土运送
混凝土灌注施工要求
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保证捣固密实，使衬砌具有良好的抗渗防水 性能，尤其应处理好施工缝。 整体模筑时，应注意对称灌筑，两侧同时或 交替进行，以防止偏压而引起误差。
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3
衬砌混凝土灌筑应分段进行，混凝土灌筑时 的自由倾落高度不宜超过2m。
3.5 二次衬砌
二衬设计理念
传统矿山法衬砌 初期支护在二 衬过程中逐步 拆除 二衬承受100% 的荷载 新奥法复合式衬砌 围岩变形达到 80%以上时二衬 初支与围岩承受 80%以上荷载， 二衬约20% 浅埋矿山法复合衬砌 初支承受几乎 100%的荷载
二衬起应力储备 和装饰、防水作 用
3 矿山法隧道施工工序
超前预加固
开始 •地面注浆 •洞内深孔注浆 •洞内水平旋喷
开挖
•人工 •机械 •爆破
初期支护
•锚杆 •格栅 •喷砼
二次衬砌
完成 •钢 筋 •混凝土
防水层
•防水板 •止水带 •注 浆
3.1 超前预加固（洞内深孔注浆）
施工数 注浆过程中详细记录注 浆量、注浆压力及注浆工 序的作业时间等，及时分 析总结，改进注浆作业。 注浆过程中随时观察注 浆量及注浆泵排浆量的变 化，分析注浆情况，防止 注浆中堵管、串管和漏管。
开始 •超前锚杆 •超前小导管 •大管棚
格栅
•钢筋格栅 •型钢格栅
锚杆
•系统锚杆 •药卷锚杆 •锁脚锚管
喷混凝土
完成 •湿喷工艺 •厚度 •平整度
安装钢架
铺挂钢筋网
喷混凝土
3.4 防水工程
防水设计
以防为主，刚柔结合，多 道设防，因地制宜，综合治 理 初支防水+防水层+二衬防 水形成复合防、堵水体系 变形缝、后浇带、施工缝、 预埋件、预留通道接头、各 种结构的接口等部位设置加 强措施 防水等级为二级，不允许 漏水
拆模养护
压浆
模筑衬砌施工准备工作
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断面检查
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放线定位
测量检查开挖断面 欠挖部分按规范要求进行凿除 做好断面检查记录
测量确定衬砌立模位置 预留误差量和预留沉落量 注意曲线地段的加宽
3
拱架模板整备
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立模
立模前将拱架和模板进行试拼 模板表面要涂抹防锈剂 注意曲线加宽后的衬砌及模板 尺寸
封堵孔口：喷头退至离孔口1.5m~1m时停止旋 喷，待无清浆外流后用木塞封堵防止浆液外流
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旋喷桩加固咬合效果
旋喷后拱顶
旋喷桩细部
3.2 开挖
开挖方法分类
人、机开挖法
适用范围 1.适用于V、VI级围岩
2.对防震要求高、沉降 要求很高的地段，如 房屋下方、桩基切除
钻爆法
光面爆破
1.适用于I、II、III级围岩 2.掏槽眼→辅助眼→ 周边眼→底板眼
旋喷技术参数 • 应按照设计确定的桩径、桩长现场施工试验确定。
• 对于桩径600mm，桩长12~18m的水平旋喷桩，一般的旋喷注浆压 力大于21MPa，后退速度20cm/min~ 25cm/min，旋转速度 20r/min~25r/min；喷嘴个数及直径：双喷嘴，A2.5mm~2.8mm。
水平旋喷桩主要机械设备配置
双 侧 壁 导 坑 法
施 工 工 序
2.2
拱顶小导管注浆，侧导洞上半断面开挖、支护 侧导坑上半断面开挖、支护 拱顶小导管注浆，中洞上半断面开挖、支护 开挖中洞下半断面并架设底部钢架并喷射混凝土 分段拆除中隔壁及中隔墙，施工仰拱 施工边墙和拱部的防水层、二衬（循环小于6m）
由拱部向两侧铺设。 用射钉将热塑性垫圈和缓冲 层平顺地固定在基面上，固 定点间距宜为0.5~0.8m。 缓冲层接缝搭接宽度不得小 于5cm，一般仅设环向接 缝，铺设的缓冲层应平顺， 无隆起，无皱褶。
防水板焊接
焊接设备 焊接要求
真空检查缝隙
粘接结合部位 焊接要求
风热式爬焊机
防水层施工
施工缝防水
新奥法
奥地利学者米勒（ Muller.L）发明。在支护 手段上，采用喷射混凝土 和锚杆为衬砌，把衬砌和 围岩看作是一个相互作用 的整体，既发挥围岩的自 承能力，又使锚喷衬砌起 到加固围岩的作用。初期 支护能随着围岩变形，充 分发挥围岩的自承能力。
浅埋矿山法
采用锚喷支护的新奥 法与采用钢木支护的传统 矿山法相比，不仅仅是支 护手段上的革新，更重要 的是工程概念的不同。与 前二者相比，限制围岩变 形，是矿山法的概念。 城市地铁工程基本属 于浅埋矿山法。


可控性：浆液注入部位和范围可控 均匀性：设计桩径范围内的土体加固均匀程度较好 综合效果好：提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支护等作用
优点
水平旋喷桩典型设计
水平旋喷桩设计技术要点
桩长、桩径的选择
特制精品水晶图表集
• 应根据钻机的能力，即钻机的扭矩和钻杆的刚度而定，钻机的扭矩 和钻杆的刚度大则桩长和桩径可以选择大一些；反之，则应小一些。 对于普通锚杆钻机，其所配最大直径钻杆为D=80mm的钻杆，桩长 不宜超过20m，桩径宜选择400～600mm。 • 如果桩太长，由于钻杆的刚度不够，桩的底部在钻杆的自重作用下 会逐渐向下方偏移最终会侵入开挖轮廓线以内而失去作用；如果桩 径过大，由于钻杆的扭矩不够，则会使钻进速度降低，或根本钻不 进去。 咬合厚度的选择 • 相邻桩间咬合厚度的大小应根据桩径和桩长来进行选择，如果桩较 长，桩径较大，则咬合厚度可以大一些；反之则应小一些。 • 一般水平搅拌桩的咬合厚度以5cm为宜。
2. 矿山法隧道施工方法
1
5
台阶法 开挖
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双侧壁导坑法
2
全断面法
偏洞法
3
CD法
7
中导洞法
4
8
CRD法
冷冻法
2.1短台阶分部开挖+临时仰拱
施工工序
施做超前支护,注浆加固
地层；留核心土开挖 1
部土体并支护 开挖 2 部核心土，并施 作临时仰拱、封闭
开挖 3 部土体，施作初
期支护（封闭成环） 施做仰拱二次衬砌 拆除临时仰拱，施作拱 部二次衬砌，封闭成环