隧道施工组织设计

180 第七章 铁路隧道工程实施性施工组织设计 第一节 概述 一、隧道工程施工特点 隧道工程施工组织设计的编制必须从隧道工程施工的特点着手，其施工特点可归纳为： 1．施工环境差。隧道工程埋置于地下，施工较为不便；加上洞内施工的动力供应不如地面建筑工程方便，施工运输也不如地面灵活方便，隧道的施工环境当然比地面要恶劣得多，同时施工本身还会产生大量的噪声、粉尘及废气，使得环境进一步恶化。 2．工作面狭窄。隧道是一长条形管状结构物，一般只有两个工作面，有时由于洞口地质不良或施工干扰等原因，两个工作面还不能充分利用。如要增加工作面又比较困难，因此，隧道工程往往成为控制工期的重点工程。 3． 工序较多，彼此干扰大。隧道施工技术是一项综合性很强的技术，其主要工序通常包括开挖、出碴、支护和衬砌。它的施工过程是在地层中挖出土石，以形成符合设计要求的隧道断面轮廓，并进行必要的支护和衬砌，以控制围岩的变形，确保隧道长期安全使用。为了保证主要工序的进行，还需配备必要的动力和机具设备，以及保持地下施工环境良好的通风、照明、排水、防尘等辅助措施。各个工序之间必须衔接紧密，才能保证正常的施工进度，但由于工作面有限，各工序间的相互干扰较大，且难以避免。 4．隧道所经的地层，地质条件复杂多变，在施工过程中往往需要改变施工方法。 隧道施工前，只有在充分考虑隧道工程的特点的前提下，编制出合理、科学的施工组织设计，才能使施工安全、快速、优质、低价、高效地进行。当然，在施工中不能一成不变，必须结合变化了的实际情况和考虑不周的地方，边施工边改进，不断充实提高，使之更好地指导施工。 二、隧道工程实施性施工组织设计的编制依据 1．设计文件及变更设计文件； 2．施工承包合同书。 3．建设单位有关指标、条约等； 4．有关施工会议精神或指导性施工组织设计方案及要求。 三、隧道工程实施性施工组织设计的主要内容 隧道施工组织设计通常是以一座隧道为单位进行编制的，对长大隧道而言，在具体施工时还可以每一洞口为单位进行编制，它主要包括：说明书、施工进度图及洞口工地布置图和洞内三管两线布置图等。一般包括如下主要内容： 1．概况的说明：隧道名称；起止里程及长度；中线平面位置及纵向坡度情况；隧道所处围岩的地质及水文地质情况；隧道所在位置的地形和地貌；隧道所在地区的气候条件当地可供利用的运输道路、电力、水源和当地建筑材料等情况；本隧道与洞外其他工程的关系；上级对本隧道施工期限的要求等。 2．施工准备工作的安排：提出复测或进行控制测量的要求及其完成期限；洞口工程和临 181 时工程(如临时道路、临时给水、临时通讯、施工房屋和施工供电工程)的工程数量、施工顺序和施工期限；为隧道施工服务的一整套附属生产设施的建立，如当地砂石料的开采场、木工场(厂)、机械修理厂(所)、电站、空压机站、水泵站等；各种施工机具的搬运与试运转；材料库的建立及一定材料的储运工作等。 3．施工方法的选择：即包括整个隧道施工方法和方案的选择，也包括各项作业方法的选择，同时还包括选用何种辅助坑道以增辟工作面(辅助坑道的类型、数目、位置、断面尺寸、支撑类型、与正洞联接的关系，以及通车后的利用和处理方法等)。在施工方法选择问题上，应进行多种方案比较，从中选取最优方案。 4．劳动组织：包括劳动力的组织和施工过程的组织。 5．隧道施工进度计划。 6．隧道洞口场地布置及洞内三管两线的布置。 7．各种主要技术组织措施：如采用新技术的措施；提高劳动生产率的措施；节约人力物力降低成本的措施；检查和提高工程质量的制度与措施；施工安全的措施；开展劳动竞赛及施行惩奖制度的措施等。 8．各种劳动力、材料、机具需要量及其供应计划。 四、隧道工程实施性施工组织设计的编制程序 隧道工程实施性施工组织设计的编制程序如图7-1所示。 第二节 隧道施工方法的选择 一、施工方法的选择原则 为了在遇到不良地质时有较强的应变能力，隧道的施工方法应当具有较强的灵活性。在选择正确的施工方法时，必须充分考虑到隧道工程的施工特点。只有这样，才能均衡、快速地进行施工，建成质量高、造价低的隧道建筑物。具体来说，一般应考虑以下几个因素： 1．工程的重要性（这从工程的规模，使用上的特殊要求，工期的缓急，工程的造价等方面体现出来）。 2．隧道所处的工程地质和水文地质条件。这是选择施工方法的先决条件。 3．施工技术条件和机械装备情况。 4．施工单位的习惯做法。 二、施工顺序安排 施工顺序安排的原则，应保证各工序间紧密配合，互不干扰为宜。开挖作业程序，应根据地质条件选择的开挖方法来决定，以及只有在开挖方法（导坑类型）确定后，才能决定开挖顺序和流水步距。地质及水文地质不良隧道，原则上应随挖随支撑，随支撑随衬砌，工序一个紧接一个，以免暴露时间过长，山体岩层压力增加，造成坍塌。各工序间既不需要相距过远，又必须保持工序之间的最小距离，并相互配合，以保证各工序间施工时互不干扰。导坑开挖应设法提前打通，以改善洞内施工条件，提高进度。隧道洞门应及时衬砌，以防洞口附近岩石坍塌。两端洞外土石方工程，应配合隧道进度进行施工。 182 三、常见隧道施工方法 目前铁路隧道施工中常用的施工方法主要是矿山法和掘进机法。 矿山法因最早应用于矿石开挖而得名，主要是指用钻眼爆破进行开挖。钻爆法由于对地质条件的适应性强，开挖成本低，因而特别在坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道掘进中及大量的短隧道施工中应用广泛。按照支护结构的不同，可分为传统矿山法和新奥法（New Austrian Tunnelling method──NATM）。 传统矿山法采用钻爆开挖加钢木构件支撑，能适应山岭隧道的大多数地质条件，尤其在不便采用锚喷支护的地质条件时，用于处理坍方也很奏效。其施工程序如图7-2所示。根据开挖方式的不同,铁路隧道采用传统矿山法施工时有很多种形式，如全断面一次开挖法、台阶开挖法、下导坑蘑菇形法、上下导坑法、上导坑法、品字形导坑法、漏斗棚架法、侧壁导坑法等等。各种施工方法的特点、适用条件及开挖顺序可参见隧道施工手册，表7-1是单、双线隧道通常采用的传统矿山施工法，可供参考。 熟悉隧道工程设计文件、指导性施工组织设计及协议、合同、纪要等 熟悉施工技术和安全技术规范、规则 收集并研究调查资料和施工现场具体情况

选择施工方案和施工方法 计算工程数量 计算资源需要量 编制施工进度计划图 编制劳动力、材料、成品、构件、机械设备供应计划 计算临时工程数量

编制施工附图 制定施工质量、安全技术措施 绘制洞口施工场地平面布置图 计算主要技术经济指标 上报审批备案 图7-1 隧道工程实施性施工组织设计的编制程序 183 表7-1 单、双线隧道通常采用的传统矿山施工法 单 线 双 线 围岩分类 施工方法 Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 全断面一次开挖法 √ √ √ √ 正台阶开挖法 √ √ √ √ 反台阶开挖法 √ √ √ √ √ 漏斗棚架法 √ √ √ √ √ 下导坑蘑菇形法 √ √ √ √ 上下导坑法 √ √ √ √ √ 上导坑法 √ √ √ √ 品字形导坑法 √ √ √ √ 侧壁导坑法 √ √ 新奥法的主要设计构思是要充分发挥围岩自身的承压能力。其施工要点是：尽可能不破坏围岩的应力分布，开挖之后立即进行一次支护，防止岩石进一步松动，然后根据需要进行二次支护。在施工过程中密切监测围岩变形、应力等情况，调整支护措施，控制变形。新奥法的施工程序如图7-3所示。 掘进机法包括隧道掘进机法和盾构法。 隧道掘进机是一种机械化的隧道掘进设备，它通过刀具在隧道断面内直接破碎岩石从而进行连续掘进，具有快速、连续作业、机械化程度高、安全、劳动强度小、衬砌支护质量好、减少辅助工程等优点。它不仅能在岩石整体性及磨蚀性强的条件下工作，也能在稳定条件差的地层中施工。 圆形断面的隧道和水下隧道通常采用盾构法施工，它是在盾壳的支护下作业。盾构掘进的动力是环形布置的若干千斤顶，泥土开挖后由排碴系统排出，盾构前进一节后其后端即可拼装一节衬砌，如此周而复始地循环。盾构法集支护、开挖、推进、出碴、衬砌拼装于一体，机械化程度高，施工安全可靠。 四、洞口工程的安排 洞口工程是指根据洞口地段的特点而安排的与隧道施工关系密切或为洞内施工服务的一些工程，它主要包括洞口排水系统、洞口桥隧、洞口路堑土石方和洞口挡护工程。正确合理地组织洞口施工，是保证隧道施工质量和按施工工期交付结构的重要措施。 施工准备 整体式厚衬砌 确定施工方案 开 挖 临时支撑 竣 工 检查是否 可以撤换 检查是否 需要加强

图7-2 传统矿山法施工程序 184 1．对洞顶地表的陷穴、深坑应加以填平夯实，对裂缝进行堵塞，严重者加以砌筑，使洞顶地表不得积水。在隧道开工前，应根据地形、地质条件对天然沟槽进行妥善处理，使山洪渲泄畅通。 2．在桥隧相连的洞口，原则上应先做隧道，待洞门做好以后再做洞口桥台。有条件时，尽量将桥梁和隧道交给同一个单位施工，以便统筹安排。 3．洞口地段地层一般较破碎，给开挖造成了很大的困难，必须严格按照设计边坡进行边坡施工，不得使用临时边坡。开挖时应随时注意观察边、仰坡地层的变化，认真做好开挖中的防坍和支撑工作。刷好仰坡后，必须立即架好洞口支撑，并且应尽早做好洞口段的衬砌和洞门，当洞口路堑土石方数量很大，又要求及早进洞时，可采用侧面进洞超前施工。 4．需要设置挡护工程的隧道洞口，一般来说洞口地段的地质条件较差或地势较为陡峻，在施工时必须先做好挡护工程后方可进洞。 5．当开挖的山体可能失稳时，宜按照“早进晚出”原则，研究有无改移洞门位置、延长洞身长度和减小洞顶仰坡高度的可能性，并制定相应的施工技术措施。 6．严格禁止大爆破方法施工。洞口地段施工必须尽可能少地破坏山体，当不得已采用爆破方法开挖土石方时，必须严格控制一次起爆的炸药数量，避免将仰坡坡面之下的岩体炸碎震松，引起岩石坍塌。 7．各洞口工程的施工顺序，应视地形、地质条件和对隧道施工影响的大小而定。在开挖洞口之前，必须做好洞口排水系统，在做好排水系统和洞口运土的通道后，然后才能进行路堑土石方的开挖。 五、隧道进洞的方式 隧道进洞的方式，是关系到隧道洞口围岩稳定和隧道能否顺利进洞施工的重要环节，应针对洞口地段特点结合工期的要求进行多方案比选，择优而定。 导坑进洞方式是最为常见的进洞方式。由于导坑能提高爆破效果，显著地改善施工通风条件，且在导坑的开挖过程中能够查明实际的地质情况，所以只要岩体足够稳定，应首先选择这

二次支护 施工准备 确定施工方案 开 挖 竣 工 是否符合管理基准 防水隔离层 初期支护 量测监控 必要时需超前支护或预先进行地层改良 修改施工方案 改变施工方法 修正支 否

是 护参数 和顺序

图7-3 新奥法施工程序 185 种进洞方式。 为了满足施工对出碴、运输、通风、排水的需要，或工程规模较大，而工期要求紧迫，需另开作业面时，还可在洞室的开挖断面外增设辅助坑道进洞。设置辅助坑道应尽量考虑到一洞多用、长度短以及工程投产后加以利用的可能性。辅助坑道一般有横洞、斜井、竖井及平行导坑等。 若洞外路堑较长，土石方数量很大，不能很快将路堑挖到洞门，而工期又较紧必须及早进洞时，可采用拉槽进洞。但是，这种方法施工容易发生事故，洞内外干扰也较大，故应尽量避免使用。 当洞口地层很薄时，开挖暗洞后，往往不可能形成天然拱，洞顶岩层容易坍塌，则应采用明洞方式进洞，在明洞的掩护下，再进行洞内开挖。 当洞顶围岩软弱或破碎严重，出现开挖面随挖随坍甚至不挖即坍的情况时，必须采取一定的辅助稳定措施进行预加固或超前支护后方可进洞。常用的稳定措施有：预留核心土挡护工作面、喷射混凝土封闭工作面、超前锚杆锚固前方围岩、临时仰拱封底、管棚、注浆加固、水平旋喷和预切槽等。这些稳定措施的选用应视围岩地质条件、地下水情况、施工方法及环境要求等具体情况而定，并尽量与常规施工方法相结合，进行充分的技术经济比较，选择一种或几种同时使用。 六．施工方法的变换 由于施工方法主要是根据地质条件确定的，因此，当地质发生变化时，就应考虑施工方法的变换。但改变一次施工方法，常使施工进度受到影响，故须慎重。确实需要改变施工方法时，可根据具体情况选用挑顶法或改变导坑开挖速度的办法。 （1）挑顶法 这种方法是由下导坑向上挖至上导坑顶标高，以达到开挖上导坑的目的。它分垂直挑顶和斜挑顶（又称爬道）两种。挑顶的位置应选择在较好的围岩地段以内，并与较差处的围岩的距离不得小于3m，以免挑顶时引起塌方。 （2）控制导坑开挖速度 这种方法，是采用放缓或停止下导坑而抢进上导坑，或放缓、停止上导坑而抢进下导坑等来达到逐步地将原施工方法的工序过渡到新的施工方法的工序。 例如：上导坑先拱后墙法变为上下导坑先拱后墙法，即先停止上导坑开挖，等下导坑跟上后，继续向前开挖，直到超前一定距离，然后再开挖上导坑，即形成新的施工方法。 又如：上下导坑先拱后墙法变换为上导坑先拱后墙法，即停止下导坑掘进，后续工序立即跟上，上导坑继续前进超前，即可形成新的施工方法。 第三节 施工辅助作业 对于控制工期的长大隧道，仅有洞口处的两个工作面往往是不够的，通常需要设置辅助坑道。辅助坑道的形式有横洞、平行导坑、斜井和竖井等，其作用除增加作业面以加快施工进度、缩短工期外，还能改善施工条件（通风、排水），减少施工干扰。同时，为了给开挖坑道和修筑衬砌等基本作业提供必要的施工条件，必须进行多项辅助作业，包括：通风防尘、压缩空气供应、施工供水与排水、施工供电与照明等。