长大隧道 机械化大断面施工
中铁十八局集团郑万高铁湖北段ZWZQ-6标项目经理部
2018.11.15
目录：
01 工程概述 02 机械化配置情况简介 03 施工资源配置及工效分析 04 工序质量管控重点 05 信息化系统的应用
1.工程概述
1.1 基本概况 由我集团承建的郑万高铁湖北段六标线路全长35.634Km，主要构 筑物包括隧道工程29.415Km/11座、桥梁工程5.799Km/16座，双块式 无砟道床71.27铺轨公里，总投资29.1亿元，合同工期66个月。 隧道工程占线路总长的82.55%，主要以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主，其中 Ⅳ级围岩20363m、Ⅴ级围岩5623m、Ⅲ级围岩3429m，Ⅳ、Ⅴ级围岩 占隧道总长的88.3%。标段内隧道的重难点工程为黄家沟隧道（7827m ）、后坪隧道（6916m）、苏家岩隧道（5360m）。
1.1 基本概况
苏家岩隧道全长5360m，采用 “进口+出口”2个工区施工，目前完 成正洞开挖1206m、剩余4154m 。
黄家沟隧道全长7827.3m，采 用“进口+横洞+出口”3个工区施工， 目前完成正洞开挖1719.4m、剩余 6107.9m 。
后坪隧道全长6916m，采用 “进口+2个斜井”3个工区施工， 目前完成正洞开挖1905.6m、剩余 5010.4m 。
备注 根 个 个 联
孔，含十一局范围
1.2 机械化大断面工艺性试验 为缩小与国外隧道修建技术的差距，郑万高铁湖北段参建各方 会同科研单位共同开展了相应的工艺性试验，具体试验内容如下：
⑴采用新型涨壳头式预应力锚杆替代传统的中空注浆锚杆； ⑵对初期支护结构受力进行应力应变监测，为初期支护优化提 供数据支撑； ⑶在超前预加固的基础上，分步试验微台阶、大断面、全断面 开挖方法；
1.3 掌子面围岩情况
隧道掌子面照片
2.机械化配置情况
2.1 概述 为深入贯彻武九公司“坚定推进信息化与标准化管理深度融合 ，建设中国高速铁路标准化管理示范工程”的理念，结合铁总相关 文件精神，大力推行隧道机械化装备应用，现场按“九条作业线” 配备机械化工装设备，成立隧道机械化施工攻关小组，与科研单位 一同探索隧道设计理念和施工工艺，努力推进国内隧道施工建造水 平的提升。
内力、锚杆轴力、二衬内力等，为后续初期支护、二衬结构的优化 提供基础依据。
1.2 机械化大断面工艺性试验
应力应变监测断面设置， 10m～20m为1个监测断 面，每段面5个测点
1.2 机械化大断面工艺性试验（应力应变测试元件）
YT-200A型压力盒
YT-500系列混凝土应变计
1.2 机械化大断面工艺性试验（应力应变测试元件）
1.2 机械化大断面工艺性试验 通过对现场工艺性试验的监测结果分析研究，目前已形成隧道 大断面机械化快速修建技术的阶段性科研成果，并在郑万湖北段成 功推广应用。
DCP、YE等涨壳式预应力注浆锚杆通过提前施加预应力锁定 杆头（40KN），配合注浆单元，一方面降低了传统锚杆作业风险， 保证了注浆质量，另一方面可快速控制围岩松动圈的发展，目前稳 定期的最大沉降及收敛变形量仅在20mm左右。
简支梁
隧道工程
正洞开挖 正洞衬砌
设计 1539 166 166
15 147 29415 29415
完成 1327 126 118 1.5
20 9511 7416
完成比例 86.2% 76.0% 71.1% 10% 13.6% 32.3% 25.2%
剩余 212 40 48 13.5 127 19904 21999
测试仪器
现场初始数据量测
1.2 机械化大断面工艺性试验（应力应变监测数据整理）
围岩压力时程曲线
钢架内力时程曲线
1.2 机械化大断面工艺性试验（应力应变监测数据整理）
喷射混凝土时程曲线
锚杆轴力时程曲线
1.2 机械化大断面工艺性试验 科研单位通过应力应变监测数据统计分析，并与设计规范的允 许数值进行对比，对初期支护结构得出以下结论： ⑴总体基本稳定时间为10～38d； ⑵钢架最大应力为7.17～109.50MPa，允许值235MPa； ⑶喷混凝土安全系数为规范的2.4～2.5倍； 现场施做的锚杆、钢架的材料强度存在较大的富余，喷射混凝 土也存在一定富余量的材料强度，故初期支护、二衬结构参数有一 定的优化空间。
2.3 机械配置简介--喷锚支护作业线
智能化方向： 通过增加断面扫描仪和电脑控制系统， 输入断面参数后可对断面扫描仪采集参 数进行系统分析，电脑控制对初喷面厚 度、不平整处进行测量并复喷，进一步 降低劳动强度，同时保证初支面的厚度 和圆顺性。
铁建重工HPS3016S型湿喷机械手（11.2m×3.2m）
2.3 机械配置简介--喷锚支护作业线
优点：减少拱架作业人员，降低劳动强 度和安全风险，实现拱架的快速安装， 并可进行装药、锚杆安装及辅助注浆的 施作； 缺点：施工过程中的故障率相对较多， 需配备专业的维修工班，以确保施工的 连续性；
北京新能正源XM1200三臂拱架安装台车（14m×3m）
2.3 机械配置简介--仰拱及填充作业线12 Nhomakorabea1460
初期支护 Ⅵ
φ76超前中管棚
Ⅵ
自行式液压仰拱栈桥
ⅤⅤ ⅣⅣ
3
12m ≤200m
≈60m
①拱墙 ②隧底 ③洞碴回填 Ⅳ-仰拱 Ⅴ-仰拱填充 Ⅵ-拱墙二次衬砌
1
掌 子 面 循环进尺 3～4m
2
初期支护
1:0.1
1228
135
Ⅳk3型复合式衬砌全断面法开挖施工工序断面图
1.2 机械化大断面工艺性试验（开挖工法） 通过对监测数据和围岩收敛变形量测数据的对比分析，大断面 施工的优势较为明显，各项受力及变形数值均优于台阶法施工。 ⑴全断面工法开挖导致围岩塑性区范围有一定程度的增大，但 总体差异不大； ⑵全断面工法开挖引起隧道拱顶下沉变形小于三台阶法开挖； ⑶全断面工法开挖引起支护结构最大主应力、最小主应力均小 于三台阶法开挖。
2.2 流水线机械配置
整体移动式沟 混凝土蒸养台车 自行式液压衬
槽模板台架 或自动喷淋养护、
砌台车
敲击检测台车
防水板铺挂台车+ 钢筋安装台车
自行式液压仰拱 栈桥、弧模台车
混凝土湿 喷机械手
三臂拱 架安装
台车
三臂 凿岩 台车
2.3 机械配置简介--开挖作业线
优点：减少开挖人员，降低劳动强度和 开挖安全风险，辅助可进行超前管棚、 小导管、装药、锚杆钻孔的施作； 缺点：不能自动进行炮眼的对点、找点， 需操作手自行调整对中，对操作手的水 平要求较高，相对耗时较长；
6.3 拱墙
1 885.85
55 45
Ⅳk1
C30
拱墙 3.5
7 5.33 拱墙 1.4 632.8 50cm纤维混凝土 40cm纤维混凝土
优化Ⅳk2
C30 11.26 拱墙
3.5
优化Ⅳk3
C30 11.26 拱墙
3.5
7 5.33 全环 1.2 890.19 50 40
7 5.33 全环
1 1068.23
1.1 基本概况
本标段于2017年3月1日开工，截止到2018年11月10日，年累完
成投资54285万元、占年度计划投资78000万元的69.6%，开累完成投
资123923万元、占总投资29.1亿元的42.6%，具体形象进度如下：
序号 1 2 3 4 5 6 7
构筑物类型
桩基
承台
桥梁工程
墩身
连续梁
50 40
1.2 机械化大断面工艺性试验 随着隧道埋深的逐步加大，岩层从薄层状转至中层状，岩层走 向内倾，掌子面整体稳定性逐步好转。结合围岩监控量测数据，项 目部准备将工艺性试验参数调整为Ⅳk1型，即取消隧底钢架封闭成 环、拉大钢架设置间距，取消二衬钢筋，以实现大断面施工优势， 节省投资的目标。
1.3 目前掌子面围岩情况 掌子面开挖后揭示岩性为灰黑色砂质页岩，夹杂碳质页岩和方 解石，薄～中层状，岩石质软，拱部右侧有裂隙水渗出，受裂隙水 影响，局部有小范围滑塌现象，围岩整体稳定性一般，与超前地质 预报结果基本吻合，综合判定为Ⅳ级围岩。
阿特拉斯XL3 D型三臂凿岩台车（17m×4m）功率22KW，钻杆扭矩640N/m
2.3 机械配置简介--开挖作业线 优点：
1.减少开挖人员，降低劳动强度和开挖安全 风险，辅助可进行超前管棚、小导管、装药、 锚杆钻孔的施作； 2.可依据测定的钻速、扭矩等参数自行生成 MWD地质云图，可与超前地质预报配合使 用，较为准确的掌握前方的地质围岩状态； 3.可导入爆破参数图，自动实现对炮眼的找 点、对中，同时钻机功率大、钻孔耗时短， 铁建重工ZYS113型全电脑三臂凿岩台车（16.1m×3.6m）功率35KW，扭矩800N/m；
2.3 机械配置简介--开挖作业线
PC 200 型挖 掘机
ZL 50 CN 侧卸 式装 载机
配置2台侧卸式装载机和2台挖掘机
2.3 机械配置简介--喷锚支护作业线
优点： 1.减生产率高，每小时最大可达30m3； 2. 全遥控操作，人员远离作业区，在降 低劳动强度的同时，可有效降低作业安 全风险； 3.风压可调，可减少不同混凝土性能条 件下的喷射回弹率； 缺点：需要一定时间摸索后才能确定相 铁建重工HPS3016S型湿喷机械手（11.2m×3.2m） 应控制喷射参数，故对操作手要求较高；
2.3 机械配置简介--开挖作业线
全电脑三臂凿岩台车MWD软件地质分析
缺点：软硬不均地段施作过程中钻杆方 向不稳定，易出现打滑、上浮现象，周 边部分可能产生欠挖。
2.3 机械配置简介--开挖作业线 智能化方向：
依据采集不同围岩等级条件下岩石样本参数， 通过信息分类统计技术建立样本库，并结合 掌子面数码成像技术和三臂凿岩台车钻进参 数，自动获取隧道掌子面及超前地质信息， 据此对设计阶段围岩分级进行验证，并自动 进行施工阶段围岩亚分级，根据围岩亚分级， 自动判定掌子面稳定性并进行超前支护设计， 自动进行爆破设计，自动调整支护结构参数， 铁建重工ZYS113型全电脑三臂凿岩台车（16.1m×3.6m）实现隧道智能化精细化动态设计。