隧道洞身开挖施工工艺.docx
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隧道洞身开挖施工工艺
隧道洞身开挖施工工艺
本标段隧道根据地质情况洞门、明洞段采用明挖法。
暗挖段按新奥法原理组织施工,施工方法根据工程地质和水文地质条件,开挖断面大小、衬砌类型、埋深、隧道长度、工期要求及环境制约等因素综合研究确定。
本标段隧道为双线隧道,正洞洞身段Ⅱ级围岩采用全断面法,Ⅲ级围岩采用台阶法施工,Ⅳ级围岩采用三台阶法施工(土质地段采用三台阶临时仰拱法),Ⅴ级围岩深埋地段采用三台阶临时横撑(临时仰拱)法施工,Ⅴ级围岩土质地层、断层破碎带、偏压带、浅埋段采用三台阶临时仰拱法施工。
施工时加强地质超前预报,提前采取各项开挖方法和支护措施。
Ⅱ、Ⅲ级围岩开挖采用光面爆破,Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖采用预裂爆破法或光面爆破,人工配合机械开挖,严格控制超欠挖。
1、全断面法施工
全断面法利用多功能作业台车配合手持风钻钻孔,楔形掏槽,塑料导爆管非电起爆系统,毫秒微差有序起爆,应用光面爆破技术。
全断面开挖法施工流程示意图见下图:
全断面法施工示意图
2、台阶法施工
台阶法(或加临时仰拱)开挖采用多功能作业台车配合风钻钻眼,塑料导爆管非电起爆系统,毫秒微差有序起爆。
上台阶由挖掘机扒碴,下台阶用装载机装碴,出碴采用无轨运输,装载机装碴,自卸车运碴;隧道开挖后及时施作初期支护,仰拱施工紧跟。
台阶法(或加临时仰拱)施工示意见下页图。
台阶法(或加临时仰拱)施工工序示意图
施工工序:
1)弱爆破开挖①部;施作①部周边的初期支护:
初喷混凝土,铺钢筋网,架立钢架(设锁脚锚杆),钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度;施作下一循环超前支护(仅用于有超前支护情况);
2)架设①底部临时横撑(此步仅适用于台阶法加临时横撑);
3)弱爆破开挖②部;施作边墙初期支护:
初喷混凝土,铺钢筋网,架立钢架(设锁脚锚管或锚杆),钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度;
4)弱爆破开挖③部;施作隧底喷混凝土(仅适用于仰拱底部设计有喷混凝土时),必要时在墙脚处设置临时横撑(图中未示)。
3、三台阶法施工
施工顺序:
超前支护→上台阶开挖→上台阶初期支护→中台阶开挖→中台阶初期支护→下台阶开挖→下台阶初期支护→仰拱开挖→仰拱、填充→拱墙衬砌。
开挖方法:
岩石地段采用多功能作业台架风动凿岩机钻眼;黄土地段采用人工辅以铣挖设备开挖,必要时风钻钻孔弱爆破。
施工时先开挖上台阶,待开挖达到一定长度后再开挖中台阶及下台阶,形成上中下三个台阶同时并进施工,及时进行支护,封闭成环。
施工步序见下页“三台阶法施工工序示意图”。
三台阶法施工工序示意图
4、三台阶预留核心土法施工
施工顺序:
超前支护→上台阶开挖→上台阶初期支护→上台阶核心土开挖、中台阶左侧开挖→中台阶左侧初期支护→中台阶右侧开挖→中台阶右侧初期支护→中台阶核心土开挖、下台阶左侧开挖→下台阶左侧初期支护→下台阶右侧开挖→下台阶右侧初期支护→下台阶核心土开挖→仰拱开挖、初期支护→仰拱、填充→拱墙衬砌。
开挖方法:
岩石地段采用多功能作业台架风动凿岩机钻眼;黄土地段采用人工辅以铣挖设备开挖,必要时风钻钻孔弱爆破。
施工时先开挖上台阶,待开挖达到一定长度后再开挖中台阶及下台阶,形成上中下三个台阶同时并进施工,及时进行支护,封闭成环。
施工步序见“三台阶预留核心土法施工工序示意图”。
三台阶预留核心土法施工工序示意图
5、三台阶临时仰拱法施工
施工顺序:
超前支护→上台阶开挖→上台阶支护、临时仰拱→中台阶开挖→拆除临时仰拱、中台阶支护→下台阶开挖→下台阶支护、临时仰拱→仰拱开挖、支护→拆除临时仰拱→仰拱、填充→拱墙衬砌。
开挖方法:
采用人工辅以铣挖设备开挖,必要时风钻钻孔弱爆破,台阶长度3~5m;各台阶开挖后及时封闭掌子面,喷、网、锚及钢架联合支护作业,施作临时钢架横撑;量测要及时紧跟,及时分析反馈,指导施工。
施工步序见下“三台阶临时仰拱法施工工序示意图”。
台阶临时仰拱法施工工序示意图
6、双侧壁导坑法施工
双侧壁导坑法开挖,坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则进行施工。
双侧壁导坑法施工示意见下页图。
双侧壁导坑施工工序示意图
施工工序:
1)弱爆破开挖①部;喷8cm厚混凝土封闭掌子面(必要时);施作①部导坑周边的初期支护和临时支护,即初喷4cm厚混凝土,铺设钢筋网,架立初支型钢钢架和I18临时钢架,并设锁脚锚管;安装I18横撑;钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度;施作①部导坑周边下一循环的超前支护。
2)在滞后于①部一段距离后,弱爆破开挖②部;喷8cm厚混凝土封闭掌子面(必要时);导坑周边部分初喷4cm厚混凝土,铺设钢筋网;接长型钢钢架和I18临时钢架,设锁脚锚管;钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度,侧壁导坑封闭成环。
3)在滞后②部一段距离后,弱爆破开挖③部并施作导坑周边的初期支护、临时支护及下一循环超前支护,步骤及工序同1。
4)自滞后于③部一段距离后,弱爆破开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护,步骤及工序同2。
5)弱爆破开挖⑤部;喷8cm厚混凝土封闭掌子面;导坑周边初喷4cm厚混凝土,铺设钢筋网,架设拱部型钢钢架,钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
6)在滞后⑤部一段距离后,弱爆破开挖⑥部。
7)在滞后⑥部一段距离后,弱爆破开挖⑦部。
8)在滞后⑦部一段距离后,弱爆破开挖⑧部。
9)在滞后⑧部一段距离后,弱爆破开挖⑨部;隧底周边部分初喷4cm厚混凝土,架设仰拱型钢钢架,使整个衬砌钢架封闭成环。
7、正洞钻爆设计
1)参数选择
隧道采用光面爆破。
光面爆破综合地质条件、开挖断面、开挖进尺及合理选择爆破器材等方面进行设计,选用乳化炸药,塑料导爆管非电起爆,毫秒微差有序起爆,激发针引爆。
钻爆设计根据光面爆破效果不断优化爆破参数。
各光面爆破参数如周边眼间距(E)、最小抵抗线(W)、相对距(E/W)和装药集中度(q)等,采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验确定,在无条件试验时,可选用下表参数。
洞口附近爆破施工严格控制单段装药量,降低震速,确保周边民房及其他构筑物的安全。
光面爆破参数
参数
岩石类型
饱和单轴抗压限强度Rb(MPaa)
装药不偶合系数D
周边眼间距
E(cm)
周边眼最小抵抗线
W(cm)
相对距
E/W
周边眼药集中度q(kg/m)
硬岩
>60
1.2~1.5.
55~70
70~85
0.8~1.0
0.30~0.35
中硬岩
30~60
1.50~2.00
45~60
60~75
0.8~1.0
0.20~0.30
软岩
≤30
2.00~2.50
30~50
40~60
0.5~0.8
0.07~0.15
注:
1)表中所列参数适用于炮眼深度1.0~4.0m,炮眼直径40~50mm,药卷直径20~25mm。
2)当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时,周边眼间距E取较小值。
3)周边眼抵抗线W值在一般情况下均大于周边眼间距E值。
软岩在取较小E值时,W值适当增大。
4)E/W:
软岩取小值,硬岩及断面小时取大值。
(1)掏槽孔
Q1=η•L•r
式中:
η——炮孔装药系数,取η=0.9;L——孔深,LIII=3.2m、LIV=2.2m、LV=1.1m;r——每米长度炸药量,r=0.78kg/m
经计算QIII=2.24kg,取2.2kgQIV、V=1.54kg,取1.5kgQV=1.19kg,取1.1kg
(2)辅助孔
QIII=η•L•r=0.8×3.1×0.78=1.93kg取QIII=1.9kg
QIV、V=η•L•r=0.8×2.1×0.78=1.31kg取QIV、V=1.3kg
QIV、V=η•L•r=0.7×1.6×0.78=0.87kg取QIV、V=0.9kg
(3)光爆孔
通常为辅助孔的1/3~1/4,取QIII=0.6,QIV、V=0.4kg,QV=0.3kg
辅助眼装药从提高循环进尺、减少抛掷量和降低炸药单耗等方面考虑,采用空气柱装药。
底板眼装药参考辅助眼装药布置。
装药布置如下图所示。
空气柱装药结构示意图
周边眼装药量及装药布置:
因为本隧道采用1#岩石乳化炸药,现场施工装药情况,截中分开。
采用空气间隔装药,装药布置如下图所示。
空气间隔装药结构示意图
2)施工工艺与方法
光面爆破施工工艺流程图见下页图。
(1)测量
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,在直线段安设激光导向仪,以减少测量时间及确保开挖轮廓线精度。
(2)钻孔
钻孔用采用YT28风枪,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10cm,眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm;
c)辅助眼眼口排距、行距误差不大于10cm,周边眼眼口位置误差不得大于5cm,眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm;
d)周边眼位置在设计断面轮廓线上,要严格控制外插角,外斜率不得大于5cm/m;
e)开挖面凹凸较大时,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。
(3)清孔装药
清孔φ25钢管输入高压风吹出孔内残渣和泥浆进行清孔。
装药按照自上而下顺序填装,雷管要分段对号入座。
周边孔装药量较小,采用小直径药卷间隔装药,用竹片固定药卷,用导爆索、非电毫秒雷管起爆;辅助孔和掏槽孔采用连续装药,非电毫秒雷管起爆。
(4)堵塞
按照爆破设计装药,堵塞炮泥60厘米。
所有炮眼装药完毕后,连线起爆。
(5)联结起爆网路
为了保证起爆准确可靠,采用塑料导爆管传爆雷管复式网路,即每处传爆雷管都用2发。
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。
网路连接见下图。
爆破网路连接图
3)光爆效果评价
(1)光面爆破或预裂爆破的炮眼痕迹保存率,硬岩不小于80%,中硬岩不小于60%,并在开挖轮廓面上均匀分布。
检验数量:
施工单位每一开挖循环检查一次。
检验方法:
对钻爆设计资料,观察、目测炮眼痕迹保存率。
(2)隧道开挖断面允许超挖值和检验方法符合下表。
各级围岩允许超挖值
围岩级别
开挖部位
Ⅰ
Ⅱ~Ⅳ
V~Ⅵ
检测数量
检测方法
拱部
平均线性超挖10
平均线性超挖15
平均线性超挖10
每一开挖
循环检查
一个断面
激光断面仪、全站仪测量周边轮廓线,绘断面图与设计断面核对
最大超挖值20
最大超
挖值25
最大超挖值15
边墙
平均10
平均10
平均10
4)光面爆破设计
(1)爆破设计原则
a)炮孔布置要便于机械钻孔;
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;
e)在保证安全前提下,尽可能提高掘进速度,缩短工期。
5)台阶法光面爆破设计
爆破前在掌子面根据爆破设计布点,以确保达到光面爆破效果;并根据围岩情况调整爆破设计。
施工中若遇顶部围岩破碎、施工支护需紧跟时,可适当延长台阶长度,减少施工干扰。
当围岩破碎时,采用微振控爆,降低洞内爆破振动效,以确保施工安全。