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。