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第六章施工测量
6.1隧道测量300
6.2施工测量301
6.3竣工测量301
第七章施工机械设备
7.1主要施工机械设备301
7.2主要试验、测量、检测器306
第八章施工案例
8.1黄秋山隧道实施性施工组织计308
8.2阳坡隧道实施性施工组织设计325
8.3包西铁路活沙兔隧道施工组织计362
隧道工程
1.1施工方法选择
施工方法选择如表1-1：
表1－１正洞施工方法表
序号
围岩级别
施工方法
1
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
全断面一次开挖法，配有钻孔台车和高效率装运机械。
道
2
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
台阶法，凿岩台车为主，辅以人工风动凿岩机钻眼。
微震动控制爆破和光面爆破。
3
Ⅳ
CD法，微震动控制爆破和光面爆破。
4
Ⅴ、Ⅵ
双侧壁法施工，洋镐、风镐或挖掘机开挖，弱爆破。
1.2施工准备
1.2.1交接核对工作
现场核对设计文件主要内容：
（1）隧道与所在区段的位置，是否与线路总平面图和纵断面图一致。
（2）设计提供的工程地质、水文地质的测绘和钻探资料是否符合实际；
对穿越的岩层可能出现不稳定的因素及岩（煤）层内有无瓦斯情况，应进一步了解，必要时补测钻探资料。
（3）隧道进出口和辅助坑道的类型和位置，是否适应现场条件；
洞口的仰坡和边坡的稳定程序，是否安全。
⑷设计的施工方法和有关技术措施，结合实际条件考虑，有无变更的必要。
（5）核对洞口与洞口土石方、桥涵、挡护等工程的相互关系和施工衔接，及其对洞内施工和洞口场地布置的影响。
（6）弃碴方案是否符合施工部署的要求，对占用耕地和农田灌溉的影响。
（7）洞口排水系统安排是否妥善。
测量桩橛的交接和核对:
根据设计单位交付的控制桩位和设置永久水准基点进行交接和核对。
（1）进洞依据的桩橛：
每个洞口应设有中线投点桩和两点以下后视桩橛,并设有两个水准基点，作为进洞依据。
（2）主要的中线测量桩，其方位和坐标均应进行复测和检算，两端洞口和辅助坑道的水准基点应联测一次，查对是否达到精度要求。
1.2.2施工调查
地质调查:
（1）洞口及浅埋地段以及隧道穿过严重风化层、堆积层或台地等，有无偏压或滑动可能。
（2）隧道通过沟谷，应调查沟谷的发育、分布、冲刷和淤积情况，洞口是否设在易受冲刷或不稳定的沟谷边缘。
（3）岩层走向及地下水活动程度，裂隙的特征及其组合关系，特别对通过断层、褶皱、破碎带对施工的影响。
（4）隧道通过岩溶地区，应查明溶洞分布情况，洞穴大小范围，有水、无水，与隧道位置的关系和影响隧道稳定的各个因素。
（5）隧道通过黄土地层，应鉴别是属于老黄土还是新黄土，了解其厚度及其中夹杂层成分。
（6）隧道通过含盐地层，应了解其分布范围、层位及厚度，对硫酸盐含量大，膨胀压力大的含盐层，应查明地下水渗流情况及地下水中SO4离子、游离碳酸的含量。
（7）隧道通过泥石流地区，应了解其发生的条件和影响范围，查明是正在发展的还是停止发展的，判断施工地区是否受泥石流影响和泥石流对洞口、辅助导坑的危害，并研究设计对泥石流的预防和整治的措施。
（8）隧道通过含煤地层，应了解有害气体瓦斯（CH4）的浓度、涌出量及压力等，并预计出现煤层及瓦斯突出的可能部位。
（9）隧道通过地下水发育地区，了解其来源、类型及水压、水量、水质与地表水补排的关系；
了解含水层、透水层、隔水层与地下水位分布组合对隧道施工的影响。
气候和气象调查：
（1）调查当地冬季平均气温、最低气温开始和持续的时间以及冻害情况。
（2）调查雨季的总雨量、最大降雨量及其发生时间。
（3）掉查当地最大风力等级和持续时间，以及各季风向变化情况。
在雷击区应查明雷击范围和雷击日数及其发生时间。
（4）调查洪水期的最高水位，山洪暴发对施工设施和房屋危害程度，枯水期对河运的影响。
供水调查：
（1）选用的水源水质是否符合卫生标准，其水量在枯水季节能不能满足施工和生活用水。
（2）如需使用附近农田灌溉用的水库或池塘的蓄水，必须查明其蓄水量能否满足农灌和隧道施工两者用水的最大需要，并取得有关方面的同意。
（3）利用地表水源位于洞顶附近时，须分析地表水和地下水的补排关系，预计隧道开挖后地表水是否有可能向开挖坑道下渗流失。
砂石集料调查：
（1）砂石集料的质量和产量，并考虑采集和运输受洪水和冰雪季节的影响。
（2）有无足够的堆料场地。
（3）选择产地应根据开采条件、运距远近、供应方法等进行综合经济比较。
经济调查:
（1）查明当地可支援的季节性劳动力，各种建筑材料的产量，施工用具加工能力，可资利用的动力或电源及其供应量，交通运输条件等。
（2）引入线便道方案和拟利用的公路。
（3）当地可供居住的房屋数量，需要进行临时建筑用地及其拆迁补偿费用的调查。
当地风俗习惯调查:
（1）深入了解当地少数民族的宗教、风俗习惯，以便教育施工人员严格遵守民族政策，尊重当地民族风俗习惯。
1.2.3做好进洞前的准备工作
（1）运输便道引入线
引入线的线路技术标准不宜过低，应充分考虑行车安全和运输需要。
引入线要求常年畅通，不受季节、气候变化的影响，以保证隧道施工正常进行。
引入线要求直达洞口，并注意线路与有关工程的干扰。
（2）场地布置
材料堆放场地应考虑以下因素:
各种大堆材料的堆放，应结合混凝土搅拌站、水泥库以及材料加工房一起规划。
砂、石大堆材料场地面积，应考虑在洪汛期内储备量的堆放。
房屋选址和布置应考虑以下因素:
临时房屋的位置，应避开坍方、滑坡落石、泥石流和洪水等威胁。
临时房屋的间距布置应符合防火规定。
处于雷击区，应按防雷击规定，装设必要的避雷器。
空压机房一般安装靠近洞口，进洞管路要求短捷顺直。
风、水、电设施应满足以下要求：
空压机、发电机、变电站和循环水池的圬工基础，必须坚固，符合设计要求。
供水的蓄水池及管道在严寒地区应有防冻措施，并应于冬季前及早完成。
洞口风、水、电的主要管路线，应按规定一次安装妥善，避免在隧道施工后再行更改。
（3）洞口工程
与隧道工程有干扰的工程:
洞顶仰坡影响施工安全，必须在进洞前做好。
天沟、边沟排水系统应在雨季前完成。
利用弃碴作填方的路堤，其基底处理应预先完成。
位于洞口范围内的路堑应一次做好。
受弃碴影响的桥梁墩台，应先做好或做出地面一定高度，弃碴严防偏压墩台。
涵渠和下挡应在弃碴前完成，上挡墙及护墙应配合洞口场地内路堑施工一次完成。
结合洞口场地有关工程施工:
靠近洞口的涵洞，限制了场地布置时，宜先期施工。
路堑在地形低的边坡以外，如土石方数量不大，可一并挖除，以扩大施工场地。
1.3施工组织设计
编制实施性施工组织设计，应以一座隧道为单位（或一个洞口）进行编制。
编制内容如下:
（1）总说明书
说明隧道概况、地质条件和采用的施工方法，各项编制依据、工期要求、施工中可能遇到的困难和采取的相应的措施，以及其它需要说明的问题。
（2）洞口场地平面总布置图
洞口施工场地布置应考虑下列事项
a.弃碴场地在不良地质地段，不得因弃碴加载引起滑坡。
b.大堆材料堆放场地，应运输方便。
c.生产房屋和生产设施尽量靠近洞口。
d.生活房屋与洞口宜保持一定的距离，使工人有安静的休息环境。
（3）施工进度图。
影响安排施工进度的因素很多，如地质情况、机具设备、材料供应、施工技术水平等。
施工月计划可根据进度图的几个重要环节时间（如进洞、贯通、铺轨程度、全部竣工）加以调整。
（4）工程数量表。
按划分的施工范围，换算洞内开挖、衬砌、回填和洞门、仰坡土石方排水系统以及辅助坑道等各项工程数量。
（5）人员安排和劳动组织计划。
根据进度安排和工程数量，包括洞外各项工程、临时工程和附属辅助作业等，按劳动定额和工班组织分期安排劳动组织计划。
（6）施工机具设备计划。
根据施工方法和进度安排以及供风供电方案，对需用的机具，按型号、规格计算数量，编制机械和设备计划表。
（7）主要材料供应计划。
根据工程数量、施工进度和机械运转计划，按材料消耗定额，计算出分年度、季度供应的主要材料数量表（如爆破器材、木料、水泥、钢材、各种燃料和油料等）。
（8）大堆材料数量和运量计划。
管好各施工口的进度分年度、季度计算需用砂、碎石、片石等数量，并按额定加损耗计算运量。
（9）临时工程计划。
对生产、办公和生活房屋，运输公路和其它道路，风、水、电设施和管线路的运输和架设、安装，供水用出工程数量、主要材料数量和劳动工天数。
（10）洞口有关工程。
如洞外路基、支护挡墙和桥涵等与隧道施工有干扰的工程，计算其工程数量及需要的主要材料、劳动工天和必要的机具设备，以便与隧道施工统筹安排。
（11）施工技术措施
针对施工中容易发生的工程质量、施工安全和影响施工进度的问题提出具体有效措施；
在施工中推广新技术和新工艺，以保证质量、节省工料、降低成本、加快进度；
预计在施工期内全面完成任务所采取的手段。
2.1压缩空气供应
空气压缩机有内燃及电动等类型，空压机通常集中安设在洞口附近，空压机站的供风能力取决于由储气筒到风动机具设备沿途的损失、各风动机具的耗风量以及风动机具的同时工作系数和备用系数，所以空压机站的供风能力Q可用下式计算：
Q=（1+K备）（∑qK+q漏）Km
式中：
K—同时工作系数，可查相关资料。
K备—空压机的备用系数，一般采用75%-90%。
∑q—风动机具所需风量。
q漏-管路及附件的漏耗损失，其值为：
q漏=d·
∑L，m3/min；
Km—空压机所处海拔高度对空压机生产能力的影响系数，可查相关资料。
d—每公里漏风量,平均为1.5m3/min-2.0m3/min;
L—管路总长（km）
高压风管路安装使用注意事项
（1）管路应敷设平顺,接头密封,防止漏风,凡有裂纹、创伤、凹陷等现象的差质钢筋不能使用；
（2）洞内风管路宜敷设在电缆、电线相对的另一侧，并与运输轨道有一定距离，管道高度不超过运输轨道的轨面，若管径较大而超过轨面，应适当增大距离，以免妨碍运输，不影响边沟施工和排水。
（3）高压风管在总输出管道上，必须安装总闸阀以便控制和维修管道，主管道上每隔300-500米应分装闸阀，按施工要求，在适当地段加设一个三通接头备用，管道前端至开挖面距离宜保持在30米左右，并用高压软管接分风器。
（4）各闸阀在安装前应拆开清洗，并进行风压或水压强度试验，合格的方能使用。
（5）管路使用中，应有专人负责检查、维护。
2.2供电及照明
施工用电设计原则：
根据所配备的机械设备和施工组织方式，结合电力供应状况，选择合适变压器、各类开关设备和线路导线，做到安全、可靠地供电，减少投资，节约开支。
设计如下：
隧道施工用电量含动力和照明需要的总量，可按下列公式估算。
S总＝）
S总-施工总用电量，KVA；
ΣP1-整个工地动力设备的额定输出功率总和，KW；
ΣP2-整个工地照明用电量总和，KW；
η-动力设备的平均效率，采用0.83～0.88；
通常取0.85进行计算；
cosφ-平均功率因数，采用0.76;
K1－动力设备同时使用系数，通风机取0.8～0.9，其它电动机械取0.65～0.75;
K2-动力负荷系数，主要考虑不同类型设备带负荷工作时的情况，一般取0.75～1.0；
K3－照明设备同时使用系数，一般可取0.6～0.9；
输电干线分层架设，高压在上，低压在下，动力线在上，照明线在下。
洞内照明电压：
作业地段采用36V安全电压，成洞和不作业地段不大于220V。
2.3供水
2.3.1需水量计算
Q1＝
Q2＝
Q1－凿岩与经常工作的喷雾器作业时间所需水量（m3/h）
Q2－爆破后与凿岩前工作面洒水的耗水量（m3/h）
N－工作凿岩机总台数（取N＝20台）
q－每台凿岩机的耗水量（0.3m3/h）
η－凿岩机同时工作系数，取0.75；
N1-隧道内经常工作的喷雾器个数，取11个；
q1-隧道内经常工作的喷雾器的平均耗水量（q1＝6m3/h）；
η1-喷雾器同时工作系数（η1＝0.4）；
A－隧道内爆下石碴数量；
q2-将每立方米爆下石碴洒水达到容许湿度的耗水量（q2＝0.015t/min）
K-漏水系数，取1.05～1.10；
N2－同时爆破工作面；
q3=该工作面喷雾器耗水量（q3＝6m2/h）
N3－每班凿岩前，同时进行洒水的工作面，取N3＝2；
S－凿岩前工作面附近洒水的面积;
q4-该洒水表面耗水量（q4＝1L/m2）;
t－凿岩前洒水时间，取0.25h;
根据Q1、Q2计算结果，一般应取较大需水量数字。
2.3.2水池位置与管径选择
水池位置至配水点的高差H的计算H≥1.2h+а×
hf（m）
h-配水点要求水头（m），湿式凿岩需要水压0.3Mpa，则h=30m；
а－水头损失系（按管道水头损失5%～10%计算，）а＝1.05～1.10；
hf-管道内水头损失（m）。
依据隧道进出口管道最大长度，查钢管水力计算表，选择钢管管径，根据Q值查得所需数据，即可计算所需H值。
2.4通风
2.4.1通风方式
一般来说，除300米以下的短隧道（穿过的岩层不产生有害气体）及导坑贯通后的隧道施工，可利用自然通风外，均可采用机械通风。
实施机械通风，必须具有通风机和风道，按照风道的类型和通风安装位置，通风方式分为风管式通风，巷道式通风，风墙式通风。
风管式通风的优点是设备简单，布置灵活，易于拆装，故为一般隧道施工所采用。
风管式通风又分为压力式、抽出式、混合式三种。
压力式通风方式适用于单机100-400m内的独头巷道，多机串联400-800m的独头巷道；
抽出式通风方式适用于长度在400m以内的独头巷道；
混合式通风方式适用于长度在800m-1500m左右的独头巷道。
巷道式通风，适用于有平行导坑的长隧道。
其特点是：
通过最前面的横洞使正洞和平行导坑组成一个风流循环系统，在平行导坑洞口附近安装通风机，将污浊空气由平行导坑抽出，新鲜空气由正洞流入，形成循环风流。
另外对平行导坑和正洞前面的独头巷道，再辅以局部的内管式通风。
这种通风方式，断面大，阻力小，可供应较大的风量，是目前解决长隧道施工通风比较有效的方法。
风墙式通风，适用于较长隧道，一般管道式通风难以解决，又无平行导坑可以利用时，它利用隧道成洞部分较大的断面，用砖砌或木板隔出一条2m2-3m2的风道，以减小风管长度，增大风量满足通风要求。
2.4.2风量计算
为净化洞内的空气和确保洞内工作人员的需氧要求，现对供风量进行计算:
⑴按洞内同一工作时间工作最多人数计算
q=3×
k×
m（m3/min）
式中，3—每人每分钟供应的新鲜空气标准（m3/min）
K—风量备用系数，取1.1—1.25;
m—同一时间洞内工作最多人数；
⑵按爆破工作量确定风量：
Q=5Ab/t（m3/min）
式中，A—一次爆破最大用药（kg）。
b—一公斤炸药爆破时所构成的一氧化碳体积（L）,计算时,一般采用b=40L,
t—通风时间。
⑶按最小风速计算：
Q≥Vmin×
Smax
式中，Vmin—保证洞内稳定风流之最小风速，全断面开挖时为9m3/min，导坑开挖时为15m3/min；
Smax—开挖最大面积；
⑷按洞内使用内燃机械确定通风量：
Q=N×
Q0（m3/min）
其中N—各种内燃机设备按使用时间比例的总功率（KW）；
Q0—单位功率的所需风量指标，采用4.0m3/（min.kw）,
按上述四种情况计算后，取用最大数值作为计算风量。
2.4.3风压计算
为了保证把足够的风量送到工作面，并在出风口保持一定的风速，就要求通风机具有一定的风力（风压），使其足以克服沿途所有阻力。
通风机应具备的风压为：
H机≥h总阻。
h总阻=∑h摩+∑h局+∑h正
∑h摩—沿程克服摩擦力所损失的压头
∑h局—沿程克服局部阻力所损失的压头
∑h正—风流所遇到的正面阻力，只有在巷道式通风时才考虑
2.4.4通风机选择
隧道施工要求通风机风量大,尺寸小，重量轻，调整方便，便于装卸和运输等，因此多采用轴流式风机。
通风机所供应的风量，经风道到达出口端时，将有一部分从风道的接头漏出，因此风机所产生的风量必须大于计算风量。
Q风机=PQ
Q—计算所需风量
P—管道的漏风系数，可查阅有关设计手册。
2.4.5保障通风效果及节能措施
隧道施工通风效果的好坏，取决于通风系统的布置、风机风管的匹配及通风系统的管理维护。
通风系统的管理重点是管路的防漏降阻和科学管理。
为提高洞内作业环境质量与节省电耗，确定采取下列措施：
（1）在通风管路方面，围绕“防漏降阻”加强管理。
风管安装除了做到平、直、稳、紧外，风管采用大节段、密封性好的风管和接头。
风管节段长度50m左右，以减少接头数量；
采用方便快速的密封性好的拉链式接头，以减少漏风。
（2）采用大直径、摩擦阻力系数小的新型风管。
管路沿程通风阻力与直径的5次方成反比，使用大风管和磨擦阻力系数小的风管，能减少沿程压力损失，增加通风距离。
通风机操作管理上，根据掘进长度来确定工作风机的台数及级数，以节省电耗，确保开挖面有足够的新鲜风流。
（3）风管安装时，尽量做好平、直、紧，避免弯曲。
衬砌模板台车设计和加工时，预留足够的大风管穿越空间，减少风管在此弯曲、缩径。
2.5防尘
湿式凿岩是防尘的主要措施,但只靠湿式凿岩,还是不够的,必须采取综合措施。
经长期实践而总结出的防尘工作为：
湿式凿岩标准化，机械通风经常化，喷雾洒水正规化，个防防护普遍化。
湿式凿岩标准化。
湿式凿岩，即打“水风钻”，根据风钻内的供水方式不同，又分为旁侧供水和中心供水两种。
一般情况下均使用中心供水式。
机械通风经常化。
机械通风是降低洞内粉尘含量的重要手段，因此在主要作业（钻眼、装碴等）进行期间应始终保持风机的运转。
喷雾洒水正规化。
喷雾洒水不仅能降低因爆破、出碴等所产生的粉尘，而且还能溶解少量的有害（如二氧化碳、硫化氢等），并能降低温度，使空气清新爽人。
个防防护普遍化。
主要指戴防尘口罩。
2.6．洞内管线布置
隧道内管线布置参见图2－1。
图2－1隧道管线布置图
3.1洞口开挖
隧道进出口洞门一般采用明挖法施工。
洞口段施工包括洞外地表防排水、洞口路堑开挖、边仰坡开挖和防护、进洞和洞门施工。
根据现场实际情况，进洞前先对洞口上方的排水沟进行处理，在洞顶距仰坡开挖线轮廓外8～10m开挖并施作洞顶截水天沟。
采取分层开挖，分层支护，自上而下，边开挖边防护的洞口加固处理方法；
进出口明洞在满足机械作业的条件下使用机械开挖，尽量少扰动围岩。
洞口开挖支护程序如图3-1。
图3－１洞口开挖支护程序框图
3.2.洞口防护
根据设计图纸和施工现场布置，在洞口范围内测量放样边坡控制桩，按照设计坡度人工配合挖掘机分层分段开挖，及时进行边仰坡喷锚网防护。
施工中尽量少刷边仰坡,减少对原有植被的破坏和对洞口的扰动。
3.3管棚支护
为了确保进出浅埋段的进洞安全，通常在隧道进出口明洞与正洞交接处拱部设大管棚作超前支护。
在土层中，大管棚压注水泥浆时，压力不小于2Mpa，其余地段压注水泥砂浆，压力不小于1Mpa，具体设置根据施工实际地质情况可作适当调整。
3.3.1大管棚施工工艺流程
大管棚的施工工艺如图3－2。
施工流程如下：
合格
图3－2大管棚施工工艺流程图
⑴顶驱液动锤把套管与钻杆同时冲击回转，钻入隧道顶板前端设计要求孔深。
⑵钻孔完毕，将套管内孔注水清洗干净，然后将钻杆拔出，套管仍留在孔内护孔。
⑶事先加工好带有注浆眼的钢管插入套管内，钢管节与节用丝扣联接，钢管终端密封。
⑷钢管插进后，取出套管。
⑸上述步骤将其余管棚施钻安插完毕，然后施做止浆墙。
⑹用高压泵将水泥浆压入钢管内，浆液通过钢管注浆眼压注入孔壁的缝隙内，固结附近岩土层，采用导管编号注浆，先注“单”号孔，待1至2天固结后，再注“双”号孔，管棚位于土层中压注水泥浆，压力不小于2MPa，其余地段压注水泥砂浆（水灰比1：
1，砂灰比2：
1）压力不小于1MPa。
⑺管棚支护下，进行隧道开挖，开挖总长度为管棚总长度的90%。
3.3.2大管棚施工顺序
⑴、大管棚钢管加工
管棚常采用Ф89钢管制作，管壁打孔,布孔采用梅花型，孔径为8mm或5mm，间距为25cm，钢管尾留150cm不钻孔的止浆段，钢管加工成6m、8m和10m长的三种规格，确保同断面接头不大于50%，且接头应在隧道横断面上错开值不小于1.5m。
大管棚钢管加工示意如图3－3所示。
图3－3大管棚钢管加工示意图
⑵砼导向墙施作
在隧道边仰坡坡面防护施作后，明洞与正洞交接处施作1.5m长C20混凝土护拱作为管棚的导向墙，护拱在明洞衬砌外轮廓线以外，紧贴洞口仰坡面。
护拱内设三榀Ⅰ20号工字钢制作的钢拱架为环向支撑，拱架间用φ22钢筋作连接筋，环向间距1.5米，拱架脚底安设砼扩大基础，扩大基础用C20砼施作，基础严禁放在虚土上，必要时采用锚桩加槽钢垫板做钢拱架基础。
拱架安设牢固后在拱架外缘上放出孔口管的位置，并用φ16钢筋固定在钢拱架上，架设内外模，并用脚手架加圆木支撑牢固。
检查合格后方能灌注C20砼，砼灌注后注意养护，并确保养护大于三天后才能钻孔。
⑶钻孔
对导向管进行编号，隧道中线的编为0号，左右分别从1号排起，依次递增。
钻孔时分左右隔孔钻眼，先钻单号孔。
双号孔等单号孔注浆2天后方可钻眼。
双号钻眼兼作单号孔注浆效果的检查孔。
⑷、管棚注浆
注浆管用高压把水泥砂浆（水灰比1:
1，砂灰比2:
1）压入钢管内，浆液通过钢管孔眼压注入孔壁的缝隙内，固结附近岩土层，注浆采用先灌注“单”号孔，待2天固结后，再灌注“双”号孔的方法。
注浆前先冲洗管内积物后再注浆，浆液先稀后浓，顺序是由上而下的前进式注浆方式向管棚内注浆。
管棚注浆压力严禁超过允许值，以防压裂工作面，同时还要控制注入量，若孔口压力已达到规定值，可结束注浆。
注浆结束后，利用止浆阀保持孔内压力，直至浆液完全凝固。
3.4.洞口混凝土
洞门施工在洞内施工正常，工序调整到位后平行作业。
混凝土在拌合站集中拌制，混凝土运输车运输至浇筑点，然后通过外模采用泵送混凝土入仓
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