洞室开挖施工工艺隧道工艺标准系列之三Word文档格式.docx
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单侧壁导坑法通过形成闭合支护的侧导坑将隧道断面的跨度一分为二，有效地避免了大跨度开挖造成的不利影响，明显地提高了围岩的稳定性，这是它的主要优点。
但因为要施作侧壁导坑的内侧支护，随后又要拆除，因而会使工程造价增加。
单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩。
3.2.5双侧壁导坑法
又称眼镜工法，见图3.5.2.2-3。
这种方法一般是将断面分成四块，即左、右侧壁导坑
（1）
（2）、上部核心土（3）、下台阶（4）。
在软弱围岩中，当隧道跨度更大（如三车道公路隧道等），或因环境要求，对地表沉陷需严格控制时，可考虑采用双侧壁导坑法。
现场实测表明，双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的1/2。
双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多一点，对围岩的扰动次数增加，且初期支护全断面闭合的时间延长，但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工期间变形几乎不发展。
该法施工安全，但进度慢，成本高。
3.2.6中隔墙法和交叉中隔墙法
中隔墙法简称“CD”法，施工顺序见图3.5.2.4-1。
交叉中隔墙法，简称“CRD”法，施工顺序见图3.5.2.4-2，具体步骤类似于CD法，唯一不同的是增加了横向的中隔墙，因而更进一步提高了隧道的稳定性。
这两种方法的共同点是变大跨为小跨，从而有效地增加隧道的稳定性，避免洞壁坍塌。
特别适用于软弱地层的施工，如膨胀土地层，对控制地表沉陷有很好的效果。
3.3施工准备
3.3.1技术准备
3.3.1.1进行隧道施工场地的布置，并绘制施工场地布置图，主要内容有:
（1）弃渣场地位置和范围；
（2）轨道运输的卸渣线、编组线、牵出线和各种作业线的布置（有轨运输方式）；
（3）运输道路、场内道路和其他运输设施的位置；
（4）大型机械设备的组装场地；
（5）各种材料的存放场地及回收材料的堆放位置；
（6）各种机械设备停放场地、加工场、仓库、工棚、宿舍、办公用房以及医疗等房屋的位置；
（7）通风、供水、供电、通讯等设施的布置；
（8）场内临时排水系统的位置。
3.1.1.2施工人员必须熟悉隧道的工程地质与水文地质状况。
对设计图纸、资料等进行现场核对，并作补充调查，调查核对隧道所处的位置、地形、地貌、工程地质和水文地质、钻探图表、以及隧道位置和其他相关工程的情况。
3.3.1.3应结合项目的具体情况、工期要求、施工队伍、机械设备、施工中的现场监控量测等因素，正确选定施工方案，制订施工顺序，编制实施性施工组织设计。
3.3.1.4应根据设计图纸，对施工方法、施工工艺、工序安排、劳力组织、机械设备、材料供应、场地布置、监控量测、进度安排、供水、排水、供电、通风、通信和装渣运输方案，以及采用有关安全、质量、技术措施等的规章制度，做出合理计划并提出组织措施和充分预计可能出现的问题和对策。
3.3.1.5将上述选定的施工方案、实施性施工组织设计，和必要的图表资料送监理工程师审批。
3.3.1.6根据批准的施工方案和实施性施工组织设计，合理安排工序进度，循环作业，并做好机具选型配套工作和材料的供应保障工作，使施工按预定的计划进行。
3.3.2材料准备
参见第4～6章。
3.3.3主要机具
3.3.4作业条件
3.3.4.1隧道施工场地已布置妥当。
3.3.4.2施工方案已经由监理工程师批准。
3.3.4.3弃碴场地已安排妥当。
3.3.4.4隧道轴线桩、平面控制三角网基点桩、以及标高控制的水准基桩已设置好，并进行了详细的测量，精确检查和核对。
3.3.5劳动力组织
见下表3.3.5。
隧道洞身开挖施工劳动力组织表3.3.5
工种
人数
工作地点
职责范围
施工队长
1
整个施工现场
负责跟班组织施工管理工作、协助总指挥工作等
工班长
2
钻眼、爆破1人
初期支护1人
负责跟班组织施工，协调各工种交叉作业等
技术员
负责跟班解决施工中的技术问题、编写技术措施等
安全员
1
负责跟班检查安全措施、安全措施的执行情况及安全教育工作，对安全生产负责。
质量
检查员
负责跟班检查工程质量，各工种交接及质量保证措施的执行情况，对工程质量负责
测量工
隧道内与掌子面
负责隧道掌子面炮眼布置、隧道中线、高程等控制测量
钻眼机械
操作工
25
隧道掌子面
负责打炮眼、装药、联线爆破；
找顶、打锚杆眼、装锚杆。
支撑操作工
8
负责隧道掌子面挂钢筋网、设置钢支撑。
喷射混凝土
6
负责喷射混凝土的拌和、喷射等工作。
空压机
空压机房
负责打眼和喷射混凝土时的压缩空气供应，空压机的操作控制及保养维修
铲车司机
负责隧道弃碴装车。
自卸卡车
司机
弃碴场地至
负责隧道弃碴运输。
电工
负责现场动力、照明、通讯等电器系统的维修保护
混凝土试验工
现场、实验室
负责喷射混凝土强度、水泥等材质的试验工作
机械工
平台上、下
机械维修保养
材料员
材料仓库
负责现场材料供应及管理
杂工
负责混凝土及支撑杆、钢筋、埋件的捆绑、吊运及现场清理等
总计
63
注：
此表为一个作业班施工配备人员，未计后勤、行政等人员。
3.4工艺设计和控制要求
3.4.1技术要求
3.4.1.1总体要求
（1）施工方法应采用新奥法，并根据施工中具体情况的变化，可及时改变施工方法，但都必须报监理工程师批准。
（2）应根据批准的施工方案，以现代化施工技术，合理的安排工序，科学的组织隧道施工，以保证合格的施工质量和合理的进度。
（3）应安排好施工过程的测量，以保证隧道按设计方向和坡度施工，使开挖断面符合图纸所示尺寸，尽量做到不欠挖不超挖。
（4）洞内应每隔50m设置一个水准点。
（5）在施工过程中，应根据对开挖面的直接观察、围岩变形的测量结果，辅以地质超前预报，结合岩层构造、岩性及地下水情况，提出围岩分类的修改意见，并判定坑道围岩的稳定性，提出相应的处理措施，报请监理工程师批准。
（6）图纸中示出或在施工中了解到隧道将通过煤层或煤系地层时，还应遵循《煤矿安全规程》（试行）的有关规定。
3.4.1.2施工方法选择。
选择隧道施工方法时，应考虑以下方面的因素：
（1）工程地质和水文地质条件；
（2）施工技术条件和机械装备状况；
（3）工期的重要性；
（4）工程投资；
（5）对周围环境保护的要求。
3.4.1.3开挖要求
（1）在开挖的进程中应考虑按有利于围岩稳定的施工方法进行。
（2）为了最大限度的利用围岩自承能力，必须采用减少围岩扰动的方法进行洞身开挖。
各类围岩的开挖方法参见《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）第5.2节的有关规定。
（3）洞身开挖断面尺寸应符合图纸要求，边沟、电缆沟及边墙基础也同时开挖，所有开挖应按图纸标明的开挖线进行施工，并一次挖够。
在开挖过程中，应随时测定隧道轴线位置和标高。
预留洞室在施工前应与图纸进行核对，确保洞室的数量与位置正确。
（4）严格控制断面的超、欠挖。
（5）采用台阶法施工时，台阶不易分层过多，上下台阶之间的距离应能满足机具正常作业，并减少翻渣工作量；
当顶部围岩破碎，施工支护需紧跟时，可适当延长台阶长度，减少施工干扰。
（6）当两相对掘进工作面接近打通时，两端施工应加强联系，统一指挥。
当两工作面距离剩下15m时，由监理工程师指定一施工单位单向掘进贯通。
（7）浅埋隧道开挖时应严格控制地表沉陷，减小循环开挖进尺和防止塌方。
为此，应根据具体情况，采取适当措施，如：
1）施工中为减少对围岩扰动，宜采用单臂掘进机或风镐开挖，爆破开挖时应遵循“短进尺、强支护、弱爆破、勤观测”的原则；
2）应加强对拱脚的处理，安设拱脚锚杆；
3）及时施作仰拱或临时仰拱；
4）若初期支护变形过大，又不宜加固时，可对洞周2～3m范围内进行系统深孔岩石注浆；
5）在Ⅴ级以下软弱破碎围岩或有涌水时，应采用预注浆。
或从地表安设地层锚杆，或洞内环形固结注浆或采用管棚法加固地层；
6）应加强地表下沉、拱顶下沉的量测及反馈以指导施工。
3.4.1.4隧道开挖掘进中出现异常现象时，可采取表3.4.1.4所列对应措施进行处理。
施工中的现象及其处理措施表3.4.1.4
施工中现象
措施A
措施B
净空位移量增大，位移速度加快，围岩出现不稳定状态。
1.缩短掘进长度
2.向正面或隧底喷射混凝土，以封闭支护。
1.缩小开挖断面，改变施工方法。
2.预支护围岩（打超前导管等）
3.必要时设置钢支撑
开挖面顶部出现掉块
立即施喷混凝土和打锚杆
1.加钢支撑
2.预支护围岩
3.改变施工方法
开挖面出现涌水或涌水量增加
1.加速混凝土硬化（增加速凝剂等）
2.喷射混凝土前作好排水
3.设置钢筋网，或将钢筋网格加密。
1.加强排水措施（井点降水等）
2.注浆止水
地基承载力不足，下沉增大。
或产生底鼓。
1.加厚底脚处的喷射混凝土，增加支撑面积。
2.尽快形成闭合支护
2.预加固地层
喷混凝土层出现明显裂缝、脱离甚至塌落
开挖后尽快喷射混凝土，并适当加厚喷层，或封闭支护。
1.挂钢筋网
2.打局部锚杆
3.设置系统锚杆
锚杆轴力增大，垫板松弛或锚杆断裂。
1.增补锚杆（根数、直径、密度）
2.改变锚杆型号或类型（如将砂浆锚杆改为中空锚杆）
1.缩短掘进长度，尽快闭合支护。
2.改变施工方法
A指进行比较简单的改变就可解决问题的措施；
B指包括需要改变支护方法等比较大的变动才能解决问题的措施。
3.4.2材料质量要求
3.4.3职业健康安全要求
3.4.3.1洞内空气中含氧量不得少于20%，并保证洞内施工人员每人有3m3/min的新鲜空气。
如洞内采用内燃机械作业时，1km供风量不宜小于3m3/min。
3.4.3.2粉尘最高容许浓度1m3空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为2mg。
3.4.3.3有害气体最高容许浓度为：
一氧化碳最高容许浓度为30mg/m3。
在特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，浓度可为100mg/m3，但工作时间不超过30min；
二氧化碳按体积计不得大于0.5%；
氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3以下。
3.4.3.4洞内气温不得超过28℃；
噪音不得大于90dB。
3.4.3.5工作人员应带防尘口罩，防止粉尘吸入体内。
3.4.4环境要求
3.4.4.1打炮眼时应采用湿式凿岩，用高压水冲洗孔眼使岩粉变成浆液流出。
3.4.4.2在主要作业（钻眼、装碴等）时间内，应始终开动风机保持通风，降低洞内粉尘和有害气体的浓度。
3.4.4.3工作面作业人员在装碴前要先行洒水，冲洗工作面附近的岩壁，以防止粉尘扬起，并溶解少量有害气体，并能降低坑道内温度。
3.5施工工艺
3.5.1工艺流程
3.5.1.1全断面开挖法
3.5.1.2台阶开挖法
3.5.1.3分步开挖法
3.5.1.4侧壁导坑开挖法（以双侧壁导坑法为例）
3.5.2操作工艺
3.5.2.1全断面开挖法
全断面法的横断面工序图和纵断面工序展开图见图3.5.2.1。
其施工顺序如下：
（1）用钻孔台车钻眼，然后装药、联接导爆线；
（2）退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；
（3）排除危石（俗称“敲帮问顶”）；
（4）喷射拱圈混凝土，必要时安设拱部锚杆；
（5）用装碴机将石碴装入运输车辆，运出洞外；
（6）喷射边墙混凝土，必要时安设边墙锚杆；
（7）根据需要可喷第二层混凝土和隧道底部混凝土；
（8）开始下一轮循环；
（9）通过量测判断围岩和初期支护的变形，待基本稳定后，施作二次模注混凝土衬砌。
（10）围岩稳定时，可在放炮排除危石后，先进行出渣，然后全断面一次性进行锚杆、喷射混凝土支护作业。
根据围岩稳定程度亦可以不设锚杆或仅局部设锚杆，一般应先施作拱部初期支护，以防止应力集中而造成的围岩松动剥落，而且这样也比较方便施工，因工人可以站在碴堆上作业。
待拱部初期支护基本处理完后，再出碴，就可以清理出边墙及隧底的工作空间以进行相应的初期支护。
隧道机械化施工有三条主要作业线，即开挖作业线、锚喷作业线和模注混凝土衬砌作业线。
它们所采用的大型机械设备主要有：
①开挖作业线：
钻孔台车、装药台车、装载机配合自卸汽车（无轨运输时）、装碴机配合矿车或梭式矿车及电瓶车或内燃机车（有轨运输时）；
②锚喷作业线：
混凝土喷射机、混凝土喷射机械手、锚喷作业平台、进料运输设备及锚杆注浆设备；
③模注混凝土衬砌作业线：
混凝土拌合工厂、混凝土输送车及输送泵、施作防水层作业平台、衬砌模板台车。
采用全断面法应注意：
随时掌握开挖面前方的地质情况，随时准备好应急措施（包括改变施工方法等），以确保施工安全；
加强对施工人员的技术培训，各种施工机械设备务求配套，以充分发挥机械设备和施工的效率
3.5.2.2台阶开挖法
（1）施工中究竟应采用长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种方式种的哪一种，应根据两个条件来决定：
1）初期支护形成闭合环的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短，则台阶必须缩短；
2）施工机械的效率，效率高，则可以缩短支护闭合时间，故台阶可以适当加长。
这两个条件都反映了一个原则，即希望初期支护尽快闭合。
在软弱围岩中应以前一条件为主，兼顾后者，确保施工安全。
在围岩条件较好时，主要考虑是如何更好地发挥机械效率，保证施工的经济性。
故应充分考虑后一条件。
（2）长台阶法
见图3.5.2.2（a）。
上、下开挖断面相距较远，因台阶较长，可在上台阶采用中型机械施工（如一臂或二臂钻孔台车），但应注意台阶长度应满足机械退避的安全距离，一般上台阶超前50m以上，或大于5倍洞宽。
施工时,上、下部可配备同类机械进行平行作业。
当机械不足时也可用一套机械设备交替作业，即在上半断面开挖一个段长长度，然后再在下断面开挖一个段长长度。
当隧道长度较短时，亦可先将上半断面全部挖通后，再进行下半断面施工。
相对于全断面法，长台阶法一次开挖的断面较小，有利于开挖面的稳定。
它的适用范围较全断面法广泛，当全断面法缺乏大型机械，或者短隧道施工调用大型机械不经济时，都可考虑改用长台阶法，建议配备中型钻孔台车施工以充分发挥施工效率。
长台阶法一般用于Ⅰ～Ⅲ级围岩的隧道。
（3）短台阶法
见图3.5.2.2（b）。
上下两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍洞宽，但应大于1～1.5倍洞宽。
上下断面基本上可以采用平行作业，其作业顺序和长台阶法相同。
短台阶法能缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制隧道变形收敛速度和变形值，所以可以用于稳定性较差的围岩，主要用于Ⅲ、Ⅳ级围岩。
短台阶法的缺点是因为上台阶的长度有限，故出碴时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业。
为解决这种干扰，可采用长皮带机运输上台阶的石碴；
在断面较大的隧道中，还可设置由上半断面过渡到下半断面的坡道，将上台阶的石碴直接装车运出。
过渡坡道的位置可设在中间，亦可交替地设在两侧。
采用短台阶法时应注意:
初期支护全断面闭合一般应在距开挖面30m以内完成，或在上半断面开挖后的30天内完成，拖延过久会影响围岩的稳定。
当初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合。
台阶的长度应在满足围岩稳定性要求的前提下，能尽量保证施工机械开展正常的工作，如果二者有矛盾，则应以确保围岩稳定为重，而适当考虑降低机械化的程度。
（4）超短台阶法
见图3.5.2.2（c）。
这是一种适应于在软弱地层中开挖的施工方法，一般在膨胀性围岩及土质地层中采用。
为了尽快形成初期闭合支护以稳定围岩，上下台阶之间的距离进一步缩短，上台阶仅超前3～5m，由于上台阶的工作场地小，只能将石碴堆到下台阶再运出，对下台阶会形成严重的干扰，故不能平行作业，只能采用交替作业，因而施工进度会受到很大的影响。
由于围岩条件差，初期支护的及时施作很重要，其作业顺序如下：
1）用一台停在台阶下的长臂挖掘机或单臂掘进机开挖上半断面至一个进尺；
2）安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑，喷拱部混凝土；
3）用同一台机械开挖下半断面至一个进尺；
4）安设边墙锚杆、钢筋网，接长钢支撑，喷边墙混凝土（必要时加喷拱部混凝土）；
5）喷仰拱混凝土，必要时设置仰拱钢支撑；
6）经量测，在初期支护基本稳定后，灌注二次模注混凝土衬砌。
如无大型机械也可采用小型机具交替地在上下部进行开挖，由于上半断面施工作业场地狭小，常常需要配置移动式施工台架，以解决上半断面施工机具的布置问题。
在软弱围岩中采用超短台阶法施工时应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可对围岩采用预加固或预支护措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小导管等。
（5）在所有台阶法施工中，开挖下半断面时要求做到以下几点：
1）下半断面的开挖（又称落底）和封闭应在上半断面初期支护基本稳定后进行，或采取其它有效措施确保初期支护体系的稳定性，例如扩大拱脚、打拱脚锚杆、加强纵向联接等，使上部初期支护与围岩形成完整体系；
或者，采用单侧落底或双侧交错落底，避免上部初期支护两侧拱脚同时悬空；
或者，视围岩状况严格控制落底长度，一般采用1～3m，并不得大于6m。
但如采取了必要的加强措施后，初期支护仍稳定不下来（这主要可能出现在稳定性很差的围岩中），可以考虑提前施作二次模注混凝土衬砌，但必须修改参数以加强其支护能力。
2）下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土，严格按规定施作初期支护。
3）量测工作必须及时，以观察拱顶、拱脚和边墙中部位移值，当发现速率增大，应立即进行底（仰）拱封闭。
3.5.2.3分部开挖法
（1）环形开挖留核心土法
环形开挖留核心土法开挖进尺不宜过长，一般为0.5～1.Om。
上部核心土和下台阶的距离，一般可为1倍～2倍洞宽，见图3.5.2.3-1。
作业顺序如下：
1）用人工或单臂掘进机开挖环形拱部（在能不爆破时尽量不爆破，以免扰动围岩）；
2）施作拱部初期支护，如架立钢支撑、打锚杆、喷混凝土；
3）在拱部初期支护的保护下，挖掘核心土；
4）挖掘下台阶，随时接长钢支撑，施作边墙初期支护并封底；
5）根据初期支护的变形情况适时施作二次模筑混凝土衬砌。
由于拱部环形开挖高度较小，工作空间有限，一般只能采用短锚杆。
而当地层较松软，锚杆不易形成有效支护时，亦可不设锚杆。
环形开挖留核心土法的主要优点是，由于上部留有核心土支挡着开挖面，而且能迅速及时地施作拱部初期支护，所以开挖工作面稳定性好，核心土和下部开挖都是在拱部初期支护保护下进行的，施工安全性好。
因为有核心土支护工作面，故台阶的长度可以加长（比超短台阶法的台阶要长，相当于短台阶法的台阶长度），因而减少了上下台阶的施工干扰，施工速度可加快。
施工应注意的问题有：
虽然核心士增强了开挖面的稳定，但开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，这些都有可能使围岩变形增大。
因此，它常需要结合辅助施工措施对开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固。
（2）单侧壁导坑法
见图3.5.2.3-2。
该法确定侧壁导坑的尺寸很重要，侧壁导坑尺寸如过小，则其分割洞室跨度增加开挖稳定性的作用不明显，且施工机具不方便开展工作；
如过大，则导坑本身的稳定性降低而需要增强临时支护，而由于大部分临时支护都是要拆掉的，故导致工程成本增加。
一般侧壁导坑的宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以到起拱线为宜，这样，导坑可分二次开挖和支护，不需要架设工作平台，人工架立钢支撑也较方便。
导坑与台阶的距离没有硬性规定，但一般应以导坑施工和台阶施工不发生干扰为原则。
在短隧道中往往先挖通导坑，而后再开挖台阶。
上、下台阶的距离则视围岩情况参照短台阶法或超短台阶法拟定。
单侧壁导坑法的施工作业顺序为：
1）开挖侧壁导坑，并施作闭合临时支护，可将喷射混凝土、钢筋网、钢支撑及锚杆根据具体需要予以组合，并适当考虑导坑靠
（2）、（3）部的锚杆对它们开挖的不利影响，可酌情不打，仅以钢支撑和喷混凝土或再加钢筋网支护；
2）开挖上台阶，进行拱部初期支护，使其一侧支承在导坑的初期支护上，另一侧支承在下台阶上；
3）开挖下台阶，进行另一侧边墙的初期支护，并尽快施作底部初期支护，使全断面形成闭合支护；
4）拆除导坑临空部分的临时支护；
5）施作二次模注混凝土衬砌。
（3）双侧壁导坑法
见图3.5.2.3-3。
导坑尺寸拟定的原则同单侧壁导坑法，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。
左、右侧导坑应错开开挖，以避免在同一断面上同时开挖而不利于围岩稳定，错开的距离应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定，亦可工程类比之，一般取为7～10m。
双侧壁导坑法施工作业顺序为：
1）开挖一侧导坑，及时将其初期支护闭合；
2）相隔适当距离后开挖另一侧导坑，将初期支护闭合；
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