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洞室开挖方法为暗挖法。
四、课程设计要求一、洞室开挖工程概况
二、洞室开挖程序和开挖方案的比较分析（注意该地质条件下可能会发生的地质灾害，并在开挖过程中体现其预防和控制措施）
三、洞室开挖工艺和流程四、洞室开挖工程的作业组织和循环图表五、洞室开挖的辅助设施五、课程设计时间安排课程设计时间：
2014.12.9~2014.12.21
岩石地下课程设计20114660235谢坤
地下洞室开挖方案设计
一、洞室开挖工程概况
某地下洞室为直墙圆拱型的形状，其几何尺寸为拱高半径为2.5m，直墙高5m。
洞室沿轴线方向的长度为100m，离地表距离为1200m。
二、洞室开挖程序和开挖方案的比较分析三、1、导洞开挖法
导洞开挖法主要使用于围岩稳定性较差或虽围岩稳定性较好，但洞室跨度较大的情况。
虽然这种开挖法洞室作业面狭窄，单独开挖循环次数多，因而相对功效低，进度慢，工程成本高，但为了维护围岩稳定，保证安全开挖，不得不采用这种方法。
其实质是通过控制围岩有效暴露面积来控制围岩的稳定。
（1）先拱后墙法
几种典型的施工方法和特点：
先拱后墙法按其导洞的位置不同，又可分为上导洞法、上下导洞法、拱部双
侧导洞法和拱部多导洞法。
导洞位置及洞室开挖施工循序如下图所示，图中数字表示开挖顺序，并用罗马数字表示支护作业在施工中的顺序，以示区别。
上导洞法的主要特点是：
对围岩的扰动小，拱部支护好后，再开挖下部，施工安全。
但施工作业面小，施工干扰大，通风出渣较困难，工艺高，施工进度慢，先拱后墙，混凝土衬砌的整体性差，开挖下部时须特别注意并保证已成拱圈不能
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变形或下沉。
此法使用于中等坚硬、裂隙较发育，但无大量渗漏水的地层。
由于功效低，进度慢，洞室长度不宜太长。
上下导洞法的主要特点是：
此法是在上导洞法的基础上发展而来，工作面较多，用漏斗孔连通上下导洞，通风、运输、排水等条件有所改善，施工进度较快，拱部支护领先，下部施工较为安全。
但两个导洞同时施工，工序干扰大，临时支护耗用材料也多，工程费用较高，先拱后墙，衬砌的整体性较差。
此法使用范围较广，一般中硬或软弱较破碎的岩层，以及不同长度的洞室都可采用。
拱部双侧导洞法的主要特点是：
拱部开挖的速度较快，先支护拱部，下部开挖时较安全。
留下核心，方便拱不衬砌施工。
成洞后再开挖核心，因而具有较多的自由面，开挖进度快。
此法使用范围较广，为一般大型断面（跨度大于15m）的一种基本开挖方法。
当岩壁破碎或较软弱时，拱部的开挖须为分段跳格开挖，拱部衬砌也相应为跳格支护。
当侧壁围岩较好时，在拱部衬砌Ⅲ后，下部开挖可分层或分台阶进行，每层开挖的高度视钻孔及出渣机具性能而定，若具有大型钻孔或出渣机械时，每层高度可至5-8m。
（2）先墙后拱法
前面介绍的先拱后墙法，其基本点是先解决拱部围岩稳定这个主要矛盾，先做好拱圈，保证下部开挖的安全。
但是，采用先拱后墙法要求侧壁围岩在边墙砌筑好之前，能承受由拱圈传下的荷载。
这也是采用先拱后墙法的前提条件。
可是，当围岩更差，不仅拱部的围岩差，而且侧壁的围岩也很破碎，拱座很难成型；
或很软弱，强度很低；
或者洞室的跨度很大，拱圈传下的荷载也很大，拱脚处围岩不能承受拱圈传下的巨大荷载。
在此情况下，首先必须考虑为拱较提供可靠的基础，保证顺利的浇注拱圈。
先墙后拱法常在底部设置侧壁导洞，由下而上的开挖和衬砌边墙，既解决了侧壁围岩的稳定又为拱圈提供了稳固的基础，这就睡底部设侧壁导洞先墙后拱法的出发点和基本特征。
此法的另一个特点是：
拱部的开挖仍须由顶设导洞开始，如上图所示，拱部为一个导洞，故这种布置又叫品字导洞法。
若洞室跨度较大时，也可顶设双侧导洞。
核心部分8保留至最后开挖，能简化或有利于临时支撑或模板支撑，所以，这种方法又叫做核心支撑法。
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这种方法因导洞多，工程费用大，虽核心开挖工效高能有所补偿，但综合起来工程成本仍较高。
故只适用于地质条件差，洞室跨度又较大的工程2、台阶开挖法
台阶开挖法和后续的全断面开挖法主要适用于地质条件好，围岩稳定，或虽地质条件较差，但是洞室跨度较小的洞室开挖。
这一类洞室在开挖过程中，围岩的稳定较易得到保证，安全方面的矛盾不很突出。
因而可以利用围岩稳定这一有利条件，实现快开挖，快成洞。
台阶开挖法按所设台阶的位置及台阶的开挖顺序又可分为下台阶法、上台阶法、侧台阶法。
（1）下台阶开挖法
此法的特点是首次将上部断面在全长（或开挖区段）范围内开挖完成，然后再挖下部断面。
上部断面可用全断面一次开挖法。
上下台阶的面积的比值，主要取决于所采用的钻机和装渣运输设备。
此法的优点是：
在上部开挖后直接支护拱部，保证了下部作业时的安全；
由于开挖面的高度不大（与全断面一次开挖法相比），拱部支护工程的费用较低；
适合于当前中小型机械的施工水平；
开挖下部台阶时，爆破效率高，进度快，工程成本低。
其缺点是：
需要有两个单独的开挖循环，与全断面开挖法相比，需在两个平面上铺设施工管线，且工期较长，工程费用较高。
这种方法最使用于用中小型机械开挖高度和长度大，而拱部又需及时支护的工程。
（2）上台阶开挖法
这种方法的特点是首先将洞室下部断面在全长范围内开挖完，然后再开挖上台阶。
此法又叫反台阶开挖法。
断面的下部采用全断面法开挖，断面的上部钻孔可采用登渣作业。
应予指出，为保证实现登渣作业，在下部装渣时，要注意使渣堆的高度始终适宜于钻孔作业。
上台阶开挖法的优点是：
由下向上挖，爆破效率较高，进度较快，在有用水时，能有效地排水。
它的缺点是：
需有两个单独的开挖循环，因此比全断面法所
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需的工期更长。
（3）侧台阶开挖法这种方法的特点是将开挖断面分成左右两部或更多部分，对每一侧台阶都采
用全断面法开挖。
开挖断面的一个侧部可以在另一个侧部开挖完成后再进行，也可以一个侧部超前于另一个侧部，两部同时进行。
此法与上下台阶法的区别是：
上下台阶法是按断面的高度分成上下台阶，而这里是按断面的宽度分成左右台阶，前者适用于开挖跨度较小而洞室高度较大的洞室，而后者则适用高度较小而跨度较大的洞室。
侧台阶法的优点是：
可采用中小型机械来开挖大跨度的洞室。
缺点是：
断面划分愈多，单独的开挖循环次数越多，从而增长了总工期；
若要两个开挖面同时进行时，容易产生相互干扰。
3、全断面开挖法
全断面开挖法又可分为全断面一次开挖法和全断面分台阶相继开挖法两种形式。
（1）全断面一次开挖法
全断面开挖是在隧洞的整个设计断面上一次性钻孔爆破，将工作面爆破设计要求的断面，这种方法又可称为全断面一次爆破法。
当地质条件较好时，全断面开挖法在小断面隧洞和大断面隧洞开挖中均可以采用。
在小断面隧洞施工中，如果采用半断面正台阶法开挖或先导洞后扩大的方法施工，由于工作面狭小，将给开挖工作带来很大的困难，因此一般多采用全断面开挖法。
对于中等断面及大断面的隧洞，只要地质情况允许，山岩压力不很大，无需支护或仅局部需要简单的临时支护时，则应根据施工的具体条件，尽量采用全断面开挖法。
全断面开挖施工的特点是：
断面一次钻眼爆破而达到设计的全断面尺寸要求，待开挖断面向前推进一定距离或隧洞全线挖通后，便可进行混凝土衬砌或锚喷支护。
全断面开挖工作面大，空间尺寸也大，有利于进行机械化施工作业。
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（2）全断面分台阶相继开挖法
此法将开挖面按高度分成两部分，高大洞室也可分成更多的部分，洞室的上下部分相继开挖同时向前推进。
但开挖面开挖需要的大型施工机械不具备时，为了使用中小型机械设备实现快速开挖，常采用这一方法。
最常用的方案是上半部分超前于下半部分断面。
从工程实践来看，上下两部工作面间一般距离（既台阶长度）以2.5-3.0m能方面钻孔为宜。
若台阶过长，扒渣量增大不理出渣。
此法的特点是：
利用台阶钻上部断面的炮孔，上部钻孔可与下部装渣同时进行；
下台阶自由面多，爆破效率高；
装渣作业面宽敞，利于出渣运输和通风排烟；
遇到岩层变坏时，也可马上改用其他开挖方案。
当台阶划分不当时，会增大扒渣量，影响开挖进度，且耗用劳动量较多。
4、有可能出现的地质灾害
地质条件：
地下洞室为直墙圆拱型的形状，其几何尺寸为拱高半径为2.5m，直墙高5m。
根据已知的地质和工程条件，采用下台阶开挖法开挖，由于岩石的抗压强度为210MPa，所以有可能在开挖过程中发生岩爆现象。
岩爆是地层中高应力区洞室开挖引起应变能突然释放时围岩脆性破环形成的一种动力失稳现象。
洞室开挖过程中岩块由岩体面上突然崩出或弹射是洞室岩爆的常见表现，大多发生在坚硬岩石和应力集中的掌子面附近和侧壁上，与塌方，片帮等现象有明显区别。
岩爆现象的危害很大，一方面是由于它的突发性；
另一方面是由于它的猛烈性。
岩爆发生，长长造成人员伤亡或者洞室严重破坏。
岩爆的预测长长借助微震声测法，微震法或者电测法进行监测，局部预报和临近预报技术还不是很成熟。
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岩爆防治措施：
①改善围岩应力这种方法主要是降低围岩应力，使围岩应力小于围岩强度，避免岩爆的发生。
在施工中主要采取如下措施：
在洞身开挖爆破时，采用“短进尺、多循环”，采用光面爆破技术，尽量减少对围岩的扰动，改善围岩应力状态。
选择合适的开挖断面形式，也可改善围岩应力状态。
应力解除法：
通过打设超前钻孔或在超前钻孔中进行松动爆破，在围岩内部造成一个破坏带，即形成一个低弹区，从而使动壁和掌子面应力降低，使高应力转移至围岩深部，施工时可在掌子面上打设5～6个超前钻孔，深15～20m左右，既可以起到超前钻探地质的作用，又可以起到释放掌子面应力的作用。
超前钻孔的布置形式及参数与地质预测预报孔相同。
②改善围岩性质在施工过程中，可采取对工作面附近隧道岩壁喷水或钻孔注水来促进围岩软
化，从而消除或减缓岩爆程度。
但这种方法在隧道施工中一般对隧道围岩的稳定有一定的影响。
③对围岩进行加强支护和超前支护加固。
其作用是改善掌子面及1～2倍洞径洞段内围岩的应力状态，由于支护的作用不但改变了应力大小的分布，而且还使洞壁从单维应力状态变为三维应力状态。
拟采用的加固办法有：
锚杆和超前锚杆支护、锚喷砼支护、钢纤维喷砼支护、钢支撑，二次衬砌。
这种方法是施工中最为常用的，因此施工过程中，在易发生岩爆的地段，要采取锚杆、超前锚杆支护、锚喷砼支护、钢纤维喷砼支护、钢支撑等多种支护方法有效的组合在一起来防止岩爆的发生。
三、洞室开挖工艺和流程
1、开挖流程
开挖上断面（10m）：
超前地质预报→测量放线→钻孔→装药起爆→通风排烟→清理危险→出渣→初喷→锚喷支护→开挖下断面（初次6m，后面为10m）
→测量放线→钻孔→装药起爆→通风排烟→清理危险→出渣→初喷→锚喷支护
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→下一个循环（开挖上断面）。
下台阶法开挖顺序
2、开挖工艺
1）测量放样
（1）导线控制网测量采用LeicaTCR1102全站仪进行，施工测量采用LeicaDI2002红外光电测距仪配LeicaNI2水准仪进行。
（2）测量作业由专业人员实施，每个循环钻孔前进行设计规格线测量放样，并检查上一循环超欠挖情况，检测结果及时向现场施工技术人员进行交底。
（3）放样内容包括：
隧洞中心线和顶拱中心线、底板高程、掌子面桩号（每隔10m在隧洞内侧打一条桩号线）、设计轮廓线、两侧腰线或腰线平行线、并按钻爆图破设计要求在掌子面放出炮孔孔位。
2）钻孔
（1）由熟练的风钻手严格按照掌子面标定的孔位进行钻孔作业。
造孔前先根据拱顶中心线和两侧腰线调整钻杆方向和角度，经检查确认无误后方可开孔。
（2）分区分部位定人定位施钻，熟练的操作手负责掏槽孔和周边孔。
钻孔过程中要保证各炮孔相互平行，掏槽孔和周边孔严格按照掌子面上所标孔位开孔
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施钻，崩落孔孔位偏差不大于5cm，崩落孔和周边孔要求孔底落在同一平面上。
（3）炮孔造完以后，由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查，对不符合要求的钻孔重新造孔。
3）装药爆破
（1）在钻孔工序开始时，按照爆破设计要求提前进行光爆药卷的加工、炮孔堵塞物加工成型（把沙灌入塑料袋并绑扎好）、各种规格药卷以及各种段别雷管的准备。
（2）炮孔经检查合格后，方可进行装药爆破；
炮孔的装药、堵塞、和引爆线路的联接，由经考核合格的炮工，严格按监理工程师批准的钻爆设计成果进行施作。
（3）装药严格遵守安全爆破操作规程，装药前用风水冲洗钻孔，掏槽孔由熟练的炮工负责装药，周边孔采取空气间隔装药，导爆索串接。
（4）装药严格按照爆破设计图（爆破参数在实施过程中不断调整优化）进行，掏槽孔、扩槽孔和其它爆破孔装药要密实，堵塞良好。
（5）药装完后，由炮工和值班技术员复核检查，确认无误后，撤离人员和设备并放好警戒，炮工负责引爆。
（6）炮响20分钟后炮工先进入洞内检查是否有瞎炮，若有则迅速排除，然后才能进入下一道工序。
（7）光面爆破要求：
①残留炮孔在开挖轮廓面上均匀分布；
②完整岩石炮孔痕迹保存率在80%以上，较完整和完整性差的岩石炮孔痕迹保存率不少于50%，较破碎和破碎岩石炮孔痕迹保存率不少于20%；
③相邻两茬炮之间的台阶最大外斜值不大于10cm；
④相邻两孔间的岩面平整，孔壁没有明显的爆震裂隙；
4）安全处理
（1）通风散烟后，钻工站在渣堆上对顶拱和掌子面上的松动危石和岩块进行撬挖清除。
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（2）钻孔前由人工站在台车平台上手持刚钎敲帮问顶，撬挖排除松动岩块，确保钻孔安全。
（3）施工过程中，经常检查已开挖洞段的围岩稳定情况，清撬可能塌落的松动岩块。
5）出渣
灌浆平洞采用3m3装载机端至洞口后装20t自卸车运至指定渣场。
排水洞采用1.8m3装载机端至井底后转入罐笼，在提升至井口集渣，再由
3m3装载机配20t自卸车运至指定渣场。
（采用人工配斗车转渣）
6）撬挖、清底
出渣完毕后，采用反铲对掌子面进行撬挖，把松动岩石处理干净，最后将底部浮渣清除干净，以利下一个循环造孔。
7）通风散烟
出渣过程中一直启动通风设备通风，出渣前和出渣过程中对开挖面爆破渣堆洒水除尘，所有进洞车辆均安装尾气净化器，使洞内有害气体和粉尘含量在规范允许范围内。
8）特殊部位洞挖施工措施
（1）建基面洞口段开挖
①灌浆平洞开挖前，先进行锁口锚杆施工，锁口锚杆沿开挖设计轮廓线外侧50cm、130cm布置两排，规格为Φ25mm，L=4.5m，间距0.8m；
②建基面灌浆平洞施工时，洞口段30m范围内，必须加强控制爆破。
洞挖全部过程中，对周围建基面的振动影响满足质点振动速度不大于10cm/s的要求，施工过程中加强监测，并将监测结果及时报送监理人。
（2）隧洞平交口的开挖
①平交口开挖应按照短进尺、多循环的原则施工；
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②平交口支护应紧跟开挖作业面，根据开挖揭示的地质条件，采用长锚杆、钢筋网喷混凝土、钢支撑、混凝土衬砌等方式加强支护，加强支护范围要大于平交口应力影响区域（一般平交口弧线外6m左右）。
③平交口施工应尽量减小对主洞运行的影响。
施工过程中，根据具体情况进行必要的安全监测，根据监测数据分析成果，指导开挖、支护。
（3）隧洞立体交叉部位的开挖
①楼梯竖井、集水竖井和排水洞均存在立体交叉，岩隔墙厚度最小仅3.05m，立体交叉部位施工应遵循相关规范规定。
②立体交叉处岩隔墙厚度最小仅3.05m，开挖支护时采取控制爆破措施，同时对交叉处结构加强支护、加强衬砌等措施，质点振动速度满足招标文件技术条款要求。
③立体交叉处开挖时，加强监测及数据反馈，以便确定后续开挖方案。
炸药类型
2号岩石炸药
炮眼直径
40mm
一般炮眼深度
2.0m
药卷直径
27mm
掏槽眼深度
2.2m
炮眼夹角
装药方式
空气间隔装药
装药长度
1.1m
不耦合系数
1.25
起爆方式
孔内毫秒微差爆破
（25ms）
连接方式
簇连法
起爆器
电容起爆器
爆破安全距
离
102m
循环进尺
2m
3、爆破网络及爆破参数确定因光面爆破对对被保护岩体损伤小，所以此设计中采用了光面爆破的方法。
爆破参数：
该工程离地表800m，容易发生岩爆。
对应岩爆的措施：
a）药壶爆破。
在形成药壶破碎带前，要确定作用在岩体中最大的压应力
max
的作用方向，然后垂直在最大压应力作用方向上钻一排药壶孔和量测孔，按量测孔决定巷道附近支承压力分布特点。
药包爆破后要重新决定支承压力分布特点。
（保护带尺寸由表达式n0.58B确定，但不小于2m，n为保护带宽度，B为巷
道横向尺寸），重复装填药包，在第一个药壶爆破后造成的最大支承压带中心放
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置药包。
药包重量比初始药包重量增加20%～40%。
重复上述工序，使巷道转为非岩爆危险状态b）岩体注水软化法。
岩体中总是存在裂隙，通过钻孔高压注水，水在裂隙
中运动并使岩体软化也可以起到在一定程度上防止岩爆的作用。
c）超前加固法。
用超前锚杆加固岩体和防止岩体崩出。
在掌子面打设锚杆，
锚杆根数，随断面积和岩质状态而定，锚杆长度常用2m、3m、5m。
主要从施工性质和爆破后的岩体锚杆残余长度加固效果两方面考虑。
岩爆防治措施的效果评估是一个非常复杂的问题，采取这些措施后是否一定
不发生岩爆还没有肯定的回答。
五、洞室开挖工程作业组织和循环图表
1、洞挖循环进尺安排
洞室初拟循环进尺2.0m，整平、支护洞室单作业面，每天两个循环，日进尺4m，每月按25天有效日考虑，月进尺100m。
洞室循环作业时间表
施工工序
测量布孔
钻孔
装药爆破
通风散烟
安全处理
出渣清底
其它
合计
作业时间（h）
0.5
3.0
3.5
2、主要资源配置计划
1）主要机械设备配置
序号
设备名称
型号、规格
单位
数量
功率（kw）
拟用于施工部位
到达现场时间
气腿钻
YTP-28
台
24
灌浆平洞、
排水洞
2015.01
自制平台车
灌浆平洞、排水洞
侧卸装载机
WA-380（2.3m3）
135
灌浆平洞
扒渣机
LW-120
45
2015.08
小型梭式矿车
SDB6
13
蓄电池式电机车
XK5-6.7.9/90-A
7.5×
自卸汽车
15t
172
11
龙门吊
20t
2015.05
升降机
8.3t（含轨道）
套
罐笼
6m3
卷扬机
JJM-20
60
12
湿喷机
TK961
注浆机
MZ-1
7.5
14
混凝土搅拌运输车
HJC5260GJB（6m3）
250
15
电动空压机
GA250-8.5（40
m3/min）
209
16
轴流式通风机
DK40（B）NO16
2×
55
17
便携式瓦斯检测
仪
JCB4
18
离心泵
IS125-100-315
110
19
潜水泵
20
全站仪
LeicaTCR402
21
箱式变压器
800/10/0.4
2）劳动力计划见下表劳动力计划表：
名称
钻工
人
48
机械工
灌浆工
空压工
混凝土喷射手
电工
混凝土工
修理工
木工
电焊工
司机
40
辅助用工
30
升级会员 