水工隧洞设计与施工职业学院.docx
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水工隧洞设计与施工职业学院
隧
洞
设
计
与
施
工
专业:
水利水电建筑工程
班级:
水工1303班
姓名:
俞海庭
学号:
1310155
组别:
第三组
指导老师:
胡敏辉
水工1303班第三小组成员
主编：
俞海庭
副主编：
黄孝义、方林
主审：
刘鹏、顾浩田
1工程概况
1.1工程设计指标
XXX泄洪隧洞位于右岸坡，进口设置检修平板闸门、弧形工作闸门，进水口为岸塔式，基础要求座落在T2b2-4砂泥岩弱风化上，采用短有压进水口形式。
隧洞长528m，为直径7.5m的圆形隧洞，进口底板高程499.246m，纵向底坡i=2.4/1000。
1.2地质水文条件
T2b2-4灰色薄至中厚层钙质泥岩夹泥质粉砂岩、砂岩，最大埋深86m，洞线与岩层走向夹角60-70°，属层状、互层状结构，以CⅡ类围岩为主，CⅣ类围岩主要分布于进出口段，成洞条件差。
地下水主要赋存于风化带网状裂隙中，洞室围岩透水性微弱，施工中不存在地下水干扰。
岩体成块、碎石镶嵌结构，自稳能力差，总体以CⅡ类岩体为主，进、出口强风化段为CⅣ类围岩（约占隧洞段10%），成洞条件较差
2.拟定组织管理机构
总工程师
2.1管理机构结构图
2.2主要职责
项目经理部一般设项目经理、项目总工、项目副经理以及经营部、技术部、质检部、安全部、物资设备部、办公室、财务部等部门，各部门配备相应的施工员、质检员、预算员、安全员、材料员等专业人员。
2.2.1项目经理职责
A．贯彻执行国家和工程所在地政府有关工程建设和建筑管理的法律、法规和政策，执行企业的各项管理制度，维护企业整体利益和经济权益。
B.严格财经制度，加强财务管理，积极组织工程款回收，正确处理国家、企业和项目及其单位个人的利益关系。
C.组织制定项目经理部各类管理人员的职责和权限、各项管理规章制度，并认真贯彻执行。
D．组织编制施工管理规划及目标实施措施，编制施工组织设计并组织实施。
E．科学地组织施工和加强各项管理，并做好建设单位、监理和各分包单位之间的协调工作，及时解决施工中出现的问题。
F.执行经济责任书中由项目经理负责履行的各项条款。
G.对工程项目施工进行有效控制，执行有关技术规范和标准，积极推广、应用新技术、新工艺、新材料和项目管理软件集成系统，确保工程质量和工期，实现安全、文明生产，努力提高经济效益。
2.2.2项目总工职责
a.协助项目经理部组织质量管理领导小组会议。
b.贯彻执行本项目部质量方针、目标，在分管范围和部门内保证质量体系的有效运行。
c.负责领导项目部技术工作，主持贯彻实施施工生产中重大技术质量安全问题会议并做出决定。
d.参加本项目部竣工产品的内部竣工验收，对本项目部的工程产品质量负技术责任。
e.主持本项目部质量事故分析，提出处理意见。
f.组织领导新技术、新工艺、新材料、新机具在本项目部推广应用。
g.有权提出质量奖惩建议。
2.2.3项目副经理职责
a.贯彻执行公司质量方针、目标，明确本项目部门人员岗位、质量职责，保证质量体系在本部门的有效运行。
b.负责本项目部生产工作，领导本项目部技术系统推行质量管理，按照“质量体系”文件和资料，控制“纠正和预防措施”、“质量记录的控制”、“内部质量审核”、“合同评审”、“服务”等要素及所属程序的实施管理。
c.负责本项目部技术领导工作，贯彻工程施工技术规范、规程、规定、标准的领导工作，审定本项目部制定的主要质量技术文件、质量标准、操作规程、施工工艺及施工组织设计等。
d.搞好材料、设备系统的管理，确保材料设备的质量，满足工程施工、生产的需要。
e.对工程质量负领导责任，有权对质量实施优秀提出奖励的建议，对发生质量事故造成损失的人员，责成有关部门进行调查处理，并有权按规定处置。
f.负责对本项目部质量奖惩的审批领导工作。
3隧洞施工方案
3.1洞挖施工方案
3.1.1进出口边坡明挖方案
挖运机械选用：
反铲挖掘机、自卸汽车等
洞口开完方法：
首先布设满足规范设计要求的高等级测量控制网，确保贯通精度高于规范与验收标准，高程点进行全面复测，确保控制点的准确，并通过对隧道进出口控制点的联测，确保贯通误差满足要求，洞口开挖按照设计要求施工，自上而下分层进行刷坡和防护，分层高度两米。
根据实际情况，对于土质和破碎的岩石边坡采取挖掘机开挖配合人工刷坡，石质边坡以松动控制爆破为主，坡面部采用光面爆破，以保持坡面平顺完整和减少对围岩的扰动，局部爆破困难地段采用人工风镐刷坡。
（2）隧道进洞口边仰坡的开挖防护，为保证边、仰坡的稳定和防止地表水影响洞口的稳定，分层刷坡后要及时对坡面进行防护，此工程采用锚、网、喷结合的加固防护措施。
3.1.2洞身开挖方案
（1）开挖方式
此工程采用全断面开挖法，因为地质条件较好，围岩坚固稳定，不需要零时支护，仅需要局部支护的大小断面平洞中，有完善的机械设备，均可采用全断面开挖方法。
配套机械:
每个工作面拟布置8台YT-28型气腿式凿岩机于工作面进行钻孔作业，上半部钻孔时搭设简易施工台架。
供风由布置于洞口处附近的20m3电动空压气机通过D108钢管供给。
供水通过洞外供给。
（2）爆破的技术要求
（a）光面爆破法
光面爆破是控制开挖轮廓的爆破方法指一，光面爆孔的爆破是在开挖主爆孔的药包爆破后进行的，它可以使爆裂面光滑平顺，超欠挖均很少，能近似形成设计轮廓要求爆破。
光面爆破的炮孔布置可分为陶槽孔、辅助孔、崩落空和周边孔。
注意，掏槽孔比其他孔
（b）起爆器材
a、材料：
采用MS1～15段非电毫秒导爆管雷管，8#纸质火雷管，导火索、导爆索。
b、起爆方法：
周边眼采用导火索及8#纸质火雷管引爆非电豪秒导爆管雷管。
通过导爆索传爆起爆炸药；其它眼采用导火索及8#纸质火雷管引爆非电毫秒导爆管雷管，非电毫秒导爆管雷管起爆炸药。
光面爆破流程图
光爆设计
放样布眼
地质调查
原因分析
定位开眼
修改光爆设计
钻眼
清孔
装药
联起爆网络
起爆
通风
光爆效果检查
（3）.爆破炮孔布置图
（a）.附图二炮孔布置图
炮孔布置图
（b）各炮孔的做用及起爆顺序
掏槽孔的主要作用是爆出新的自由面来，为其他炮孔创造有利爆破条件，辅助孔用来进一步扩大掏槽孔爆破形成的自由面，崩落孔是破坏岩石的主要炮孔，能够在掏槽孔和辅助孔形成的自由面方向上爆出较大的爆破体积；周边孔又称轮廓孔，主要是使爆破后的井巷断面形状和方向符合设计要求。
掏槽孔是爆破成功的关键，它的作用是在工作面上先掏出一个槽子，形成新自由面，为其余炮孔爆破创造有利条件。
掏槽孔必须最先起爆。
为了提高爆破效果，发挥掏槽孔的作用，掏槽孔应比其他炮孔加深15-20cm，装药量增加
。
起爆顺序为先掏槽孔，再辅助孔，辅助孔起爆后再起爆底孔，周边孔最后起爆。
（4）爆破各类炮孔的爆破参数
本工程采用钻头直径为42mm的YT-25风钻8台，则炮孔直径为45mm，对于孔径小于50mm的孔，采用浅孔爆破法，炮孔布置为交错梅花形，依次逐排起爆，炮孔排距b=（0.8-1.2）W,同时起爆多个炮孔应采用电力起爆或导爆索起爆。
本工程采用导爆索及二号硝铵炸药。
隧洞长528m，直径7.5m，进出口强风化段为CV类岩，约占隧洞段10％，则CII类围岩占；528-60=468m洞挖总工期14个月，
CII类围岩每循环进尺2.5m因为CII类围岩岩体坚固，为了达到施工进度要求和施工安全技术。
CV类围岩每循环进尺0.8m因为CV岩体松软成洞条件差。
手风钻砖头直径42mm炮孔直径45mm最小抵抗线W=（7-20）D=675mm炮孔间距a=（0.6-0.8）w=540mm,
装药及其炸药使用性能
掏槽孔：
φ45mm2#岩石硝铵炸药
崩落孔：
φ45mm2#岩石硝铵炸药
周边孔：
φ45mm2#岩石硝铵炸药
施工中遇水现象，将改用防水乳化炸药。
（a）.总炮孔数量计数
炮眼数目的多少直接影响每一循环凿岩工作量、爆破效果、循环进尺、洞成型的好坏。
暂按下式计算炮眼数目，在施工中，根据具体情况再作调整，以达到最佳爆破效果。
炮眼数目N，按下式计算：
N＝q×s/rη
式中：
q——炸药单耗量，取q=1.3kg／m‘
S——开挖面积，S=44.16m2
R——每米长度炸药的重量，2号岩石销铵炸药r=0.78kg／m
η——炮眼装药系数，取η=0.7
经计算，N=105，光面爆破需多增加周边眼30只及中空孔一只，共计135只。
（b）每个炮眼的装药量
Ⅱ类围岩
（1）掏槽眼
Q1=η×L×r
式中：
η——炮眼装药系数，取η＝0．8
L——眼深，L=3m
r——每米长度炸药量，r＝0.85kg／m
经计算Q1=2.04取Q1=2kg
Ⅴ类围岩
（1）掏槽眼
Q1=η×L×r
式中：
η——炮眼装药系数，取η＝0．8
L——眼深，L=1m
r——每米长度炸药量，r＝0.85kg／m
经计算Q1=0.68取Q1=1kg
（2）辅助眼
Q2=η×L×r=0.85*1*0.8=1kg取Q2=1kg
（c）光面爆破参数
针对各类岩石初次选用如下爆破参数，在施工中可按照选定的参数总结每次爆破效果，测量半孔率和轮廓不平整度，不断调整光爆参数
周边孔间距a=（15～10）d=（15～10）*43mm＝645～430mm
密集系数m=a／W=0.5～2.0
最小抵抗线W＝315～900。
光面爆破参数
岩石类别
岩石坚固系数f
不偶合系数k
装药量q（g/m）
炮孔间距a（cm）
最小低抗线W（m）
Ⅴ
2~4
2~2.4
50~125
0.4~0.3
0.4~0.3
Ⅱ
6~10
1.4~1.6
150~250
0.5~0.4
0.67~0.45
（d）装药起爆
光面爆破宜采用细药卷，起爆时注意以下事项：
（l）周边孔应该同时起爆才能保证光面爆破效果；
（2）对起爆顺序为先掏槽孔，再辅助孔，辅助孔起爆后再起爆底孔，周边孔最后起爆；
（3）周边孔的底孔应该装一个φ32毫米药卷，以克服岩体挟制作用；
（4）为了减少超挖和降低工程造价，开挖过程中，加强断面量测，并及时处理欠挖部位，修整开挖断面，获得良好的经济效果。
CII类围岩炮孔深度3.0mCV类围岩炮孔深度1.0m
隧洞开挖爆破参数表（Ⅱ类围岩）
炮眼
炸药
名称
数量（个）
眼深（m）
垂直夹角（度）
类型
药卷直径
每孔装药量（kg）
总装药量（kg）
中心眼
1
1
0
掏槽眼
4
3.0
0
2#硝铵
32
2
8
周边眼
50
2.5
0
光爆小药卷
32
0.15
7.5
崩落眼
100
2.8
0
2#硝铵
25
0.2
20
合计
155
35.5
隧洞开挖爆破参数表（Ⅴ类围岩）
炮眼
炸药
名称
数量（个）
眼深（m）
垂直夹角（度）
类型
药卷直径
每孔装药量（kg）
总装药量（kg）
中心眼
1
1
0
掏槽眼
4
3.0
0
2#硝铵
32
1
4
周边眼
50
2.5
0
光爆小药卷
32
0.15
7.5
崩落眼
100
2.8
0
2#硝铵
25
0.2
20
合计
155
31.5
（e）装药结构图
结构形式
示意图
说明
间隔不耦合装药
非电毫秒导爆管雷管引爆导爆索
炮泥
导爆索
Φ32mm药卷
φ25mm小药卷
1.此图为光爆眼装药结构图；
2.孔外雷管延时；
3.导爆索传爆；
耦合连续反向起爆装药结构
导爆管
炮泥
φ32mm药卷
1、此图为掏槽眼、辅助眼、底板眼装药结构图。
（5）排烟降危方法
地下工程施工的辅助作业有通风，防尘，消烟，排水，照明和风水电供应等工作，做好这些辅助作业，可以改善施工人员工作环境，加快进度。
1.通风，防尘及消烟
通风，防尘及消烟的目的是为了排除因钻孔，爆破，装岩，内燃机尾等原因产生的有害气体和岩尘含量，及时供给工作面充足的新鲜空气，改善洞室内的温度，湿度和气流速度，使之符合洞室施工卫生要求。
（1）通风方式洞内通风有自然通风和机械通风两种，自然通风只适用洞长小于40m的短洞。
一般多采用机械通风，其基本形式有压入式，吸入式和混合式三种。
本工程采用压入式通风方式，压入式通风是将新鲜空气通过风管直接送到工作面，混浊空气由洞身排至洞外，其优点是工作面很快获得新鲜空气，缺点是混浊空气容易扩散至整个洞室。
风管端部布置离工作面不宜超过6sm（s为开挖面积㎡）。
吸入式通风是通过风管将工作面的混浊空气吸走并排出至洞外，新鲜空气有洞口流入洞内。
其优点是工作面混浊空气较快的被吸出，但新鲜空气流入较缓慢；混合式通风是在爆破后排烟用吸出式，经常性通风用压入式，充分发挥上述两种方式的优点。
（6）出渣方式
采用装载机配自卸汽车出渣，此方式试用于中、大断面全断面开挖的平洞。
装载机具有行走速度快、装渣灵活、对工作面净空要求较低、生产效率较高等优点。
装载机铲斗斗容和自卸汽车斗容的适宜比例为1:
3－1:
5。
平洞工程使用的装载机铲斗斗容一般为1.5－5m3。
运输路线宜设双车道，如设单车道，应每隔200－300m设错车道。
本工程采用单车道，因为采用双向开挖不设错车道。
⑴将开挖的石碴迅速装车运出洞外，是提高隧道掘进速度的重要环节。
该项作业往往占全部开挖作业时间50%左右，控制着隧道的施工速度。
因此，正确选择并准备足够的装碴运输方案，维修好线路，减少相互干扰，提高装碴效率是加快隧道施工速度，尤其是加快长大隧道施工速度的关键。
本隧道主线断面较大，洞内能够设置双车道出碴运输道路，故一般情况下不需要设置专门的会车道或避车洞。
采用无轨运输，不需要铺设复杂的运输轨道，具有运输速度快，管理工作简单、配套设备少等特点。
但由于内燃机排放大量废气，对洞内空气污染较为严重，尤其在长大隧道中使用，需要有强大的通风设施。
⑵运输作业
在隧道施工中，选用车身较短，车斗容量大，转弯半径小，车体坚固，轮胎耐磨、配有废气装置、并能双向驾驶的自卸汽车，以增加运行中的灵活性，避免洞内回车和减轻对洞内空气的污染。
⑶调车作业
由于无轨运输采用的装碴、运输设备都是自配动力，属自行式，其调车作业主要是解决回车，错车和装碴场地问题。
①装碴采用挖掘机配合轮式装载机，运输采用带净化装置的柴油自卸汽车。
②施工中建立运输调度，根据施工进度编制运输计划，统一指挥，提高运输效率。
③运输线路应设专人按标准要求进行维修和养护，使其经常处于良好状态，线路两侧的废碴和杂物应随时清除。
④运输道路与仰拱、底板混凝土结合施工，并做好排水及路面的维修工作。
⑤施工作业地段的行车速度不得大于15km/h，成洞地段不得大于25km/h。
⑥严禁使用汽油的机械进入隧道，内燃机械采用尾气净化装置并加强通风。
⑦隧道内的运输道路应配备与施工方法、运输车辆相适应的跨越设备，并设置信号、标志予以警示，运输车辆不得对已施工的结构造成破坏、损伤。
⑧所需设备：
隧洞装载机，
（7）喷锚支护
本工程锚喷支护机械使用：
锚喷砼搅拌机、气动锚杆钻机、砼喷射机。
工艺原理锚喷支护就是当隧道周围围跟边坡岩石承载能力不足，需提高围岩自身承载能力时，采取联合支护形式，形成长期稳定的支护结构体系。
锚喷支护的最大优点；及时性、与围岩密贴性、早强、柔性。
锚喷支护就是应用新奥法原理；即：
运用各种手段（开挖方法、支护及地层预处理等）控制围岩变形，最大限度地保护和调动围岩的承载能力。
施工工艺及操作要点
锚杆施工工艺及操作要点
原材料备制①锚杆材料：
锚杆材料一般有HRB335钢筋直径Φ22㎜，按本工程技术要求采用钢筋直径Φ22㎜，为完成进度要求锚固剂。
喷射砼作业
①混合料的备制
a. 混合时，各种材料应按配合比准确称量；
b. 采用强制式密封搅拌，时间不少于90秒；
②机具就位
机具安装在围岩稳定地段，保证输送线路通畅。
未上料前，先进行砼喷射机试运转：
开启高压风及高压水，如喷嘴风压正常喷出的风水呈雾状，如喷嘴风压不足，可能出料口堵塞，如喷嘴不出风，则可能输料管堵塞。
有故障及时排除，待喷射机运转正常后才能进行喷射作业。
③喷射砼作业要点
a、喷前应用高压风或高压水清洗岩面，将附着在岩面上的粉尘、硝屑冲洗干净，以保证砼与岩面粘结牢固。
若用高压水清洗会引起岩面软化时，只能用高压风清扫岩面杂物（视地质情况而定）。
b、严格掌握规定的速凝剂掺量，并添加均匀；
c、喷射机工作风压一般控制在0.2~0.4MPa；
d、喷射手严格控制水灰比，使喷层表面平整光滑，无干斑或滑移流淌现象；
e、喷嘴的方向应与受喷岩面垂直，喷嘴与受喷岩面距离保持在0.6~1.0米范围；
f、喷嘴移动轨迹应因地制宜，横条、竖条、圆圈等应交替使用，移动速度要慢，让砼“堆”起来，有了一定厚度再移开，然后逐块扩大其喷射范围；
g、喷射顺序一般采用先下后上，先墙后拱；
h、一次喷射厚度一般拱部为3~5㎝，边墙为6~8㎝；
i、凹凸不平时应先将凹处喷平，按正常顺序喷射，以减少回弹；
j、有钢架时，钢架与围岩间隙必须以喷射砼充填密实，喷射砼应将钢架覆盖，并应由两侧拱脚向上喷射；
k、喷完或间歇时，喷嘴应向低处放置，一工班结束，要拆开喷头，取出水环，用水清洗干净，疏通水眼，以备下一班使用。
喷完后，喷射机具均应清洗、保养，以保证机具处于完好状态。
④喷射砼的工艺参数：
a、工作风压：
一般为0.2~0.4MPa；
b、喷射角度与喷射距离喷射料束与受喷面垂直时，回弹量最小；喷头与受喷面距离一般宜保持在0.6~1.0m；
c、一次喷射砼的厚度：
一般拱部为3~5㎝，边墙为6~8㎝；
d、水灰比：
喷射手应把水灰比控制在0.4~0.45，使喷层平整光滑，无干斑或滑移流淌现象
e、两次喷射的间隔：
两层砼的喷射时间间隔太短，会由于前一层砼未达到强度而拉裂坠落，间隔时间过长，又会影响施工效率，较合理的间隔时间是前一层砼终凝，并达到一定强度后再复喷，一般可在20分钟以后进行。
f、养护（干燥处）：
喷射砼由于喷层内外部分干燥条件有异，必须进行养护，《规则》规定：
喷射砼终凝后两小时起即开始养护，养护不得少于7天。
g、水压：
喷头处水压控制在0.15~0.2MPa；
h、速凝剂：
掌握规定的掺量，并添加均匀
（8）爆破作业循环图
开挖作业循环时间表（Ⅱ类岩石）
施工工序
循环时间（h）
循环作业时间（单位h）
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
44
48
测量布孔
2
钻孔
15
装药爆破
6
排烟除尘
1
e
安全处理
1
出渣
14
安全临时支护
8
其他
1
合计
48
说明：
钻孔深度3m，崩落孔2.8m，周边孔2.5m,爆破效率80%，每两天一个循环作业时间。
每天平均进尺5m。
开挖作业循环时间表（Ⅴ类岩石）
施工工序
循环时间（h）
循环作业时间（单位h）
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
44
48
测量布孔
2
钻孔
8
装药爆破
4
排烟除尘
1
e
安全处理
1
出渣
7
安全临时支护
24
其他
1
合计
48
说明：
钻孔深度1m，爆破效率80%，每两天一个循环作业时间。
每天平均进尺0.8m。
3.1.3隧洞混凝土衬砌方案
（1）隧洞施工流程图
施工缝处理
清底出碴
岩面清理
钢筋加工
绑扎钢筋
立模
隧洞砼衬砌工艺流程图
经纬仪检测
安装砼输送泵及管路
生产砼、运输砼
灌注砼
养护
养生
（2）分缝分块
水工隧洞较长，纵向需要分段进行浇筑，分段长度根据围岩约束特性，隧洞断面大小，混凝土浇筑能力和模版结构型式等因素确定。
当结构上设有永久伸缩缝时，可利用结构永久缝分段；当结构永久缝间距过大或无永久缝时，可设施工缝分段，并做好施工缝的处理。
平洞衬砌的分段长度主要是考虑一下因素：
1）当结构上有永久伸缩缝时，可以利用永久缝分段，当永久缝间距过大或无永久缝时，应设施工分缝分段，分段长度一般4~18m为宜。
本工程分段长度为12m，共44段，采用跳仓浇筑。
2）衬砌的分段长度，应考虑隧洞的用途，非水工隧洞分段长度主要根据施工能力确定。
3）对于泄洪隧洞，若有较高防渗要求时，分段长度一般9~12m为宜；如果采用光面跑破或预裂跑破，洞壁比较平整，降低了围岩对衬砌的约束作用，分段长度也可适当增加。
4）当采用双层钢筋混凝土衬砌，分段可以适当延长。
5）在隧洞围岩条件显著变化段和结构段面变化段，应设伸缩缝，并以此作为分段界限。
6）按照施工安全的要求，确定衬砌长度。
如围岩稳定，分段长度可以长一些，但应注意匿岩对衬砌的约束力；若围岩不稳定，开挖后要求尽快衬砌时，从施工安全出发，不允许分段太长。
分段确定后，为争取分段浇筑混凝土的连续性，常采用的浇筑顺序为跳仓浇筑，如图（a），表示按分段编号，先浇，，⑤...段，后浇②，④，⑥...段。
（3）混凝土运输方式
因为本工程隧洞总长度只有500多米，综合考虑使用混凝土罐车和混凝土泵车搭配使用。
汽车运输机动灵活，载重量较大，卸料迅速，应用广泛，与铁路运输相比，它具有投资少，道路容易修建，适应工地场地狭窄、高差变化大的特点。
但汽车运费高震动大，容易是混凝土料漏浆和分离，质量不如铁路平台列车，事故率较高。
进行施工规划时，应尽量考虑运输混凝土的道路和基坑开挖出渣道路相结合，在基坑开挖结束后，利用出渣道路运输混凝土，以缩短混凝土浇筑的准备工期。
（4）封拱方案
封拱时，在输送混凝土的导管末端接上冲天位管，垂直穿过模板伸入仓内，用混凝土泵封拱的步骤如下。
当混凝土浇筑到拱顶出是，撤出工人和浇筑设备，封闭进入孔。
增大混凝土坍落度至
cm，同时加大混凝土泵的输送速度，保证仓内混凝土的连续供应。
通气管开始漏浆，说明拱顶处已经填满，可停止
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