洞身开挖及支护施工技术方案设计.docx
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洞身开挖及支护施工技术方案设计
狮子岭隧道洞身开挖及支护施工技术方案
本项目隧道起止桩号为K1+465～K2+680，长1215米。
K1＋465~K1＋480段、K2＋665~K2＋680为明洞段，进口明洞段现已经施工完毕，将进入洞身部分的开挖。
一）、整个隧道的围岩级别如下：
该隧道洞身围岩主要为强～微风化凝灰岩、闪长岩，地下水以裂隙水为主，水量贫乏。
隧道还与4条断层破碎带相交，围岩分级详细情况如下：
（1）K1+465～K1+500段
该段隧洞长35m，洞顶以上基岩完整性、稳定性差，围岩级别Ⅴ级。
（2）K1+500～K1+555段
该段隧洞长55m，洞顶以上围岩以中～微风化为主，完整性、稳定性相对较差，围岩级别Ⅳ级。
（3）K1+555～K1+585段
该段隧洞长30m，洞顶以上围岩以微风化为主，厚度较大，围岩完整性、稳定性较好，围岩级别Ⅲ级。
（4）K1+585～K1+610段
该段隧洞长25m，受断层F1影响，隧道围岩完整性、稳定性差，围岩级别Ⅴ级。
（5）K1+610～ZK1+758段
该段隧洞长148m，洞顶以上围岩以微风化为主，厚度较大，围岩完整性、稳定性较好，围岩级别Ⅲ级。
（6）K1+758～K1+774段
该段隧洞长16m，受断层F2影响，隧道围岩完整性、稳定性差，围岩级别Ⅴ级。
（7）K1+774～K2+090段
该段隧洞长316m，洞顶以上围岩以微风化为主，厚度较大，围岩完整性、稳定性较好，围岩级别Ⅲ级。
（8）K2+090～K2+154段
该段隧洞长64m，受断层F3、F4影响，隧道围岩完整性、稳定性较差，围岩级别Ⅳ级。
（9）K2+154～K2+458段
该段隧洞长280m，洞顶以上围岩以微风化为主，厚度较大，围岩完整性、稳定性较好，围岩级别Ⅲ级。
（10）K2+434～K2+458段
该段隧洞长24m，受断层F6影响，隧道围岩完整性、稳定性较差，围岩级别Ⅳ级。
（11）K2+458～K2+488段
该段隧洞长30m，受断层F6影响，隧道围岩完整性、稳定性差，围岩级别Ⅴ级。
（12）K2+488～K2+508段
该段隧洞长24m，受断层F6影响，隧道围岩完整性、稳定性较差，围岩级别Ⅳ级。
（13）K2+508～K2+574段
该段隧洞长66m，洞顶以上围岩以微风化为主，厚度较大，围岩完整性、稳定性较好，围岩级别Ⅲ级。
（14）K2+574～K2+594段
该段隧洞长20m，洞顶以上围岩以中～微风化为主，完整性、稳定性相对较差，围岩级别Ⅳ级。
（15）K2+594～K2+680段
该段隧洞长86m，洞顶以上基岩完整性、稳定性差，围岩级别Ⅴ级。
二）、洞身开挖
Ⅴ级围岩衬砌地段
Ⅴ级围岩采用环形开挖。
开挖前先施作超前注浆小导管，上部台阶采用人工环形开挖、留核心土，初期支护紧跟；下台阶采用拉中槽间隔跳槽挖马口,接初期支护再扩挖、初期支护，及时形成封闭环。
其开挖示意图见下页。
一、开挖
1.上部导坑
采用7655风钻钻眼，开挖轮廓线往内约2.0米范围土体，以施工人员方便操作为宜，预留核心土，做为操作平台。
一次开挖进尺0.75m，便于工字钢拱架的安装施工。
开挖后初喷砼，然后人工翻斗车推运，翻碴至下导坑。
及时施工初期支护。
最后开挖核心土后，进入下一循环施工。
2.下台阶采用拉中槽，马口开挖,微振爆破，先支护再扩挖、支护，及时形成封闭环。
下台阶采用人工7655风钻爆破开挖，装载机装碴，自卸汽车运弃于碴场，每循环进尺控制在1m以内。
二、上部开挖循环作业时间表
上部开挖循环作业时间表
序号
工作项目
需用时间（min）
1
超前小钢管
360
2
测量放线布眼
45
3
环形人工7655风钻钻眼
90
4
装药爆破
30
5
通风排烟、找顶
45
6
初喷砼
90
7
出碴
120
8
锚杆、钢筋网、立钢拱架
180
9
复喷砼
240
10
核心土开挖
240
11
出碴
120
合计
1630
Ⅳ级围岩衬砌地段
Ⅳ级围岩衬砌一般地段采用正台阶法开挖，光面爆破施工，采用液压钻孔台车钻爆，初期支护紧跟。
上台阶开挖高度定在圆心平面以上，高度为6.3米，利于机械施工。
开挖前先施作超前注浆锚杆，再开挖上部，立即施作初期支护，然后开挖下部和施作下部初期支护，最后形成封闭环。
其开挖示意见下图。
一、开挖
开挖采用正台阶法，光面爆破，钻孔采用双臂液压钻孔台车，布眼采用TAPS激光自动定位系统，装载机配合自卸车进行装运作业，底部采用挖掘机辅以人工清检。
施工中严格遵循“短进尺、弱爆破、强支护和及时封闭”的施工原则。
1.上部开挖
掏槽采用大空眼直眼掏槽的方式进行爆破作业，台阶高度5.5～6.5m，循环进尺1.8～2.3m。
台阶上部开挖超前下部30～40m。
2.下部开挖
台阶下部采用左右两侧交替开挖或一次开挖。
下台阶采用光面爆破施工，一次施工进尺控制在2.0米左右。
3、上台阶开挖、直孔掏槽炮孔布置图及参数表
Ⅳ级围岩上半部分开挖各参数表
炮孔参数
孔深
孔距
排距
掏槽孔
2.5
0.15
0.15
辅助孔1
2.3
0.6
0.6
辅助孔2
2.3
0.8
0.8
辅助孔3
2.3
1.0
1.0
周边孔
2.3
0.45
1.0
Ⅳ级围岩上半部分爆破药量计算表
炮眼
雷管段号
炸药
名称
数量（个）
眼深（m）
垂直
夹角
类型
每孔装药（节/孔）
每孔药量（kg）
总装药量（kg）
掏槽眼
4
2.5
90
1
2#硝铵
12
1.8
7.2
掏槽眼
6
2.5
90
5
2#硝铵
12
1.8
10.8
辅助眼
8
2.3
90
6
2#硝铵
8
1.2
9.6
辅助眼
5
2.3
90
7
2#硝铵
8
1.2
6.0
辅助眼
4
2.3
90
8
2#硝铵
8
1.2
4.8
辅助眼
4
2.3
90
9
2#硝铵
8
1.2
4.8
周边眼
15
2.3
90
10
2#硝铵
6
0.9
13.5
周边眼
15
2.3
90
11
2#硝铵
6
0.9
13.5
底眼
9
2.3
90
12
2#硝铵
8
1.2
10.8
合计
70
81
说明：
1、预计每循环进尺2.0m，循环方量约55m3。
2、炸药单耗约1.47kg/m3。
3、周边眼采用φ32×150药卷间隔装药，其余炮眼采用φ32×150药卷连续装药，有水眼采用乳化炸药。
4、下台阶开挖炮孔布置图及参数表
Ⅳ级围岩下半部分开挖各参数表
炮孔参数
孔深
孔距
排距
辅助孔
2.3
1.2
1.0
周边孔
2.3
0.45
1.0
底孔
2.3
1.2
1.0
Ⅳ级围岩下半部分爆破药量计算表
炮眼
雷管段号
炸药
名称
数量（个）
眼深（m）
垂直
夹角
类型
每孔装药（节/孔）
每孔药量（kg）
总装药量（kg）
辅助眼
7
2.3
0
1
2#硝铵
8
1.2
8.4
辅助眼
8
2.3
0
3
2#硝铵
8
1.2
9.6
辅助眼
7
2.3
0
5
2#硝铵
8
1.2
8.4
辅助眼
8
2.3
0
6
2#硝铵
8
1.2
9.6
辅助眼
9
2.3
0
7
2#硝铵
8
1.2
10.8
辅助眼
8
2.3
0
8
2#硝铵
8
1.2
9.6
辅助眼
7
2.3
0
9
2#硝铵
8
1.2
8.4
周边眼
12
2.3
0
10
2#硝铵
6
0.9
10.8
周边眼
12
2.3
0
11
2#硝铵
6
0.9
10.8
底眼
6
2.3
0
12
2#硝铵
8
1.2
7.2
合计
84
93.6
说明：
1、预计每循环进尺2.0m，循环方量约115m3。
2、炸药单耗约0.81kg/m3。
3、周边眼采用φ32×150药卷间隔装药，其余炮眼采用φ32×150药卷连续装药，有水眼采用乳化炸药。
三、循环作业时间表
上部开挖循环作业时间表
序号
工作项目
需用时间（min）
1
超前锚杆
90
2
测量放线布眼
45
3
台车就位、钻眼
120
4
装药爆破
45
5
通风排烟、找顶
45
6
初喷砼
90
7
出碴
120
8
锚杆、钢筋网、立钢拱架
180
9
复喷砼
240
合计
975
下部开挖循环作业时间表
序号
工作项目
需用时间（min）
1
测量放线布眼
60
2
台车就位、钻眼
90
3
装药爆破
30
4
通风排烟、找顶
45
5
初喷砼
60
6
出碴
120
7
锚杆、钢筋网、立钢拱架
120
8
复喷砼
150
合计
675
Ⅲ级围岩衬砌地段
一、开挖方法
Ⅲ级围岩采用全断面法，光面爆破开挖，钻眼采用双臂液压钻孔台车，装载机配合自卸汽车出碴，循环进尺控制在3.0m～3.5m。
掏槽采用大空眼直眼掏槽的方式进行爆破作业。
每工作面钻孔采用两台双臂液压钻孔台车钻孔，先钻掏槽眼，再钻周边眼，然后钻其余眼孔。
每工作面用一台正装侧卸装载机配合4～7台自卸汽车进行装运作业。
底部虚碴配一台挖掘机辅以人工清检。
①主洞全断面开挖爆破参数
108611314
12
15
主洞开挖炮孔布置图
倾斜掏槽孔剖面图：
2.4m
1.2m
2.5m
3.5m
Ⅲ级围岩爆破开挖各参数表
炮孔参数
孔深
孔距
排距
掏槽孔1
2.5
0.6
掏槽孔2
3.5
0.6
辅助孔1
3.2
0.6
0.8
辅助孔2
3.2
0.8
0.8
辅助孔3
3.2
1.0
0.8
周边孔
3.2
0.45
1.0
底孔
3.2
1.0
1.0
主洞Ⅲ级围岩全断面开挖爆破参数表
炮眼
雷管段号
炸药
名称
数量（个）
眼深（m）
垂直
夹角
类型
每孔装药（节/孔）
每孔药量（kg）
总装药量（kg）
掏槽眼
4
2.5
60
1
2#硝铵
12
1.8
7.2
掏槽眼
6
3.5
70
6
2#硝铵
21
3.15
18.9
辅助眼
7
3.2
80
8
2#硝铵
15
2.25
15.75
辅助眼
9
3.2
90
10
2#硝铵
15
2.25
20.25
辅助眼
13
3.2
90
12
2#硝铵
15
2.25
29.25
辅助眼
18
3.2
90
13
2#硝铵
15
2.25
40.5
周边眼
36
3.2
90
14
2#硝铵
9
1.35
48.6
底眼
14
3.2
90
15
2#硝铵
15
2.25
31.5
合计
107
211.95
说明：
1、预计每循环进尺3.0m，循环方量约258m3,预计炮孔利用率93%。
2、炸药单耗0.82kg/m3。
3、周边眼采用φ32×150药卷间隔装药，其他采用连续装药，有水眼采用乳化炸药。
4、汽通和人通爆破开挖参数设计
4.1汽车通道开挖爆破参数
汽车通道
本隧道长度1215米，属于长隧道，所以里面设有汽车通道和人行通道，汽通断面尺寸如下：
开挖采用钻爆法，直孔掏槽新奥法施工。
炮孔布置图如下：
6
3
1
6
99
8
10
炮孔布置图
直孔掏槽掏槽孔剖面图：
0.3m0.3m
2.5m
汽通部分开挖各参数表
炮孔参数
孔深
孔距
排距
掏槽孔1
2.5
0.15
0.15
辅助孔1
2.3
0.6
0.6
辅助孔2
2.3
1.0
0.8
周边孔
2.3
0.45
0.8
底孔
2.3
1.0
1.0
汽通开挖爆破药量计算表
炮眼
雷管段号
炸药
名称
数量（个）
眼深（m）
垂直
夹角
类型
每孔装药（节/孔）
每孔药量（kg）
总装药量（kg）
掏槽眼
1
2.5
90
1
2#硝铵
12
1.8
1.8
掏槽眼
4
2.5
90
3
2#硝铵
12
1.8
7.2
辅助眼
16
2.3
90
6
2#硝铵
8
1.2
19.2
辅助眼
5
2.3
90
8
2#硝铵
8
1.2
6.0
周边眼
37
2.3
90
9
2#硝铵
6
0.9
33.3
底眼
4
2.3
90
10
2#硝铵
8
1.2
4.8
合计
67
72.3
说明：
1、预计每循环进尺2.0m，循环方量约65m3。
2、炸药单耗约1.11kg/m3。
3、周边眼采用φ32×150药卷间隔装药，其余炮眼采用φ32×150药卷连续装药，有水眼采用乳化炸药。
4.2人行通道开挖爆破参数
人行通道开挖采用直孔掏槽，新奥法施工。
断面如下图：
人行通道
炮孔参数及布置图：
88
33
1
33
6
9
人通部分开挖各参数表
炮孔参数
孔深
孔距
排距
掏槽孔
2.0
0.15
0.15
辅助孔1
1.8
0.6
0.6
辅助孔2
1.8
0.8
0.8
周边孔
1.8
0.40
0.7
底孔
1.8
1.0
0.8
人通开挖爆破药量计算表
炮眼
雷管段号
炸药
名称
数量（个）
眼深（m）
垂直
夹角
类型
每孔装药（节/孔）
每孔药量（kg）
总装药量（kg）
掏槽眼
1
2.0
90
1
2#硝铵
9
1.35
1.35
掏槽眼
4
2.0
90
3
2#硝铵
8
1.2
4.8
辅助眼
5
1.8
90
6
2#硝铵
6
0.9
4.5
周边眼
17
1.8
90
8
2#硝铵
4
0.6
10.2
底眼
1
1.8
90
9
2#硝铵
6
0.9
0.9
合计
28
21.75
说明：
1、预计每循环进尺1.6m，循环方量约9.5m3。
2、炸药单耗约2.29kg/m3。
3、周边眼采用φ32×150药卷间隔装药，其余炮眼采用φ32×150药卷连续装药，有水眼采用乳化炸药。
二、Ⅲ级围岩循环作业时间表
循环作业时间表
序号
工作项目
需用时间（min）
1
测量放线布眼、台车就位
50
2
钻眼（含锚杆眼）
210
3
装药爆破
60
4
排烟找顶
45
5
出碴及检底
270
6
锚杆施工、钢筋编网
150
7
喷射混凝土
180
合计
965
三）初期支护施工方法
一、Ⅲ级围岩支护施工
Ⅲ级围岩支护设计包括：
系统锚杆、C25喷砼。
（1）系统锚杆安设
其工艺要点如下：
a、布孔：
由测工按设计在岩壁上画出锚杆孔位。
b、造孔：
人工持风钻造孔。
c、清孔：
采用高压风水枪洗孔。
D、插锚杆：
将锚杆推入孔中。
e、注高压砂浆。
f、待砂浆有一定强度后安装垫板，拧紧螺母。
g、锚杆抗拔力检查：
每10m隧道或300根之内作一组锚杆抗拉拔力试验，每组不少于3根。
（2）喷砼施工
开挖后，立即喷砼支护，封闭围岩。
喷射砼强度为C25，喷砼材料由洞外强制式砼拌合机拌合，汽车运至洞内工作面，加入速凝剂后采用生产能力为5m3/h的喷射机喷射砼。
在喷砼之前，先检查开挖断面尺寸，清除欠挖、危石和墙脚的岩碴，用高压风水冲洗岩面。
喷砼自下而上一排排喷压，喷嘴离岩面0.6~1.0m左右，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。
对有渗漏水的岩面，喷砼前则认真做好引水处理，然后再喷砼，并从无水处向有水处逐步逼近。
为减少回弹和粉尘，增加喷砼与围岩的粘结力，采用湿喷法喷砼。
①喷砼工艺流程见下图。
②施工中喷射砼的强度、厚度的检测：
a、抗压强度实验
喷砼强度试验件应在施工中抽取，每隔20m在喷拱部和边墙时，各喷取一块标准大板试件，原材料或配合比改变时另取一组。
喷射大板试件的工艺与现场条件同。
喷好后立即用塑料布将板件覆盖并存放现场养护，以便使其强度的发展更能反映施工实际。
养护龄期到后，从板件上切取立方体试块，做龄期7天及28天的抗压强度试验，其试块抗压强度应符合设计要求及相应的规范要求。
b、混凝土厚度的检验
喷射混凝土厚度采用钻孔预埋钢筋节的方法检验，每15m至少检查一个断面。
每断面从拱顶起，每2m布设一个检查点，具体要求为：
1）实际厚度小于设计厚度的点数不大于检查点数的20%；
2）平均厚度不小于设计厚度；
3）最小厚度不小于设计厚度的80%。
计划指标
每循环进尺：
3.5m。
月进度指标：
最佳可达180m/月，实际安排施工进度计划为120m/月。
二、Ⅳ级围岩支护施工
施工顺序
测量放线→多功能台车就位→钻孔→装药连线→多功能台车退出→起爆→通风排烟→清帮找顶→初喷→出碴→打锚杆→挂钢筋网→立钢拱架→喷射混凝土→下一循环。
喷锚支护参照Ⅲ类围岩的施工方法。
三、Ⅴ级围岩支护施工
施工支护工艺及要点
（1）超前小导管
狮子岭隧道Ⅴ级围岩段采用超前小导管，长L=4.2m。
小导管采用先钻孔后下钢管法施工，钻孔时开孔从工作面最后一榀工字钢拱架上部穿过，打入小导管后，钢管尾部和工字钢架焊接成整体。
止浆墙采用喷射砼，掌子面和附近拱部1.0m范围,喷30cm厚砼进行封闭。
孔口用CS麻丝胶泥止浆。
然后进行注浆。
其施工工艺如下：
测量布孔
→
钻孔
→
清孔
→
顶入钢管
→
封闭掌子面
→
清管
→
注浆
→
开挖
a．注浆
（Ⅰ）浆液。
本隧道采用单液水泥浆。
其水灰比暂定为1:
1～0.8:
1。
施工时根据实际试验调整确定。
如果地下水大时，可注水泥，水玻璃双浆液。
注浆水泥。
（Ⅱ）注浆压力。
初压0.5～1.0Mpa，终压2.0Mpa。
（Ⅲ）单孔注浆量。
单孔注浆量和围岩的孔隙率有关，施工时可初步按下式计算：
Q=π.R02.L.n.β
Q—浆液注入量（m3）
R0—注浆有效扩散半径（m）
L—注浆段长度（m）
n—岩体裂隙率或孔隙率，一般取1～5%
β—浆液的充盈系数，取0.3～0.9
b．注浆工艺
采用KBY50—70型双液注浆泵进行注浆，注浆工艺流程图。
水泥浆
高压水泥浆
压力表
注浆泵
混合器
岩体
水泥浆
高压水泥浆
压力表
注浆工艺流程图
c．注浆注意事项
（Ⅰ）注浆前检查注浆泵、管路及接头的牢固程度，防止浆液冲出伤人。
（Ⅱ）注浆时密切监视压力变化，发现异常及时处理。
（Ⅲ）注浆注意防止串浆和跑浆，若发生串浆和跑浆要停止注浆，分析原因随时解决。
（Ⅳ）做好注浆压力、注浆量、注浆时间等各项记录。
超前小导管外插角5~10°，在开挖前施工。
按照设计在掌子面拱部周边准确画出孔位。
（2）安装钢拱架
开挖初喷后，立即安设钢拱架。
钢拱架在洞外按1:
1放大样，设立1:
1胎模工作平台，分节加工成型，试拼合格并作上标识；安装前先测量检查开挖断面尺寸，及时处理欠挖，然后定出安设位置、中线、水平。
从拱顶向下安装，节与节间用螺栓联结。
两榀钢拱架间用φ22纵向联结筋焊接连接，其环向布置间距为1.0m。
钢拱架在起拱线与墙角处分别采用4根φ22，L=3.5m的锁脚锚杆固定。
当钢拱架与围岩之间的间隙过大时，设混凝土垫块塞紧。
严禁在拱架背后用碎石或块石填充，钢拱架应与设计径向锚杆尾部焊接牢固。
钢拱架施工工艺如下图所示。
（3）挂钢筋网
钢拱架安设后在开挖面铺设钢筋网，钢筋网在洞外加工成型，现场人工安装，用点焊或绑扎固定在钢拱架上，网片搭接长度≮10cm。
（4）喷射砼
挂网完成后立即喷射C25砼封闭，喷砼拟分两次进行。
第一次初喷3~5cm用于及早封闭围岩，填平岩面，在布设锚杆，架好钢架支撑后进行第二次复喷，达到设计厚度要求。
要求完全覆盖住钢拱架，且表面必须平整无较大凹凸，并符合设计轮廓线。
钢拱架施工工艺框图
开挖支护计划指标
Ⅴ级围岩开挖支护每循环进尺0.5~1.0m。
月进度指标：
按30m/月安排进度计划。
四）、监控量测及信息反馈
1监控量测
根据狮子岭隧道工程特点及“新奥法”施工原理，设置如下量测项目：
①洞内地质调查及支护状况观察；
②地表下沉量测；
③拱顶下沉及水平收敛量测；
此外，根据施工及地质等情况，和设计、监理工程师研究增加其它量测项目。
量测项目、仪器及方法见表3-1。
量测项目、仪器及方法
表3-1
序号
项目名称
方法及仪器
布置方式
量测频率
1
地质及支护状况观察
岩性，结构面产状及支护裂缝观察描述记录制表。
地质罗盘及规尺等
开挖后及初期支护后
每次爆破后进行
2
地表下沉
设点，精密水平仪水准尺
Ⅱ类围岩埋深小于25m每口不少于1个观测横断面
开挖面前16～6m，1次/2d
开挖面前6～0m，1次/1d
开挖面后0～30m，1次/1d
开挖面后>30m，1次/2～5d
3
拱顶下沉及水平收敛量测
设点，收敛仪
Ⅴ类围岩15～20m
1个断面
Ⅳ类围岩20～40m
1个断面
爆破后24h内进行
1～15d
16d～1M
1～3M
>3M
1～2次/d
1次/2d
1~2次/W
1次/M
注：
1、d—天，w—周，M—月。
2、各量测项目布置在同一断面上。
2监控量测资料整理及信息反馈
①及时根据量测数据绘制水平位移、拱顶和地表下沉等的量和速度时态曲线及距开挖面距离关系图。
②对初期时态曲线进行回归分析，选择与实测数据吻合好的函数进行回归，预测可能出现的最大下沉及水平位移值。
③根据开挖面状态，水平位移值及拱顶等下沉量的大小和速率综合判断围岩及支护的稳定性。
④根据量测结果及表3-2的规定指导施工。
变形管理等级表拡
表3-
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