隧道开挖作业指导书.docx
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隧道开挖作业指导书
隧道开挖作业指导书
1适用范围
适用于隧道的开挖施工。
2隧道开挖施工
2.1方案设计
按新奥法原理组织施工，软弱围岩分部开挖，硬质岩全断面施工。
坚持信息化动态施工管理，隧道地质超前预测预报采用全程地质素描、地质调查和部分地段TSP203预测预报系统、超前钻孔等多种方法相结合，超前探明地质情况；规范实施监控量测，科学选择施工方法、合理安排施工顺序。
隧道开挖前，首先完成洞口截水沟、洞口土方及边仰坡防护施工。
洞口土方采用挖掘机自上而下分层施工，大型自卸汽车运输，并及时做好坡面防护，开挖一段（台阶）防护一段（台阶）。
洞口明洞采用明挖法施工，拱部明挖，边墙暗挖，到位后立即做好明洞衬砌，随后进入暗洞施工，待明洞混凝土达到设计规定的强度后及时进行明洞洞顶回填。
暗洞开挖根据围岩情况Ⅴ级地段采用CRD法，每循环进尺控制在1m以内，Ⅳ级采用三台阶临时仰拱法施工，每循环进尺控制在2.5m以内，Ⅱ、Ⅲ级全断面法施工。
洞口及断层破碎带Ⅴ级围岩开挖采用人工风镐开挖，Ⅳ级围岩采用风动凿岩机钻孔，控制弱爆破开挖，出碴采用人工配合小型挖掘机扒碴至全断面处，柳工50ZLC装载机装碴，东风自卸车运碴。
Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面法施工，采用钻孔台车钻孔，爆破采用塑料导爆管毫秒雷管微差起爆光面爆破技术；出碴采用CAT320挖掘机配合柳工50ZLC装载机装碴，东风自卸汽车运碴。
施工通风采用管道压入式通风。
在施工过程中应不断总结经验，优化工艺。
加强超前地质预测、预报，加强围岩监控量测管理。
根据量测结果，及时调整预留变形量及支护参数，适时施作二次衬砌，确保隧道安全。
开挖方法的改变，要严格按程序申请设计变更。
2.2交叉中隔壁法（CRD法）
CRD法是在Ⅴ级围岩（软石及土）大跨度隧道中，将整个开挖断面分为6个施工部分，先开挖隧道一侧的上部，施作隧道钢拱架及中隔壁临时仰拱，并施作临时仰拱；再开挖同一侧的中部，施作隧道钢拱架及中隔壁，并施作临时仰拱；然后分两次施工另一侧的上部和中部，最后分两次施工隧道底部。
6个部分均开挖结束后，在二次衬砌施工前拆除中隔壁。
2.2.1CRD法施工工序
CRD法施工工序见图2。
㈠
⑴利用上一循环架立的钢架施作隧道及中隔壁超前支护；
⑵弱爆破开挖①部；
⑶喷8cm厚混凝土封闭掌子面；
⑷施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立格栅钢架或I20a钢架及I18临时钢架，并设锁脚钢管；
⑸导坑底部喷15cm厚混凝土，施作①部临时仰拱，安设I18横撑；⑹钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
㈡
⑴在滞后于①部一段距离后，弱爆破开挖②部；
⑵喷8cm厚混凝土封闭掌子面；
⑶施作②部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立格栅钢架或I20a钢架及I18临时钢架，并设锁脚钢管；
⑷导坑底部喷15cm厚混凝土，施作②部临时仰拱，安设I18横撑；
⑸钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
㈢
⑴利用上一循环架立的钢架施作隧道及中隔壁超前支护；
⑵弱爆破开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同㈠。
㈣在滞后③部一段距离后，弱爆破开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同㈡。
㈤
⑴在滞后于②部一段距离后，弱爆破开挖⑤部；
⑵喷8cm厚混凝土封闭掌子面；
⑶隧底周边部分初喷4cm厚混凝土；
⑷接格栅钢架或I20a钢架及I18临时钢架；
⑸钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
㈥
⑴在滞后于④部一段距离后，弱爆破开挖⑥部；
⑵喷8cm厚混凝土封闭掌子面；
⑶隧底周边部分初喷4cm厚混凝土；
⑷架立格栅钢架或I20a钢架使钢架封闭成环；
⑸钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
㈦逐段拆除靠近已完成二次衬砌6～8米范围内中隔壁底部钢架单元。
㈧利用仰拱栈桥灌筑仰拱混凝土及仰拱填充混凝土（仰拱及填充分次施作），接中隔壁底部I18临时钢架托换单元，使得钢架底支撑也隧底填充顶面。
㈨
⑴根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I18临时钢架及横撑；
⑵尽早一次性灌筑二次衬砌混凝土。
图1CRD法施工工艺流程图
图2CRD法施工工序图
2.2.2CRD法施工注意事项
⑴掘进过程中应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
⑵严格控制装药量，尽量减少扰动围岩
⑶工序变化处的钢架（包括临时钢架），必须设锁脚钢管，以确保钢架基础稳定。
⑷导坑开挖宽度及台阶高度可根据施工机具、人员安排以及现场实际情况进行适当调整，同时调整钢架尺寸。
⑸钢架之间的纵向连接钢筋必须及时施作并连接牢固。
⑹中间支护系统的拆除时间应考虑其对后续工序的影响，通过围岩监控量测进行确定。
当围岩变形达到设计允许的范围之内，并在严格考证拆除的安全性之后，方可拆除。
同时要注意后续作业的及时跟进。
如围岩稳定条件满足设计要求，临时支撑可在仰拱混凝土浇筑前一次性拆除，一次拆除长度依据仰拱浇筑长度确定（一般为4～6m）。
施工过程中每次拆除临时钢架的长度不能超过10米。
中隔壁混凝土拆除时，要防止对初期支护系统形成大的振动和扰动。
可采用风镐由上至下逐榀拆除钢支撑之间的喷射混凝土，以及临时支护与初期支护连接部位附着在钢架上的喷射混凝土，临时钢构件采用气焊烧断。
2.3三台阶临时仰拱法
三台阶临时仰拱法是Ⅳ级围岩（软石）深埋地段，将整个开挖断面分为上中下3个施工部分，先开挖隧道上部，施作隧道钢拱架及临时仰拱，；再开挖隧道的中部，施作隧道钢拱架及临时仰拱；最后施工隧道的的底部，将隧道钢拱架接到底板标高。
2.3.1三台阶临时仰拱法施工工序
三台阶临时仰拱法施工工序见图4。
㈠⑴利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。
⑵弱爆破开挖①部。
⑶施作①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立格栅钢架，并设锁脚钢管。
⑷在①部导坑底部喷8cm厚混凝土，施作①部临时仰拱。
⑸钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
㈡⑴在滞后于①部一段距离后，弱爆破开挖②部。
⑵导坑周边初喷4cm厚混凝土，架立格栅钢架，并设锁脚钢管。
⑶导坑底部喷8cm厚混凝土，施作②部临时仰拱，安设I18横撑。
⑷钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
㈢⑴在滞后于②部一段距离后，弱爆破开挖③部。
⑵导坑周边初喷4cm厚混凝土，架立格栅钢架。
⑶隧底周边部分喷混凝土至设计厚度。
超前地质预报
测量放线
拱部超前支护
上导坑开挖、出碴
围岩监控量测
上部初支，临时仰拱
围岩监控量测
中部初支、临时仰拱
中导坑开挖、出碴
围岩稳定性评判、
修正施工方案，确定二次衬砌施作时间
下导坑开挖、出碴
下部初期支护
围岩监控量测
仰拱
仰拱填充施工
围岩监控量测
下一工序
图3三台阶临时仰拱法施工工艺流程图
图4三台阶开挖法施工工序图
㈣灌筑仰拱混凝土及仰拱填充混凝土（分两次施工）。
㈤根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌台车一次性浇筑二次衬砌混凝土。
2.3.2三台阶临时仰拱法施工注意事项
⑴掘进过程中应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
⑵小炮开挖，严格控制装药量，尽量减少扰动围岩
⑶导坑开挖宽度及台阶高度可根据施工机具、人员安排以及现场实际情况进行适当调整，同时调整钢架尺寸。
⑷钢架之间的纵向连接钢筋必须及时施作并连接牢固。
⑸施工中，必须按照设计图及验标要求，进行监控量测，分析洞身结构的稳定，位支护参数的调整提供依据。
必要时临时仰拱可加设钢架封闭。
⑹当地层稳定性较好时，在确保安全的前提下可取消临时仰拱。
2.4全断面开挖法
采用全断面一次开挖成形的施工方法。
主要应用于客运专线双线隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩的施工。
循环进尺宜控制在3～5.0m。
3综合超前地质预测预报
本线隧道地质情况复杂，隧道洞身需要穿越断层或破碎带等不良地质带，需结合施工地质工作予以查明。
为此，必须开展综合超前地质预测预报，成立专业的超前地质预报室，由总工程师负责，配置隧道、试验专业工程师并配备先进的预测、预报设备和仪器，并将综合超前地质预测预报纳入施工工序。
尤其是隧道穿越断层或破碎带时，必须提前做好超前地质预报工作，确保隧道安全通过。
针对隧道具体的工程特点，采用地貌、地质调查与地质推理相结合的方法，进行定性预测。
具体采取的措施有：
对开挖全过程进行综合预测、预报，方法有地质素描法（常规地质法）、超前探孔近距离预报、地质雷达中短期预报、TSP长期预测预报等。
施工中应该将几种预报手段综合运用，取长补短，相互补充和印证。
综合监测结果，及时提出对不良地质的处理措施，以降低施工风险，确保工程质量和运营安全。
超前地质预报若发现前方地质情况与设计不符时要及时通知设计单位到现场核实，以便及时采取有效的设计变更方案。
①常规地质法
常规地质法适用于为近期开挖、支护提供预报。
通过对洞内围岩地质特征变化分析来推测开挖面前方的地质情况，开挖后利用罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺等简单工具对开挖面围岩级别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，据以指导施工。
②超前水平钻孔
采用超前水平钻机钻进过程中钻速和钻碴的变化对开挖面前方较短距离内的地质情况进行判断，为提高其预报的准确度，与地质素描配套使用。
通过超前钻探取芯测定含水率为主要手段确定下一步施工方案。
对富水隧道应及时探明地下水的储量及分布，探水的方法主要采用钻探法。
③地质雷达
为提高地质预报的准确性，除采用常规地质法和陆地声纳以进行地质预报外，同时利用地质雷达进行地质超前预报，其探测范围在40m范围内，是一种非破坏型的探测技术，具有抗电磁干扰能力强，分辨率高，可现场直接提供实时剖面记录图，图象清晰直观。
地质雷达主要应用于探测隐伏断层、破碎带，探测地下岩溶、洞穴，探测地层划分。
④TSP203探测
预报采用的是瑞士Amberg测量技术公司出产的TSP203地质超前预报仪。
TSP203是采用了回声测量原理。
地震波在指定的震源点（在隧道的右边墙，大约24个炮点布成一条直线）用小量炸药激发产生。
地震波在岩石中以球面波形式传播。
当地震波遇到岩石物性界面（即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。
反射的地震信号将被高灵敏度的三分量传感器接收。
由于TSP203超前地质预报系统采取的是“多点激发、一点接收”测量方法，多点激发产生的地震波相互跟踪检验，故而能提供一种精确的测量。
反射信号的强弱与反射界面两侧的岩性有很大关系，反射界面两侧的岩性差异越大，反射回来的信号越强，预报的范围也就更大。
4爆破施工
石质隧道的爆破作业，应采用光面爆破或预裂爆破。
爆破作业应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、循环进尺和爆炸材料进行钻爆设计。
钻爆设计应根据爆破效果不断优化爆破参数。
钻爆设计的内容包括炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、深度、斜率和数目，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序，钻眼机具和钻眼要求等。
钻爆设计土应包括炮眼布置图、周边眼装药结构图、钻爆参数表、主要经济指标和必要的说明。
爆破参数应通过试验确定。
当无试验条件时，可参照表1、表2选用。
表1光面爆破参数
岩石类别
周边眼间距
E（cm）
周边眼抵抗线
W（cm）
相对距离
E/W
装药集中度q
（kg/m）
极硬岩
50～60
55～75
0.8～0.85
0.25～0.30
硬岩
40～50
50～60
0.8～0.85
0.15～0.25
软质岩
35～45
45～60
0.75～0.8
0.07～0.12
表2预裂爆破参数
岩石类别
周边眼间距
E（cm）
至内排崩落眼间距
（cm）
装药集中度q
（kg/m）
极硬岩
40～50
40
0.3～0.4
硬岩
40～50
40
0.2～0.25
软质岩
35～40
35
0.07～0.12
注：
1.表中所列参数适用于炮眼深度1.0～4.0m,炮眼直径40～50mm,药卷直径20～25mm。
2当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时，周边眼间距E应取较小值。
3周边眼抵抗线W值在一般情况下均应大于周边眼间距E值。
软岩在取较小E值时，W值应适当增大。
4E/W：
软岩取小值，硬岩及断面小时取大值。
5表列装药集中度q为2号岩石硝铵炸药，选用其它类型炸药时，应修正。
周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合设计要求，硬岩开眼位置在轮廓线上，软岩可向内偏5～10cm。
底板和仰拱底面采用预留光爆层爆破，Ⅱ级围岩段的中心水沟应与隧底光爆层同时爆破成形。
辅助眼交错均匀布置在周边眼和掏槽眼之间，力求爆破出的石块块度适合装碴需要。
周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10～20cm。
当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。
炸药可选用岩石硝铵炸药和乳化炸药。
5劳力、机械设备的配置
人员、机械设备应结合隧道开挖方法、工期要求进行合理配置。
配套的生产能力应为均衡施工能力的1.2～1.5倍。
隧道分进出口两个作业面施工，根据开挖方法各配置1台大型挖掘机及2台装载机进行装碴施工，大型自卸汽车不少于4辆，20m3/min空压机一般不应少于3台。
根据客运专线大断面的特点，每工班开挖作业人员不宜少于30人，凿岩机20台。
6质量要求
6.1验收规范
《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》
6.2分项验收标准
6.2.1主控项目
●隧道开挖断面的中线和高程必须符合设计要求。
检验数量：
施工单位每一开挖循环检查一次；监理单位按施工单位检查数量的10%平行检验。
检验方法：
采用仪器测量。
●隧道开挖应严格控制欠挖。
当围岩完整、石质坚硬时，岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌应小于5cm。
拱脚和墙脚以上１ｍ内断面严禁欠挖。
检验数量：
施工单位、监理单位每一开挖循环检查一次。
检验方法：
施工单位采用自动断面仪测量等仪器测量周边轮廓断面，绘断面图与设计断面核对；监理单位见证测量，现场核对开挖断面。
●洞身开挖中，应在每一次开挖后及时观察、描述开挖面地层的层理、节理、裂隙结构状况、岩体的软硬程度、出水量大小等，核对设计地质情况，判断围岩稳定性。
检验数量：
施工、监理单位每一开挖循环检查一次。
检验方法：
施工单位进行工程地质观察和描述；监理单位见证检查。
●光面爆破或预裂爆破钻眼前，应根据钻爆设计图准确标出炮眼位置，钻孔时应按钻爆设计要求严格控制炮眼的间距、深度和角度。
掏槽眼的眼口间距和深度允许偏差为5cm。
周边眼的间距允许偏差为5cm，外插角应符合钻爆设计要求，眼底不应超出开挖轮廓线15cm。
检验数量：
施工单位每一开挖循环检查全部掏槽眼和10个周边眼；监理单位按施工单位检查数量的20%见证检查。
检查方法：
测量。
●隧底开挖轮廓和底部高程应符合设计要求。
隧底范围石质坚硬时，岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌应小于5cm。
检验数量：
施工单位、监理单位每一开挖循环检查一次。
检验方法：
施工单位用仪器测量底部高程，绘断面图与设计断面核对；监理单位见证测量，核对开挖断面。
●隧底开挖后应及时核对隧底地质情况。
当需要进行加固处理时，应符合设计要求。
检验数量：
施工单位、监理单位每处检查一次。
检验方法：
施工单位进行地质描述；监理单位见证检查。
6.2.2一般项目
●光面爆破或预裂爆破的炮眼痕迹保存率，硬岩不应小于80%，中硬岩不应小于60%，并在开挖轮廓面上均匀分布。
检验数量：
施工单位每一开挖循环检查一次。
检验方法：
对照钻爆设计资料，观察、计数检验炮眼痕迹保存率。
●水沟开挖位置、基底高程应符合设计要求，靠边墙的水沟应与边墙基础同时开挖、一次成型。
检验数量：
施工单位每一开挖循环检查一次。
检验方法：
观察、仪器测量。
7安全、质量控制措施
⑴加强对技术及施工人员的培训，提高全体参建人员的安全、质量意识。
⑵岩石隧道坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则组织施工。
⑶严格按照设计文件规定的开挖方法进行施工，否则应按照变更程序申请改变施工方案。
⑷在隧道开挖前，对隧道地表中线附近范围进行勘察，对地表冲沟、深井、滑塌、陷穴、地表附着物等不良地质情况进行统计，并按里程桩号逐一登记、拍照，尤其是隧道下穿高速公路等大型构筑物地段，施工中应加强监控量测工作，严格按设计方案施工，确保隧道安全、顺利通过。
⑸每循环进行测量放样，严格控制超欠挖。
定期对测量控制点进行检查、复核，避免由于隧底下沉、上鼓、不均匀变形及人工或机械碰撞等原因对控制点的损害。
⑹边墙、仰拱或底板等的地基承载力必须满足设计要求。
软弱地基处理方法和施工质量应符合设计要求。
隧底开挖前应进行施工工艺设计。
⑺开挖后应按设计要求的量测项目及频率进行围岩量测，及时反馈量测信息。
⑻隧道开挖中，应在每次开挖后及时观察、描述围岩裂隙结构状况、岩体软硬程度、出水量大小，核对设计情况，判断围岩的稳定性。
⑼制定安全施工应急预案，日常做好应急物资储备。
⑽洞口工程施工，宜避开雨季和严寒季节。
⑾洞口施工前，应先检查边、仰坡以上山坡稳定情况，清除悬石，处理危石，施工期间实施不间断监测和防护。
⑿地层含水量大时，上台阶掌子面附近宜开挖横向水沟，将水引至隧道中部纵向排水沟排出洞外，以免浸泡拱脚。
必要时应配合井点降水等措施将地下水位降至隧道二次衬砌底部以下，确保施工顺利进行。
⒀隧道明洞段施工时，边仰坡应分层分段开挖，并按设计及时做好防护。
临时边仰坡应进行适当放坡。
⒁明洞段因地基加固等施工的振动可能造成边坡失稳时，应预先在边坡上设置观测桩进行监测，并派专人检查边坡的稳定情况。
发现边坡有开裂、变形现象时，应立即对边坡体进行加固处理，确保安全后方可继续进行施工。
⒂爆破作业时，所有人员应撤离至不受有害气体、振动及飞石伤害的安全地点。
安全地点至爆破工作面的距离，在独头坑道内不应小于200m，当采用全断面开挖时，应根据爆破方法与装药量计算确定安全距离。
当相对开挖工作面相距40m时，两端施工应加强联系，统一指挥。
当两开挖工作面相距10～15m时，应从一端开挖贯通。
设置放炮前的安全检查员，及时检查现场的安全情况，以确定是否可以起爆，爆破后经专职安全员检查，排除瞎炮等安全隐患后，其他人员方可进入施工现场。
8其他注意事项
⑴暗洞分部开挖时，在满足设计规范及安全质量要求的前提下，应尽量采用适合机械化作业的施工工艺，分部尺寸划分合理，各分部尽量平行作业，从而达到快速施工的目的。
⑵弃碴时要由专人指挥、堆放整齐、边坡平整，弃碴场需设置挡墙。
施工过程中杜绝随意倾倒弃碴和弃土。
施工完毕后，对弃碴场及时平整，并做好绿化、防护，避免水土流失。
⑶隧道在整个施工过程中，作业环境应符合下列职业健康及安全标准：
A．空气中氧气含量，按体积计不得小于20%；
B．粉尘永许浓度，每立方空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg，每立方空气中含有10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于4mg；
C．有害气体最高允许浓度：
a一氧化碳的最高允许浓度为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，但工作时间不得大于30min；
b二氧化碳按体积计不得大于0.5%；
c氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3以下；
C隧道内气温不得高于28℃；
D隧道内噪声不得大于90Db。
⑷施工独头掘进长度超过150m时，应采取机械通风，确保洞内每人供应3m3/min的新鲜空气。
⑷便道及施工现场要注意撒水防尘，减少对周围环境的破坏。
⑸隧道施工作业地段必须保证足够的照明。
不安全因素较大的地段应加大照度。
在主要交通道路、洞内抽水机站应设置安全照明，漏电地段照明应采用防水灯头和灯罩。
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