中导洞法施工工艺工法.docx
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中导洞法施工工艺工法
中导洞法施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-SD-0105-2011
第五工程有限公司陈斌
1前言
1.1工艺工法概况
中导洞法与以往的软弱围岩联拱隧道中导洞法施工有所不同，联拱隧道中导洞法首先开挖中导洞，然后施做中隔墙，再分别开挖左右导洞，主要是针对软弱围岩施工，而该工法主要讲述的是在硬质围岩大断面施工时，将整个硬岩隧道实现了分部开挖，爆破震动和开挖扰动大大降低，对海底、水底、下穿既有线、通过采空区等硬岩隧道开挖具有借鉴作用；其次导洞先行对隧道前方的实际地质情况预先掌握，为后续扩挖施工提供技术参考；由于导洞形成较大临空面，光爆效果会很好。
中国第一条海底隧道—厦门翔安隧道Ⅱ级围岩施工时，为了降低爆破震动对国家一级保护动物的影响，成功的采用了中导洞法施工。
1.2工艺原理
中导洞法是先开挖隧道中导洞，必要时施作中导洞四周初期支护及临时支护，然后再根据中洞距扩挖断面距离、断面大小，对剩余周边岩体采用全断面开挖的施工方法。
其开挖步序见图1。
图1开挖步序图
2工艺工法特点
2.1中导洞法施工适应于Ⅰ、Ⅱ级围岩段施工，围岩整体性好的地质情况；
2.2中导洞形状以直墙式加拱部圆形断面为主，断面的宽度约为整个断面宽度的1/3，面积约为全断面的1/5；
2.3中导洞与周边岩体扩挖均要错开一定距离进行平行作业；
2.4中导洞开挖后必要时进行初期支护及临时支护；
2.5周边岩体采用全断面法开挖并同步进行；
2.6中导洞法施工可有效控制光面爆破质量，减少爆破单耗，减轻爆破震动效应。
3适应范围
适用于开挖跨度较大、地质情况较好的Ⅰ、Ⅱ级围岩且有较高减震要求的隧道工程施工。
4主要引用标准
4.1《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753）、《爆破工程设计施工常用数据及技术标准规范速用速查手册》（2006-6）、《新建铁路工程测量规范》（TB10101）、《高速铁路工程测量规范》（TB10601）、《王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论》、《关宝树.隧道工程施工要点集》、《公路隧道施工技术规范》（JTJ042）、《爆破安全规程》（GB6722）。
4.2设计图纸、合同文件。
5施工方法
中导洞法超前、后续断面扩挖的施工方法，导洞超前扩大断面10～15m，其开挖示意图见图1。
中导洞断面尺寸采用L/3×H/2m（L-隧道断面宽度、H-隧道断面高度），使用多功能作业台架配手风钻开挖，炮眼钻孔深度2.7m，计划每次进尺2.5m。
扩挖断面亦采用多功能作业台架配手风钻开挖，炮眼钻孔深度3.7m，计划每次进尺3.5m。
当扩挖距离导洞大于10m时导洞与扩挖部钻眼可实施平行作业，同时装药爆破，爆破完成后出碴；当扩挖距离导洞小于10m时，停止扩挖，只进中导洞，如此循环作业，不仅提高隧道开挖进度，而且大大减轻爆破对围岩的扰动。
6工艺流程及操作要点
6.1工艺流程图
图2中导洞法施工流程图
6.2操作要点
6.2.1施工准备
1风水管、电线敷设，施工便道、施工场地布置，机械设备、人员配置，材料准备，修建环保、水保、防排水设施。
2准备施工用简易台架（钻孔作业台架），由于简易台架具有结构简单，移动灵活、成本低、可现场加工等特点，得到施工现场广泛采用。
利用现场既有的钢筋、工字钢、钢管等常用材料10吨左右（每个），3～5天即可加工完成。
3根据设计资料，详细分析、了解工程地质、当地水文情况，制定合理的施工方案和施工措施，制定施工监控量测方案及沉降观测计划。
4按照设计或规范要求做好超前地质预报工作，指导现场施工。
6.2.2超前地质预报
先探明隧道地质和水文地质情况，结合隧道断面形式、大小及埋深情况，研究是否采用中导洞超前爆破开挖法。
6.2.3爆破设计
应通过认真考虑隧道地质围岩的整体性能、岩性特点、开挖断面的大小、队伍的施钻技术水平、钻眼机具、开挖循环进尺、爆破器材，爆破的震动强度、对围岩的扰动等因素进行爆破参数设计。
1钻爆设计应包括的内容
各类炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼）的布置、深度、斜率和数量，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和顺序，钻眼机具和钻眼要求，主要技术经济指标及必要的说明等。
2掏槽方式选择
掏槽眼的布设方式和掏槽大小对爆破创设临空面和爆破效果起到关键的影响，掏槽方式和掏槽位置的选择可根据断面大小，炮眼数量、设定的掘进进尺综合考虑后来选择。
隧道施工一般采用斜眼掏槽和直眼掏槽。
3炮眼布置
周边眼沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合施工图要求；掘进眼交错均匀布置在内圈眼与掏槽眼之间，力求爆破出的石渣块度适合装渣的需求；周边眼、内圈眼与辅助眼的孔底保持在同一垂直面上，掏槽钻孔应加深10～20cm。
应采用光面爆破。
其参数可通过试验确定。
当无试验条件时，有关参数可参照表1选用。
表1光面爆破参数（通用化）
岩石级别
周边眼间距E（cm）
周边眼抵抗线W（cm）
相对距离E/W
极硬岩
50～60
55～75
0.8～0.85
硬岩
40～55
60～70
0.7～0.9
软质岩
30～45
45～60
0.6～0.8
注①表所列参数适用于炮孔深度1.0～3.5m，钻孔直径40～50，药卷直径20～35mm；
②对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；
④E/W：
软岩取小值，硬岩及断面h取大值；
4装药结构
周边眼应使用小直径药卷，采用间隔装药结构，并用竹片将药卷与围岩隔开，其它炮眼采用连续装药结构，一般采用较大直径药卷。
眼口用炮泥堵塞，长度不小于30cm。
5起爆顺序及网络
光面爆破时，遵循掏槽眼先爆，接着为辅助掘进眼，再接着为周边眼，最后是底板眼的起爆顺序爆破。
根据现场人工装药的方便及非电毫秒的延时误差，确定合理的起爆时差，若缺段时尽量采用大段别的代替，以保证时差。
炮眼起爆采用非电毫秒延时雷管分段起爆，其中周边眼采用导爆索连接传爆，与非电毫秒雷管相连，其他炮眼采用底部安设置非电毫秒延时雷管反向起爆装药结构。
6钻爆过程控制注意事项
1）技术人员以爆破设计图准确标出炮眼位置，特别是周边眼及掏槽眼，必须确保在要求的误差内。
2）做到定人定位定眼，不得随意更换。
3）装药前，要先用高压风吹孔，清理孔内岩石粉末与积水，防止堵塞。
4）周边眼的药量及结构方式必须按设计装填，装药现场必须熟悉设计的技术人员负责指导，其它眼孔的可根据石质情况作适当调整，并注意孔口炮泥堵塞质量。
5）爆破后进行爆破效果分析，对爆破效果进行量化纪录，并根据实际情况调整设计参数，记录内容包括：
超欠挖尺寸、半眼残痕率、炮眼利用率、岩石最大块径等。
6.2.4施工测量
开挖断面轮廓放样可采用全站仪直接设站于洞内控制中线点上，将掌子面里程和仪器高程输入编程计算机后即可确定掌子面拱部中心，据此放出开挖轮廓。
随着断面仪所指示的红色激光投影轮廓线，指示利用红油漆绘制即可完成。
三维激光断面仪测绘开挖断面，与传统的“五寸台”、“三心圆”法相比快速、安全、准确。
6.2.5开挖
采用中导洞超前、后续断面扩挖的施工方法，导洞超前扩大断面10～15m，其开挖示意图见图1。
中导洞断面尺寸采用L/3×H/2m，使用多功能作业台架配手风钻开挖，炮眼钻孔深度2.7m，计划每次进尺2.5m。
扩挖断面亦采用多功能作业台架配手风钻开挖，炮眼钻孔深度3.7m，计划每次进尺3.5m。
当扩挖距离导洞大于10m时导洞与扩挖部钻眼可实施平行作业，同时装药爆破，爆破完成后出碴；当扩挖距离导洞小于10m时，停止扩挖，只进中导洞，如此循环作业，不仅提高隧道开挖进度，而且大大减轻爆破对围岩的扰动。
6.2.6施工通风
在施工作业时应进行施工通风，具体通风方式根据施工情况可采用压入式、混合式、压出式或巷道式。
6.2.7初期支护喷射混凝土
隧道内主要的喷射混凝土形式为喷普通混凝土、喷钢钎维混凝土、喷耐腐蚀混凝土等。
6.2.8监控量测
成立专门的监控量测小组，建立相应的质量保证体系。
在施做初期支护的同时，按照监控量测实施方案进行量测断面及量测点的布置，初期支护施工完成后，立即采集初始量测基础数据，并按照方案要求的频率进行后续监测，及时分析处理监测数据，并及时将结果反馈到施工过程中指导现场施工，灵活科学地根据现场施工情况及时调整量测项目和内容，准确掌握开挖支护后的围岩变化情况，为指导施工、修正设计、确定后续工序施工时间提供依据。
对于Ⅱ、Ⅲ级围岩监控量测，按照拱部一个30～50m布设一组测点，拱部沉降设计一组三个测点，净空收敛根据工法设置一条侧线；日累计拱部沉降和净空收敛≥5mm/d（或累计≥100mm）均应报警，停止掌子面掘进，进行原因分析并整改。
6.2.9出碴运输
中导洞工作面使用小型装载机装碴，小型运输车辆。
首先要保证工作面的照明，便于司机操作，同时也保证各种机械设备处于良好的状态，装运能力大于开挖能力，运输道路平整通畅。
7劳动力组织
某中导洞法劳动力组织见表2，供参考。
表2某中导洞法劳动力配置
工种名称
找顶工（人）
测量工
（人）
修钻工
（人）
钻爆工（人）
电工（人）
司机（人）
班长（人）
合计（人）
中导洞开挖
4
4
4
32
3
6
1
58
扩挖断面开挖
39
16
1
52
8主要机具设备
某中导洞法施工机具配置方案见表3，供参考。
表3某中导洞法施工主要机械设备表
序号
机械名称
规格
型号
额定功率（kW）或容量（m3）或吨位（t）
数量
1
装载机
ZL50
3.0m3
3
2
风钻
YT28
63.7N.m
40
3
挖掘机
PC320
173kW/1.38m3
2
4
电动空压机
4L-20/8
20m3/min
8
5
自卸汽车
8t
10
6
射流通风机
SSF-12
22kW
2
7
轴流通风机
SDF©-NO11
110kW
2
8
发电机
250GF4
250Kw
1
9
变压器
S9-500/10
500KVA
1
10
高扬程水泵
75KW
扬程100m
2
11
多功能组合台架
自制
2
9质量控制
9.1光面爆破技术要求
9.1.1钻凿炮眼前，需画出设计的开挖轮廓线，标出眼孔；各周边眼应与隧道中线平行；在硬岩中，要求周边眼眼口打在开挖轮廓线上，眼底约超出轮廓线小于10cm；
9.1.2光面爆破宜选用低密度、低爆速、低猛度，但要求爆轰感度高、稳定性好乳化炸药；
9.1.3光面爆破要求周边眼同时起爆，同时起爆的时差越小，效果越好，这体现在平整度上。
一般要求时差小于100ms，所以起爆应采用同段的非电毫秒延期雷管或毫秒延期电雷管；控制周边眼抵抗线（光面层厚度）的二圈眼，起眼距一般为光面层厚度，其装药量也应比其他掘进眼少，装药长度控制为炮眼长度的20%～30%。
9.2光面爆破效果评估
9.2.1残眼炮孔痕迹，应在开挖轮廓面上均匀分布。
炮孔痕迹保存率：
硬岩不小于80%；
9.2.2相邻两孔之间的岩面平整，孔壁不应该有明显的爆破裂隙；
9.2.3炮眼利用率不小于93.8%；
9.2.4爆破进尺达到设计要求，爆出的石块满足装碴要求；
9.2.5两循环爆破的衔接台阶尺寸不大于10cm。
9.2.6控制超、欠挖线密度小于5%。
9.3控制超欠挖的方法
9.3.1精心放样
在开挖过程中，轮廓线的放样非常重要，轮廓线是“师傅
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