隧道洞身开挖重点讲义资料.docx
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隧道洞身开挖重点讲义资料
涪丰石高速公路B3标段
洞身开挖
施
工
组
织
设
计
及
施
工
方
案
路桥集团国际建设股份有限公司
重庆涪丰石高速公路总成包部第四工程处
二0一0年五月二十日
一、部项工程概况
二、人员配置
三、机械设备的配置、
四、施工方案
五、试验检测项目频率和方法
六、质量保证措施
七、质量控制指标
八、安全保证措施
九、文明施工措施
十、环境保护措施
一、工程概况
马王庙隧道为上、下线分离的四车道高速公路特长隧道，起止桩号左线ZK91+420~ZK95+360，长3940m；右线YK91+440~YK95+345，长3905m。
隧道左线进口位于R=1100m的左偏圆曲线上，出口位于R=2400m的右偏圆曲线上，纵坡为0.904%、-0.5%的人字坡；右线进口位于R=1120m的左偏圆曲线上，出口位于R=2400m的右偏圆曲线上，纵坡为0.9%、-0.5%的人字坡。
隧道进口段左右线间距由17.4m渐变至30m，小净距起止桩号为左线ZK91+434~ZK91+510,长76m；右线YK91+445~YK91+522,长77m。
根据地形，隧道洞门均采用端墙式洞门。
隧道内设置5处人行横洞，4处车行横洞和8处紧急停车带。
隧道最大埋深约376m。
1、工程地质及水文条件
马王庙隧道为构造侵蚀深切中低山地貌区，隧址区高点在轿子顶一带，高程995.4m，隧道高差约500m。
隧道入洞口、出洞口均位于山体中下部，地势相对较陡，地形坡度25°~30°。
隧道位于石柱向斜北东翼，岩层斜状产出，产状：
296°~310°∠6°~11°。
无断层通过，区域构造稳定。
隧址区主要发育有二组构造裂隙：
6°~75°∠60°~85°，裂面平直，无填充，裂面宽0.1~0.5cm，间距0.2~1.5m，延长大于0.5m；
129°~173°∠60°~80°，平直，裂隙宽0.1~0.6cm，间距0.9~2.6m，延长大于1.5m，有少量岩屑填充。
隧址区的地层主要为第四系冲洪积（Qal+pl）粘土及碎石土，下伏基岩为侏罗系上统遂宁组（J3S）砂岩和泥岩。
2、隧道地质评价
洞口处岩性为紫红色薄~中厚层状细料亚长石砂岩及岩屑长石石英砂岩夹同色粉砂质泥岩及钙质泥岩，基岩裸露，差异性风化明显，表层岩体风化卸载裂隙较发育，易发生小型崩塌，隧洞开挖，可能发生掉块和洞口坍塌现象。
计划开工日期2010.05.24，计划完工日期2011.09.18。
二、人员配置
负责人：
黄道秋工区负责人：
赵湘
工程技术员：
韩福明现场负责人：
林华
工程测量员：
陈坤银、康超安全员：
郭光艳
质检员：
姜兵开挖工：
30人
机械工：
24人爆破工：
2人
三、机械设备的配置
1、挖掘机：
2台（CAT220）2、装载机：
3台（ZL50）
3、电焊机：
8台4、空压机：
6台（20m3）
5、发电机：
2台（200KW）6、8t自卸车：
6辆
7、钢筋切割机：
2台8、凿岩机：
25台（YT28）
四、施工方法、工艺、工序
隧道洞身贯彻新奥法理念施工，开挖掘进和初期支护紧密结合，严格按“短进尺，弱爆破、强支护，勤量测”的原则进行。
洞口土质或易坍塌的软弱围岩地段采用台阶分部开挖法施工，洞身Ⅳ、Ⅴ级围岩地段才用采用短台阶法施工，III级围岩地段采用全断面法控制爆破施工。
开挖时少扰动岩体，各级围岩段均采用光面爆破施工，禁止大强度爆破，严格控制超、欠挖。
（一）台阶分部开挖法施工
台阶分部开挖法又称环形开挖留核心土法。
上部留核心土支档开挖工作面，利于及时施作拱部初期支护以增强开挖工作面的稳定，核心土及下部开挖在拱部初期支护下进行，施工安全性好。
见图1
图1 环形开挖留核心土法开挖示意图
1.施工主要步骤：
①、上弧形导坑开挖
Ⅰ、拱部初期支护
②、中核心开挖
③、下部开挖
Ⅱ Ⅲ、边墙及仰拱初期支护
完成隧道开挖及初期支护后，立即进行仰拱二次衬砌混凝土的浇筑。
根据监控量测结果确定进行边墙、拱部二次模注砼的浇筑。
一般环形开挖进尺为0.5～1.0ｍ左右，台阶长度12～15ｍ。
2、施工方法
台阶分部开挖法采用风镐配合挖掘机开挖，需要时辅以弱爆破；地质不良地段开挖前采用钻进式注浆锚杆或小导管超前支护，开挖后及时喷砼封闭岩面，并进行喷锚支护作业。
核心土采用机械开挖，必要时辅以控制爆破。
台阶分部开挖法掘进喷锚作业循环时间见下图2。
图2环形开挖留核心土法喷锚作业循环时间图
工序
作业时间（min）
循环时间（min）
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
660
720
780
840
900
测量放线
30
超前支护
270
开挖
150
出碴
120
架钢架、挂网、打锚杆
180
喷砼
150
下部左右侧槽开挖交错施工，一般为3～5m，不得两边同时开挖。
边墙围岩较差时分两层开挖。
上部弧形导坑比下断面开挖超前12～15m，两工序可平行作业。
施工中要认真进行围岩量测工作，根据围岩及支护变化，及时反馈信息，优化支护参数。
（二）短台阶法施工
短台阶法施工一般循环进尺约1.2～1.5m，台阶长度8～10ｍ。
洞身Ⅳ级围岩衬砌范围采用一般台阶法，台阶长度根据施工实际情况适当加长。
图3 台阶法开挖示意图
1.施工主要步骤
①、开挖导坑上半断面
Ⅰ、上导坑拱部初期支护
②、开挖导坑下半断面
Ⅱ、下导坑边墙初期支护
Ⅲ、下导坑仰拱部初期支护
2.施工方法
开挖采用风镐配合挖掘机开挖、局部采用弱爆破松动开挖。
上台阶开挖超前8～10m,隧道开挖后及时施作喷锚支护,下半断面开挖后仰拱施工紧跟。
短台阶法掘进喷锚作业循环时间见图4。
图4 短台阶法掘进喷锚作业循环时间图
工序
作业时间（min）
循环时间（min）
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
660
720
测量放线
30
开挖
150
初喷
60
出碴
120
架钢架、挂网、打锚杆
180
喷砼
150
（三）全断面法施工
全断面法控制爆破施工采用塑料导爆管毫秒雷管微差起爆。
循环进尺3.0～3.5m。
砼衬砌采用衬砌台车、泵送砼作业。
全断面法掘进作业循环时间见图5
图5全断面法掘进作业循环时间图
工序
作业时间
（min）
循环时间（min）
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
660
720
测量放样
60
钻眼
180
装药
80
通风除尘
30
清危初喷砼
50
出碴
200
复喷砼、打锚杆
120
（四）钻爆
钻爆根据围岩情况，确定爆破方法。
1.爆破设计原则
Ⅴ级浅埋段围岩采用台阶分部开挖，上下台阶分界线为主洞的起拱线。
上台阶预留核心土，核心土面积不小于开挖断面积的50％，采用挖掘机结合手风钻钻孔爆破结合的开挖方式，每循环进尺0.5～1.0m，周边眼采用光面爆破。
上台阶开挖进尺12～15m或开挖至条件较好的Ⅴ、Ⅳ级围岩后开始下台阶开挖，下台阶以主洞中线为界分为左右两个开挖区，交错开挖支护，前后错开距离保持5m左右，开挖采用挖掘机结合爆破的方式进行，循环进尺1.2～1.5m。
洞身Ⅴ、Ⅳ级围岩根据围岩条件分别采用上下台阶开挖与全断面开挖。
围岩条件较差时，采用上下台阶开挖，间距3～5m。
上台阶采用手风钻钻孔爆破，每循环进尺1.5m～2m，周边眼采用光面爆破。
下台阶与上台阶同步跟进，周边眼采用预裂爆破。
围岩条件较好时，采用全断面爆破开挖，爆破循环进尺2～2.5m，周边眼采用光面爆破。
Ⅲ级围岩采用全断面爆破，爆破循环进尺3m，周边眼采用光面爆破。
2.爆破设计方案
（1）Ⅴ级围岩
采用台阶分部开挖法开挖，上弧及拱脚、边墙采用弱爆破，配合风镐开挖，核心土采用松动爆破配合挖掘机开挖。
循环进尺0.5～1.0m。
预留沉降量按12cm考虑开挖断面，具体根据量测结果调整。
掏槽方式：
掏槽采用掏槽爆破时振动较小且比较方便于手风钻操作控制的的楔形掏槽方式。
周边眼爆破：
上台阶周边眼采用光面爆破，炮眼间距0.40～0.5m；下台阶周边眼采用预裂爆破，炮眼间距0.30～0.40m。
起爆方式：
采用非电导爆管雷管毫秒微差起爆，掏槽眼与扩槽眼的起爆时差不小于100ms，周边眼同段起爆，底板眼最后起爆。
（2）Ⅳ级围岩开挖爆破设计
开挖方式：
围岩条件较差时，采用上下台阶开挖，间距8～10m。
上台阶采用手风钻钻孔爆破，循环进尺1.5m～2m。
下台阶与上台阶同步跟进。
围岩条件较好时，采用全断面爆破开挖，爆破循环进尺2～2.5m，周边眼采用光面爆破。
预留沉降量按7cm考虑开挖断面，具体根据量测结果调整。
掏槽方式：
掏槽采用掏槽爆破时振动较小且比较方便于手风钻操作控制的的楔形掏槽方式。
周边眼爆破：
全断面或上台阶周边眼采用光面爆破，炮眼间距0.45～0.6m；下台阶周边眼采用预裂爆破，炮眼间距0.35～0.45m。
起爆方式：
采用非电导爆管雷管毫秒微差起爆，掏槽眼与扩槽眼的起爆时差不小于100ms，周边眼同段起爆，底板眼最后起爆。
（3）III级围岩
采用简易钻孔台车全断面爆破施工，其岩石较为坚硬，采用加强掏槽爆破，严格控制周边光爆孔。
光面爆破全断面法掘进，硬岩每循环进尺3.2m，坚硬岩石施工采取加强掏槽爆破，严格控制周边光爆孔，确保无超欠挖。
爆破器材选用2#岩石硝铵炸药，塑料导爆管非电起爆系统毫秒微差有序起爆。
全断面炮孔布置、雷管段别布置、爆破网络布置见图6。
图7全断面开挖炮眼布置图
周边光爆孔装药结构见图8
图8 周边光爆孔装药结构图
掏槽眼、扩大槽眼、辅助眼及底板装药结构见图9
图9 掏槽眼、扩大槽眼、辅助眼及底板装药结构图
表10Ⅳ级围岩钻爆参数表
序号
炮眼名称
眼深（m）
眼数（个）
装药结构
装药量
起爆雷管段别
每孔药量（kg）
小计（kg）
上上台阶
1
空眼
2.4
4
2
掏槽眼
2.4
5
连续
1.650
8.25
1、2
3
掘进眼
2.2
9
连续
1.238
11.14
3、5、7
4
周边眼
2.2
15
连续
1.238
18.57
9
5
底板眼
2.2
10
连续
1.238
12.38
11
合计
76
76.02
下下台阶
1
周边眼
2.2
10
连续
1.238
12.38
13
2
掘进眼
2.2
14
连续
1.238
17.33
1、3、5、7、9、11、
3
底板眼
2.2
11
连续
1.238
13.62
15
合计
98
43.33
共计
174
119.35
开挖面积
90.44m2
炮眼密度
1.92个/m2
单位用药量
0.73kg/m3
炮眼利用率
90%
预计进尺
1.8m
表11Ⅲ级围岩开挖钻爆参数设计表
序号
炮眼名称
眼深（m）
眼数（个）
装药量
起爆雷管段别
装药结构
每孔装药量（kg）
小计（kg）
全全断面
1
空眼
4.5
4
2
掏槽眼
4.3
9
连续
3.220
28.98
1、2、3
3
掘进眼
4.2
132
连续
2.956
390.19
4、5、6、7、8、9、10、11、12、13
4
周边眼
4.2
37
连续
2.363
87.43
14
5
底板眼
4.2
20
连续
2.888
57.76
15
合计
202
564.36
开挖面积
78.93m2
炮眼密度
2.56个/m2
单位用药量
2.04Kg/m3
炮眼利用率
91%
计划进尺
3.5m
4.光面爆破与预裂爆破设计方案
光面爆破设计参数见下表：
表12光面爆破设计参数表
岩石参 数
种类
装药不偶合系数D
周边眼间距
E（cm）
周边眼最小抵抗线V（cm）
相对距E/V
周边眼药集中度q（kg/m）
1.2～1.5
50～65
70～85
0.8～1.0
0.30～0.35
1.50～2.00
45～60
60～75
0.8～1.0
0.20～0.30
2.00～2.50
45～50
40～60
0.5～0.8
0.07～0.15
预裂爆破设计参数见下表：
表13预裂爆破设计参数表
岩石参数
种类
装药不偶合系数D
周边眼间距E（cm）
周边眼至内圈落眼间距（cm）
周边眼装药集中度q（kg/m）
Ⅳ
1.3～1.4
35～45
40
0.25～0.35
Ⅴ
1.4～1.5
30～40
40
0.09～0.19
具体光面爆破与预裂爆破参数，根据试验爆破结果进行调整。
光面爆破与预裂爆破的装药结构见下图。
孔口堵塞段
底部加强装药段
中间正常装药段
导爆索或导爆管
2#岩石药卷
图14光面与预裂爆破装药结构示意图
5起爆网路设计
为确保爆破施工安全和取得良好的爆破效果，潜孔钻深孔爆破采用非电复式闭合起爆网路，每孔放置1发毫秒雷管。
不同起爆排间的起爆时差通过孔内微差取得。
非电复式闭合起爆网路的连接形式如图8所示。
具体起爆顺序设计如图9所示，各起爆排间的起爆时差不小于25ms。
图15 非电毫秒雷管复式闭合网路连接示意图
图16起爆顺序示意图
（注：
图中序号为非电毫秒雷管段数）
五、试验检测项目频率和方法
1、细集料检测试验
（1）、应按产地、类别、加工方法和规格等不同情况，分批进行检验，机械集中生产的粗集料至少每400m3检测一次，人工分散生产的粗集料至少每200m3（细集料）检测一次。
（2）、检测项目
a、筛分析b、视比重c、压碎指标值
d、针片状含量e、容重f、含泥量
2、水泥的检测试验
（1）、进场水泥按不同标号、厂牌、出厂日期、品种分别堆放和检查验收，严禁混合堆放和混合使用。
（2）、一般按200T为一批（不足200T也作为一批）取样检验。
（3）、试验项目：
a、细度b、凝结时间c、安定性。
3、钢筋
（1）原材料每批（重量不超过20T），不足20T也按一批计，抽取一组试样，作冷弯、拉力试验。
（2）焊接钢筋试验
a、闪光对焊：
300个作为一批，每批或不足一批按一批取样试验。
b、电弧焊接：
300个作为一批，每批或不足一批按一批取样试验。
进场钢筋必须按不同厂家，不同类别分别存放，绝不能混堆
4、超前地质雷达探测
5、TSP超前地质预报
六、质量保证措施
1、建立以项目经理为首的经理负责制，以技术负责人为主的技术负责制，技术负责人兼任管理者代表负有质量监督管理职能，建立健全各管理职能部门和岗位责任制，从而形成有效动作的质量保证体系。
2、强化质量意识组织施工人员学习施工图纸、质量评定标准及各工序的验收规范。
加强现场监督管理力度，指定专职技术人员、质检人员对现场工程质量实施全程监控。
3、施工前由施工组织、设计、方案或措施编制人员对工程项目的工点负责人作组织、技术、方法、措施的交底工作，工点负责人应对施工负责人、施工操作人员进行传达和工作安排的布置。
施工中施工操作人员应严格按施工图纸、材料、设备的有关技术文件、国家现行安装工程施工及验收的有关规范、标准及制定的组织、设计、方案或措施进行施工。
4、在施工中，严格执行工程质量的自检、互检、交工检查三检制，严格控制工程中的各项关键工序。
每道工序完成后，首先由工点负责人自检，自检合格后报质检工程师复检，复检合格后报监理工程师检验。
各施工负责人和专职质检员在施工中对施工质量要负责进行随时的监督和检查工作。
5、测量是确保工程质量的重要一环，所有测量工作，必须坚持复测制，复核制，不允许出现因测量而带来的任何工程质量事故。
6、原材料是工程质量的源头，因此高质量就在所进原材的严格把关，凡不合格的原材料，不许进场，发现已进场不合格者。
7、工程试验是工程师衡量合格与否的有力证据，因此，对原材料按批量取件抽检，砼取件严格按相关试验规范取件，如发现不合格者，及时报告分部或技术主管，采取有效措施弥补或返工重建。
七、质量控制
1、不良地质段开挖前应做好预加固、预支护。
2、当前方地质出现变化迹象或接近围岩分界线时，必须用地质雷达、超前小导坑、超前探孔等方法探明隧道的工程地质和水文地质情况，方可开挖。
3、应严格控制超欠挖。
4、开挖轮廓要预留支撑沉降量及变形量，并利用量测反馈信息及时调整。
5、隧道爆破开挖时应严格控制爆破震动。
6、洞身开挖在清除浮石后应及时进行初喷支护。
洞身开挖检查项目及频率
项次
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法和频率
1△
拱部超挖（mm）
破碎岩、软土等（Ⅰ、Ⅱ类围岩）
平均100，最大150
激光断面仪：
每20m抽检一个断面，测点间距≤1m
中硬岩、软岩（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩）
平均150，最大250
硬岩（Ⅵ类围岩）
平均100，最大200
2
边墙超挖（mm）
每侧
+100，-0
全宽
+200，-0
3
仰拱、隧底超挖（mm）
平均100，最大250
水准仪：
每20m检查3处
八、安全保证措施
1、建立健全安全生产管理机构，成立以项目经理为组长的安全生产领导小组，全面负责并领导本项目的安全生产工作。
2、本项目实行安全生产三级管理，即、一级管理由经理负责，二级管理由专职安全员负责，三级管理由领工员（或班组长）负责，各作业点设立安全监督岗。
3、按照我公司颁布的《安全生产责任制》的要求，落实各级管理人员和操作人员的安全生产责任制做到纵向到底，横向到边，各自作好本岗位的安全工作。
4、实行逐级安全技术交底制，由经理部组织有关人员对工程项目或专项进行书面详细安全技术交底，凡参加安全技术交底的人员要履行签字手续，并保存资料。
洞口施工设专人指挥调度,三管两线设专人管理,道路平顺畅通、灯光明亮。
设置好运输线路安全信号标志，确保洞口出渣车辆的运输安全。
（1）专职安全员上岗必须佩带安全人员袖标，凡进入施工现场人员必须带安全帽。
（2）爆破安全措施
在爆破设计之前必须做到情况明确，不但要查阅原始地型地质资料，并要深入现场仔细勘察，并对地型地质资料进行现场核实、补充，使之满足《爆破安全规程》规定的深度要求。
在做方案之前要预估出现意外的可能性并做好预防措施，做到有备无患。
爆破工程师参加施工并对施工中出现的新情况及时调整，修改设计。
爆破施工的“四大员”必须持证上岗，并在施工前对这些人员进行必要的爆破安全技术培训，使各级人员在掌握爆破安全技术的同时提高安全意识。
每次爆破施工，爆破工程师必须对爆破施工人员进行技术交底。
按规程要求做好爆破器材的检验，包括炸药、雷管、连接器材等，保证合适、合格的爆破器材进入现场，每次爆破均应使用同厂、同批、同型号的爆破器材。
严格按爆破规程进行各道工序的施工，制订布眼、钻眼、装药、堵塞、连线等关键技术的操作细则，并在施工中严格执行，确保装药、堵塞、连线等关键工序的施工质量。
注意炸药的防水防潮，在有水地段不得使用硝铵炸药，使用乳化炸药；起爆网路的连接部位要保持干净清爽。
确定警戒范围，严格岗哨制度，做好爆破后安全检查和处理。
对爆破作业面进行安全检查，安检内容包括：
拒爆和半爆、爆破效果、危石情况以及发生各类事故的处理。
做好对爆破器材的运、存、用各项管理工作；制定爆破施工安全管理制度、岗位责任制度；各级领导把爆破安全列为主要管理内容，及时总结经验教训，进行检查评比，提高安全管理水平。
爆破工要持证上岗，装药过程中不能抽烟，放炮前要对炮眼连线进行逐孔检查，点炮前要由专职安全员检查其他人员及所有机械设备是否撤至安全地带。
对哑炮要严格按《爆破作业规程》进行处理，爆破作业现场设专职技术人员现场指导，装好炸药的炮孔必须适当地加以覆盖和保护。
在潮湿条件下作业，采用乳化、水胶等防水炸药。
（3）正确制定施工方案，确保安全采取有效防范措施预防为主。
安全目标是：
消灭重大以上人身伤亡事故，消灭一切机械设备重大损失事故，消灭交通运输重大责任事故，消灭等级火灾事故，创“安全生产、文明施工的标准化工地”。
（4）机械作业安全措施
机械操作人员必须经专业培训，持证上岗。
机械操作人员必须熟练掌握设备的性能和操作规程，严格按标准作业按规范施工所有工作人员必须严格佩戴劳动防护用品严格劳动纪律严禁酒后上岗严禁在工作岗位上打闹工作人员必须熟悉消防和设备报警信号。
（5）施工用电安全措施
外电线路必须保持安全操作间距，其最小间距符合《施工现场临时用电安全技术规范》中要求间距电器设备的金属外壳必须与专用保护零线连接，零线应由工作线、配电的零线或第一级漏电保护器电源侧零线引出。
配电箱实行“三级配电两级保护”措施、架空线路必须采用足够的绝缘强度、机械强度与导电能力的绝缘导线凡绝缘层破损老化的均禁止使用。
施工现场架设的输电线路采用三相五线制。
线路的架空线接头数不得超过导线的50%。
一根导线只允许一个接头。
（6）施工机具使用安全措施
进场机具在安装后或使用前必须经过保养保修验收施工机具的传动部位应具有不同的防护罩电焊机必须有防护罩各类机械作业时悬挂安全作业方案和操作规程。
（7）高处作业的安全技术措施：
1）、所有进入施工现场的人员必须戴好安全帽，并按规定配戴劳动保护用品，或安全带等安全工具，作业人员不得穿拖鞋、高跟鞋、硬底易滑鞋和裙子进入施工现场。
。
2）、高处作业所有料具应放置稳妥，防止滑落，更禁止抛掷。
严禁超速
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