1全断面法现场施工工艺工法.docx

1、1全断面法现场施工工艺工法全断面法施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0101-2011第五工程有限公司 李雪峰1 前言1.1工艺工法概况钻爆法是目前国内应用最为广泛的隧道施工方法，其具有适应性强，灵活方便，机械化程度高等优点，其中全断面钻爆法施工掘进速度最快，该方法能够创造大的作业空间，并尽可能地实现了各工序间的平行作业，在长大隧道施工中得到广泛的应用和发展。1.2工艺原理全断面法施工借助新奥法原理，强调充分发挥岩体（围岩）结构的自承作用，尽量减少对围岩的多次扰动和破坏，借助施工作业平台并配备相应功能的大型机械设备，按照一定设计和规范确定循环进尺，在隧道设计断面轮廓线上和轮廓内部按照设

2、计布置钻孔，利用炸药能量一次性爆破成型进尺内断面，外运碴体，紧跟施工设计的初期支护措施，待掌子面循环掘进超前一定距离，围岩监控量测变形量满足要求判定为稳定状态后，再开始组织仰拱和二次衬砌工序施工，通过各工序沿隧道纵向错开合理安全距离，形成各主要工序平行作业，最终完成整个隧道设计措施。2 工艺工法特点2.1采用全断面法施工可减少对围岩的扰动，充分发挥围岩的自承作用，利于施工安全的管控。2.2全断面法施工可一次创造大的作业空间，较分部法施工可减少工序及循环时间，可使各道工序尽可能平行交叉作业，大幅提高施工进度。2.3全断面法施工机械化程度高，可有效减少劳动力配置，降低作业人员工作强度，提高工作效率

3、，经济效果显著。2.4全断面法施工一次轮廓成型并及时进行下道工序初期支护的施工，对初期支护质量和作业安全有利。2.5全断面法一次掘进开挖量大，应进行严密爆破设计，并在施工过程不断需根据地质围岩情况进行优化调整，减少一次爆破用药，达到光爆效果，减少对围岩扰动，节省成本。3 适用范围本工艺工法适用于围岩级别为、级的铁路、公路、水工隧道（洞），可供类似地质条件的峒室等参考。4主要引用标准4.1铁路隧道工程施工安全技术规程（TB10304)、铁路隧道工程施工质量验收标准(TB10417)、铁路隧道工程施工技术指南(TZ204)、铁路工程测量规范(TB10101)、铁路混凝土工程施工技术指南(TZ210

4、)、公路隧道施工技术规范（JTG F60）、公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1）、水工隧洞设计规范（SL279）、水工建筑物地下开挖工程施工规范（SL378）。4.2设计图纸、合同文件。5施工方法利用多功能台架作为施工平台，精确测量放样断面轮廓线，按照钻爆设计布置炮孔、钻孔、装药起爆或利用凿岩台车钻孔（根据循环爆破效果随时调整优化钻爆设计），通风排烟恢复作业面空气质量，利用大型的装、出碴设备外运碴体到设计指定位置，推进施工平台开始下一循环的钻眼，同时利用另一台多功能台架进行开挖完成地段的初期支护作业，待仰拱二衬作业面与掘进掌子面拉开一定安全距离后，利用多功能台架超前仰拱一定距离安设防

5、水卷材，利用栈桥、台车（架）组织二衬施工，各工序依次循环推进，不断向纵深掘进。6 工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程施工工艺流程图见图1，多功能施工台架示意图见图2。图1 全断面法施工工艺流程图图2 多功能施工台架示意图（适用单洞双车道高速公路隧道）6.2 操作要点6.2.1 施工准备1施工供风施工供风应按照工程特点、工区划分、工区承担施工长度及同时作业面个数，根据每个工区洞内用风量的大小，独立设置供风系统。同时在计算各供风参数时，应考虑供风过程中风量、风压的损失，计算配置空压机型号和数量。根据计算采用管径适合的钢管，钢管节间法兰盘接头采用石棉衬垫，保证接头严密，不漏风，管路前端至工作面保持

6、30m的距离，钢管与分风器采用50mm的高压软管连接，分风器与凿岩机采用25mm的软管进行连接，保证工作面风动凿岩机风压在0.5MPa以上。2施工供水施工用水尽量在工程位置附近选择水源，以缩短供水线路，并取水样进行水质鉴定，使用符合标准的工程用水，从水源处利用供水主管接至各施工工区，主管钢管接头之间采用法兰盘进行连接，进入工作面以后，采用50mm的高压胶管接至各分水器，并保证工作面凿岩机需用水压。3施工用电施工用电应进行专项施工用电设计，并采用三级配电二级保护方式。长大隧道采用利用10KV高压电缆进洞，变压以后引至各施工工区，变压器的容量采用500KVA，同时应考虑设置了发电机作为后备电源，以

7、确保洞内的正常施工。高压电缆一般采用50mm2，线路按三相五线制进行布置，以满足动力设备及照明的需要，隧道动力设备供电为380V，隧道照明成洞地段采用220V，作业地段照明采用36V。4施工用作业台架准备施工用简易台架（钻孔作业台架、初支作业台架、防水卷材安设台架），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），35天即可加工完成。5超前地质预报进行超前地质预报是决定采用何种掘进施工方法的关键。针对不同地段围岩地质情况和预报目的，进行必要的技术经济比选，选择针对性、适用性强的方法和设备，采用一种

8、或几种方法（地质调查法、超前钻探法、物理勘探法）相结合的方式，达到预报结果基本准确或达到地质预报需掌握地质围岩性质、结构的目的，确定适用的掘进施工方法。6.2.2 施工步骤1测绘断面开挖轮廓。利用洞内装载机基本沿隧道中线端移台架到施工掌子面，检查台架接触隧道底面的稳固性，调整台架前端与掌子面之间的距离，利于施钻。牢靠连接风钻软管至台架上各层的分风器和分水器接头，调试风钻正常准备施工。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

9、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。2布置炮眼。根据钻爆设计布置各类炮眼，并用明显的标志标记在掌子面开挖断面轮廓线内。具体的炮眼布置要求如下所述。3钻爆。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

10、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1020cm。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506055750.80.85硬岩405550600.80.

11、85软质岩304545600.750.8注 表所列参数适用于炮孔深度1.03.5m，钻孔直径4050，药卷直径2035mm； 对开挖成形要求较高时，周边眼间距E应取较小值； 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；E/W：软岩取小值，硬岩及小断面取大值；装药集中度q以装药长度的平均线装药密度计，一般为0.040.4kg/m，过大易破坏光爆壁面，施工中应根据炸药类型和爆破试验确定。（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）起爆顺序及网络光爆爆破时，从掏槽眼

12、开始，一层一层从截面中心向外起爆，最后是周边眼爆破，具体为掏槽眼先爆，接着为辅助掘进眼，再接着为周边眼，最后是底板眼。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，导爆管引出传爆，双火雷管引爆。如图3。图3 全断面起爆网络示意图（6）钻爆过程控制注意事项技术人员以爆破设计图准确标出炮眼位置，特别是周边眼及抵抗线宽度，必须确保在要求的误差内。钻眼要做到“准、平、齐”。装药前，要先用高压风吹孔，清理

13、孔内岩石粉末与积水，防止堵塞。周边眼的药量及结构方式必须按设计装填，并注意孔口炮泥堵塞质量。爆破后由技术人员在现场进行爆破效果分析，并根据实际情况调整设计参数。4施工通风，排除掌子面炮烟及污浊空气，具体通风方式可根据工程特点及掌子面掘进深度等采用压入式、混合式、压出式或巷道式。优先考虑压入式通风，压入式通风有效射程大，冲淡和排出炮烟的作用强；操作简单，只需隔一定距离延长通风管。长距离通风尽量采用串联式轴流风机，风压较大。通风管的选用：为防止风压过大通风管开裂，通风机口200300m采用带钢圈的负压风管。其余采用漏风率低，内摩擦阻力系数小的高强软风管，单节长2030m(为避免通风管过长，出风口距

14、掌子面太远，出风口固定一节510m的短风管)。条件允许的情况下，尽可通选用大直径通风管。通风检算主要从最低允许风速、最多允许工作人数、排除炮烟、稀释内燃机废气四方面考虑。5找顶排除松动岩块可能脱落的安全隐患，出碴设备进场准备装转碴体，此时体现了全断面法机械化程度高的优势，合理组织大功率机械设备，由领工员统一指挥调度，缩短出碴工序时间。6对开挖断面质量进行检查，并进行地质素描和地质状况判定。检查结果满足验收和规范要求，达到合格，方可进行下道工序施工，否则应对开挖轮廓表面局部存在欠挖的部位进行处理，直至合格，进入下道工序。7施工初期支护。锚杆支护可在钻孔台架上与钻爆同时施做，另单独制作结构与钻孔台

15、架相似初支简易台架，挂网和喷砼等剩余支护措施在该初支台架上完成，缩短初支工序施工时间。另外，在围岩地质状况良好未发生变化的情况下，可开挖23个循环后一次利用简易台架按照设计锚喷参数做好初期支护，但如围岩状况有明显变化，应对完成的上循环进尺段立即进行初支，并考虑是否改变开挖施工方法。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

16、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。监控量测量测断面的布置间距按照围岩级别确定，通常级围岩量测断面间距取5m，级围岩量测断面间距取510m，级围岩取1030m，、级围岩视具体地质情况确定。监控量测必测项目一般有地表沉降、拱顶下沉、净空变化及洞内、外观察，常用的量测仪器有水准仪、全站仪、收敛计等，量测频率应根据测量断面距开挖掌子面的距离及位移速度确定，原则上采用较高的频率观测，出现异常情况或不良地质时，应增大监测频率。表2 监控量测项目表序号量测项目量测方法和仪器测点布置测量频率测量精度1水平收敛量测收敛计、反射膜片配合全站仪每1030m一

17、个断面，上下2条基线4个点5mm（01B）2次/d；15（12B）1次/d；0.51 （12B）1次/23d；0.20.5 （25B）1次/3d；0.2 （5B）1次/7d。0.1mm2拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺等每1030m一个断面，1个点1mm注：B隧道开挖宽度，变形速速9结构防排水。在监控量测最终的监测及处理结果显示呈围岩稳定状态后，利用作业台架，进行结构防排水设计措施的施工，施工前应对初支表面进行检查和处理，保证防水设施挂设质量。10仰拱及二衬施工。在掘进掌子面纵深推进至一定安全距离（取200m）后，对设计有仰拱地段，分左右幅或利用栈桥进行捡底、仰拱、填充混凝土浇筑，使初期支

18、护尽早闭合成环，并为顺利运输创造条件。当仰拱超前完成至3050m后准备二衬施工，二衬施工前应确定围岩监控量测结果显示围岩状态稳定后方能开始组织施工。二衬混凝土采用全断面液压模板台车、泵送混凝土灌注。混凝土在自动计量拌合站拌合，混凝土罐车运输。7劳动力组织应根据开挖断面大小，机械化程度高低及作业空间能否允许各主要工序间开展平行作业或影响各主要工序间开展平行作业程度等因素来确定劳动力配置，就单工作面来说，列举以下两种较有代表性的劳动力组织，其一是单洞单线普通铁路隧道劳动力组织如表2，供参考；二是单洞两车道高速公路隧道劳动力组织如表3，供参考。表3 某单洞单线单工作面普通铁路隧道劳动力组织表(两班制

19、)序号工种作业内容人数备注1开挖工钻孔、装药、找顶安设锚杆等31配置15台钻2初支工安设锚杆、安设网片、架立拱架等113喷射工喷射砼114二衬班挂设防水卷材、矮边墙施工、台车衬砌191部9m台车5其他管路工、文明施工、零星材料倒运86电工负责供配电27测量工施工测量放样3现场技术负责1名8试验员负责砼质量的检查和调整、制作同条件试件19现场领工统一调度、组织施工安排、210专职质检员质量检查、指导111专职安全员安全巡视、检查、排除112各类机械司机装载机、挖掘机、汽车司机、输送泵等7合计96表4 某单洞双车道高速公路隧道单工作面劳动力组织表（两班制）序号工种作业内容人数备注1开挖工钻孔、装药

20、、找顶安设锚杆等52配置15台钻2初支工安设锚杆、安设网片、架立拱架等243喷射工喷射砼174二衬班挂设防水卷材、矮边墙施工、台车衬砌261部12m台车5水电槽班施工水沟电缆槽186其他管路工、文明施工、零星材料倒运127电工负责供配电28测量工施工测量放样3现场技术负责1名9试验员负责砼质量的检查和调整、制作同条件试件110现场领工统一调度、组织施工安排、211专职质检员质量检查、指导112专职安全员安全巡视、检查、排除113各类机械司机装载机、挖掘机、汽车、输送泵等18合计1778 主要机具设备根据工作面配置的各工种劳动力、断面大小、循环进尺、循环时间及施工组织目标等因素，科学合理经济地进

21、行主要机具设备的配置，充分体现全断面法施工机械化程度高、掘进速度快的特点。对应上述劳动力配置，亦列举以下两种较有代表性的主要机具设备配置，其一是单洞单线普通铁路隧道主要机具设备配置如表4，供参考；二是单洞两车道高速公路隧道主要机具设备配置如表5，供参考。表5 某单洞单线单工作面普通铁路隧道主要机具设备种类机械名称型号、规格能力单位数量备 注钻孔类空压机20m3台3作业台架自制台1钻孔施工平台风 枪YT-28台15钻孔、安设锚杆装运渣类挖掘机PC220台1装渣装载机WA320-3 2.1-3.21m3台1放炮后收渣、拖台架小型自卸汽车10m3台5洞内出渣通风类轴流通风机255KW台1安置在洞口通

22、风通初支类作业台架自制台1喷射砼施工平台湿喷机TK550台2喷射砼交流电焊机台2铺设网片点焊用砼砼二衬类作业台架自制台1挂设防水卷材砼罐车9m3台35根据运输距离调整输送泵HB400HBT60C台1衬砌台车9m台1监监控测量类全站仪莱卡TS02台1带反射膜片进行监控量测水准仪索佳C32台1塔 尺5m个2表6 某单洞双车道高速公路隧道单工作面主要机具设备种类机械名称型号、规格能力单位数量备 注钻孔类空压机20m3台6-8作业台架自制台1钻孔施工平台风 枪YT-28台25钻孔、安设锚杆装运渣类挖掘机WA320-3台1装渣装载机WA320-3 台1放炮后收渣、拖台架大吨位自卸汽车20t以上台69洞内

23、出渣，根据运输距离调整通风类轴流通风机2110KW台1变极多速调节通初支类作业台架自制台1喷射砼施工平台湿喷机TK550台2喷射砼交流电焊机台2铺设网片点焊用砼砼二衬类作业台架自制台1挂设防水卷材砼罐车9m3台58根据运输距离调整输送泵HBT60C台1放置在二衬作业面监监控测量类全站仪莱卡TS02台1带反射膜片进行监控量测水准仪索佳C32台1塔 尺5m个29 质量控制9.1易出现的质量问题易出现的断面超欠挖现象。9.2 保证措施9.2.1 现场技术人员必须有高度责任心，精确控制断面中线、标高，准确测绘断面轮廓线，断面轮廓与设计轮廓基本一致并认真按照钻爆设计点画布置炮眼。周边眼位置必须布设在断面

24、轮廓线上，间距50cm，允许误差5cm。钻眼力求“准、平、齐”确保钻眼深度一致，深度允许误差5cm。9.2.2现场技术人员应认真，指导风钻手司钻，司钻手要定岗定位，掏槽眼、底板眼、辅助眼、周边眼(又分拱部、左边墙、右边墙)都专人负责。并及时对上循环的超欠挖进行纠正处治。9.2.3 爆破工装药应按钻爆设计进行，严禁随意增减药量，准确控制起爆顺序及周边眼孔药量，周边眼必须采用20小药卷对于围岩坚硬地段可适当增加一卷药作底药，所有炮孔均应用炮泥塞，以保证爆破效果。同时，爆破工装药前应检查钻眼质量，对不合格孔眼有权要求开挖工重钻，直至符合要求为止。9.2.4 相关作业人员必须严格贯彻执行钻爆设计的主题

25、思想。因围岩变化或其它客观需要调整钻爆参数，必须经过主管技术人员调查认可。9.2.5 周边眼痕迹保存率硬岩不小于80%，中硬岩不小于70%，软岩不小于50%；超挖、欠挖量控制在设计范围内（局部允许欠挖5cm，欠挖范围每1m2内不大于0.1m2）；拱脚和墙脚以上1m范围内严禁欠挖。基本消灭两茬炮之间的错台。10 安全措施10.1主要安全风险分析全断面法施工对地质岩体强度和完整性要求较高，围岩自稳能力强安全性较高，施工机械化程度高，但也要注意大埋深高应力引发的岩爆及地质岩性情况的突变等引发的施工安全风险，以及爆破后松动岩块的垮落、大型机械设备操作运行过程对作业人员安全影响、爆破器材运输到现场装药前

26、的临时管理等风险源，对这些安全风险应进行安全风险的评估，提出相应的风险处理措施，编制施工应急预案。10.2 保证措施10.2.1坚持安全交底制度和班前安全教育制度，提高进场作业人员的安全意识，增强应对发生危险的处理技能。10.2.2将超前地质预报纳入工序管理，及时掌握掌子面前方地质围岩变化情况，及时变更采取适应的应对技术措施及相应的施工方法。10.2.2为确保循环施工安全，爆破后找顶排险要分三次进行。出碴前挖掘机对开挖轮廓拱部以上进行第一次排险，确保装碴设备的安全，出碴完后挖掘机对开挖轮廓、掌子面第二次机械排险，清除大块危石；台架就位后，风钻手对开挖轮廓、掌子面进行第三次全面、细致地人工排险。

27、10.2.3出碴大多是大吨位车辆(一般都在20t以上)，车辆接近洞内作业人员，尤其是养路工时，工人的安全受到威胁，为确保作业人员的安全，除了进行认真、细致的安全教育外，还应为养路工等洞内作业人员统一着装鲜艳、带有反光条的养路工服。10.2.4爆破器材的使用应遵守现行的中华人民共和国民用爆破物品管理条例。爆破器材的加工，在洞外的加工房中进行，若洞口距工作面超过1000m时，可在适当地段设立洞内加工房。但存储药量仅限于当班用量。进行爆破器材加工和爆破作业的人员，严禁穿化纤衣物。在爆破物品运输到掌子面，准备装药前应设置临时储管箱，并加锁，由爆破工看管，装药时再打开储管箱定量发放。未用完的爆破物品由爆

28、破工亲身押送归返药库。10.2.5加强通风，洞内照明采用透雾力强的高压钠灯，道路平整、无积水是运输安全的必要条件。保持良好的空气质量和司机视线的清晰度。10.2.6现场施工作业人员安全防护用品要有效、齐全，并按有关规定佩戴、使用。 10.2.7加强电力动力线路、照明线路的规整，并注意定期检查电力线缆的完好性，防止漏电、触电事故的发生。11环保措施11.1成立相应的节能减排领导小组，制定节能减排制度、技术措施及奖惩制度，明确各部门在节能减排工作中的职责分工，并配备一定数量的节能减排设施和技术人员，负责检测、检查、督促各项节能减排工作。11.2从优化施工方案入手，合理配备使用各种资源，积极推广新材

29、料、新工艺和新技术。施工中使用技术先进的通风机及风筒，降低用电量。11.3施工现场合理设置沉砂池、沉淀池、过滤池等处理施工用水，处理后水质达到经试验满足要求后再重复使用，达到节约用水的目标。11.4隧道现场成洞地段照明，应采用节能灯等能耗低、亮度大的照明设施。11.5在设备选型时应选择低污染设备，并安装空气净化系统；运输车辆进入生活区，应低速慢行，散装物应进行覆盖，以减少空气污染。加强机械保养维修，降低机械噪声和废气排放。11.6采取综合措施，实施“四化”防尘作业，以此提高洞内的作业环境，确保洞内的粉尘含量不超过2mg/m3标准。“四化”为湿式凿岩标准化、机械通风经常化、喷雾洒水正规化、人人防护普遍化。11.7报废材料或施工中的挖除材料立即运出施工现场并进行掩埋处理，对边角料、水泥袋、包装箱，等及时收集清理并搞好现场卫生，以保护自然环境与景观不受破坏。11.8对弃碴场，应按照设计要求实施工程防护，弃碴完成后，应采取措施进行填土复耕，防止水土流失，保护生态环境。12 应用实例12.1工程简介由中铁一局集团第五工程有限公司承建的西康高速秦岭终南山特长公路