隧道洞身开挖施工工艺

隧道洞身开挖施工工艺本标段隧道根据地质情况洞门、明洞段采用明挖法。暗挖段按新奥法原理组织施工，施工方法根据工程地质和水文地质条件，开挖断面大小、衬砌类型、埋深、隧道长度、工期要求及环境制约等因素综合研究确定。本标段隧道为双线隧道，正洞洞身段Ⅱ级围岩采用全断面法，Ⅲ级围岩采用台阶法施工，Ⅳ级围岩采用三台阶法施工（土质地段采用三台阶临时仰拱法），Ⅴ级围岩深埋地段采用三台阶临时横撑（临时仰拱）法施工，Ⅴ级围岩土质地层、断层破碎带、偏压带、浅埋段采用三台阶临时仰拱法施工。施工时加强地质超前预报，提前采取各项开挖方法和支护措施。Ⅱ、Ⅲ级围岩开挖采用光面爆破，Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖采用预裂爆破法或光面爆破，人工配合机械开挖，严格控制超欠挖。1、全断面法施工全断面法利用多功能作业台车配合手持风钻钻孔，楔形掏槽，塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆，应用光面爆破技术。全断面开挖法施工流程示意图见下图：全断面法施工示意图2、台阶法施工台阶法（或加临时仰拱）开挖采用多功能作业台车配合风钻钻眼，塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。上台阶由挖掘机扒碴，下台阶用装载机装碴，出碴采用无轨运输，装载机装碴，自卸车运碴；隧道开挖后及时施作初期支护，仰拱施工紧跟。台阶法（或加临时仰拱）施工示意见下页图。施工步骤：1—全断面开挖2—初期支护3—全断面二次衬砌1（3）（2）1台阶法（或加临时仰拱）施工工序示意图施工工序:1）弱爆破开挖①部；施作①部周边的初期支护：初喷混凝土，铺钢筋网，架立钢架（设锁脚锚杆），钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；施作下一循环超前支护（仅用于有超前支护情况）；2）架设①底部临时横撑（此步仅适用于台阶法加临时横撑）；3）弱爆破开挖②部；施作边墙初期支护：初喷混凝土，铺钢筋网，架立钢架（设锁脚锚管或锚杆），钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；4）弱爆破开挖③部；施作隧底喷混凝土（仅适用于仰拱底部设计有喷混凝土时），必要时在墙脚处设置临时横撑（图中未示）。3、三台阶法施工施工顺序：超前支护→上台阶开挖→上台阶初期支护→中台阶开挖→中台阶初期支护→下台阶开挖→下台阶初期支护→仰拱开挖→仰拱、填充→拱墙衬砌。开挖方法：岩石地段采用多功能作业台架风动凿岩机钻眼；黄土地段采用人工辅以铣挖设备开挖，必要时风钻钻孔弱爆破。施工时先开挖上台阶，待开挖达到一定长度后再开挖中台阶及下台阶，形成上中下三个台阶同时并进施工，及时进行支护，封闭成环。施工步序见下页“三台阶法施工工序示意图”。台阶法施工工序横断面示意图隧道中线锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管型钢钢架或格栅钢架I18临时横撑（必要时设置）I18临时横撑（必要时设置）2-13IVVI12-2VIVIVVIVIVIVI三台阶法施工工序示意图4、三台阶预留核心土法施工施工顺序：超前支护→上台阶开挖→上台阶初期支护→上台阶核心土开挖、中台阶左侧开挖→中台阶左侧初期支护→中台阶右侧开挖→中台阶右侧初期支护→中台阶核心土开挖、下台阶左侧开挖→下台阶左侧初期支护→下台阶右侧开挖→下台阶右侧初期支护→下台阶核心土开挖→仰拱开挖、初期支护→仰拱、填充→拱墙衬砌。开挖方法：岩石地段采用多功能作业台架风动凿岩机钻眼；黄土地段采用人工辅以铣挖设备开挖，必要时风钻钻孔弱爆破。施工时先开挖上台阶，待开挖达到一定长度后再开挖中台阶及下台阶，形成上中下三个台阶同时并进施工，及时进行支护，封闭成环。施工步序见“三台阶预留核心土法施工工序示意图”。三台阶预留核心土法施工工序示意图Ⅰ-超前支护；2-上台阶开挖；Ⅲ-上台阶初期支护；4-中台阶开挖Ⅴ-中台阶初期支护；6-下台阶开挖；Ⅶ-下台阶初期支护；8-隧底开挖及支护；Ⅸ-仰拱混凝土；Ⅹ-填充混凝土；Ⅺ-拱墙衬砌混凝土246ⅠⅢⅪⅩⅪⅢⅠ246ⅦⅨ仰拱栈桥Ⅹ5～8m6～12m5～8mⅤⅤⅦ5、三台阶临时仰拱法施工施工顺序：超前支护→上台阶开挖→上台阶支护、临时仰拱→中台阶开挖→拆除临时仰拱、中台阶支护→下台阶开挖→下台阶支护、临时仰拱→仰拱开挖、支护→拆除临时仰拱→仰拱、填充→拱墙衬砌。开挖方法：采用人工辅以铣挖设备开挖，必要时风钻钻孔弱爆破，台阶长度3～5m；各台阶开挖后及时封闭掌子面，喷、网、锚及钢架联合支护作业，施作临时钢架横撑；量测要及时紧跟，及时分析反馈，指导施工。施工步序见下“三台阶临时仰拱法施工工序示意图”。台阶临时仰拱法施工工序示意图6、双侧壁导坑法施工双侧壁导坑法开挖，坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则进行施工。双侧壁导坑法施工示意见下页图。Ⅰ-超前支护；2-上台阶开挖；Ⅲ-支护、临时钢架；4-中台阶开挖；Ⅴ-拆除临时仰拱、支护；6-下台阶开挖；Ⅶ-支护、临时钢架；8-隧底开挖、支护Ⅸ-拆除临时仰拱Ⅹ-仰拱、填充；Ⅺ-拱墙衬砌246ⅠⅢⅪⅩⅪⅢⅠ246ⅦⅨ仰拱栈桥Ⅹ3～5m6～10m3～5mⅤⅤ88ⅦⅨ双侧壁导坑施工工序示意图施工工序:1）弱爆破开挖①部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面（必要时）；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，铺设钢筋网，架立初支型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚管；安装I18横撑；钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；施作①部导坑周边下一循环的超前支护。2）在滞后于①部一段距离后，弱爆破开挖②部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面（必要时）；导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网；接长型钢钢架和I18临时钢架，设锁脚锚管；钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度，侧壁导坑封闭成环。3）在滞后②部一段距离后，弱爆破开挖③部并施作导坑周边的初期支护、临时支护及下一循环超前支护，步骤及工序同1。4）自滞后于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2。5）弱爆破开挖⑤部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面；导坑周边初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，架设拱部型钢钢架，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。6）在滞后⑤部一段距离后，弱爆破开挖⑥部。7）在滞后⑥部一段距离后，弱爆破开挖⑦部。8）在滞后⑦部一段距离后，弱爆破开挖⑧部。隧道中线I18横撑I18横撑侧壁设置?8钢筋网间距20cm*20cm侧壁设置?8钢筋网间距20cm*20cmI18临时钢架竖撑I18临时钢架竖撑?22定位锚杆（L=2m）锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管?42小导管（L=4.5m，环向间距0.5m）（L=4.5m，环向间距0.5m）?42小导管123456789XIXXXXIIXII型钢钢架XIIXIIXII9）在滞后⑧部一段距离后，弱爆破开挖⑨部；隧底周边部分初喷4cm厚混凝土，架设仰拱型钢钢架，使整个衬砌钢架封闭成环。7、正洞钻爆设计1）参数选择隧道采用光面爆破。光面爆破综合地质条件、开挖断面、开挖进尺及合理选择爆破器材等方面进行设计，选用乳化炸药，塑料导爆管非电起爆，毫秒微差有序起爆，激发针引爆。钻爆设计根据光面爆破效果不断优化爆破参数。各光面爆破参数如周边眼间距(E)、最小抵抗线(W)、相对距(E/W)和装药集中度(q)等，采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验确定，在无条件试验时，可选用下表参数。洞口附近爆破施工严格控制单段装药量，降低震速，确保周边民房及其他构筑物的安全。光面爆破参数参数岩石类型饱和单轴抗压限强度Rb(MPaa)装药不偶合系数D周边眼间距E(cm)周边眼最小抵抗线W(cm)相对距E/W周边眼药集中度q(kg/m)硬岩＞601.2～1.5.55～7070～850.8～1.00.30～0.35中硬岩30～601.50～2.0045～6060～750.8～1.00.20～0.30软岩≤302.00～2.5030～5040～600.5～0.80.07～0.15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取较小值。3）周边眼抵抗线W值在一般情况下均大于周边眼间距E值。软岩在取较小E值时，W值适当增大。4）E/W：软岩取小值，硬岩及断面小时取大值。（1）掏槽孔Q1=η•L•r式中：η——炮孔装药系数，取η=0.9；L——孔深，LIII=3.2m、LIV＝2.2m、LV＝1.1m；r——每米长度炸药量，r=0.78kg/m经计算QIII=2.24kg，取2.2kgQIV、V=1.54kg，取1.5kgQV=1.19kg，取1.1kg（2）辅助孔QIII=η•L•r=0.8×3.1×0.78=1.93kg取QIII=1.9kgQIV、V=η•L•r=0.8×2.1×0.78=1.31kg取QIV、V=1.3kgQIV、V=η•L•r=0.7×1.6×0.78=0.87kg取QIV、V=0.9kg（3）光爆孔通常为辅助孔的1/3～1/4，取QIII＝0.6，QIV、V=0.4kg，QV=0.3kg辅助眼装药从提高循环进尺、减少抛掷量和降低炸药单耗等方面考虑，采用空气柱装药。底板眼装药参考辅助眼装药布置。装药布置如下图所示。空气柱装药结构示意图周边眼装药量及装药布置：因为本隧道采用1#岩石乳化炸药，现场施工装药情况，截中分开。采用空气间隔装药，装药布置如下图所示。空气间隔装药结构示意图2）施工工艺与方法光面爆破施工工艺流程图见下页图。（1）测量测量是控制开挖轮廓准确度的关键。每一循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置，在直线段安设激光导向仪，以减少测量时间及确保开挖轮廓线精度。（2）钻孔钻孔用采用YT28风枪，并按以下要求钻孔。a）按照炮眼布置图正确对孔和钻进；b）掏槽眼比其它眼深10cm，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm；c）辅助眼眼口排距、行距误差不大于10cm，周边眼眼口位置误差不得大于5cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm；d）周边眼位置在设计断面轮廓线上，要严格控制外插角，外斜率不得大于5cm/m；空气柱雷管药卷炮泥炮泥空气柱空气柱装药结构示意图雷管药卷竹片和导爆索空气空气间隔装药结构示意图炮泥e）开挖面凹凸较大时，按实际情况，调整炮眼深度，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上；f）钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，才能装药起爆。（3）清孔装药清孔φ25钢管输入高压风吹出孔内残渣和泥浆进行清孔。装药按照自上而下顺序填装，雷管要分段对号入座。周边孔装药量较小，采用小直径药卷间隔装药，用竹片固定药卷，用导爆索、非电毫秒雷管起爆；辅助孔和掏槽孔采用连续装药，非电毫秒雷管起爆。（4）堵塞按照爆破设计装药，堵塞炮泥60厘米。所有炮眼装药完毕后，连线起爆。（5）联结起爆网路光面爆破设计测量放线台车或台架就位钻孔钻孔质量验收装药与堵塞连接起爆网路起爆通风危石处理清理钻孔装药计算与装药结构爆破器材准备爆破网路检查设置警戒准备塞材料光面爆破效果与质量检查光面爆破施工工艺流程图为了保证起爆准确可靠，采用塑料导爆管传爆雷管复式网路，即每处传爆雷管都用2发。连线时导爆管不打结不拉细；联结的每簇雷管个数基本相同且不超过20个。传爆雷管用黑胶布缠好。网路联好后由专人检查验收，无误后方可起爆。网路连接见下图。爆破网路连接图3）光爆效果评价（1）光面爆破或预裂爆破的炮眼痕迹保存率，硬岩不小于80%，中硬岩不小于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：对钻爆设计资料，观察、目测炮眼痕迹保存率。（2）隧道开挖断面允许超挖值和检验方法符合下表。各级围岩允许超挖值围岩级别开挖部位ⅠⅡ～ⅣＶ～Ⅵ检测数量检测方法拱部平均线性超挖10平均线性超挖15平均线性超挖10每一开挖循环检查一个断面激光断面仪、全站仪测量周边轮廓线，绘断面图与设计断面核对最大超挖值20最大超挖值25最大超挖值15边墙平均10平均10平均104）光面爆破设计（1）爆破设计原则图6.6.3-6起爆网络图20炮孔导爆管连接雷管黑胶布连接雷管导爆管ⅠⅠA详图导火索连接雷管导爆管引爆火雷管B详图导爆管黑胶布连接雷管Ⅰ-ⅠB