工程5#洞库隧道施工作业指导书编

第1页共11页6207工程5#洞库隧道施工作业指导书编制：复核：审批：福铁建设集团福州分公司6207工程项目部二OO四年一月十五日第2页共11页序根据6207工程5#洞库施工设计图资料，结合赣龙线蛟洋隧道工程施工情况，该洞库拟采用新奥法隧道施工工艺施工。为使该洞库施工顺利进行，特编制此作业指导书。一、新奥法施工简介长期以来，隧道设计都认为支护结构的作用仅是被动地将可能坍塌下来的全部岩块支承起来，新奥法摒弃了这种传统的支护概念，在对围岩岩体力学研究的基础上，根据在岩体中开挖隧道从变位产生到岩体破坏要有一个时间效应的性质，适时地构筑柔性、薄壁、能与围岩贴紧的支护结构来保护围岩自身的承载能力，使围岩本身成为支护结构的重要组成部分。一般在较好的围岩中可将喷混凝土作为主要的支护手段，辅以锚杆加固；而在较差的围岩中，则以锚杆并与钢筋网喷混凝土或加钢拱的钢筋网喷混凝土配合使用。新奥法隧道施工是采用以喷锚作初期支护，模注混凝土为二次支护的复合衬砌；围岩荷载由围岩本身和喷锚网格栅等柔性支护共同承担，二次衬砌只作为对付特殊荷载和安全储备或装饰的作用。新奥法的核心是在围岩扰动过程中尽量使扰动面平顺(光面爆破手段)，使围岩应力均匀重分配，以提高围岩的自承载能力，在量测监控的指导下，选择适时的时机施以一定的支护限制围岩的过度松弛变形。采用新奥法施工的隧道，通过现场监控、量测信息指导施工，即通过对隧道施工中量测数据和对开挖面的地质观察等进行预测、预报和反馈。并根据已建立的量测为基准，对隧道施工方法(包括特殊的、辅助的施工方法)、断面开挖步骤及顺序、初期支护的参数等进行合理的调整，以确保施工安全、坑道围岩稳定、工程质量和支护结构的经济性等。新奥法施工的基本原则是“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。二、光面爆破技术为了减少开挖，使爆破形成平整的开挖面，由开挖面中部向外侧依次顺序起爆的爆破方法叫光面爆破。光面爆破是新奥法的第一要素，实施光面爆破可减弱对围岩的扰动，减少松动范围，控制超欠挖，使得开挖轮廓圆顺，利于喷射混凝土厚度和表面平整度的掌握，为保证喷射混凝土的质量打下了基础。另外也使布设排水盲沟和铺设防水板更加方便，质量更容易得到控制。因此，光面爆破是保证隧道施工质量、安全和进度的一个关键技术措施，对企业的经营效益也影响很大。为切实搞好光面爆破，实现“杜绝欠挖”，必须确定合理光爆方案，实行程序化、标准化作业，加强全过程的质量管理。2.1爆破方案的确定由上海铁路建设(集团)有限公司施工的赣龙线蛟洋隧道工程钻爆均采用7655型手持凿岩机钻孔，2#岩石硝铵和乳化炸药，导爆索非电毫秒雷管起爆和微震光面爆破技术。实践证明，非电起爆系统解决了洞内杂散电流大，使用电雷管所生产的危险，并可基本上消灭瞎炮，为解决起爆顺序等问题提供了条件。具体爆破方案根据不同的围岩情况而制定：(1)洞口浅埋段：围岩风化严重，破碎程度高，自稳能力很差，采用台阶法施工，利用拱部、边墙分次微震光面爆破技术开挖。(2)断层段：原设计采用短台阶法开挖，以开挖过程的地质调查第3页共11页情况来看，围岩虽然较破碎，但岩层的自稳能力较好，且围岩常时好时坏，考虑到施工进度及现有的施工机械设备条件，最终决定采用了全断面微震光面爆破开挖方案，为减轻爆破对围岩的扰动，采取了一些措施：短进尺，每排炮的进尺均控制在超前小导管的作用范围内；密打眼，少装药，严格控制单响起爆药量。(3)洞口V级围岩段岩层风化破碎程度严重，白稳能力很差，采用预留核心土、环形爆破开挖方案。该方案的优点是：环形开挖周边眼间距小，一次装药量少，对周边围岩震动较小，同时，先开挖出的环形槽，为后续主体部分爆破起到了较好的减震作用。(4)IV级围岩段采用短台阶法开挖，拱部光面，边墙预裂方案。(5)II级、III级围岩段采用全断面光面爆破方案。2.2光面爆破的关键技术一般认为光面爆破原理是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击波相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉力，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心边线上形成裂缝，随后，爆炸气的膨胀使裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。根据这一工作原理，要使光面爆破取得良好效果，需掌握以下几个技术要点：(1)根据围岩特点，选定合理的周边眼常用参数。①周边眼间距E它是直接控制开挖轮廓面平整度的主要因素。一般情况下E=(12～15)d，其中炮眼直径d=42mm。对于节理发育，层理明显的地段，周边眼间距可适当减小，也可在两炮眼之间增加一个不装药的导向空眼。②最小抵抗线WW值直接影响光面爆破效果和爆碴块度。其取值在(13～22)d范围内，且W施≥E。③周边眼密集系数K取K=E／W④装药集中度q根据不同的围岩情况选定，围岩较好取大值，软弱破碎围岩地段应取小值。蛟洋隧道的周边眼常用参数，根据隧道的地质情况以及以往的施工经验，最终取值。(2)采取合理装药结构尽可能使炸药沿孔深均匀分布。隧道周边眼爆破均采用空气间隔装药结构，导爆索串线。其中软弱围岩地段采用双传爆线和隔眼装药结构，其他眼均采用连续装药结构。(3)科学选择炮眼布置方式，选用合适的掏槽形式，合理安排起爆顺序。光面爆破进行隧道开挖的关键之一是掏槽，即在只有一个临空面的条件下(全断面一次开挖也是一个临空面)首先开挖一个槽口，作为其余部分的新的临空面，这个槽口就称为掏槽，掏槽对开挖爆破的成败好坏影响很大。除掏槽所需的掏槽眼外，炮眼还有掘进眼，掘进眼包括辅助眼、周边眼、底板眼。一般周边眼(包括内圈眼)按环形布孔，其余掘进眼按线性布孔。硬岩深孔爆破选宽孔距、小抵抗布孔方式。掏槽形式，视炮眼与开挖面垂直与否，分直眼掏槽和斜眼掏槽两类。蛟洋隧道采用斜眼掏槽，并将传统的掏槽部位上移，底部增加底眼，以提高爆破效果。合理安排爆破顺序，使爆破按掏槽、掘进、底板、边墙和拱部、拱脚顺序进行，以便为掘进、内圈、周边眼逐次开辟临空面。实现顺序起爆的手段是采用非电毫秒延期雷管分段起爆，为保证起爆顺序的精确性，毫秒雷管跳段使用。2.3光面爆破施工工艺(1)放样布眼钻眼前，测量人员用红油漆准确绘出开挖断面的中线(开挖方向线)和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不得超过5cm。(2)定位开眼此隧道采用7655型手持凿岩机钻孔。人员就位后要严格按炮眼布置图正确钻孔，对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差要控制在3cm到5cm以内。(3)钻眼按照不同孔位及钻工的施钻习惯，将钻工定点定位，钻工要熟悉炮眼布置图，对周边眼一定要由有较丰富经验的老钻工司钻，左侧周边眼应由习惯用左手司钻的钻工司钻。要有专人指挥，确保周边眼有准确的外插角，使两茬炮交界处台阶不大于15cm。同时，根据眼口位置和岩石的凹凸程度调整炮眼深度，保证炮眼底在同一平面上。(4)清孔装药前，必须用高压风将炮眼内的石屑、泥岩刮出吹净。(5)装药装药需分片分组，按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”。(6)联结起爆网路起爆网路为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆索的连接方向和连接点的牢固性，导爆索应正接，且侵第4页共11页入角应大于90°；各炮眼雷管连接次数应相同；导爆雷管连接时，引爆雷管的聚能穴应指向导爆管的尾部，也就是常说的反绑连接。网路联接好后，要有专人负责检查。(7)非点炮人员撤离至安全区后才能引爆，爆破后，如有瞎炮，要由爆破员进行专门处理，并及时检查光爆效果，分析原因，调整爆破设计。2.4光面爆破的质量控制光面爆破与传统的爆破法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩自身的稳定性，确保施工安全及减少超、欠挖。因此，减少超欠挖是光面爆破质量控制的关键。根据蛟洋隧道的特点，我们采用以下几项措施：(1)根据地质情况，采取不同的措施控制地层节理对超欠挖的影响。据以往施工经验，对水平或缓倾岩层，一般拱部超挖较大，而边墙则易出现欠挖，且成形较差。对垂直层理，拱腰和拱脚处易出现欠挖。对倾斜层理，一般超欠挖和成形都较易控制，但在沿纵向某些部位则容易产生松动掉块，增大超挖量。针对以上情况，通过调整周边布眼参数，装药参数或其它辅助方法等措施来控制超欠挖。①在水平层理地段根据层厚情况，V级围岩地段拱部炮眼可内移5～lOcm。Ⅱ、Ⅲ级围岩拱部则减少装药，边墙部位周边适当加密炮眼，减少单孔线装药量。②在垂直层理地段，适当减弱边墙部装药量，拱部周边眼药量相对边墙略大。③在倾斜层理地段，应尽量使周边眼全长均匀装药，在周边局部采取一些辅助措施。④尽量避免沿层理面钻孔，重视做好喷锚网等初期支护。(2)优化周边眼装药方法Ⅱ、Ⅲ级围岩地段实行空气间隔装药，导爆索串联，岩石整体性好时，可适当增加药量；在软弱破碎围岩地段，应减小装药量，周边眼可隔眼装药或只装导爆索。(3)严格控制作业质量①提高测量放样精度和钻孔精度，钻眼前要定出隧道掘进方向，以便于钻工掌握周边眼的外插角，也可利用激光指向仪辅助钻孔定向，并应重点加强司钻工的操作水平和责任心。②以往施工发现，由于现有风枪的结构特点，常会出现“左欠右超”的现象，测量人员在放线时可适当加以调整消除。(4)加强现场管理，实行程序化、规范化、标准化作业。通过现场对光面爆破的效果检查，光面爆破的预定目标得到了实现。2.5光面爆破的实际效果此隧道实施光面爆破后的效果如下:(1)超欠挖：爆破后的轮廓线圆顺平整，根据全站仪所作的断面图，平均线性超挖9.8cm，无欠挖；(2)炮眼利用率：98％；(3)炮眼保存率：92％：(4)石碴块径：一般不超过40cm，最大60～70cm：(5)两茬炮的台阶尺寸平均8cm，最大14cm。三、隧道出口段进洞施工进洞要按“先排水，再进洞，统筹安排，减免干扰”的原则进行。进洞施工前应先做好边仰坡临时截水天沟(截水天沟距边仰坡开挖线边缘不小于5m)，并清除洞口危石，以免危及施工及运营安全。洞口施工应尽量避开雨季。进洞开挖采用上、下导坑分部开挖法，上台阶掘进5m时，进行下台阶施工。在进行上导坑开挖前，先进行边仰坡锚喷加固，随后在洞口拱部沿着开挖轮廓线布设两层超前锚杆，使拱部开挖形成一个巩固圈。然后紧贴洞口按50cm间距架立两片工字钢架(工14)，超前锚杆尾部和工字钢架焊接，于钢架内缘挂模喷射C20混凝土形成假拟洞口。最后在棚状预支护环的保护下，进行开挖进洞(洞门支护见图4)。洞口部分为V级围岩，采用曲墙式衬砌。进洞施工要严格遵守“早预报，勤量测，管超前，弱爆破，短进尺，快封闭，紧衬砌”的原则，做到稳打稳扎，步步为营。其具体施工步骤如下：(1)洞口土石方开挖前，施工洞顶临时截水沟，将水引入小河。(2)洞顶截水天沟和成第5页共11页洞面的临时防护是防止地表水渗入开挖面，影响成洞面稳定的关键措施。洞口顶部地表的凹坑，采用粘土填平，使其排水顺畅，防止地表水渗入开挖面，影响边坡和成洞面的稳定。在进行上导坑施工前应对洞口衬砌外3m范围内的边仰坡进行钢筋网锚喷加固。锚杆采用Φ22mm，长4.Om，环向间距1.Om，纵向间距1.Om，梅花型布置。钢筋网采用纵向Φ6mm，间距20cm，环向Φ8mm，间距20cm。(3)洞口土石方的开挖要分阶段、分块、分层进行。第一阶段先挖至设计成洞面位置，第二阶段进行洞顶仰坡、土石方开挖。第一阶段第一层只挖至隧道上下台阶分界线，预留进洞台阶，并对坡面作锚喷临时支护。(4)进行洞口上台阶部位及以上土石方开挖，先进行边仰坡放样，采用人工配合机械的方法，自上而下逐段开挖，不得掏底开挖或上下重叠开挖。挖至设计成洞面位置，并进行成洞面临时防护。(5)监控量测：进洞前，洞顶应至少布设二个断面的观测点，规范进行监控量测，并提前做好土质分析试验。收集地表下沉、洞内围岩收敛、拱项下沉的数据变化情况，发现问题及时处理。(6)测设隧道洞口开挖断面轮廓线，按设计位置钻孔安装两层超前锚杆。(7)紧贴成洞面按50cm间距架立两榀工字钢拱架，超前锚杆和钢拱架牢固焊连，并于钢拱架内缘挂模喷射20cm厚C20混凝土，完成套拱施工。(8)在套拱、超前锚杆的保护下，按循环进尺0.5m进行洞口上台阶(共分