隧道开挖方案设计

1.线路概况招兵沟隧道地处河北省承德市丰宁县胡麻营沟乡境内，设计为双线隧道。进口里程为DK217+694，出口里程为DK218+000，全长306m。正洞围岩情况：Ⅴ级围岩占47%，Ⅳ级围岩占28%，Ⅲ级围岩占25%。该隧道为曲线隧道，隧道内纵坡为单向上坡。隧道出口处植被较茂盛，地表土层相对较厚。隧道出口位于山谷，交通不便，洞口和弃碴场需自523县道新修施工便道约3.3km。现场施工场地较为狭小，均需移挖作填，临建土方工程较大。施工所用水源采用自钻井，施工场地较为狭小，无不良地质状况。本隧道位于燕山山脉西段低中山区，区内山峰林立资源丰富，地表水较为丰富，生态环境脆弱，施工期间需做好环境保护，水土保持工作，设置环保机构和专职环保人员，针对便道、弃土、弃碴等临时工程制定详细的保护方案，贯穿整个施工期间。1.1地形地貌地形起伏较大，山上植被覆盖较少。隧道进出口处自然坡度20°～45°，自然条件不好。1.2工程地质隧道地层岩性：隧道地层为片麻岩。洞身主要位于片麻岩中，灰色，弱风化，节理裂缝隙较发育，岩体呈块状、碎石状结构。1.3水文地质本隧道地下水类型主要为基岩裂隙水。基岩裂隙水：由于该隧道围岩多为片麻岩，雨季地下水会对施工造成较大影响。2.隧道开挖方案2.1明洞及洞门开挖方案明洞段开挖先进行仰坡锚喷加固后，采用明挖的方式进行开挖洞门为翼墙式洞门（w=170）。洞口结构段施工测量放样，确定洞口准确位置。并详细计算各段的坐标及尺寸，做好与之相应的模板及支撑的设计。2.2进洞方案首先开挖并施作洞口边仰坡截水沟，以截排地表水，截水天沟距边仰坡开挖边缘不小于10m，沟底纵坡不小于1‰。排水沟与路基排水系统相衔接。机械或人工不能直接开挖的土石方，采用浅孔台阶控制爆破开挖。开挖形成的坡面按设计要求及时进行封闭防护，避免长时间暴露，造成坡面坍塌。对开挖面进行注浆封闭，并及时施工支护。2.3台阶法开挖方案本隧道Ⅲ级围岩共71m，Ⅳ级围岩总长度为91m，Ⅴ级围岩总长度为144m，采用台阶法开挖。2.3.1开挖工艺流程台阶法开挖施工工艺流程见下图。台阶法开挖施工工艺流程图2.3.2施工工艺台阶法开挖施工工序见下图。台阶法开挖施工工艺流程图2.3.3施工方法步骤示意图说明第一步钻眼爆破，台阶法开挖。根据地质情况，必要时先施作拱部超前小导管，然后开挖1部土石方，及时施作初喷4cm厚微纤维砼，再图纸要求施作锚杆；再安装格栅钢架；挂钢筋网；最后复喷砼至设计厚度，上断面每循环进尺为２.5m第二步钻眼爆破，台阶法开挖。待1部进尺6-10m后，及时开挖2部土石方，并及时施作初喷4cm厚微纤维砼，然后在边墙按图纸要求施作锚杆；接长格栅钢架；在拱墙、仰拱挂钢筋网；最后复喷砼至设计厚度，下断面开挖距第三步仰拱、结构防水及二次衬砌：初期支护完成后，可根据实际情况安排施工仰拱，仰拱完成后及时进行仰拱填充，之后按要求施作结构防水设施，主要是铺设防水板、横纵透水盲管、安装施工缝止水带，待结构防水设施安装完成后绑扎二衬钢筋、液压衬砌台车就位进行二衬砼浇筑。3.新奥法施工方案设计3.1新奥法施工总体原则以往，人们都认为在地层中开挖坑道必然要引起围岩坍塌掉落，开挖的断面越大，坍塌的范围也越大。因此，传统的隧道结构设计方法是将围岩看成是必然要松弛塌落，而成为作用于支护结构上的荷载。传统的隧道施工方法则是将隧道断面分成为若干小块进行开挖，随挖随用钢材或木材支撑，然后，从上到下，或从下到上砌筑刚性衬砌。这也是和当时的机械设备、建筑材料、技术水平相一致的。近十几年来，岩石锚杆、喷射混凝土的机械和岩石力学方面的进展，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、崩塌等现象有了深入的认识，为提出新的、经济的隧道施工方法创造了条件。1963年，由奥地利学者L²腊布兹维奇教授命名为“新奥地利隧道施工法（NewAstriaTunnellingMethod）”，简称“新奥法（NATM）”正式出台。它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，理论、量测和经验相结合的一种施工方法。同时又是一系列指导隧道设计和施工的原则，其中包括：1.因为岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，所以在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。2.为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。为此，在施工中应采用能与围岩密贴、及时砌筑又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的第四步水沟电缆槽：待洞内其他土建工程完成后，及时施作水沟电缆槽，采用隧道全长连续施作，以利控制其线型和几何尺寸强度、刚度和参与工作的时间（包括底拱闭合时间）来控制岩体的变形。3.为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状要尽可能地圆顺，以避免拐角处的应力集中。4.在施工的各个阶段，应进行现场量测监视，及时提出可靠的、数量足够的量测信息，如坑道周边的位移或收敛、接触应力等。并及时反馈用来指导施工和修改设计。及时砌筑又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和参与工作的时间（包括底拱闭合时间）来控制岩体的变形。5.为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，采用复合式衬砌。上述新奥法的基本原则可扼要的概括为：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。3.2新奥法总体施工方案和部署1、该隧道整体高宽比都小于1.7，可以采用光面爆破开挖，但应控制好爆破用药量，减少对围岩的扰动，保证开挖轮廓圆顺，减少超挖，不允许欠挖。2、初次支护紧跟开挖面，爆破以后立即对围岩进行初喷、打设锚杆、挂钢筋网、初喷厚度不小于4mm，喷射砼分1~3次复喷达到设计要求，并覆盖钢筋网和锚杆露头。中空锚杆施工采用专门设备和专用工艺。要求注浆饱满。3、钢筋网必须单根现场绑扎，并随岩面起伏，贴岩面。4、初期支护达到设计要求后的地段距开挖面的距离不得大于10m。5、二次衬砌砼浇筑采用机械泵送，一次成型。6、加强施工监控量测工作，及时掌握围岩衬砌的应力、应变状态。量测信息应及时反馈，施工、监理、设计随时掌握围岩和结构的工作状态，以便及时调整设计参数，制定合理的施工措施和支护手段，节约工程费用，保证施工安全。3.3洞门施工方法洞口开挖采用“开挖一段，防护一段”的原则进行。明洞开挖时随时核对地质与地下水状态，如发现与设计不符及时提出，以便修正设计。施工中若遇地下水，先取样化验，了解有否侵蚀性，以便决定是否变更水泥品种，调整水灰比或采取其它措施，以防侵蚀。明洞施工采用流水作业，逐段成型。仰拱填充不得与仰拱混凝土同时灌注，且不留纵向施工缝；仰拱施工前严格清底，不得留有虚碴杂物和积水。明洞回填料符合设计要求，分层填筑，每层厚度不大于30cm，左右对称回填。码砌及浆砌分层错缝进行、夯填密实，确保施工质量。明洞设置变形缝处变形缝两侧设置不小于一组沉降观测点，以便记录施工阶段及至铺轨前的沉降级差异情况数据。为保证洞门美观，测量放线一定要精确，施工前要做好大样板并挂线，棱角要分明，墙体坡度顺直符合设计;端墙混凝土一次灌注，施工前严格检查、检修拌和站、混凝土运输车、混凝土输送泵等施工主要设备，避免出现灌注中发生故障;灌注时从下向上、左右对称灌注混凝土。3.4洞身施工方法该隧道采用新奥法施工，新奥法的基本概念是以控制爆破(光面爆破、预裂爆破等)为开挖方法；以喷锚作为主要支护手段，通过监测控制围岩变形，动态修正设计参数和变动施工方法的隧道施工理念，其核心内容是充分发挥围岩的自承能力。隧道不良地质地段施工坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。开挖前，采用超前钻孔机并辅以TSP203和红外线探水仪做好超前地质预报，根据预测结果采取对应的开挖方法和支护措施，如需变更提前上报业主设计，做好相应的变更方案和应急措施。采用光面爆破或预裂爆破，减少对周边围岩的扰动，开挖后及时支护，保证开挖成型质量。隧道施工过程中进行监控量测，及时掌握围岩动态和支护工作状态，保证围岩稳定和施工安全。经过现场试验，确定合理的爆破参数，周边眼采用光爆小药卷不耦合装药，选择合理周边眼间距和光面层厚度，以确保光面爆破。施工时设备操作人员相对固定，以利于提高钻眼质量。成立超欠挖管理领导小组，编制超欠挖管理办法，制订详细的奖罚措施，并严格执行。派专人负责超欠挖控制，每次爆破由专业工程师值班检查监督爆破全过程，以保证钻爆作业按设计进行。每循环用断面仪对开挖面进行检查，并根据检查结果进行分析，及时将分析的信息反馈到施工中，不断优化设计，以进一步改进光面爆破质量。3.5断面开挖方法本隧道Ⅲ级围岩共71m，Ⅳ级围岩总长度为91m，Ⅴ级围岩总长度为144m，采用台阶法施工。台阶法施工将断面分为上下两部分，为了保证开挖轮廓圆顺、准确，维护围岩自身承载能力，减少对围岩的扰动，拱部及边墙采用光面爆破。上台阶断面采用简易工作台架、YT28风钻钻孔；下台阶断面采用凿岩机钻孔，围岩开挖进尺2.5m。采用装载机装渣，自卸汽车运渣。全断面液压衬砌钢模台车衬砌。