隧道全斷面開挖工藝

1、3.隧道洞身開挖施工工藝3.1 全斷面開挖方法按設(shè)計(jì)將整個(gè)開挖斷面采用一次性開挖成形(主要是爆破或機(jī)械開挖)、初期支護(hù)一次到位，再施作襯砌的施工方法叫全斷面開挖法。3.1.1 適用范圍全斷面法主要適用于Im級(jí)圍巖；當(dāng)斷面在50療以下，隧道又處于IV級(jí)圍巖地層時(shí)，為了減少對(duì)地層的擾動(dòng)次數(shù)，在進(jìn)行局部注漿等輔助施工加固地層后，也可采用全斷面法施工，但在第四紀(jì)地層中時(shí)，斷面面積一般在20療以下，施工中仍需特別注意。山嶺隧道及小斷面城市地下電力、熱力、電信等管道多用此法。圖3.1.1隧道全斷面開挖圖(1)優(yōu)點(diǎn)可以減少開挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)，有利于圍巖天然承載拱的形成；全斷面開挖法有較大的作業(yè)空間，有利于

2、采用大型配套機(jī)械化作業(yè)，提高施工速度，防水處理簡(jiǎn)單，且工序少，便于施工組織和管理。(2)缺點(diǎn)對(duì)地質(zhì)條件要求嚴(yán)格，圍巖必須有足夠的自穩(wěn)能力；由于開挖面較大，圍巖相對(duì)穩(wěn)定性降低，且每循環(huán)工作量相對(duì)較大；當(dāng)采用鉆爆法開挖時(shí)，每次深孔爆破震動(dòng)較大，因此要求進(jìn)行精心的鉆爆設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的控制爆破作業(yè)。3.1.2施工工藝流程3.1.3施工工藝(1)施工準(zhǔn)備施工供風(fēng)施工供風(fēng)應(yīng)按照工程特點(diǎn)、工區(qū)劃分、工區(qū)承擔(dān)施工長(zhǎng)度及同時(shí)作業(yè)面?zhèn)€數(shù),根據(jù)每個(gè)工區(qū)洞內(nèi)用風(fēng)量的大小，獨(dú)立設(shè)置供風(fēng)系統(tǒng)。同時(shí)在計(jì)算各供風(fēng)參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮供風(fēng)過程中風(fēng)量、風(fēng)壓的損失，計(jì)算配置空壓機(jī)型號(hào)和數(shù)量。根據(jù)計(jì)算采用管徑適合的鋼管，鋼管節(jié)間法蘭盤接頭采用

3、石棉襯墊，保證接頭嚴(yán)密，不漏風(fēng)，管路前端至工作面保持30m的距離，鋼管與分風(fēng)器采用。50mm的高壓軟管連接，分風(fēng)器與鑿巖機(jī)采用。25mm的軟管進(jìn)行連接，保證工作面風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)風(fēng)壓在0.5MPa以上。施工供水施工用水盡量在工程位置附近選擇水源，以縮短供水線路，并取水樣進(jìn)行水質(zhì)鑒定，使用符合標(biāo)準(zhǔn)的工程用水，從水源處利用供水主管接至各施工工區(qū)，主管鋼管接頭之間采用法蘭盤進(jìn)行連接，進(jìn)入工作面以后，采用。50mm的高壓膠管接至各分水器，并保證工作面鑿巖機(jī)需用水壓。施工用電施工用電應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)施工用電設(shè)計(jì)，并采用三級(jí)配電二級(jí)保護(hù)方式。長(zhǎng)大隧道采用利用10KV高壓電纜進(jìn)洞，變壓以后引至各施工工區(qū)，變壓器的容量采

4、用500KVA,同時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置了發(fā)電機(jī)作為后備電源，以確保洞內(nèi)的正常施工。高壓電纜一般采用50mm2,線路按三相五線制進(jìn)行布置，以滿足動(dòng)力設(shè)備及照明的需要，隧道動(dòng)力設(shè)備供電為380V,隧道照明成洞地段采用220V,作業(yè)地段照明采用36V。圖3.1.3-01隧道風(fēng)水電管路布置準(zhǔn)備施工簡(jiǎn)易臺(tái)架準(zhǔn)備施工用簡(jiǎn)易臺(tái)架(鉆孔作業(yè)臺(tái)架、初支作業(yè)臺(tái)架、防水卷材安設(shè)臺(tái)架)，由于簡(jiǎn)易臺(tái)架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，移動(dòng)靈活、成本低、可現(xiàn)場(chǎng)加工等特點(diǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)被廣泛采用，開挖臺(tái)架需要與爆破設(shè)計(jì)中孔位布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用現(xiàn)場(chǎng)既有的鋼筋、工字鋼、鋼管等常用材料35噸左右(每個(gè))，35天即可加工完成。圖3.1.3-02隧道自加工開挖臺(tái)

5、架(2)測(cè)量放線測(cè)繪斷面開挖輪廓。利用洞內(nèi)裝載機(jī)或作業(yè)臺(tái)架沿隧道中線端移臺(tái)架到施工掌子面，檢查臺(tái)架接觸隧道底面的穩(wěn)固性，調(diào)整臺(tái)架前端與掌子面之間的距離，利于施鉆。牢靠連接風(fēng)鉆軟管至臺(tái)架上各層的分風(fēng)器和分水器接頭，調(diào)試風(fēng)鉆正常準(zhǔn)備施工。開挖斷面輪廓放樣可采用全站儀直接設(shè)站于洞內(nèi)控制中線點(diǎn)上，將掌子面里程和儀器高程輸入編程計(jì)算機(jī)后即可確定掌子面拱部中心，據(jù)此放出開挖輪廓。隨著斷面儀所指示的紅色激光投影輪廓線，指示利用紅油漆繪制即可完成。(3)布置炮眼。根據(jù)鉆爆設(shè)計(jì)布置各類炮眼，并用明顯的標(biāo)志標(biāo)記在掌子面開挖斷面輪廓線內(nèi)，具體的炮眼布置應(yīng)根據(jù)已批準(zhǔn)的爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行。(4)鉆眼爆破。通過認(rèn)真考慮隧道地質(zhì)

6、圍巖的整體性能、巖性特點(diǎn)、開挖斷面的大小、隊(duì)伍的施鉆技術(shù)水平、鉆眼機(jī)具、開挖循環(huán)進(jìn)尺、爆破器材，爆破的震動(dòng)強(qiáng)度、對(duì)圍巖的擾動(dòng)等因素進(jìn)行爆破參數(shù)設(shè)計(jì)。鉆爆設(shè)計(jì)應(yīng)包括的內(nèi)容各類炮眼(掏梢眼、輔助眼、周邊眼、底板眼)的布置、深度、斜率和數(shù)量，爆破器材、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)，起爆方法和順序，鉆眼機(jī)具和鉆眼要求，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及必要的說明等。掏梢方式選擇掏梢眼的布設(shè)方式和掏梢大小對(duì)爆破創(chuàng)設(shè)臨空面和爆破效果起到關(guān)鍵的影響，掏梢方式和掏梢位置的選擇可根據(jù)斷面大小，炮眼數(shù)量、設(shè)定的掘進(jìn)進(jìn)尺綜合考慮后來選擇。隧道施工一般采用斜眼掏梢和直眼掏梢。炮眼布置周邊眼沿隧道開挖輪廓線布置，保證開挖斷面符合施工圖要求；掘進(jìn)眼

7、交錯(cuò)均勻布置在內(nèi)圈眼與掏梢眼之間，力求爆破出的石渣塊度適合裝渣的需求；周邊眼、內(nèi)圈眼與輔助眼的孔底保持在同一垂直面上，掏梢鉆孔應(yīng)加深1020cm。裝藥結(jié)構(gòu)周邊眼應(yīng)使用小直徑藥卷，采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)，并用竹片將藥卷與圍巖隔開，其它炮眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，一般采用較大直徑藥卷。眼口用炮泥堵塞，長(zhǎng)度不小于30cme起爆順序及網(wǎng)絡(luò)光爆爆破時(shí)，從掏梢眼開始，一層一層從截面中心向外起爆，最后是周邊眼爆破，具體為掏梢眼先爆，接著為輔助掘進(jìn)眼，再接著為周邊眼，最后是底板眼。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人工裝藥的方便及非電毫秒的延時(shí)誤差，確定合理的起爆時(shí)差，若缺段時(shí)盡量采用大段別的代替，以保證時(shí)差。炮眼起爆采用非電毫秒延時(shí)雷管分段起爆

8、，其中周邊眼用導(dǎo)爆索連接傳爆，與非電毫秒雷管相連，其他炮眼采用底部安設(shè)置非電毫秒延時(shí)雷管反向起爆裝藥結(jié)構(gòu)，導(dǎo)爆管引出傳爆，雙火雷管引爆(5)施工通風(fēng)，排除掌子面炮煙及污濁空氣，具體通風(fēng)方式可根據(jù)工程特點(diǎn)及掌子面掘進(jìn)深度等采用壓入式、混合式、壓出式或巷道式。優(yōu)先考慮壓入式通風(fēng)，壓入式通風(fēng)有效射程大，沖淡和排出炮煙的作用強(qiáng)；操作簡(jiǎn)單，只需隔一定距離延長(zhǎng)通風(fēng)管。長(zhǎng)距離通風(fēng)盡量采用串聯(lián)式軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)壓較大。通風(fēng)管的選用：為防止風(fēng)壓過大通風(fēng)管開裂，通風(fēng)機(jī)口200300m采用帶鋼圈的負(fù)壓風(fēng)管。其余采用漏風(fēng)率低，內(nèi)摩擦阻力系數(shù)小的高強(qiáng)軟風(fēng)管，單節(jié)長(zhǎng)2030m(為避免通風(fēng)管過長(zhǎng)，出風(fēng)口距掌子面太遠(yuǎn)，出風(fēng)口固定

9、一節(jié)510m的短風(fēng)管)。條件允許的情況下，盡可通選用大直徑通風(fēng)管。通風(fēng)檢算主要從最低允許風(fēng)速、最多允許工作人數(shù)、排除炮煙、稀釋內(nèi)燃機(jī)廢氣四方面考慮。(6)找頂排險(xiǎn)找頂排除松動(dòng)巖塊可能脫落的安全隱患，出硝設(shè)備進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備裝轉(zhuǎn)硝體，此時(shí)體現(xiàn)了全斷面法機(jī)械化程度高的優(yōu)勢(shì)，合理組織大功率機(jī)械設(shè)備，由領(lǐng)工員統(tǒng)一指揮調(diào)度，縮短出硝工序時(shí)間。(7)出渣與運(yùn)輸根據(jù)隧道長(zhǎng)度、斷面大小、縱坡大小、經(jīng)濟(jì)性及施工進(jìn)度要求等進(jìn)行綜合確定出渣運(yùn)輸方式，保證作業(yè)安全。常規(guī)情況下掌子面采用裝載機(jī)裝渣，大型自卸汽車運(yùn)渣。施工過程中首先要保證工作面的照明，以便于司機(jī)操作，同時(shí)也要保證裝渣及運(yùn)渣設(shè)備處于良好狀態(tài)，機(jī)械的裝渣能力應(yīng)與每次

10、開挖土石方量及運(yùn)輸車輛的容量相適應(yīng)，運(yùn)輸?shù)缆菲秸〞?，在關(guān)健地段設(shè)置車輛調(diào)度室，對(duì)進(jìn)出車輛進(jìn)行合理調(diào)配。施工區(qū)域顯要位置設(shè)置安全警示標(biāo)識(shí)。(8)斷面檢查對(duì)開挖斷面質(zhì)量進(jìn)行檢查，并進(jìn)行地質(zhì)素描和地質(zhì)狀況判定。檢查結(jié)果滿足驗(yàn)收和規(guī)范要求，達(dá)到合格，方可進(jìn)行下道工序施工，否則應(yīng)對(duì)開挖輪廓表面局部存在欠挖的部位進(jìn)行處理，直至合格，進(jìn)入下道工序。(9)施工初期支護(hù)錨桿支護(hù)可在鉆孔臺(tái)架上與鉆爆同時(shí)施做，另單獨(dú)制作結(jié)構(gòu)與鉆孔臺(tái)架相似初支簡(jiǎn)易臺(tái)架，掛網(wǎng)和噴硅等剩余支護(hù)措施在該初支臺(tái)架上完成，縮短初支工序施工時(shí)間。另外，在圍巖地質(zhì)狀況良好未發(fā)生變化的情況下，可開挖23個(gè)循環(huán)后一次利用簡(jiǎn)易臺(tái)架按照設(shè)計(jì)錨噴參數(shù)做好

11、初期支護(hù)，但如圍巖狀況有明顯變化，應(yīng)對(duì)完成的上循環(huán)進(jìn)尺段立即進(jìn)行初支，并考慮是否改變開挖施工方法。(10)監(jiān)控量測(cè)。在施做初期支護(hù)的同時(shí)，按照監(jiān)控量測(cè)實(shí)施方案進(jìn)行量測(cè)斷面及量測(cè)點(diǎn)的布置，初期支護(hù)施工完成后，立即采集初始量測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并按照方案要求的頻率進(jìn)行后續(xù)監(jiān)測(cè)，及時(shí)分析處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并及時(shí)將結(jié)果反饋到施工過程中指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，靈活科學(xué)地根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況及時(shí)調(diào)整量測(cè)項(xiàng)目和內(nèi)容，準(zhǔn)確掌握開挖支護(hù)后的圍巖變化情況，為指導(dǎo)施工、修正設(shè)計(jì)、確定后續(xù)工序施工時(shí)間提供依據(jù)。監(jiān)控量測(cè)量測(cè)斷面的布置間距按照圍巖級(jí)別確定，通常VVI級(jí)圍巖量測(cè)斷面間距取5m,IV級(jí)圍巖量測(cè)斷面間距取510m,m級(jí)圍巖取1030m

12、,I、H級(jí)圍巖視具體地質(zhì)情況確定。監(jiān)控量測(cè)必測(cè)項(xiàng)目一般有地表沉降、拱頂下沉、凈空變化及洞內(nèi)、外觀察，常用的量測(cè)儀器有水準(zhǔn)儀、全站儀、收斂計(jì)等，量測(cè)頻率應(yīng)根據(jù)測(cè)量斷面距開挖掌子面的距離及位移速度確定，原則上采用較高的頻率觀測(cè)，出現(xiàn)異常情況或不良地質(zhì)時(shí)，應(yīng)增大監(jiān)測(cè)頻率。(11)結(jié)構(gòu)防排水在監(jiān)控量測(cè)最終的監(jiān)測(cè)及處理結(jié)果顯示呈圍巖穩(wěn)定狀態(tài)后，利用作業(yè)臺(tái)架，進(jìn)行結(jié)構(gòu)防排水設(shè)計(jì)措施的施工，施工前應(yīng)對(duì)初支表面進(jìn)行檢查和處理，保證防水設(shè)施掛設(shè)質(zhì)量。(12)仰拱及二襯施工在掘進(jìn)掌子面縱深推進(jìn)至一定安全距離后，對(duì)設(shè)計(jì)有仰拱地段，分左右幅或利用棧橋進(jìn)行撿底、仰拱、填充混凝土澆筑，使初期支護(hù)盡早閉合成環(huán)，并為順利運(yùn)輸

13、創(chuàng)造條件。當(dāng)仰拱超前完成至30-50m后準(zhǔn)備二襯施工，二襯施工前應(yīng)確定圍巖監(jiān)控量測(cè)結(jié)果顯示圍巖狀態(tài)穩(wěn)定后方能開始組織施工。二襯混凝土采用全斷面液壓模板臺(tái)車、泵送混凝土灌注。混凝土在自動(dòng)計(jì)量拌合站拌合，混凝土罐車運(yùn)輸。3.1.4施工順序及控制要點(diǎn)3.1.4.1 施工順序圖3.1.4.1全斷面施工方式全斷面法施工順序：施工中先全斷面開挖，施作初期支護(hù)，再開挖仰拱(撿底)，再澆筑仰拱硅，待初期支護(hù)趨于穩(wěn)定后整體模筑二次襯砌。3.1.4.2 控制要點(diǎn)(1)隧道開挖斷面的中線和高程必須符合施工圖要求。檢查數(shù)量：每一開挖循環(huán)檢查一次；檢查方法：采用儀器測(cè)量。(2)隧道開挖必須嚴(yán)格控制欠挖，當(dāng)圍巖完整、石質(zhì)

14、堅(jiān)硬時(shí)，巖石個(gè)別突出部位(每1itf不大于0.1m2)侵入襯砌必須小于5cm拱腳和墻腳以上1m內(nèi)斷面嚴(yán)禁欠挖。檢查數(shù)量：每一開挖循環(huán)檢查一次；檢查方法：采用自動(dòng)斷面儀等儀器測(cè)量周邊輪廓斷面，繪斷面圖與施工圖斷面核對(duì)。(3)洞身開挖必須核對(duì)地質(zhì)，在每一次開挖后及時(shí)觀察、描述開挖面地層的層理、節(jié)理、裂隙的結(jié)構(gòu)狀況、巖體的軟硬程度、出水量大小等，核對(duì)施工圖地質(zhì)情況，判斷圍巖穩(wěn)定性。(4)光面爆破或預(yù)裂爆破鉆孔眼，必須根據(jù)鉆爆設(shè)計(jì)圖準(zhǔn)確標(biāo)示出鉆孔位置。鉆孔時(shí)必須按鉆爆設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制鉆孔的間距、深度和角度，掏梢眼的眼口間距和深度允許偏差為5cm。周邊眼的間距允許偏差為5cm,外插角必須符合鉆爆設(shè)計(jì)要求

15、，孔底不得超出開挖斷面輪廓線15cm。檢查數(shù)量：每一開挖循環(huán)檢查全部掏梢眼和10%周邊眼；檢查方法：測(cè)量。(5)光面爆破的鉆孔痕跡保存率，硬巖不得小于80%,中硬巖不得小于60%,并在開挖輪廓面上均勻分布。檢查數(shù)量：每一爆破開挖循環(huán)檢查一次；檢查方法：對(duì)照鉆爆設(shè)計(jì)資料，觀察、計(jì)數(shù)檢驗(yàn)鉆孔痕跡保存率。3.1.5 工藝裝備全斷面開挖施工工藝是一項(xiàng)綜合程度較高的施工工藝，比分部開挖效率有很大提高。全斷面開挖施工方法與機(jī)械設(shè)備配套原則為配置設(shè)備生產(chǎn)能力高于進(jìn)度指標(biāo)，保證即使個(gè)別設(shè)備發(fā)生故障，施工生產(chǎn)也不致受到影響。同類機(jī)械設(shè)備盡可能采用同廠家設(shè)備，以便于維修、配件供應(yīng)和通用互換，確保機(jī)械使用率。常規(guī)的

16、隧道全斷面開挖法的設(shè)備如下：開挖：空壓機(jī)、風(fēng)動(dòng)式鑿巖機(jī)、自制式簡(jiǎn)易開挖臺(tái)架(多臂作業(yè)臺(tái)車)圖3.1.5-01YT-28鑿巖機(jī)圖3.1.5-02三臂鑿巖臺(tái)車裝硝運(yùn)硝：挖掘機(jī)、裝載機(jī)、自卸汽車、扒渣機(jī)初期支護(hù)：噴漿機(jī)、濕噴機(jī)械手、錨桿作業(yè)臺(tái)車圖3.1.5-04巖峰TK600濕噴機(jī)圖3.1.5-04濕噴機(jī)機(jī)械手防排水：掛板臺(tái)車、射釘槍、防水板超聲波焊機(jī)而水1E超擊波蝗in圖3.1.5-05防水板超聲波焊機(jī)仰拱及二襯：自制式襯砌臺(tái)車、仰拱棧橋、混凝土輸送泵圖3.1.5-06液壓式襯砌臺(tái)車圖3.1.5-07簡(jiǎn)易式仰拱棧橋3.1.6 生產(chǎn)效率根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，50m2開挖斷面的單線隧道施工循環(huán)時(shí)間如下:單

17、線隧道全斷面施工循環(huán)時(shí)間表（S=50m2）序號(hào)工序循環(huán)時(shí)間（分鐘）備注1測(cè)量放線302鉆孔2403連線、爆破304通風(fēng)排煙205出硝1806危石排險(xiǎn)307初期支護(hù)(掛網(wǎng)、錨桿)90合計(jì)620注：以循環(huán)進(jìn)尺3m,錨網(wǎng)噴支護(hù)為例；月進(jìn)度在180-200m左右3.1.7 安全生產(chǎn)措施(1)開始施工前，必須對(duì)施工工藝中存在的危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估編制安全管理實(shí)施方案，并制定相應(yīng)的應(yīng)急措施方案；(2)施工機(jī)械使用、操作人員條件、檢修保養(yǎng)、各種專用施工機(jī)具和料具、施工用電、特殊環(huán)境中作業(yè)等應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求；(3)施工過程中必須對(duì)施工人員加強(qiáng)安全技術(shù)交底，特殊工種必須經(jīng)考試合格后方能上崗，在推廣新技術(shù)和使用新型機(jī)械設(shè)備時(shí)，應(yīng)對(duì)員工進(jìn)行再培訓(xùn)和安全教育；(4)進(jìn)洞人員必須戴好安全帽，洞內(nèi)作業(yè)人員應(yīng)佩戴防塵面具；禁止無關(guān)人員進(jìn)洞；(5)開挖作業(yè)必須保證安全；開挖時(shí)必須減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)；(6)爆破后應(yīng)檢查爆破和開挖面情況，清除瞎炮、殘炮和危石。(7)開挖面及未襯砌地段應(yīng)隨時(shí)檢查，險(xiǎn)情應(yīng)及時(shí)處理(8)開挖工作面與襯砌的距離必須滿足相關(guān)規(guī)范和文件要求；(9)開挖不得危及襯砌、初期支護(hù)及施工設(shè)備的安全(10)施工作業(yè)地段的出渣車輛行車速度不得大于15km/h,成洞地段不得大于25km/h；在襯砌模板臺(tái)車等狹窄地段必須設(shè)置減速和警示標(biāo)識(shí)；(11)出渣時(shí)