隧道开挖专项施工方案.doc

隧道开挖施工方案

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2012年2月

隧道开挖施工方案
1.目标
明确隧道开挖作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范隧道开挖施工，尽可能地减少超挖，保证隧道的开挖作业安全、保证开挖质量。
2.编制依据
⑴ 重庆三环铜永段玉龙山隧道设计图纸；
⑵ 《公路隧道工程施工技术规范》
3.适用范围
适用于重庆三环铜永段土建三标项目经理部玉龙山隧道开挖。
4.隧道开挖施工
4.1 方案设计
本线隧道按新奥法原理组织施工，并要根据不同围岩级别及周边环境选择相应工法，应根据监控量测结果，适时施作二次衬砌。
石质隧道破碎带按照“先支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”的原则进行组织施工。
隧道开挖前，首先完成洞口截水沟、洞口土方及边仰坡防护施工。洞口土方采用挖掘机配合装载机自上而下分层施工，大型自卸汽车运输，并及时做好坡面防护，开挖一段（台阶）防护一段（台阶）。洞口明洞采用明挖法施工，开挖至明暗分界线后，先施做护拱混凝土，然后施做暗洞超前大管棚，随后立即做好明洞衬砌，随后进入暗洞施工，待明洞混凝土达到设计规定的强度后及时进行明洞洞顶回填。暗洞开挖根据围岩情况：隧道浅埋、V级围岩地段采用留核心土的台阶法开挖，IV围岩地段采用台阶法开挖，Ⅲ级围岩地段采用上下台阶法或全断面开挖，每循环进尺控制在2.5m以内。
石质隧道采用钻爆法开挖，出碴采用装载机配合大型或中型自卸汽车无轨运输。
施工通风采用管道压入式通风。
在施工过程中应不断总结经验，优化工艺。加强超前地质预测、预报，加强围岩监控量测管理。根据量测结果，及时调整预留变形量及支护参数，适时施作二次衬砌，确保隧道施工安全。开挖方法的改变，要严格按程序申请设计变更。
洞身开挖中，记录开挖的地质情况，并绘制地质描述图（描述开挖面地层的层理、节理、裂隙结构状况、岩体的软硬程度、出水量大小等），核对设计地质情况，判别围岩类别及稳定性。当发现围岩地质情况发生变化时通知设计单位及时现场核实。若实际地质情况与设计地质情况出入较大时，设计单位应进行补充勘察。
4.2留核心土台阶开挖法
先开挖上部导坑成环形，并进行初期支护，再分部开挖剩余部分的施工方法。此方法主要应用于隧道V级围岩的开挖。
4.2.1岩石隧道留核心土台阶开挖法
工艺流程见图1, 施工工序见图2。

测量放线
拱部超前支护
上部环行开挖、出碴
核心土及中部开挖、出碴
中部初期支护
下部开挖、出碴
下部初期支护
底部开挖
超前地质预报
仰拱填充施工
下一工序
上部初期支护
底部初期支护
仰拱
围岩监控量测
围岩监控量测
围岩监控量测
围岩监控量测
上中下部进行四个循环
围岩稳定性评判、
修正施工方案，确定二次衬砌施作时间

图1 岩石隧道弧形导坑预留核心土施工工艺流程图

岩石隧道预留核心土台阶开挖法施工工序说明:
预留核心土台阶开挖法，将开挖断面分为上、中、下及底部四个部分逐级掘进施工。上部宜超前中部3～5m，中部超前下部3～5m，下部超前底部10m左右。为方便机械作业，上部开挖高度控制在4.5m左右，中部台阶高度也控制在4.5m左右，下部台阶控制在3.5m左右。
⑴开挖前拱部施作φ42或φ50超前小导管对拟开挖岩体进行注浆预加固，待浆液达到一定强度后，采用小型挖掘机开挖，预留一定厚度由人工持风镐修边到位。
⑵每一台阶开挖完成后，及时喷射4cm厚微纤维混凝土对围岩进行封闭，设立型钢钢架及锁脚锚杆，施作系统锚杆，最后铺设钢筋网，分层复喷微纤维混凝土到设计厚度，必要时各台阶设临时仰拱加强支护，完成一个开挖循环。
4.3 正台阶法
先开挖上半断面,待开挖至一定长度后同时开挖下半断面,上下半断面同时并进的施工方法。主要应用于正洞Ⅳ级围岩的施工。
施工工艺流程见图3，施工工序见图4。

超前地质预报

测量放线

拱部超前支护

上导坑开挖、出碴

围岩稳定性评判、
修正施工方案，确定二次衬砌施作时间
围岩监控量测
上部初期支护

下导坑开挖、出碴

下部初期支护
围岩监控量测

仰拱

仰拱填充施工

围岩监控量测

下一工序

图3 台阶法施工工艺流程

台阶法施工工序说明：
第1部：开挖①部后及时进行上台阶喷、锚、网系统支护，架设钢架并复喷砼至设计厚度，形成较稳定的承载拱。
第2部：在滞后①部3～6m后开挖②部，并进行下导初期支护。
第3、4部：及时施作仰拱砼、填充混凝土，及早封闭成环。
第5部：根据围岩量测结果，适时施作二次衬砌。
4.4 全断面开挖法
采用全断面一次开挖成形的施工方法。主要应用于Ⅲ级围岩的施工。循环进尺宜控制在3～4.0m。
5 综合超前地质预测预报
本项目隧址区地质条件较复杂，隧道区内存在的主要不良地质为岩溶、煤层、瓦斯、采空区及地下水的腐蚀性等问题，需结合施工地质工作予以查明。为保证隧道施工安全，开展综合超前地质预测预报，成立专业的超前地质预报室，由总工程师负责，配置物探、水文、地质、试验专业工程师并配备先进的预测、预报设备和仪器，并将综合超前地质预测预报纳入施工工序。尤其是岩石隧道存在破碎带时，必须提前做好超前地质预报工作，确保隧道安全通过。
针对隧道具体的工程特点，采用地貌、地质调查与地质推理相结合的方法，进行定性预测。具体采取的措施有：对开挖全过程进行综合预测、预报，方法有地质素描法(常规地质法)、超前探孔近距离预报、超前导洞预报、红外线探水及前兆法预报等。
施工中应该将几种预报手段综合运用，取长补短，相互补充和印证。综合监测结果，及时提出对不良地质的处理措施，以降低施工风险，确保工程质量和运营安全。
超前地质预报若发现前方地质情况与设计不符时要及时通知设计单位到现场核实，以便及时采取有效的设计变更方案。
①常规地质法
常规地质法适用于为近期开挖、支护提供预报（设平导时视超前正洞的长度）。开挖面围岩级别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，通过开挖后利用罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺等简单工具对开对洞内围岩地质特征变化分析来推测开挖面前方的地质情况，据以指导施工。
②超前水平钻孔
采用超前水平钻机钻进过程中钻速和钻碴的变化对开挖面前方较短距离内的地质情况进行判断，为提高其预报的准确度，与地质素描配套使用。通过超前钻探取芯测定含水率为主要手段确定下一步施工方案。
对富水隧道应及时探明地下水的储量及分布，探水的方法主要采用钻探法。
6 爆破施工
石质隧道的爆破作业，应采用光面爆破或预裂爆破。爆破作业应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、循环进尺和爆炸材料进行钻爆设计。钻爆设计应根据爆破效果不断优化爆破参数。
钻爆设计的内容包括炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、深度、斜率和数目，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序，钻眼机具和钻眼要求等。钻爆设计土应包括炮眼布置图、周边眼装药结构图、钻爆参数表、主要经济指标和必要的说明。
爆破参数应通过试验确定。当无试验条件时，可参照表1、表2选用。
表1 光面爆破参数
岩石类别
周边眼间距
E（cm）
周边眼抵抗线
W（cm）
相对距离
E/W
装药集中度q
（kg/m）
极硬岩
50～60
55～75
0.8～0.85
0.25～0.30
硬岩
40～50
50～60
0.8～0.85
0.15～0.25
软质岩
35～45
45～60
0.75～0.8
0.07～0.12
表2 预裂爆破参数
岩石类别
周边眼间距
E（cm）
至内排崩落眼间距
（cm）
装药集中度q
（kg/m）
极硬岩
40～50
40
0.3～0.4
硬岩
40～50
40
0.2～0.25
软质岩
35～40
35
0.07～0.12
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应取较小值。
3 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。软岩在取较小E值时，W值应适当增大。
4 E/W：软岩取小值，硬岩及断面小时取大值。
5 表列装药集中度q为2号岩石硝铵炸药，选用其它类型炸药时，应修正。
周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合设计要求，硬岩开眼位置在轮廓线上，软岩可向内偏5～10cm。底板和仰拱底面采用预留光爆层爆破，Ⅲ级围岩段的中心水沟应与隧底光爆层同时爆破成形。辅助眼交错均匀布置在周边眼和掏槽眼之间，力求爆破出的石块块度适合装碴需要。周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10～20cm。当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。
炸药可选用岩石硝铵炸药和乳化炸药。
7.劳力、机械设备的配置
人员、机械设备应结合隧道开挖方法、工期要求进行合理配置。配套的生产能力应为均衡施工能力的1.2～1.5倍。
根据开挖方法配置1台大型挖掘机或2台小型挖掘机平行作业，另备1台装载机进行装碴施工，大型自卸汽车不宜少于4辆， 20m3/min空压机一般不应少于3台。
根据施工特点，每工班开挖作业人员不宜少于20人。
8 质量要求
8.1 分项验收标准
8.1.1 主控项目
●隧道开挖断面的中线和高程必须符合设计要求。
检验数量：施工单位每一开挖循环检查一次；监理单位按施工单位检查数量的10%平行检验。
检验方法：采用仪器测量。
●隧道开挖应严格控制欠挖。当围岩完整、石质坚硬时，岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌应小于5cm。拱脚和墙脚以上１ｍ内断面严禁欠挖。
检验数量：施工单位、监理单位每一开挖循环检查一次。
检验方法：施工单位采用自动断面仪测量等仪器测量周边轮廓断面，绘断面图与设计断面核对；监理单位见证测量，现场核对开挖断面。
●洞身开挖中，应在每一次开挖后及时观察、描述开挖面地层的层理、节理、裂隙结构状况、岩体的软硬程度、出水量大小等，核对设计地质情况，判断围岩稳定性。
检验数量：施工、监理单位每一开挖循环检查一次。
检验方法：施工单位进行工程地质观察和描述；监理单位见证检查。
●光面爆破或预裂爆破钻眼前，应根据钻爆设计图准确标出炮眼位置，钻孔时应按钻爆设计要求严格控制炮眼的间距、深度和角度。掏槽眼的眼口间距和深度允许偏差为5cm。周边眼的间距允许偏差为5cm，外插角应符合钻爆设计要求，眼底不应超出开挖轮廓线15cm。
检验数量：施工单位每一开挖循环检查全部掏槽眼和10个周边眼；监理单位按施工单位检查数量的20%见证检查。
检查方法：测量。
●隧底开挖轮廓和底部高程应符合设计要求。隧底范围石质坚硬时，岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌应小于5cm。
检验数量：施工单位、监理单位每一开挖循环检查一次。
检验方法：施工单位用仪器测量底部高程，绘断面图与设计断面核对；监理单位见证测量，核对开挖断面。
●隧底开挖后应及时核对隧底地质情况。当需要进行加固处理时，应符合设计要求。
检验数量：施工单位、监理单位每处检查一次。
检验方法：施工单位进行地质描述；监理单位见证检查。
8.1.2 一般项目
●光面爆破或预裂爆破的炮眼痕迹保存率，硬岩不应小于80%，中硬岩不应小于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：对照钻爆设计资料，观察、计数检验炮眼痕迹保存率。
●水沟开挖位置、基底高程应符合设计要求，靠边墙的水沟应与边墙基础同时开挖、一次成型。
检验数量：施工单位每一开挖循环检查一次。
检验方法：观察、仪器测量。
9安全、质量控制措施
⑴加强对技术及施工人员的培训，提高全体参建人员的安全、质量意识。
⑵岩石隧道坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，黄土隧道施工严格按照“先探测、管超前、非爆破、严控水、短进尺、强支护、勤量测、早衬砌”的原则组织施工。
⑶严格按照设计文件规定的开挖方法进行施工，否则应按照变更程序申请改变施工方案。
⑷在隧道开挖前，对隧道地表中线附近范围进行勘察，对地表冲沟、深井、滑塌、陷穴、地表附着物等不良地质情况进行统计，并按里程桩号逐一登记、拍照，尤其是隧道下穿高速公路等大型构筑物地段，施工中应加强监控量测工作，严格按设计方案施工，确保隧道安全、顺利通过。
⑸每循环进行测量放样，严格控制超欠挖。定期对测量控制点进行检查、复核，避免由于隧底下沉、上鼓、不均匀变形及人工或机械碰撞等原因对控制点的损害。
⑹边墙、仰拱或底板等的地基承载力必须满足设计要求。软弱地基处理方法和施工质量应符合设计要求。隧底开挖前应进行施工工艺设计。
⑺开挖后应按设计要求的量测项目及频率进行围岩量测，及时反馈量测信息。
⑻隧道开挖中，应在每次开挖后及时观察、描述围岩裂隙结构状况、岩体软硬程度、出水量大小，核对设计情况，判断围岩的稳定性。
⑽制定安全施工应急预案，日常做好应急物资储备。
⑾洞口工程施工，宜避开雨季和严寒季节。
⑿洞口施工前，应先检查边、仰坡以上山坡稳定情况，清除悬石，处理危石，施工期间实施不间断监测和防护。
地层含水量大时，上台阶掌子面附近宜开挖横向水沟，将水引至隧道中部纵向排水沟排出洞外，以免浸泡拱脚。必要时应配合井点降水等措施将地下水位降至隧道二次衬砌底部以下，确保施工顺利进行。
⒁隧道明洞段施工时，边仰坡应分层分段开挖，并按设计及时做好防护。临时边仰坡应进行适当放坡。
⒂明洞段因地基加固等施工的振动可能造成边坡失稳时，应预先在边坡上设置观测桩进行监测，并派专人检查边坡的稳定情况。发现边坡有开裂、变形现象时，应立即对边坡体进行加固处理，确保安全后方可继续进行施工。
⒃爆破作业时，所有人员应撤离至不受有害气体、振动及飞石伤害的安全地点。安全地点至爆破工作面的距离，在独头坑道内不应小于200m，当采用全断面开挖时，应根据爆破方法与装药量计算确定安全距离。
当相对开挖工作面相距40m时，两端施工应加强联系，统一指挥。当两开挖工作面相距10～15m时，应从一端开挖贯通。
设置放炮前的安全检查员，及时检查现场的安全情况，以确定是否可以起爆，爆破后经专职安全员检查，排除瞎炮等安全隐患后，其他人员方可进入施工现场。
10 其他注意事项
⑴暗洞分部开挖时，在满足设计规范及安全质量要求的前提下，应尽量采用适合机械化作业的施工工艺，分部尺寸划分合理，各分部尽量平行作业，从而达到快速施工的目的。
⑵弃碴时要由专人指挥、堆放整齐、边坡平整，弃碴场需设置挡墙。施工过程中杜绝随意倾倒弃碴和弃土。施工完毕后，对弃碴场及时平整，并做好绿化、防护，避免水土流失。
⑶隧道在整个施工过程中，作业环境应符合下列职业健康及安全标准：
A．空气中氧气含量，按体积计不得小于20%；
B．粉尘永许浓度，每立方空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg，每立方空气中含有10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于4mg；
C．有害气体最高允许浓度：
a 一氧化碳的最高允许浓度为30mg/m3，在特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，浓度可为100mg/m3，但工作时间不得大于30min；
b 二氧化碳按体积计不得大于0.5%；
c 氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3以下；
C 隧道内气温不得高于28℃；
D 隧道内噪声不得大于90Db。
⑷施工独头掘进长度超过150m时，应采取机械通风，确保洞内每人供应3 m3/min的新鲜空气。
⑷便道及施工现场要注意撒水防尘，减少对周围环境的破坏。
⑸隧道施工作业地段必须保证足够的照明。不安全因素较大的地段应加大照度。在主要交通道路、洞内抽水机站应设置安全照明，漏电地段照明应采用防水灯头和灯罩。

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