隧道洞口开挖施工方案.doc

宜巴高速21标段石门垭隧道洞口开挖施工方案
一、工程概况
石门垭隧道为一座上、下行分离式的四车道高速公路长隧道，我标段承担半座隧道，起止桩号左线ZK122+860-ZK126+487,总长为3627m，位于宜昌市秭归县水田坝境内，隧址区重要以长石石英砂岩、泥质粉砂岩为主。
地形、地貌
本单位工程线路位于构造剥蚀、侵蚀低中山沟谷地貌区，为穿越香溪河流域与凉台河流域分水岭地带而建设。本单位工程段属于凉台河流域，山间沟谷多沿北西及南向发育，沟谷峡窄，剖面多呈Ⅴ字型。隧道出口段位于向家屋场境内，属构造侵蚀深切河谷斜坡地貌区，出口位于三岔河（凉台河）东岸一凸坡地带，凸坡沿北西向延伸，左洞出口处地形较陡，自然坡脚约50°。全地表草木茂盛，森林成片，植被总体完整，局部有剥蚀。
二、隧道洞口开挖施工方案
石门垭隧道出口、郑家垭隧道进口施工便道已修筑完毕，已具有条件进行洞口开挖施工，洞口开挖施工是整体隧道施工的第一项工序，是隧道施工的关键。
进洞方案总体思绪：洞口边仰坡刷破­——喷射混凝土防护——管棚施工
2．1洞口边仰坡刷破
2.1.1隧道洞口边仰坡刷坡施工总体方案为：采用机械配合钻爆分层开挖，人工配合机械刷坡，自上而下分台阶进行；各台阶开挖、刷坡过程中同时做好坡面防护；
洞口边仰坡爆破采用预裂爆破；土质路堑开挖采用逐层顺坡开挖法，由推土机、挖掘机或装载机配合开挖；浅埋石质路堑数量不大时，采用浅孔爆破开挖；非顺层深路堑采用潜孔松动爆破法，深孔爆破用钻机钻孔；路堑侧沟用小炮开挖爆破成型。
2.1.2施工工艺
⑴边仰坡开挖前，先进行测量放线，放出隧道中线和开挖边界线。根据图纸中提供的刷坡线的坡度：1：0.75。
隧洞洞外采用三角网测量，每个洞口至少设立三个平面控制点，三个点应设在互相通视，交通方便，地基稳定且能长期保存的地方。高程控制采用水准测量进行，每个洞口应布设两个高精度水准点，两个水准点以安顿一次水准仪即可联测为准；中线放出后按10m为中桩间距单位打设中线桩；
开挖边线桩用等高线法测出，按5m为中桩间距单位打设开挖边界桩；
中桩及开挖边界桩要通过项目部测量队复核测量认可后方可使用；
边仰坡施工过程中，每一开挖台阶都要进行测量放线，放线内容为中桩及每台阶的坡脚桩；
⑵截水天沟修建。
开挖边界线放出后，在开挖边界线5m外结合地形放出洞外截水天沟开挖线。截水天沟在边仰坡开挖前修建，将地表水引离洞口开挖范围，以防止地表水冲刷边仰坡导致失稳坍塌。截水天沟修建时要考虑排出的水不流经洞外道路或能流入洞外排水沟中，使洞内外防排水形成统一体系，利于防水；
截水天沟尺寸详见已下发的施工图纸，施工时根据实际地形情况选择用断面（一）或断面（二）；
⑶边仰坡开挖。
①边仰坡采用机械配合钻爆分层开挖，人工配合机械刷坡，自上而下分台阶进行；各台阶开挖、刷坡过程中同时做好坡面防护；
②开挖前先进行清表，清表内容为地表植被、覆土层，清表至基岩后开始进行分台阶机械或钻爆开挖；
③因洞口段地形险峻、坡度较陡，不便使用潜孔钻钻孔，故设计开挖台阶高度为3-5m，以利于施钻和挖掘机械作业；
④为便于边仰坡坡面的一次开挖成型，减少刷坡量，爆破采用预裂爆破，钻孔间距和装药密度等根据岩石的结构计算，现场实验加以调整。爆破完毕后，采用挖掘机配液压锤对边坡进行修整，从而保证边坡顺直，为边坡防护工程发明条件。
预裂爆破参数的设计如下：
Ⅰ最小抵抗线W=(7～20)D,D为钻孔直径。
Ⅱ炮孔间距a=(0.4～0.6)W。
Ⅲ装药量Q=(0.12～2.1)L,L为光爆深度,装药量要在现场实验。
单孔装药量，用线装药密度QX表达，则QX=q.a.W
q=松动爆破单耗药量
在预裂孔装药时,使用小直径的药卷,沿钻孔深度间断绑在传爆线上。起爆采用塑料导爆管同时起爆。
2.2洞口边坡喷锚
为了更好的作好洞口边坡防护，必须严格按图纸设计进行施工，尽量减少洞口边仰坡的开挖，保证山体的稳定，具体施工如下：
1、在靠山体侧边仰坡范围内采用喷、锚、网进行加固，锚杆采用Φ22，长3.5m的地表砂浆锚杆，梅花型布置，间距1.2m，C20喷射砼厚10cm，钢筋网采用φ6，网格间距为20*20cm。
2、喷锚支护紧跟开挖面及时施作，喷锚支护施工程序见以下框图：
测量布孔
初 喷
钻 孔
安装锚杆
挂 网
进入下一循环
复 喷

㈠系统锚杆施工
系统锚杆施工工艺流程为：钻孔清孔注浆插入杆体
㈡选用材料及配合比
钢筋：按设计选用Φ22的Ⅱ级螺纹钢，长3.5m的地表砂浆锚杆，应将头部加工成扁铲形，以减少插钎阻力并加大锚固力。
水泥：选用经检查合格的42.5水泥。
砂子：粒度不大于2.5mm的砂子，含云母量不超过0.5％，含泥量不超过3％，不具有机杂质，使用前应通过严格过筛。
水：洁净的工业用水，PH值应为6~8。
配合比严格按技术交底规定配合施工。
㈢钻眼
钻眼设备采用普通气腿式凿岩机，钻眼要按以下规定进行：
①、 锚杆孔深匀许偏差为-50mm，锚孔直径应比锚杆直径大15mm以上；
②、 钻孔前应根据设计规定定出孔位，作出标记，孔位允许偏差为±15mm。钻孔应圆直，钻孔方向除现场质检工程师另有规定外，均应尽量垂直岩面。
③、 孔眼在锚杆安装前必须彻底清洗干净，一般用高压风或高压水冲洗。
㈣注浆设备
注浆采用挤压式注浆泵。输浆胶管采用25mm高压胶管。注浆管选用内径18~20mm无缝钢管制成。其与胶管连接的一端管口内应加工成均匀斜面，以利于砂浆顺利通过。注浆管的长度比眼深大0.5m即可。
㈤ 注浆
锚杆眼里注浆是否饱满，是保证锚杆支护质量的关键。注浆时，将搅拌好的砂浆装入注浆泵。将注浆管插入眼中，使管口离眼底部10cm间隙，开动注浆泵，待砂浆注入孔眼后，注浆管逐渐被砂浆向外推挤，此时可将注浆管均匀向外退出，注到孔深的2/3时停止注浆，再由插入的钢筋将孔内挤压填满为止。孔口封堵应采用早强药包。
㈥插钢筋
锚杆钢筋在插入前应充足除锈并用水湿润，以保证与砂浆紧密结合。插入钢筋时，要沿孔轴线缓慢推入。如遇插入阻力大，可用锤子轻轻打入。锚杆应外露10cm。插入钢筋后，砂浆未达成设计强度前，严禁扰动杆体。
㈦钢筋网安设
钢筋网应在系统锚杆施作后安设，预先按设计加工钢筋网片，施作时，将钢筋网随需支护岩面的起伏铺设，与被支护岩面间隙约3cm，并与系统锚杆焊接在一起，必要时加设50cm的临时锚杆对钢筋网进行加固。避免钢筋在喷射砼时晃动，钢筋网连接处用细铁丝绑扎或点焊，钢筋网之间的搭接长度不小于20cm。
㈧喷射砼施工
1、 喷射混凝土材料
① 水泥：水泥标号不得低于42.5，使用前应做强度复查实验。
② 速凝剂：必须采用质量合格的产品。应注意保管，防止受潮。使用前应做速凝剂效果实验，规定初凝时间不超过5min，终凝时间不超10min。
③ 砂：喷射混凝土应采用硬质洁净的中砂或粗砂，细度模数应大于2.5，含水量一般为5%-7%，使用前应过筛。
④ 石料：采用坚硬耐久的碎石，粒径不大于10mm,且级配良好。
2、 配合比
喷射混凝土必须严格按配合比施工。速凝剂添加不得大于配合比中规定值。为便于过程控制，现场应设有磅称，喷射混凝土材料应每盘称量，材料计量应以质量计算。拌和均匀性每班检查不得少于两次。
3、工地布置
隧洞喷射混凝土的施工布置，在满足施工工艺的前提下，应力求紧凑，充足运用场地空间及运送线，避免施工干扰。
拌和料应采用强制式拌和机，拌料在搅拌前应通过严格筛选，以防止大块料混入喷射机。拌料的运送应使用普通翻斗车或运送搅拌车，运送过程中应防止污染。
所有工人应配备规定的防护用品（如防尘口罩、眼睛、手套等），尽量不使用含石英质的砂，避免工人遭受硅尘危害。
喷射机使用的压缩空气必须保证压力稳定，气压应控制在0.1~0.15Mpa。可根据喷出料束情况适当调整气压。喷射机应随时保养维修，使之经常处在不漏风、不堵塞的良好工作状态。
4、喷射混凝土
① 喷射混凝土前，应用水或高压风管将岩面的粉尘及杂物冲洗干净。
② 喷射中发现松动的石块或遮挡喷射混凝土的物体时，应及时清除。
③ 喷射作业应分段、分片由下而上顺序进行，每段长度不超过6m。喷射时应将喷咀的流束作小圆圈慢速移动并垂直于工作面，保持喷咀与喷射面约1m的距离，由于有钢筋网，喷射距离可小于0.6m喷射角度可稍偏，喷射混凝土的调节是由喷射手凭借经验控制的。对的的水灰比喷射时喷层表面应具有轻度的光泽。塑性较好，无干斑或滑流现象。
④ 初喷厚度不小于4~6cm。喷射作业应以适当厚度分层进行，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔1h以上且初喷面已蒙上粉尘时，应用高压风或水清洗干净。岩面有较大凹洼时，应结合初喷予以找平。喷射时插入长度比设计厚度大5cm铁丝，每1-2m设一根，作为施工厚度控制标志。
⑤ 忽然断水或断料时，喷头应迅速移离喷射面，严禁用高压风、水冲击尚未终凝砼。作业完毕后，喷射机和输浆管内积料应及时清除干净。
⑥ 应不断总结验证新技术，以减少回弹率，回弹物不得重新用作喷射混凝土材料。
⑦ 喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间不小于7天。
⑧ 喷射混凝土作业紧跟开挖面时，下次爆破距喷射混凝土完毕时间不小于4h。
⑨ 遇地下水地段，喷砼应注意喷射时从地下水渗水点外围喷起，逐渐向内靠拢，直至渗水点周边，再安设排水管把地下水引出，同时注意，地下水较多时，砼可先喷干料，待干料与渗水结合后再喷湿料。喷射砼施工程序见下图：
细骨料
粗骨料
水泥
水
搅拌机
喷射机
喷嘴
压缩空气
速凝剂
外加剂

2.3管棚施工
管棚施工是目前隧道施工经常使用的一种进洞方法，在明暗交接处设立套拱，在套拱中预埋Ф127×4mm钢花管，固定管棚钢管方向。
在管棚施工前将洞口开挖面刷面，除去洞口植被漏出岩石，在开挖面套拱下环向预留核心土，稳固前方开挖体。
一方面按照设计尺寸加立3榀18工字钢，间距75cm,另一方面在工字钢上调试固定Ф127×4mm钢花管，支木模，最后浇注C25混凝土。
大管棚施工工艺流程见图1。
2.3.1管棚施工参数及施工工艺
①导管规格：Ф108×6mm钢花管；
②管距及设立范围：环向间距40cm；拱部137.6°范围
③倾角：外插角1°(不涉及路线纵坡)，方向：与路面中线平行；
④注浆材料：纯水泥（添加水泥重量5%的水玻璃）浆液；
⑤长度：10～40m。
⑥套拱内钢架采用3榀18工字钢，各榀钢架间焊接环向间距为1m的Ф25的链接钢筋。
⑦隧道纵向同一横断面的接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少须错开1m。
按设计规定进行测量放线、开挖工作室。按设计在拱部施做砼导向墙。在导向墙内按设计间距预埋导向管。
钻孔采用DK-300型钻机。采用钻机连接套管自动跟进装置连接钢管，将第一节管子推入孔内。钢管孔外剩余30-40厘米时，用管钳卡住管棚，使顶进连接套与钢管脱离，人工丝扣连接安装下一节钢管。
接管：钢管孔外剩余30-40厘米时，用管钳卡住管棚，反转钻机，使顶进连接套与钢管脱离，人工安装下一节钢管，对准上一节钢管端部，人工持管钳用钢管连接套将两节钢管连在一起，再以冲击压力和推动压力低速顶进钢管。
2.3.2施作套拱
⑴混凝土护拱作为长管棚的导向墙，在开挖廓线以外拱部137°范围内施作，护拱内埋设钢筋支撑，钢筋与管棚孔口管连接成整体。导向墙环向长度可根据具体工点实际情况拟定，要保证其基础稳定性。
⑵孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。
2.3.3搭钻孔平台安装钻机
⑴钻机平台用钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由1～2台钻机由高孔位向低孔位进行。
⑵平台要支撑于稳固的地基上，脚手架连接要牢固、稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。
⑶钻机定位：钻机规定与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，保证钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。
2.3.4钻孔
⑴为了便于安装钢管，钻头直径采用Φ108mm或127mm。
⑵岩质较好的可以一次成孔。钻进时产生坍孔、卡钻时，需补注浆后再钻进。
⑶钻机开钻时，应低速低压，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
隧道开挖
钻进结束
下一根管棚钻进
开挖周边放样布孔
管棚钻机就位
继续钻进安装至设计长度
钻杆退回原位
一节管棚体安装结束
接长管棚
钻进＋管棚体安装
M30砂浆注浆
注入双液浆

图1超前大管棚施工工艺流程图
⑷钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时解决钻进过程中出现的事故。
⑸钻进过程中保证动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
⑹认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料，从而指导洞身开挖。
2.3.5清孔验孔
⑴用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，保证孔径、孔深符合规定，防止堵孔。
⑵用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
⑶用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。
2.3.6安装管棚钢管
⑴钢管在专用的管床上加工好丝扣，导管四周钻设孔径10～16mm注浆孔(靠孔口2.5m处的棚管不钻孔)，孔间距15～20cm，呈梅花型布置。管头焊成圆锥形，便于入孔。
⑵棚管顶进采用装载机和管棚机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔(Φ127mm)，然后用装载机在人工配合下顶进钢管。
⑶接长钢管应满足受力规定，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。
2.3.7注浆
⑴安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注浆，浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。
⑵注浆材料：注浆材料为纯水泥浆（添加水泥重量5%的水玻璃）浆液，纯水泥浆的水灰比为1：1，水玻璃浓度为35波美度，水玻璃模数为2.4。注浆结束后及时清除管内浆液，并用M30水泥砂浆紧密充填，以增强管棚的刚度和强度。
⑶采用注浆机将浆液注入管棚钢管内，初压0.5～1.0MPa，终压2MPa，持压15min后停止注浆，为分段注浆。
注浆量应满足设计规定，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达成压力规定，应调整浆液浓度继续注浆，保证钻孔周边岩体与钢管周边孔隙充填饱满。
注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。
2.3.8施工控制要点
⑴钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。
⑵钻孔仰角1°认为宜，工点应根据实际情况作调整。钻孔仰角的拟定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在1°～1.5°。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。
⑶严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
⑷经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
⑸掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
2.3.9劳动力组织
钻机操作工3～6人，管棚加工2人，钢管顶进8人，注浆6人。
2.3.10机具配备
结合正常施工需要，管棚施工机械设备配置如下：
管棚钻机1～2台、电动空压机1台、注浆机1台、ZJ-400高速制浆机1台、混凝土拌合站一座、混凝土振动棒2个、钢模板、木模板、J3G-400A型型材切割机1台、型钢弯制机1台、BX1－400型交流弧焊机2台、砼搅拌运送车（3.5m3）1辆、ZLC50C装载机1辆。
2.3.11注意事项
大管棚必须在洞身开挖前完毕。洞口开挖时应预留管棚施工台阶，搭设管棚施工工作室，钻机脚手架平台应支撑在稳固的地基上。在软弱围岩地段，立柱底应加设垫板或垫梁。
在施作大管棚预支护的过程中应设立必要的监测项目，根据监测反馈信息及时采用相应的措施以保证施工安全和施工质量。