隧道开挖方案设计样本.doc

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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。

第

四

步

水沟电缆槽: 待洞内其
她土建工程完成后, 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
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( New Astria Tunnelling Method) ”, 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, 因此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, 就能经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。 
   3.为了改进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, 就能经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, 能够采用光面爆破开挖, 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, 经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。