公路隧道施工技术规范开挖.doc

5 开 挖

5.1一般规定

5.1.1 开挖方式和开挖方法应按本规范1.0.3条的原则确定，并应具有较大适应性。变换开挖方法时，应有过渡措施。
5.1.2 人力开挖方式只限于其它开挖方式不宜采用或在围岩不稳定的土质隧道中应用。低等级公路的短隧道可采取人力开挖方式。
5.1.3 开挖作业应遵守下列规定：
(1)合理确定开挖步骤和循环进尺，保持各开挖工序相互衔接，均衡施工；
(2)开挖断面尺寸应符合设计要求；
(3)爆破后，对开挖面和未衬砌地段应进行检查，对可能出现的险情，应采取措施及时处理；
(4)开挖作业中，不得损坏支护、衬砌和设备，并应保护好量测用的测点；
(5)做好地质构造的核对和素描，地质变化处和重要地段，应有照片记载。
5.1.4 岩石隧道的爆破应采用光面爆破或预裂爆破技术，施工中应提高钻眼效率和爆破效果，降低工料消耗。
5.1.5 开挖爆破应选用适当的炸药品种和型号，在漏水和涌水地段应采用非电导爆管起爆。
5.1.6 爆炸作业及火药物品的管理，必须遵守现行的国家标准《爆破安全规程》的有关规定。对有瓦斯溢出的隧道，应根据工点的地质情况、瓦斯溢出程度和设备条件，制定适宜的施工方案。
5.1.7 隧道双向开挖接近贯通时，两端施工应加强联系，统一指挥，并采取浅眼低药量，控制爆破。当两开挖面间的距离剩下15m时，应改为单向开挖，直到贯通为止。
5.1.8 双洞开挖时，应根据两洞的轴线间距、洞口里程距离、地质条件及其它自然条件，选择适宜的开挖方法，确定好两洞开挖的时间差，并采取措施防止后行洞开挖对先行洞周壁产生不良影响。

5．2 开挖方法

5.2.1 开挖方法应考虑围岩条件，并与支护衬砌施工相协调。开挖方法及开挖、支护顺序图见附录A。
5.2.2 开挖方法的适用范围和施工要求如下：
5.2.2.1 全断面法适用于Ⅵ～Ⅳ类围岩。该法可采用深孔爆破，其深度可取3 ～3.5m。
全断面法不适用于3车道隧道和停车带区段开挖。
5.2.2.2 台阶法适用于Ⅳ～Ⅱ类较软或节理发育的围岩，其施工要求如下：
(1)上下台阶之间的距离，应能满足机具正常作业，并减少翻渣工作量。
(2)当顶部围岩破碎，施工支护需紧跟时，可适当延长台阶长度，减少施工干扰。
(3)台阶不宜多分层，装渣机械应紧跟开挖面，以减少扒渣距离。
5.2.2.3 台阶分部开挖法适用于Ⅲ～Ⅱ类围岩或一般土质围岩地段。一般环形开挖进尺不应过长，以0.5～1.0m为宜。
5.2.2.4 导坑法适用于Ⅲ～Ⅱ类围岩。下导坑适用于探查开挖面前方地下水情况；中央导坑适用于处理膨胀压力地层；上导坑适用于洞口段辅助开挖。各工序安排应紧凑，支护及时，保证施工安全。
5.2.2.5 单侧壁导坑法适用于围岩较差、跨度大、埋层浅、地表沉降需要控制的场合。中壁墙的拆除，必须待围岩完全稳定后方可进行。
5.2.2.6 双侧壁导坑法适用于浅埋大跨度隧道及地表下沉量要求严格而围岩条件很差的情况。施工中应注意各工序的合理安排，加强洞内施工管理和围岩监测工作，并掌握好两壁墙的拆除时间。
5.2.2.7 I 类围岩必须按辅助施工方法的要求进行处理后方可开挖。
5.2.3 当衬砌采用先拱后墙施工时，下部断面开挖应符合下列要求：
(1)拱圈子混凝土达到设计强度70%之后方可进行下部断面的开挖；
(2)可采取扩大拱脚、打设拱脚锚杆、加强纵向联按等措施，加固拱脚；
(3)下部边墙开挖后，应按设计规定及时做好支护；
(4)应及时理测拱顶、拱脚和边墙中部的位移，当变形速率有增大趋势时，应立即采取仰拱封闭或其他有效措施，保证围岩和衬砌尽局面处于稳定状态。
5.2.4 边墙马口跳槽的开挖，一般应错开施工，围岩状态较好时可采取对开施工，并符合下列要求：
5.2.4.1 宜采取长短马口结合，减少跳槽次数。首轮马口长度，Ⅳ～Ⅲ类围岩不宜大于4m，Ⅱ～Ⅰ类围岩不宜大于2m。
5.2.4.2 首轮马口和中心宜选在拱圈接缝处，并应注意岩层倾余和稳定情况，防止顺层坍滑。
5.2.4.3 回头马口开挖必须待相邻边墙封口24h后进行；有侧压力时，应在封口3天后进行。
5.2.4.4 洞口加强段开挖马口，拱圈悬臂长度不得超过首轮马口长度。
5.2.5 导坑开挖或中槽开挖应采取多循环，并符合以下要求：
(1)导坑断面应根据地质条件、支护形式、机具设备和运输、通风、排水的要求以及作业安全要求等来确定；
(2)各类临时支撑不得妨碍坑内运输作业；
(3)在地质条件较好时，下导坑可保持较长的超前距离；
(4)当为硬质地层时，下导坑底部应一次挖至隧道底设计高；上导坑应一次挖至隧道顶开挖轮廓线。
5.2.6 分部开扩大时，应符合下列要求：
(1)开挖应顺帮打眼，周壁采用光面爆破；
(2)围岩压力较大时，分部开挖应与支撑配合进行；
(3)当洞口段地质较差或覆盖层较薄时，应在洞内稳定地层向洞口方向逐步扩挖的浇筑拱圈，保证洞口段施工安全；
(4)当分层扩大时，应加强断面测量工作，防止超欠挖；并配合出渣进行断面检查，清除欠挖，处理危石。
5.2.7 仰拱部位开挖时，可采取整幅开挖或半幅开挖，并应符合下列要求：
(1)挖至设计要求深度，底面平顺，清除渣物；
(2)排净积水，做好排水设施；
(3)隧道底两隅与侧墙联接处应平顺开挖，避免引起应力集中；
(4)当遇变形很大的膨胀性围岩时，低面及其两隅应预先打入锚十或采取其它加固措施后，再行开挖，其方法和规定可按本规范14.2节执行；
(5)仰拱部开挖时，应采取措施保证洞内临时交通畅通。

5.3 超欠挖控制
5.3.1 应严格控制欠挖，当岩层完整、岩石抗压强度大于30MPA并确认不影响衬砌结构稳定和强度时，允许岩石个别突出部分(每1m2 内不大于0.1m2)欠挖，但其隆超量不得大于5cm。拱、墙脚以上1m内断面严禁欠挖。
5.3.2 应尽量减少超挖，不同围岩地质条件下的允许超挖值规定见表5.3.2 。当采用特殊方法支护时，允许超挖量应知当降低。

允许超挖值(单位：cm) 表 5.3.2
围
岩
条
件
类
别
开 挖 部 位
硬岩，一般相当
于Ⅵ类围岩
中硬岩、软岩
相当于V～Ⅲ
类围岩
破碎松散岩石及土
质，相当于Ⅱ～Ⅰ
类围岩(一般不需爆
破开挖)
拱部
平均10
最大20
平均15
最大25
平均10
最大15
边墙、仰拱、隧底
平均10
平均10
平均10
注：①硬岩是指岩石抗压极限强度Rb＞60MPa，中硬岩Rb=30～60 MPa，软岩Rb＜MPa。
　　 ②平均线性超挖值= 。
③最大超挖值系指最大超挖处至设计开挖轮廓切线的垂直距离。
④表列数值不包括测量贯通误差、施工误差。如采用预留支撑沉落量时，不应再计超挖值。
5.3.3 应采取光面爆破、提高钻眼精度、控制药量等措施，并提高作业人员的技术水平，将超挖控制在允许值以内。
5.3.4 测定超挖量应根据现场条件采用切实可行的测定方法。一般可采取下列方
法：
(1)由出渣量或衬砌混凝土量推算；
(2)通过激光投影仪直接测定开挖面面积；
(3)用断面测定仪量测。
5.3.5 采用复合式衬砌时，隧道的开挖轮廓应预留变形量当设计无规定时，可按表5.3.5选用。
开挖轮廓预留变形(单位：cm) 表5．3．5
围岩类别
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
预留变形量
3～5
5～7
7～10
特特设计
注：①本表按2车道隧道考虑。
②有明显流变和膨胀性岩体，应根据量测信息反馈计算分析选定。
③3车道隧道应另行预留变形量。
5.3.6 当采用构件支撑时，如围岩压力较大，支撑可能沉落或局部支撑于拆除时，应适当加大开挖断面，预留支撑沉落量保证衬砌设计厚度，预留支撑沉落量应根据围岩性质和围岩压力，并在施工过程中根据量测结果进行调整。

5．4 钻爆设计

5.4.1 钻爆设计应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具、爆破材料和出渣能力等因素综合考虑。
钻爆设计的内容应包括：炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、数目、深度和角度、装药量和装药结构、起爆方法和爆破顺序等。设计图应包括：炮眼布置图、周边眼装药结构图、钻爆参数表、主要技术经济指标及必要的说明。
5.4.2 硬岩宜采用光面爆破，软岩宜采用预裂爆破，分部开挖时可采用预留光面层光面爆破。
5.4.3 采用光面爆破时，应满足以下技术要求：
(1)根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线；
(2)严格控制周边眼的装药量，并使药量沿炮眼全长合理分布；
(3)周边眼宜采用小直径药卷和低爆速炸药。可借助传爆线以实现空气间隔装药；
(4)采用毫秒雷管微差顺序起爆，应使周边爆破时产生临空面。周边眼同段的雷管起爆时差应尽可能小；
(5)各光面爆破参数如周边眼间距(E)、最小抗线(V)、相对距(E/V)和装药集中度(q)等，应采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验确定，爆破成缝试验可按附录B进行。在无条件试验时，可按表5.4.3选用。
光面爆破诸参数 表 5.4.3
参
岩 数
石
种类
饱和单轴抗压限强度Rb(MPaa)
装药不偶合系数
D
周边眼
间距
E(cm)
周边眼最小抵抗线
V(cm)
相对距

E/V
周边眼药集中度
q(kg/m)
硬 岩
＞60
1.2～51.5.
55～70
70～85
0.8～1.0
0.30～0.35
中硬岩
30～60
1.50～2.00
45～60
60～75
0.8～1.0
0.20～0.30
软 岩
≤30
2.00～2.50
30～50
40～60
0.5～0.8
0.07 ～0.15
注：①软岩隧道光面爆破的相对距宜取小值。
②装药集中度按2号岩石硝按炸药考虑，当采用其它炸药时，应进行换算。换算指标主要是猛度和爆力（平均值）。换算系数K按下式计算。

5.4.4 预裂爆破诸参数可在现场由爆破成缝试验获得，在无条件试验时，可按表5.4.3-1选用。预留光面层光面爆破参数可按表5．4．3-2选用。
预裂火电厂破诸参数 表5.4.3-1
参
岩 数
石
种类
饱和单轴
抗压限强
度
Rb(MPaa)
装药不偶
合系数
D
周边眼
间距
E(cm)
周边眼至
内圈落眼
间距
(cm)
周边眼装
药集中度
q(kg/m)
硬 岩
＞60
1.2～1.3
40～50
40
0.35～0.40
中硬岩
30～60
1.3～1.4
40～45
40
0.25～0.35
软 岩
≤30
1.4～1.5
30～40
40
0.09～0.19

预留光面层光面爆破诸参数 表5.4.4-2
参
岩 数
石
种类
饱和单轴
抗压限强
度
Rb(MPaa)
装药不偶
合系数
D
周边眼
间距
E(cm)
周边眼最小抵抗线
V(cm)
相对距

E/V
周边眼药集中度
q(kg/m)
硬 岩
＞60
1.2～51.5.
60～70
70～80
0.7～1.0
0.20～0.30
中硬岩
30～60
1.50～2.00
40～50
50～60
0.8～1.0
0.10～0.15
软 岩
≤30
2.00～2.50
40～50
50～60
0.7～0.9
0.07～0.12
注：①表的适用范围：炮眼深度1.0～3.5m炮眼直径40～50mm，药卷直径20～32mm。
②炸药换算系数按表5.4.3注②所示的公式计算。
5.4.5 周边眼参数的选用应遵守下列原则：
(1)当断面较小或围岩软弱、破碎或在曲线、折线处开挖成形要求高时，周边眼间距E应取较最小值；
(2)抵抗线V座大于周边眼间距。软岩在取较小的周边眼间距的同时，抵抗线应适当增大；
(3) 对于软岩或破碎性围岩，周边眼的相对距E/V应取最小值。
5.4.6 爆破开挖一次进尺应根据围岩条件确定，开挖软弱围岩时，应控制在1～2m之内；开挖坚硬完整的围岩时，应根据周边炮眼的外插角及允许超挖量确定。
硬岩隧道全断面开挖，眼深为3～3.5m的深眼爆破时，单位体积岩石耗药量可取3～3.5mkg/m3；采用半断面或台阶法开挖，眼深为1.0～3.0m的浅眼爆破时，单位耗药量可取0.4～0.8mkg/m3。
5.4.7 炮眼布置应符合下列要求：
5.4.7.1 掏槽炮眼布置在开挖断面的中央稍靠下部，以使底部岩石破碎，减少飞石。
5.4.7.2 周边炮眼应沿设计开挖轮廓线布置。
5.4.7.3 辅助炮眼应交错均匀地布置在周边眼与掏槽眼之间，并垂直于开挖面打眼，力求爆下的石渣块体大小适合装渣的要求。
5.4.7.4 开挖断面底面两隅处，应合理布置辅助眼，适当增加药量，消除爆破死角。断面顶部应控制药量，防止出现超挖。
5.4.7.5 宜用直眼掏槽，眼深小于2m时可用斜眼掏槽，两个掏槽炮眼间距不得小于20cm。
5.4.7.6 斜眼掏槽的方向，在岩层层理或节理发育时，不得与其平行，应呈一定角度并尽量与其垂直。
5.4.7.7 周边炮眼与辅助的眼底应在同一垂直面上，保证开挖面平整。但掏槽炮眼应比辅助炮眼眼底深10cm。
5.4.8 掏槽中空孔的孔数、布置型式及其与装药眼间距，应根据中空孔和装药眼的直径、深度、地质条件和装药眼起爆顺序等来确定。
当中空孔孔径为10cm时，深眼爆破可采用三中空孔型式或双中空孔型式；浅眼爆破可采取单中空孔型式。
5.4.9 装药型式应按掏槽眼孔径rh与药卷径rc的比值D(不偶合系数)确定，也可按两者的体积之比D`确定，D值可取2左右，D`值可取4～6。
选用小直径药卷时，应防止爆炸中断现名象，岩石很软时可采用爆管装药型式。眼深小于2m时，可采用空气柱装药型式。硬岩炮眼较深时，眼底可装一节加强药包，以保证爆破效果。
5．4．10 当采用全断面开挖或台阶开挖时，应采用导爆管、毫秒雷管起爆周边眼，不得采用火花起爆。开挖断面一次起爆时，如毫秒雷管的间隔时间小，周边眼的雷管应与内圈炮眼的雷管跳段起爆，段炮眼之间起爆时差可取50～100ms。
5.4.11 对内圈眼的爆破诸参数应加以严格控制，防止围岩过度龟裂。
5.4.12 导坑或局部开挖，宜采用浅眼爆破，防止振动对支撑结构产生不良影响。
5.4.13 当钻爆设计与围岩条件不相适应时，应及时调整使其合理。

5．5 钻爆作业

5.5.1 钻爆作业必须按照钻爆设计进行钻眼、装药、按线和引爆。
5.5.2 钻眼前应定出开挖断面中线、水平线和断面轮廓，标出炮眼位置，经检查符合设计要求后方可钻眼。
5.5.3 炮眼的深度、角度、间距应按设计要求确定，并应符合下列精度要求：
(1)掏槽眼 眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。
(2)辅助眼 眼口排距、行距误差均不得大于5cm。
(3)周边眼 沿隧道设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm，周边眼外斜率不得大于5cm/m，眼底不超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。
(4)内圈炮眼至周边眼的排距误差不得大于5cm，炮眼深度超过2.5m时，内圈炮眼与周边眼宜采用相同的斜率。
(5)当开挖面凸凹较大时，应按实际情况调整炮眼深度，并相应调整药量，力求除掏槽眼外的所有炮眼底在同一垂直面上。
5.5.4 应根据钻爆设计要求造定钻眼效率高的钻眼机械。当采用液压式多臂凿岩台车作业时，应密切注意钻眼石屑的排除情况，保护好钻头。
5.5.5 钻眼完成后，应按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后才能装药爆破。
5.5.6 装药前应将炮眼眼内泥浆、石屑吹洗干净。已装药的炮眼应及时用炮泥堵塞密封。周边眼的堵塞长度不宜小于20cm，采用预裂爆破时，应从药卷顶端进行堵寒，不得只堵塞在眼口。
5.5.7 采用电力起爆时，除应按国家现行《土方和爆破工程施工及验收规范》有关规定执行外，尚应遵守下列规定：
(1)装药前电灯及电线应撤离开挖面，装药时可用投光灯、矿灯、风灯照明；
(2)起爆主导线应敷设在电线和管路的对侧，不得已设在同一侧时，与钢轨、管道等导电体的间距必须大于1.0m，并悬空架设；
(3)多工序掘进依次放炮时，应检查主线的连接，确认起爆顺序无误后方可起爆；
(4)在地下水较多的地段，所用爆炸材料应能防水，连接线应采用塑料导线，敷设爆破网路时接头不得浸在水中，如不能避免时应加强接头的防水与绝缘处理。
5.5.8 周边眼宜一次同时起爆。当必须对爆破需加以控制时，周边眼可根据地质条件分组起爆。
5.5.9 爆破后，开挖断面应进行检查并符合下列要：
(1)欠挖或超挖量应符合本规范5.3.1条和5.3.2条的规定。
(2)周边炮眼痕迹保存率可按式(5.5.9)计算：
炮眼痕迹保存率可依岩质不同而有不同要求，即应满足：硬岩≥80%，中硬岩≥70%，软岩≥50%。周边炮眼痕迹应在开挖轮廓面上均匀分布。
(3)两茬炮衔接时出两现的台阶形误差不得大于15cm。
5.5.10 开挖过程中，应监测围岩爆破扰动深度以及爆破震动对周围其他结构物的破坏程度。监测爆破震动应注意以下事项：
(1)应考虑爆破方法、药量、距离、地质善等因素，确定爆破最大振幅、频率；
(2)监测爆破对地面的震动影响，宜在铅垂方向及相正交的二个水平方向(其中一方向为爆破点方向)上同时测定；
(3)监测爆破震动值的空间衰减情况时，至少应设3个测点。
5.5.11 钻爆机械和其他电动机械的使用、管理、维修和保养，应按有关规定办理，并遵守以下规定：
(1)机械运转不得超过其最大负荷强度；
(2)燃料、润滑油脂和用水应符合有关规定；
(3)严禁对机械及零部件乱拆乱卸，互换装用；
(4)新型机械使用前，应对操作人员进行技术培训，熟悉其性能，掌握机械的安全操作规程。
5.5.12 进行爆破时，所有有员应撤至安全地点爆破后必须待有害气体排出后方可进至开挖面工作。

5.6 掘进机开挖

5.6.1 掘进机开挖可采用任意断面掘进机和全断面掘进机。选择机种时，应由地质条件、隧道断在尺寸和形状、隧道长度等来确定。
5.6.2 任意断面掘进机开挖适用于抗压极限强度小于20MPA的围岩，全断面掘进机开挖适用抗压极限强度为20～100MPa的围岩，以下几种情况不宜采用掘进机开挖。
(1)岩石抗压极限强度超过100MPA和裂隙发育(裂隙间隔一般为30～40cm)的围岩。
(2)抗压极限强度在1.0MPa以下的断层破碎带或软弱泥岩以及湿胀性围岩。
(3)石英、柘榴石等硬质矿物成分含量过多的围岩。
(4)地下渗水量较大围岩。
5.6.3 掘进机开挖前，应平整好场地，清除积水，创造良好的运转环境，当围岩干燥时，应在开挖面喷水安或设吸尘装置，防止粉尘扩散。
5.6.4 用钻臂式掘进机开挖时，应密切注意开挖面的稳定，并尽量减少超挖。用全断面隧道掘进机开挖时，应选择适合地质条件的刀具类型、刀盘转速及推力大小等；应进行周密的运轩管理，防上蛇行，提高掘进速度。
5.6.5 应加强洞内车辆调度，统一管理安排好各工序的施作时间。机械运转时，非操作人员应退至安全地点；发现异常情况，应立即停机。