隧道开挖施工方案(台阶法预留核心土法与钻爆法结合)

隧道开挖施工中，坚持“岩变我变，因地制宜”的原则，采取合理的施工方案，确保施工进度及安全施工。采用简易凿岩台架风枪钻爆作业。开挖后必须及时支护，避免围岩长时间暴露，根据量测结果适时施作二次衬砌。隧道围岩大部分Ⅳ、Ⅴ级，洞口段、断层破碎带地段及部分洞身浅埋地段为Ⅴ级，岩性主要为风化岩。隧道开挖根据不同的围岩级别和隧道断面大小分别采用不同的开挖方法。隧道按照新奥法原理组织施工，Ⅳ级围岩、Ⅲ停段采用台阶法施工；Ⅴ级、Ⅴ加强偏、Ⅴ加强围岩、Ⅳ停采用环形预留核心土法开挖，Ⅲ级围岩采用全断面开挖，风动凿岩机钻孔，非电毫秒雷管微差起爆，侧卸式装载机装碴，自卸车运送至弃碴场。待隧道出口方向掘进施工20天左右，再向进口方向开挖掘进，统一指挥，同步施工，进、出口距离在100米内时，采取浅眼低药量控制爆破；以保证安全及避免双向对围岩的影响。（1）台阶法Ⅳ级围岩及Ⅲ停段采用台阶法开挖，即将设计断面分两次开挖，其中上台阶超前一定距离后，上下台阶同时并进。施工工序见图11；施工工艺流程见图12。初期支护二次衬砌仰拱13ⅡⅥⅤⅥⅣⅣⅥ说明：台阶法适用于主洞所有Ⅳ级围岩主洞段、三级围岩主洞和紧急停车带段；施工顺序：a.上台阶开挖1；b.上台阶初期支护Ⅱ；c.下台阶开挖3；d.下台阶初期支护Ⅳ；e.浇筑仰拱Ⅴ.f.拱墙二次衬砌浇筑Ⅵ。图11台阶法施工工序图图12台阶法施工工艺流程图施工要点：根据围岩条件，合理确定台阶长度，当顶部围岩破碎，施工支护须紧跟时，可适当延长台阶长度，减少施工干扰，以确保开挖、支护质量及施工安全。台阶高度应根据地质情况、隧道断面大小和施工机械设备情况确超前地质预报拱部超前支护上台阶钻眼装药爆破通风初期支护监控量测断面检查、爆破效果分析按规定处理并反馈信息爆破设计初喷后出碴装碴运输上、下台阶测量放线下一循环施工下台阶钻眼定，其中上台阶高度暂定为4.5m，并在开挖掘进过程中根据实际情况进行调整。上台阶施工钢架时，应采用扩大拱脚或施做锁脚锚杆等措施，控制围岩和初期支护变形。下台阶应在上台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖。当岩体不稳定时，应采取缩短进尺，必要时上下台阶可分左、右两部错开开挖，并及时施做初期支护和仰拱。施工中应解决好上下台阶的施工干扰问题，下部施工应减少对上部围岩、支护的扰动。上台阶开挖超前一个循环后，上下台阶可同时开挖。（2）环形预留核心土法环形预留核心土适用于Ⅴ级、Ⅴ加强偏、Ⅴ加强围岩、Ⅳ停。施工工序见图13；施工流程见图14。初期支护二次衬砌仰拱初期支护仰拱Ⅱ说明：环形预留核心土法施工适用与Ⅴ级围岩、Ⅳ级围岩紧急停车带施工。施工顺序：1.上I部弧形开挖1；b.上II部开挖；3.上III部开挖；4.上部初期支护及施工支护;5.左侧下部开挖及初期支护；6.右侧开挖及初期支护；7.仰拱开挖及初期支护;8.仰拱及仰拱回填施做；9.施作防水及二次衬砌。ⅠⅢⅣV图13环形预留核心土施工工序图施工时，先对隧道拱部采用超前加固，然后分部开挖。开挖时，图14环形预留核心土法施工流程超前地质预报测量放样超前支护上台阶Ⅰ部开挖上台阶Ⅲ部开挖上台阶Ⅱ部开挖上台阶初期支护开挖IV核心土及中槽下台阶Ⅴ左侧开挖及支护下台阶Ⅴ右侧开挖及支护仰拱开挖及支护仰拱回填施作防水及二衬下一循环为减轻对周边围岩的扰动，尽可能采用风镐或机械法开挖，确需爆破时，应控制好装药量，采用弱震动爆破法开挖。各部位开挖后，及时按设计要求完成初期支护结构，使各部位能及时封闭，提高其受力性能。开挖时，下台阶前后错开不少于20m的距离，当开挖形成整体断面后，要及时完成仰拱施工，并根据围岩量测结果尽早施作二次衬砌结构。施工要点：①各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺，减小应力集中。②各部的底部高程应与钢架接头处一致。③每一步的开挖高度应根据地质情况确定。④开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。⑤下台阶左、右两侧施工时，纵向间距应拉开不小于15m的距离。⑥必须及时灌注二次衬砌。（3）钻爆设计Ⅳ级围岩、Ⅲ停段采用上下正台阶法钻爆及机械配合施工。根据围岩情况，台阶长度满足机具正常作业要求，台阶法和环形预留核心土法采用风动凿岩机钻孔。每次开挖进尺根据围岩情况而定。开挖主要采用爆破掘进作业，严格控制超欠挖，尽量减小扰动围岩。在施工中根据爆破设计结合现场地质情况进行爆破试验，不断修正爆破参数，达到最优爆破效果，开挖后及时完成初期支护。本隧道采用光面爆破，爆破机理：向炮眼中一定位置注入一定量的水，炮口用专业设备加工成的炮泥填塞。由于炮眼中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损失地经过水传递到炮眼周边围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩体破碎，此外，还会产生“水楔”效应，更有利于岩体破碎，同时水又会大大降低粉尘对环境的污染。装药结构及封堵：周边眼采用孔径不偶合装药法，利用空气达到间隔装药，导爆索连接，确保周边眼炸药起爆后衍生的切线方向的拉应力大于两个炮眼连线方向上围岩的抗拉强度，使光爆层内岩石被拉断形成贯穿裂缝及光爆面。掏槽眼及辅助眼内采用孔底或孔口注水，连续装药的装药方法，孔口采用炮泥填塞紧密。爆破要求：结合设计文件及施工规范的要求，爆破效果需满足：炮眼利用率大于90％；半眼痕保存率大于80％（整体性良好的坚硬岩石）；爆破后围岩面应圆顺平整，无欠挖，平均线性超挖面不超过20cm，且围岩面上无粉碎岩石和明显裂隙，以减少对围岩的施工扰动。①周边眼间距E、最小抵抗线W周边眼间距E是直接控制开挖轮廓面平整度的主要因素，借助于经验公式E＝Ki×d，一般情况下E=(8～12)d（d为炮眼直径）；根据经验抵抗线W＝（1.0～1.5）E。初步设计炮眼间距E=500mm，炮眼直径d=35mm，最小抵抗线W=65mm，满足对E、W值的要求，施工过程根据爆破效果和具体岩层适当调整。②周边眼每米装药长度L、装药集中度qL=2m2.8[δ]c/(V0×ρ0)1.4—L1.4满足条件：每米装药长度L的精度达到0.005m；m:不耦合系数,m＝D/d＝35/25＝1.4；ρ0:炸药密度，采用2＃岩石炸药，ρ0＝0.95g/cm3；[δ]c:岩石抗压强度，弱风化砂岩，[δ]c＝140MPa=1400kg/cm3；V0:标准状态下，每克炸药生成气体的体积，查表取8000cm3/g；q＝（πd2/4）ρ0•L＝π×3.22/4×0.95×0.0261＝0.2kg/m；符合2＃岩石炸药对装药集中度q值的经验值范围。③炮眼数量N的确定炮眼数量计算根据下列公式计算：N=S0/E+CSS0：开挖面周长（m）；E：周边眼间距（m）；C：掏槽眼和扩大眼系数，中硬岩取1.5（m）；S：开挖隧道断面积（m2）；④每循环装药量QQ=q•Vq：单位岩石炸药用量，根据经验0.9～1.2kg/m3。V：单循环爆破岩石体积（m3）。按此公式计算，Q=289.2kg。各炮眼药量分配:围绕光面爆破关键技术，遵循药包对殉爆距离的要求，通过多个循环爆破效果对比分析，优化炮眼中炮泥回填堵塞长度的最佳比例，后对各部位炮眼进行药量分配，掏槽眼及底眼采用大直径药卷，连续装药；辅助眼及内圈眼采用大直径药卷，连续装药，其装药量按照递减的原则进行分配；周边眼采用小直径药卷，各炮眼装药量详见钻爆设计图。炮眼堵塞:堵塞作用是使炸药在受约束条件下能充分爆炸，以提高能量利用率，堵塞长度因炮眼不同而不同。最小堵塞长度不小于20cm。采用炮泥机现场加工炮泥，要求堵塞密实，不能有空隙或间断。爆破器材:炸药采用2＃岩石销铵炸药，周边眼采用Ø25mm小药卷，其它采用20cm长，直径Ø32mm标准药卷，每卷0.15kg炸药;雷管采用火非电毫秒雷管，共10种段别。周边眼采用导爆索不耦合装药。装药连线网路:装药时，每2人一组，分片按照钻爆设计图确定的装药量自上而下进行装药，起爆网路采用复式联结网路，每一簇即“一把握”，导爆管在自由端15cm以上处，安装2个引爆雷管，各簇导爆管在自由端10cm以上处安装2各引爆火雷管，各联结均采用黑胶布包扎，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时应注意：导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管连接次数应相同；网路连接好后，要有专人负责检查。炮眼布置原则:①掏槽炮眼布置在开挖断面的中部采用直眼掏槽，炮眼方向在岩层层理或节理明显时，不得与其平行，应呈一定角度并尽量与其垂直。②周边炮眼沿设计开挖轮廓线布置，以保证爆出的断面符合设计要求。③辅助眼交错均匀布置在周边眼和掏槽眼之间，力求爆下的石碴块度适合装碴的需要。④周边眼与辅助眼的眼底应在同一垂直面上，以保证开挖面平整，但掏槽炮眼应s加深10-20cm。⑤炮眼布置数量视隧道开挖断面的大小和围岩情况而定。控制要点:①采用光面爆破技术和微震控制爆破技术，严格控制装药量，以减小对围岩的扰动，控制超欠挖，控制洞碴粒径以利于挖堀装载机装碴。②隧道开挖每个循环都要进行施工测量，控制开挖断面，在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线及炮眼位置，误差不超过5cm。并采用激光准直仪来控制开挖方向。③钻眼必须按设计指定的位置进行。钻眼时掘进眼保持与隧道轴线平行，除底眼外，其它炮眼口比眼底低5cm，以便钻孔时的岩粉自然流出，周边眼外插角控制在3～4°以内。掏槽眼严禁互相打穿相交，眼底比其它炮眼深20cm。④装药前炮眼用高压风吹干净，检查炮眼数量。装药时，专人分好段别，按爆破设计顺序装药，装药作业分组分片进行，定人定位，确保装药作业有序进行，防止雷管段别混乱，影响爆破效果。每眼装药后用炮泥堵塞。⑤起爆采用复式网络、非电起爆系统，联接时，每组控制在12根以内；联接雷管使用相同的段别，且使用低段别的雷管。雷管联接好后有专人检查，检查雷管的连接质量及是否有漏联的雷管，检查无误后起爆。⑥开挖过程中注意观察石质的变化情况及爆破效果，及时调整钻爆设计。⑦控制隧道底超欠挖，保证底面平顺。保持临时排水系统畅通，防止积水浸泡围岩。不同围岩钻爆设计:根据地质情况，不同围岩采用不同的爆破方法，在施工中根据光面爆破设计结合现场地质情况进行爆破试验，不断修正爆破参数，达到最优爆破效果，开挖后及时完成初期支护。Ⅴ级围岩台阶法开挖见爆破见图15,Ⅳ级围岩台阶法开发见图16，Ⅲ级围岩台阶法开挖见图17。眼别掏槽眼扩槽眼辅助眼辅助眼连接雷管周边眼引爆雷管段别157131911合计眼别第一排眼第二排眼第四排眼第三排眼第五排眼段别12345第六排眼693456715辅助眼底板眼1155791075V级围岩超台阶分部开挖下半断面钻爆参数说明：1、本图为示意，图中尺寸以厘米计。本设计适用于V级围岩台阶开挖保留核心土法开挖光面爆破施工；2、周边眼采用D=25mm细药卷和导爆索间隔装药，表中周边眼药量含导爆索；3、本设计为初步设计，施工中应根据围岩变化情况不断调整修改爆破参数。12120.56.61.10.5516180.6750.7411.8449.18516951.186140.30.334.62141.19内圈眼底板眼连接雷管引爆雷管11合计110周边眼1113123456780557011100100100V级围岩台阶分部开挖上半断面钻爆参数V级围岩爆破设计图60眼深(m)1.21.12558193838眼数(个)雷管数(个)112装药集中度(kg/m)0.40.40.40.40.40.3单孔装药量(kg)0.480.440.440.33单段总装药量(kg)18.2416.728.363.522.28.2561.25眼深(m)1.189753眼数(个)雷管数(个)装药集中度(kg/m)0.60.550.55单孔装药量(kg)0.660.605单段总装药量(kg)1.983.0254.2355.4454.8460.53.31421553579860.550.5590.43.961.11.11.11.11.1383819255890.440.440.441.11.11.11.11.10.6050.6050.6050.55660.51.10.553.3第七排眼7152100707060601571710眼深(m)2.222644眼数(个)4雷管数(个)46装药集中度(kg