隧道开挖施工方法

-1-隧道开挖施工方法1.一般规定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。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。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。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。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。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。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，-2-应改为单向开挖，直到贯通为止。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。2.开挖方法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。2.2开挖方法的适用范围和施工要求如下：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。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。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。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。2.2.5单侧壁导坑法适用于围岩较差、跨度大、埋层浅、地表-3-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。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。2.7I类围岩必须按辅助施工方法的要求进行处理后方可开挖。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。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：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。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。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。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。-4-2.5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。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。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。3.超欠挖控制3.1应严格控制欠挖，当岩层完整、岩石抗压强度大于30MPA并-5-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。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3.2。当采用特殊方法支护时，允许超挖量应知当降低。妈允许超挖值(单位：cm)表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=30～60MPa，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。-6-3.3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。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。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3.5选用。开挖轮廓预留变形(单位：cm)表3．5围岩类别ⅣⅢⅡⅠ预留变形量3～55～77～10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。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。4.钻爆设计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-7-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。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。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4.3选用。光面爆破诸参数表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＞601.2～51.5.55～7070～850.8～1.00.30～0.35中硬岩30～601.50～45～6060～750.8～1.00.20～0.30-8-2.00软岩≤302.00～2.5030～5040～600.5～0.80.07～0.15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。换算炸药爆力号岩石炸药爆力换算炸药猛度号岩石炸药猛度2221K4.4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4．3-2选用。预裂火电厂破诸参数表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＞601.2～1.340～50400.35～0.40中硬岩30～601.3～1.440～45400.25～0.35软岩≤301.4～1.530～40400.09～0.19预留光面层光面爆破诸参数表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)-9-硬岩＞601.2～51.5.60～7070～800.7～1.00.20～0.30中硬岩30～601.50～2.0040～5050～600.8～1.00.10～0.15软岩≤302.00～2.5040～5050～600.7～0.90.07～0.12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4.3注②所示的公式计算。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。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。4.7炮眼布置应符合下列要求：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。4.7.2周边炮眼应沿设计开挖轮廓线布置。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-10-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。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。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。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。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。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10