洞身開挖應(yīng)根據(jù)隧道長度、斷面大小、結(jié)構(gòu)形式、工期要求、機械設(shè)備、地質(zhì)條件等,選擇適宜的開挖方案(包括開挖順序、爆破、施工照明、通風、排水、支護、出渣等)。為了最大限度地利用圍巖自承能力,必須采用有利于減少超挖、減少圍巖擾動的開挖方法進行洞身開挖。
一般規(guī)定
1、洞身開挖應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小、機械設(shè)備等,選擇適宜的開挖方案(包括開挖順序、爆破、施工照明、通風、排水、支護、出渣等)。為了最大限度地利用圍 巖自承能力,必須采用有利于減少超挖、減少圍巖擾動的開挖方法進行洞身開挖。
2、隧道爆破應(yīng)采用光面爆破,必要時采用預裂爆破技術(shù);施工中應(yīng)優(yōu)化鉆爆設(shè)計、提高鉆眼效率和爆破效果,降低工料消耗。對不宜爆破、挖掘機又難以挖動的軟弱圍巖以及黃土地段,鼓勵采用銑挖機配合裝載機進行隧道開挖施工。
3、應(yīng)有良好的通風、照明、調(diào)度、高壓風、給排水、供電系統(tǒng)。
說明
良好的通風系統(tǒng)、良好的調(diào)度系統(tǒng)、良好 的高壓風系統(tǒng)、良好的給排水系統(tǒng)、良好的供電 系和照明系統(tǒng)是隧道快速施工的關(guān)鍵保障。
4、雙向開挖隧道的貫通宜選擇在圍巖較好的 地段。雙向開挖距離接近時,兩端施工應(yīng)加強聯(lián) 系、統(tǒng)一指揮,并采取淺眼低藥量,控制爆破震 動;當兩開挖面間的距離為15-30m時,應(yīng)改為單 向開挖,一端必須停止開挖、將人員機具撤走, 并在安全距離處設(shè)立警告標志。對采用單向開挖 的隧道,出洞前應(yīng)反向開挖不少于30m或不小于洞 口超前管棚長度,嚴禁在隧道洞口處貫通。
隧道選擇在洞口位置貫通,造成洞口沉降變形
5、雙洞開挖時,應(yīng)根據(jù)兩洞的軸線間距、洞口里程距離、地質(zhì)條件及其他自然條件,選擇適當?shù)拈_挖方法,確定好兩洞開挖的時間差和距離差,并采取措施防止后行洞開挖對先行洞周壁產(chǎn)生不良影響。
施工工序
1、淺埋段開挖超 過50m必須進行淺 埋段二襯及明洞模筑襯砌施工。
2、初支緊隨開挖面及時施作,減少圍巖暴露時 間,抑制圍巖形,并及時進行復噴,硬巖地段 復噴作業(yè)距掌子面不得超過60m 。
3、仰拱應(yīng)及時封閉成環(huán),鋪底距掌子面距離不大于60m。4、洞口及洞內(nèi)軟巖段二次襯砌盡早施工,其他段落根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果適時施工,一般情況下二 襯距掌子面距離不超過200m 。
說明
1、強調(diào)了洞口淺埋段和洞口邊仰坡穩(wěn)定安全 重要性,要求二襯和明洞必須及時施作。
2、強調(diào)了軟弱圍巖及不良地質(zhì)施工要點及 安全要求,初期支護要緊跟,仰拱要及時封閉成 環(huán),二襯襯砌要及時施作。福建省要求仰拱封閉 位置距離掌子面一般情況下不應(yīng)大于35m,一般不 超過70m,大家可參考。
3、硬巖地段初噴要及時,復噴距離掌子面 不超過60m,鋪地不超過60m,二襯一般不超過 200m。
1.開挖方法
隧道開挖必須與支護、襯砌施工相協(xié)調(diào)。如需變更設(shè)計除應(yīng)滿足技術(shù)規(guī)范要求外,還需滿足以下原則:
兩車道土質(zhì)和類土質(zhì)、含水量大、承載力低的隧道宜采用中隔壁法(CD法)或交叉中隔壁法(CRD法)施工。
三車道土質(zhì)圍巖和石夾土或土夾石的松散石質(zhì)圍巖、 地下水豐富的隧道應(yīng)按中隔壁法、交叉中隔壁法或雙側(cè)壁 導坑法施工。
淺埋大跨度隧道及地表下沉量要求嚴格而圍巖條件很差時應(yīng)選用交叉中隔壁法或雙側(cè)壁導坑法施工。
說明
兩車道土質(zhì)和類土質(zhì)、含水量大、承載力 低和三車道土質(zhì)圍巖和石夾土或土夾石的松散石 質(zhì)圍巖、地下水豐富的隧道采取臺階法施工存在 較大安全隱患,沉降往往難以控制,極其容易造 成侵限或塌方等質(zhì)量安全問題。
V級圍巖和淺埋段的Ⅳ級圍巖每循環(huán)進尺控制在2榀鋼拱架間距以內(nèi)。
采用環(huán)形導坑預留核心土法施工的隧道要嚴 格按該施工工序組織施工,尤其是要加強鋼拱架 的鎖腳,減少下沉;對土質(zhì)的隧道應(yīng)以核心土為 基礎(chǔ)設(shè)立2根臨時鋼架撐以支撐拱頂,核心土應(yīng)根 據(jù)圍巖量測結(jié)果適當滯后開挖。
采用上下臺階法施工的隧道,臺階分界線不得 超過起拱線;上臺階長度不得過長,應(yīng)盡量采用 短臺階,以便及時成環(huán)封閉。上臺階長度應(yīng)不大 于30m;下臺階馬口落底長度不大于2榀鋼拱架的 間距,應(yīng)一次落底,并盡快封閉成環(huán)。
說明
臺階長度過長往往造成封閉不及時;下臺 階馬口開挖和拱架落底過程是臺階法施工最危險 時間,一次開挖和落底長度過長,往往會造成支 護變形加大甚至失穩(wěn)塌方,指南規(guī)定落底長度不 大于2榀鋼拱架。
2.超欠挖控制
應(yīng)嚴格控制欠挖。拱、墻腳以上1m內(nèi)斷面嚴禁欠挖。
應(yīng)盡量減少超挖,不同圍巖地質(zhì)條件下的允許超挖值應(yīng)符合規(guī)范要求。
應(yīng)采用光面爆破、提高鉆眼精度、嚴格控制單響藥量等措施,并提高作業(yè)人員的技術(shù)水平。
開挖后應(yīng)采用斷面儀或激光投影儀直接測定開挖斷面尺寸,并繪制斷面圖。
隧道的開挖輪廓應(yīng)按設(shè)計和相關(guān)規(guī)范要求預留變形量,并根據(jù)監(jiān)控量測信息進行調(diào)整。
隧道斷面尺寸:開挖斷面、初期支護斷面、二次襯砌斷面
隧道激光斷面儀
光爆效果好,炮眼殘留率高
光爆效果差,超欠挖嚴重
3.鉆爆設(shè)計
隧道掘進施工前,應(yīng)進行專門鉆爆設(shè)計,并進行試爆,根據(jù)試爆結(jié)果合理調(diào)整各項參數(shù)。
說明
光面爆破工作是隧道施工的基礎(chǔ)性工作, 施工、監(jiān)理單位要加強檢查,確保光爆質(zhì)量。
周邊眼應(yīng)根據(jù)圍巖情況合理布置,保證開挖 斷面符合設(shè)計要求,硬巖開眼位置在開挖輪廓線 上,軟巖可向內(nèi)偏5~10cm。
鋪底和仰拱底面采用預留光爆層爆破,Ⅱ、Ⅲ級圍巖段的水溝應(yīng)與隧底光爆層同時爆破成形。
4.鉆爆作業(yè)
機械設(shè)備選型配套
(1)機械設(shè)備應(yīng)本著“性能先進、配套合理、著 重工效”的原則,按大斷面(長)隧道機械化施 工技術(shù)要求選型配套。一般要求一是開挖能力大 于施組要求能力;二是裝碴能力大于開挖能力;三是運輸能力大于裝碴能力;四是設(shè)備配置的富 余系數(shù)不宜過大(一般>1.2),以避免造成部分設(shè) 備能力的浪費。
(2)一般隧道大斷 面開挖可采用多層鉆 孔平臺配12~18臺風 動鑿巖機鉆孔。對于 長度大于5km或獨頭 掘進超過2km的長大 隧道應(yīng)優(yōu)先采用性能 先進的多臂液壓鉆孔 臺車進行施工。
采用多層鉆孔臺架全斷面掘進
(3)出渣運輸設(shè)備的選型配套應(yīng)保證機械設(shè)備充 分發(fā)揮其功能,并應(yīng)使出渣能力、運輸能力與開 挖能力相適應(yīng),宜配備大功率、大容量、性能先 進的裝運機械設(shè)備,加快施工進度。獨頭掘進2km 以內(nèi)的隧道一般采用無軌運輸出渣;獨頭掘進超 過2km,應(yīng)根據(jù)通風方案、輔助坑道來確定出渣方式。
(4)掘進150m以上,隧道施工必須實施管道通風
(5)裝藥:加強炮眼堵塞,提高爆破效果,周邊眼的堵 塞長度不宜小于400mm。宜配備專用炮泥機加工炮 泥,提高炮孔堵塞質(zhì)量。鼓勵承包人采用水壓控 制爆破法(ABM)等爆破效果較好的裝藥形式,減 少炸藥消耗量。
提醒
裝藥與鉆孔作業(yè)不得在同一開挖工作面進行。
開挖方法
1.全斷面開挖法
主要應(yīng)用于兩車道Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ級較好圍巖和三車 道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖段的施工。
說明
隧道采用全斷面開挖,爆破用藥量大,應(yīng) 控制一次起爆的炸藥量和循環(huán)進尺,降低爆破震 動對圍巖的影響和確保開挖工作面的穩(wěn)定。IV、V級圍巖在采取有效支護措施穩(wěn)定開挖工作面 后,也可采用全斷面發(fā)開挖。
2.臺階法施工
(1)臺階不宜多分層,上下臺階之間的距離盡可能滿足 機具正常作業(yè),并減少翻渣工作量;當頂部圍巖破碎,需支護緊跟時,可適當延長臺階長度。
(2)施工亦應(yīng)先護后挖,宜采用超前錨桿或超前小鋼管輔助施工措施。開挖應(yīng)盡量采用微震光面爆破技術(shù)。
(3)初期支護應(yīng)緊跟開挖面;上臺階施工時,鋼架底腳 宜設(shè)鎖腳錨桿和縱向槽鋼托梁以利下臺階開挖安全。下臺 階在上臺階噴射混凝土強度達到設(shè)計強度的70%后開挖。
(4)隧道兩側(cè)的溝槽及鋪底部分應(yīng)和下臺階一次開挖成型。
(5)臺階分界線不得超過起拱線,上臺階長度不得大于30m,下臺階馬口落底長度不大于2榀鋼拱 架的長度,應(yīng)一次落底,并盡快封閉成環(huán)。
說明
臺階開挖臺階長度要考慮初期支護閉合斷面的時間要求,圍巖穩(wěn)定性愈差,閉合時間愈短。
三臺階法施工,臺階步距、高度較合理
3.環(huán)形開挖留核心土法
先開挖上部導坑成 環(huán)形,并進行初期支護,再分部開挖剩余部分的 施工方法。其施工步驟
(1)環(huán)形開挖留核心土法,將開挖斷面分為上、中、下及 底部四個部分逐級掘進施工,核心土面積應(yīng)不小于整個斷 面面積的50%。上部宜超前中部3~5m,中部超前下部3~ 5m,下部超前底部10m左右。
(2)核心土與下臺階開挖應(yīng)在上臺階支護完成后、噴射混 凝土強度達到設(shè)計強度的70%后進行。為防止上臺階初期 支護下沉、變形,其底部宜加設(shè)槽鋼托梁,托梁與鋼架連 為一體,鋼架底部應(yīng)按設(shè)計要求設(shè)置鎖腳錨桿,并與縱向 槽鋼焊接,錨桿布設(shè)俯角宜為30°
(3)每一臺階開挖完成后,及時噴射4cm厚混凝土 對圍巖進行封閉,設(shè)立型鋼鋼架及鎖腳錨桿,分 層復噴混凝土到設(shè)計厚度,必要時各臺階設(shè)臨時 仰拱加強支護,完成一個開挖循環(huán)。
(4)對土質(zhì)的隧道應(yīng)以核心土為基礎(chǔ)設(shè)立3根臨時 鋼架豎撐以支撐拱頂和拱腰,核心土應(yīng)根據(jù)圍巖 量測結(jié)果適當滯后開挖。
4.中隔壁法(CD法)
是將隧道分為左右兩部分進行開 挖,先在隧道一側(cè)采用二部或三部分層開挖,施作初期支 護和中隔墻臨時支護,再分臺階開挖隧道另一側(cè),并進行 相應(yīng)的初期支護的施工方法。其施工步驟:
CD法,側(cè)壁按兩臺階的,適合于圍巖條件較好的
(1)上部導坑的開挖循環(huán)進尺控制為1榀鋼架間距(0.75~0.8m),下部導坑的開挖進尺可依據(jù)地質(zhì)情況適當加大。
(2)中隔壁法或交叉中隔壁法施工時,初期支護完成后方可進行下一分部開挖,地質(zhì)較差時,每個臺階底部均應(yīng) 按設(shè)計要求設(shè)臨時鋼架或臨時仰拱;各部開挖時,周邊輪 廓應(yīng)盡量圓順;應(yīng)在先開挖側(cè)噴射混凝土強度達到設(shè)計要 求后再進行另一側(cè)開挖;左右兩側(cè)導坑開挖工作面的縱向間距不宜小于15m;當開挖形成全斷面時,應(yīng)及時完成全斷面初期支護閉合。
說明:左右導坑施工工序銜接較清晰、步序合理,仰供施作及時
左、右兩側(cè)導坑 開 挖工作面的縱向間距不符合要求
(3)導坑開挖孔徑及臺階高度可根據(jù)施工機具、 人員等安排進行適當調(diào)整。應(yīng)配備適合導坑開挖 的小型機械設(shè)備,提高導坑開挖效率。
(4)中隔壁的拆除工藝是關(guān)鍵技術(shù),中隔壁拆除 時間的判定要以拱頂下沉和凈空收斂為依據(jù),一般在拱頂下沉7天內(nèi)增量在2 mm以下作為拆除中壁 的基準。同時,要求中隔壁的拆除應(yīng)滯后于仰拱,一次拆除長度應(yīng)根據(jù)量測數(shù)據(jù)慎重確定,拆除 后應(yīng)立即施作二次襯砌。
5\.交叉中隔壁法(CRD法)
1)CRD法是在軟弱圍巖大跨度隧道中,先分部開挖隧道一側(cè),施作中隔壁和橫隔板,再分部開挖隧道另一側(cè)并完成橫隔板施工的施工方法。
6.雙側(cè)壁導坑法
雙側(cè)壁導坑法是先開挖隧道兩側(cè)導坑,及時施作導坑四周初期支護及臨時支護,然后再根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小,對剩余部分采用二部或三部開挖的方法。
說明:雙側(cè)壁導坑關(guān)鍵在于各工序的施工質(zhì)量,特別是支撐鋼架的連接一定要緊密,要加強監(jiān)控量測,確保安全。
雙側(cè)壁導坑法施工
(1)圍巖開挖應(yīng)盡量采用挖掘機和人工配合無爆 破施工,局部需爆破施工時,宜弱爆破施工,以 盡量減少對地層的擾動。
(2)側(cè)壁導坑開挖后,應(yīng)及時施工初期支護并盡早形成封閉環(huán);側(cè)壁導坑形狀應(yīng)近于橢圓形斷面,導坑跨度宜為整個隧道跨度的三分之一;左右 導坑施工時,前后拉開距離不宜小于15m;導坑與 中間土體同時施工時,導坑應(yīng)超前30~50m。
雙側(cè)壁法開挖。但左、右導坑前后拉開的間距不足,且導坑與中間土體拉開的間距也不足
連拱隧道
(1)一般情況下,連拱隧道施工不宜左右兩洞齊頭并進,同時開挖、襯砌,宜先左(右)洞,后右(左)洞;再左( 右)洞、繼而右(左)洞的逐步推進,如此往復循環(huán)依次進 行;先行洞應(yīng)選擇在偏壓側(cè)及地質(zhì)較為軟弱的一側(cè);先行 洞開挖超前另側(cè)主洞30~50m,先行洞二次襯砌斷面落后 后行洞開挖面,距離現(xiàn)場可根據(jù)爆破震動監(jiān)測結(jié)果確定, 一般不小于2倍洞徑。
(2)為確保施工安全,避免二襯出現(xiàn)開裂,要求左右洞必須至少各配備一臺二次襯砌模板臺車。
(3)應(yīng)嚴格按設(shè)計要求進行中隔墻施工,中隔墻施工時應(yīng)注意預埋與主洞鋼支撐連接鋼板。
某連拱隧道鋼拱架未與中隔墻頂部有效連接,事后該座隧道出現(xiàn)塌方
小凈距隧道
小凈距隧道施工應(yīng)結(jié)合中巖墻厚度、圍巖條件及埋深等制訂單項施工技術(shù)方案。該方案應(yīng)嚴格貫徹設(shè)計意圖,并包括以下內(nèi)容:先行洞和后行洞開挖方法;先行洞和后行洞爆破設(shè)計和爆破震 動控制;先行洞和后行洞開挖錯開距離;先行洞襯砌與后行洞開挖錯開距離;中巖墻保護方法;各相互影響工序的滯后時間;非小凈距隧道施工方案中的其他內(nèi)容等。
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