隧道工程项目开挖设计方案

1 隧道工程项目开挖设计方案 1 隧道总体设计 （ 1） 隧道平面及纵断面设计 隧道轴线是根据隧址区地形、地貌等因素，在符合路线总体走向的前提下，结合了隧址区工程地质与水文地质条件、两端接线及工程造价等因素综合确定；隧道平面为双向四车道分离式隧道；左右线间距的确定主要考虑隧道总体地质条件、左右线隧道相互间施工干扰以及洞口接线工程等因素。 隧道纵断面设计主要考虑路线总体走向、隧道工程及接线工程规模、隧道施工难度、通风照明等机电设施前期投入及后期运营费用。 隧道进出口平、纵面线形指标均满足 3的要求。 （ 2）紧急停车带及横通道设计 根据公路设计规范要求，隧道设置了 2处人行横通道， 1处车行横通道，左右线隧道各 1处紧急停车带。 （见附图） 。 身结构设计 （ 1）建筑限界设计 依据现行公路工程技术标准及公路隧道设计规范，结合本项目技术标准及相关要求拟定隧道主洞、紧急停车带、行人横通道及行车横通道建筑限界，如图 3 2 图 3路隧道建筑限界图（单位： H 建筑限界高度 W 行车道宽度 左侧向宽度 右侧向宽度 C 余宽 J 检修道宽度 R 人行道宽度 h 检修道或人行道高度 建筑限界左顶角宽度 L 建筑限界右顶角宽度 主洞建筑限界宽为 L)+L)+ 2 （ W ）+R)+5m( 主洞建筑限界高为 5m； 紧急停车带建筑限界宽为 L)+L)+ 2（ W） +宽 )+R)+R)； 紧急停车带建筑限界高为 5m； 车行横通道建筑限界宽为 车行横通道建筑限界高为 5m； 人行横通道建筑限界宽为 人行横通道建筑限界高为 （ 2）内轮廓设计 隧道内轮廓设计以建筑限界为基础，综合考虑路面超高、衬砌结构受力特点、通风照明及消防设施布置空间、沟槽尺寸及隧道内装等拟定断面形式及具体参数，内轮廓均采用受理条件好的单心圆形式。隧道采用满足路面超高 4%的 R=555面尺寸见设计图。 隧道紧急停车带内轮廓依据建筑限界并综合考虑相关因素拟定：停车带内轮廓采用三心圆断面形式，其边墙部曲线与主洞一致以实现顺适过渡，隧道拱顶采用 R=车带内轮廓图详见设计图。 车行横通道及人行横通道，由于路跨度较小且位于较好的围岩内，采用断面利用率 3 高的直边墙 +半圆拱方案；拱部圆弧半径分别为 体布置见设计图。 （ 3）明洞衬砌设计 12 隧道明洞段采用明挖法施工，整体模筑衬砌结构；明洞段临时边 仰坡采用喷锚防护，喷锚防护采用喷射混泥土 +锚杆 +钢筋网的复合防护形式，相关衬砌结构参数如下表： 表 洞结构支护参数表 明洞及边仰坡 6钢筋网（ 22砂浆锚杆 SM2020 10 0（钢筋混凝土） （ 4）衬砌结构设计 1,2 本路段隧道衬砌结构均按照新奥法原理进行设计，隧道采用复合式衬砌，即初期支护采用锚网喷混凝土和钢拱架，在地质条件较差段辅以不同形式的超前支护，二次衬砌为模筑混凝 土或钢筋混凝土。衬砌设计支护参数通过工程类比和计算分析综合确定。隧道衬砌设计的主要原则为： 初期支护：对于级围岩由工字钢拱架（或格栅钢架）、系统锚杆、钢筋网及喷射混凝土组成，并辅以不同形式的超前支护，而对于级围岩则由系统锚杆、钢筋网及喷射混凝土组成。对于级洞口段围岩软弱、压力较大的段落则根据实际情况设置临时仰拱以控制围岩变形。 超前支护：本路段隧道设计采用的超前支护措施主要有超前打管棚、超前小导管。超前的管棚一般设于两端洞口，防止隧道开挖塌方和仰坡变形，惠水端洞口左右线均采用 16，兴仁端洞口左右线均采用 28m 长超前管棚；超前小导管：适用于 要防止隧道开挖发生塌方。 二次衬砌：一般情况下采用素混凝土，以方便施工，但在浅埋软弱围岩地段则采用钢筋混凝土，以确保隧道结构的安全。二次衬砌施作的合理时间应根据围岩地质情况和施工监测数据确定。 设计时结合隧道的地质、地形及所处位置选择合理的衬砌类型，主要衬砌类型的支护参数见下表： 表 洞支护、衬砌参数表 4 衬砌类型 支护参数 S 期 支 护 26 24 24 20 16 16 10 锚杆 长度（ （中空）L=中空）L=中空）L=中空）L=中空）L=中空）L=中空）L=距（ 60 120 60 120 80 120 100120 100120 120100 120120 超前支护 小导管型号 42 4 L=42 4 L=42 4 L=42 4 L= 间距（ 240 40 240 40 240 40 200 40 8钢筋网（ 20 20 (双层 ) 20 20 (双层 ) 20 20 (双层 ) 25 25 25 25 25 25 25 25 钢架 型号 120b 118 118 114 格栅 格栅 间距（ 60 60 80 100 100 120 预留变形量（ 12 10 8 7 7 5 5 二次衬砌 拱部（ 50（钢筋） 50（钢筋） 45（钢筋） 40 40 40 35 边墙（ 50（钢筋） 50（钢筋） 45（钢筋） 40 40 40 35 仰拱（ 50（钢筋） 50（钢筋） 45（钢筋） 40 40 40 （见附图） 特殊区段处理 （ 1）岩溶、溶洞 在厚大的石灰岩、白云岩中进行隧道开挖时会遇到隐伏性岩溶、溶洞。施工中必须 5 重视超前探测，及时采用相应处治措施。对于岩溶水量较小，与外界无水力联系的溶洞，可用排水管将水导入中心水沟。如果岩溶水量较大，无法一时排干，且与外界有水力联系时，尽量不要破 坏现有的溶洞水平衡。根据溶洞出现的位置、大小、形态、充填状况等不同，采用不同的结构形式进行处治，注意在衬砌背后设有充足的疏排措施。 （ 2）出口下穿省道段 隧道出口段下穿即有省道，该段埋深为 12 14m。设计采用加强衬砌方案，施工时应做好施工组织，避免载重车在拱顶频繁通过；采用合理的施工方案，降低爆破施工对围岩的扰动；加强对地表、围岩、初期支护状态的施工监测，根据地层情况对拱顶围岩进行加固，开挖后尽快完成拱顶施作，与拱墙及早形成封闭式承载体系，及早施作给段二次衬砌后再进行后续施工，避免因施工工艺不当导 致地面下沉、开裂和二次产生纵、斜向裂缝及拱脚错位。 道防排水设计 （ 1） 洞身防排水设计原则 隧道防排水设计以 “防、排、堵、截相结合 ”的原则，达到排水通畅、防水可靠、经济合理、不留后患的目的；在保证隧道放排水效果的前提下，加强防水、堵水措施，尽量减小隧址区地下水的流失、避免对水文地质环境造成重大影响。 （ 2）洞身排水措施 1） 在初期支护中根据地下水量大小按规定间距设置环向排水管将水引入衬砌两侧墙脚设置的纵向排水花管中，设计是按每 10工中可根据裂隙水发育情况调整间距 ； 2）隧道两侧边墙初期支护底部设置 110 3）隧道路面左右两侧设置排水沟，作为隧道的纵向排水沟排出路面；路面下设置中心排水沟排出地下水； 4）隧道纵向根据开挖后地下水情况设置 110向引水管设置间距数量按 10 5）纵向排水花管、中心排水沟及路面两侧边沟间隔适当距离设置检查井，方便维 6 修及利用高压水冲洗疏通。 （ 3）洞身防水措施 1）隧 道拱部及边墙满铺 350/洞及洞门段采用 350g/350/ 2） 二次衬砌采用抗渗混凝土浇筑，保证二次衬砌抗渗等级不低于 3） 隧道施工缝采用带注浆管的膨胀止水条、沉降缝采用橡胶止水带。在衬砌结构变化处设沉降缝。 （ 4）洞口排水设计 为防止过多的地表水汇集至洞门顶部，在洞口边仰坡坡顶外 5其以外的水流截排至天然水沟或路面边沟内；进洞方向为降坡的隧道洞 口，在洞口路基段水沟底设置 坡，以防止洞外路基段汇水流入隧道内。 道开挖方案的分析及优化选择 用的隧道开挖方法 3,4 隧道开挖方法主要是根据隧道的地质条件决定的，同时也必须考虑机械设备情况、材料情况、技术水平、隧道长度、断面积大小、工期要求及经济效益等因素；在做法上要加强管理，能做到均衡生产，符合快速、优质、安全、节约的原则。 隧道工程不同于其他工程的显著特点之一，就是在有限空间内，必须使有效设备和人员，协调而高效的发挥作用，才能在单位时间内取得良好的效果， 它涉及的因素很多，如施工机具及其配套综合能力、机具设备是否与所采用的施工方案相适应、施工方案是否与所处地质环境和支护手段协调、领先工序与后续工序的配合、组织指挥和管理水平，这些都是影响施工进度各项指标完成的因素。现列出几种常用的隧道开挖方法，以进行优化比选。 （ 1）台阶法 台阶法是指在不同的时间内，把隧道断面分成两部分进行开挖。如图 3 7 图 3阶法开挖顺序 1上半部开挖 这一施工法分为正、反台阶两种方法施工。根据台阶长度的不同可以划分为长台阶法、短台阶 法和超短台阶法三种，应根据要求选用合理的开挖方法。台阶法使用与浅埋或特浅埋隧道、大跨度隧道、围岩软弱、岩石破碎、构造复杂及围岩自稳能力差的隧道等。 （ 2）分步开挖留核心土法 这种方法将断面分成环形拱部、上部核心土和下部台阶三个部分，施工顺序如图3方法主要适用于土质围岩及软弱围岩，主要优点：由于上部留有核心土支挡着开挖面， 图 3部开挖预留核心土法 而且能 迅速及时地施作拱部初期支护，所以开挖工作面稳定性较好，核心土和下部开挖都是在拱部初期支护下进行的，施工安全行好 8 （ 3）中墙隔法（ 该方法施工顺序如图 3 图 32. 先行导坑中部开挖 3. 先行导坑下部开挖 5. 后行导坑中部开挖 6. 后行导坑下部开挖 对于隧道，可以先开通侧壁导坑开挖后行导坑上、中、下三部分，隔各台阶间的距离可根据围岩情况采用短台阶法或超短台阶法。当围岩级别较好时，每侧导坑均可只设上、下台阶。此法适用 于断面跨度大、地表沉陷难以控制的软弱松散围岩中的浅埋隧道。 （ 4）双侧壁导坑法（眼镜法） 该方法施工顺序如图 3 图 3侧壁导坑法开挖顺序 此法虽然开挖断面分块较多，对围岩的扰动次数增加，且初期支护全断面的时间长，但每个分块都是在开挖后立即各自封闭的，所以在施工期间变形几乎不发展。其特点在于施工安全，但进度慢，造价高，适用于断面跨度大、地表沉陷要求严格、围岩条件特别差的 浅埋隧道。 （ 5）交叉中隔墙法（ 9 施工顺序如图 3 图 3此法适用于浅埋软岩的大跨度或特的跨度隧道，它具有台阶法及侧壁导坑法的优点，与侧壁导坑法相比具有较快的施工速度；同时，本法通过中隔墙的减跨、临时仰拱及时封闭成环组成有力的支护体系，能非常有效地控制拱部下沉与收敛。 道开挖方案的优化比选 表 工方法比较 项目 台阶法 (或留核心土法 ) 双侧壁导坑法 工法的安全行 施工技术难度 施工机械类型 施工工序 工程造价 掌子面的稳定 地表沉降 周边收敛控制 适用范围 i 不够安全 较低 大、中型 较简单 较高 较差 较大 较差 地质条件较好、技术熟练 较安全 较高 中、小型 较多 较高 较好 较小 较好 地质条件较差、安全要求较高 安全 高 小型 多 高 好 小 好 跨度大、安全要求高 安全 高 小型 多 高 好 小 好 地质条件差、安全要求高 10 从施工复杂程度来看，台阶法和预留核心土法施工较少，施工过程简单，因而隧道掘进速度较快； 架立并拆除钢支撑，所以工序较多，施工过程较复杂，隧道掘进速度较慢，并且影响二次衬砌的施工进度； 道掘进速度更慢。 故此，选择台阶法作为本次隧道开挖方案设计的主要开挖方法，特殊地质条件区域采用相应的其他开挖方法。 第四章 隧道台阶法开挖施工 台阶法的主要特点是几乎是用于所有地层，而且可以根据实际地质条件和施工机械的效率来确定开挖台阶的长短，其灵活性比较强；再者，该方法对施工的技术难度不高，施工工序 较简单，施工进度较快 11 道开挖施工流程 由于林场隧道出口段软弱围岩埋深较浅，地质条件差，渗水大，如何能安全、快速、优质地通过该段软弱围岩施工是关键。根据多年来的施工实践经验，采用了三台阶七步流水作业法施工。其主要施工特点是：多台阶、短进尺、强支护，以尽量减小对周边围岩的扰动，且台阶之间可平行穿插作业、互不干扰。这样既安全确保工程施工进度，具体如图 45。 图 4台阶七步流水作业法 导管）超前支护； 3.、扩大拱脚、初期支护； 右马 口开挖； 5.、扩大拱脚马口初期支护； 心土开挖； 7.、下台阶马口初期； 挖； 支护、回填； 次衬砌； 工 （ 1）台阶分配 隧道软弱围岩施工，多台阶施工，台阶分配是关键。隧道作业空间是固定的，科学合理的工作面分配将对施工的可操作性、工作效率、施工安全、工程进度起着决定性作用。根据隧道的几何尺寸、机械工作空间，从拱顶开挖轮廓线向下 上台阶底至起拱线为中台阶，剩余为下台阶，如图 4 12 图 4阶分配示意图 （ 2）台阶开挖 台阶拱部左、右侧均以人工风镐开挖为主，必要时辅以弱爆破并保留环状核心土的施工方法，以减少对周边围岩的扰动，保证施工作业人员的安全与施工方便。 上台阶出渣。软弱围岩采用台阶法施工出渣，受台阶高度的限制，上台阶出渣必须采用 碴难点是拱脚，为此，拱脚的高度应尽量扩大挖掘机斗子的作业范围，减少人工清渣的工作量，以提高工作效率，缩短循环作业时间。一般从拱脚开挖轮廓线向隧道中引 60样仅 20人 5 下台阶采用挖掘机拉槽开挖。转载机配合汽车运输 台阶法的主要特点是几乎是用于所有地层，而且可以根据实际地质条件和施工机械的效率来确定开挖台阶的长短，其灵活性比较强；再者，该方法对施工的技术难度不高，施工工序较简单，施工进度较快 由于林场隧道出口段软弱围岩埋深较浅，地质条件差，渗水大，如何能安全、快速、优质地通过该段软弱围岩施工是关键。根据多年来的施工实践经验，采用了三台阶七步流水作业法施工。其主要施工特点是：多台阶、短进尺、强支护，以尽量减小对周边围岩的扰动， 且台阶之间可平行穿插作业、互不干扰。这样既安全确保工程施工进度，具体如图 4 中台阶和下台阶采用挖掘机拉槽开挖，转载机配合汽车运输，两侧各留 、右边墙马口交叉施工，两边不得同时开挖，错开最小间距 3m，马口开挖时，必须注意岩层倾斜和稳定情况，防止顺层坍塌。如图 4 13 图 4镐开挖施工顺序图 （见附图） 工质量监控 6 隧道施工中掌子面开挖成形后，必须立即喷射不小于 5跟监控量测，监控量测应在开挖后 2 4小时没进 行。否则，工作人员不得进入掌子面作业。 围岩监控范围包括： （ 1） 地质监控： 施工单位应配备专业地质工程师针对掌子面开挖地质情况观察、记录和描述，并绘制工程地质纵断面图，与设计地质类型进行对比，以正确判断围岩类别。 （ 2） 安全监控： 施工单位应配备专业安全员对施工以开挖洞室进行安全检查，观察初期支护、二次衬砌有无发生裂缝、掉皮、钢拱变形、渗漏水等现象，确保初期支护工程质量。 （ 3） 拱顶下沉、周边位移量测： 只有通过对围岩进行监控量测，才能正确的掌握围岩与支护之间的收敛动态，力学动态及稳定程度，客 观的评价围岩的稳定性，进一步了解围岩的弹塑性区域，裂隙发育程度等， 从而达到调整初期支护参数及指导设计和施工的目的，完成信息设计。 14 初期支护参数的调整，应根据监控资料会同设计、监理、施工人员共同研究确定，合理变更设计与施工方法，保障施工安全。 道开挖及支护的动态数值模拟 挖方式 7 根据不同的工程地质条件，需要有针对性地采用不同的开挖方式，以确保开挖后的隧道围岩能够保持稳定，不致变形过大甚至坍塌。所以隧道洞口及洞内开挖采用机械开挖 +爆破开挖的方式，针对各级围岩拟定相应的开挖及施 工方式，详细叙述如下： （ 1）隧道洞口及明洞段采用明挖法施工，主要采用机械开完方式，对于局部围岩较好区段可采用爆破开挖。 （ 2）隧道洞内主要采用爆破开挖；对于土方地段、围岩较差区段等可以采用机械开挖区段，应采用机械开挖以避免爆破震动对围岩造成破坏。 （ 3）隧道内主洞 隧道施工中掌子面开挖成形后，必须立即喷射不小于 5跟监控量测，监控量测应在开挖后 2 4小时没进行。否则，工作人员不得进入掌子面作业。 围岩监控范围包括： （ 1）地质监控： 施工单位应配备专业地 质工程师针对掌子面开挖地质情况观察、记录和描述，并绘制工程地质纵断面图，与设计地质类型进行对比，以正确判断围岩类别。 （ 2）安全监控： 施工单位应配备专业安全员对施工以开挖洞室进行安全检查，观察初期支护、二次衬砌有无发生裂缝、掉皮、钢拱变形、渗漏水等现象，确保初期支护工程质量。 （ 3）拱顶下沉、周边位移量测： 只有通过对围岩进行监控量测，才能正确的掌握围岩与支护之间的收敛动态，力学动态及稳定程度，客观的评价围岩的稳定性，进一步了解围岩的弹塑性区域，裂隙发育程度等， 从而达到调整初期支护参数及 指导设计和施工的目的，完成信息 15 设计。初期支护参数的调整，应根据监控资料会同设计、监理、施工人员共同研究确定，合理变更设计与施工方法，保障施工安全。 根据不同的工程地质条件，需要有针对性地采用不同的开挖方式，以确保开后的隧道围岩能够保持稳定，不致变形过大甚至坍塌。所以隧道洞口及洞内开挖采用机械开挖 +爆破开挖的方式，针对各级围岩拟定相应的开挖及施工方式，详细叙述如下： （ 1） 隧道洞口及明洞段采用明挖法施工，主要采用机械开完方式，对于局部围岩较好区段可采用爆破开挖。 （ 2） 隧道洞内主要采用爆破开挖；对于土方地 段、围岩较差区段等可以采用机械开挖区段，应采用机械开挖以避免爆破震动对围岩造成破坏。 （ 3） 隧道内主洞 级围岩较差区段采用留核心土法环形开挖。 （ 4） 隧道内主洞 急停车带 （ 5） 隧道内主洞 急停车带 （ 6） 隧道内主洞 急停车带 挖方案 8,9,10,11 (A)、 岩地段施工 、 支护后开挖，机械配合人工进行开挖，个别地方石方开挖采用放小炮松动，机械出碴。施工时严格遵守软弱围岩不良地段 “早预报、管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、勤量测、快封闭、紧衬砌 ”的原则，认真做到稳扎稳打，步步为营。 关键工艺要求： （ 1）超前小导管施工要注意保持环与环间的设计搭接长度。 （ 2）主要采用机械配合人工开挖，局部辅以弱爆破， “震松法 ”施工，尽量减少对地层的扰动，爆破要密打眼，少装药。 16 （ 3）拱部环形开挖后应立即完成该部分的钢 支撑安装和锚喷支护。 （ 4）仰拱及填充层在初期支护完成后尽快施做，先于二衬进行施工，采用搭设防干扰平台技术进行混凝土全断面灌注。必要时，钢支撑脚部设锁脚砂浆锚杆，以保证稳定和安全。 （ 5） 、 期支护紧跟掌子面，及时施做仰拱，使整个断面尽快形成封闭环。 （ 6）二次衬砌根据围岩量测监控的信息情况，适时施做，以保证初期支护和施工安全的关键措施。一般二次衬砌距初期支护 2 3倍洞径处开始浇注。 （ 7）施工时认真做好洞内排水工作，保证排水畅通，防止基底软化。两侧临时排 水沟要保证顺畅，合理位置设集水井，配备抽水机抽水。 （ B ）类围岩地段施工 类围岩地段采用正台阶施工方案，台阶长 15 20m，先支护后开挖，微震光面爆破，装载机和自卸车出碴。 关键工艺要求： （ 1）先拱部 22（ 25）超前先锚后灌式砂浆锚杆施工，然后上台阶开挖采用简易台架人工风枪钻眼，楔形复式减震掏槽，微震光面爆破开挖，循环进尺 （ 2）拱部初期支护施工顺序为初喷、挂钢筋网、复喷 20#砼至设计厚度。 （ 3）下部开挖后及时进行锚喷初期支护，灌注仰拱混凝土，片石砼仰拱 回填，分左、右半幅进行调平层施工。 （ 4）铺设环向排水软管及隧道专用复合防水卷材，初期支护基本稳定后施做整体模筑二次衬砌，二衬段与台阶距离不大于 30m。 2、爆破设计 类围岩正台阶法开挖，上半断面采用微震光面爆破，下部台阶采用一次性爆破施工。施工过程中，根据爆破效果及时修改爆破参数。 （ 1）炸药及雷管选型 选用爆速低的炸药，采用 2532更好地实现微差爆破采用非电毫秒雷管。 （ 2）非电微差起爆网络设计 17 爆破震动与同段齐爆的炸药用量有极其密切的关系，采用非电微差起 爆技术，不但可以有效控制单段雷管的起爆药量，又能有效地控制每段雷管的起爆时间，使爆破震动波形不形成叠加，既能保证岩石破碎达到理想的效果，又能消除爆破震动的有害效应。在掏槽眼、掘进眼、底板眼或周边眼中，起爆药量较大的段别的雷管，间隔时差设计为200跳段设置。这样可使爆破震动速度降低 30%，达到更好的爆破效果。 a孔深进尺设计：上部台阶采用 孔深度 部台阶采用 2孔深度 b掏槽形式设计：上台阶采用三角形三中孔眼直眼掏槽。 （ 3）装药结构设计：为更好地达到光爆 效果，周边眼采用间隔装药结构，药卷用小直径药卷。其余炮眼采用直径 32图 4a）、 (b)所示： 图 4药结构示意图 （ 4）爆破参数 表 项 目 开挖断面(循环进尺(m) 炮眼个数 (个 ) 装药量(比装药量 ( ) 比钻眼量 ( 个/单位耗药量(Kg/上台阶（约） 43 13 台阶 53 5 18 （约） （ 5）循环时间 表 环时间安排表 (类围岩 ) 顺序 作业项目 需用时间（ 上台阶 下台阶 1 台架或台车就位 15 15 2 测量、布眼 20 20 3 钻爆破眼 60 60 4 装药、连线 20 30 5 机械人员撤离、爆破 15 15 6 通风、排烟 20 20 7 找顶 10 8 出碴 50 80 9 施工初期支护及钢支撑 200 120 合计 470 420 类围岩循环作业主要参数：每环开挖按上台阶两环、下台阶一环，全断面进尺 环作业时间 16h。 （ C） 类围岩地段施工 采用全断面光面爆破的方法掘进。三臂液压台车钻眼、光面爆破作业。环进尺 药台车装药联线；侧卸式轮式装载机配合自卸汽车装运出碴。找顶和清除危石人工和 类 围岩开挖后按设计要求打设25先锚后灌式砂浆锚杆、初喷、挂钢筋网，复喷砼至设计厚度进行初期支护。 (1) 爆破设计 19 采用全断面光面爆破，爆破设计如下。 用爆速低的炸药，采用 2532更好地实现微差爆破采用非电毫秒雷管。 B孔深进尺设计：采用 孔深度 C掏槽形式设计：采用圆弧形 4中孔眼直眼掏槽。 表 要经济技术指标表 开挖断面(循环进尺(m) 炮眼个数(个 ) 装药量(比装药量( ) 比钻眼量(个 /单位耗药量(Kg/82 72 360 2) 循环时间 表 断面开挖循环时间安排表 顺序 作业项目 需用时间（ 1 台车就位 30 2 测量、布眼 30 3 钻爆破眼 210 4 装药、连线 60 5 机械人员撤离、爆破 15 6 通风、排烟 60 7 找顶 25 8 出碴 180 9 锚杆及喷混泥土 180 合计 790 20 全断面进尺 环作业时间 14h。 （见附图） 期支护施工及辅助施工措施 12 (1) 施工作业程序 考虑到林场隧道软弱围岩的特性，采用管棚超前确保隧道安全进洞。洞口均采用双层注浆 108 6管棚并左护拱，使在一定深度范围内，拱部软弱围岩相互挤压，水泥浆扩散黏结加固，组成一个承载环节，确保隧道安全进洞。 采用 18工字钢及时支护，并在工字钢连接板处设置 3根长 4 42 4注浆，使其具有抵御围岩形变的能力，以确保围岩稳定和施工安全。 采用复合式支护结构 :管棚（ 108 6 42 4前并注浆锚杆加固围岩 18工字钢、钢筋网、喷射混泥土综合运用，提高围岩自身强度和稳定性，并共同承载变形压力，保持隧道围岩稳定和施工安全。 一般软弱围岩支护顺序为：洞身开挖 初喷 锚杆施作 挂钢筋网 喷射混泥土。 (2) 施工方法及技术措施 锚杆 以钻进。有钻杆和锚杆两种功能，不必再退出锚杆插导管或锚杆，故能避免塌孔。 系统锚杆 初期支护布设系统锚杆，锚杆采用 22的钢筋，菱形布置。采用凿岩机钻孔，用高压风 清孔，用高压注浆泵向孔内注水泥砂浆。注浆时，将拌好的砂浆装入注浆器，一人操纵手把和进风阀门，另一人将注浆管插入眼中，使管口离眼底 10厘米间隙，待砂浆注入孔眼后，注浆管逐渐被砂浆向外推挤，此时可将注浆管均匀向外退出，注到眼深的 2/3以上时停止注浆，由插入的钢筋将孔内砂浆挤出填满为止。注浆完成后，向孔内插入锚杆钢筋，插入钢筋时不可左右摇晃，沿孔轴线缓缓推入。锚杆的外露长度与喷混凝土厚度相等，作为喷混凝土厚度的标志。 格栅钢架 21 钢架由主筋与箍筋按设计要求型式焊接而成，钢架之间用 22起。格栅钢架安装紧贴初喷砼面，为防拱脚下沉在拱脚设置锁脚锚杆。钢拱架按施工图纸在洞外加工成型。安装在初喷砼后进行，与锚杆焊成整体。架立时垂直隧道中线，当钢架和围岩之间间隙过大时，设置骑马垫块。 钢筋网 按设计要求立好格栅钢架或打锚杆后，紧贴初喷砼面挂钢筋网。 钢筋网的安装：挂钢筋网在锚杆施作后进行，钢筋网在洞外加工成型，钢筋网联接处用铁丝绑扎或点焊，根据岩面起伏形状铺设，并紧贴砼初喷砼面。钢筋网与锚杆应绑扎在一起。 喷砼 采用湿喷法。喷射混凝土在洞外采用集中拌合站拌制，由砼输送车运至 喷射点，由湿式喷射机配合砼喷射机械手施喷。施工按初喷和复喷进行，开挖后即进行初喷，安装好锚杆（钢筋网）和钢拱架支撑后，再进行复喷，直至满足达到设计厚度要求。施工过程如下： 打开计量泵，送风后调节风压在 压过大 粗骨料碰到钢筋网、格栅会回弹；风压过小，喷射冲量减少，导致喷层不密实。因此，要求湿喷机司机和喷射手密切配合。 将喷头固定在机械手上进行作业；若人工操作，应两人掌握或用简易支架辅助作业。喷头应保持与受喷面垂直。 一圈压前一圈 1/3。喷射线应自下而上，呈 “S”运动。隧道内应先边墙，后拱脚，最后拱顶。 超前小导管 为确保隧道开挖时撑子面的稳定，对软弱围岩段在掌子面开挖前，沿隧道拱部设置超前小导管注浆支护 ,超前小导管在格栅钢架完成后，复喷砼前施作，小导管注浆作业包括封面、钻孔、安管、注浆四道工序。 封面：注浆前喷射砼封闭掌子面，防止漏浆，喷层厚度不宜小于 40 布孔：按设计图纸，将小导管位置正确测设在工作面上。 钻孔安管：小导管采用 42度 3500工时对钢 22 管尾部焊箍，顶部做成尖椎状，管壁按梅花形布置溢浆孔，孔径为 6 8距 15用钻机或 眼长度应大于小导管长度。沿格栅钢架腹部将加工好的小导管打入孔中，外插角控制在 7度以内，尾部置于钢架腹部并与格栅钢架焊接，增强共同支护能力。小导管纵向搭接长度不应小于 注浆：采用双夜注浆泵压注水泥、水波璃双液浆，注浆压力控制在 孔口处设置止浆塞，浆液类型及配合比根据地层的渗透系数及地质情况，由现场实验确定。 （见附图） 阶法 开挖支护的动态数值模拟 13,14 目前我国普通分离式隧道的开挖施工比较灵活，开挖方法有所不同，下就几种常用的开挖方案的主要特点进行对比，结合工程的实际地址条件、机械设备情况、材料情况、技术水平、隧道长度、断面积大小、工期要求及经济效益等因素，以优化出开挖方案作为本次设计的最终方案。根据工程类比原则，假设计算分析中考虑拱顶上覆岩体厚 35面给出一组围岩和支护结构的物理力学参数： 表 岩支护结构物理 力学参数表 介质类型 弹性模量E/松比 内聚力C/摩擦角/( ) 重度 /(Kn/围岩 混凝土 5 45 19 26 （ 1）台阶开挖支护的动态数值模拟 这种施工方法开挖的主要步骤如下： (1)开挖上半断面。 (2)拱部及上部边墙喷射混凝土进行初期支护。 (3)开挖下半断面。 (4)下部边墙喷射混凝土进行初期支护。 如图 23 图 4阶法开挖顺序 a 应力场分析 按照施工步骤，对开挖动态进行计算分析，得到开挖引起围岩扰动后的应力场情况如下： （ 1）上半断面开挖支护后， 上半断面拱脚处出现围岩应力集中，拱顶及开挖底边， 应力释放较多，由于底边没有喷射混凝土，约束比拱顶要少，其应力值已释放至 0。整个计算区域没有出现拉应力。 （ 2）下半断面开挖支护后，整个隧道开挖洞周应力分布明显改善，上半断面拱脚处最大主应力集中现象消失，最大主应力的最大值出现在距洞壁 1边墙处最大主应力值减少至 个计算区域处于受压状态。 b 位移场分析 从各施工步骤中的位移场计算结果可以看出： （ 1）开挖后围岩朝洞内方向移动。上半断面开挖支护后，围岩水平方向的最大位移出现在拱脚上方，最大值约为 5直方向的位移在拱顶和底边比较明显，拱顶沉降最大值约为 边则向上隆起约 5 （ 2）下半断面开挖支护后，上半段面围岩水平方向的位移基本没变化，而下半断面在距洞壁 3水平方向的位移增加较明显，达 3直方向的位移在拱部上方 10地表沉降槽明显扩大至与隧道洞径同宽，底拱隆起最大值 有 5半断面的开挖对拱顶位移影响不大的原因与上半断面开挖后，拱部 24 应力已经释放，变形基本稳定有很大关系。 c 喷射混凝土初期支护受力分析 图 4阶法开挖支护结构轴力、弯矩图 图（ a）（ d）所示为喷射混凝初期支护结构的轴力图和弯矩图。由图可以看出： （ 1）支护结构的受力是对称的，这和结构和荷载都是对称的相一致。上半断面开挖支护后，支护结构的最大轴力和弯矩出现在拱脚上方，与围岩最大位移值出现的位置对应，轴力最大值为 矩最大值为 m. （ 2） 下半断面开挖支 护后，拱部轴力基本没有变化，但弯矩变化较大，最大值出现在上半断面拱脚处，量值为 m，比下半断面开挖前增加了 10倍，而拱脚上方的弯矩则大大减小。这是由于下半断面开挖后，上半断面拱脚处围岩受到的原先由下半断面岩体施加的约束转由支护结构承担所致。 另外，从图中可以看出，这个支护结构一开始就处于受压状态，没有出现拉力。 岩监控量测 25 控量测的目的 对于采用新奥法施工的隧道，监控量测是新奥法施工过程中必不可少的施工程序，是确保隧道施工安全的信息化手段，现 场监控量测是隧道施工过程中，对围岩支护系统的稳定状态进行监测，为初期支护和二次衬砌的参数调整提供依据，是确保施工安全、指导施工程序、便利施工管理的重要手段。 控量测工具方法及监测项目表 量测工具收敛计选用洛阳产的 10/15质罗盘，水平仪，水平尺，挂钩钢尺等。然后采用铁科院西南分院研制的监控量测分析软件进行数据分析，提供施工参数。根据设计要求以及工程所在位置地质情况，借助以往施工类似隧道量测取得的施工经验，经过认真分析，遵循可行、可靠、易于操作的原则。 如图 4 图 4阶法开挖测点示意图 表 道现场监控量测项目及量测方法表 序号 项目名称 方法及工具 布置 量测间隔时间 1 地质和支护状况观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察或描述 地质罗盘等 全长度每次爆破后进行 1 周边位移（隧道内空变位 收敛计用短锚杆 1天 1次 /2天 1周 1月 16 26 3 拱顶下沉仰拱顶隆起量 水平仪、水准尺、钢尺或测杆 每 20m，一点 一点 天 1次 /2天 1周 1月 14 锚杆内力及抗拔力 各类电测锚杆、锚杆测力计及拉拔器 每 30个断面至少做 5根锚杆。 大于 3个月 5 地表下沉 水平仪、水准尺（判定稳定性） 每 5断面至少 7个测点、每隧道至少 2个断面。中线每 5准点（锚杆） 开挖面距量测断面前后 21天；开挖面距量测断面前后 51次 /2天开挖面距量测断面前后 51次 /周 注： 中 1测项目， 5为选测项目。 3. 量测数据的处理和应用 a. 施工时，将各项量测情况填入记录中，及时绘制位移 注明 27 当前施工工序及开挖掌子面离量测断面的距离。 b. 稳定性判别 当位移 行数据处理和回归分析，推算最终位移和变化规律；当位移 明此时的围岩、支护系统已处于不稳定状态，必须立即停止开挖、对危险地段加强支护，确保已开挖段的安全。 次衬砌 拱与填充作业 为了及早封闭岩面，增强衬砌的整体受 力，改善洞内作业环境，仰拱及填充施工超前于墙拱衬砌。为达到平行作业，仰拱施工不影响洞内运输作业，使用仰拱防干拢作业台车。仰拱与填充的具体施工工艺如下： 测量放线，严格控制底部标高。 铺设防水层，绑扎焊接钢筋，立挡头板。 砼拌合站拌制砼，砼输送车运送砼至工作面。 浇筑砼，插入式捣固捧捣固。 砼拌合时应严格按配合比执行，浇筑砼时，应注意仰拱砼与填充砼的标号不同，严禁填充砼侵入仰拱之内。 浇筑填充砼时，应做好排水管，检查好孔位和横向引水管的预埋及预留工作。 、拱衬砌 二次 衬砌模筑混凝土采用液压整体钢模台车施做。 测量放线，标出中线和标高。 利用工作台车，铺设防水层，绑扎焊接钢筋和预埋件安装、预留孔洞。 液压衬砌台车就位。 砼拌合站拌制砼，砼输送车运送至工作面，砼输送泵泵送至模板内，施作时应对称浇筑，用插入式捣固捧捣固，并在挡头预埋橡胶止水带。 拆模、养生，进入下一循环。 属设施施工 28 内防排水设施 1、环向排水管沿岩面布设，采用 5部钉距 部钉距 、施工缝、沉降缝施作方法按设计图纸执行 ,沉降 缝中橡胶止水带必须用钢 筋卡固定，钢筋卡间距不大于 50 3、铺设防水层前，应首先按照设计图纸的要求对钢丝、钢筋、管道、锚杆等凸出部位进行处理，并对喷射砼表面的凸凹不平进行找平处理。 4、铺设防水层时，人员站在自制的工作平台上，首先用专用垫射钉把无纺布固定在喷射砼表面，再把防水卷材按照规定用手动熔接器加热，焊接在专用塑料固定片 5、铺设过程中，无纺布和防水卷材应留有一定的富余量，并检查防水层的完整性，对破损处，应随时补好。 6、工作缝连接处应预留 30幅之间搭接宽度不小于 10接后用自动 熔接机热熔焊接，不得出现漏焊，焊缝必须用气压检查合格方可进行下一道工序 。 车（人）横洞施工 为确保总工期，隧道正洞的墙、拱衬砌越过横洞位置后，且正洞掌子面距横洞口约100m，即可开挖横洞。正洞在横洞口初期支护、二次衬砌时，必须按设计实施加固，以策横洞与正洞结合部的安全。开挖采用微台阶全断面法，衬砌采用全断面法 。 内风、水、电路布置 1、施工通风 经计算每个洞口设置 1台风机通风，采用天津通风机厂生产的 每分钟风量为 1800m3/我局机械厂生产的 1200的软式通风管进行压入式通风，风机安装在距洞口 25 2、施工排水 由于该隧道进洞方向均为下坡，洞内两侧设水沟和集水井，集水井间距 50米，设分级水泵，将洞内集水抽至洞外水沟。 3、施工用电及照明用电 本隧道距离在 880米以内，每洞口设 1台 400过变压器直接供给各工 4、施工用高压风、高压水 每座隧道出口设压风机站安装 1台 4L 20 8压风机提供高压风。高压水由高位水池直接 29 供给。 5、水沟、电缆沟施工 测量放线，标出中线和标高。 人工立模，预埋 电缆沟托架，拌合站拌合砼，砼输送车运至工作面，人工浇筑砼，插入式捣固棒捣固。 拆模、养生 人工安装预制好的水沟管节，管节与管节之间，管节与填充底部，管节与电缆沟之间用水泥砂浆固结。 盖好电缆沟盖板 内路面 1） 清除杂物，并用高压水冲洗基层表面，确保接合部的施工质量。 2） 先施工砼基层，再施工面层。 3） 按照设计图纸的要求预分块 ,加工制作 16长 80的拉杆和 25长 60的传力杆以及角偶补强钢筋 ,胀缝边缘钢筋 ,并立模加固。 4）混凝土由拌合站拌合，运输车运至工作面后由摊铺 机进行摊铺，摊铺时应缓慢、均匀地进行，保证连续操作，模板和水沟边缘采用人工摊平。振动梁进行捣固，并辅以插入式捣固棒捣固，真空吸水，压光。 5）路面砼施工应从隧道贯通面开始，由里向外进行。 6）当路面混凝土强度达到设计强度的 30%时用切割机沿横向切割横缝（间距每 5切割时导尺应准确固定。纵缝与施工缝吻合、不需要另行切割。 7）横缝切割完后，随即用刻纹机在混凝土表面沿横向刻作防滑槽，保证路面的抗滑要求。 道内装饰施工 隧道内拱部装饰采用隧道专用漆，侧墙、洞门瓷砖饰面。拱部装饰施工采用 人工利用小型机具进行，施工前清除洞内壁表面的油腻及污物，涂料采用机械喷涂，涂层分两次喷涂。 面砖贴面装饰将装饰作业的表面清洗干净并作好 20道所有变形缝均要断开，断缝宽度 4砖