二鹅山隧道施工组织设计.doc

摘摘 要要 二鹅山隧道是一条铁路隧道 该隧道属于大断面的短隧道 主要设计内容包括 各级围岩荷载计算 利用有限元软件进行二衬的内力计算 开挖方法设计 爆破设 计 复合式衬砌设计 防水以及监测等 本设计中采用了新奥法施工 尽量保护围岩 发挥围岩的自承能力 进口和出 口段采用明挖法修建拱式明洞 洞身段 III 级围岩段采用台阶法进行施工 爆破开挖 IV 级围岩段采用台阶法预留核心土进行施工 机械开挖 V 级围岩段采用了 CRD 法进行施工 机械开挖 同时采用超前锚杆进行超前预支护 设计中介绍了开挖方 法的具体施工流程 施工工艺方面 整个施工过程中进行监控量测 保证施工安全和施工质量 施 工期间还采用地质雷达法和超前钻探取芯法进行超前预报 进一步保证了施工的安 全进行 此外设计中还给出了初期支护 二次衬砌和防排水施工工艺的措施和方案 关键词 新奥法 结构计算 爆破设计 监控量测 Abstract ereshan railway tunnel is a large sections tunnel and belong to short tunnel In this article main design contents include calculation of different surrounding rock load calculation of internal force in the second lining design of excavation design of blasting design of composite linings design of waterproof and monitoring etc NATM is adopted in this design with the purpose of try to protect the surrounding rock Open cut tunnle is built at the entrance and exit of the tunnle by open and cover method For III levelsurrounding rockmass in this tunnel steps method is used and blasting excavation for level IV surrounding rock three steps reserve core soil is used and mechanical excavation for V level surrounding rock CRD method is adopted and mechanical excavation meanwhile advanced bolt is built over the V level surrounding rock In this article the clear method and construction process is introducd Construction technology is introduced in the article During the course of construction monitoring measurements must conducted From beginning to end in order to ensure construction safety and construction quality During construction period Geological radar cooperate advanced drilling core to ensure the safty In addition primary support secondary lining and waterproof and drainage construction craft are introduced Keywords NATM Structure calculation Blasting design Monitoring measurement 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 研究背景 1 1 2 国内外研究现状 1 1 3 本设计主要内容 2 第 2 章 二鹅山隧道概况 3 第 3 章 结构计算 4 3 1 二衬结构计算原理 4 3 2 荷载计算 4 3 2 1 荷载计算公式 4 3 2 2 荷载计算 6 3 3 衬砌内力计算 7 3 4 二次衬砌强度检算及配筋 11 3 4 1 强度检算公式 11 3 4 2 强度检算及配筋 13 3 5 隧道的结构形式以及支护参数 14 第 4 章 隧道施工 16 4 1 总体方案 16 4 2 开挖方法和工序 16 4 2 1 明挖法 16 4 2 2 CRD 法施工 17 4 2 3 台阶法施工 19 4 3爆破设计 19 4 3 1 级围岩段爆破设计 19 4 3 2 级围岩段爆破设计 22 4 3 3 钻爆施工 25 4 4 装渣与运输 26 第 5 章 施工工艺 27 5 1 超前地质预报 27 5 2 监控量测 27 5 2 1 量测目的 27 5 2 2 监控量测项目 27 5 2 3 监控量测的主要设备 28 5 2 4 监控量测流程 28 5 2 5 监控量测测点布置 量测断面 29 5 2 6 围岩压力和两层衬砌间压力量测 31 5 2 7 数据分析与反馈 31 5 3 超前注浆小导管 31 5 3 1 超前小导管设计参数 32 5 3 2 超前小导管施工 32 5 4 初期支护 32 5 4 1 喷射混凝土 32 5 4 2 锚杆 34 5 4 3 钢筋网 36 5 4 4 格栅钢架 37 5 5 二次衬砌 38 5 5 1 二次衬砌施工概述 38 5 5 2 二次衬砌施工准备工作 39 5 5 3 混凝土的灌注 养护与拆模 40 5 6 隧道防排水设计 40 5 6 1 洞口防排水 40 5 6 2 洞内防排水 40 第 6 章 结论 44 参考文献 45 致 谢 46 附录 A 外文翻译资料 47 A 1 英文 47 A 2 译文 51 附录 B 图纸 55 石家庄铁道大学毕业设计 0 第 1 章 绪论 1 1 研究背景 随着我国社会 经济的高速发展 全社会客运量和货运量都成倍增长 铁路在 长途运输中占有明显优势 高速铁路是现代化铁路的重要标志 隧道是关键的基础 工程之一 高速铁路的修建为了获得更好的线路线性 为了环保的需要 必然会出 现大量的隧道群 目前我国大规模 高标准的铁路建设全面展开 客运专线对隧道 的工程质量 耐久性 环境与水土保持 运营管理等提出了更高的要求 近几年来 从引进时速 200 公里高速列车技术 到自主开发时速 350 公里 380 公里 和谐号 动车组 从京津城际铁路运营到京沪高铁即将开通 中国迅速跨入 引领世界的 高铁时代 而我国多山的特点使得对隧道技术的研究对实现高铁时 代具有了更为重要的意义 1 2 国内外研究现状 高速铁路隧道与常速铁路隧道最大的区别就是当列车以高速通过隧道时 产生 的空气动力学效应对行车 旅客舒适度 列车相关性能和洞口环境的不利影响十分 明显 因此 在隧道断面确定的时候必须考虑到空气动力学效应 施工方面 目前各国的高速铁路隧道施工方法仍以新奥法为主 以喷射混凝土 锚杆作为主要支护手段 通过监测控制围岩的变形 充分发挥围岩的自承能力的施 工方法 新奥法是按照实际观察到的围岩动态的各项指标来指导开挖隧道的方法 新奥法施工原则可以归纳为充分保护 并利用围岩的自承能力 施工要点为控制爆 破 锚杆支护和施工监测 实施方法为设计 施工和监测三位一体的动态模式 隧道的开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一 断面开挖方法的选择要注重 开挖方法的多样性 如开挖隧道的 TBM 法 矿山法 不是相互排斥的方法 而是可 以选择 可以组合的方法 在选择开挖方法时 一方面要考虑隧道围岩地质条件 一方面要考虑坑道范围内岩石的坚硬程度 高速铁路隧道大部分属于大断面隧道 为了减少开挖对围岩的扰动 充分 保护围岩 同时减小震动 保护隧道附近对震 动有较高要求的结构物 选择部分地质件适宜的隧道采用铣挖机 单臂掘进机 液 压破碎机 大功率挖掘机等装备开挖 将是一个发展趋势 这种采用非钻爆法施工 的工法会逐步完善 同时 国内外铁路隧道施工机械的发展正朝着高速 高精的数 石家庄铁道大学毕业设计 1 控技术发展 国内外隧道施工都充分证实了在高速铁路隧道施工阶段 重视和加强地质超前 预报 最大限度地利用地质理论和先进的地质超前预报技术 预测开挖工作面前方 的地质情况 对于安全施工 提高工效 缩短施工周期 避免事故损失都具有重要 意义 随着科学技术的发展 超前地质预报的仪器设备也更加精密 国内外隧道施 工期地质超前预报技术方法的发展主要经历了地质法阶段 超前平行导坑阶段 超 前水平钻孔阶段 无力探测法阶段 目前应用较广的有 TSP 超前预报 和地质雷达 超前预报法 TSP 超前预报系统具有适用范围广 预报距离长 时间短 对施工干 扰小 费用少等优点 可推断断层和岩石破碎带等不良地质体的位置 规模 产状 及岩石动力参数 地质雷达对隧底 边墙 隧顶外围岩的不良地质探测效果最好 在超前平行导坑中应用可对正洞起到超前地质预报的作用 1 3 本设计主要内容 1 计算 级 IV 级 V 级围岩荷载 确定不同的围岩级别条件下衬砌类型 衬砌长度 二衬厚度和计算配筋 进行洞身二衬结构检算 并绘制衬砌结构横剖面 图 结构配筋图 2 按工程类比法确定不同的围岩级别条件下隧道的初支结构及形式 3 进行隧道总体施工方案设计 包括总体施工部署 进洞方案 洞身不同围岩 段开挖方法等 4 设计具体的施工工艺 包括开挖 出碴 初支 二衬 防水工程 量测及其 它相关施工工艺 绘制相应的施工工法步序图 防水结构图 监测布置图以及其它 必要附图 石家庄铁道大学毕业设计 2 石家庄铁道大学毕业设计 3 第 2 章 二鹅山隧道概况 2 1 工程概况 成都端洞口仁寿端洞口隧道名称隧道长度 m 洞口桩号设计高程 m 洞口桩号设计高程 m 二峨山隧道2302K1106 263537 18K1108 565514 92 2 2 地质概况 二峨山山顶海拔高度 784 5M 进出口位置附近有沟谷溪流 其支沟短小 冲涮侵 蚀作用强烈 切割深度一般小于 30M 属构造剥蚀 侵蚀剥蚀山地峡谷地貌 表 层常覆盖残坡积层 二峨山地区山体宽厚 整个二峨山山体呈 NE SW 向展布 隧道 进口设计标高 537 18M 出口设计标高 514 92M 隧道轴向与二峨山山体基本成正交 展布 出口谷底宽 10 20M 有两条支沟在 K1108 700 地势平坦出汇聚成小溪流 并 有一级阶地发育 石家庄铁道大学毕业设计 4 第 3 章 结构计算 根据隧道地质情况 运用工程类比法确定本隧道所有围岩段均采用复合式衬砌 衬砌结构必须满足运营安全要求 防水要求和美观要求 3 1 二衬结构计算原理 二鹅山隧道 级围岩 级围岩的二次衬砌结构都采用结构力学方法计算 这 种方法又叫作 荷载 结构 法 这种方法是将支护和围岩分开考虑 支护结构是承 载主体 地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载 以计算衬砌在荷载 作用下产生的内力和变形的方法 其设计原理是按围岩分级或由实用公式确定围岩 压力 围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性支承来体现的 而围岩的承载能 力则在确定围岩压力和弹性支承的约束能力时间接考虑 3 2 荷载计算 3 2 1 荷载计算公式 1 判断深浅埋 2 2 5 pq Hh 式中 深浅埋隧道分界的深度 p H 等效荷载高度值 q h 系数 2 2 5 在松软的围岩中取高限 而在叫坚硬围岩中去低限 当隧道覆盖层 厚度 h Hp 时为深埋 h 时为浅埋 h 时为超浅埋 q h p H q h 2 当隧道为深埋时 采用我国 铁路隧道设计规范 所推荐的单线 双线 及多线铁路隧道按破坏阶段设计时垂直压力公式 式中 hq 等效荷载高度值 S 围岩级别 如 III 级围岩 S 3 围岩的容重 w 宽度影响系数 其值为 w 1 i B 5 1 q h0 45 2sqrrw 石家庄铁道大学毕业设计 5 其中 B 坑道宽度 m i B 每增加一米 围岩压力的增减率 以 B 5m 为基准 当 B5m 取 i 0 1 水平均布松动压力 e 按表 3 1 中的经验公式计算 一般取平均值 表 3 1 水平均布松动压力 围岩级别 III IV V 均布压力 0 15q 0 15 0 3 q 0 3 0 5 q 3 当隧道为浅埋时 分两种情况 我国 铁路隧道设计规范 推荐 当隧道埋深小于或等于等效荷载高度h 时 即 时 围岩垂直均布压力为 q hh q h qh 式中 围岩容重 隧道埋置深度 h 围岩水平均布压力 e 按朗金公式计算 e q 0 5Ht tan2 0 5 45 0 我国 铁路隧道设计规范 推荐 当隧道埋深大于等效高度 即h q h h 时 围岩的垂直均布松动压力计算为 q hq qhk 式中 k 压力缩减系数 其值为 k 1 3 1 3 2 B 隧道开挖高度 H 洞顶岩体覆盖厚度 表 3 2 各级围岩的及 值 0 围岩级别 0 9 0 0 7 0 9 0 0 5 0 7 0 0 3 0 5 0 0 60 70 50 60 40 50 30 40 2 00 0 0 tan1 tan tantan tantan tan h B 0 00 tantan tan1tan tantan tantan 石家庄铁道大学毕业设计 6 求围岩水平松动压力 若水平压力按梯形分布 则作用在隧道顶部和底部的水平压力可直接写为 1 eh 2 eH 为侧压力系数 可由式 3 1 计算 若水平压力均布 则 3 2 2 荷载计算 二鹅山隧道 进口里程 K1106 263 出口里程 K1108 565 隧道全长 2302m 1 里程K1106 263至K1106 875为 V 级围岩 总长 52m 最大埋深 h 9 4m 0 45 2S 1 1 i B 5 13 4208m q h h 所以按超浅埋计算 q h 选取 DK136 207 里程处断面 h 9 4m 选取 20kN m3 围岩垂直压力 q h 20 9 4 188kN m2 围岩水平压力 e q 0 5Ht tan2 0 450 5 188 0 5 20 11 88 tan2 52 637 kN m2 2 里程K1108 565至 K1108 810为 IV 级围岩 长 43m 最大埋深 h 16 5m 0 45 2S 1 1 i B 5 6 832m q h 令 2 5 17m p H q h h 16 5 按浅埋计算 p H 选取K1108 565里程处断面 h 16 5m 选取 23 kN m3 44O 0 55 0 0 8 tan551 428 tan440 966 4 496 0 1543 围岩竖向压力 311 101 kN m2 12 1 2 eee 45 2 2 00 0 0 tan1 tan tantan tantan 0 00 tantan tan1tan tantan tantan 2 tan h qr h B 石家庄铁道大学毕业设计 7 水平方向压力 按梯形分布 58 21 kN m2 1 eh 43 53 kN m2 2 eH 3 里程 DK136 250 至里程 DK136 342 为 III 级围岩 长 92m 最小埋深 16 5m 最大埋深 25 8m 0 45 2S 1 1 i B 5 3 4m q h 2 2 5 6 8 8 5m p H q h 所以按深埋计算 取 23 kN m3 围岩竖向压力 q 23 3 4 72 8 kN m2 q h 围岩水平压力 e 0 15q 0 15 72 8 10 92 kN m2 4 里程 DK136 342 至 DK136 371 为 V 级围岩 长 29m 最大埋深 17m 0 45 2S 1 1 i B 5 13 4208m q h h0 2h 时 由抗拉强度控制承载力 不必检算抗压 混凝土矩形截面的大偏心受压构件 x 0 55h0 其截面强度按下列公式 计算 Wggg KNR bxRAA 此时 中性轴的位置按下式确定 当轴向力作用于钢筋 Ag 与 Ag 的重心之间时 式中的左边第二项取正号 当作 用于 Ag 与 Ag 重心之外时 则取负号 如计算中考虑受压钢筋时 则混凝土受压区的高度应大于等于 2a 如不符 合 应按下式计算 式中 N 轴向力 MN e e 钢筋 Ag 与 Ag 的重心到轴向力作用点的距离 m 钢筋混凝土矩形截面的小偏心受压构件 x 0 55h0 其截面强度应按下 式计算 2 00 0 5 agg KNeR bhR Aha 0 1 75 6 1 l Rbh KN e h 0 2 gggW RA eA eR bx ehx 0 gg KNeR A ha 石家庄铁道大学毕业设计 13 表 3 6 混凝土和砌体结构的强度安全系数 材料种类混凝土砌体 荷载组合主要荷载 主要荷载 附加荷载 主要荷载 主要荷载 附加荷载 混凝土或砌体达到 抗压极限强度 2 42 02 72 3 破 坏 原 因 混凝土达到抗拉极 限强度 3 63 0 表 3 7 钢筋混凝土结构的强度安全系数 荷载组合主要荷载 主要荷载 附加荷载 钢筋达到计算强度或混凝土达到抗压或抗剪 极限强度 2 01 7 破坏原因 混凝土达到抗拉极限强度2 42 0 表 3 8 混凝土极限强度 MPa 混凝土强度等级 强度种类符号 C15C20C25C30C40C50 抗压Ra12 015 519 022 529 536 5 弯曲抗压Rw15 019 424 228 136 945 6 抗拉Rl1 41 72 02 22 73 1 3 4 2 强度检算及配筋 各级围岩二衬结构需检算各节点的安全系数 首先由 或 a KNR bh 反向解出安全系数 K 值 同时用得出的 K 值与规范要求 K 值 进行比较 当 Kx K 时 则可以认为是安全的 不用进行配筋验算 可以按最小 配筋率配筋 否则需要验算配筋 1 IV 级围岩配筋 0 1 75 6 1 l R bh KN e h 石家庄铁道大学毕业设计 14 根据规范要求受压构件全部纵向配筋最小配筋率可知 单侧纵向钢筋面积不应 小于0 2 b h 900mm2 采用对称配筋 取每侧4根钢筋 则单侧的纵向钢筋20 面积As As 1256mm2 保护层厚度取40mm 纵向钢筋采用 10 250 箍筋采用 8 250 表 3 9 IV 级围岩配筋检算表 节点号 受压区高度 X m 计算弯矩 N m 配筋后的 安全系数 10 3142505603 073 22 0 3222348203 374 650 3111386905 978 经检算 以上配筋量对应的安全系数均能满足规范要求 故可采用上述配筋 配筋图见附图 2 V 级围岩配筋 根据规范要求受压构件全部纵向配筋最小配筋率可知 全部纵向钢筋面积不应 小于 0 2 b h 1000mm2 采用对称配筋 取每侧 4 根钢筋 则单侧的纵向钢22 筋面积 As As 1520mm2 保护层厚度取 50mm 纵向钢筋采用 12 250 箍筋采用 10 250 表 3 10 V 级围岩配筋检算表 节点号 受压区高度 X m 计算弯矩 N m 配筋后的 安全系数 10 3341688204 357 54 0 2992191103 806 670 2272360604 287 经检算 以上配筋量对应的安全系数均能满足规范要求 故可采用上述配筋 配筋图见附图 3 5 隧道的结构形式以及支护参数 本隧道结构形式以及支护参数的选取采用了工程类比的方法 经过查阅相关地 质情况的设计资料 选取支护参数如表 3 11 石家庄铁道大学毕业设计 15 表 3 11 卢家山二号隧道复合式衬砌支护参数表 喷射混凝土锚杆钢筋网钢架二次衬砌 衬 砌 类 型 聚丙烯 纤维掺 量 kg m 部位 厚度 cm 设 置 部 位 长 度 m 间距 m 环 纵 网格间 距 cm 设 置 部 位 规 格 间距 m 拱墙 cm 仰拱 底板 cm 预留 变形 量 cm 1 2 全环 15 拱 墙 3 01 2 125 25 拱 部 4055 5 1 2 全环 25 拱 墙 3 51 0 120 20 拱 墙 格 栅 1 0 拱墙 45 55 8 1 2 全环 28 拱 墙 4 01 0 0 820 20 拱 墙 格 栅 0 8 全环 50 60 10 注 表中带 者为钢筋混凝土 所有仰拱喷射混凝土中均掺加合成纤维 喷射混凝土强度等级为 C25 素混凝土等级为 C25 钢筋混凝土强度等级为 C30 石家庄铁道大学毕业设计 16 第 4 章 隧道施工 4 1 总体方案 合武线卢家山二号隧道全程地质较单一 为第四系残积粉质粘土 黄褐色 硬 塑 厚度 0 5 1m 侏罗系上统白大畈组凝灰岩 紫灰色 全风化 弱风化 地下 水不发育 卢家山二号隧道进口里程 DK136 155 出口里程 DK136 371 全长 216m DK136 155 DK136 170 和里程 DK136 359 DK136 371 段为 V 级围岩超浅埋段 拟采用明挖法施工 修建拱式明洞 DK136 170 DK136 207 和 DK136 342 DK136 359 为 V 级围岩段 拟采用 CRD 法施工 施工采用超前注浆小导管进行预支护 DK136 207 DK136 250 为 IV 级围岩段 拟采用台阶法进行爆破开挖 且采用超前 注浆小导管进行预支护 DK136 250 DK136 342 为 III 级围岩段 拟采用台阶法爆 破施工 4 2 开挖方法和工序 4 2 1 明挖法 洞口段施工应按照 早进晚出 的原则优化方案 隧道进口里程 DK136 155 地面标高为 127 87m 内轨轨顶面标高 127 08m 里 程 DK136 155 DK136 170 修筑拱式明洞 地质条件为第四系坡积粉质粘土 采用 明挖法施工 1 边仰坡施工注意事项有 准确定出洞口的位置 按设计放出边 仰坡及洞脸开挖边线 洞口土石方开挖前 施工洞顶截水沟 拦截地表水 仰坡开挖采用 1 0 5 坡度放坡 仰坡开挖后及时用锚杆加固并挂双层钢筋网 喷射混凝土进行防护 人工配合挖掘机按照审计坡度 尺寸进行洞门及明洞土方开挖 先用挖掘机 按照测量放线开始粗刷 预留部分有人工进行修整 喷混凝土之前 先用高压风对受喷面进行冲洗 清理干净受喷面的浮土和松 散结构 边仰坡施工具体工序见图 4 1 石家庄铁道大学毕业设计 17 图 4 1 边仰坡施工流程图 2 仰拱施工和明洞衬砌 设计明洞的轮廓与隧道相一致 但是结构截面的厚度比洞身隧道大 施工仰拱前 先施作调平层 然后安装钢筋 施工仰拱混凝土 施工计划在仰 拱完成后 一次性将边墙和衬砌混凝土浇筑到位 避免形成施工缝 利于防水 明洞衬砌施工如下 衬砌模板安装 采用整体式模板台车浇筑混凝土 台车在工厂内订制加工 施工时根据现场情况再做局部改进 以便于施工 拆模和移动 台车要现场拼装检 验合格 将模板准确定位 精确测量安装轨道 钢筋安装 模板安装完成后 进行钢筋安装施工 钢筋安装时注意不得污染 模板 对模板内的其他杂物应清除干净 注意检查钢筋保护层厚度 外模安装 该明洞衬砌外模设计采用木模板 背部横撑采用钢管 在定位后 固定 由于高度较高 增加部分斜撑 防止胀模 浇筑混凝土 混凝土在搅拌站集中拌和 由混凝土运输罐车运输 采用输送 泵灌入 由下至上分层浇筑捣固 拆模养生 4 2 2 CRD 法施工 放样 施工洞顶截水沟 刷坡 清除坡面浮土 浮 石 钻孔 安装22 砂浆锚杆 初喷 4cm 混凝 土 铺设第一层钢筋网 喷射混凝土 铺设第二次钢筋网 喷混凝土至设计高度 石家庄铁道大学毕业设计 18 卢家山二号隧道 V 级围岩段采用 CRD 法进行开挖 该方法是将隧道分侧分层 进行开挖 分部封闭成环 每开挖一部均及时施作锚喷支护 安设钢架 施作中隔 壁 安装底部临时仰拱 一侧超前的上 中部 待初期支护完成且喷射混凝土达到 设计强度 70 以上时再开挖隧道的另一侧的上 中部 然后开挖一侧的下部 最后 开挖另一侧的下部 左右交替开挖 工艺流程图见图 4 2 图 4 2 CRD 法施工工艺流程 1 超前地质预报 2 测量放线 3 隧道顶部超前小 导管注浆加固 4 左侧上部开挖与初期支护 设置临时仰拱 5 左侧中部开挖与初期支 护 设置临时仰拱 6 右侧上部开挖与初期支 护 设置临时仰拱 7 右侧中部开挖与初期支 护 设置临时仰拱 8 左侧仰拱开挖 9 右侧仰拱开挖 10 拆除中隔壁和临时 仰拱 11 浇筑仰拱施作二次 衬砌 石家庄铁道大学毕业设计 19 各部开挖时 周边轮廓要尽量圆顺以减小应力集中 每部开挖完成后要及时设 置临时仰拱 并尽量缩短成环时间 中隔壁和中间临时仰拱在灌注二次衬砌前 应 逐段拆除 拆除时应加强量测 CRD 法施工中开挖方式为人工配合机械开挖 2 部和 4 部采用人工配合小型机 械 大型机械辅助进行 先开挖边墙处 再开挖中隔壁一侧 预留 30cm 采用人工 开挖至设计轮廓线 右侧滞后左侧控制在 10m 以内 每侧上部台阶长度控制在 10m 中部台阶控制在 10m 以内 下部开挖 根据仰拱施工离掌子面的距离不超过 30m 的原则跟进 4 2 3 台阶法施工 卢家山二号隧道 III 级围岩段和 IV 级围岩段均采用采用台阶法施工 爆破开挖 台阶开挖法是将隧道设计断面分两次或三次开挖 其中上台阶超前一定距离后 上 下台阶同时并进的施工方法 卢家山二号隧道 III 级围岩段地质条件为侏罗系上统大畈组凝灰岩 节理裂隙稍 发育 地下水不发育 分三层台阶开挖 因为要实现支护及早封闭 所以采用短台 阶法开挖 台阶长度定为 12m IV 级围岩段 4 3爆破设计 4 3 1 级围岩段爆破设计 III 级围岩段采用钻爆法开挖 为了减少超挖和控制对围岩的扰动 综合研究地 址情况 开挖断面大小 开挖进尺快慢 爆破器材性能 钻眼机具和出渣能力等因 素 在此基础上进行钻爆设计 爆破开挖全部选用 2 号岩石铵梯炸药 药卷直径选用 32mm 该药卷每米质量 为 0 78kg m 隧道爆破参数及炮眼布置如下 4 3 1 1 爆破参数设计 1 炮眼直径 炮眼直径的大小直接影响钻眼速度 工作面的炮眼数目 单位耗药量 爆落岩 石的块度和隧道轮廓的平整性 根据隧道岩性 凿岩设备和工具 炸药性能等进行 综合分析 选用炮眼直径 42mm 2 炮眼数目 石家庄铁道大学毕业设计 20 炮眼数目主要与开挖断面 炮眼直径 岩石性质和炸药性能有关 炮眼数目确 定的原则是在保证爆破效果的前提下 尽可能减小炮眼数目 上台阶炮眼数 上台阶面积 S 53 19m2单位耗药量 q 取 1 2kg m3 装药系数取 0 5 炮眼总数 139 6 所以炮眼数取 140 个 qS N 1 2 45 37 0 5 0 78 掏槽眼设置 8 个 周边眼数 N周的确定 需先确定周边眼的间距 E 周边眼间距 E 与岩体的抗拉 抗压强度以及炮眼的直径有关 一般情况下 间距 E 10 15 d d 是炮孔直径 软质岩石 E 宜取大值 此处取 E 0 5m 所以取 N周 1 35 N底 1 26 辅助眼数 140 35 8 26 71 中台阶炮眼数 中台阶面积 S 65 04 m2 单位耗药量 q 取 0 9 kg m3 装药系数取 0 5 炮眼总数 150 09 取 150 个 qS N 0 9 65 04 0 5 0 78 周边眼边距 E 取 0 5m N周 2 9 526 0 5 19 05 取 20 个 底眼数目 N底 2 27 辅助眼数 150 20 27 103 下台阶炮眼数 下台阶面积 S 30 28 m2 单位耗药量 q 取 1 0 kg m3 装药系数取 0 5 炮眼总数 77 64 取 78 个 qS N 1 0 30 28 0 5 0 78 周边眼边距 E 取 0 5m N周 3 15 590 5 31 18 取 31 个 辅助眼数 78 31 47 3 炮眼深度 炮眼深度指炮眼底部到工作面的垂直距离 炮眼深度决定每一循环进尺的工作 量 循环时间和次数 对掘进速度的影响很大 考虑该段为 III 级围岩 围岩为凝灰 岩 三个台阶炮眼深度均取 3m 掏槽眼深度为取 3 2m 4 装药量计算 装药量是影响爆破效果的重要因素 本设计采用的方法是 先根据装药量体积 公式计算出一个循环的总装药量 Q1 然后再按各种不同类型的炮眼进行分配 按装 药系数计算单孔装药量及总装药量 Q2 将 Q1和 Q2进行比较 选取更合适的装药量 进行装药 石家庄铁道大学毕业设计 21 上台阶装药量计算 按装药体积公式计算 Q1 qV 1 2 45 36 3 0 93 151 8kg 按装药系数计算 III 级围岩掏槽眼装药系数 0 55 辅助眼装药系数 0 45 周边眼装药系数 0 45 8 个掏槽眼 单孔装药卷数 0 55 3 20 2 8 8 实际取 9 卷 单孔装药量 9 0 15 1 35kg 35 个周边眼 单孔装药卷数 0 45 30 2 6 75 实际取 7 卷 单孔装药量 7 0 15 1 05kg 26 个底眼 单孔装药卷数 0 45 3 20 2 7 2 实际取 7 卷 单孔装药量 7 0 15 1 05kg 71 个辅助眼 单孔装药卷数 0 45 30 2 6 75 实际取 7 卷 单孔装药量 7 0 15 1 05kg Q2 8 1 35 35 1 05 26 1 05 71 1 05 149 4kg Q1 与 Q2 值基本一致 中台阶装药量计算 按装药体积公式计算 Q1 qV 0 9 65 04 3 0 93 163 31kg 按装药系数计算 III 级围岩辅助眼装药系数 0 45 周边眼装药系数 0 45 20 个周边眼 单孔装药卷数 0 45 30 2 6 75 实际取 7 卷 单孔装药量 7 0 15 1 05kg 27 个底眼 单孔装药卷数 0 45 3 20 2 7 2 实际取 7 卷 单孔装药量 7 0 15 1 05kg 103 个辅助眼 单孔装药卷数 0 45 30 2 6 75 实际取 7 卷 单孔装药量 7 0 15 1 05kg Q2 20 1 05 27 1 05 103 1 05 157 5kg Q1 与 Q2 值基本一致 下台阶装药量计算 按装药体积公式计算 Q1 qV 1 0 30 28 3 0 93 84 48kg 按装药系数计算 III 级围岩辅助眼装药系数 0 45 周边眼装药系数 0 45 31 个周边眼 单孔装药卷数 0 45 30 2 6 75 实际取 7 卷 单孔装药量 7 0 15 1 05kg 47 个辅助眼 单孔装药卷数 0 45 3 0 2 6 75 实际取 7 卷 单孔装药量 7 0 15 1 05kg Q2 31 1 05 47 1 05 81 9kg 石家庄铁道大学毕业设计 22 Q1 与 Q2 值基本一致 5 光面爆破参数选择 周边眼间距 E 与岩体的抗拉 抗压强度以及炮眼的直径有关 一般情况下 间距 E 10 15 d d 是炮孔直径 此处取 E 0 5m 周边眼炮孔斜率和深度 炮孔斜率选取 0 04 深度为 3m 光爆层厚度及炮眼密集系数 光爆层厚度就是周边眼的最小抵抗线 W 通常 以周边眼的密集系数 K 表示 其大小对光面爆破的效果有较大影响 实践表明 K 0 8 较为适宜 取 W E K 0 5 0 8 0 625m 6 炮眼布置 隧道内布置炮眼时 必须保证获得良好的爆破效果 并考虑钻眼的效率 需要 注意的是 该爆破设计炮眼深度为 3m 所以靠近周边眼的内圈辅助眼应与周边眼有 相同的倾角 0 04 炮眼布置图见附图 4 3 2 级围岩段爆破设计 级围岩段为凝灰岩底层 普世系数 f 8 9 采用钻爆法开挖 为了减少超挖 和控制对围岩的扰动 综合研究地址情况 开挖断面大小 开挖进尺快慢 爆破器 材性能 钻眼机具和出渣能力等因素 在此基础上进行钻爆设计 爆破开挖全部选用 2 号岩石铵梯炸药 药卷直径选用 32mm 该药卷每米质量 为 0 78kg m 隧道爆破参数及炮眼布置如下 4 3 1 1 爆破参数设计 1 炮眼直径 炮眼直径的大小直接影响钻眼速度 工作面的炮眼数目 单位耗药量 爆落岩 石的块度和隧道轮廓的平整性 根据隧道岩性 凿岩设备和工具 炸药性能等进行 综合分析 选用炮眼直径 42mm 2 炮眼数目 炮眼数目主要与开挖断面 炮眼直径 岩石性质和炸药性能有关 炮眼数目确 定的原则是在保证爆破效果的前提下 尽可能减小炮眼数目 上台阶炮眼数 上台阶面积 S 47 3m2单位耗药量 q 取 1 1kg m3 装药系数取 0 45 炮眼总数 148 23 所以炮眼数取 148 个 qS N 1 1 47 3 0 45 0 78 石家庄铁道大学毕业设计 23 掏槽眼设置 8 个 周边眼数 N周的确定 需先确定周边眼的间距 E 周边眼间距 E 与岩体的抗拉 抗压强度以及炮眼的直径有关 一般情况下 间距 E 10 15 d d 是炮孔直径 硬质岩石 E 宜取小值 此处取 E 0 5m 所以取 N周 1 35 N底 1 27 辅助眼数 148 8 62 78 中台阶炮眼数 中台阶面积 S 67 82 m2 单位耗药量 q 取 0 8 kg m3 装药系数取 0 45 炮眼总数 154 57 取 155 个 qS N 0 8 67 82 0 45 0 78 周边眼边距 E 取 0 5m 所以取 N周 2 20 N底 2 27 辅助眼数 155 47 108 下台阶炮眼数 下台阶面积 S 31 45 m2 单位耗药量 q 取 0 9 kg m3 装药系数取 0 45 炮眼总数 80 64 取 80 个 qS N 0 9 31 45 0 45 0 78 周边眼边距 E 取 0 5m N周 3 32 辅助眼数 80 32 48 3 炮眼深度 炮眼深度指炮眼底部到工作面的垂直距离 炮眼深度决定每一循环进尺的工作 量 循环时间和次数 对掘进速度的影响很大 IV 级围岩段循环进尺 1 6m 炮眼利 用率 0 94 所以三个台阶炮眼深度均取 1 7 掏槽眼深度和底眼深度取 1 9m 4 装药量计算 装药量是影响爆破效果的重要因素 本设计采用的方法是 先根据装药量体积 公式计算出一个循环的总装药量 Q1 然后再按各种不同类型的炮眼进行分配 按装 药系数计算单孔装药量及总装药量 Q2 将 Q1和 Q2进行比较 选取更合适的装药量 进行装药 上台阶装药量计算 按装药体积公式计算 Q1 qV 1 1 47 3 1 6 83 248kg 按装药系数计算 IV 级围岩掏槽眼装药系数 0 5 辅助眼装药系数 0 4 周 边眼装药系数 0 4 8 个掏槽眼 单孔装药卷数 0 5 1 90 2 4 75 实际取 5 卷 单孔装药量 5 0 15 0 75kg 35 个周边眼 单孔装药卷数 0 4 1 70 2 3 4 实际取 3 5 卷 石家庄铁道大学毕业设计 24 单孔装药量 3 5 0 15 0 525kg 27 个底眼 单孔装药卷数 0 4 1 90 2 3 8 实际取 4 卷 单孔装药量 4 0 15 0 6kg 78 个辅助眼 单孔装药卷数 0 4 1 70 2 3 4 实际取 3 5 卷 单孔装药量 3 5 0 15 0 525kg Q2 8 0 75 35 0 525 27 0 6 78 0 525 81 525kg Q1 与 Q2 值基本一致 中台阶装药量计算 按装药体积公式计算 Q1 qV 0 8 67 82 1 6 86 8kg 按装药系数计算 IV 级围岩辅助眼装药系数 0 4 周边眼装药系数 0 4 20 个周边眼 单孔装药卷数 0 4 1 70 2 3 4 实际取 3 5 卷 单孔装药量 3 5 0 15 0 525kg 118 个辅助眼 单孔装药卷数 0 4 1 70 2 3 2 实际取 3 5 卷 单孔装药量 3 5 0 15 0 525kg 27 个底眼 单孔装药卷数 0 4 1 90 2 3 8 实际取 4 卷 单孔装药量 4 0 15 0 6kg Q2 20 0 525 118 0 525 27 0 6 88 65kg Q1 与 Q2 值基本一致 下台阶装药量计算 按装药体积公式计算 Q1 qV 0 9 31 45 1 6 45 288kg 按装药系数计算 IV 级围岩辅助眼装药系数 0 4 周边眼装药系数 0 4 32 个周边眼 单孔装药卷数 0 4 1 70 2 3 4 实际取 3 5 卷 单孔装药量 3 5 0 15 0 525kg 48 个辅助眼 单孔装药卷数 0 4 1 7 0 2 6 75 实际取 3 5 卷 单孔装药量 3 5 0 15 0 525kg Q2 32 0 525 48 0 525 42kg Q1 与 Q2 值基本一致 5 光面爆破参数选择 周边眼间距 E 与岩体的抗拉 抗压强度以及炮眼的直径有关 一般情况下 间距 E 10 15 d d 是炮孔直径 此处取 E 0 5m 周边眼炮孔斜率和深度 炮孔斜率选取 0 04 深度为 1 7m 石家庄铁道大学毕业设计 25 光爆层厚度及炮眼密集系数 光爆层厚度就是周边眼的最小抵抗线 W 通常 以周边眼的密集系数 K 表示 其大小对光面爆破的效果有较大影响 实践表明 K 0 8 较为适宜 取 W E K 0 5 0 8 0 625m 6 炮眼布置 隧道内布置炮眼时 必须保证获得良好的爆破效果 并考虑钻眼的效率 需要 注意的是 该爆破设计炮眼深度为 1 7m 所以靠近周边眼的内圈辅助眼应与周边眼 有相同的倾角 0 04 炮眼布置图见附图 4 3 3 钻爆施工 钻爆施工是把钻爆设计付诸实施的重要环节 包括钻孔 装药 填塞和爆破后 可能出现的问题处理等 1 钻眼 采用凿岩台车钻眼 为达到良好的爆破效果 施钻前应由专门人员根据设计布 孔图现场布置 必须标出掏槽眼和周边眼的位置 严格按照炮眼的设计位置 深度 角度和眼径进行钻眼 如出现偏差 又现场施工技术人员决定取舍 必要时应废弃 重钻 钻眼时应注意如下安全事项 开眼时必须使钎头落在实岩上 如有浮钎 应处理好后再开眼 不允许在残眼内继续钻眼 开眼时给风阀门不要突然开大 待钻进一段时间后 再开大阀门 为避免断钎伤人 推进凿岩机不要用力过猛 更不要横向用力 凿岩时钻工应 站稳 应随时提防随时断钎 一定要把胶皮风管与风钻接牢 并在使用过程中随时注意检查 以防脱落伤人 缺水或停水时 应立即停止钻眼 工作面全部炮眼钻完后 要把凿岩机具清理好 并撤至规定的存放地点 2 装药 装药时应注意以下安全事项 装药前 应清除炮眼内的泥浆和岩屑 可用钢管输入高压风的方法吹出孔内 残渣和泥浆 并仔细检查炮眼的位置 深度 角度是否满足设计要求 刚刚打好的 炮眼热度过高 不得立即装药 如果遇有照明不足 发现流砂 泥流未经妥善处理 或可能有大量溶洞涌水时 严禁装药 应严格按照设计的装药量进行充填 石家庄铁道大学毕业设计 26 应使用木质或竹制炮棍装填炸药和填塞炮孔 不应投掷起爆药包和炸药 起爆药包装入后应采取有效措施 防止后续药卷 直接冲击起爆药包 装药发生卡塞时 不应拨出或硬拉起爆药包中的导火线 导爆管 导爆索和 电雷管导线 在装药过程中 不应拔出或硬拉起爆药包中的导火索 导爆管 导爆索和电 雷管脚线 3 填塞 填塞是保证爆破成功的重要环节之一 必须保证足够的填塞长度和填塞质量 禁止无填塞爆破 填塞可采用分层捣实法进行 4 起爆 爆破网络必须保证每个药卷按设计的起爆顺序和起爆时间起爆 在起爆前后要 发布三次信号 即预警信号 起爆信号和解除警戒信号 5 爆后检查和处理 隧道开挖爆破后 经通风吹散炮眼 检查确认隧道内空气合格 等待时间超过 15min 后 方准作业人员进入爆破作业地点 爆后的检查内容主要有 检查有无冒 顶 盲炮 危岩 支撑是否破坏 炮烟是否排除等 爆后检查人员发现盲炮及其他 险情时 应及时上报或处理 处理前要在现场设危险标识 4 4 装渣与运输 该隧道为大断面隧道 出渣量大 要采用机械装渣与运输 以减少工人劳动强 度 缩短作业时间 但仍需要配少数工人辅助 装渣和运输方式均采用无轨方式 无轨运输不需要铺设复杂的轨道 具有运输速度快 管理工作简单 配套设备少的 特点 石家庄铁道大学毕业设计 27 石家庄铁道大学毕业设计 28 第 5 章 施工工艺 5 1 超前地质预报 为了避免不良地质对施工的影响 施工时 充分利用地质超前预报技术 探明 前方的岩溶 涌水等不良地质 以便于提前采取措施 确保施工安全 本隧道设计采用超前钻探取芯法和地质雷达法相结合进行超前地质预报 超前 钻探取芯法主要用于测探断层 突水 涌泥等不良地质 此法比较直观 准确 施 工时采用液压钻机超前钻探提取岩芯 通过岩芯和钻进过程中的地质情况分析 即 可判定前方不良地质情况 钻探过程中如果出现卡钻 顶钻 岩芯变为断层角砾岩 糜棱岩或断层泥时 或出现钻孔水流失 钻孔往外突水 涌泥时 即可判断为断层 地质雷达可以用以实现短距离进行超前预报 可以准确探测开挖面前方 30m 内 的地质情况 地质雷达反应的是地下介质的电性分布 将其转化为地质体分布时必 须把地质 钻探 地质雷达记录这三方面的资料有机结合起来 以此获得检测对象 的整体情况 5 2 监控量测 5 2 1 量测目的 1 确保施工安全及结构的长期稳定性 2 验证支护结构效果 确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数 和施工方法提供依据 3 积累量测数据 为信息化设计与施工提供依据 4 通过监控量测了解该工程条件所表现 反应出来的一些地下工程规律和特 点 为今后类似工程的发展提供借鉴 依据和指导作用 5 2 2 监控量测项目 监控量测分为必测项目和选测项目 必测项目是隧道工程应进行的日常监控量 测项目 是为了在设计施工中确保围岩稳定 判断支护结构工作状态 指导设计施 工的经常性量测 必测项目有 1 洞内 外观察 石家庄铁道大学毕业设计 29 2 地表沉降量测 3 净空收敛量测 4 拱顶下沉量测 选测项目是对一些有特殊意义和具有代表性的区段进行补充测试 以求更深入 地了解围岩的松弛范围和稳定状态以及喷锚支护的效果 为未开挖区段的设计和施 工积累现场资料 根据隧道的地层地质情况 周围环境以及隧道施工方法 本隧道 选测项目是围岩压力和两层衬砌间压力 5 2 3 监控量测的主要设备 表 5 1 监控量测设备配置表 序号量测项目量测仪器 1洞内 外观察数码相机和规尺等 2地表沉降水准仪或全站仪 3隧道拱顶下沉全站仪 4隧道净空收敛全站仪 5 围岩压力和衬砌间压力钢弦式压力盒 5 2 4 监控量测流程 监测数据分析为达到预定的监测目的 要进行科学合理的组织安排 监测需 要严格执行 流程图见