巷道断面设计

井巷工程课程设计井巷工程课程设计 目录目录 1 工程概况工程概况 2 2 围岩类别划分围岩类别划分 2 2 1 围岩分类要考虑的问题围岩分类要考虑的问题 2 2 2 围岩分类围岩分类 2 2 3 隧道分类隧道分类 3 3 隧道断面选型及尺寸设计隧道断面选型及尺寸设计 3 3 1 隧道断面选形隧道断面选形 3 3 1 1 影响隧道选形的因素影响隧道选形的因素 3 3 1 2 断面选型断面选型 3 3 2 隧道断面尺寸隧道断面尺寸 4 3 2 1 影响隧道断面尺寸的因素影响隧道断面尺寸的因素 4 3 2 2 影响隧道断面尺寸的确定影响隧道断面尺寸的确定 5 3 3 断面设计图和掘进工程量断面设计图和掘进工程量 7 3 4 隧道的通风要求隧道的通风要求 8 4 隧道开挖方法设计隧道开挖方法设计 9 4 1 开挖方案比较及选择开挖方案比较及选择 9 4 1 1 挖方案比较挖方案比较 9 4 1 2 开挖方案选择开挖方案选择 9 4 2 隧道掘进循环尺的确定隧道掘进循环尺的确定 10 4 3 隧道爆破设计隧道爆破设计 10 4 3 1 光面爆破设计光面爆破设计 10 4 3 2 爆破参数确定爆破参数确定 11 3 3 3 连线方式连线方式 15 3 3 4 起爆顺序起爆顺序 15 3 3 5 爆破工艺流程爆破工艺流程 15 3 3 6 破图表的编制破图表的编制 15 4 4 特殊地质辅助施工措施特殊地质辅助施工措施 16 5 支护方法设计支护方法设计 17 5 1 支护衬砌支护设计的规定支护衬砌支护设计的规定 17 5 2 支护方式选择支护方式选择 17 5 3 支护参数选择与计算支护参数选择与计算 17 5 4 支护施工及技术要求支护施工及技术要求 18 5 4 1 初期支护初期支护 18 5 4 2 二次衬砌二次衬砌 19 5 4 3 特殊位置的二次衬砌特殊位置的二次衬砌 21 5 5 支护断面图与工程量支护断面图与工程量 21 5 5 1 支护断面图支护断面图 21 5 5 2 支护工程量表支护工程量表 22 6 隧道稳定性监测 量测 设计隧道稳定性监测 量测 设计 23 6 1 量测目的量测目的 23 6 2 量测的作用量测的作用 23 6 3 量测原则量测原则 23 6 4 测量项目的注意事项 测量项目的注意事项 23 6 5 量测方法及顺序量测方法及顺序 23 6 6 量测项目分类量测项目分类 23 6 7 量测的项目及测量方法量测的项目及测量方法 24 6 8 测仪器和设备测仪器和设备 26 7 隧道施工组织设计隧道施工组织设计 27 7 1 爆破施工组织设计爆破施工组织设计 27 7 1 1 测量放线测量放线 27 7 1 2 钻孔作业方法步骤钻孔作业方法步骤 27 7 1 3 爆破作业的技术要求爆破作业的技术要求 27 7 1 4 光面爆破的施工方法光面爆破的施工方法 27 7 2 喷锚支护的组织施工喷锚支护的组织施工 27 7 2 1 混凝土的施工要点混凝土的施工要点 27 7 2 2 安全要求安全要求 28 7 2 3 注浆异常现象处理注浆异常现象处理 28 7 3 开挖的组织施工开挖的组织施工 28 7 4 不良地址地段处理不良地址地段处理 28 7 5 保证工期的主要措施保证工期的主要措施 28 7 6 小导管注浆超前支护施工工艺说明小导管注浆超前支护施工工艺说明 29 7 7 施工组织施工组织 29 8 感想感想 29 1 工程概况工程概况 某高速公路需穿越 1000 米的陡峭高山 业主决定采用两条平行的单行双车道隧 道通过该山体 隧道坡度为 0 3 经地质勘探获知 山体为稳固的花岗岩岩层 节理裂隙中等发育 岩石的普氏硬度系数 f 10 12 其中需穿越 50m 的风化破 碎花岗岩破碎带 f 4 6 其中有地表水渗入 裂隙破碎带内涌水量为 60m3 h 水文地质条件相对简单 业主要求建设工期为一百天 试对该隧道做 施工设计 2 围岩类别划分围岩类别划分 2 1 围岩分类要考虑的问题围岩分类要考虑的问题 岩石的物理力学性质 即围岩的岩石强度 物理 水理性质 在分类中主要是岩石 单轴稳定饱和极限强度 Rb较有意义 以 Rb 30Mpa 作为软 硬岩石的分界指标 Rb30003000 L 10001000 L 500 L 500 注 隧道长度系指两端洞门墙墙面与路面的交线同路线中线交点间的距离 3 隧道断面选型及尺寸设计隧道断面选型及尺寸设计 3 1隧道断面选形隧道断面选形 3 1 1 影响隧道选形的因素影响隧道选形的因素 穿过围岩的性质 即与地应力的大小 方向和特征 该隧道的用途及服务年限 支护形式 隧道的的施工方法以及掘进设备和掘进方式等因素 3 1 2 断面选型断面选型 由任务书可知该隧道的服务年限应该较长 且通行量不小根据 公路隧道设计规范 隧道断面形式应尽可能圆顺 结合断面选形的影响因素 参阅 隧道新奥法及其测量技术 考虑到 类及其以下的围岩地质条件较差 隧道支护体系除必须考虑施工过程中的受力状 态 还必须考虑到隧道建成后的衬砌的受力状态及运营中车行使对支护体系的影响 设置 复合式衬砌能较好地保证隧道在上述应力作用下的长期稳定性 根据新奥法经验类比 类及 类以下的围岩地段应采用去曲墙式带仰拱的衬砌断面 对于 类及以上的围岩地段 的双线隧道也宜于采用曲墙式衬砌断面 综合以上各因素 根据工程类比法 在该设计中 采用曲墙式衬砌断面 3 2隧道断面尺寸隧道断面尺寸 3 2 1 影响隧道断面尺寸的因素影响隧道断面尺寸的因素 净空断面 它是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间 包括公路建筑界限 通风及其它所需的断 面积 断面形状和尺寸应根据围岩压力求得的最经济值 隧道行车限界 它指为了保证道路隧道中行车安全 在一定宽度 高度的空间范围内任何物不得侵入 的限界 隧道中的照明灯具 通风设备 交通信 号灯 运行管理专用设施都应按装在界限 以外 建筑界限 它是指建筑物不得侵入的一种限界 道路隧道的建筑限界包括 车道 路肩 路缘带 人行带等的宽度 以及车道 人行道的净高 道路隧道的建筑界限以外 还包括通风管道 照明设备 防灾设备 监控设备 运行管理设备等附属设备所需要的足够空间 以及富裕 量和施工允许误差等 公路隧道建筑限界公路隧道建筑限界 单位 单位 cm 注 H 建筑界限高度 W 行车道宽 LL 左侧向宽度 LR 右侧向宽度 C 余宽 J 检修道宽度 R 人行道 的宽度 h 检修道或人行道的宽度 EL 建筑限界左顶角宽度 ER 建筑限界右顶角宽度 当 LR1m 时 ER 1m 3 2 2 影响隧道断面尺寸的确定影响隧道断面尺寸的确定 公路隧道的建筑界限 公路隧道的建筑界限 不仅要提供汽车行驶的空间 还要考虑汽车行驶的安全 快捷 舒适的防灾等 因此要求设计中充分考虑各种车道与公路设施之间所处的关系 任何部件 均不得侵入隧道建筑界限之内 由于该地区无居民 故不需要设立人行道 根据高速公路 设计车速为 100km h 参考表 3 1 可取得隧道建筑限界净宽为 7 5m 0 5m 1m 0 75 2m 10 5m 由 公路隧道设计规范 JTG D70 2004 4 4 1 条 高速公路建筑限界高度 取 H 5 0m 除此之外断面选型还受到汽车的型号和数量 行驶速度 支护材料及支护结构的形式 安全间隙以及各种辅助设施所需的空间距离等的影响 表表 3 1 公路建筑限界横断面组成最小宽度公路建筑限界横断面组成最小宽度 侧向宽度 L检修道 J隧道建筑限界净宽公路等 级 设计 车速 km h 行车道 宽度 W 左 侧 LL 右 侧 LR 余 宽 C 人行 道宽 度 R m 左 侧 右 侧 设检 修道 设人 行道 不设 检修 道 人行 道 1203 75 20 751 250 750 7511 00高速公 路 一1003 75 20 501 000 750 7510 50 LR 400 R 或 400 250 250 或 H 建筑限界高度 W 行车道宽度 LL 左侧向宽度 LR 右侧向宽度 C 余宽 J 检修道宽度 R 人行道宽度 h 检修道或人行道的高度 EL 建筑限界左顶角宽度 EL LL ER 建筑限界右顶角宽度 当LR 1m 时 ER LR 当LR 1m 时 ER 1m 图 4 4 1 公路隧道建筑限界 单位 cm 803 75 20 500 750 750 7510 25级公路 603 75 20 500 750 750 759 75 803 75 20 750 751 0011 00 603 50 20 50 501 0010 00 403 50 20 250 250 759 00 303 25 20 250 250 257 50 二级公 路 三 级公路 四级公 路 203 00 20 250 250 257 00 注 三车道隧道除增加车道数外 其它宽度同表 增加车道的宽度不得小于 3 5m 连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道 但应设 50cm 120km h 与 100km h 时 或 25cm 80km h 与 60km h 时 的余宽 设计速度 120km h 时 两侧检修道宽度均不宜小于 1 0m 设计速度 100km h 时 右侧检修道宽度 不宜小于 1 0m 公路隧道平面线形设计 根据 公路隧道设计规范 JTG D70 2004 4 3 2 条规定 高速公路的隧道应设计为 上 下行分离式的独立双洞 分离式的双洞的最小净距 按对两洞结构彼此不产生有害影 响的原则 结合隧道平面线形 围岩地质条件 断面形状和尺寸施工方法等来确定 详见 表 3 2 根据表表 3 2 结合工程地质特点 分离式独立双洞的最小净距设计为 3 5 B 即为 36 75 m 根据工程要求 取 36 8m 表表 3 23 2 分离式独立双洞间的最小净距分离式独立双洞间的最小净距 围岩类别 最小净距 m 1 0 B 1 5 B 2 0 B 2 5 B 3 5 B 4 0 B 注 B 隧道开挖断面的宽度 公路隧道两车道内轮廓几何尺寸计算 参照 公路隧道设计规范 JTG D70 2004 条文说明 隧道内轮廓统一标准 拱部为 单心半圆 侧墙为大半径圆 仰拱与侧墙用小半径圆弧连接 根据个设计车速相应的建筑 界限 可以计算出内轮廓断面几何尺寸见表 3 3 表表 3 33 3 两车道隧道内轮廓几何尺寸计算表两车道隧道内轮廓几何尺寸计算表 公路等级设计车速 R1R2R3R4H1H2 H2 R5 标准断面 5708201001500160 6200164 5 高速公路 100 km h紧急停车带断面5708201501800162 4200151 5747 确定开挖预留变形量 f 在确定隧道开挖断面时 除了净空和结构尺寸外 还要预留变形量 它的大小与围岩 的级别断面的大小 埋深 施工方法和支护方式有关 采用工程类比法预测 可参照表 3 4 在本设计 级围岩段中预留变形量设计为 120mm 级围岩段预留变形量为 30mm 表表 3 43 4 预留变形量预留变形量 mm mm 围岩类型两车道隧道三车道隧道 80 120100 150 20 5050 80 公路隧道实际开挖线 为保证衬砌外轮廓 开挖时往往稍大 尤其采用钻爆法 实际开挖外轮廓线不可避免 成为不规则形状 因为它比外轮廓线大 往往又叫超挖线 超挖量一般不超过 10cm 为了 开挖需要 暂时把超挖量令为 7 5cm 隧道间横向通道 上下行分离式独立双洞的公路隧道之间应设横向通道 横向通道分为人行横向通道 和车行横向通道 根据设计规范 横向通道的断面建筑界限一般规定如下图所示 a 人行横通道 b 车行横通道 人行横通道的设置间距可取 250m 并不大于 500m 车行横通道的设置间距可取 750m 并不得大于 1000m 长 1000 1500m 的隧道宜设 1 处 中 短隧道可不设 3 3断面设计图和掘进工程量断面设计图和掘进工程量 断面设计图和断面开挖面积 根据设计资料 考虑两隧道的建筑限界和平面线形设计 几何尺寸 参照公路设计规范 作出公路隧道的设计断面图 下图 用 CAD 的工具栏中查询菜单里面的面积选项近似计算隧道断面开挖面积 面积 S 67 38 掘进工程量 根据断面开挖面积及开挖周长求算在该隧道开挖工程中工程量 以 1m 为基准 每米开 挖渣量 Q 1 S 1 67 38 67 38m3 3 4 隧道的通风要求隧道的通风要求 1 公路隧道通风设计应综合考虑交通条件 地形 地物 地质条件 通风要求 环境 保护 火灾时的通风控制 维护和管理水平 分期实施的可能性 建设与营运费用等因素 隧道通风应符合以下要求 单向交通的隧道设计风速不宜大于 10m s 特殊情况下可取 12m s 双向交通的隧 道设计风速不应大于 8m s 人车混合通行的隧道设计风速不应大于 7m s 风机产生的噪声级隧道中废气的集中排放均应符合环保的有关规定 确定的通风方式在交通条件等发生变化时 应具有较高的稳定性 并能适应火灾情 况下的通风要求 隧道内营运通风的主流方向不应频繁变化 2 隧道的通风主要应对一氧化碳 CO 烟雾和异味进行稀释 CO 的设计浓度 采用全横通风方式和半横向通风方式时 CO 设计浓度按表 7 取值 采用纵向通风时 CO 的 设计浓度根据表 8 所取值各提高 50ppm 表表 8 CO 设计浓度设计浓度 隧道长度 m 1000 2000 ppm 250200 注 隧道长度在 1000 3000m 时 按插入法取值 a 交通阻滞 隧道内各车道均以怠速行驶 平均车速为 10km h 时阻滞段的平 均 CO 设计浓度可取 300ppm 经历时间不超过 20min 阻滞段的设计长度不宜大于 1km b 人行混合通行的隧道长度不宜超过 2000m 其 CO 设计浓度按表 9 取值 表表 9 CO 设计浓度设计浓度 隧道长度 m 1000 3000 ppm 150100 注 隧道长度在 1000 2000m 时 按插入法取值 烟雾设计浓度 a 采用钠灯光源时 烟雾设计浓度应按表 10 取值 采用荧光光源时 烟雾设计 浓度应提高一级 表表 10 烟雾设计浓度烟雾设计浓度 计算行车速度 km h 100806040 K m 1 0 00650 00700 00750 0090 b 当烟雾浓度达到 0 012 m 1 时 应采取交通管制等措施考虑 c 隧道内进行养护维修时 应按现场实际烟雾浓度大于 0 0035 m 1 考虑 稀释异味 a 隧道空间不断换气频率不宜低于每小时 5 次 交通量较小或特长隧道可采用 每小时 3 4 次 b 采用纵向通风的隧道 隧道内换气风速不应低于 2 5m s 4 隧道开挖方法设计隧道开挖方法设计 4 1 开挖方案比较及选择开挖方案比较及选择 4 1 1 挖方案比较挖方案比较 我国比较常见的开挖方式为机械法和钻爆法 机械法 包括 TBM 掘进机开挖 盾构法 顶进法 基坑法 目前世界上广泛采用 TBM 掘进机开挖 机械开挖法一般使用于软弱破碎围岩 在全断面一次开挖中宜采用大型 机械掘进 在分部开挖法中多选用小功率 小尺寸的小型挖掘机或单壁掘进机 它具有耗 能较少 灵活性大 生产效益高等优点 优点 掘进机械化程度高 掘进速度快 劳动强度低 节省人力 掘进平巷断面光 滑整 不会出现超挖和欠挖 支护方便 节省支护材料 出渣无大块 便于装运 出 渣与掘进同时进行 有利于快速掘进 避免了由于爆破冲击波而引起的事故 围岩受振小 缺点 刀具磨损大 成本高 设备一次性投入大 机械故障多 辅助时间长 体积 大 重量大 搬运不便 适应性差 钻爆法 可用于各类岩层中 是隧道施工开挖中采用最普通的方法 当用钻爆法开挖坑道时 应采用光面爆破 预裂爆破技术 能使开挖轮廓线符合设计要求 超欠挖量少 并能减少 对围岩的扰动破坏等 优点 能减少超挖 爆后成形规整 提高巷道轮廓质量 围岩受振小 保持围岩 稳定 减少支护工作量和材料消耗 能加快巷道掘进速度 降低成本 保证施工安全 开挖方法优点缺点 导洞法适用于稳定性差或围岩稳定性好但 是跨度大的情况 作业面狭窄 开挖循环次数多 进度慢 工 程成本高 相对工效低 台阶法适用地质条件好 围岩稳定 或地 质条件差 跨度小的洞室开挖 较 安全 利于快成洞 施工工期相比较全断面开挖而言 较长 铺 设施工管线 费用大 全断面 一次开挖 适用地质条件好 围岩稳定 或地 质条件差 跨度小的洞室开挖 较 需要大型或至少中小型机械配合施工 对施 工技术要求更高 安全 利于快成洞 开挖效率高 开挖工作面大 工序少 分步开挖 法 其工作面多 但作业面较小多次开挖对围岩的扰动较大 不利于围岩的 稳定 4 1 2 开挖方案选择开挖方案选择 根据开挖方法的比较 结合隧道进出口的围岩情况及施工工期的要求 对于 级围岩 段 开挖方式选用全断面一次开挖 该法采用光面爆破 其深度可取 2 5 3 5m 在比较 破碎的花岗岩地带 可以采用台阶法开挖 因为台阶法适用于 类较软或节理发育的 围岩 施工方法为 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 根据隧道进出口的围岩情况及施工工期的要求 决定从隧道两段双向掘进 对于公路 的上行和下行两条隧道在开挖施工时 保证同向施工的两工作面相差距离为 50m 减少围 岩受到的破坏 在开挖过程中 严格遵守新奥法施工的基本原则 少扰动 早喷锚 勤 量测 紧封闭 但必须注意在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 25m 时 应改为单向开挖 直到 贯通为止 采用全断面一次开挖法 必须注意机械设备的配套 以及充分发挥机械设备的效率 隧道机械化施工 有三条主要的作用线 即为开挖作业线 喷锚作用线及模筑混凝土衬砌 作业线 它们所采用的机械设备有 开挖作业线 钻孔台车 装药台车 装载机配合自卸汽车 无轨运输 装渣机配合矿 车及电瓶车或内燃机车 有轨运输 锚喷作业线 混凝土喷射机 混凝土喷射机械手 锚喷作业平台 进料运输设备及锚 杆注浆设备 模筑混凝土衬彻作业线 混凝土拌和站 混凝土输送车及输送泵 防水板作业平台 衬彻台车 4 2 隧道掘进循环尺的确定隧道掘进循环尺的确定 公路隧道掘进循环进尺应根据围岩类别 机具设备 隧道施工月近度要求等合理地选 择 在有较大型机具设备的条件下 一般中硬及以上的完整围岩可采用深孔 3 0 3 5m 爆破 以提高施工进度 而在软弱围岩开挖时 爆破开挖一次进尺应控制在 1 0 2 0m 之 内 开挖坚硬完整的围岩时 应根据周边眼的外插角及允许超挖量确定 4 3 隧道爆破设计隧道爆破设计 4 3 1 光面爆破设计光面爆破设计 所谓光面爆破 系指爆破后的断面整齐 超挖和欠挖符合规定要求 岩面上保存 50 以上的孔痕 并无明显的爆震裂缝 光面爆破能保证开挖轮廓准确和有效保持围岩的稳定 从而为改进洞室支护 采用喷 锚技术创造了前提条件 光面爆破技术要求 应根据围岩特点合理选择周边间距及周边眼的最小抵抗线 严格控制周边眼的装药量 并使药量沿炮眼全长均匀分布 周边眼宜采用小直径药卷和底爆速炸药 为满足装药结构 可借助传爆线以实行空气 间隔装药 采用毫秒微差顺序起爆 应使周边爆破时有最好的临空面 周边眼同段的雷管起爆 时间应尽可能小 光面爆破的分区起爆顺序是 掏槽眼 辅助眼 周边眼 底板眼 各光面爆破参数如周边眼间距 最小抵抗线 相对距和装药集中度等 应采用工程 类比法或根据爆破漏斗及成缝试验确定 爆破成缝试验可按照 公路隧道施工技术规范 附录 B 进行 光面爆破诸参数参考表光面爆破诸参数参考表 岩 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 相对距离 E V 周边眼药集中 度 q kg m 硬 岩 60 1 25 1 555 7070 850 8 1 00 30 0 35 中 硬 岩 30 601 50 2 0045 6060 750 8 1 00 20 0 30 软 岩 30 2 00 2 5030 5040 600 5 0 80 07 0 15 4 3 2 爆破参数确定爆破参数确定 1 光面爆破层厚度 光面爆破层厚度 W 光爆层厚度是指周边炮孔要爆落得那部分岩石的厚度即周边炮孔的最小抵抗线 它是 直接影响光爆效果的一个重要因素 拱顶各部位光爆层厚度 应跟随跨度的大小做调整 跨度大时应相应增大 反之跨度小时相应减小 根据岩石及地质构造加以调整 岩石坚硬 光爆层减小 岩石松软 破碎 光爆层相应增大 边墙及底部的光爆层 应比拱顶光爆层 厚度适当减小 光爆层厚度一般取 W 50 70cm 可为的较理想的光爆效果 由于隧道围 岩属于 类围岩 围岩稳定性好 则选取光爆层厚度为 50cm 2 炮眼布置 炮眼布置 掏槽眼掏槽眼 掏槽眼的作用是将开挖面上适当部位先掏出一个小型槽口 以形成新的临空面 为后 爆的辅助炮开创更有利的临空面 达到提高爆破效率的作用 掏槽眼的布置方法 合理布置掏槽眼应掌握好炮眼的三度 深度 密度和斜度 并通过计算确定用药量及 放炮顺序 掏槽眼用直孔掏槽 四眼掏槽 或 六眼掏槽 型 眼深 3 5 米计算 中空眼钻孔由 小钻头改为大钻头将钻孔扩大 直径为 120mm 掏槽眼布置在开挖中心线左侧或右侧 0 15 米 高度为 0 15 米的位置 对于设计循环进尺为 1 8 米时 采用双空孔形式最佳 为了保 证掏槽炮眼爆炸后岩渣有足够的膨胀空间 一般要求空眼体积为掏槽槽口体积的约 10 20 为宜 掏槽眼本身只有一个临空面 且受周围岩石的挤压作用 故常需要采用较大的炸药单位 消耗量 k 值和较大的装药系数 值 以增大爆破粉碎区 并利用爆炸冲击波击爆炸产物作 功 将岩石抛掷出槽口 为保证掏槽炮能有效地将石渣抛出槽口 查功能将掏槽眼闭设计 掘进进尺加深 10cm 20cm 并采用反向连续装药和用双雷管起爆 槽口尺寸常在 1 0m 2 5m 之间 要与循环进尺 断面大小和掏槽方式相协调 要求 掏槽眼口间距误差和眼底间距误差不得大于 5cm 掏槽眼为洞室开挖开凿临空面 炸药用量大 一般单孔用药量为 1 2kg 单位体积的 石方量为 10 20m kg 掏槽方式一般可分为倾斜眼掏槽和直眼掏槽两类 两种方法比较 斜眼掏槽可按岩层 实际情况选择掏槽方式和掏槽角度 灵活性大 容易把石渣抛出槽口 且掏槽眼数目较少 故该隧道在进行全断面光面爆破时 掏槽方式将采用斜眼掏槽 孔间距参数情况如表 12 表表 1212 锥形掏槽孔参数锥形掏槽孔参数 相临炮孔间距 m岩石坚固系数 f炮孔倾角 孔口间距空底间距 2 675 701 00 0 900 40 6 870 680 90 0 850 30 8 1068 650 85 0 800 20 10 1365 630 80 0 700 20 辅助眼辅助眼 辅助眼的作用是进一步扩大槽口体积和爆破量 并逐步接近开挖断面形状 为周边眼 创造有利的爆破条件 辅助眼的布置主要是指炮眼间距和最小抵抗线 V 的确定 主要根据围岩软硬和用药量 多少 由工地试验确定 采用孔底连续装药 辅助眼应由内向外 逐层起爆 逐步接近开 挖面轮廓形状 辅助眼间距 E 值为 软岩 100cm 120cm 中硬岩 80cm 100cm 坚硬岩 60cm 80cm 特硬岩为 50cm 60cm 最小抵抗线为 V 0 6 0 8 E 对 类围岩按小进尺循环考虑 L 1 0 1 5 米 对 V 类围岩按 2 5 3 0 米 采用横向 间距 0 8m 竖向间距 1m 周边眼周边眼 周边眼的布置方法 周边眼有成型作用 爆破后使坑道断面达到设计的形状和尺寸 周边眼的位置一般是 沿着设计轮廓线均匀布置 其炮眼间距和最小抵抗线长度均比辅助眼小 目的是使爆破出 坑道的轮廓较为平顺和控制超欠挖量 位置的确定 首先要确定开挖轮廓线 鉴于隧道开挖之后 围岩一般会产生收缩或膨 胀变形 因此 开挖轮廓线应在设计轮廓线基础上 应予以适当加大一些 该适当加大的 部分 称为预留变形量 对于双车道隧道 开挖跨度一般在 9 12m 预留变形量 IV 新 III 类围岩一般设计为 5 7cm III 新 IV 类围岩为 7 12cm II 新 V 类围 岩为 12 17cm I 新 VI 类围岩需特殊设计 开眼位置 应验衬砌外援设计轮廓线均匀布设 当围岩为软质时 抛空开眼位置应布 设在设计轮廓线内缘 并以 3 5 斜率向外倾斜 眼底落在设计轮廓线上 中硬围岩炮眼 开口位置 应在设计轮廓线上 眼底落在设计轮廓线以外 10 15cm 底眼间距底眼间距 60 厘米 厘米 周边孔的间距周边孔的间距 E a 12 16 d 相对于其它炮眼 周边炮位数量要多 炮眼间距要小 炮眼抵抗线要小 周边孔的密集系数周边孔的密集系数 m m E W 40 60 0 67 0 8 符合要求 底盘抵抗线底盘抵抗线 W 1 1 5 a 装药集中度装药集中度 Q 0 25 0 30 kg m 3 装药结构 装药结构 装药结构是指继爆药 药卷和起爆药药卷在炮眼中的布置形式 按起爆药卷在炮眼中 的位置 和其中雷管的聚能穴的方向分为争相装药和反向装药 由国内外实践证明 反向 装药结构能提高炮眼利用率 减少瞎炮率 减少石渣块度 便于装药运输 增强抛掷能力 和降低炸药消耗量 当炮眼愈深时 反向装药结构的爆破效果愈好 并结合该隧道的实际 情况 将采用反向装药 即每一个炮眼内讧眼底向眼口的装药顺序是 先装普通药卷 次 装引爆药卷 后用炮眼泥堵塞眼口 4 炮孔直径 炮孔直径 采用不耦合装药时 孔径一般比药卷大 5 7mm 目 前 国内药卷直径有 32mm 35mm 45mm 等几种 其中 32mm 和 35mm 的使用较多 故炮眼直径多为 38 42mm 本工程采用 d 35mm 药卷直径 所以炮孔直径取炮孔直径取 42mm 5 炮孔深度 炮孔深度 炮眼深度跟炮眼长度不同 它是指炮眼底到工作面的垂直距离 炮眼深度是决定每次 掘进循环进尺的重要因素 根据我国目前掘进技术装备条件下 根据所使用的钻孔设备确 定 采用手持式或气腿式凿岩机时 炮孔深度一般为 2 5 3 5m 又根据岩石坚固性系数及 掘进断面面积 结合双向掘进时的循环进尺 由公式 炮孔深度 循环进尺 0 85 得平均平均 炮孔深度为炮孔深度为 2 2 米米 6 炸药及药卷直径 爆破器材的选择 炸药及药卷直径 爆破器材的选择 据岩石的抗爆性 炸药性能和价格进行选择品种及计算用药量 Q 值 以获得较良好的 爆破效果和较低的成本费用 炸药的种类很多 根据 公路隧道施工 选用 越脆后韧性越强的岩体 应选用猛度 较高 爆速较高的炸药 在该设计中 参考其它隧道工程 将选用在隧道爆破施工中用得 最多的硝铵类炸药 2 岩石硝铵炸药 作为开挖该隧道的首选炸药 药卷直径 为了避免发生管道效应导致药卷拒爆 要求药卷直径 的大小应与炮眼直径 D 相匹配 在隧道工程施工爆破中 常用不偶合系数 D 它反映炮眼孔壁与药卷之间的空隙程度 一般应将不偶合系数 控制在 1 1 2 0 之间 且要求药卷直径 不小于该炸药的爆破效率 对周边炮眼则可采用较大的 值 以减少对围岩的扰动破坏 取药卷直径为 35mm 7 单孔装药量 单孔装药量 单孔装药量的计算 与围岩性质及药卷直径有关 即与炮孔装药系数 n 和咋药的线装 药密度 有关 按公式 q Ln 式中 q 单孔装药量 L 炮孔深度 掏槽孔取 2 4m 其余炮孔取 2 2m n 炮孔装药系数 炸药的线装药密度 其中 n 具体取值参照表 13 和表 14 但掏槽孔的装药量为主爆孔的 1 2 倍 底板孔 为主爆孔的 1 2 倍 表表 13 炮孔装药系数炮孔装药系数 n 值值 岩面 f 值 炮孔名称 10 208 107 85 63 42 1 掏槽孔0 800 700 650 600 550 50 主爆孔0 700 600 550 500 450 40 周边孔0 750 650 600 550 450 40 表表 14 炸药的线装药密度炸药的线装药密度 药卷直径 mm 323538404550 值 kg m 0 780 901 101 251 541 90 8 炸药用量计算 炸药用量计算 隧道爆破中 每循环爆破的总装药量 Q 值 Q K L S Q 每循环爆破总装药量 kg K 爆破单位体积岩石的炸药平均消耗量 简称炸药单耗量 kg m 根据工程经 验 取 1 25kg m3 L 爆破掘进进尺数 m S 开挖断面面积 m 9 炮孔数目 炮孔数目 炮眼数目 N 应能装入所需适量炸药 隧道工程施工爆破中 应根据各炮眼平均分配炸 药连的原则计数炮眼数目 N 值 N Q q sk 各部炮眼的装药系数 指药卷总长度与炮眼长度比 药卷单位长度质量值 q 单孔平均装药量 q L S 开挖断面面积 表表 1515 炮眼的装药系数炮眼的装药系数 岩石类别 炮孔名称 掏槽眼0 50 550 600 65 0 80 辅助眼0 40 450 50 0 55 0 70 周边眼0 40 450 550 60 0 75 表 16 药卷单位长度质量值 药卷直径 323538404550 mm kg m0 780 961 101 251 591 90 N 1 25 69 34 0 96 0 70 128 个 实际炮眼数目取 117 个 10 光面爆破参数 光面爆破参数 表 17 光面爆破参数参考表 炮孔名称参数类型 掏槽孔辅助孔底板孔周边孔 孔口间距 700600800600600 孔间距 mm 孔底间距 300800800600600 起爆段数 1 2 3 4 5 6 炮眼个数 4938201333 炮孔直径 mm 424242424242 炮孔深度 mm 180024002200220022002200 药卷直径 mm 353535353535 单孔药量 kg 1 5841 9561 5841 5841 2671 267 总药量 kg 6 33617 60460 19231 6816 47141 811 以上的这些参数详见附录爆破布置图 3 3 3 连线方式连线方式 隧道掘进爆破作业 工作掌子面范围小 药孔多 并且药孔排列不规则 多采用族连 式起爆连接方式 使用这种连接方式 应注意捆扎的导爆管根数不宜超过 40 根 若多余 40 跟则需增加族数 捆扎时要将导爆管均匀的排布在传爆雷管的周围 用胶布或细绳在雷 管的后半部将导爆管捆紧 胶布缠 5 层以上 被连接的导爆管末端捆扎处应不小于 10cm 而且末端最好要进行封口 热合或者用胶布粘住 3 3 4 起爆顺序起爆顺序 先掏槽眼 次辅助眼 最后周边眼 采用段间微差爆破 时间差控制在 75 100ms 之 间 起爆顺序是从掏槽孔开始 从截面中心往外一层一层进行 直到周边孔爆破 3 3 5 爆破工艺流程爆破工艺流程 图图 4 4 爆破工艺流程图爆破工艺流程图 3 3 6 破图表的编制破图表的编制 根据隧道掘进施工方式 结合爆破作业 施工采用四班制 每 6 个小时为一个循环 采用平行作业爆破 出渣 参照施工组织设计 如表 18 所示为一个循环图表 表表 1818 爆破循环图表爆破循环图表 作业项目 工作进度 测 量 通风排烟 清理危石 123456 7 8910 11 1213 1415 16 序 号 工作量工作时间单 位 放 线 钻 孔 装 药 爆 破 支 护 爆破作业循环图表 4 4 特殊地质辅助施工措施特殊地质辅助施工措施 根据设计材料可知隧道要穿越一段风化破碎带 而且破碎带内有涌水 施工注意事项 防排水作业 如涌水是地表水补给时 应在地表设置截排系统引排 随工作面的向前推进挖好排水沟 并根据岩质情况 必要时加以铺砌 坑壁或坑顶有水流出时 应凿岩安置套管集中引排 使其不漫流 施工工序 通过破碎带的个施工工序之间的距离宜尽量缩短 并尽快地使全断面衬砌 封 闭 以减少岩层的暴露 松动和地压增大 当采用上下导坑 先拱后墙法施工时 其下导坑不宜超前过多 并改用单车道 断面 掘进后随即将下导坑予以临时衬砌 开挖作业 采用爆破法掘进时 应严格掌握炮眼数目 深度 装药量 采用分部开挖法时 其下部开挖宜左右两侧交替作业 支护作业 破碎带的支护应强 并应经常检查加固 在破碎带中 开挖面要立即喷射一层混凝土 并架设有足够强度的钢架支护 衬砌作业 衬砌应紧跟开挖面 衬砌断面应尽早封闭 装药于连线 实测每个炮眼的深度 根据实际情况校核每孔用药量 炸药的分配 加工在单独置的工 房内进行 加工好后编号由专人负责装药 装药时严格按操作规程进行 在装完炸药后用 预先拌制的炮泥填塞 堵塞长度不得小于 20cm 网路连接采用并簇接法 即把各炮眼分成 几个区域 将每个区域的导爆管并为一簇联到一根导爆管上 由一发火雷管起爆 5 支护方法设计支护方法设计 5 1 支护衬砌支护设计的规定支护衬砌支护设计的规定 1 围岩较差段的衬砌应向围岩较好段延伸 5m 以上 偏压衬砌应延伸至一般衬砌内 5m 以上 2 隧道洞口内应设置加强衬砌段 其长度以伸入洞内深埋段一般不宜小于 10m 加 强衬砌的长度应根据地形 地质和环境条件来确定 一般情况下 两车道隧道应不少于 10m 三车道不少于 15m 3 根据设计隧道衬砌于道路等级 交通功能以及性质相适应 隧道衬砌的永久性特 点 因此要求衬砌密实 抗渗 抗侵蚀 不产生病害 衬砌能长期 安全使用 4 隧道围岩较差地段应设仰拱 仰拱曲率半径应根据隧道断面形状 地质条件 地 下水 隧道宽度等来确定 路面与仰拱之间可采用混凝土或片石混凝土填充 当隧道边墙 底下为整体性好的坚硬岩石时 可不设仰拱 5 在软硬地层和衬砌类型变化处 应设计沉降缝 6 净宽大于 3 0m 的横向通道与主洞的交叉段应均设加强段衬砌 加强段衬砌应向 各交叉洞延伸 主洞长度不少于 5 0m 横向通道延伸长度不少于 3 0m 7 设仰拱的隧道 路面以下应以浆砌片石或贫混凝土回填 5 2 支护方式选择支护方式选择 根据隧道围岩类别 工程地质和水文地质条件 隧道埋深 隧道宽度和施工条件等 结合 隧道新奥法及其测量技术 所列经验 对于 类以及以下围岩 由于地基松软 侧压力较大 宜采用曲墙带仰拱的衬砌 当 设仰拱后 不仅满足了地基的承载力的要求 更重要的是能够减少沉降变形 调节围岩与 衬砌的应力状态 提高侧墙抵抗侧压的能力 使得衬砌处于稳定状态 类及以下的围岩 地段应采用复合式衬砌 对于 类及以上的围岩地段的双线隧道也宜于采用复合式衬砌 因而 在本设计中宜于采用复合式衬砌 锚杆采用全长粘结锚杆 锚杆类型为砂浆锚 杆 5 3 支护参数选择与计算支护参数选择与计算 支护方式选择为复合式衬砌 由外层和内层复合而成 其外为初期柔性支护 可用喷 射混凝土 锚杆 钢筋网 钢支护等支护形式单一或组合而成 内层为二次衬砌 一般采 用现场混凝土衬砌 两层间一般加防水夹层措施 参照已成设计 借鉴经验 如表 19 复合衬砌的有关设计参数 根据设计资料 该设计 高速公路的隧道为两条单向双车道 根据工程经验类比 初期支护和二次衬砌支护的参数 还可以参照表 20 选用 然后通过理论分析计算 并根据现场围岩监控量测信息对设计支护 进行必要的调整 表表 19 复合衬砌初期支护的设计参数复合衬砌初期支护的设计参数 围岩类别单车道双车道 喷射混凝土厚度 5 10cm 锚杆长度 2 0m 间距 1 1 2m 必要时局部配置钢筋网 喷射混凝土厚度 10 15cm 锚杆长度 2 5m 间距 1 1 2 m 必要时设置钢筋网 喷射混凝土厚度 15cm 锚杆长度 2 5cm 间距 0 8 1 0m 配置钢筋网 施作仰拱 喷射混凝土厚度 20cm 锚杆长度 3 3 5cm 间距 0 8 1m 配置钢筋网 必要 时设置钢架 应施作仰拱 注 采用钢架时 宜选用轻型钢材制作 钢架外喷射混凝土保护层不少注 采用钢架时 宜选用轻型钢材制作 钢架外喷射混凝土保护层不少 1cm 表表 20 两车道隧道复合式衬砌的设计参数两车道隧道复合式衬砌的设计参数 初期支护二次衬砌 cm 喷射混凝土厚度锚杆 围岩 类型 拱部边墙仰拱位置长度 m 间距 m 钢筋网钢架拱墙 混 凝土 仰拱混凝 土 8 12 cm 拱墙 2 31 1 5 拱墙 25 35 15 25 cm 拱墙 3 40 8 1 2 拱墙 20拱墙 仰拱 4545 5 4 支护施工及技术要求支护施工及技术要求 5 4 1 初期支护初期支护 1 锚杆施工技术要求锚杆施工技术要求 锚杆施工之前 应向围岩的岩壁喷射一层混凝土 封闭岩壁松石 然后布设锚杆孔位 按照预设计或动态反馈设计要求 锚杆的材质 类型 规格 数量 何性能必须符合设计 要求 锚杆施工之前 应当按设计要求 标出孔眼位置 并做出标记才能施钻 钻孔偏差 应在 50mm 以内 发生孔位偏离的孔数 应小于锚杆总数的 10 锚杆方向应垂直于开 挖轮廓线 同时应垂直于岩层 钻孔深度偏差应不小于 50mm 钻孔孔径 砂浆锚杆应 大于锚杆直径的 15mm 其他类型的锚杆应符合设计要求 锚杆数量不少于设计规定 入 孔长度不得短于设计长度的 95 锚杆的垫板应与岩面紧密贴紧 锚杆的 28d 的抗拔力平 均值 设计值 最小抗拔力 0 9 设计值 2 砂浆锚杆及注浆技术要求 砂浆锚杆及注浆技术要求 在本设计中 采用砂浆锚杆 根据工程类比法 参照猫山隧道施工设计 依据规范 选择砂浆配合比 水泥 砂 水宜为 1 1 5 0 5 砂的粒径不应大于 3mm 注浆是砂浆 应拌和均匀 随拌随用 一次拌和在初凝之前用完 注浆中途停顿超时 30min 时 应用水 润滑注浆管路 防止堵塞 注浆孔口压力不应大于 0 4MPa 注浆管应插至距离孔底 5 10cm 并随砂浆注入 缓缓匀速拔出 随即插入锚杆 长度不小于设计长度的 95 锚 杆安装后 不得任意敲击 3d 之内不能悬挂重物 3 钢丝网施工和技术要求钢丝网施工和技术要求 钢筋和钢丝网应根据被支护的围岩面的实际起伏形状铺设 宜在喷射混凝土之后再铺 设 间隙不少于 cm 钢筋网保护层厚度不少于 cm 有水部位不少于 cm 钢筋 网或钢丝网应与锚杆或专为架设的锚钉连接焊固 锚杆锚固深深度不少于 20cm 牢固程序 以喷射混凝土时不产生颤动为原则 开始喷射时 应减少喷头至受喷面之间的距离 并调 节喷射角度 使得钢筋网的背阴面也能塞满混凝土 喷射过程中 要随时注意清除脱落于 钢筋网上的混凝土 以保证混凝土质量 4 钢支架施工及技术要求 钢支架施工及技术要求 钢支架式初期支护的骨架 一般用型钢制作成 A B C 或 D 构造单元 运到现场拼 装成形 现场安装时的技术要求是 钢支架外观应无污秽 无锈 和假焊 安装时基底无虚渣及杂物 接头连接牢固 钢 支架应在围岩开挖后 2h 内安装完成 钢支架之间必须用纵向钢筋联结 拱脚必须放在牢固 的基础上 拱脚标高不足是 不容许用块石 碎石砌垫 应设置钢板进行调整 或用混凝 土浇筑 混凝土强度不低于 C20 钢支架应尽量靠紧围岩 留有 2 3cm 作为混凝土保护层 钢支架与围岩的间隙 不得用片石回填 应用喷射混凝土填实 钢支架安装间距允许误差 为 50mm 保护层厚度 20mm 允许倾斜度在 2 内 安装偏差 横向 50mm 竖向不 低于设计标高 垂直隧道中线左右偏差应小于 50mm 5 喷射混凝土施工及技术要求喷射混凝土施工及技术要求 待钢丝网或者是钢支架支立后 并经检查符合设计和质量要求后 应尽快喷射混凝土 或钢纤维混凝土 将锚杆 钢支架固结一起 成为隧道的永久支护的一部分 在设计 施 工一体化中 喷射混凝土工艺是隧道新奥 法的关键的一步 采用工程类比法 在目 前隧道施工中 大多工地选用湿喷工艺 即将混凝土的混合料和水拌合均匀 按设 计比例先拌好 用湿式喷射击压送到喷头 在再喷头上添加速凝剂 然后 以高速度 喷射到岩壁表面 对于湿喷混凝土 能够将各种用料和 水准确计量 充分均匀拌和 质量易保证 喷射时灰尘少 回弹少 不足之处是供料 困难 操作麻烦 设备占用空间较大 管 道堵塞后处理困难 清洗麻烦 压送能力 水平距离 100m 垂直距离 30 50m 施工 能力为 8 20m h 采用工程类比法 在目前隧道施工中 大多工地选用湿喷工艺 即将混凝土的混 合料和水拌合均匀 按设计比例先拌好 用湿式喷射击压送到喷头 在再喷头上添 加速凝剂 然后 以高速度喷射到岩壁表 面 其工艺流程如下图所示 细骨料 搅拌机 干式 喷射机 速凝剂 压缩空气 喷头 围岩 粗骨料 水泥 水 外加剂 喷湿混合剂 5 4 2 二次衬砌二次衬砌 复合式衬砌的二次支护 即为二次衬 砌 多为混凝土浇筑而成 是在初期支护 达到稳定状态后 才施做的 是洞室结构 的最后一道支护 关系到隧道的永久质量 其支护图如右所示 二次衬砌施工时机二次衬砌施工时机 围岩开挖之后 通过初期支护作用 使内部应力重新分布 当达到新的平衡时 施工准备 原材料准 备 机械设备 检查 测量放样 防水板 止水条 透 水管 台车就位 安装堵头 模版 模版整修 清理 配合比设 计 各项检查 混凝土灌 注 捣固 封顶 拆模 养护 上料 计 量 混凝土拌 合 混凝土运 输 围岩和初期支护处于新的稳定状态 则可施作二次衬砌 二次衬砌施作时间过早 初期支护尚未稳定 会导致其承受过大的围岩压力 过晚 施作又不利于初期支护稳定 因此 选择适宜的时机施作二次 应当依据监控量测数据信 息 掌握围岩和初期支护变化规律 做出施作的时机 施作二次衬砌的主要条件是 1 围岩和初期支护变形具有明显减少的趋势 或处于稳定状态 拱脚出的位移收敛 每天小于 0 2mm 整个位移完成总位移的 80 90 2 初期支护拱顶的下沉和拱脚处的收敛 至少是连续 7d 的平均值 3 总位移值得取得 系通过对监控量测数据回归分析取得 在二次衬砌施工中 监控量测信息是进行施作的决策依据 因此 占有极端重要的特 需席位 对于自稳性极差的围岩 若长时间达不到上述条件 此时 初期支护出现大量裂 缝 又无法采取加强措施 应早日施作仰拱 改善围岩变形调件 若仍不能自稳 应提前 施作二次衬砌 并对其强化 增强支护抗力 避免初期支护坍塌 施工因素对二次衬砌质量影响施工因素对二次衬砌质量影响 二次衬砌施作时机 是获得最佳工程质量的施作机遇 而在选定出最佳施作时机后 其质量取决于施工顺序和各环节相应的方法 如混凝土配合比 施工方法和厚度等 混凝土配比不当 会导致其不密实 施工方法不当 二次衬砌经常出现蜂窝麻面 强 度不足 防水板破损 渗漏水 衬砌表面不平整等问题 有的甚至出现衬砌厚度不足 衬 砌背后留有空洞等严重问题 只要严格遵循操作规程 上述混凝土质量病害是完全消除的 二次衬砌薄厚不匀 会导致降低其强度 同样厚度的二次衬砌 在同样位移条件下 如位 移 u 2mm 有空洞时二次衬砌承载能力降低到无空洞的 1 3 以下 为了彻底根治二次衬砌厚度不均匀通病 采用全液压式 整体衬砌台车 泵送混凝土 混合料 使二次衬砌一次浇筑成型 来消除混凝土浇筑薄厚不均匀的通病 达到满意的效 果 二次衬砌施作方法二次衬砌施作方法 二次衬砌施作方法有两种 整体式二次衬砌