井巷工程课程设计

井巷工程课程设计 矿资 071 班 0 目目 录录 1 工程概况工程概况 1 2 围岩类别划分围岩类别划分 1 2 1 围岩分类要考虑的问题围岩分类要考虑的问题 1 2 2 围岩分类围岩分类 1 2 3 隧道分类隧道分类 2 3 隧道断面选型及尺寸设计隧道断面选型及尺寸设计 2 3 1 隧道断面选形隧道断面选形 2 3 2 隧道断面尺寸隧道断面尺寸 2 3 3 断面设计图和掘进工程量断面设计图和掘进工程量 4 4 支护设计支护设计 5 4 1 护衬砌支护设计的规定及支护方式的选择护衬砌支护设计的规定及支护方式的选择 5 4 2 道洞口设计道洞口设计 6 4 3 初次支护初次支护 6 4 4 二次衬砌施工二次衬砌施工 8 4 5 支护断面及工程量支护断面及工程量 10 5 隧道开挖方法设计隧道开挖方法设计 11 5 1 开挖方案比较及选择开挖方案比较及选择 11 5 2 隧道掘进循环尺的确定隧道掘进循环尺的确定 12 5 3 隧道爆破设计隧道爆破设计 12 5 4 特殊地质辅助施工措施特殊地质辅助施工措施 16 6 隧道稳定性监测 量测 设计隧道稳定性监测 量测 设计 17 7 隧道施工组织设计隧道施工组织设计 19 7 1 爆破施工组织设计爆破施工组织设计 19 7 2 喷锚支护的组织施工喷锚支护的组织施工 19 7 3 开挖的组织施工开挖的组织施工 20 7 4 不良地址地段处理不良地址地段处理 20 7 5 保证工期的主要措施保证工期的主要措施 20 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 20 7 7 施工组织设计的编制原则与依据施工组织设计的编制原则与依据 21 7 8 施工组织施工组织 21 参考文献参考文献 22 井巷工程课程设计 矿资 071 班 1 地下工程地下工程课课程程设计设计 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 仅地质勘探获知 山体为稳定地花岗岩岩层 节理裂隙为中等发育 岩石的普氏硬度 系数 f 10 12 其中需穿越 50 米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 100 天 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 R 较有意义 以 R 30Mpa 作为软 硬岩石的分界指标 bb R 30003000L 1000 1000L 500 L500 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 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 井巷工程课程设计 矿资 071 班 3 安全间隙以及各种辅助设施所需的空间距离等的影响 公路隧道建筑限界基本结构公路隧道建筑限界基本结构 单位 单位 cm 表表 3 13 1 双车道公路隧道建筑限界 双车道公路隧道建筑限界 m m 侧 向 宽 度 L m 检修道 J 隧道建筑 限界净宽 公路 等级 设计速 度 km h 车道 宽度 W左 侧 LL 右 侧 LR 余 宽 C 人 行 道 R左 侧 右 侧 设检 修道 设 人 行 道 不设检修 人行道 高速 公路 1003 75 20 501 00 0 750 7510 50 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 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 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 井巷工程课程设计 矿资 071 班 4 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 井巷工程课程设计 矿资 071 班 5 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 4 支护设计支护设计 4 1 护衬砌支护设计的规定及支护方式的选择护衬砌支护设计的规定及支护方式的选择 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 支护衬砌支护设计的规定 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 井巷工程课程设计 矿资 071 班 6 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 4 2 道洞口设计道洞口设计 洞口犹如进山的大门 是进出山体的咽喉 是隧道唯一的外在表现 显示隧道的景观功能 因此 除了安全设计洞口的防护能力之外 还要发挥和挖掘洞口的景观 让来往乘客不仅感受到安全 快速 舒适 还应享受到优美的自然环境 由于该隧道口所处的地区 山坡教缓 坡面覆盖洪积层 坡积层 并靠近一个断层带 地下水发 育 综上所述 从防护和安全基本功能出发 洞门设计为端墙式洞门 并在洞门与洞身之间 布设两 排钢筋 与洞身连接成一体 为杜绝山坡滑坡病害 确保安全运营 在洞口仰坡之上截断山上水流 排流到远离洞口的地段 避免雨季洪水冲袭洞口 并对挖破进行加固 同时 保护原有植被并在工程 结束后做好洞口旁的绿化工作 4 3 初次支护初次支护 由任务书中可知 岩石分为两类 再考虑到断面的形状 决定采用喷锚支护 另外在岩石较破碎 的地带价铺设钢筋网和钢架 锚喷支护参数 设备选型 采用 TK961 湿喷机 该机与 AL 305 机械手组成喷锚支护作业机械线 在作业时 喷射砼采用 TK961 湿喷机和遥控 AL 305 机械手进行作业 洞外由砼搅拌机拌好 通过混凝土输送车向洞内送料 空压机供风 原材料的选择 425 普通硅酸盐水泥 细度模数为 2 5 3 0 中砂 洁净质硬 粒径为 5 10mm 的碎石 要求级配 良好 液体速凝剂 湿喷砼配合比 水泥 砂 碎石 水 1 2 47 1 53 0 4 速凝剂的掺量为 4 混凝土二次衬砌 隧道内二次衬砌施工前 模板台车必须就位准确 支撑牢固 各部位几何尺寸符合设计要求 浇 注混凝土前将基底表面的积水 岩屑 泥浆等松散物清除干净 正确使用各种添加剂和新型操作方法 提高混凝土的质量 浇注时从台车两侧分层对称进行 厚度不得大于振动棒长度的 1 5 倍 并捣固均 匀 严格按配合比施工 两车道公路隧道复合衬砌支护参数表两车道公路隧道复合衬砌支护参数表 初期支护二次衬砌厚度 cm 喷射混凝土厚度 cm 锚杆 m 围岩 级别 拱部边墙位置长度间距 钢 筋 网 钢 架 拱墙混 凝土 仰拱混凝 土 8 10 5 局部 2 01 0 30 10 12拱 墙 3 01 5 25x25 局 部 35 隧道支护设计 1 隧道衬砌类型确定 按新奥法设计的隧道衬砌 根据围岩类别 工程地质条件 埋置深度 隧道宽度和施工条件等 井巷工程课程设计 矿资 071 班 7 隧道支护体系除必须考虑施工过程中的受力状态外 还考虑隧道建成后衬砌的受力状态及运营中车辆 震动对支护体系的影响 所以设置复合式衬砌来较好保证隧道在上述应力作用下的长期稳定性 题中 隧道属于 II III IV 类围岩类型 将采用新奥法设计的复合式衬砌和锚杆喷射混凝土衬砌 2 破碎松散地层的支护 设计的巷道是在闪斜煌斑岩和碎花岗岩脉内 且该地段受到多期多次构造作用 由于构造活动迭 加切割 使矿体和围岩破碎 裂隙纵横交错 岩性不完整 围岩呈块状疏松结构 容易冒落坍塌 自 稳时间 24 小时 此时支护显得尤为重要 当掘进遇到破碎带时 巷道围岩的维护便成为掘进工作中的主要矛盾 此时掘进速度应该放慢 把工作的重点放在巷道的支护上 其措施是 当巷道采用棚式支架时 应增加支架的密度 其密度应 根据岩石破碎程序和地压力的大小而定 如采用料石或混凝土时 应采用短段掘砌的施工方法 1 使用超前支护 以增加围岩的强度 提高围岩的自承能力和稳定性 方法有 插板封闭法 超 前锚杆加固法 压力注浆法 2 采用及时的临时支护 支护紧跟 尽量减少围岩暴露时间 临时支护可采用喷混凝土 锚杆 钢筋网 必要时加设钢拱架的联合支护 一般在放炮后即应喷一层混凝 土 当作业面推进 15 20 米后 进行永久性支护 若采用其他型式的临时支护时 拆除的时间不宜过早 且拆除一段 立即支护一段 3 初期支护施工 在隧道施工过程中 锚杆是维护围岩稳定 保证施工安全的重要手段 并永久地发挥支护作用 因此 锚杆的施工质量 显然不可忽视 1 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 锚杆注浆技术要求 砂浆配合比 水泥 砂 水宜为 1 1 1 5 0 45 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 钢支架和格珊施工技术要求 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 拱脚标高不足时 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 4 混凝土喷射工艺 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 井巷工程课程设计 矿资 071 班 8 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 4 4 二次衬砌施工二次衬砌施工 符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 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 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 井巷工程课程设计 矿资 071 班 9 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 二次衬砌施作方法有两种 整体式二次衬砌和分步式衬砌了 其中 分步式衬砌又分为先拱后墙 法和先墙后拱法 这两种施作方法 各有千秋 各有展示自己的时空 在施工中将根据具体情况选用 某种方法 或综合两种方法一起使用 他们的差别可用下表表示出来 整体式和分步式二次衬砌比较表整体式和分步式二次衬砌比较表 比较项目整体式二次衬砌先拱后墙 或先墙后拱 断面封闭及时不及时 整体性好差 防水性无拱墙施工缝 自 防水性好 防水板一 次铺设 质量易与控 制 有拱墙施工缝 自防水性差 防水板铺设整体性差 施工性拱墙一次施工 施 工性好 拱墙分别施工 施工性差 在软弱地质条件下 墙可 能采取跳槽开挖 恶化了施工性 仰拱施工可先于拱墙修筑或 同时修筑 仰拱只能是后施工 衬砌变异混凝土灌注 易发 生干燥收缩和温度裂 缝 台阶过长时 拱部悬臂段过长 无疑易弯曲下沉 形 成横向开裂 开挖下半断面是 易于引起拱脚下沉 形 成纵向及剪切开裂 使用性好拱墙联结处 质量不易控制 易漏水 外观欠佳 外观质量好常采用小模板施工 外观质量较差 蜂窝麻面现象较 严重 二次衬砌施工前准备工作 二次衬砌的质量 使隧道整体质量的外在表现 为了保证其质量符合设计要求 在施工之前必须 做好以下准备工作 1 复核隧道的中线 标高 断面尺寸和净空尺寸 2 清除浮渣 积水 整平墙面和顶部 检查防水板安装质量 3 检查整体式液压台车行驶轨道 机械性能 并进行试运行 复核台车安装位置 检测模板及 相关空间尺寸 设置和分配预留变形量 4 检修配套机械设别 如搅拌机 混凝土运输车 道路安全 并通过试车进行检验 5 检查混凝土配料数量 质量 配合比设计等 划定防排水 通风 照明等预埋件和预留孔位置 处理突出物 铺设排水管和防水层 6 紧急停车带断面二次衬砌施工 每段紧急停车带长 41m 比标准断面加宽 2 5m 在考虑模板设计时 如采用台车模板 在紧急停 车带区段 台车无法整体推进 拆装则比较麻烦 从经济上看 台车造价高 材料回收率低 因此 紧急停车带二次衬砌施工采用环形围囵式的钢拱架 井巷工程课程设计 矿资 071 班 10 浇筑混凝土时 从两侧均匀对称下料 控制浇筑速度 浇筑至横洞口位置时 一方面大小两条洞 斜交处 体型不太容易控制 另一方面 主动衬砌完之后才能进行横洞开挖 主隧道二次衬砌浇筑完 后 再开挖横洞岩土时 或多或少总会影响横洞口的混凝土 可能还会造成一定破坏 所以 事先预 留出横洞口位置 待其开挖结束后 在利用横洞台车 浇筑横洞口二次衬砌混凝土 紧急停车带混凝土浇筑 从施工进度网络图上看 它不是关键线路 涉及围囵模板时 应尽量从 材料可回收利用 经济 实用 操作方便等方面考虑 便于材料的重复使用 该种模板缺点是拆除比 较麻烦 没一浇筑块 循环周期相对长一些 浇筑 1 块约需 7d 时间 行车横洞二次衬砌施工 虽然横洞长度不等 但二次衬砌后经宽 4 4m 净高 5 7m 行车横洞二次衬砌 采用台车进行模筑 在紧急停车带二次衬砌浇筑完成后 才能开挖行车横洞 进行初期支护和二次衬砌施工 在进度 网络图上 也是混凝土衬砌的最后一道工序 专门设计适用行车横洞台车 设计行车横洞台车时 从提高衬砌施工速度 操作方便 快捷 经济 实用考虑 衡洞台车只浇 筑横洞上半部拱圈部分 下部直墙段和底板混凝土 可以先行施工 这样 横洞的二次衬砌混凝土浇 筑 开辟出三个工作面 于是台车浇筑顶拱部分混凝土式 相对加快了进度 横洞二次衬砌台车 其 难点在于顶拱模板拆模困难 针对这一难点 在台车和直墙相接处 采用软边搭接 上部采用丝杆脱 模和就位 行车横洞台车长 7 5m 使用工地现有材料加工而成 采用手动葫芦牵引 台车载轨道上行走移 动 浇筑横洞时 先浇筑排水沟和矮边墙 并预埋轨道螺栓和拉筋 在浇筑直边墙 直边墙超前作业 台车就位后只浇筑顶拱 其余施工工艺控制 参照主洞二次衬砌施工 浇筑完一条横洞后 台车移动 到紧急停车带 在加宽地段掉头 行走至另一条横洞就位 4 5 支护断面及工程量支护断面及工程量 支护断面图 根据设计的断面及设计的支护参数得到支护断面图 类围岩支护断面图类围岩支护断面图 类围岩支护断面图类围岩支护断面图 估算工程量表 支护工程量表支护工程量表 围岩类别每米出渣量 m3 锚杆消耗 根 金属网消耗 砼消耗 井巷工程课程设计 矿资 071 班 11 1001090 24220 100 1540 89220 5 隧道开挖方法设计隧道开挖方法设计 5 1 开挖方案比较及选择开挖方案比较及选择 5 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 安全 利于快成洞 开挖效率高 开挖工作面大 工序少 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 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 5 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 井巷工程课程设计 矿资 071 班 12 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 5 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 5 3 隧道爆破设计隧道爆破设计 5 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 5 3 2 爆破参数确定爆破参数确定 井巷工程课程设计 矿资 071 班 13 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 掏槽炮眼的布置方法 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锥形掏槽 底板眼 底板眼间距 70 厘米 掏槽眼 底板眼爆破的段装药量 一般取最大允许装药量的 70 合理布置周边孔 周边孔的爆破直接控制开挖轮廓 因此 1 周边孔应尽量靠近开挖轮廓线 由于钻机本身占有一定空间和操作条件的要求 所以通常周边 孔都布置在轮廓线内 但要尽量靠近它 而炮孔则应向外倾斜一定角度 以免开挖断面逐渐缩小 炮孔向外倾角的大小与岩石坚硬度有关 中硬以上岩层 炮孔底超出轮廓线一般为 5 10cm 软的岩石可 少超出一些 2 周边孔采用适当的孔距 孔距小 周边孔密 这固然能控制爆破轮廓 但周边孔数目增多 也 增大了钻孔工程量 孔距过大 则边孔之间将留下岩埂或欠挖 若要消除欠挖 势必加大药量 将又 增加对围岩的震动和损坏 所以 为了控制轮廓 减少装药量 维护围岩稳定 可适当加密孔距 周 边孔距 应考虑具体工程及地质条件 通过多次试爆后确定 光面爆破参数光面爆破参数 f 值 1210 128 106 84 62 4 孔距 a cm 656055504030 抵抗线 W cm 6560 656055 6040 5530 40 孔距初步确定后 应用中还可根据具体情况调整 一般拱部孔距较小 侧墙较大 曲率半径较小 的部位 如拱脚处还可以适当减小 在裂缝发育或层理明显的岩石中 孔距也应适当减小 同时还要 减少药量 周边眼参数为 间距 a 12 16 d 抵抗线 W 1 1 5 a 装药集中度 0 15 0 25 kg 经过计算 间距 a 60cm 周边眼至内圈眼距离为 100cm 周边眼装药集中度为 0 25kg m 采用不 偶合和连续装药结构 不偶合系数为 1 2 使用 35 165 药卷 辅助炮眼 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 井巷工程课程设计 矿资 071 班 14 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 100 cm 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 炮孔深度 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 据每一循环进尺为 3 0 3 5 米 这里才用 3 0 米 由公式 炮孔深度 循环进尺 0 85 得平均炮孔 深度为 3 5 米 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 42mm 炮眼数目 N qs 其中 q 爆破单位体积岩石的炸药平均消耗量 简称炸药的单耗量 取 1 25kg m3 s 开挖断面面积 67 38 各部位炮眼的装药系数 药卷单位长度质量 炮眼的装药系数炮眼的装药系数 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 药卷单位长度质量值药卷单位长度质量值 药卷直径 mm 323538404550 kg m0 780 961 101 251 591 90 N 1 25 67 38 0 96 0 70 125 33 个 实际炮眼数目取 126 个 光面爆破参数参考表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 孔间距孔口间距 700800700600 围 岩 类 别 炮 眼名 称 井巷工程课程设计 矿资 071 班 15 mm 孔底间距 300800700600 起爆段数 1 2 3 4 5 炮孔直径 mm 4242424242 深度 mm 42004200420042004200 药卷直径 mm 3535353535 单孔药量 kg 2 0161 7281 7281 311 31 炮眼数量 439221434 总药量 kg 8 06467 39238 0218 3444 54 以上的这些参数详见附录爆破布置图 5 3 3 炸药炸药 炸药的选择 根据岩石的抗爆性 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 炸药用量计算 影响炸药消耗量的因素主要有 岩石坚硬程度和岩层的构造 炸药的威力 坑道断面及临空面数 目等 隧道开挖面积小 临空面数目少时 只能用小直径炮眼爆破 故应对炸药量进行较准确的计算 和进行严格控制 从理论上讲 应按照达到预定爆破效果的条件下 其爆炸功与岩石阻抗匹配的原则 计算确定 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 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 1 4 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 5 3 4 爆破布置图及工艺流程爆破布置图及工艺流程 爆破布置图 结合爆破参数优化设计 按隧道爆破各类型孔的布置要求 利用 CAD 作图软件作出爆破爆孔布置 三视图 详见附录 爆破器材选择 钻孔设备 液压凿岩机 YYG 80 4 台 炸药 采用 2 岩石硝铵炸药 其规格为 25mm 165mm 雷管 采用毫秒雷管及普通火雷管 毫秒雷管带塑料导爆管长 3 5 7 米 超爆器材与起爆网络 利用非电导爆系统起爆 在掏槽眼采用毫秒雷管 其余炮眼采用间隔为 100 200ms 的等差雷管 井巷工程课程设计 矿资 071 班 16 导爆管 采用普通 抗水的导爆管 爆破工艺流程图 5 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 井巷工程课程设计 矿资 071 班 17 一簇联到一根导爆管上 由一发火雷管起爆 循环时间表 循环进尺循环时间表 循环进尺 3 0m3 0m 作业项目 时 间 H 测 量 钻 孔 装药爆破 通风排烟 清理危石 出 渣 支 护 123456 7 89101112131415 16 6 隧道稳定性监测 量测 设计隧道稳定性监测 量测 设计 围岩监控量测及洞内观察现场监控量测是隧道工程现代化施工管理及应用新奥法设计和施工及喷 射砼施工的重要组成部分 他不仅指导施工 预报险情 确保安全 而且还可以通过隧道施工现场监 测获得围岩动态为支护和衬砌提供信息依据 还为隧道工程设计与施工积累技术资料 为今后隧道工 程设计与施工提供类比法依据 因此 必须认真作好该项监控量测工作 测量项目的注意事项 1 隧道开挖后 立即进行工程地质状况的观察 内容包括 工作面附近围岩岩性 断层破碎 带 变质带及岩石种类的观察 节理发育程度 接触面充填物的性质 开挖面稳定状态的观察 开挖 面有无松散坍塌剥落现象 有无地下水等观察 以上观察内容均需做好记录 2 初期支护完成后 对初期支护的状况进行观察 内容包括支护锚杆是否被拉曲 喷层是否产 生裂缝 剥离和剪切破坏 钢支撑有无被压曲现象等 洞外观察包括对洞口地表情况 地表沉陷 边 坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等的观察 量测方法及顺序 1 测试前检查仪表设备是否完好 如发现问题及时修理或更换 检查测点是否松动或人为损坏 确认测点状态良好时方可进行测试工作 2 测试工作中按各项量测的操作规程安装仪器仪表 每测点一般测读三次 三次读数相差不大 时 取算术平均值作为观测值 若读数相差过大时应检查仪器 仪表安装是否正确 测点是否松动 当确认无误时再进行测试 每测试时都要做好记录 并记录环境温度 掘进里程以及施工情况等 并 保持原始记录的准确性 量测数据在现场进行粗略计算 若发现变形较大时 及时通知现场施工负责 人 3 测试完毕后检查仪器 仪表 做好养护 保管工作并及时进行资料整理 量测资料应认真检 查 审核和计算 每次量测结束后 在二小时内进行资料整理工作 及时将资料填入有关图表 了解 数据反映的变化规律 根据本隧道围岩组成特点 按设计选择三个必测项目 一个选测项目 如下表所示 量测间隔时间 项目名称 方法及工 具 布置 1 15 天 16 天 1 个月 1 3 个月 3 个月以 后 井巷工程课程设计 矿资 071 班 18 地质和初期支 护观察 岩性 结 构面产状 及支护裂 隙观察 开挖后及初 期支护后进 行 每次爆破后进行 水平净空收敛收敛计 每 10 50M 一个断面 每断面 2 对 测点 1 2 次 天 1 2 次 2 天 1 2 次 周 1 3 次 月 必 测 项 目 拱顶下沉 水平仪 铟钢尺或 测杆 每 10 50M 一个断面 每断面 3 对 测点 1 2 次 天1 次 2 天1 2 次 周 1 3 次 月 选 测 项 目 锚杆轴力 各类电测 锚杆测力 计 每 30 50M 一