全断面开挖施工工艺.doc

3-1-2全断面开挖施工工艺1 前言1.1 全断面开挖法定义全断面开挖是按照设计断面将隧道一次开挖成形，再施作衬砌的施工方法。1.2 工艺特点（1） 施工时应配备钻孔台车或台架及高效率机械设备以尽量缩短循环时间，各道工序应尽可能平行交叉作业，提高施工进度。（2） 使用钻孔台车宜采用深孔钻爆，以提高开挖进尺。（3） 初期支护应严格按照设计及时施作。1.3 适应范围适用于隧道的级围岩地段，级围岩开挖断面60m2以下的隧道或级围岩开挖断面60m2以上隧道采取了有效的预加固措施后，亦可采用全面开挖施断工工艺。全断面开挖施工工艺循环进尺必须根据隧道断面、围岩地质条件、机械设备能力、爆破振动限制、循环作业时间等情况合理确定。2 质量检验标准（1） 隧道开挖断面的中线和高程必须符合施工图要求。1）检查数量：每一开挖循环检查一次；2）检查方法：采用仪器测量。 (2)、隧道开挖必须严格控制欠挖,当围岩完整、石质坚硬时，岩石个别突出部位（每1不大于0.1）侵入衬砌必须小于5cm,拱脚和墙脚以上1m内断面严禁欠挖。1) 检查数量：每一开挖循环检查一次；2) 检查方法：采用自动断面仪等仪器测量周边轮廓断面，绘断面图与施工图断面核对。(3) 洞身开挖必须核对地质，在每一次开挖后及时观察、描述开挖面地层的层理、节理、裂隙的结构状况、岩体的软硬程度、出水量大小等，核对施工图地质情况，判断围岩稳定性。(4) 光面爆破或预裂爆破钻孔眼，必须根据钻爆设计图准确标示出钻孔位置。钻孔时必须按钻爆设计要求严格控制钻孔的间距、深度和角度，掏槽眼的眼口间距和深度允许偏差为5cm。周边眼的间距允许偏差为5cm，外插角必须符合钻爆设计要求，孔底不得超出开挖断面轮廓线15cm。1) 检查数量：每一开挖循环检查全部掏槽眼和10%周边眼；2) 检查方法：测量。(5) 光面爆破的钻孔痕迹保存率，硬岩不得小于80%，中硬岩不得小于60%，并在开挖轮廓面上均匀分布。1) 检查数量：每一爆破开挖循环检查一次；2) 检查方法：对照钻爆设计资料，观察、计数检验钻孔痕迹保存率。3 全断面开挖法施工工艺3.1 工艺流程图其施工流程可参照图2-1。施工准备超前地质预报爆破设计测量放线按规定处理并反馈信息钻眼装药爆破初喷混凝土装碴运输断面检查、爆破效果分析完成初期支护监控量测下一循环施工图2-1 全断面开挖施工流程图3.2 施工准备3.2.1 施工用风(1) 空压机功率要求隧道施工用风应采用固定或移动空压机供风，空压机最大功率应能满足同时工作的各种风动机具的最大用风量和足够风压的要求。（2） 空压级位置要求固定式空压机站应设在洞口附近，并靠近变电站，当有多个洞口须集中供风时，可选在适中位置，但应靠近用风量较大的洞口。空压机站应有具体的防水、降温和保温设施。移动式空压机可根据工作面掘进距离布置在洞口或洞内，但需要做好防护措施。（3） 工作风压 隧道工作面风压不应小于0.5MPa，高压凤管的直径应根据最大送风量、凤管长度、闸阀等条件计算确定。（4） 凤管的安装和使用1） 高压凤管及接头装置的材质必须符合相关标准规定；2） 高压凤管应敷设平顺，接头严密，不漏风；3） 在洞外地段，当凤管长度大于100m以内和温度变化较大时宜安装伸缩器，靠近空压机150m以内，凤管的法兰盘接头宜用石棉衬垫；4） 长度大于1000m时，应在高压凤管最低处设置油水分离器，定时放出管中的积油和水；5） 洞内高压凤管应敷设在电缆电线相对的一侧，凤管的前端至开挖面距离宜保持3040m，并用分凤器（可自制）连接高压软凤管；6） 各种闸阀在安装前应拆开清洗，阀门应进行水压强度试验，合格后方可使用；7） 高压凤管在安装前应进行检查，当有裂纹、创伤、凹陷等现象不得使用，管内不得保留有残余物和其他赃物；8） 高压凤管使用应有专人负责检查、养护。3.2.2 施工用水（1） 隧道施工供水方案的选择及设备的配置1）水源的水量应能满足工程和生活用水的需要。有高山自然水源时，应蓄水利用。水池高度应通过计算，并能满足洞内最大水压的要求；2）水池的容量应计算并有一定的储备量，满足洞内外集中用水的需要；3）采用机械抽水站供水时，应有备用的抽水机；4）工程和生活用水使用前必须经过水质鉴定。（2） 工作面水压隧道工作面的水压不应小于0.3MPa，水管的直径应根据最大供水量、管路长度、弯头、闸阀等条件计算确定。（3） 高压水管的安装和使用1）管路应敷设平顺，接头严密，不漏水；2）水池的总输出管路上必须安装总闸阀；主管路上每隔300500m应分装闸阀；3）洞内水管前端至开挖面宜保持30m距离，并用高压软管连接分水器。洞内软管的长度，一般情况下不宜大于50m；4）洞内水管管路应敷设在电缆、电线相对的一侧，不得妨碍运输；当与水沟同测时，不得影响排水；5）钢管在安装前应进行检查，有裂纹、创伤、凹陷等现象时不得使用，管内不得保留有残余物和其他赃物；6）管路使用中英由专人负责检查、养护。冬期应注意管道保温。3.2.3施工用电（1） 施工用电方案施工用电应进行施工用电设计，并采用三级配电二级保护方式。（2） 隧道供电电压应符合下列要求：1）常大隧道施工，电源采用10KV供电，经过变压后对用电设备供电；2）低压供电采用380V/220V三相五线系统；3）照明电压，作业地段宜36V，成洞和不作业地段可采用220V；4）低压线路末端的电压降不得大于10%。（3） 变压器容量变压器容量应按电气设备用电总容量确定。当单台电动设备容量超过变压器容量1/3时，应适当考增加起动附加容量。（4） 变压器位置洞外变电站宜设在靠近负荷集中地点和设在电源来线一侧，沿海地区工程，应考防雷击和防飓风措施。变电站电源线当需跨越施工地区时，其最低点距人行道和运输线路的最小高度应满足；电压35kV时7.0m，10kV时7.0m，400V时6.0m。（5） 洞内供电线路布置和安装1）成洞地段固定的电线路，应用绝缘良好的塑料绝缘导线架设。施工地段的临时电线路宜采用橡套电缆。竖井、斜井宜使用铠装电缆；2）照明和动力电线路安装在同一侧时，必须分层架设。电线悬挂应满足：400V以下不小于2.5m，10kv不小于3.5m；3）涌水隧道的电动排水设备，瓦斯隧道的通风设备以及斜井、竖井内的电气装置应采用双回路输电，并有可靠的切换装置和防爆措施；4）36v低压变电器应设在安全、干燥处，机壳接地，输电线路长度不得大于100m；5）动力干线上的每一分支线，必须装设开关及保险装置。严禁在动力线路上加挂照明设施。（6）高压进洞（10kv）1）洞内高压变电站，应设置在干燥的避车洞或不使用的横通道内，变压器与周围及上下洞壁的最小距离，不得小于300mm，同时应按规定要求设置安全防护设施；2）洞内高压变电站之间的距离宜为1000m，由变电站分别向相反两方向供电，每一方供电距离不宜超过500m；3）洞内高压变电站应采用井下高压配电装置或相同电压等级的油开关柜，不宜使用跌落式熔断器。低压则宜采用成套组合电器，也可采用带有空气断路器的井下低压配电盘或装设自动空气开关，并有防尘措施。3.3 施工工序3.3.1 施工测量当上一循环结束时，测量技术人员利用洞内中线控制桩点，画出工作面开挖轮廓线，并初步标记出主要钻孔位置。3.3.2 凿岩台车（多功能台架）就位根据工作面的开挖轮廓线把凿岩台车（多功能台架）开到指定位置，固定台车，并调整台车的高度，便于工作。3.3.3 钻孔、装药（1） 隧道开挖前必须根据工程地质、开挖断面、开挖方法、循环进尺、钻孔机具和爆破材料等进行钻爆设计。（2） 级围岩钻爆设计见和表3-3-1、表3-3-2。表3-3-1综合爆破参数表围岩级别周边眼间距E(cm)周边眼抵抗线W(cm)相对距离E/W周边眼装药集中度（kg/m）60750.80.21表3-3-2 二级围岩全断面开挖爆破设计参数钻孔名称段号孔深（m）眼数炸药类型单孔条数（条）单孔药量(kg)单段药量(kg)装药长度(m)装药结构掏槽眼10.8340.2030.602.400.6集中掏槽眼32.340.2071.45.61.0集中掏槽眼54.040.20122.49.62.4集中扩槽眼73.5200.2091.8361.8集中扩槽眼93.5100.2091.8181.8集中扩槽眼103.5150.2091.8271.8集中扩槽眼113.5310.2091.855.81.8集中内圈眼133.5350.2091.8631.8集中周边眼153.5440.1550.75331.9间隔底板眼153.5190.20102.0382.0集中（3）钻爆设计的内容应包括钻孔（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、数目、深度和角度，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序，和钻孔要求等。（4）钻孔布置必须符合下列规定：1） 掏槽眼可采用直眼掏槽或斜眼掏槽；2） 周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合施工图要求；3） 掘进眼交错均匀布置在内圈眼与掏槽眼之间，力求爆破出的石渣块度适合装渣的需求；4） 周边眼、内圈眼与辅助眼的孔底应在同一垂直面上，掏槽钻孔应加深10cm。（5）隧道的爆破作业，应采用光面爆破。光面爆破参数应通过试验确定。当无试验条件时，有关参数可参照表3-3-3选用。表3-3-3光面爆破参数岩石级别周边眼间距E(cm)周边眼抵抗线W(cm)相对距离E/W装药集中度q(kg/m)极硬岩555760800.71.00.300.35硬岩456560800.71.00.200.30软质岩355045600.50.80.070.12注 表所列参数适用于炮孔深度1.03.5m，钻孔直径4050，药卷直径2025mm； 在周边开挖成形要求较高时，周边眼间距E应取较小值； 周边眼抵抗线W值在一般情况下均应大于周边眼间距E值； E/W：软岩取小值，硬岩及断面h取大值； 表列装药集中度q为2号岩石硝铵炸药，选用其他类型炸药时，应修正。（6）根据爆破设计要求和工作面的钻孔位置，开始人工操作凿岩台车机械手（或人工利用风钻）进行钻孔，在钻进过程中要根据钻进速度、围岩软弱程度等，及时调整供风量和供水量。钻孔位置和角度要准确。当钻孔结束时，开始装药，炸药要采用低密度低爆速、低猛度的炸药，严格控制周边眼装药量，间隔装药。同时使药量沿钻孔全长适当分布。雷管采用毫秒微差有序起爆，一般周边眼采用导爆索起爆，以减小起爆时差。3.3.4 施工通风当工作面起爆后，开始进行施工通风，具体通风方式可采用压入式、混合式、压出式或巷道式。3.3.5 初次喷射混凝土隧道内主要的喷射混凝土形式为喷普通混凝土、喷钢钎维混凝土、喷耐腐蚀混凝土等。3.3.6 出碴运输工作面使用大功率装载机装碴，大型自卸汽车运输。首先要保证工作面的照明，便于司机操作，同时也保证出渣机械处于良好的状态，装运能力大于开挖能力并有备有，运输道路平整通畅，在关键地段设车辆调度协调进出车辆，安全警示和标识要齐全。4 劳动力组织及生产效率4.1 劳动力组织（以双线隧道、开挖断面为120m2、风钻为例）以三班作业制为例，见表4-1。表4-1全断面开挖每班劳动力组织表工种名称找顶工测量工修钻工钻爆工电工司机班长合计全断面开2 生产效率（1）生产效率见表4-2。表4-2-1全断面开挖施工工艺作业循环时间表序号工序时间（min）循环时间（min）601201802403003604204805406001测量放线302钻眼2103装药联线604通风305清危初喷1206出渣180从上表可知，每次循环的时间是600min,每次循环进尺按2.53.0m计算，每个月的生产效率为180210m。（2） 扒爪装岩机生产效率计算 PN=a(60nVKTKB)=PTKB式中 PN扒爪装岩机的实际生产率，m3/h；PT扒爪装岩机的技术生产率，m3/h；a扒爪数目，a=2；n扒爪每分钟扒装次数；V一个扒爪每次扒渣体积，当使用有蟹爪时为蟹爪扒取体积3；KT石渣装载困难系数，按表4-2-2取值；KB装岩机时间利用系数。表4-2-2石碴装载困难系数表松散石渣单位体积质量kg/m3石渣平均块度mm10020030040015002000250030001.000.900.750.600.800.700.600.450.600.500.400.350.300.250.200.15由于KB不易准确取值，可按下列方法计算PN： 3600QB 2L t3tB= + ( + t1) + t2 + 2(60nVKT) v nB式中tB装满一辆矿车需要的时间，s; QB矿车容量，m3； L平均调车距离，m； V平均调车运行速度，m/s； t1矿车摘挂时间，s； t2其他原因停止装车时间，s； t3调换列车时间，s；若一列车将石渣装完，则t3 =0； nB一列车的矿车辆数。 3600QBPN = tB QT = + T0 PN式中 T一列车装岩总时间，h；Q爆落的松散石渣体积，m3； T0装岩准备和结束时间，h0。5 施工机具设备配置全断面开挖施工工艺是一项综合程度较高的施工工艺，比分部开挖效率有很大提高。主要施工机械配置参见表5-1。全断面开挖施工方法与机械设备配套原则为配置设备生产能力高于进度指标，保证即使个别设备发生故障，施工生产也不致受到影响。同类机械设备尽可能采用同厂家设备，以便于维修、配件供应和通用互换，确保机械使用率。表2表5位隧道工程机械型号及技术性能表。表5-1洞内全断面开挖机械设备配置（示例）序号名称技术条件数量（台/套）1三臂凿岩台车21SGBC-CR22气腿式凿岩机YT-28203轴流式通风机SDF(C)-No11,No12.524装载机侧卸式45挖掘机PC200-326电动空压机4L-20/827312挖装机ITC-31218自卸汽车2-5M6注：凿岩台车和凿岩机不同时配置；使用挖装机时，装载机和挖掘机配置数量减少。表5-4 锚杆台车技术性能制造厂家锚杆台车型号底盘臂系统锚杆长度（m）洞室高度（m）太姆洛克ROBOLT-H365TPA65ZRU4071.4-2.42.9-4.0ROBOLT-H318TPA180ZRU14071.4-6.03.5-7.6ROBOLT-H395TPA95ZRU7071.4-3.263.4-4.7ROBOLT-DH318TPA95ZRU7071.4-3.263.4-4.7阿特拉斯BOLTEC-232LDC11BUT321.5-2.43.1-6.24.0-7.0BOLTEC-332LDC16BUT321.5-2.43.1-6.54.0-7.3BOLTEC-335LDC16BUT351.5-2.43.1-8.54.0-9.3BOLTEC-335HDC16BUT352.4-3.54.1-8.55.2-9.6BOLTEC-435HDC26BUT352.4-5.04.1-8.66.7-11.2BOLTEC-535HDC166BUT352.4-5.04.1-8.66.7-11.2表5-5 瑞典阿特拉斯公司产铵油炸药装药器技术性能类型容量（L）装药速度（kg/min）装药方向装药密度（kg/L）PORTANOL（手提式）30-505-7所有方向0.95ANOL10010030-75向上达300.9ANOL15015030-75向上达300.9ANOL30030030-75向上达300.9ANOL50050030-80向上达300.9ANOL75075030-80向上达300.9JETANOL10010015-20所有方向1.0JETANOL15015015-20所有方向1.0JETANOL30030015-20所有方向1.0JETANOL50050020-30所有方向1.0JETANOL75075020-30所有方向1.0表5-2 部分国产掘进钻车技术性能产品名称型号凿孔直径（mm）推进长度（mm）驱动方式功率（kw）行走速度（km/h）适应断面（）配套凿岩机外形尺寸（长宽高）,(mm)质量（t）生产厂轮胎式掘进钻车CTJ500-2A2500电-液26.402.62.42.43.54.56.81.61.66沈阳风动工具厂全液压掘进钻车CTJ10-2Y38422500电-液62.5034202YYG802YYG708.691.52.18.4宜化采掘机械厂努带式全液压掘进钻车(CTJ10-2Y)38422190电-液453223.54.86.41.01.577.5轮胎式全液压掘进钻车(CGJSYB)38422500电-液4177.821.3821.56.8轮胎式气动掘进钻车CTJ700-23860150020002500气-液10272YGZ706.751.51.86.5CTJ700-33860150020002500气-液10273YGZ707.051.722.378.5CTJ700-3n3860150020002500气-液10273YGZ709.122.412.414.1轮胎式全液压凿岩钻车(NH174)3810234055235电-液1001612.48（最大）2COP123813.462.53.0524.2南京工程机械厂(NH175) 3810234055235电-液1001612.47.8（最大）3COP1238132.53.0530(NH178)3810234055235电-液1501612.910.26（最大）3COP1238 13.7053.053.4532.2努带式全液压凿岩车(NTH529) 384327003995电-液3324.985.4（最大）1COP103210(1.21.4)2.112(NTH530) 384327803995电-液6524.986.3（最大）2COP103210(1.31.6)2.115备注： 引进法国爱姆科赛科玛（EimcoSecima）公司制造技术合作生产。根据瑞典阿特拉斯考普科（AtlasCopco）公司许可证制造。表5-3国产装药器的主要技术性能类型药桶装药量（kg）药桶容积(L)工作风压(MPa)输药管内径(mm)装药效率(kg/h)质量（kg）外形尺寸，mm（长宽高）移动方式有搅拌装置BQF-1001001500.020.425或32600859807601265装有抬杆无搅拌装置BQ-1001001300.250.4525或32600656766761360装有抬杆AYZ-1501151500.250.4525或32500125127511601540装有胶轮BQ2002003000.30.825或32800179210010501790手推胶轮式 6 施工安全及环境保护6.1 施工安全（1）开始施工前，必须对施工工艺中存在的危险源进行辨识和安全风险评估，编制安全管理实施方案，并制定相应的应急预案；（2）施工机械使用、操作人员条件、检修保养、各种专用施工机具和料具、施工用电、特殊环境中作业等应严格执行铁路工程施工安全技术规范（TB10401）；（3）施工过程中必须对施工人员加强安全技术交底，特殊工种必须经考试合格以后方能上岗。在推广新技术和使用新型机械设备时，应对员工进行再培训和安全教育；（4）进洞人员必须带好安全帽，洞内作业人员应佩戴防尘面具。禁止无关人员进洞；（5）开挖作业必须保证安全。开挖时必须减少对围岩的扰动；（6）爆破后应检查爆破和开挖面情况，清除瞎炮、残炮和危石；（7）开挖面及未衬砌地段应随时检查，险情应及时处理；（8）开挖工作面与衬砌的距离必须在确保施工安全并力求减少施工干扰的原则下合理选定；（9）开挖不得危及衬砌、初期支护及施工设备的安全；（10）施工作业地段的出渣车辆行车速度不得大于15km/h，成洞地段不得大于25km/h；在衬砌模板台车等狭窄地段必须设置减速和警示标识；（11）出渣时间洞内必须加强通风，保证洞内清晰，并且使洞内环境必须符合职业健康标准。6.2环境保护（1） 开始施工前，必须进行环境因素识别，确定重要环境因素，制定相应的管理方案；（2） 临时工程及场地布置应采取措施保护自然环境；（3） 隧道弃碴场坡面应按设计进行复垦或绿化，碴顶整平满足施工图要求，坡脚进行防护，防止水土流失；（4） 施工场地布置时，在水源保护区内不得取土、弃土、破坏植被等，不得设置搅拌站、洗车台、充电房等，并不得堆放任何含有害物质的材料或废弃物；（5） 施工废水、生活污水和生活垃圾不得随意丢弃，并在生活区、生产区及洞口设置污水处理池，生活污水或生产及洞内废水必须经过污水处理池处理后排放或倒置指定地点。7 全断面开挖爆破实例7.1 中硬岩、硬岩隧道全断面深眼爆破设计（1） 循环进尺的确定根据实际情况确定2.5-3.5m。（2） 钻孔直径选择可采用较大钻孔直径如48mm。（3） 钻孔布置1）工程类比法选定：可根据工程爆破条件查表，确定钻孔数目。2）按经验公式计算 N=KSL-Qg/nrL式中 N全断面钻孔数（不包括光面爆破的），个； K单位岩石体积耗药t，可查表，也可计算(kg/ms)； S开挖断面积(m2)； n各类钻孔装药系数（取平均值），可查表； r炸药的线装药密度(kg/m)，根据实际使用的炸药获得； L炮孔深度(m)； Qg周边光爆药量(kg)。岩面爆破钻孔数量，由光面爆破设计确定。3）钻孔布孔原则。4）钻孔布置图式常见的有： 碶形掏槽，环形布置； 碶形掏槽，线形布置； 直眼掏槽，环形布置； 直眼掏槽，线形布置；5)有下导坑的钻孔布置。6）大孔距小抵抗线钻孔布置。（4）允许用药量的确定 Qm=R3(Vrp/k)3/a式中 Qm一般允许用量； Vrp 振速安全控制标准，可查表； R爆源中心到振速控制点的距离(m)； K与爆破技术、地震波传播途径介质的性质有关的系数，可查表；a爆破振动衰减指数，可查表。（5） 总装药量的计算与炸药的分配1）单位岩体用药量K值的确定查表查图用公式2）总药量的计算 Q=kSL式中 Q一次爆破装药量(kg)； S开挖断面积(m2)； L炮孔深度(m)； K软岩隧道爆破单耗(kg/m3)，可查表。3）