大型地下洞室群施工方案

某大型地下洞室群安全稳定快速施工方案第一章概述根据对现场情况的初步了解，结合我局的长期隧道施工经验制定本方案。1.1工程概况1、本工程为海军军事工程，工程范围是建于紧邻海岸山体内总长3km的隧道群，岩石洞挖工程量约110万m3，包括主洞及若干条支洞。其中主洞为30m宽、28m高(净尺寸)、长800m直墙拱形洞室，洞内设大吨位吊车梁(见图1-1)。2、主洞洞身航道水深11m(最高潮位)，航道两侧设5m宽码头面。在方案中，假定主洞洞底高程为±0.00，其他高程均以此推算。图1-1主洞断面图3、洞身段拱部钢筋混凝土衬砌，边墙锚喷支护；洞口段钢筋混凝土全断面防护衬砌。4、主洞开设若干条支洞，跨度分别为8m、22m、15m，高度一般为15m左右，作为辅助用房。其中有两处支洞分别高53m、38m，跨度15m，长200~300m。5、本工程由辅助坑道(支洞)进入主洞施工，辅助坑道在不同里程处进入主洞中部(水位以上，约距底板15m)(见图1-2)。洞口部分待洞内施工完毕后，在洞外伪装保护下，完成开挖衬砌。6、地质条件：为整体性较好的Ⅰ、Ⅱ类花岗岩，最大抗压强度为140~150Mpa。不良地质对本工程影响不大。7、水电条件难以保证，需考虑自发电和海水淡化应用问题。8、工期紧迫，尽量快速施工。图1-2平面布置示意图1.2总体施工程序1.2.1总体施工程序安排原则1、工程准备工作尽量加快，各项保障工作提前准备就绪。2、以主洞施工为中心展开工作。3、多支洞(施工通道)同时进入主洞、多工作面平行作业，洞口段预留20m挡水段。4、主洞分三层开挖，先上层、后下层、最后开挖中层。5、支洞(盲洞)施工安排在中层开挖之前，上层开挖之后，与顶拱衬砌和下层开挖同时进行。6、洞内工作完成后，进行洞口段爆破。1.2.2施工总体程序安排施工总体程序安排见框图(图1-3)所示。

图1-3施工总体程序框图施工准备支洞初挖、形成进主洞通道主洞上层开挖支护主洞上层衬砌支洞扩挖施工准备支洞初挖、形成进主洞通道主洞上层开挖支护主洞上层衬砌支洞扩挖其他盲洞施工主洞下层开挖支护主洞中层开挖支护洞口预留段爆破清除竣工1.3.1工程的主要特点1、特殊的使用工艺。本工程为海军基地的重要军事工程，用途上不同于工业与民用工程，具有特殊性。主洞下部作为舰艇航道，航道两侧结构上设置码头面，有港口工程的特点。2、工程规模庞大。本工程为大跨度、高边墙的庞大地下洞室群，主洞支洞平行交错，结构体系复杂，结构尺寸上与水电站地下厂房类似。3、安全稳定性要求高。一方面施工期间要保证施工安全、杜绝质量事故；更重要的是使用运行阶段的安全稳定，确保万无一失。4、工期紧迫，施工强度高，施工组织复杂。5、花岗岩地质结构的特点。花岗岩具有强度高、渗透性小、抗风化等特点，但是岩体整体结构上的节理、裂隙的各种空间组合对于本工程的大跨度、高边墙结构可能产生不利影响。1.3.2模拟工程的主要技术难点及对策经过认真分析,我们将本工程的主要技术难点和拟采取的对策整理如下:第二章施工进度计划2.1施工进度计划安排通过本工程的认真分析，我们初步拟定了总工期18个月的施工计划(见施工进度横道图)，确定以主洞为核心展开工作，其关键线路如下：施工准备→对外支洞初挖，形成进入主洞通道→主洞上层开挖支护→主洞顶拱衬砌→主洞中层开挖支护→洞口处理→工程竣工。2.2主要施工强度指标安排根据工程的特性和初步拟定的工期目标，结合我局的施工技术方案以及以往类似工程的施工经验排定施工强度指标。1、支洞初挖：以10m高断面，采用台车钻孔、高效无轨出碴，迅速挖通进入主洞通道，安排工期75天，单口月开挖量120~150m。2、主洞上层开挖支护：层高10m，采用台车钻孔、高效无轨出碴，分别从3条通道进入，安排工期75天，单口月开挖量150~180m。3、主洞顶拱衬砌：为主要控制工期项目。安排2台简易台车，分别从两端向中间衬砌。安排工期240天，每台月完成量40m。4、洞内支洞(盲洞)施工：与主洞顶拱衬砌同时进行。多工作面同时展开，安排工期180天。5、主洞下层开挖支护：与主洞顶拱衬砌同时进行。层高9m，采用台车钻孔、高效无轨出碴，分别从1#、2#支洞进入工作面，安排工期120天，单口月开挖量120~150m。6、主洞中层施工：层高10m，采用液压钻机施工，安排工期75天，月开挖量250~300m。2.3工期保证措施1、合理严密的施工组织。2、先进实用的技术管理。3、严格规范的质量管理。4、科学周密的进度管理。5、完善高效的资源保障。第三章开挖方案一、大型地下洞室施工方法概述(一)、概述大型地下洞室开挖方法主要根据洞室断面尺寸、围岩地质条件、施工机械设备状况及施工通道等因素确定。一般而言，在地质条件允许的情况下，充分大型机械设备的作业能力，采用大断面开挖尽量减少对围岩的爆破扰动次数，以利于围岩稳定。对地质条件差的大型地下洞室，通过增加分部数量，调整开挖顺序，减小支护闭和时间，控制围岩塑性变形，以保证洞室围岩稳定和施工安全。一般情况下，先开挖和衬砌顶拱(即顶拱支撑法)，当地质条件较差，围岩难以形成拱座时，为了减少开挖跨度以降低塌落高度，多采用核心支撑法，先开挖洞室两侧，浇注砼边墙，然后开挖、衬砌顶拱，再挖除洞室中间岩体。中间岩体开挖一般采用台阶法开挖，深孔梯段爆破，梯段高度一般为8~12米，顶拱部分多采用分部开挖，开挖高度和跨度视机械作业要求和地质条件而定，一般为6~8米。具体可分为：1、先开挖中部，然后两侧分部扩挖，一般在顶拱开挖完毕，再进行砼衬砌。2、先开挖两侧，然后扩挖中部。可分部进行砼衬砌，先衬砌两侧，后衬砌中间拱部。3、肋拱法。一次纵向开挖长度一般不超过5~10米，衬砌长度3~8米，即两端砼表面距岩面各留1米左右的空间，适应围岩地质件差的洞室。下部开挖一般可在上部开挖完成后，从上而下分层进行。如围岩地质条件较差，顶拱宜先进行砼衬砌，然后再开挖下部。对于下部有多层施工通道，为争取工期，也可上、下同时施工，留中间岩板最后开挖，但应注意保留岩板的稳定，开挖方法主要可分为：1、大直径钻机钻垂直或倾斜孔，梯段爆破开挖，适应于地质条件好的洞室。2、小直径钻机钻垂直或倾斜孔，小梯段爆破，或钻水平孔，分层向上抬炮开挖，适应于地质条件较差的洞室。3、核心支撑法，按砼衬砌厚度及立模和施工要求，先开挖宽度一般小于3.0~3.5米的侧导洞，并浇注砼边墙，适应于地质条件很差的洞室，一般顶拱在下部边墙砼浇注后开挖和砼衬砌。大型地下洞室开挖的关键部位一般有：①拱座开挖。②吊车梁(或其他集中受力部位)岩台开挖。③其他交通通道或洞室同大型地下洞室相交的交叉部位开挖。拱座和吊车梁岩台都是受力较大的部位，开挖应采用防震孔或预裂爆破减震，以免岩体遭到破坏。与大型地下洞室交叉的洞口岩体是岩体开挖后应力集中部位，除采取控制爆破外，还应及时进行支护，以防岩体急剧变形而被破坏。此外，确定开挖方法时，对于因地质变化而可能变更开挖方法要有预见性，做好通盘安排和准备，以尽量减少因工序转换时可能造成的不均衡生产情况的影响。对于地质构造变化较大地区的隧道所选用的开挖方法，要求适应性广泛些，较易改变开挖程序。(二)、工程实例以下是七个工程实例：1、某巨型原子能地下厂房，断面尺寸为42m×85m。先开挖5个导洞，宽10m，高7.5m。然后，通过导洞每隔16m进行横向通道开挖。用阿力马克爬罐开挖环向肋，向肋内的围岩大锚杆，锚杆长12~15m,直径32mm，在肋内设置钢筋式型钢，然后浇注砼。在横向通道内配置钢筋并浇注砼，以起到支撑肋的作用。最后对中间部分岩体进行分部开挖。2、拉克德略地下厂房，分上、下各一半开挖。开挖时采取两种措施：一种是从顶拱开挖至一半高度后，先浇6根1.4×3.0米的钢筋砼梁做边墙支撑，然后在梁支撑保护下，继续下挖至洞底；另一种是在上、下游各半之间预留5.0米厚岩板，在岩板下设临时砼支撑。当下部的砼工程完工后，再将岩板和临时砼支撑炸除。3、小浪底电站地下厂房。断面尺寸为250×26×52米(长×宽×高)，顶拱分五部分开挖，先开挖中部宽6米，两侧分别按5米扩挖。顶拱采用锚杆、喷砼预应力锚索支护，锚杆、喷砼支护紧跟开挖面进行。锚索在开挖16米宽后，与两侧扩挖工作面间隔一定距离进行。4、东风水电站地下厂房位于河床右岸山体内，主厂房尺寸为105.5×21.7×48米(长×宽×高)；主变压器及开关站兼尾水闸门廊道洞室尺寸为66×19.5×26.4米。主厂房动工开挖采用先开挖中部，然后向两侧扩展方式。5、南水水电站地下厂房埋深70~110米，宽×高×长为15.1×28.5×48.6米。地质情况为中、下泥盆系石英砂岩，地下水呈渗滴状态。施工采用先挖边墙，后挖顶拱，最后开挖厂房内部的施工方法。6、渔子溪二级水电站地下厂房宽×高×长为18×31.9×79.42米，地质情况为花岗闪长岩，裂隙块装结构。开挖后即进行衬砌顶拱。施工中为防止Fc-21与洞脸山坡面形成楔体失稳，顶拱部分采取边拱导洞，肋条跳块的开挖及衬砌方法。7、太平驿水电站地下厂房埋深170~220米，宽×高×长为14×60×66米。地质情况为花岗岩、闪长岩，岩石抗压强度194Mpa，地应力较高，最大主应力为31.3Mpa。厂房在F28、F3、F27三条断层围限的棱形体中，岩石为裂隙快体结构，块度小，但嵌合紧密，地下水不丰。施工中先拱后墙，自上而下开挖，光面爆破。顶拱挖完后，即行衬砌拱圈。

国内部分地下洞室开挖循环时间表单位：min国内、国外部分地下厂房施工情况表注：*表示包括尾水工程二、开挖方法选择的原则1、在围岩稳定条件好的情况下，最大限度地发挥机械设备的性能，减少分部、分块数目，以减少对围岩的重复性扰动。2、采用减震控制爆破，如顶拱采取光面爆破，预留光爆层；边墙采取预裂爆破等，减少围岩松动半径，最大限度的发挥围岩自撑能力，保证洞室稳定。3、实现多工作面、多工序平行作业,开挖分部尺寸的确定要充分考虑支护施工的条件。4、开挖方法要具有较强的适应性和一定的灵活性，遇局部围岩软弱地段能较快的改变施工方法。三、开挖方案总体思路开挖顺序及施工分部(一)、总体思路施工程序初步假定1#、2#、3#支洞担负正洞掘进、支护、衬砌等施工的交通通道作用，4#支洞除完成本身洞室施工外，担负其他盲洞的部分交通通道作用。1#、2#、3#支洞先进行上断面开挖，创造条件及早进入正洞上层施工；考虑尽量减少通道运输压力，正洞上层先行贯通，贯通后平行进行如下工作：1、拱部衬砌；2、支洞交替扩挖；3、盲洞施工；4、从1#、2#支洞同正洞相交处洞内展线进入正洞下层相向施工；上述工作基本完成后，最后进行中层开挖。(二)、总体思路开挖分部及施工方法1、1#、2#、3#交通支洞1#、2#、3#交通支洞，开挖断面(宽×高)B×H=8m×15m，根据拟投入施工的液压凿岩台车的作业断面及及早进入正洞施工的总体思路，按上下断面正台阶法开挖。上断面开挖断面B×H=8m×10m，施工分部见下图。图交通支洞开挖分部示意图上断面掘进钻孔采用瑞典ATLASCOPCO公司生产的353E液压凿岩台车；下断面钻孔采用宣化英格索兰公司生产的履带式LM500C型液压钻车(潜孔)；装碴采用美国CAT980装载机；运输采用15吨奔驰自卸车。2、正洞正洞为特大型地下洞室，开挖尺寸B×H=30m×29m。正洞开挖分三层进行，上层、中层开挖高度各为10米，下层开挖平均高度为9米。施工分部示意见下图。上层分三部开挖，先开挖中部，后开挖两侧。为改善中部开挖后的洞室受力条件，增强洞室稳定性，中部开挖断面采用城门洞形，开挖跨度12米；上层两侧扩挖预留衬砌拱脚，拱脚单独人工扩挖，见下图。下层开挖分三部，先开挖中部，后开挖两侧。为改善中部开挖后的洞室受力条件，增强洞室稳定性，下层开挖断面为城门洞形相交拱，中部开挖跨度12米，两侧扩挖宽度各9米；开挖平均高度9米，拱顶开挖高度10米。开挖分部示意图见下图。中部开挖采取竖直钻孔深孔梯段爆破，两侧各预留光爆层1.25米，一次开挖长度20米。预留光爆层开挖采取风枪人工开挖，提高开挖平顺度，控制超欠挖并减少爆破扰动。上下层开挖凿岩采用353E液压凿岩台车；中层深孔梯段爆破钻孔采用履带式LM500C型液压钻车，中层预留光爆层采取风枪人工开挖。上下层装碴采用美国CAT980装载机，中层装碴采用CAT980装载机和国产ZL50C装载机平行作业；运输采用15吨奔驰自卸车。3、特大型支洞(4#支洞)对于特大型支洞3#支洞，B×H=15米×38米，洞外创造条件从上断面进洞，多层正台阶法施工。台阶高度9~10米，施工分部示意见下图。上断面开挖凿岩采用353E液压凿岩台车；分层台阶采用履带式LM500C型液压钻车钻垂直孔，深孔梯段爆破，预留光爆层采取风枪人工开挖。装碴采用CAT980装载机和国产ZL50C装载机平行作业；运输采用15吨奔驰自卸车。4、特大型盲洞对于特大型盲洞，B×H=15×53米，假定无通风等洞室可供利用，拟采取下导洞先行，反台阶开挖。下导洞高10米，全宽15米城门洞形开挖反台阶开挖高度为10~11米。分部开挖示意图见下图。下导洞开挖采用353E液压凿岩台车钻孔；上层反台阶先利用STH-5E型阿力马克爬罐作施工平台竖向打眼开挖竖向导井，并完成15~20米扩挖，施工示意见下图。利用15~20米的扩挖空间安装轨行门架及装备导轨式液压凿岩机的升降式多层凿岩平台，并做为前期的避让场地。利用多层凿岩平台水平钻孔，实现反台阶开挖，施工示意见下图。装碴采用CAT980装载机和国产ZL50C装载机平行作业；运输采用15吨奔驰自卸车。5、岩塞为保持洞脸稳定，视地质情况从洞内向洞外施作超前支护(管棚、锚杆、注浆等)。海面以上部分采用巷道式分层、分部掘进，控制爆破；海面以下部分视地质、海水及洞室结构情况，参照水工工程的施工方法进行。三、爆破技术(一)、硬岩隧洞爆破关键技术影响爆破参数的因素主要有岩体地质条件、开挖断面大小、炸药性能、装碴条件和施工进度要求等。一般说爆破参数选定采用工程类比。爆破参数与开挖断面大小的关系表现在：开挖断面大，单位面积钻孔数少，单位体积岩石炸药消耗小；爆破参数同岩体地质条件的关系表现在：岩体坚硬完整，单位面积钻孔多，单位体积岩体炸药消耗量大；爆破参数同装碴条件的关系表现在：装载设备对石碴块度要求低，单位面积钻孔可以适当减少，单位岩体炸药消耗；爆破参数同炸药性能的关系表现在：从炸药与岩体的能量匹配来讲，要求破碎岩石所需的能量和炸药爆炸产生的能量相等或接近相等，可不必严格要求硬岩选用高威力炸药，增加单位面积钻孔数量和单位体积岩体炸药消耗量也可以，但必然对施工进度产生影响。要加快施工进度，对于硬岩洞室爆破应根据炸药与岩体阻抗匹配的理论，选用高威力炸药来降低炸药用量和钻孔数量。因此针对本工程强调施工进度，在硬岩中进行地下工程爆破设计需要重点解决的关键技术问题有：爆破器材和炸药的选用、深孔爆破掏槽技术。1、爆破器材和炸药的选用爆破用非电毫秒雷管要求一方面分段多，要能满足大断面隧洞爆破分段起爆的需要；另一方面要求雷管延时准确，保证起爆网络按设计起爆。硬岩爆破炸药首选爆速高、爆后有毒气体少且价格适中的水胶炸药。2、硬岩深孔爆破掏槽技术掏槽爆破在隧洞掘进爆破中的作用举足轻重，掏槽的效果直接影响炮眼利用率(爆破进尺)及光爆效果。液压凿岩台车钻孔进行隧洞开挖，一般都采用直眼掏槽。硬岩爆破后体积膨胀系数大更加剧了深孔直眼掏槽的难度。采用成熟简单的深孔直眼掏槽技术，对提高炮眼利用率，加快施工进度至关重要。在本工程的隧洞掘进中将采用我局在秦岭隧道特硬岩爆破中取得成功经验的五大孔直眼掏槽技术。五大孔直眼深孔掏槽方案见下图。该掏槽方式最大的优点是对钻眼精度要求不十分高，即使有一、二个炮眼钻孔误差较大也不会导致掏槽失败，适合于施工进度要求快。(二)、典型断面爆破炮眼设计1、正洞上层(下层)中部开挖爆破设计2、正洞上层(下层)两侧扩挖爆破设计3、正洞中层深孔梯段爆破设计4、1#、2#、3#交通支洞上断面开挖爆破设计5、4#特大型支洞上断面(特大型盲洞下断面)开挖爆破设计6、特大型盲洞反台阶开挖爆破设计(三)、开挖方法1、硬岩开挖方法注：图中数字为开挖先后顺序。每分部之间纵向间距约50米~70米。循环进尺4.5米。2、软弱地层开挖方法注：1顶拱边导洞开挖Ⅱ顶拱边导洞初期支护(正洞洞壁部分)及洞室临时支护(喷砼、钢支撑)3顶拱中部开挖Ⅳ顶拱中部初期支护(正洞洞壁部分)及洞室临时支护(喷砼、钢支撑)5台阶两侧开挖Ⅵ台阶两侧初期支护(正洞洞壁部分)及洞室临时支护(喷砼、钢支撑)7台阶中部开挖Ⅷ台阶中部洞室临时支护(喷砼、钢支撑)9台阶两侧开挖Ⅹ台阶两侧初期支护(正洞洞壁部分)及洞室临时支护(喷砼、钢支撑)11台阶中部开挖Ⅺ台阶中部洞室临时支护(喷砼、钢支撑)每分部之间纵向间距30~50米。循环进尺2.0~3.5米。3、断层破碎带开挖方法注：(断层破碎带局部环形开挖分部)1、超前大(小)管棚支护2、拱顶环形开挖3、拱部初期支护及洞室临时支护4、核心土开挖5、拱部临时仰拱闭和6、二层台阶边墙开挖7、二层初期支护及洞室临时支护8、二层核心土开挖9、二层临时仰拱闭和10、三层台阶边墙开挖11、三层初期支护及洞室临时支护12、三层核心土开挖13、三层临时仰拱闭和每分部之间10~20米。循环进尺1.0~2.0米。4、开挖断面尺寸及开挖方法确定的依据①拟投入的主要机械设备的作业能力。瑞典阿特拉斯353E液压凿岩台车高效作业断面(宽×高)：12.5×11.5米。②成套的各种类型大断面隧道(双、三线铁路隧道，双、三车道公路隧道，大断面水工地下洞室)钻爆法施工技术及丰富的施工经验。③充分考虑围岩的各种不确定性因素，选取具有一定灵活性的开挖施工方法，遇不良地质能方便的转换施工方法。④各种不良地质条件下地下洞室施工成熟的成套施工技术及丰富的施工经验。⑤国内、外大量大型地下洞室、厂房施工的类比。第四章支护方案4.1支护方案概述4.1.1支护的指导思想目前，随着隧道工程技术的发展，“新奥法”理论已逐渐被隧道工程技术人员接受。“新奥法”设计和施工的基本指导思想是：1、根据岩体具有弹塑性物理性质，研究洞室围岩的应力-应变状态，并采取措施将其变形发展控制在一定范围内。既允许围岩变形，但又限制变形自由发展，以防止围岩松散破坏，使支护承受的变形压力不致过大。2、充分利用岩体自身承载能力，把围岩当作支护结构的基本组成部分。喷锚支护(也包括复杂地质条件下的其他支护形式)与岩体组成承载拱共同工作，喷锚支护既要有一定的刚度，也要有一定的柔性，以适应围岩的变形。3、监测围岩的位移及其变形速。根据监测系统反馈分析，正确估计围岩特性和围岩变形的时间效应，已确定支护的措施和时机。4.1.2支护的实施方式开挖、支护、监测和施工管理是一套系统方法，最终的目的是要充分发挥围岩的自承能力。喷锚支护作为一种能够适应围岩变形的柔性支护型式是新奥法的灵魂。所以，设计施工中首先对地质勘察资料进行分析研究，选择较为合理的喷锚支护参数；此外，要根据工程条件和地质条件选择合适的开挖顺序和开挖方法；同时，选择合理的围岩监测项目和监测方法。具体做好以下工作：1、采用控制爆破技术。即中心有效掏槽，为崩落孔和周边孔创造良好的临孔面，降低爆破队岩体的振动影响。周边孔采用光面爆破，确保壁面凭证，为喷锚支护创造良好的工作条件。2、开挖后及早进行初期支护(如表面初喷混凝土封闭)，适时进行二次支护。3、通过施工监控量测得到的数据反馈于施工之中。据此调整施工程序、开挖方式、支护形式及支护参数，以确保围岩稳定和施工安全。4.1.3支护参数的确定1、依据围岩地质特性的分类指标国家标准、各行业规范、巴顿Q系统分类法均推荐了一些可供参考的支护参数。2、依据围岩稳定性分析成果地下洞室围岩稳定性分析工作一般可进行平面非线性有限元分析、地质力学物理模型试验和线弹性稳定分析等程序分析工作。不仅模拟计算断面上的主要构造面(断层、岩层层面、主要节理组)，而且还要模拟洞室的开挖顺序。这些分析成果将给出围岩的塑性屈服区(或剪拉力区)、应力等值图和变形情况。围岩屈服区的深度对决定锚杆长度是一个非常有意义的参考值。根据弹塑性理论，临空面附近由于径向应力的释放和切向应力的集中，导致围岩进入塑性屈服状态，这个屈服区就是常说的松弛深度。这个范围以外与之紧相邻的围岩是切向应力集中区，应力集中区以外才是受开挖扰动较小的应力平稳区(见图)。一般说来，锚杆长度锚入应力稳定区较合适。图松弛区、应力集中区、应力平稳区示意图3、依据工程类比分析参考与工程条件和地质条件有可比性的工程进行对比分析。4.2支护方法4.2.1喷射混凝土1、综述喷射混凝土的主要作用(1)、与围岩粘接起组合拱梁的作用。(2)、抵抗围岩整体变形，使围岩处于三维应力状态，防止岩体强度恶化。(3)、与锚杆联合作用，承受岩体压力。(4)、封闭围岩表面，防止围岩风化、水蚀。2、喷射混凝土的施工方法我局在长期隧道施工实践中总结出一套成熟的湿喷法喷射混凝土工法。有钢筋网支护的隧洞内素喷砼分两次进行，第一次达到喷射厚度的一半后，挂设钢筋网，进行第二次喷射，达到设计厚度。目前，喷射混凝土性能在不断改进，能够适应更广泛的地层条件。如掺入钢纤维，可提高喷射混凝土的抗拉、抗弯、抗剪强度和抗冲、抗裂性能；掺入硅粉，可提高抗冲性能；掺入增强防水剂，在围岩有渗水的情况下，可提高与围岩的粘接强度。3、湿式喷混凝土工艺流程水泥水泥100kg砂S×100石子G×100水W/C=0.45～0.5投料搅拌2～3min湿喷机喷射混凝土筛网阻止超径石子风压0.20.25MPa水压0.4MPa外加剂图2湿式喷射砼工艺流程图4、施工要点(1)、选用普通硅酸盐水泥，细度模数大于2.5的硬质洁净中粗砂，粒径5~12mm连续级配碎石，化验合格的拌合用水。(2)、喷射砼严格按设计配合比拌和。配合比及搅拌的均匀性每班检查不少于两次。(3)、喷射前，对欠挖部分及所有开裂、破碎、出水点、崩解的破损岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚碴，并用高压水或风冲洗岩面。(4)、喷头距岩面距离以0.8m~1.5m为宜，喷头垂直受喷面，喷初支钢架、钢筋网时，可将喷头稍加偏斜，角度大于70°。分区、分段“S”形运动，喷头作连续不断的圆周运动，后一圈压前一圈1/3，螺旋状喷射。(5)、喷射砼作业采取分段、分块、自下而上的顺序进行。喷射时，喷嘴做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约20~30cm，以保证砼喷射密实。同时掌握风压、水压及喷射距离，减少回弹量。(6)、喷射砼终凝2小时后，进行喷水养护，养护时间不少于7天。(7)、喷射砼时，喷射砼完成时间距下次爆破时间的间隔，不得小于4小时。(8)、有水地段喷射砼采取如下措施：边排水边喷砼。同时增加水泥用量，改变配合比，喷砼由远而近逐渐向涌水点逼近，然后在涌水安设导管，将水引出，再向导管附近喷砼。当岩面普遍渗水时，加大速凝剂掺量，保证初喷后，再按原配比施工。当局部出水量较大时采用埋管、凿槽，树枝状排水盲沟措施，将水引导疏出后，再喷砼。5、喷射钢纤维砼网喷钢纤维混凝土，喷射砼工艺与喷素砼基本一致，拌料时，喷砼拌合均匀后再加入钢纤维拌合均匀，成品混合科中钢纤维在混合料中应分布均匀，不得有成团，施喷时，为避免钢纤维回弹伤人，必须严格遵守喷头操作安全事项。4.2.2锚杆支护1、锚杆支护概述1)、锚杆支护的作用(1)、悬吊危石。(2)、提高岩体整体性，其组合梁作用。(3)、挤压加固作用。当围岩发生收敛变形时，锚杆受拉，对围岩产生约束力，阻止围岩变形的发展。同时，使岩体强度提高。2)、锚杆的类型按使用分锚杆主要有以下两类：(1)、随机(临时)锚杆：随机锚杆是在开挖过程中及时加固围岩，特点是加固及时，与初喷混凝土联合使用，及时封闭开挖面，作为初期支护的一部分。一般应用于开挖面暴露后目测到的一些夹层和节理面的开裂区域、地下水外渗的部位、洞室交汇处有较大变形的部位。目前，随机锚杆主要由钢筋锚杆和钢管摩擦锚杆两种。(2)、系统锚杆：系统锚杆与喷射混凝土一起构成喷锚支护。系统锚杆是支护的重要部分，是安全支护成败与否的关键。根据围岩的地质特性、稳定性分析成果以及近似工程的类比，确定系统锚杆的锚入深度。锚杆的类型主要有砂浆锚杆、楔缝式锚杆、树脂锚杆、胀壳式锚杆等。砂浆锚杆是普遍应用的锚杆类型，注浆质量是决定锚杆质量的关键。特大断面地下洞室设计中可能采用：钢管摩擦锚杆、砂浆锚杆、预应力锚杆，从长度分：可能采用长锚杆(杆体长度≥10米)、短锚杆(一般2—5米)。2、砂浆锚杆施工开孔钻孔、洗孔插开孔钻孔、洗孔插锚杆杆体除锈、调直砂浆制备注浆移位图先注浆砂浆锚杆施工工艺流程图4、长锚杆施工(1)、长锚杆排气注浆技术采用我局已正式形成工法推广应用的深锚杆排气注浆技术(见深锚杆排气注浆示意图)，采用锚杆台车钻孔(部分角度接近水平的孔由三壁液压台车钻孔)，低压泵排气注浆。此法先插锚杆后注浆具有施工速度快、注浆效果好的特点，成功的解决了深长锚杆(特别是竖向等大角度锚杆)在施工中插杆困难、作业速度慢、孔底无浆等难题。与喷砼作业一样，在保证施工安全的情况下，锚杆作业尽量与开挖作业面拉开一定距离。注浆管排气管注浆管排气管排气管锚杆止浆塞锚杆孔(2)、施工工艺流程砂浆锚杆施工工艺流程图见图8-3-3。开孔钻孔、洗孔注浆砂开孔钻孔、洗孔注浆砂浆制备杆体除锈、调直插锚杆拔止浆塞准备止浆塞、排气管理(3)、工艺要点a、锚杆孔开孔前做好量测工作，严格按设计要求布孔并做好标记，施工时开孔偏差及钻孔角度偏差不得大于规范要求，以充分发挥锚杆的穿连和楔形分块的作用。b、用压风水冲洗锚杆孔，确保孔内不留石粉或其它影响砂浆与孔壁固结的杂物。c、砂浆坚持随拌随用的原则，对超过初凝时间的砂浆做报废处理。砂浆的干缩率必须在允许的范围内。d、止浆塞应塞入牢固以确保能承受锚杆及注满锚杆孔砂浆的重量。排气管必须确保插入锚杆孔底，排气孔未出浆前，不得停止注浆。e、止浆塞在砂浆具有一定强度后方可拔出。拔出时就注意不得振动锚杆。4.2.3预应力锚索支护1、综述在地下洞室断面尺寸较大、地质条件较差(如断裂构造发育，岩体完整性差时；或岩层近水平且被大量节理切割时；或岩体节理裂隙发育被切割成块体时等等)时，可在围岩中采用长锚索加固，改善洞室的受力条件，保持围岩的稳定。预应力锚索典型构造见图。图预应力锚索构造示意图2、施工流程与工艺选择锚索参数钻孔锚索制作、安装选择锚索参数钻孔锚索制作、安装注浆压水试验张拉图预应力锚索施工工艺流程图3、关键技术(1)、钻孔钻孔应满足设计图纸要求的参数，其误差控制在规定范围之内；钻孔安装后及时进行锚索安装和注浆。锚索钻孔在任何一个方向上的入口误差不大于±2.5˙；钻孔在钻进长度方向上的孔斜偏差不大于钻孔长度的1/30；钻孔水平方向上的误差不大于50mm，垂直方向误差不大于100mm；(2)、锚索制作、安装首先按设计长度截取钢绞线，在张拉范围内套上塑料管并注入油脂。锚索段的隔离支架和束环间距0.6~1.0m，张拉段的中间支架间距1.5~2.0m。确保锚索体推至预定深度后，保持排气管和注浆管畅通；锚具外保留长度不小于5cm。安装垫板和锁定头。(3)、注浆灌浆方式采用孔底有压灌浆，浆液采用水泥和砂。水泥:砂:水=1:1:0.40~0.45。(4)、压水试验压水试验的水压力一般不大于0.3Mpa。钻孔经过压水试验后，入测得在0.1Mpa的压力下10min内平均漏水量超过5L/min时，应对钻孔进行预注浆。(5)、张拉当注浆体达到设计强度后，即可进行张拉。预应力施加采用分级、间隔、循环张拉，一般分3~5级。为防止预应力损失，采用超张拉方法克服，超张拉值一般为设计预应力只的5~10%。每级最小稳定时间大于2min，一般采取10~15min。张拉时，加载匀速平缓，速率控制在设计预应力值的10%/min左右，卸载速率控制在设计预应力值的20%/min。4.2.4其它支护1、钢拱架支护钢拱架支撑在现场制作平台上就地加工，人工就地安装成型，装载机配合安装。格栅支撑主筋为Ф22钢筋制作。(1)、钢拱架支护工艺流程见图。安装纵向连接筋初喷安装纵向连接筋初喷定位锚杆施工中线标高测量清除底脚浮碴拱架加工、质量验收钢拱架预拼台架上安装钢拱架和定位锚杆焊连定位加设鞍形垫块隐蔽工程检查验收包裹底脚连板喷砼(2)、施工工艺要点a、安装前分批按设计图检查验收加工质量，不合格禁用。b、清除干净底脚处浮碴，超挖处加设钢(砼)垫块，其中间段接头板用砂子埋住，以防砼堵塞接头板螺栓孔。c、按设计焊定位筋及纵向连接筋，段间连接安设垫片拧紧螺栓，确保安装质量。d、严格控制中线及标高。e、拱架与岩面间安设砼垫块，确保岩面与拱架密贴。f、确保初喷质量，钢架在初喷5cm后架立。2、小导管预注浆加固施工导管的环向间距拟定a=40cm,排距拟定为b=40cm,导管的搭接长度c≥100cm.根据地质善可适当调整a、b、c的值，导管的布置范围一般在隧洞顶部，必要时可加大到起拱线以下的适当范围。(1)、工艺程序工艺程序见图。施工准备钻孔打小导管施工准备钻孔打小导管设备准备管材加工材料准备机具准备地质调查注浆设计现场试验效果检查制定施工方案进入施工浆液选择配比试验注浆参数喷混凝土封闭掌子面开挖开挖注浆注浆站布置浆液配置安孔口止浆塞连接止浆管(2)、施工工艺要求a、施工准备在熟悉设计图约的基础上，进一步调查地质情况，按灌比或渗透系数确定注浆类型。通过试验确定或调整注浆半径、注浆压力和单管注浆量。加工导管，准备施工机具和器材。导管的直径一般为Φ25~35mm，导管前部分四周按梅花型布置Φ8mm的出浆孔，后端1.5m范围内则不打孔。一般情况下，小导管的前端应加工成圆锥形，以剩于导管打入岩体。对施工队伍进行技术交底。b、封闭开挖面按照常规的施工程序和施工工艺对开挖面进行喷封或混凝土闭挖。c、钻孔、打小导管测量放样，在设计孔位点上作出标记用钻孔机具钻孔，将小导管沿孔打入，如地层松软可用钻孔机具将导管直接顶入清理小导管内的杂物，以防其阻碍浆液渗入。c、注浆注浆可采用单液注浆或双液注浆，实施时根据具体情况而定。①、单液注浆注浆顺序由下而上顺序进行，浆液采用机械拌合。注浆的浆液为水泥浆，水泥浆的水灰比分为三个等级，即：1.5:1、1:1和0.8:1，注浆时浆液由稀到浓逐级变换，为了传岩体尽快固结，可选用普通水或早强水泥，并掺入适当的碱水剂。渗入性注浆按试验所确定的压力和注浆量施工。劈裂、压密注浆按有效固结厚度大于40cm施工，在施工中由大到小，逐步选取最佳注浆压力和注浆量。注浆宜选用压力在4.0Mpa以上的高压注浆泵。当采用额定注浆压力为1.5Mpa后，将注浆泵停下，等几分钏后，若压力降到0.6Mpa以下时，再继续注浆，这样反复多次直到压力不能下降时为止。注完浆的导管要立即堵塞孔口，防止浆液外流。②、水泥、水玻璃浆双液注浆在地下水丰富或有淤泥、流砂等复杂地质条件下，宜选用水泥与水玻璃浆双液法注浆，注浆时将两种不同的浆液分放在两个容器内，使用双液注浆泵或两台注浆泵按选定的配合比分别吸入两种浆液，两种浆液在混合器内混合后注入注浆管。采用双液注浆时，水泥浆的水灰比为1.25：1~0.5：1，水玻璃栏数以2.4~2.8为宜，水玻璃浓度范围为30~45波美度，水泥浆与水玻璃浆的体积比为1：1~1：0.3，初凝时间可用不同的配合比和加入少量的磷酸氢二来控制。注浆泵的型号采用UB-3型注浆泵和2TGZ-60/120型双液注浆泵。d、注浆异常情况处理①、发生串浆现象，即液浆从其他孔中流出时，采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆。②、单液注水泥浆压力突然升高，可能发生了堵管，停机检查。③、水泥与水玻璃双液注浆压力突然升高，则关停水玻璃泵，进行单液注浆或注清水，待泵压正常时，再进行双液注浆。④、水泥浆单液或水泥与水玻璃双液注浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。e、开挖待浆液凝固后达到试验时的设计强度后进行开挖，开挖时应根据工程的实际情况选择合理开挖方法，以确保施工安全。必要时也可在小导管的尾端架立钢支架，并使小导管与钢支架间有良好的连接。2、短管棚施工(1)、施工准备短管棚棚管制作短管棚棚管采用80×6.0mm无缝钢管，管长8.5~10m，钢管导向端做成尖形，承压端焊上钢箍，在距承压端1m处开始钻孔，距孔壁60cm不钻孔，钻孔沿孔壁间隔300mm呈梅花形布置，孔位互成90°，孔径10mm(见图8-3-6)。图8图8-3-6棚管加工示意图a、采用三臂液压台车钻孔，孔径大于管外径17mm。钻孔作业工艺流程见图。b、钻孔操作要点①、采用三臂液压台车钻孔，钻杆需要3次接杆，采用3~4m长钻杆，钻孔时随孔深接杆。②、钻孔角度误差控制在0.5°以内。③、开钻时钻进速度适当放慢，以防止孔位偏斜，钻50cm后，转入正常钻速。④、当钻孔进尺达1m时，停机检查，矫正钻臂后继续进行。⑤、钻孔前按设计精度画出钻孔位置。⑥、钻孔深度比棚管长度深50cm。⑦、成孔后采用高压风机清除内残碴。测量布孔钻臂矫正测量布孔钻臂矫正钻机就位钻机固定钻孔及接长钻杆钻杆分节退出卸下钻杆接长准备图钻孔工艺流程图a、顶管工艺流程由于采用大孔引导和棚管相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力将棚管沿引导孔钻进至孔底。顶管工艺流程图见图8-3-8。钻机就位钻机就位连接套加工制作安装棚管顶进连接套棚管就位棚管顶进管内注浆图顶管工艺流程图安装管钢筋钢筋加工b、工艺要点①、利用钻孔推管，必须另制推进联接套。②、钻机要准确对位，低速推进棚管。③、棚管在注浆前，用高压风将管内残碴清除干净。(4)、注浆管棚注浆技术、内容与小导管注浆相同。第五章混凝土衬砌方案5.1混凝土衬砌方案概述5.1.1工程特点大断面隧洞混凝土衬砌具有以下特点：1、大断面隧洞一般采用分步分块开挖，隧洞混凝土衬砌作业与开挖作业一般交叉进行，施工干扰大。2、由于洞身较高，顶拱混凝土必须在洞室第二层开挖前实施衬砌，这样可以利用下层开挖岩面作为支撑体，以保证施工安全和便于立模。3、由于隧洞顶拱的大跨度，钢模台车势必体积庞大，自重大，移动困难。4、采用全跨顶拱一次浇筑的方式施工，混凝土浇筑量大，混凝土的生产、运输、浇筑均要求连续作业，循环周期长。5、由于断面较大，模板支撑系统要充分考虑结构的稳定性。5.1.2混凝土衬砌施工方案1、主洞顶拱混凝土衬砌从两端向中间进行，分别以1#、2#及3#支洞做为混凝土和钢筋的运输通道，在三个支洞口外各设立一处混凝土拌合站，集中生产混凝土；混凝土采用混凝土搅拌运输车运输，拖式混凝土输送泵泵送入仓。钢筋在洞外加工成型，运到洞内利用钢筋台车现场安装。2、隧洞混凝土浇筑分段长度主要根据围岩条件、混凝土供应能力、浇筑速度、模板结构型式等因素综合分析确定，一般以9~15m为宜。模拟隧洞围岩主要为整体性较好的I、II类花岗岩，顶拱采用钢筋混凝土衬砌，围岩对混凝土的约束较小，可采用全跨一次浇筑的方式进行衬砌施工，衬砌台车采用穿行式钢模台车，每次浇筑10米。3、混凝土衬砌施工程序混凝土衬砌工程的施工，涉及到砂石料制备、混凝土拌合、混凝土运输、钢筋制作加工、模板及支撑体系、混凝土浇筑作业等，其施工程序如下图5-1所示。

台车拼装清理岩面洞底铺设轨道安装钢筋立模台车拼装清理岩面洞底铺设轨道安装钢筋立模浇筑养护拆模台车移位清理混凝土生产混凝土运输混凝土泵送入模钢筋洞外加工钢筋台车5.2模板及支撑结构体系5.2.1模板隧洞混凝土衬砌模板从体积上可分为大型组合钢模板和小型定型组合钢模板两种型式。1、大型钢模板大型组合钢模板具有表面光洁，接缝少、拆装快速等特点，但大型钢模板自重较大，拆装需利用机械吊装，与台车加工在一起时，给本来就有较大重量的衬砌台车增加重量，使其移动更加困难。2、定型组合钢模板与大型钢模板比较，定型组合钢模板具有如下特点：（1）重量轻，拆装方便。（2）不需要专门加工，批量生产，成本低。（3）混凝土表面平整，光滑。（4）组合方便，在与其它洞室交叉处，衬砌断面更容易处理。通过对比，可以得出结论：采用小模板进行大跨度隧洞顶拱衬砌具有更大的优势，施工中可以选用P3015型定型钢模板，P1515型模板做为调节模板，与前者搭配使用。5.2.2钢模衬砌台架做为模板的支撑体系，施工中可采用简易穿行式钢模台车，其结构型式如图3-2所示，其特点如下：1、采用型钢拼装，可以将杆件运到隧洞内，现场拼装。2、型钢杆件重量较轻，安装方便，采用桁架式结构，能充分发挥构件的承件的承载力，减轻台车自重。3、中间采用门架式结构，大型运输车如混凝土输送车可以从其下穿过，汽车等设备的外缘至门架上横梁和边柱的间隙不小30cm，保证洞内施工车辆通行。4、采用轨道式台车型式，移动时阻力较小，便于定位调整，5、支撑模板的拱架通过调节杆可以很方便地顶紧或放松，台车移动时无需拆除拱架，加快了立模时间。6、拱架采用30×30cm小桁架式，较传统的钢轨或工字钢拱架具有更大的钢度，重量却更轻。7、门架两边部分采用MEP型脚手杆拼装，重量轻，台车移动时将其下部伸缩腿提起，台车定位后再将其伸长支撑在岩石地基上，整个台车便能行走自如。8、台车的行走采用液压装置，行走平稳，操作方便。9、该台车需配堵头板。堵头板可用钢模板或木模板或钢木模板，周边与岩面间的缝隙用易加工的木板拼补。并在顶拱岩石内打上锚杆，固定堵头板。图5-2顶拱混凝土衬砌台车示意图5.3混凝土工程对于模拟隧洞的顶拱混凝土施工，除了要拥有大断面衬砌台车等相当配置的大型机械设备外，解决好交叉施工问题是保证工程如期完成的关键，因此，混凝土工程施工前必须制定一套周密科学的施工组织方案。5.3.1混凝土的生产及运输组织1、混凝土的生产分别在1#、2#、3#支洞口外设三处混凝土拌合站，集中生产混凝土。每个混凝土拌合站配备一套HZS90型混凝土拌合楼。2、运输组织主洞顶拱混凝土衬砌自两端向中间推进，根据总体施工安排，并考虑到与开挖工作交叉平行施工的特点，主洞顶拱混凝土衬砌的运输可分为两个阶段，每一阶段主口第一层开挖完成至3#支洞完成扩挖，混凝土的运输主要自1#、2#支洞中导洞向洞内运输；第二阶段是3#支洞完成扩挖后，混凝土主要从3#支洞向洞内运输，此时1#、2#支洞进行扩挖，主洞进入下层开挖阶段。为了更清楚地说明这个问题，详见图5-3。5.3.2混凝土的浇筑1、隧洞混凝土机械化施工配套（1）隧洞混凝土运输采用无轨运输方式，对大断面无轨运输施工的隧洞，选用混凝土搅拌运输车较优。（2）混凝土入仓采用泵送，每台衬砌台车配备4台拖式混凝土输送泵，从两侧对称泵送入仓，拖式输送泵，移动方便，生产率较高，非常适合地下隧洞工程。（3）混凝土的振捣采用高频率插入式电动振动器振捣。隧洞混凝土机械化施工配套方案如图3-4所示。2、混凝土浇筑施工注意事项（1）台车就位后，钢模拱脚处需安装楔形垫木，由于垫木压缩可能使钢模下沉，在安装钢模时需预留5cm的下沉量。（2）挡头板宜采用钢木结构，根据隧洞断面制成标准堵头板，与岩石间隙用木板临时拼补。（3）为避免两段钢模对接处漏浆，保证衬砌表面平整，除要保证模板的质量外，沿模板接缝贴25cm宽的油毛毡，缝隙较大时，采用木条贴缝。（4）为便于脱模，混凝土浇筑前，在模板上涂刷脱模剂。（5）混凝土采用分层、对称浇注，每层浇筑厚度不大于，两侧高度差控制在50cm以内，输送软管管口至浇筑面垂距控制在1.5m以内，以防砼离析。浇注过程要连续，避免停歇造成“冷缝”，间歇时间一般不得超过1h，否则按施工缝处理。（6）采用以ZW-50型插入式捣固棒机械捣固为主，人工小铲插边、木锤模外敲振为辅捣固，定人、定点、分区进行，振捣时间为混凝土不再显著下沉，不出现气泡，表面开始泛浆时为准。即防漏振，致使砼不密实，又防过振，使砼表面出现砂纹。（7）封顶采用顶模中心封顶器接输送管，按从里向外的顺序逐渐封顶，当挡头板上观察孔有浆溢出，即封顶完成。3、混凝土浇筑施工循环浇筑段准备架立钢筋立模浇筑混凝土混凝土养护浇筑段准备架立钢筋立模浇筑混凝土混凝土养护台车移位拆模图5-5顶拱混凝土衬砌施工作业循环混凝土衬砌作业循环时间Σt=t1+t2+t3+t4+t5Σt——每一作业循环总时间t1——台车移动就位时间t2——安装模板时间t3——浇筑混凝土时间t4——混凝土养护时间t5——拆模时间下表为根据我们的施工经验确定的模拟隧洞顶拱混凝土衬砌各工序的作业时间。混凝土衬砌各工序时间表5.3.3关于混凝土的养护及拆模时间（1）根据《水工混凝土施工规范》（SDJ207-82）的规定，当围岩稳定、坚硬时，顶拱在混凝土强度达到设计标号的40%~50%后即可拆模。（2）美国混凝土学会（ACI）建议的最短拆模时间根据经验和试件强度确定，对于外露混凝土面最短拆模时间不得小于12h。（3）拆模时间还应根据洞内温度等影响混凝土强度增长的因素和隧洞断面形状、跨度及外部荷载确定。（4）几个经验数值。序号隧道名称跨度混凝土养护时间12345.3.4关于泵送混凝土1、泵送混凝土最大骨料粒径不超过1/3输送管直径，一般为二级配粗骨料。2、泵送混凝土应具有良好的和易性及流动性，不掺外加剂及流化剂时的坍落度宜采用8~18cm，含砂率不低于40~45%。3、水泥用量一般不低于280kg/m3。4、使用密胺磺酸盐混合物、磺酸盐缩合物及其它外加剂作为流化剂时，坍落度可增大到20cm以上。5.4钢筋工程在洞外按设计图纸先将钢筋加工成形，分段制成钢筋网片，运到隧洞内利用钢筋台车进行安装。钢筋安装前先在顶拱打上锚杆，将钢筋网片焊接在锚杆上进行固定，再安装纵向联接钢筋，如图3-6所示。图5-6顶拱钢筋安装示意图5.4特殊部位的混凝土浇筑5.4.1洞口段混凝土衬砌主洞入海口处要求全断面衬砌，分两步进行，在下部开挖前利用台车衬砌顶拱，第二步跳槽开挖边墙，自底部向上分段衬砌边墙。模板采用大块钢板模，利用锚杆内拉支撑，混凝土泵送入模（图5-7）。5.4.2交叉洞口处的混凝土衬砌交叉洞口是围岩应力比较集中的地段，洞口交叉段开挖后将会承受较大荷载，因此，洞口交叉处的开挖支护需要同时加固主洞和支洞洞室，当主洞顶拱混凝土衬砌到与支洞洞口时，交叉洞口段混凝土也同时进行。在支洞口采用钢管排架支撑，模板采用定型组合钢模板，与主洞顶拱相交处用木模拼补。5.6岩锚吊车梁施工5.6.1岩锚吊车梁的施工特点岩锚吊车梁地下厂房建设中采用的一种新型结构物，其主要特点是用长锚杆直接将吊车梁固定在岩壁上，取消常设的吊车梁立柱，荷载由锚杆直接传到围岩内，它具有能充分利用围岩本身的承载能力，使施工程序更加合理，使吊车能提早运行，为厂房的机组安装等创造有利条件。从岩锚吊车梁结构自身受力特点出发要求施工严格控制爆破松范围，保证围岩自身承载能力，保证岩壁成型符合要求，特别是岩壁岩面倾角的形成。5.6.2岩锚吊车梁岩壁轮廓线开挖岩锚吊车梁位于隧洞第二层岩壁上，如何保证岩锚吊车梁岩壁的轮廓线，是第二层开挖控制的核心。为保证岩锚梁的施工，第二层开挖时先开挖中间部分，两侧预留2m宽的光爆层，利用手持式凿岩机自上而分层开挖，由于顶层及第二层中间部分的开挖，为控制爆破松动提供了技术保证。5.6.3岩锚梁混凝土的浇筑岩锚梁的混凝土浇筑利用预留开挖层做为操作平台，支架采用钢管支撑，模板采用3套大块组合钢模板，分段浇筑混凝土，泵送混凝土入仓，插入式振动棒振捣。第六章监控量测方案6.1综述施工监控量测是在隧道开挖过程中，使用各种量测仪表和工具对围岩变化情况和支护结构的工作状态进行量测，及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性的安全信息，预见事故和险情，作为调整和修改支护设计的依据，依据量测结果确定衬砌施做时间。结合本隧道工程，量测具有以下作用：(一)、根据量测数据采取相应措施，正确的应用支护手段，保证隧道施工安全；(二)、根据围岩的位移、变形及应力状况，将观测成果及时整理，并据此调整钻爆参数及提出必要的安全支护措施，及时调整和修正支护参数；(三)、隧道开挖后仅做喷锚支护，而且围岩暴露时间长，故在隧道内特别是在一些断层破裂带进行监控量测和围岩松弛测定，通过分析性能较真实地反映围岩的变形和位移，并通过位移反分析，反推围岩力学参数和原始应力；(四)、积累资料，为同类工程施工积累经验，以利提高设计质量和施工技术水平。6.2量测项目见下表：

表施工监控量测项目表三、观测资料的整编与分析1、及时收集整理各种观测点的观测资料，并检验数据的正确性、准确性。2、每次观测后在现场将数据记录于监理人批准的专用记录表格内，当天绘制历时曲线，分析整理成果，第二天向施工负责人反馈，当天观测发生异常或警示性数据时，及时向施工负责人、监理人和发包人反馈信息，以便尽快采取安全措施，保证围岩和建筑物的稳定。3、在施工期间及时整理分析全部观测资料，绘制测值变化过程线，分析边坡、洞身稳定情况，并结合巡视检查成果、设计计算复核成果进行比较，判识建筑物的工作状态、存在异常的部位及其对安全的影响程度与变化趋势等，并及时向有关单位报送观测报告。使用电子计算机的量测处理系统见图7-7。4、按监理人的指示，提交在遇洪水或异常情况下的监测资料分析报告。5、施工结束后，尽快将施工期的观测资料和成果整理成专题报告，提供给监理、发包人及有关部门，并将各项仪器的有关参数、埋设后的初读数和全部仪器设备的档案卡等整编成册，向有关单位移交。主电子计算机现场量测主电子计算机现场量测资料存档绘图机印刷机地表下沉净空变位拱顶下沉围岩变位锚杆应力喷砼的应力其它（现场）资料存档和有限元解分析的对比预测变形量解析其它档地表下沉图、随时间变化图净空变位及变位速度随时间变化图拱顶下沉随时间变化图围岩变位随时间变化图锚杆、喷砼应力随时间变化图其它取出资料一览表四、隧道三维非接触量测新技术在隧道工程中，工程测试技术越来越受到重视，但围岩净空位移量测基本上还是沿用20世纪60~70年代的量测方法，一般采用钢尺式收敛计，挂钢尺抄平等接触方式进行。这种方法具有成本低、简便可靠、能适应恶劣环境等优点，但采用此种方法有以下几点不利因素：(1)、该法对施工干扰大；(2)、由于人为因素对测量精度影响较大，测量质量不稳定，容易产生人为错误，不能保证施工安全；(3)、测速慢，从而更加大了对施工的干扰；(4)、当跨度大于15m时，由于钢尺的抖动、拉伸、温差等因素及工作条件恶化使测量无法进行。以上这些都使钢尺式收敛计越来越难以满足现代隧道快速、大跨、安全施工的技术要求，因此，在施工中我们从高精度、简单实用、快速准确的原则出发采用非接触观测。该技术目前已在我局在建隧道工程中广泛采用。(一)、非接触观测非接触观测是以光学/电磁方式远距离测定结构上点位的三维坐标。由于无须接近测点，该法避免了传统接触式观测必须触及测点才能观测的缺点，是隧道变形观测技术的发展方向。目前实现基于光学方式的非接触观测一般有三种途径：第一种是以精密测角的空间前方交会原理为基础，由数台电子经纬仪联合进行的三维解析测量；第二种是以角度、距离同时测量的流动极坐标法为基础，采用一台全站仪的自由三维工作站；第三种则是三维近景摄影测量。在施工中我们采用全站仪自由设站，全站仪自由设站是仪器从任一未知点上设站观测若干已知点的方向和距离，通过坐标变换求得该测站上仪器中心的坐标，然后以此测出其余新点的坐标。由于仅使用一台测量仪器且仪器测站可以自由设置不需要造点对中，同时观测数据可通过现场计算机快速处理，同时观测数据可通过现场计算机快速处理，因此全站仪自由设站法对于在隧道狭窄空间内进行精度要求较高的实时变形观测作业是很适合的。全站仪的结构原理见图。数字计算机总线I/O竖直角系统数字计算机总线I/O竖直角系统水平补偿系统测距系统水平角系统键盘键盘显示器存储数据程序输入、输出单元图全站仪结构原理图自由设站三维变形百接触观测系统由观测主机全站仪、反射靶标以及计算机组成。对于用于隧道变形观测的全站仪，具有三同轴光学系统，即视准轴与光波发射轴，接收轴共轴，同时具有良好的反射膜片观测功能。提高全站仪的测角精度，则对提高横断面上的观测精度大有益处。反射靶标采用一种具有超强回复功能的反射膜片以取代圆棱镜，这样可以大大降低观测成本。这种超强反射膜片正面均匀满布微棱镜体，可以将入射光束高度地沿原路返回。膜片的反面涂有强力压敏胶，可以牢固地粘附在结构表面上，由于光束在微棱镜体中的折射光路极其微小，因此回复反射膜片面性的物理棱镜常数视为零。观测主机采用瑞士LEICA公司的TC2002全站仪，反射靶标采用日本SOKKIA公司的RS反射膜片，观测数据的存储及取出则采用LEICA的GRM10(64K)记录模块和GIF10阅读器。TC2002全站仪具有0.5、1mm+110-6的标称精度，是LEICA公司WILD厂推出的TC2000系列全站仪中精度最高的一种。(三)、观测要点1、目标点与测站设置(1)、基准点基准点用于建立三维坐标系，要求稳固不动，其坐标可根据现场情况自行设置而不必测量(如用于建立绝对三维位置坐标系则需先测定基准点的坐标，对于变形作业一般无此要求)。在隧道在隧道出口设置4个地面基准点，其中2点为校核点；在洞内衬砌上设置后视点，用于坐标传递。地面基准点用混凝土浇铸而成，埋置深度1m，采用对中杆及圆棱镜观测。洞内后视点由变形点反面粘贴反射膜片而成。(2)、变形点变形点为设置在结构上用于监测结构变形的测点。隧道在洞内衬砌上共设置了180个变形测点，每断面3个，分别位于墙脚(路面以上1m)、起拱线以上0.5m及拱顶处。变形点由薄钢板(2.5mm厚)弯成直角形状并用膨胀螺栓锚固在衬砌表面上而成，反射膜片裁成70mm方片粘在钢板上。变形点的观测距离为29-85m，反射膜片与仪器光轴的倾斜角度不大于30度。(3)、测站仪器测站在洞内设置了4个，洞外设置了2个。洞内测站设于边墙电缆槽上。为避免车辆振动干扰以及安全起见，观测时测站附近设置了防护区。由于是自由设站，测站上仪器无需对中。但为了消除膜片倾斜对测距的影响，测站位置大致固定(即在测站处做一标记，每次观测仪器均架在该处)。2、观测观测前，把全站仪的各项轴系误差及指标差进行准确调校。观测时，打开仪器的角度改正及补偿器功能，并对仪器进行气压和温度的气象改正。观测采用记录测量模式，所有观测数据均存储在GRM10模块内。为了确保观测精度，采用三次重复设站，每次设站采用双盘测回结合三次重复照准的冗余观测方法，即每一测站上分别用两个盘位连续、重复照准三次目标点，得23个观测值，然后取其平均值作为一次设站观测的结果。(四)、观测精度及观测结果的评定1、观测量的实际观测误差观测量为水平方向H、竖直角V和斜距D，其观测误差用标准差S评定，双盘位连续照准三次的观测量平均值的标准差按下式计算：式中X1、X2——I、II盘观测量X1(i)、X2(i)的平均值。2、三维坐标/收敛基线的观测精度对于目标量F(三维坐标/收敛基线长)={H，V，D}，观测量平均值误差、、对F的一次观测的影响SF可由误差传播率计算得出，则三次重复设站的平均值的精度为：而平均值的精度还可根据目标量三次设站的实测结果，按贝塞尔式给出：根据观测量的实际观测误差以及三次重复设站的实测结果，分别按上述计算(2)与实测(3)方法对隧道三维坐标和收敛基线的观测精度进行评定。3、变形观测精度净空变形的观测结果ui为三维坐标/收敛基线的初始观测值与当前观测值之差，即，则在等精度条件下，其观测精度为。4、变形观测结果的评定按A类不确定度方法给出重复设站的变形观测的最终结果为：式中，ui为净空实际变形的范围值，其置信概率为p(一般取95%)。对于正态分布，覆盖因子(由t-分布表查取)。对于三次重复设站，自由度v=2。5、净空变形观测成果根据观测结果可得出：净空收敛变形、净空周边点位移；根据收敛及周边点位移的观测结果，可对隧道的净空变形形态进行评估及变形预测。采用非线性回归和灰色理论对观测结果进行预测，建立三种预测模型进行综合分析预测即：模型I模型II模型III上述式中，I，II为回归预测模型，采用时间t加权最小二乘计算参数A、B、r，权函数为。III为GM(1，1)灰色模型所确定的预测方程。第七章地质工作方案一、地质工作方案概述地质方法原始资料掌子面素描洞体展现地质方法原始资料掌子面素描洞体展现物探方法隧道围岩地质超前预报洞内地质超前预测预报程序见图7-7。图7-7洞内地质超前预测预报程序图2、地质和支护状态观察每次爆破后，由地质工程师对开挖工作面进行观察调查并作地质素描记录。调查项目包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩性风化程度、裂隙间距、形状、涌水情况、水的影响等等。素描记录工作面的岩层产状、构造及特殊地质现象，同时对靠近工作面的初期支护进行观察，喷射砼是否开裂、是否有掉块现象等。3、地质预测预报内容(1)、对照勘测阶段的地质资料，预报地质条件的变化情况及对施工的影响程度。随工作面素描地质结构状态。(2)、可能出现坍方、滑动影响施工时，预报其部位、形式、规模及发展趋势，并提出处理措施。(3)、隧道将穿越不稳定岩层，较大断层等特殊地段需改变施工方法或作应急措施时的预报。(4)、预报可能出现突然涌水地点，涌水量大小，地下水、泥砂含量及施工的影响。(5)、软岩再现内鼓、片帮掉块地段，预报对施工的影响程度。岩体突然开裂或原有裂隙逐渐加宽时，应预报其危害程度。(6)、在位移量测中发现围岩变形速度加快时，预报对围岩稳定性的影响程度。(7)、隧道浅埋段地面下沉或工裂，预报对隧道稳定和施工的影响程度。(8)、洞口可能出现滑坡、坠石时、及时预报。(9)、预报由于施工不当，可能造成围岩失稳及其改进措施。(10)、绘制全洞地质断面、剖面的展开图。4、地质预报预测方法(1)、隧道开挖面地质素描；(2)、岩体结构面调查；(3)、涌水量观测；(4)、超前钻探(XY-1、YQ100A型)；(5)、浅层地震法(HSP地质预报仪)；(6)、对地表水、地下水的调查。根据地质预报方法得出的数据进行施工地质预测，及时调整施工方法，采取积极措施保证施工安全。5、施工检测管理施工检测的结果应尽快地反馈到施工和设计中去，以指导施工。检测工作注意以下事项：(1)、按各项量测的操作规程安装好仪器仪表，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点，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。(2)、每次测试时都要做好记录，并保持原始记录的准确性。(3)、在现场进行粗略计算，若发现变形较大时，应及时通知现场负责人。6、位移速率标准(1)、当每天净空变化大于1mm时，则认为围岩处于急剧变形阶段，加强支护，加强观测；(2)、当每天净空变化值在0.2~1.0mm之间时，则认为围岩处于缓慢变形阶段，表示围岩向稳定方向发展；(3)、当每天净空变化值小于0.2mm时，则认为围岩基本稳定。由于地质条件的变化，隧道施工现场常易反复发生突发性的意外情况。而控制不当或不利常导致诸如超挖、塌方以及涌水等事故。如果在碰到困难岩石之前能及时采取超前防范措施和设置安全网，如预注浆、岩石锚固系统、钢拱支撑等，那么就能避免采取高昂的解决办法以及减少破坏。目前，有不同的预测技术，包括勘探导洞、勘探钻孔和无破损检测方法，如地震和地质雷达法。然而，大多数的直接预测方法都会干扰掘进，因此费用增加很快。另一方面，在隧道掘进环境下，常规的无破损检测方法，如地质物探技术易于产生操作提供附近地层的瞬时预报结果。二、TSP202地质超前预报系统我局引进了瑞士AMBERG量测技术公司研制的专利技术--TSP202隧道掘进环境的量测和评价系统，该系统体积小、功能齐、使用方便，使用于中等到坚硬岩石环境。隧道地震超前预报下工程现场的布置和检测任务。地震(声)波特定点上的小规模爆破产生，并由秒年电子传感器接受。当地震波遇到岩石强度变化大(如物理特性和岩石类型的变化、断层带、破裂区的出现)的界面时，在绕射点处部分射波的能量被反射回来。反射信号的传播时间与到达边界的距离成正比，因此能作为直接的度量方法。通常，量测布置大约由24个爆破点组成，这些点沿离预计的地质边界最近的隧道右或左边墙排列。各隧道边墙的传感器元件用于调查隧道轴线周围的4个达90℃的空间区域(如1左下)，各接收系统均由传感器组(加速度计)组成，其中有些元件沿隧道轴线，而另一些则与隧道轴线垂直排列。TSP能满足一些特殊要求的应用。例如，大多数岩石中的地震信号的频率范围(在10~5000HZ之间)比用于常规地震勘探的频率范围约大10倍，因此需要特殊的传感器元件和记录设备。TSP具有多功能性，能用于不同方面。除了在隧道开挖面进行定期的预报(标准用途)外，由于在调查钻孔中进行爆破，因此扩大了调查范围，并能精确确定与钻孔相交的边界几何形状，TSP202设备特别适用于高分辩率的隧道折射地震(微地震)勘探，以及断裂和岩石强度降低地带的监测。该设备也能用于地面上的高分辨率工程地震勘探。其探测费用相当低，因此可以在TBM或常规方法的掘进中进行连续监测、。为了节省量测时间，TSP量测的所有准备工作(钻孔，粘接金属传感器的套管)都在常规的隧道掘进著作业中进行，量测上午准备工作包括传感器系统的插入，爆破孔的装药以及功能性测试，约需1h，地震信号记录包括每次爆破的引爆记录，约需45min，整个量测循环，包括仪器的清理，共需2h。数据处理的图象反映了开挖面前方或开挖面周围的地层界面情况，因此可用来确定界面的位置。这种方法使用为标准PC机而专门开发的TSP202设备，并按系统的步骤操作。首先，选定适当的调查区域，然后，进行波场处理以区分直达波场和反射波场。该平面，即绕2射叠加平面(DFS)，使由与隧道轴线相平行的爆破点的中心线和通过相关的调查区域的对角线确定的。对于纵波(压缩波)和横波S(剪切波)(其速度为有价值的量测参数)，通常都能进行单独的人机对话数据分析。S波的数据处理能帮助提高含水断层带(断裂带)和岩体构造走向的识辨率。在其它相应的预报区域中，重复进行这种数据分析过程。所有的独立空间区域的数据分析的最终结果为工程师的综合图，该综合图为开挖隧道的区段垂直和水平剖面图及其坐标系统。该图显示了预测的前面重要反射界面的进出点及其相应的岩石强度变化，通过计算纵波和横波速度可以确定重要的岩石力学参数，如扬氏模量的泊松数。这些参数有助于隧道工程师考虑施工措施，而且是连续进行TSP断面量测的一个有价值的岩石力学监测方法。TSP202软件在现场可以进行快速、准确的数据分析。最为典型的是在2h后就可以查看数据分析情况，综合数据分析报告可在4h后生成。TSP超前预报的误差量随着量测范围的扩大而增加。通过增加爆破点和炸药量以拉大TSP的探测范围。从几百次调查经验中发现，如果认识到潜在的数据分析错误(如岩石边界掩伏的断层台阶，曲线或不规则的边界等)那么随后的距离预报误差范围具有代表性。开始开始数据库选择探测区域评价波场处理预处理波场区分增强反射移动认可界面选择绕射叠加显示认可界面位置垂直/水平断面重新处理地震道界面事件速度布置TSP从数据记录器中输入继续其它区域工程师的概括平面/断面YNNYYN图2进行TSB量测程序流程图第八章机械配套方案8.1机械设备总的配套原则1、由于该工程规模大，工程量集中，超大、超高断面施工难度大。且主洞与支洞平行交错作业，结构体系复杂，因此拟采用无轨运输。2、施工机械要与施工方法配套，动力选型以电—液为主。3、单机选型考虑质量可靠，经济合理，维修方便。组合配套时，考虑外型尺寸与隧道断面相适应，各机械之间外型尺寸适用，各设备之间能力匹配。4、引进设备考虑国产化的可行性，主机的零配件和易损件的供应渠道。5、选型配套必须与宏观要求的施工进度相适应。8.2钻爆、装运碴、喷锚支护三条主要作业线机械配套原则1、对凿岩机械的基本要求(1)、保证断面范围内钻爆破孔、钻锚杆孔、注浆孔及水平超前钻孔等功能优良。(2)、能提供装药、安装锚杆、找顶等工作平台。(3)、设备的主要技术参数为一次掘进深度4.5m以上，凿岩钻孔速度≥2.5m/min，能测量钻杆的偏斜度，且结构简单，功能齐全，操作方便，凿岩速度快，动力消耗少等特点。2、装运碴作业线(1)、采用钻爆法施工中的一个作业循环中，装碴时间约占一个完整循环作业时间的一半左右，为了缩短循环时间，达到快速掘进的目标，装碴设备选用大能力，大容量的机械。(2)、装碴机械的基本性能应是，装碴宽度在5m以上，生产能力300m3/h以上，生产效率60-70%，其动力是电动和内燃两套，以电为主。(3)、对运输车辆的主要要求是：在装碴设备的配合下，装得多，尽量减少调车和运碴次数，运输车辆尽可能采用大容量的矿车。3、喷锚支护作业线支护是一个很重要的环节，是安全施工的保证。喷锚支护作业机械必须满足快速施工的需要，能力匹配并确保质量和改善作业环境，减少劳动强度，因此优先采用潮喷或湿喷工艺，降低回弹量，减少粉尘，并提高喷射质量。主要机具设备表第七章施工保障方案7.1施工供风7.1.1通风方式隧道施工中，管道式通风方式主要有三种即压入式、抽出式和混合式。压入式：具有有效射程大，冲淡和排出炮烟的作用较强的特点，对改善工作面的环境有利，尤其在有瓦斯及有害气体的隧道更为合适。缺点是排出炮烟需要的风量大，通风排烟时间长，回风流污染整个隧道。抽出式：具有在有效吸程内排烟效果好，排除炮烟所需的风量小，回风流不污染隧道的特点。缺点是通风的有效吸程短，只有风管口离工作面很近时才能获得满意的效果。混合式：综合了前两种方式的优点，适合于大断面长距离隧道通风。根据本工程特点，隧道开挖拟采取由1#、2#、3#、4#支洞独头掘进，依据各自担负的区域，最大掘进长度在600-800m，依据我局多年的隧道通风施工经验，拟在本工程中采用压入式供风方式。7.1.2选风机和风管选型与匹配隧道通风设计其关键是通风系统必须合理，风机风管相匹配。反之，如果片面追求风机是大风量，高效率而风管直径小，漏风严重，则不可能有好的效果。反之，风管直径基础，风阻小，而风机风量小，风压低，效率低，也是难以保证有好的通风效果。我局编写的《隧道施工通风防尘净毒综合治理工法》获国家一级工法，对长隧道施工通风，我局有丰富的经验。在大断面无轨运输施工通风中，在无通风竖、斜井条件时，采用以管道压入式通风方式比较合理。鉴于大风机的风压在启动时较高，目前国内大直径软管承压强度较低，管道的配置易硬软管相结合为好。故在本工程中拟选用MFA100P2-SC3型(风量1250m3/min、风压4900pa、功率2*75kv)或津88-1型(风量1000m3/min、风压4900pa、功率2*55kv)风机型号设置在每一个支洞口，分别供每个支洞施工通风。选用D=1.3风管(风机后300m为镀锌皮硬管，以防风机启动时吹破软管，其余采用隧道局生产的软管)作为主导压入式通风经施工支洞接至主洞与支洞交接口，再用1.0m直径风筒接至工作面，风筒三岔口处加转换阀。各工作面均采用负压式通风，开挖面附近加风扇辅助通风。其余按我局“降尘毒工法”实施7.2高压供风在隧道1#、2#及3#、4#支洞之间口分别建造空压机站，共3座。其中1#、2#支洞口空压机站内分别安装三台(其中一台备用)20m3/min电动空