极软岩石方开挖施工方案

极软岩石方开挖施工综合技术方案一、工程特性分析（一）极软岩物理力学指标本工程涉及的极软岩主要为泥质砂岩、页岩及粉砂质泥岩，饱和单轴抗压强度1.2-4.8MPa，软化系数1.1-1.3，孔隙度18-25%，天然含水率15-22%。岩石矿物成分以蒙脱石（25-35%）、伊利石（20-28%）为主，含少量高岭土，遇水后体积膨胀率可达12-18%，属于典型的膨胀性软岩。（二）工程地质特征岩体结构：岩层呈层状分布，层理厚度0.3-1.5m，节理裂隙发育，主要发育三组结构面：走向310°∠75°（间距1.2-2.5m）、走向45°∠60°（间距0.8-1.8m）及层面裂隙（间距0.3-0.6m），构成菱形块体结构。水文条件：地下水主要为孔隙潜水，渗透系数0.5-2.3m/d，雨季可能形成短暂管涌。地应力状态：实测最大水平主应力18-22MPa，属高应力软岩范畴，存在应力集中现象。（三）施工风险评估风险类型风险等级特征表现开挖面失稳极高掌子面暴露30分钟内出现塑性挤出，2小时内发生坍塌围岩变形高日沉降量可达8-12mm，累计变形量超设计断面15%涌水突泥中节理密集带可能出现瞬时涌水量＞50m³/h支护结构失效高常规锚杆支护在72小时内出现杆体屈服二、施工总体部署（一）施工分区划分将开挖区域划分为三个作业段：A段（K0+000-K0+350）：强风化泥岩段，采用全断面微震控制开挖B段（K0+350-K0+820）：中风化泥质砂岩段，采用三台阶预留核心土开挖C段（K0+820-K1+200）：节理密集带，采用CRD工法开挖（二）施工设备配置设备类型型号规格数量主要参数液压破碎锤SB81液压锤3台冲击功率280kW，工作压力16MPa双臂掘进机EBZ2002台切割功率160kW，最大截割高度5.2m喷砼机械手HPS30152台喷射能力15m³/h，工作半径12m地质雷达SIR-40001台探测深度5m，分辨率2cm全站仪TS602台测角精度0.5″，测距精度1mm+1ppm（三）进度计划控制采用"动态循环作业法"，每个循环包含：超前地质预报（2小时）→超前支护（4小时）→开挖作业（6小时）→初期支护（8小时）→监控量测（2小时）循环进尺控制：A段1.2m/循环，B段0.8m/循环，C段0.5m/循环月计划开挖进尺：A段85m，B段60m，C段40m三、关键施工工艺（一）超前地质加固管棚支护：采用Φ108mm×6mm热轧无缝钢管，环向间距35cm，外插角1.5-2°，每节长4m，丝扣连接。管棚内注入42.5级水泥浆，水灰比0.8:1，注浆压力2.5-3.0MPa。小导管注浆：Φ42mm×4mm钢花管，长度3.5m，梅花形布孔（孔距15cm，孔径8mm）。采用双液注浆（水泥-水玻璃），初凝时间控制在30-60秒，扩散半径≥0.8m。（二）开挖作业技术三台阶预留核心土开挖上台阶：高度3.2m，宽度4.5m，采用机械破碎配合人工修边，严禁爆破作业中台阶：高度2.8m，左右分幅开挖，每幅宽度3.0m，滞后上台阶3-5m下台阶：高度2.0m，左右交替开挖，步距2.5m核心土：长度3-5m，坡度1:0.75，采用格栅拱架临时支护微震控制爆破（A段专用）炸药类型：2#岩石乳化炸药，药卷直径25mm装药结构：间隔装药，线装药密度0.25kg/m起爆网络：导爆管毫秒延期起爆，段间隔≥50ms振动控制：单响药量≤5kg，质点振动速度≤1.5cm/s（三）出碴运输系统洞内运输：采用3m³侧卸式装载机配合15t自卸汽车，运输道路采用20cm厚C20砼硬化，设置2%排水坡度碴土处理：在洞外300m处设置专用弃碴场，采用分层碾压（每层厚度50cm，压实度≥90%），表面覆盖防渗土工膜四、支护体系设计（一）初期支护组合喷射混凝土：C25早强砼，厚度25cm，分两层施工（初喷5cm，复喷20cm），添加聚丙烯纤维（掺量0.9kg/m³），初凝时间≤15分钟。锚杆系统：系统锚杆：Φ25中空注浆锚杆，长度4.5m，间距80×80cm，梅花形布置，预紧力≥150kN锁脚锚管：Φ42×4mm无缝钢管，长度3.5m，每榀拱架4根，注浆压力2.0MPa超前锚杆：Φ22螺纹钢，长度3.0m，环向间距40cm，外插角5-8°钢拱架：I22b工字钢拱架，间距50cm/榀，连接板采用20mm厚钢板，螺栓M24×80mm，拱架安装偏差：高程±3cm，中线±5cm。（二）二次衬砌结构钢筋工程：双层钢筋网，外层Φ22@200mm，内层Φ18@200mm，保护层厚度50mm，采用绝缘卡固定。模板体系：12m长液压整体衬砌台车，面板厚度12mm，支撑间距60cm，设计承受混凝土侧压力≥25kPa。混凝土工程：C35P8抗渗砼，采用输送泵连续浇筑，分层厚度≤50cm，振捣时间20-30秒/点，养护期≥14天。（三）特殊段加强措施断层破碎带：采用Φ89管棚（长度15m）+双层钢筋网（Φ8@100mm）+型钢拱架（I25b，间距0.4m）联合支护涌水段：设置环向排水盲管（Φ100mm，间距5m）+纵向排水管（Φ150mm）+横向导水管（Φ100mm，间距10m）的立体排水系统高应力段：采用让压型锚杆（屈服荷载200kN）+可缩性U型钢支架（型号29U，可缩量300mm）五、施工监测与反馈（一）监测项目与频率监测项目仪器类型监测频率控制标准洞周收敛数显收敛计1-15天：1次/天

16-30天：1次/2天

31天以后：1次/周日变化量≤5mm

累计≤150mm拱顶下沉水准仪+铟钢尺同洞周收敛日变化量≤6mm

累计≤200mm围岩深部位移多点位移计1-7天：1次/天

8-30天：1次/3天层间位移≤8mm锚杆轴力应力传感器1-14天：1次/2天

15-30天：1次/周最大轴力≤250kN（二）数据处理与反馈数据采集：采用自动化监测系统，数据实时传输至监控中心，采样间隔15分钟。预警机制：黄色预警：达到控制标准的80%，加密监测频率至2次/天橙色预警：达到控制标准的90%，暂停开挖，加强支护红色预警：超过控制标准，启动应急加固方案动态调整：根据监测数据每50m进行一次支护参数优化，建立"监测-分析-调整-验证"的闭环管理体系。六、质量安全控制措施（一）关键工序质量控制喷射混凝土质量：配合比控制：水泥:砂:石:水=1:2.2:3.1:0.45回弹率控制：边墙≤15%，拱部≤25%强度检测：每50m³制作1组试块，28天抗压强度≥25MPa锚杆施工质量：钻孔偏差：孔位±10cm，孔深±5cm，角度±2°注浆饱满度：采用超声波检测，合格率≥95%抗拔力试验：每300根锚杆抽检1组，最小值≥设计值的90%（二）安全防护体系掌子面防护：设置防护网（Φ8钢筋网，网格20×20cm）配备2台应急注浆泵（流量10m³/h）储备30m长管棚及配套设备用电安全：采用双回路供电，备用发电机功率200kW洞内照明采用36V安全电压，每10m设置应急灯电气设备设置三级漏电保护通风防尘：压入式通风，风机功率110kW，风量≥2000m³/min采用湿式除尘，粉尘浓度≤2mg/m³（三）应急处置预案坍塌事故处置：立即启动洞内声光报警系统采用Φ200mm钢管快速架设临时支撑（间距50cm）实施超前注浆加固（注浆压力3-4MPa）涌水处置：启动备用排水系统（总排水能力150m³/h）采用速凝混凝土（初凝时间＜5分钟）封闭出水点必要时采用管井降水（井深15m，井距10m）七、施工组织管理（一）人员配置设立专业作业班组：开挖班（20人）：分3个作业组，实行"三八"作业制支护班（25人）：分锚杆组、喷砼组、钢拱架组监测班（5人）：负责日常监测及数据分析机电班（8人）：保障设备正常运行（二）材料管理材料进场检验：钢材：每60t抽检1组力学性能试验水泥：每200t抽检1组强度及安定性试验外加剂：每50t抽检1组性能试验材料存储：钢材架空堆放，防雨棚覆盖率100%水泥设置防潮仓库，存储期≤3个月外加剂单独存放，设置明显标识（三）进度控制措施周进度考核：实行周计划完成率与绩效挂钩（考核权重30%）资源保障：备用液压破碎锤1台，钢拱架提前加工50榀技术保障：成立专项攻关小组，解决施工难题八、环保与文明施工（一）扬尘控制施工便道：每日洒水4次（早中晚及夜间）出碴车辆：安装自动冲洗平台，覆盖率100%弃碴场：设置6m高防尘网，定期洒水降尘（二）噪音控制设备降噪：破碎机安装隔音罩，噪音≤85dB作业时间：居民区50m范围内，夜间（22:00-6:00）禁止高噪音作业监测频率：每3天监测1次，超标时采取限产措施（三）水土保持沉淀池：三级沉淀（总容积150m³），排放水SS≤100mg/L弃碴