隧道开挖中线施工方案设计

隧道开挖中线施工方案设计1.工程概况1.1工程地质条件本隧道位于云贵高原黔中东缘，海拔800-1000m，属喀斯特地貌区，多岩溶。覆盖层为第四系坡残积岩（Q4dl+el）红粘土，下伏三叠系中统松子坎组（T2s）白云岩。地震动峰值加速度小于0.05g。隧址区地下水类型主要为第四系松散土层孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水，隧道洞身以垂直发育的溶洞、溶缝、溶隙或垂直发育的岩溶管道为主，地下水主要为岩溶水，较发育，可能在暴雨季节发生涌水、突泥。1.2隧道设计参数隧道全长17545m，起讫里程D1K239+355.98~D1K290+XXX。根据地质勘察资料，隧道穿越地段围岩级别主要为Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级。其中，Ⅲ级围岩段采用台阶法施工，Ⅳ级围岩采用大拱脚台阶法或台阶法加临时仰拱法施工，Ⅴ级围岩地段采用CRD法、双侧壁导坑法、三台阶七步施工法或大拱脚台阶法施工。2.编制依据国家有关的法律法规；隧道工程施工招标文件；隧道工程施工设计图；《公路隧道工程施工技术规范》JTJF60-XXX；《锚杆喷射砼支护技术规范》GB0086-XXX；《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-XXX；现场踏勘调查资料结合我单位现有的技术装备水平及类似工程的施工经验。3.施工准备3.1内业技术准备开挖施工前，组织技术人员认真学习、领会实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟悉规范和技术标准。制定施工安全保证措施，提出应急预案。对施工人员进行技术、安全交底，告知安全风险以及在过程中需采取的应急措施。对参与施工人员进行上岗前技术、安全培训，考核合格后持证上岗。3.2外业技术准备3.2.1测量控制网建立洞外控制测量：在隧道进出口附近布设高精度导线点和水准点，作为隧道施工测量的起算数据。导线点应选在通视良好、地基稳定、便于保存和使用的位置。水准点应与国家水准点进行联测，确保测量精度。洞内控制测量：根据洞外控制测量成果，在洞内建立导线和水准控制网。导线点间距根据隧道长度和施工方法确定，一般不宜大于500m。水准点每200m设置一个，与导线点共用。中线测量：在隧道开挖前，根据设计图纸和洞内控制测量成果，精确测设隧道中线。中线点应埋设在隧道底部或两侧墙壁上，便于观测和保护。每50m设置一个中线桩，每100m设置临时水准点。3.2.2地质超前预报对开挖的洞身围岩进行地质超前预报，探测前方围岩的性质、地质状况和不良地质状况，宏观掌握隧道段落围岩状况。采用地质钻机对隧道围岩进行直观探测，结合围岩、支护的变形监测，对围岩状况进行分析，其成果与施工图、施工组织设计进行比较，及时修正开挖、支护参数。3.2.3施工机械设备准备检查高压风、水、电管路畅通，接头完好，施工机具性能符合施工规定，机械性能良好。隧道内排水系统完好。应急材料、物资准备妥当，安全设施功能良好。主要施工机械设备包括：挖掘机、装载机、自卸汽车、凿岩机、锚杆机、喷射混凝土机、注浆机等。4.隧道开挖施工方法4.1全断面开挖法适用于Ⅲ级围岩地段。全断面开挖是按隧道的设计轮廓一次开挖成型，其施工工艺流程如下：施工准备→测量放样→钻孔→装药→爆破→通风→排危→出碴→初期支护→监控量测。4.1.1测量放样在开挖断面上，采用油漆精确画出开挖设计断面的轮廓线，并标出周边眼、掏槽眼和辅助眼的位置。用激光铅直仪控制边线，确保开挖轮廓符合设计要求。每次测量放线时，要对上次爆破断面进行检查，运用隧道开挖断面量测系统对测量数据进行处理，及时调整爆破参数。4.1.2钻孔作业采用气腿式风动凿岩机钻孔，炮眼直径根据炸药性能和岩石性质确定，一般为42mm。周边眼间距50-60cm，辅助眼间距80-100cm，掏槽眼间距40-50cm。钻孔深度根据围岩状况和循环进尺确定，一般为3-5m。钻孔时要严格控制钻孔位置、方向和深度，确保钻孔精度。周边眼钻孔外插角度控制：眼深3m时外插角＜3°，眼深5m时外插角＜2°，使两茬炮接口处台阶小于15cm。同类炮眼钻孔深度要达到钻爆设计要求，眼底保持在一个铅垂面上。4.1.3装药爆破炸药选择：根据岩石性质和爆破要求，选用2号岩石硝铵炸药或乳化炸药。有水地段及周边眼选用乳化炸药，其他炮眼用2号岩石硝铵炸药。装药结构：周边眼采用φ25×200小药卷，不耦合装药；其他炮眼用φ32×200药卷，连续装药。不耦合装药系数一般控制在1.4~2.0范围内。起爆网络：采用塑料导爆管、毫秒雷管起爆系统。周边眼采用导爆索起爆，以保证起爆的准确性和同时性。掏槽眼和辅助眼采用毫秒雷管分段起爆，根据爆破效果和振动要求，合理选择雷管段别。爆破参数：通过现场试验确定合理的爆破参数，包括装药量、起爆顺序、爆破段数等。周边眼的线装药密度控制在0.04～0.4kg/m之间，根据岩石性质和开挖断面大小进行调整。4.1.4通风排危爆破后应及时向隧道掌子面通风，排出和降低隧道内灰尘和炸药残留气体、风尘浓度。通风时间根据隧道长度和通风设备能力确定，一般不少于30分钟。通风后，由专职安全员和技术人员对掌子面和开挖断面进行检查，清除危石和松动岩块，确保施工安全。4.1.5出碴运输采用装载机配合大型自卸汽车无轨运输。出碴前，应清理道路上的障碍物，确保运输畅通。装载机将碴土装入自卸汽车，运至指定的弃碴场。出碴过程中，要保持隧道内的清洁和通风，避免扬尘和空气污染。4.1.6初期支护出碴完成后，立即进行初期支护。初期支护包括喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢拱架等。喷射混凝土采用湿喷工艺，厚度根据围岩级别确定，一般为4-10cm。锚杆采用全长粘结式锚杆，长度2.5-4m，间距1-1.5m。钢筋网采用φ6-8mm钢筋，网格间距20-25cm。钢拱架根据围岩级别和开挖断面大小选用，一般为I18-I25工字钢。4.2台阶法开挖适用于Ⅳ级围岩地段。台阶法开挖分为上台阶和下台阶两个部分，上台阶先行开挖，待上台阶初期支护完成后再开挖下台阶。其施工工艺流程如下：施工准备→上台阶测量放样→上台阶钻孔→上台阶装药爆破→上台阶通风排危→上台阶出碴→上台阶初期支护→下台阶测量放样→下台阶钻孔→下台阶装药爆破→下台阶通风排危→下台阶出碴→下台阶初期支护→监控量测。4.2.1上台阶开挖上台阶开挖高度根据隧道断面大小和围岩性质确定，一般为3-5m。采用光面爆破或预裂爆破技术，确保开挖轮廓平整。上台阶开挖后，及时进行初期支护，包括喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢拱架等。钢拱架应与上台阶开挖轮廓紧密贴合，间距根据围岩级别确定，一般为0.8-1.2m。4.2.2下台阶开挖下台阶开挖在距离上台阶开挖面一定距离后进行，一般滞后上台阶5-10m。下台阶开挖采用左右分部开挖或全断面开挖，根据围岩状况和施工设备确定。左右分部开挖时，应注意保持两侧开挖面的平衡，避免产生偏压。下台阶开挖后，及时进行初期支护，与上台阶初期支护形成整体。4.3CRD法开挖适用于Ⅴ级围岩偏压地段、断层破碎带地段、岩层接触带及其他破碎地带。CRD法将隧道断面分为左右上下四个部分，分步开挖，及时支护，形成封闭的支护体系。其施工工艺流程如下：4.3.1施工工序利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁Ф42小导管及导坑侧壁Ф22水平锚杆超前支护。机械开挖①部，人工配合整修。必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面。施作①部导坑周围的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，架立型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆，安设I18横撑。安装径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。在滞后于①部一段距离后，机械开挖②部，喷混凝土封闭掌子面，导坑周围部分初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，接长型钢钢架和I18临时钢架，安装锁脚锚杆，安设I18横撑，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。在滞后于②部一段距离后，机械开挖③部，喷混凝土封闭掌子面，导坑周围部分初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，接长型钢钢架和I18临时钢架，安装锁脚锚杆，安设I18横撑，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。在滞后于③部一段距离后，机械开挖④部，喷混凝土封闭掌子面，导坑周围部分初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，接长型钢钢架和I18临时钢架，安装锁脚锚杆，安设I18横撑，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。根据监控量测成果分析，待初期支护收敛后，拆除I18临时钢架及上部临时横撑。运用仰拱栈桥灌筑部边墙基础与仰拱混凝土。灌筑仰拱填充部至设计高度。运用衬砌模板台车一次性灌注部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。5.中线控制测量5.1中线测设隧道开挖前，根据设计图纸和洞内控制测量成果，在掌子面上精确测设隧道中线。中线点应采用红油漆标记，并标出开挖轮廓线。每次爆破后，应对掌子面进行清理，重新测设中线和开挖轮廓线。中线点的测设误差应小于5cm，确保开挖方向正确。在隧道施工过程中，应定期对中线进行复测，一般每50m复测一次。当发现中线偏差超过允许范围时，应及时调整开挖方向和支护参数。5.2高程控制测量隧道高程控制测量采用水准测量方法，根据洞内水准点进行。水准点应布设在隧道底部或两侧墙壁上，便于观测和保护。每次开挖后，应在掌子面上测设高程点，作为下一循环开挖的高程控制依据。高程点的测设误差应小于10mm。定期对洞内水准点进行复测，确保高程控制的准确性。当隧道长度超过1000m时，应与洞外水准点进行联测。5.3开挖断面测量每循环开挖后，采用隧道开挖断面量测系统对开挖断面进行测量。测量数据应及时处理，绘制开挖断面图，并与设计断面进行比较，计算超挖和欠挖量。对于超挖部分，应根据设计要求进行回填处理。对于欠挖部分，应进行补爆或人工凿除，确保开挖断面符合设计要求。根据开挖断面测量成果，及时调整爆破参数，优化钻爆设计，减少超挖和欠挖。6.钻爆设计6.1爆破参数设计根据围岩级别、岩石性质和开挖断面大小，设计合理的爆破参数。主要包括：炮眼布置、装药量、起爆顺序、爆破段数等。6.1.1炮眼布置周边眼：沿开挖轮廓线布置，间距50-60cm，眼深3-5m。采用不耦合装药结构，线装药密度0.04-0.4kg/m。掏槽眼：位于开挖断面中心或靠近中心位置，采用楔形掏槽或直眼掏槽。掏槽眼深度比其他炮眼深20-30cm，以保证掏槽效果。辅助眼：位于掏槽眼和周边眼之间，间距80-100cm，眼深3-5m。装药量根据岩石性质和炮眼位置确定。6.1.2装药量计算根据岩石性质和开挖断面大小，计算各炮眼的装药量。周边眼装药量应严格控制，避免超挖和对围岩的过度扰动。掏槽眼和辅助眼装药量应根据岩石强度和炮眼深度确定，确保爆破效果。6.1.3起爆顺序采用毫秒雷管分段起爆，周边眼最后起爆。起爆顺序应根据炮眼布置和爆破参数确定，以保证开挖轮廓平整，减少振动和飞石。6.2钻孔作业钻眼前，钻工要熟悉炮眼布置图，严格按钻爆设计实施。尤其是周边眼和掏槽眼的位置、间距及数量，未经主管工程师同意不得随意改动。定人定位，周边眼、掏槽眼由经验丰富的司钻工司钻。精确定位凿岩机钻杆，使钻孔位置误差小于5cm，保持钻孔方向平行，严禁互相交错。周边眼钻孔外插角度控制：眼深3m时外插角＜3°，眼深5m时外插角＜2°，使两茬炮接口处台阶小于15cm。同类炮眼钻孔深度要达到钻爆设计要求，眼底保持在一个铅垂面上。6.3装药起爆装药前，应清理炮眼内的岩粉和积水，确保装药质量。周边眼采用φ25×200小药卷，不耦合装药；其他炮眼用φ32×200药卷，连续装药。采用导爆索起爆系统起爆。装药按钻爆设计图确定的装药量定人、定位、定段别，确保起爆顺序正确。爆破前，所有人员应撤至安全距离外。独头巷道安全距离不少于200m；相邻的上下坑道内不少于100m；相邻的平行坑道，横通道及横洞间不少于50m。7.质量控制措施7.1开挖质量控制严格控制开挖中线和高程，确保开挖方向正确，断面尺寸符合设计要求。采用光面爆破或预裂爆破技术，减少超挖和欠挖。Ⅰ级围岩拱部平均线性超挖小于10cm，最大超挖小于20cm；Ⅱ～Ⅳ级围岩拱部平均线性超挖小于15cm，最大超挖小于25cm；Ⅴ级围岩拱部平均线性超挖小于10cm，最大超挖小于15cm；边墙平均线性超挖小于10cm；拱脚和底脚以上1m范围严禁欠挖。爆破后，及时对开挖断面进行检查和测量，对超挖和欠挖部分进行处理。7.2支护质量控制初期支护应紧跟开挖作业，确保围岩稳定和施工安全。喷射混凝土应采用湿喷工艺，厚度均匀，表面平整。锚杆安装应牢固，长度和间距符合设计要求。钢筋网应铺设平整，与锚杆连接牢固。钢拱架安装位置准确，与围岩紧密贴合，锁脚锚杆应按设计要求施工。二次衬砌应在初期支护变形稳定后进行。混凝土应采用自动计量拌和站拌制，搅拌式混凝土运输车运输，混凝土输送泵灌注，插入式振动棒和附着式振动器振捣，确保混凝土内实外美。防水层施工应符合设计要求，防水板之间采用热熔焊接，搭接宽度不小于10cm，焊缝应严密，无渗漏。7.3测量质量控制测量仪器应定期进行检定和校准，确保测量精度。测量人员应持证上岗，熟悉测量规范和操作规程。测量数据应及时记录、整理和复核，确保数据准确可靠。测量成果应及时反馈给施工人员，作为施工调整的依据。定期对隧道中线和高程进行复测，发现偏差及时调整，确保隧道贯通精度符合设计要求。8.安全控制措施8.1施工安全管理建立健全安全生产责任制，明确各岗位的安全职责。加强安全教育培训，提高施工人员的安全意识和操作技能。制定安全生产管理制度和操作规程，严格执行安全技术交底制度。加强施工现场安全检查，及时消除安全隐患。配备必要的安全防护设施和消防器材，确保施工安全。在隧道内设置明显的安全警示标志，严禁非施工人员进入。8.2爆破安全控制爆破作业必须由持证爆破工操作，严格遵守爆破安全操作规程。爆破器材的管理、运输、储存和使用应符合国家有关规定。爆破前，应清理爆破区域内的人员和设备，设置警戒标志，确保安全距离。爆破后，应等待足够的时间，经检查确认安全后，方可进入爆破区域。加强爆破振动监测，控制爆破振动速度在允许范围内，避免对周边建筑物和围岩的破坏。8.3围岩稳定性监测制定详细的监控量测计划，设专职量测组，负责日常的测点埋设、监控量测、数据处理分析和仪器保养等工作。监控量测项目包括：洞内外观察、周边位移、拱顶下沉、净空变化等。根据监控量测成果，及时分析围岩稳定性和支护结构受力情况，调整支护参数和施工方案。当发现围岩变形异常时，应立即采取措施，确保施工安全。监控量测数据应及时整理、分析和反馈，为施工决策提供依据。监控量测成果应作为隧道工程验收的重要依据之一。9.施工机械设备配置9.1开挖机械设备根据隧道开挖方法和施工进度要求，配置合适的开挖机械设备。主要包括：挖掘机、装载机、自卸汽车、凿岩机、锚杆机等。9.2支护机械设备支护机械设备主要包括：喷射混凝土机、注浆机、钢筋切断机、钢筋弯曲机、电焊机等。9.3测量机械设备测量机械设备主要包括：全站仪、水准仪、激光铅直仪、隧道开挖断面量测系统等。10.劳动力配置根据隧道施工进度计划和工程量，合理配置劳动力。主要包括：管理人员、技术人员、测量人员、钻爆工、支护工、出碴工、机械操