隧道施工方案、方法说明 17页

隧道施工方案、方法说明1隧道总体概述本合同段隧道共两座：南石壁隧道、坪山隧道。下面主要以南石壁隧道为主进行介绍：1.1工程概况：南石壁隧道位于上高县南港镇南港水库与新余市分宜县洞村乡苍上村之间，设计为分离式隧道，里程为ZK172+136～ZK173+060（YK172+136～YK173+100）处，全长924m（964m），最大埋深110米。隧道走向N-S。隧道左幅位于交点号ZJD7左偏圆曲线上，曲线半径R=2100m，右幅位于交点号YJD7的左偏圆曲线上，曲线半径R=2025m。隧道，纵面线型：左线2.096%；右线2.211%的单向坡。断面净宽8.12+0.32+0.56=9m，净高5.7+1.113=6.813m。设计围岩级别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，其分布情况见表6-1表1南石壁隧道、坪山隧道围岩及衬砌型式隧道名称进出口桩号围岩级别ⅡⅢⅣⅤ明洞南石壁隧道（长左、右）ZK172+136~ZK173+060468418929YK172+136~K173+1005023984420坪山隧道（长左、右）ZK173+388~ZK174+1001552924803847YK173+398~YK174+1401502972014846隧道衬砌采用曲墙式复合衬砌。隧道进、出口采用台阶式洞门和削竹式洞门，边仰坡开挖采取锚、喷、网支护加固措施。洞门仰坡永久防护采用人字骨架护坡种草。南石壁隧道构造上位于蒙山复背斜的南翼，地层单斜向南西倾，产状2150∠260左右。同时位于区域性构造—萍乡-新建大断裂的断裂带内。该断裂带在本隧道内有两条平行的逆冲断层，倾向1900左右，倾角500-600，地形上形成长达数百米、高数十米的陡崖（断层坎），大致与隧道相交于 K172+290及K172+350处。隧道岩层除进口段被岩层覆盖，基岩出露较好外，其余地段表层多为残坡积层覆盖，基岩零星出露，为石炭系上统船山组及二叠系下统栖霞组地层。隧道的不良地质条件主要表现为岩溶和裂隙发育。围岩级别见表2、3表2隧道围岩级别分段一览表（左洞）里程桩号围岩级别长度（m）工程地质条件水文地质Z172+136～ZK172+160Ⅳ24洞口浅埋段为厚层状灰岩，弱风化，节理裂隙发育，浅层溶蚀较强烈。渗水，雨季顺裂隙小规模涌水Z172+160～ZK172+204Ⅲ44围岩为厚层状灰岩，节理、裂隙发育，充填方解石脉，局部有溶蚀现象。渗水，雨季顺裂隙小规模涌水Z172+204～ZK172+270Ⅳ66围岩为厚层状灰岩，发育一逆断层；岩溶、裂隙发育，岩体破碎。渗水，雨季顺宽大裂隙涌水Z172+270～ZK172+320Ⅲ50围岩为厚层状灰岩，节理、裂隙发育，一般充填方解石脉。渗水Z172+320～ZK172+336Ⅳ16围岩为厚层状灰岩，发育一小规模逆冲断层，岩体受挤压较为破碎。渗水，雨季顺宽大裂隙涌水Z172+336～ZK172+436Ⅲ100围岩为厚层状灰岩，受本区区域性断裂影响节理裂隙发育，充填方解石脉。无水或轻微渗水 Z172+436～ZK172+588Ⅳ152围岩为灰岩与钙质页岩互层，局部含碳质灰岩及煤线，另受本区区域性断裂影响岩体较为破碎。无水或轻微渗水Z172+588～ZK172+862Ⅲ274围岩为中-厚层状灰岩，局部夹页岩，节理裂隙发育，方解石脉充填成网状。无水或轻微渗水Z172+862～ZK173+022Ⅳ160围岩为钙质页岩、碳质灰岩，推测为岩溶、裂隙发育区，局部发育小规模溶洞。渗水，雨季顺宽大裂隙或融蚀裂隙小规模涌水Z173+022～ZK173+060Ⅴ38围岩为残、坡积碎石土，松散稍密，碎石成分主要为灰岩、页岩，亚粘土充填。表3隧道围岩级别分段一览表（右洞）里程桩号围岩级别长度（m）工程地质条件水文地质Y172+140～YK172+160Ⅳ20洞口浅埋段为厚层状灰岩，强、弱风化，节理裂隙发育，浅层溶蚀较强烈。渗水，雨季顺裂隙小规模涌水Y172+160～YK172+202Ⅲ42围岩为厚层状灰岩，节理、裂隙发育，充填方解石脉，局部有溶蚀现象。渗水，雨季顺裂隙小规模涌水Y172+202～YK172+268Ⅳ66围岩为厚层状灰岩，发育一逆冲断层；岩溶、裂隙发育，岩体破碎。渗水，雨季顺宽大裂隙涌水 Y172+268～YK172+318Ⅲ50围岩为厚层状灰岩，节理、裂隙发育，一般充填方解石脉。渗水Y172+318～YK172+334Ⅳ16围岩为厚层状灰岩，发育一小规模逆冲断层，岩体受挤压较为破碎。渗水，雨季顺宽大裂隙涌水Y172+334～YK172+442Ⅲ108围岩为厚层状灰岩，受本区区域性断裂影响节理裂隙发育，充填方解石脉。无水或轻微渗水Y172+442～YK172+592Ⅳ150围岩为灰岩与钙质页岩互层，局部含碳质灰岩及煤线，另受本区区域性断裂影响岩体较为破碎。无水或轻微渗水Y172+592～YK172+894Ⅲ302围岩为中-厚层状灰岩，局部夹页岩，节理裂隙发育，方解石脉充填成网状。无水或轻微渗水Y172+894～YK173+036Ⅳ142围岩为钙质页岩、碳质灰岩，推测为岩溶、裂隙发育区，局部发育小规模溶洞。渗水，雨季顺宽大裂隙或融蚀裂隙小规模涌水Y173+036～YK172+100Ⅴ64围岩为残、坡积碎石土，松散稍密，碎石成分主要为灰岩、页岩，亚粘土充填。隧道除明洞外，均采用复合式衬砌结构，衬砌断面采用三心圆内轮廓。隧道明洞按明挖施工，暗洞均按新奥法原理进行设计及施工。2隧道工程总体施工方案①方案一（主体方案）：利用既有上高至新余的省级公路在南港镇员山经村道将施工便道引到南石壁隧道进口、出口和坪山隧道出口处，单洞单向掘进，进口从左洞开始掘进，出口从右洞开始掘进。洞身贯通剩余200m时，开始进口右洞和出口左洞的洞口开挖和支护。明洞衬砌完成后及时进行回填，并进行洞门修筑。 ②方案二（备用方案）：施工过程中遇到较差的地质情况，正常掘进速度已经无法满足计划工期要求时，立即进行进口右洞洞口和出口左洞口的开挖支护，改为双洞双向掘进。③进口设计为Ⅳ级围岩，完成开挖和边仰坡支护后，可以直接进行洞身掘进，上拱部采用超前锚杆作为辅助措施；出口设计为Ⅴ级围岩，为保证进洞的安全，上拱部采用超前大管棚的辅助措施。④Ⅴ级围岩地段采用超短台阶（上台阶超前长度不超过5m），上台阶采用环形预留核心土开挖法施工，环形开挖长度1～1.5m，开挖周边宽度1.5～2.5m，下半断面拉中槽、马口开挖逐步成型；Ⅳ级地段采取中长台阶法分步开挖，上台阶长度超前不宜超过40m，下半断面围岩情况较差时可以考虑拉中槽、马口开挖逐步成型；Ⅲ级围岩地段采用长台阶法或全断面法施工，根据开挖的围岩具体情况确定，以全断面开挖为主导方案；Ⅱ级围岩采用全断面法施工。施工中，对于洞口段和除采用锚网喷初期支护外，辅以小导管超前小导管注浆（超前锚杆）及格栅钢架（型钢）支护。初期支护采用锚、网、喷联合支护。隧道支护参数见“表4隧道围岩支护参数”表4隧道围岩支护参数　衬砌类型初期支护超前支护锚杆喷射砼钢筋网钢拱架明洞S0--------――――ⅡS2局部锚杆￠22单根长2.5m1.4×1.4m6cmC20砼局部单层￠６＠25×25cm――――ⅢS3锚杆￠22，单根长2.5m1.2×1.2m10cmC20砼单层￠６＠25×25cm――――ⅣS4-1砂浆锚杆，单根长3.0m0.75×1.0m20cmC20砼单层￠８＠20×20cm钢格栅　纵距0.75３.５ｍ单层￠42超前 ｍ锚杆(导管注浆)，纵向间距2m(1.5m),环距４０ｃｍS4砂浆锚杆，单根长3.0m1.0×1.0m20cmC20砼单层￠８＠25×25cm钢格栅　纵距1.0ｍ3.5ｍ单层￠22超前锚杆(￠42导管注浆)，纵距2m(1.5m),环距４０ｃｍⅤS5-1中空注浆锚杆￠25，单根长3.0m0.5×1.0m25cmC20砼双层￠８＠20×20cmＩ１8工字钢　纵距０.5ｍ3.5ｍ单层￠42×3.5cm超前导管(￠108x6cm管棚)，环距40cmS5中空注浆锚杆￠25，单根长3.0m0.75×1.0m25cmC20砼双层￠８＠20×20cmＩ１8工字钢　纵距０.７5ｍ3.5ｍ单层￠42×3.5cm超前导管(￠108x6cm管棚)，环距40cm⑤出口段分别设置￠108X6MM大管棚；进、出口段采用水平钻机、地质雷达、超前平行导洞实施超前地质预报。⑥Ⅴ级围岩段采用风镐和人工、长臂挖掘机辅以小爆破开挖，围岩强度和整体性允许的地段，采用风动凿岩机钻孔开挖，光面爆破；Ⅱ、Ⅲ级围岩段采用自制钻孔台车辅以风动凿岩机钻孔开挖；出碴采用挖掘机、侧卸式装载机配合运输汽车无轨方式出碴；初期支护的喷混凝土采用湿喷机；防水层施工采用移动支架或作业台架、无钉铺设双焊缝工艺；仰拱混凝土浇筑采用无干扰仰拱作业平台；二次衬砌采用12m长的液压衬砌台车，搅拌输送车运送混凝土，HBT60型输送泵泵送灌筑工艺。正洞各类围岩施工方案如下：2.1Ⅴ级围岩段 设计上采用超前支护（Ф42热扎小导管）、网（Φ8网20*20cm）、锚（Ф22砂浆锚杆）、喷（25cm厚C20）、架（I18型钢支架）组成柔性初期支护。施工过程中严格遵循“管超前、严注浆、强支护、勤量测、早封闭”的原则进行施工。正洞开挖前，先根据设计施作长管棚注浆超前预支护，然后进行正洞开挖。根据地质情况，Ⅴ级围岩采用超短台阶、环形留核心土开挖方法，具体详见“图6-1分离式隧道Ⅴ级围岩开挖方案”。开挖完成后，先初喷4cm厚混凝土封闭围岩，及时沿径向打入系统锚杆，铺设钢筋网，架立格栅（型钢）钢架支撑，然后喷射C20砼直至设计厚度且表面圆顺；二次衬砌前仰拱及C15片石砼回填层先行，防止基底及初期支护拱脚软化，二次衬砌采用整体式衬砌台车配合混凝土输送泵施工。Ⅴ级围岩地段，施工时坚持“短进尺、弱爆破”的原则进行施工，开挖进尺宜控制在2.0m～2.5m/循环，进洞段根据围岩的实际情况，可以控制在1m左右。施工时尽量采取人工辅以小型机具（风镐等）配合长臂挖掘机直接进行开挖，若必须采用爆破开挖时，在征得监理工程师批准后采取微振控制爆破技术，严格控制爆破规模，把对周边围岩的扰动减小到最低限度（见分离式隧道Ⅴ级围岩开挖方案图）。施工时，根据隧道围岩断面和机具配备情况，综合分析施工中各道工序先后顺序及所需时间，绘制掘进循环图表以指导施工。初步计划循环进尺见“表5Ⅴ级围岩地段分步开挖掘进循环图表”。表5Ⅴ级围岩地段分步开挖掘进循环图表序号作业项目循环时间（h）48121620242832364044481拱部超前支护4．52上弧导开挖支护18 3核心土开挖74左边墙开挖支护85右边墙开挖支护8合计45注：1、开挖下边墙的的同时，可以穿插进行拱部超前支护的施工。2、仰拱开挖、支护、浇筑及回填混凝土，二次衬砌施工，在掘进完成50m后，同开挖掘进同步作业，不占掘进直线工期。3、根据监控量测方案随时做好拱顶下沉和两侧收敛观测，必要时仰拱、衬砌紧跟。遇到紧急情况可以施做临时仰拱，使支护封闭成环。表6Ⅴ级围岩地段上弧导开挖掘进循环图表序号作业项目循环时间（h）246810121416182022241测量放样12拱部超前支护3.53上弧导人工、机械开挖6 4辅助松动爆破1.55通风排烟0.56排除危石0.57出碴48初喷砼19打锚杆、挂网2.510架立钢架1.511复喷砼312下个循环合计182.2Ⅳ级围岩段Ⅳ级围岩地段开挖前，按设计要求施作小导管或超前锚杆注浆支护。Ⅳ级围岩开挖采取短台阶法进行施工，上台阶采用简易钻架、凿岩机钻眼，非电毫秒微差光面爆破开挖，下台阶采用简易钻架人工凿岩机钻眼，光面爆破开挖，无轨运输出碴。仰拱采取半边开挖，和掌子面的距离控制在40～50m，一次开挖的长度控制在8～10m，及时施做初期支护。开挖进尺宜控制在1.5m～2.5m/循环，进洞段根据围岩的实际情况，可以控制在0.8m～1m以内。开挖后及时进行系统锚杆、格栅支架及喷砼支护，人工清底，二衬前立模浇筑仰拱及回填层。初步计划循环进尺见“表7Ⅳ级围岩地段分步开挖掘进循环图表”。表7Ⅳ级围岩地段分步开挖掘进循环图表作业项目循环24681012141618202224 序号时间（h）1测量放线12拱部超前支护1.53上台阶钻孔24下台阶钻孔15上下台阶爆破16上下台阶排烟0.57上下台阶排除危石、平整道路0.58上下台阶初喷砼19上台阶出渣2.510上台阶锚杆挂网211上台阶架立钢架112上台阶复喷砼2.513下台阶出渣、支护7.514进入下个循环合计24 注：1、开挖下边墙的的同时，可以穿插进行拱部超前支护的施工。2、仰拱开挖、支护、浇筑及回填混凝土，二次衬砌施工，在掘进完成50m后，同开挖掘进同步作业，不占掘进直线工期。爆破设计见图“隧道Ⅳ级围岩台阶开挖爆破图”。2.3Ⅱ、Ⅲ级围岩段Ⅲ级围岩地段局部采用Ф22砂浆锚杆(长2.5m)及8cm厚C20喷射混凝土。Ⅲ级围岩地段全断面一次开挖成型，采用自制钻孔台车并辅以YT28风动凿岩机钻眼，光面爆破采用非电塑料导爆管起爆系统，毫秒微差有序起爆。开挖进尺宜控制在3.5m/循环，进洞段根据围岩的实际情况，出碴无轨运输。初步计划循环进尺见“表8Ⅱ、Ⅲ级围岩地段分步开挖掘进循环图表”。表8Ⅱ、Ⅲ级围岩地段分步开挖掘进循环图表序号作业项目循环时间（h）123456789101112141测量放线12钻孔33装药爆破14通风排烟0.55排除危石0.56局部打锚杆、挂网0.57出渣4 8喷砼2．59进入下个循环合计16注：1、开挖下边墙的的同时，可以穿插进行拱部超前支护的施工。2、仰拱开挖、支护、浇筑及回填混凝土，二次衬砌施工，在掘进完成50m后，同开挖掘进同步作业，不占掘进直线工期。爆破设计详见“隧道Ⅲ级围岩全断面开挖爆破图”。2.4劳动力组织劳动力组织见下表9劳动力组合表表9一个洞口劳动力组合表序号班组名称总人数主要工种及人员数工序1队长1全面管理2副队长1现场全面施工组织3技术负责人1隧道施工全面技术指导4掘进班30钻机司机18人，辅助6人，爆破工6人钻孔、装药爆破、安装锚杆5运输班12司机10人，修理工2人出碴6喷锚班20喷射手4人，混凝土工6人，钢筋工 4人，注浆5人，其他6人喷射砼、安装钢架、挂钢筋网7砼衬砌班39砼工6人，木工4人，钢筋工8人，台车操作6人，其他9人立模、衬砌砼8仰拱铺底班30平台操作4人，木工8人，混凝土工6人，钢筋工4人，其他6人，爆破工2人。清底、仰拱铺底，小边墙、水沟电缆沟等施工9通风班3通风管道安装维修10电工班3电线安装、跟班值日11养护保证组8供风、供水管接长、道路养护、洞内排水12测量量测组4技术员1，测量工3。中线水平测量及监控合计1523隧道工程施工方法3.1洞口段施工方法⑴洞口段土石方洞口段施工前做好洞顶截、排水系统，按照设计位置准确测放边、仰坡眉线，并洒白灰线。路堑开挖采用挖掘机自上而下逐层开挖，石质地段采用人工凿岩机钻爆开挖。施工工艺流程见附表8-8。施工时随开挖随清理坡面浮土、危石，按设计进行喷锚或砌石防护，坡面防护严格按设计要求施工规范进行施工，做到表面平整，线条顺畅美观，与自然景观相协调。⑵进洞方案根据设计图纸，隧道进口埋深浅，设计洞口段采用Φ108大管棚超前注浆预支护。在洞口开挖及边、仰坡防护均完成之后施做超前大管棚。洞口开挖至设计洞底标高后，先在洞口掌子面喷7～10cm厚砼（设计无），然后按图纸施做片石砼护拱拱脚，立摸浇筑砼护拱，套拱内埋设18# 工字钢拱架，在钢拱架焊接孔口管，环向间距40cm，根据以往施工的经验，管棚的前端由于自重易产生“栽头”的现象，其倾角基本平行与线路纵坡并向上预留10～20的倾角。沿孔口管施作长管棚超前注浆支护，管棚采用两台钻机将钻杆穿过导向管进行钻孔并一次性顶进管节，方向基本平行于线路中线，管棚尾部与导向钢管焊接牢固。管棚施工时先打有孔钢花管，注浆完成后再打无孔钢管，无孔钢管作为检查管，检查注浆质量。注浆采用分段注浆，从下到上，先边墙后拱部，注浆前要进行注浆现场试验，按试验来确定合适的注浆参数，以利施工并取得良好的支护效果。⑶明洞工程为确保安全，明洞施工采取在正洞进洞20m左右，洞口稳定后进行明洞施工。明洞拱圈由内向外施作，施工时注意作好明、暗洞的衔接工作。明洞完成后即可施作洞门墙，并按设计要求进行防水层施工。3.2洞身开挖⑴光面爆破设计①钻爆设计：钻爆设计根据经验及工程类比进行，施工中通过观察石质情况并通过试炮修正确定。②参数选择：表10周边眼参数表围岩类别装药不偶合系数δ周边眼间距E（cm）周边眼最小抵抗线W（cm）相对距E/W周边眼装药集中度（kg/m)硬岩1.25～1.5055～7070～850.80～1.000.30～0.35中硬岩1.50～2.0045～6060～750.80～1.000.20～0.30软岩2.00～2.5030～5040～600.50～0.800.07～0.15③周边炮眼装药结构：周边炮眼采用φ25mm 小药卷间隔装药，导爆索连接，导爆索用竹片和电工胶布与炸药卷绑在一起。⑵施工要求如下：①放样布眼：在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线，标出炮眼位置，误差不超过5厘米。②定位钻孔：钻眼按设计指定的位置进行。钻眼时掘进眼保持与隧道轴线平行，除底眼外，其它炮眼口比眼底低5厘米，以便钻孔时的岩粉自然流出，周边眼外插角控制在2度到3度以内。③清孔装药：按雷管段别，按爆破设计顺序装药，装药作业分组分片进行，定人定位，确保装药作业有序进行，防止雷管段别混乱，影响爆破效果。每眼装好药后用炮泥堵塞。④网络连接：起爆网采用复式网络，联接时每组控制在12根以内；联接雷管使用相同的段别，且使用低段别的雷管。⑤调整控制：开挖过程中经常观察石质的变化情况及爆破效果，及时调整钻爆设计。严格控制周边眼的装药量，减少对围岩的扰动，控制超欠挖。⑥排水：控制隧底超欠挖，保证底面平整。保持临时排水系统畅通不积水，防止浸泡围岩。3.3出碴运输隧道出碴采用无轨运输。上台阶由人工配小车出碴至下台阶，下台阶用反铲挖掘机扒碴，装载机装碴,自卸车运输出碴至洞外指定弃碴场。3.4洞内风、水、管、线布置⑴洞内风、水、管、线布置如下图： 本隧道采用独头管道压入式通风施工方案，隧道内通风、供水、供电及高压供风设计情况详见临时工程部分。洞内风、水、管、线布置如上图所示，施工时根据洞外压风机站及变电站的位置再做适当调整。⑵隧道通风防尘隧道降尘净毒是隧道施工期间重要一环，做的好坏，直接关系到施工进度施工人员人身健康，因此必须高度重视，认真搞好。采用湿式凿岩、水幕降尘和个人防护相结合的办法防尘。水幕降尘就是在距掌子面30m处两侧边墙上各设一台水幕降尘器，放炮前人员撤离的同时打开阀门，放炮后半小时关闭。水幕降尘器打开后，高压水在高压风的作用下，雾化程度高，射程远，水雾将隧道面封闭，充分降尘。 大庆至广州高速公路江西武宁（鄂赣界）至吉安段第C1合同段K171+850.00～K175+000隧道开挖钻爆设计方案编制：审批：中铁十四局集团武吉项目经理部2006年6月14日