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第7章 洞身开挖(1)

4.1一般规定

在满足本指南第一章“总则”中1.3节“基本要求”的前提下,应做好以下工作:

4.1.1施工单位应严格依据设计文件要求和施工组织设计、作业指导书施工,按选定的工法和工艺要求实施开挖;监理机构要适时监督检查落实,严禁随意改变工法,对因此造成的一切后果,建设单位将追究相关责任人、责任单位的责任,并项目通报,如改变需经设计和建设单位批准后实施。

4.1.2洞身开挖应根据覆盖层厚度、隧道长度、断面大小、结构形式、工期要求、机械设备、地质条件、周围环境的需要、综合经济效益等因素而确定。选择适宜的开挖方案(包括开挖顺序、爆破、施工照明、通风、排水、支护、出渣等)。为了最大限度地利用围岩自承能力,必须采用有利于减少超挖、减少围岩扰动的开挖方法进行洞身开挖。

4.1.3开挖作业应符合下列规定:

1.确定合理的开挖步骤和循环进尺,保持各开挖工序相互衔接,均衡施工。

2.开挖断面尺寸应满足设计要求,应采用有效的测量手段控制开挖轮廓线;边沟、电缆沟及边墙基础应同时开挖;所有开挖应按图纸标明的开挖线并加入预留沉降量后的尺寸进行施工;开挖质量应符合设计及规范要求,严禁二次爆破开挖,在开挖过程中,施工单位应随时测定隧道轴线位置和高程。

3.开挖后应做好地质构造的核对,及时做好监控量测工作,地质变化处和重要地段,应有相应照片或文字描述记载。

4.施工过程中应把监控量测、地质预报纳入工序中,开挖前应按设计要求进行超前地质预报,开挖后应按设计要求的量测项目及频率进行围岩量测,及时反馈量测信息,做好施工方法的调整以指导施工。

5.隧道开挖断面应以二次衬砌设计轮廓线为基准,考虑预留变形量、测量贯通误差和施工误差等因素适当放大。预留变形量应符合设计规定,或根据围岩级别、隧道宽度、埋置深度、施工方法和支护情况等条件,采用工程类比法确定。隧道周边围岩变形量与隧道跨度、施工方法、施工质量等多种因素有关,施工中应根据量测结果进行分析,及时调整下一阶段同级围岩的预留变形量,以防止围岩的实际变形量超过预留变形量造成初期支护侵入二次衬砌,或因预留变形量过大造成增大二次衬砌厚度或增加回填等现象。

6.开挖作业必须保证安全,不得危及初期支护、二次衬砌和设备的安全,并应保护好量测用的测点,宜减少对围岩的扰动。

7.开挖爆破作业应在上一循环喷射混凝土终凝不少于4h后进行。

4.1.4隧道爆破应采用光面爆破,必要时采用预裂爆破技术;施工中应优化钻爆设计,提高钻眼效率和爆破效果,降低工料消耗。对不宜爆破、挖掘机又难以挖动的软弱围岩以及黄土地段,鼓励采用铣挖机配合装载机进行隧道开挖施工。

4.1.5良好的通风系统、良好的调度系统、良好的高压风系统、良好的给排水系统、良好的供电系统是隧道快速施工的关键保障。

4.1.6隧道双向开挖的贯通位置应选择在郁级以上围岩地段。双向开挖距离25m时,两端施工应加强联系、统一指挥,并采取浅眼低药量,控制爆破震动;当两开挖面间的距离为15~30m时,应改为单向开挖,一端必须停止开挖并将人员机具撤走,并在安全距离处设立警告标志。对采用单向开挖的隧道,出洞前应反向开挖不少于30m且不小于洞口超前管棚长度,严禁在隧道洞口处贯通。

4.1.7双洞开挖时,应根据两洞的轴线间距、洞口里程距离、地质条件及其他自然条件,选择适当的开挖方法,确定好两洞开挖的时间差和距离差,并采取措施防止后行洞开挖对先行洞周壁产生不良影响。

4.1.8瓦斯地层隧道施工应符合现行《煤矿安全规程》的相关规定。

4.1.9施工单位应安排好施工过程的测量,以保证隧道按设计方向和坡度施工,使开挖断面符合图纸所示尺寸,尽量做到不欠挖和不超挖。洞内应每隔50m设置一个水准点。

4.1.10在施工过程中,施工单位应根据对开挖面的直接观察、围岩变形的量测结果,辅以超前地质预报,结合岩层构造、岩性及地下水情况,提出围岩分类的修改意见,并判定隧道围岩稳定性,提出相应的处理措施。

4.1.11隧道开挖过程中应按本指南第11.2条的规定设置逃生管道。

4.1.12爆破器材的运输、贮存、检验、再加工和销毁应符合《爆破安全规程》

(GB6722)的规定。进场的爆破器材应同时具备相关的检验合格证和技术指标及说明书,每批爆破器材在使用前应进行现场测试和检验。

4.1.13隧道的开挖应采取一切措施保护围岩的自承能力,主要采取光面爆破、预裂爆破或非爆破的机械辅助开挖方法。拱部宜采用光面爆破,侧壁宜采用预裂爆破,底板(仰拱)应预留光爆层进行光面爆破。光面爆破和预裂爆破参数应通过试验确定,并根据现场爆破效果不断进行调整。

4.2施工工序

开工前施工准备寅洞顶截水沟开挖、砌筑及洞口排水寅洞口土石方开挖及临时防护寅套拱、超前管棚等进洞辅助措施施工寅浅埋段开挖、初期支护及仰供施工寅浅埋段及洞口明洞模筑衬砌施工寅洞身开挖及排水寅洞身初期支护寅仰拱和铺底寅洞身防排水设施寅模筑二次衬砌寅洞内路面及附属工程。

4.3施工要点

4.3.1开挖原则

1.隧道掘进方式应根据隧道长度、断面大小、结构型式、工期要求和机械设备条件选定,长、中、短隧道可采用双向或单向掘进,特长隧道增加采用斜井、平行导洞掘进。

2.隧道多为黄土、亚砂土、角砾、风化砾岩(强、弱、微)等软弱围岩,围岩分级多为郁、吁、遇级,偶有芋级围岩。围岩具有遇渗透水极易软化、岩层暴露时间过长易风化、围岩自承能力差的特点,浅埋、偏压、破碎带、富水段施工容易发生初支沉降、挤压变形、突泥、涌水、地陷、坍塌和冒顶灾害。隧道开挖多采用钻爆法工艺,开挖方法应根据围岩的水文地质条件,选定短台阶法、环形弧导预留核心土法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)、双侧壁导坑法。连拱隧道中隔墙采用中导洞法。

3.钻爆法开挖应遵循“管超前、弱爆破、短进尺、少扰动、勤量测、早封闭、紧二衬”

的施工原则,注重开挖必须与支护、衬砌相协调,与超前地质预报和监控量测相配合,实现“动态施工、动态监测、动态设计”。

4.如需变更设计除应满足技术规范要求外,开挖还需满足以下原则(1)两车道洞口段土质和类土质含水量大、承载力低的围岩必须采用中隔壁法(CD法)或交叉中隔壁法(CRD法)施工。

(2)三车道浅埋段的吁、遇级围岩应按中隔壁法、交叉中隔壁法或双侧壁导坑法施工。

(3)浅埋大跨度隧道及地表下沉量要求严格而围岩条件很差时,应选用交叉中隔壁法或双侧壁导坑法施工。

(4)吁级围岩和浅埋段的郁级围岩每循环进尺控制在2榀钢拱架长度以内。

(5)采用弧形导坑预留核心土法施工的隧道要严格按该施工工序组织施工,尤其是要加强钢拱架的锁脚,减少下沉。对土质隧道,应以核心土为基础设立不少于2根临时钢架竖撑以支撑拱顶,核心土应根据围岩量测结果适当滞后开挖。

(6)采用上下台阶法施工的隧道,台阶分界线不得超过起拱线;上台阶长度不得过长,应尽量采用短台阶,以便及时成环封闭,上台阶长度不大于30m;下台阶马口落底长度不大于2榀钢拱架的长度,应一次落底,并尽快封闭成环。

4.3.2超欠挖控制

施工测量放线准确,严格控制周边眼线间距与装药量;选择合理的钻孔直径与装药药卷直径,满足爆破的不偶合系数;装药视围岩情况进行分段装药,并要用炮泥封堵炮眼;根据现场围岩情况,为控制超欠挖采取短进尺弱爆破等方法。

1.应严格控制欠挖,拱、墙脚以上1m内断面严禁欠挖。

2.应尽量减少超挖,不同围岩地质条件下的允许超挖值应符合规范要求。

3.应采用光面爆破,提高钻眼精度,严格控制单响药量,并提高作业人员的技术水平。

4.隧道开挖轮廓应按设计要求预留变形量,预留变形量大小宜根据监控量测信息进行调整。

5.开挖轮廓线应按设计要求预留变形量。

4.3.3超欠挖处理原则

1.对超挖地段的处理

(1)边墙脚至其上1m 范围内用与衬砌同级砼回填,边墙脚1m以上至起拱线之间的超挖采用衬砌同级砼一次灌注。

(2)其他部位采用衬砌同级砼或M10水泥砂浆砌片石回填,如若由塌方造成大面积超挖时,及时与监理沟通制订新的变更方案及处理措施。

(3)底板超挖部分按设计要求处理,并请示现场监理工程师后处理。

2.对欠挖地段的处理

(1)对较大超欠挖地段,可采取补炮处理,补炮原则上进行松动爆破,防止造成超挖情况。

(2)对个别突出点侵入二衬超限时,可用风镐等器具凿掉处理,使其表面尽量圆顺。

4.3.4钻爆设计

1.隧道掘进施工前,应进行专门钻爆设计。

2.石质隧道的爆破作业,应采用光面爆破。

3.光面爆破参数应通过试验确定。

4.周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置,保证开挖断面符合设计要求,硬岩开眼位置在开挖轮廓线上,软岩可向内偏5~10cm。

5.铺底和仰拱底面采用预留光爆层爆破,域、芋级围岩段的水沟应与隧底光爆层同时爆破成形。

6.对于小净距隧道、连拱隧道以及地表周围有建(构)筑物的浅埋隧道,在开挖过程中,应监测围岩爆破影响深度以及爆破震动对周围其他建(构)筑物的破坏程度,对周围其他建(构)筑物及新浇混凝土的震动速度应满足规范要求。

4.3.5钻爆作业

1.钻爆作业工艺流程

钻爆作业应按照钻爆设计进行。工艺流程为:爆破设计寅安放台架寅测量放线寅钻孔寅钻孔质量检查寅装药与堵塞寅连接起爆网络寅移出台架寅起爆寅通风寅爆破效果检验。

2.机械设备选型配套

(1)机械设备应本着“性能先进、配套合理、着重工效”的原则,按大断面(长)隧道机械化施工技术要求选型配套。一般要求:一是开挖能力大于施工组织要求能力;二是装渣能力大于开挖能力;三是运输能力大于装渣能力;四是设备配置的富余系数不宜过大(一般>;1.2),以避免造成部分设备能力的浪费。

(2)一般隧道大断面开挖可采用多层钻孔平台配12~18台风动凿岩机钻孔。对于长度大于5km或独头掘进超过2km的长大隧道应优先采用性能先进的多臂液压钻孔台车进行施工。使用液压钻孔台车要着手解决好以下几个问题:

淤制订合理的机械台班费用;

于多方面挖潜节流,降低使用成本;

盂做好维修保养工作,确保正常使用;

榆做好配件采购工作,确保及时供应;

虞提高操作人员的专业水平和素质,确保施工质量;愚台车钻爆工作一体化,提高工作效率。

(3)出渣运输设备的选型配套应保证机械设备充分发挥其功能,并应使出渣能力、运输能力与开挖能力相适应,宜配备大功率、大容量、性能先进的装运机械设备,加快施工进度。独头掘进2km以内的隧道一般采用无轨运输出渣;独头掘进超过2km,应根据通风方案、辅助坑道来确定出渣方式。

(4)掘进50m以上,隧道施工必须实施管道通风,通风方式及风机功率应满足本指南第11.3条的规定。

3.测量放样布眼

(1)钻眼前应定出开挖断面中线、水平线,用红油漆准确绘出开挖断面轮廓线,并标出炮眼位置(误差不超过5cm),经检查符合设计要求后方可钻眼。

(2)当开挖面凸凹较大时,应按实际情况调整炮眼深度,并相应调整装药量,除掏槽眼外的所有炮眼眼底宜在同一垂直面上。

4.钻眼

按照不同孔位,将钻工定点定位。钻工应熟悉炮眼布置图,能熟练地操作凿岩机械。特别是钻周边眼,一定要由有较丰富经验的老钻工司钻,有专人指挥,确保周边眼有准确的外插角,使两茬炮交界处台阶不大于15cm。同时,根据眼口位置和岩石的凹凸程度调整炮眼深度,保证炮眼底在同一平面上。

掏槽眼:眼口间距误差不大于3cm,眼底间距误差不得大于5cm。辅助眼:眼口排距、行距误差均不得大于10cm。周边眼位置在设计断面轮廓线上,允许沿轮廓线调整,其误差不得大于5cm。炮眼方向可以3%耀5%的斜率外插,眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm,最大不得超过15cm。内圈炮眼至周边眼的排距误差大于5cm,炮眼深度大于2.5m时,内圈炮眼与周边眼应采用相同的斜率钻眼。

采用风钻打眼,炮眼深度在3m以内时,两茬炮衔接处的台阶不得大于15cm;采用台车打眼,接茬处的台阶高度应按机型而定,但不得大于25cm。

外插角的误差,一般小于3m 时外插角的斜率宜为0.05;大于3m时外插角的斜率宜为0.05耀0.03;外插角的方向应与该点轮廓线的法线方向相一致。

所有装药的炮眼应采用炮泥堵塞,炮泥宜采用炮泥机制作的黏土炮泥,堵塞前应事先将炮泥制成比炮孔直径稍小一点的炮泥条备用,堵塞长度应通过计算确定,不得采用炸药的包装材料等代替炮泥堵塞。

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