洞室开挖施工工艺隧道工艺标准.doc
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1、3 洞室开挖施工工艺3.1 总则3.1.1 适用范围3.1.1.1 本标准适用于采用钻爆法施工的山岭交通隧道和城市交通隧道。3.1.1.2 本章节工作内容包括隧道洞身及行车、行人横洞以及辅助坑道的开挖。3.1.2 编制参考标准及规范3.1.2.1 公路工程技术标准(JTJ00197)。3.1.2.2 公路隧道勘测规程(JTJ06385)。3.1.2.3 公路隧道施工技术规范(JTJ04294)。3.1.2.4 公路工程施工安全技术规程(JTJ076-95)3.1.2.5 公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)。3.2 术语3.2.1 全断面法全断面法全称为“全断面一次开挖法”,
2、这是一种将隧道整个设计断面一次爆破成型的方法(见图3.5.2.1)。全断面法原则上适用于级围岩地段的公路隧道;必须具备大型施工机械;隧道长度或施工区段长度不宜太短,否则采用大型机械化施工的经济性差,根据经验,这个长度不宜小于1km。全断面法的优点是:工序少,相互干扰少,便于组织施工和管理;工作空间大,便于开展大型机械化施工;开挖一次成型,对围岩的扰动次数少,有利于围岩的稳定;施工进度快,这是钻爆法中施工进度最快的方法。3.2.2 台阶法它将隧道断面分成23个台阶分别进行开挖的方法(见图3.5.2.2)。台阶法是隧道掘进施工中适用性最广的方法,随着台阶长度的调整,它几乎可以用于所有的地层,因而是
3、在现场使用的主导方法。根据台阶的长度,它有长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种方式。3.2.3 环形开挖留核心土法又称为“台阶分部开挖法”。将断面分成为环形拱部(图3.5.2.2-1中的1、2、3)、上部核心土(4)、下部台阶(5)等三部分开挖。根据断面的大小,环形拱部又可分成几块交替开挖。这种方法适用于一般土质或易坍塌的级软弱围岩。3.2.4 单侧壁导坑法见图3.5.2.2-2。开挖时,将断面分成侧壁导坑(1)、上台阶(2)及下台阶(3),逐一进行。单侧壁导坑法通过形成闭合支护的侧导坑将隧道断面的跨度一分为二,有效地避免了大跨度开挖造成的不利影响,明显地提高了围岩的稳定性,这是它的主要优点。但
4、因为要施作侧壁导坑的内侧支护,随后又要拆除,因而会使工程造价增加。单侧壁导坑法适用于断面跨度大,地表沉陷难于控制的软弱松散围岩。3.2.5 双侧壁导坑法又称眼镜工法,见图3.5.2.2-3。这种方法一般是将断面分成四块,即左、右侧壁导坑(1) (2)、上部核心土(3)、下台阶(4)。在软弱围岩中,当隧道跨度更大(如三车道公路隧道等),或因环境要求,对地表沉陷需严格控制时,可考虑采用双侧壁导坑法。现场实测表明,双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的1/2。双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多一点,对围岩的扰动次数增加,且初期支护全断面闭合的时间延长,但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的,所以在施工
5、期间变形几乎不发展。该法施工安全,但进度慢,成本高。3.2.6 中隔墙法和交叉中隔墙法中隔墙法简称“CD”法,施工顺序见图3.5.2.4-1。交叉中隔墙法,简称“CRD”法,施工顺序见图3.5.2.4-2,具体步骤类似于CD法,唯一不同的是增加了横向的中隔墙,因而更进一步提高了隧道的稳定性。这两种方法的共同点是变大跨为小跨,从而有效地增加隧道的稳定性,避免洞壁坍塌。特别适用于软弱地层的施工,如膨胀土地层,对控制地表沉陷有很好的效果。3.3 施工准备3.3.1 技术准备3.3.1.1 进行隧道施工场地的布置,并绘制施工场地布置图,主要内容有:(1)弃渣场地位置和范围;(2)轨道运输的卸渣线、编组
6、线、牵出线和各种作业线的布置(有轨运输方式);(3)运输道路、场内道路和其他运输设施的位置;(4)大型机械设备的组装场地;(5)各种材料的存放场地及回收材料的堆放位置;(6)各种机械设备停放场地、加工场、仓库、工棚、宿舍、办公用房以及医疗等房屋的位置;(7)通风、供水、供电、通讯等设施的布置;(8)场内临时排水系统的位置。3.1.1.2 施工人员必须熟悉隧道的工程地质与水文地质状况。对设计图纸、资料等进行现场核对,并作补充调查,调查核对隧道所处的位置、地形、地貌、工程地质和水文地质、钻探图表、以及隧道位置和其他相关工程的情况。3.3.1.3 应结合项目的具体情况、工期要求、施工队伍、机械设备、
7、施工中的现场监控量测等因素,正确选定施工方案,制订施工顺序,编制实施性施工组织设计。3.3.1.4 应根据设计图纸,对施工方法、施工工艺、工序安排、劳力组织、机械设备、材料供应、场地布置、监控量测、进度安排、供水、排水、供电、通风、通信和装渣运输方案,以及采用有关安全、质量、技术措施等的规章制度,做出合理计划并提出组织措施和充分预计可能出现的问题和对策。3.3.1.5 将上述选定的施工方案、实施性施工组织设计,和必要的图表资料送监理工程师审批。3.3.1.6 根据批准的施工方案和实施性施工组织设计,合理安排工序进度,循环作业,并做好机具选型配套工作和材料的供应保障工作,使施工按预定的计划进行。
8、3.3.2 材料准备参见第46章。3.3.3 主要机具参见第46章。3.3.4 作业条件3.3.4.1 隧道施工场地已布置妥当。3.3.4.2 施工方案已经由监理工程师批准。3.3.4.3 弃碴场地已安排妥当。3.3.4.4 隧道轴线桩、平面控制三角网基点桩、以及标高控制的水准基桩已设置好,并进行了详细的测量,精确检查和核对。3.3.5 劳动力组织见下表3.3.5。 隧道洞身开挖施工劳动力组织 表3.3.5工 种人 数 工 作 地 点职 责 范 围施工队长1整个施工现场负责跟班组织施工管理工作、协助总 指挥工作等工 班 长2钻眼、爆破1人初期支护1人负责跟班组织施工,协调各工种交叉作业等技 术
9、 员1整个施工现场负责跟班解决施工中的技术问题、编写技术措施等安 全 员1 整个施工现场负责跟班检查安全措施、安全措施的执行情况及安全教育工作,对安全生产负责。质 量检查员1整个施工现场负责跟班检查工程质量,各工种交接及质量保证措施的执行情况 ,对工程质量负责测 量 工2隧道内与掌子面负责隧道掌子面炮眼布置、隧道中线、高程等控制测量钻眼机械操作工25隧道掌子面负责打炮眼、装药、联线爆破;找顶、打锚杆眼、装锚杆。支撑操作工8隧道掌子面负责隧道掌子面挂钢筋网、设置钢支撑。喷射混凝土操作工6隧道掌子面负责喷射混凝土的拌和、喷射等工作。空压机操作工2空压机房负责打眼和喷射混凝土时的压缩空气供应,空压机
10、的操作控制及保养维修铲车司机1隧道掌子面负责隧道弃碴装车。自卸卡车司 机6弃碴场地至隧道掌子面负责隧道弃碴运输。电 工2整个施工现场负责现场动力、照明、通讯等电器系统的维修保护混凝土试验工1现场、实验室负责喷射混凝土强度、水泥等材质的试验工作机 械 工1平台上、下机械维修保养材 料 员1材料仓库负责现场材料供应及管理杂 工2整个施工现场负责混凝土及支撑杆、钢筋、埋件的捆绑、吊运及现场清理等总 计63注: 此表为一个作业班施工配备人员,未计后勤、行政等人员。3.4 工艺设计和控制要求3.4.1 技术要求3.4.1.1 总体要求(1) 施工方法应采用新奥法,并根据施工中具体情况的变化,可及时改变施
11、工方法,但都必须报监理工程师批准。(2) 应根据批准的施工方案,以现代化施工技术,合理的安排工序,科学的组织隧道施工,以保证合格的施工质量和合理的进度。(3) 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,尽量做到不欠挖不超挖。(4) 洞内应每隔50m设置一个水准点。(5) 在施工过程中,应根据对开挖面的直接观察、围岩变形的测量结果,辅以地质超前预报,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,并判定坑道围岩的稳定性,提出相应的处理措施,报请监理工程师批准。(6) 图纸中示出或在施工中了解到隧道将通过煤层或煤系地层时,还应遵循煤矿安全规程(试行
12、)的有关规定。3.4.1.2 施工方法选择。选择隧道施工方法时,应考虑以下方面的因素:(1)工程地质和水文地质条件;(2)施工技术条件和机械装备状况;(3)工期的重要性;(4)工程投资; (5)对周围环境保护的要求。3.4.1.3 开挖要求(1)在开挖的进程中应考虑按有利于围岩稳定的施工方法进行。(2)为了最大限度的利用围岩自承能力,必须采用减少围岩扰动的方法进行洞身开挖。各类围岩的开挖方法参见公路隧道施工技术规范(JTJ042-94)第5.2节的有关规定。(3)洞身开挖断面尺寸应符合图纸要求,边沟、电缆沟及边墙基础也同时开挖,所有开挖应按图纸标明的开挖线进行施工,并一次挖够。在开挖过程中,应
13、随时测定隧道轴线位置和标高。预留洞室在施工前应与图纸进行核对,确保洞室的数量与位置正确。(4)严格控制断面的超、欠挖。(5)采用台阶法施工时,台阶不易分层过多,上下台阶之间的距离应能满足机具正常作业,并减少翻渣工作量;当顶部围岩破碎,施工支护需紧跟时,可适当延长台阶长度,减少施工干扰。(6)当两相对掘进工作面接近打通时,两端施工应加强联系,统一指挥。当两工作面距离剩下15m时,由监理工程师指定一施工单位单向掘进贯通。(7)浅埋隧道开挖时应严格控制地表沉陷,减小循环开挖进尺和防止塌方。为此,应根据具体情况,采取适当措施,如:1)施工中为减少对围岩扰动,宜采用单臂掘进机或风镐开挖,爆破开挖时应遵循
14、“短进尺、强支护、弱爆破、勤观测”的原则;2)应加强对拱脚的处理,安设拱脚锚杆;3)及时施作仰拱或临时仰拱;4)若初期支护变形过大,又不宜加固时,可对洞周23m范围内进行系统深孔岩石注浆;5)在级以下软弱破碎围岩或有涌水时,应采用预注浆。或从地表安设地层锚杆,或洞内环形固结注浆或采用管棚法加固地层;6)应加强地表下沉、拱顶下沉的量测及反馈以指导施工。3.4.1.4 隧道开挖掘进中出现异常现象时,可采取表3.4.1.4所列对应措施进行处理。 施工中的现象及其处理措施 表3.4.1.4施工中现象措施A措施B净空位移量增大,位移速度加快,围岩出现不稳定状态。1.缩短掘进长度2.向正面或隧底喷射混凝土
15、,以封闭支护。1.缩小开挖断面,改变施工方法。2.预支护围岩(打超前导管等)3.必要时设置钢支撑开挖面顶部出现掉块立即施喷混凝土和打锚杆1.加钢支撑2.预支护围岩3.改变施工方法开挖面出现涌水或涌水量增加1.加速混凝土硬化(增加速凝剂等)2.喷射混凝土前作好排水3.设置钢筋网,或将钢筋网格加密。1.加强排水措施(井点降水等)2.注浆止水3.改变施工方法地基承载力不足,下沉增大。或产生底鼓。1.加厚底脚处的喷射混凝土,增加支撑面积。2.尽快形成闭合支护1.缩短掘进长度2.预加固地层3.改变施工方法喷混凝土层出现明显裂缝、脱离甚至塌落开挖后尽快喷射混凝土,并适当加厚喷层,或封闭支护。1.挂钢筋网2
16、.打局部锚杆3.设置系统锚杆锚杆轴力增大,垫板松弛或锚杆断裂。1.增补锚杆(根数、直径、密度)2.改变锚杆型号或类型(如将砂浆锚杆改为中空锚杆)1.缩短掘进长度,尽快闭合支护。2.改变施工方法注:A指进行比较简单的改变就可解决问题的措施;B指包括需要改变支护方法等比较大的变动才能解决问题的措施。3.4.2 材料质量要求参见第46章。3.4.3 职业健康安全要求3.4.3.1 洞内空气中含氧量不得少于20%,并保证洞内施工人员每人有3m3/min的新鲜空气。如洞内采用内燃机械作业时,1km供风量不宜小于3m3/min。3.4.3.2 粉尘最高容许浓度1m3空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为
17、2mg。3.4.3.3 有害气体最高容许浓度为:一氧化碳最高容许浓度为30mg/m3。在特殊情况下,施工人员必须进入工作面时,浓度可为100mg/m3,但工作时间不超过30min;二氧化碳按体积计不得大于0.5%;氮氧化物(换算成NO2)为5mg/m3以下。3.4.3.4 洞内气温不得超过28;噪音不得大于90dB。3.4.3.5 工作人员应带防尘口罩,防止粉尘吸入体内。3.4.4 环境要求3.4.4.1 打炮眼时应采用湿式凿岩,用高压水冲洗孔眼使岩粉变成浆液流出。3.4.4.2 在主要作业(钻眼、装碴等)时间内,应始终开动风机保持通风,降低洞内粉尘和有害气体的浓度。3.4.4.3 工作面作业
18、人员在装碴前要先行洒水,冲洗工作面附近的岩壁,以防止粉尘扬起,并溶解少量有害气体,并能降低坑道内温度。3.5 施工工艺3.5.1 工艺流程3.5.1.1 全断面开挖法钻眼装药退出钻眼机具找顶、洒水安设拱部锚杆进行下一轮循环喷射拱圈混凝土联接导爆线引爆炸药出碴安设边墙锚杆喷第二层混凝土喷射边墙混凝土3.5.1.2 台阶开挖法上台阶开挖(含钻眼、装药、起爆、找顶等工序)上、下台阶交替进行下一轮循环上台阶出碴架设钢筋网或钢支撑下台阶初期支护下台阶开挖安设拱部锚杆喷射拱部混凝土补喷拱部混凝土下台阶出碴仰拱初期支护3.5.1.3 分步开挖法上台阶环形拱部开挖交替进行下一轮循环挖核心土下台阶左侧开挖施作拱
19、部初期支护(打锚杆、立钢支撑、喷射混凝土等)仰拱初期支护完成左侧边墙初期支护下台阶右侧开挖接长钢支撑施作右侧边墙初期支护3.5.1.4 侧壁导坑开挖法(以双侧壁导坑法为例)开挖一侧导坑开挖上部核心土导坑初期支护闭合拆除导坑临空部分支护开挖另一侧导坑导坑初期支护闭合拱部初期支护开挖下台阶施作底部初期支护交替进行下一轮循环3.5.2 操作工艺3.5.2.1 全断面开挖法全断面法的横断面工序图和纵断面工序展开图见图3.5.2.1。其施工顺序如下: (1)用钻孔台车钻眼,然后装药、联接导爆线;(2)退出钻孔台车,引爆炸药,开挖出整个隧道断面; (3)排除危石(俗称“敲帮问顶”);(4)喷射拱圈混凝土,
20、必要时安设拱部锚杆;(5)用装碴机将石碴装入运输车辆,运出洞外;(6)喷射边墙混凝土,必要时安设边墙锚杆;(7)根据需要可喷第二层混凝土和隧道底部混凝土;(8)开始下一轮循环;(9)通过量测判断围岩和初期支护的变形,待基本稳定后,施作二次模注混凝土衬砌。(10) 围岩稳定时,可在放炮排除危石后,先进行出渣,然后全断面一次性进行锚杆、喷射混凝土支护作业。根据围岩稳定程度亦可以不设锚杆或仅局部设锚杆,一般应先施作拱部初期支护,以防止应力集中而造成的围岩松动剥落,而且这样也比较方便施工,因工人可以站在碴堆上作业。待拱部初期支护基本处理完后,再出碴,就可以清理出边墙及隧底的工作空间以进行相应的初期支护
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