【施工方案】槐树坪隧道洞身开挖施工方案.doc
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1、长安高速公路长治至平顺段槐树坪隧道洞身开挖施工方案编制: 审核: 审批: 中铁八局集团有限公司长平高速公路LJ2合同段项目部二一O年三月十一日一、工程概况隧址区位于太行山掀斜隆起带次级单元的东南段。区域性断裂主要发育的有位于工程区西部约的晋获断裂,其总体走向北北东,多数断面西倾,倾角陡。晋获断裂在晚更新世以来均趋于稳定,属于非活动断裂,对隧道稳定性影响不大。隧道穿越区地形起伏较大,最高高程980m,最低高程.m,最大相对高差.m,属于中低山。隧道上部山体部分基岩被杂草,灌木及少量树木覆盖。地貌单元属于岩中低山地貌.隧道内分布有紫红、砖红、黄绿、暗紫色页岩,围岩稳定性差,风华程度较高,层间结合力
2、差,呈碎状镶嵌结构,基岩内有裂隙水。主要衬砌类型有明洞衬砌114米,Vq型衬砌386米,V型衬砌668米,IVa型衬砌695米, III型衬砌1095.7米,小净距Vq型衬砌180米。进口端采用端墙式洞门,出口端采用削竹式洞门。二、编制依据1、中交公路规划设计院设计长平高速公路长治至平顺段-第二合同段(K3+700K7+700)设计图;2、公路工程施工安全技术规程(JTJ07695);3、公路隧道施工技术规范JTJ05294;4、爆破安全规程(GB6722 一2003);5、隧道爆破现代技术; 6、我司多年的施工经验。三、总体施工方案(一)、开挖方法分离式隧道采用光面爆破,III级围岩可按全断
3、面法开挖;IV、级围岩按上下台阶法开挖,控制爆破.右洞先行,左右洞施工错开一定距离,先行、后行相邻洞室掌子面距离应保持倍隧道开挖宽度以上;洞口回填反压段按法开挖。小净距隧道采用光面、预裂爆破,左洞先行,后行洞按单侧壁导坑开挖.右洞中间明洞段应左洞暗洞二次衬砌施作完成后进行开挖施工,明洞段施工应边开挖边防护施作明洞,尽量减少明洞段开挖后暴露的时间。(二)、钻爆作业隧道掘进采用台阶法微振动光面爆破。用32mm、25mm2#防水的乳化炸药,周边眼则采用25的小药卷,并采用导爆索绑小药卷的空气间隔装药结构,隧道爆破采用毫秒雷管起爆系统。采用 “V形”掏槽眼 。(三)、出渣运输为确保洞内施工的连续进行;
4、采用挖斗式装渣机装渣,自卸式卡车运输的形式进行出渣.四、具体施工工艺(一)、台阶法施工隧道开挖采用台阶法进行施工,上台阶高为5。8m,下台阶和仰拱一次开挖成型。上台阶开挖时,为使上台阶保证足够的爆破后土石抛掷距离,保护开挖炮架的安全,同时保证运输车辆在上台阶可以进行会车和调头有足够的空间,上、下台阶距离为150m左右.下台阶开挖采取交错开挖的方式,即以隧道中线为对称线,一侧不断往前方掘进,并及时采取支护时,掘进50m左右后,利用爆破的土石方回填顺坡至上台阶,作为运输道路,原来作为运输道路的一侧往前开挖掘进。不断交替掘进施工。图1 上下台阶施工示意图管线布置:开挖过程中,由于整个隧道断面分为二次
5、爆破开挖,在对下台阶开挖有管线的一侧土石方开挖时,爆破的土石容易损伤布置在爆破范围内通往上台阶的高压风管、高压水管、电缆线等,需要进行特殊的防护处理。图2 上台阶、下台阶管线布置图(二)、CRD施工方法(1)本施工法适用于左线进口回填反压段(2)施工主要步骤:1 开挖左侧导坑上断面面。2 施工左侧导坑拱部初期支护左侧上导坑中隔墙临时初期支护及临时仰拱支护。3 开挖左侧导坑下段面。4 左侧下导坑边墙初期左侧下导坑中隔墙临时初期支护。5 左侧下导坑仰拱部初期支护。6 开挖右侧导坑上断面。7 右侧上导坑拱部初期支护右侧上导坑仰拱临时支护.8 开挖右侧导坑下端面。9 右侧下导坑边墙初期支护。10 右侧
6、下导坑仰拱部初期支护。(3) 如果下段面仅需人工开挖,则二次衬砌距离下段面开挖面不大于15米,如果下段面需要爆破开挖,则二次衬砌距离下段面开挖面保持在2030米。图3 施工工序示意图(三)、隧道光面爆破施工隧道光面爆破施工流程图连接起爆网络起 爆通 风危石处理光面效果与质量检查网路检查爆破效果检查设置安全警戒爆破设计测量放线就位打眼钻 孔钻孔质量验收装药与堵塞清理钻孔爆破材料准备准备填筑材料光面爆破具体施工方法如下:、 爆破设计为了有效控制隧道开挖时的超欠挖和达到预期循环进尺,分部开挖、台阶开挖以及全断面开挖需有完整详细的钻爆设计。本方案采用工程类比法和理论计算相结合的形式,工程类比主要参照龙
7、凤隧道和大坪隧道爆破施工组织设计。为了减轻对围岩的扰动以达到理想的爆破效果,根据现场监测的数据和围岩实际情况,及时修改爆破参数,优化爆破施工组织设计。1、 爆破器材的选择用32mm、25mm2#防水的乳化炸药。周边眼则采用25mm的小药卷,并采用导爆索绑小药卷的空气间隔装药结构。隧道爆破采用塑料导爆管和毫秒雷管起爆系统。2、掏槽形式掏槽选用直眼掏槽或者“V形”掏槽,风动凿岩机钻孔时采用复式“V形”掏槽(附图),钻孔台车钻孔时采用“V形”掏槽或者大中空孔掏槽。高九路I、J匝道隧道大多处在软弱围岩地段、偏压地段、浅埋地段,开挖断面大,周边居民较多,对围岩扰动的控制及震动控制要求比较高,采用复式“V
8、形”掏槽可以减小爆破震动,确保围岩稳定,能取得良好的爆破效果,掏槽形式如下图:图4 级围岩掏槽眼布置图(单位:cm)图5 级围岩掏槽眼布置图(单位:cm)3、典型断面光面爆破参数设计(级围岩上台阶)(1) 炮眼深度L=l/其中l每掘进循环的计划进尺数,m;炮眼利用率,(掏槽眼取1.5,1.25;掘进眼取0.92;周边眼及底板眼取0。85) L掏=l/=1。2/1.5=0.8m, L掏=l/=1。2/1。25=1.5m, L掘进=l/=1.2/0.92=1.3m, L周,底=l/=1。2/0。85=1。4m,(2) 计算上台阶炮眼NN=qS/式中S开挖面积,m2。-装药系数; -每米药卷的炸药质
9、量,kg/m;q-单位炸药消耗量,kg; N=qS/=0.849.92/0.40。875=114个(3) 周边眼间距E=123=36cm,取35;(4) 抵抗线W=1。5E=63cm,取60;装药集中度q(级围岩取0.125kg/m,级围岩取0.1875 kg/m,)(5) 堵塞长度的计算L0=0。5W=31.5cm,取31堵塞材料采用黄泥堵塞,避免发生冲炮.掘进眼可取2528cm。(6) 装药结构装药结构分为偶合装药和不偶合装药,在施工过程中,采用不偶合装药结构形式,其优点是可以降低大块率,降低炸药消耗量.周边眼均采用间隔装药形式,较为完整的软弱岩层采用集中装药形式。不偶合系数n=D/d=4
10、2/32=1.313D炮眼直径,mm;d 炸药直径,mm; 图6 间隔装药结构 图7 集中装药结构(表1)、级围岩光面爆破参数围岩级别周边眼间距E(cm)周边眼最小抵抗线W(cm)相对距E/W装药集中度 (kg/m)级456060800.810.20.44、钻爆设计图见附图。5、起爆方式及顺序起爆方式现场多用并联、串联、簇式起爆等多种形式。起爆顺序为先起爆掏槽眼,再是扩槽眼,掘进眼,内圈眼,底板眼,最后为周边眼的光面爆破,在下台阶爆破施工时,下台阶有两个临空面,要注意抛掷落石对机械等工具的破坏,施工时应做好相应的预防措施.6、爆破参数检算 此工程进洞口位于居民区附近,必须在隧道爆破施工时,保证
11、周边居民和建筑物的安全.在影响最大的隧道洞口采用短进尺,弱装药爆破开挖,将爆破产生的各种危险因素加以控制并降低到国家规定的标准之下,在制定爆破方案时,进行周密、详细的安全设计。A、 爆破震动最大值及单段起爆药量的确定 对于爆破区附近的各种建筑物,根据国家爆破安全规程要求其在振动值小于2。0cm/s时是安全的,而最大单段起爆药量:Qmax=R3* (V/k)3/式中:K,与地形、地质条件有关的系数和衰减系数,针对此处实际条件,根据以往经验,分别取K=400,=2.0,为最大单段起爆药量作用中心距保护物的距离,代入上式可得最大单段起爆药量与距离R的关系:R=(Qmax1/3。 k1/)/V1/从我
12、们的钻爆设计来看,级围岩最大单段起爆药量为12Kg,R计算值32。377 m,所有相关建筑均在R值允许范围外,故钻爆设计是安全的。B、 爆破飞石控制 对于控制飞石除了合理地选择爆破作用指数及炸药单耗,科学的设计最小抵抗线、合理地确定堵塞长度、严格控制堵塞质量外,还应在炮洞口覆盖土草袋,爆破时一般不会出现飞石,至于个别产生的飞石最远距离由下式估算: L=20KAn2W式中:,KA与地形、地质、气候等条件有关的系数,取KA=1.5。 W-最小抵抗线值,取W=1.2m. n爆破作用指数,均取n=0.6.则:飞石距离L=19.5m因此爆破飞石一般控制在50m以内。为绝对保证洞口爆破时飞石不影响周边居民
13、区,应在爆区外侧设置钢管排架。钢管排架的搭设采用钢管,专用扣件搭接,其竖向间距为0.5m,插入地下1m,横向间距为2m,中间用竹跳填充,整个排架向内倾斜成7080。另外在炮孔上覆盖水袋,可起到减少飞石、降尘的效果。C、 爆破冲击波使用松动爆破方法进行施工,爆炸能量基本消耗在岩体内部,不会产生太大的冲击波的危害,又因为隧道内爆破冲击波影响很小,故不需做验算。、放样布眼钻眼前,测量人员要用红铅油准确绘出开挖面的中线和轮廓线,标出炮眼位置,其误差不得超过5cm。3、定位开眼采用钻孔台车钻眼时,台车与隧道轴线要保持平行。台车就位后按炮眼布置图正确钻孔。对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其他眼要高,开眼
14、误差要控制在3cm 和5cm 以内.、清孔装药前,必须用由钢筋弯制的炮钩和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净。6、装药装药需分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行,雷管要“对号入座.所有炮眼均以炮泥堵塞,堵塞长度不小于20cm。7、联结起爆网路起爆网路为复式网路,以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意:导爆管不能打结和拉细;各炮眼雷管连接次数应相同;引爆雷管应用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm 以上处.网路联好后,要有专人负责检查。8、瞎炮的处理参照公路隧道爆破安全规程有关条款处理。(四)特殊不良地质地段施工1、易产生坍塌地段施工隧道施工中较易产生坍塌,施工中须
15、引起高度重视。1)预防坍塌的措施隧道施工预防坍方首先须做好地质预报,选择相应的安全合理的施工方法和措施.在施工中主要做到以下几点:、先排水.在施工前和施工中均应采取相应的防排水措施,尽可能将隧道外之水截于隧道之外,同时将隧道内的水利用管道排出。、短开挖。各部开挖工序间的距离要尽量缩短,以减少围岩暴露时间.、弱爆破。在爆破时,要用浅眼、密眼,并严格控制用药量。、强支护.针对地压情况,确保支护结构有足够的强度.、快衬砌.衬砌工作须紧跟开挖工作面进行,力求衬砌尽快成环。、勤检查、勤量测。对围岩发现有变形或异状,要立即采取有效措施及时处理隐患。2)坍塌处理方法、防止坍方扩大坍方发生后,首先应防止坍方范
16、围继续扩大:a、在坍方范围的顶部与侧壁危石及大裂缝,应先行清除或锚固。b、加强原有支护。对坍方范围前后原有的支护进行加固,以防止坍方扩大。c、在坍方范围内架设支撑或喷射砼,必要时加设锚杆。d、加快衬砌。对坍方两端应尽快作好局部衬砌,以保证坍方不扩大。、处理坍方法如坍方体积较小,且坍方范围内已进行喷锚或已架设好较为牢固的构件支撑时,可由两端或一端先上后下地逐步清除坍碴,随挖随喷射砼,随后架设临时构件支撑支顶.如坍方体较大,或因坍体堵塞无法进入坍方范围进行支护时,则可注浆加固坍体,然后用“穿的办法在坍体内进行开挖、衬砌。2、破碎地段施工在正式掘进前先进行超前大管棚和小导管支护,待支护完成后开始掘进
17、,掘进时候采用机械作业、人工配合的方式进行。对隧道内部围岩情况派专人每天进行观测。施工时做到短进尺、强支护、快衬砌、勤检查、勤量测。每次进尺控制在1。2m左右,分台阶开挖;初期支护按照设计采用工字钢拱架支护、中空锚杆注浆、挂网喷26cm厚C30混凝土进行。衬砌紧跟工作面,确保衬砌尽快完成。3、防空洞处理在有防空洞地段,采取预注浆式回填工艺,采取预控处理检验的原则,对防空洞进行加固处理,防止应力改变情况下,产生跨塌现象,严禁隧道底板直接落在防空洞的顶板上。4、对各种不良地质独断采取以下预防措施1)做好超前地质预报认真做好超前地质预报工作,采用先进探测系统,结合设计资料,真实掌握前方施工区段不良地
18、质情况,及时修正施工参数,制订切实可行的施工方案进行施工。在拱顶和左右拱肩上,采用钻超前探孔的措施,孔深5米,对围岩进行探测,验证围岩的实际情况后再推进。2)加强超前支护及注浆、网喷混凝土施工质量加强超前支护及注浆、网喷混凝土施工质量,对各种不良地质地段做到超前加固,有针对性地选用开挖方法及手段,坚持做到“少扰动、弱爆破、强支护、快封闭、紧衬砌”施工原则,以有效的方法减少病害的发生。3)加强调查与分析对预料不到的地质病害,及时与建设单位、监理工程师和设计人员进行认真的调查和分析,找出原因,确定统一的施工方案,认真组织实施。4)加强科技先导加强科技先导,重视监控量测,合理安排施工工序,杜绝盲目抢
19、工期、赶进度的做法,做到“安全第一、文明施工、质量创优,防止各类事故的发生。(五)、出渣运输在洞口设置一临时出渣场,将隧道内渣先运至临时渣场,然后再转运至指定渣场,减少隧道内出渣周期,加快隧道施工进度。隧道出渣作业分为:装渣、运渣、卸渣三步.装渣采用挖斗式装渣机进行,自卸式卡车进行转运;隧道内为双线运输,设4台装载机,外运出渣车辆10台,隧道内每次爆破出渣预计在56小时完成。图7 隧道内出渣车辆布置示意图(六)、隧道内监控量测隧道施工监测选定有资质的单位进行,主要内容为:1、观测的时段及频次项目名称方法及仪器布置方式监控量测频率备注1-15天161个月1-3月3个月以后1必测试项目地质和初期观
20、测岩性、结构面产状及支护裂隙观察开挖后和初期支护后进行每次爆破后进行出现沉降及变形异常现象时,增加观测频次,必要时全天24小时连续观测,并延长观测期。水平净空收敛收敛计每2050m一个断面,每断面13个观测点12次/天12次/天12次/周13次/月拱顶下沉水平仪、铟钢尺或测杆每3050m一个断面,每断面13个观测点12次/天1次 /2天12次/周13次/月选测项目锚杆轴力各类电测锚杆测力计每1050m一个断面,每断面至少3根锚杆12次/周12次/月围岩内部位移(洞内设点)洞内钻孔中安设单点多点杆式或钢丝式位移计每30m100m一个断面,每断面211个测点12次/天1次/2天12次/周13次/月
21、支护,衬砌内应力,表面应力及裂隙混凝土内应变计,应力计,及表面应力解除法代表性地段量测,每断面宜为11个测点12次/天1次/2天12次/周13次/月钢支撑内力及外力支柱压力计或其它测力计每1050榀钢拱支撑一对测力计1次/天1次/2天12次/周13次/月地表下沉水平仪、水准尺每550m设一断面,每个断面至少7个测点,中线每520m一个测点开挖面距测断面前后2B时,12次/天。开挖面距测断面前后5B时,1次/2天。开挖面距测断面前后5B时,1次/7天。2、施工监控量测的项目和方法:A、洞内外观察:洞内观察分开挖工作面观察和初期支护完成区段观察两部分。开挖面观察在每次开挖后进行一次;当地质情况基本
22、无变化时,每天进行一次;观察后绘制开挖面略图(地质素描),填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡。对初期支护完成区段的观察每天至少进行一次,观察内容包括喷射混凝土、锚杆等的状态。洞外观察包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察。B、拱顶下沉观测:洞内每隔40m左右为一观测断面,每断面设三个观测点。观测断面间隔可随围岩的变化而相应变化,当围岩较为稳定时,断面的间隔可大于40m;相反,断面的间隔可小于40m。测点布设具体为:在拱顶部位布设一个测点,中线两侧2 m处拱腰部位布置两对称测点,三个点位于一个断面,布设时采用全站仪测放。C、内净空水平收敛观测:在隧道内围岩变形较大处,
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