隧道洞身开挖施工工艺
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隧道洞身开挖施工工艺
本标段隧道根据地质情况洞门、明洞段采用明挖法。暗挖段按新奥法原理组织施工，施工方法根据工程地质和水文地质条件，开挖断面大小、衬砌类型、埋深、隧道长度、工期要求及环境制约等因素综合研究确定。
本标段隧道为双线隧道，正洞洞身段Ⅱ级围岩采用全断面法，Ⅲ级围岩采用台阶法施工，Ⅳ级围岩采用三台阶法施工（土质地段采用三台阶临时仰拱法），Ⅴ级围岩深埋地段采用三台阶临时横撑（临时仰拱）法施工，Ⅴ级围岩土质地层、断层破碎带、偏压带、浅埋段采用三台阶临时仰拱法施工。
施工时加强地质超前预报，提前采取各项开挖方法和支护措施。Ⅱ、Ⅲ级围岩开挖采用光面爆破，Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖采用预裂爆破法或光面爆破，人工配合机械开挖，严格控制超欠挖。
1、全断面法施工
全断面法利用多功能作业台车配合手持风钻钻孔，楔形掏槽，塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆，应用光面爆破技术。全断面开挖法施工流程示意图见下图：
全断面法施工示意图
2、台阶法施工
台阶法（或加临时仰拱）开挖采用多功能作业台车配合风钻钻眼，塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。上台阶由挖掘机扒碴，下台阶用装载机装碴，出碴采用无轨运输，装载机装碴，自卸车运碴；隧道开挖后及时施作初期支护，仰拱施工紧跟。
台阶法（或加临时仰拱）施工示意见下页图。
施工步骤：1—全断面开挖 2—初期支护 3—全断面二次衬砌 1（3）（2）1
台阶法（或加临时仰拱）施工工序示意图
施工工序:
1）弱爆破开挖①部；施作①部周边的初期支护：初喷混凝土，铺钢筋网，架立钢架（设锁脚锚杆），钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；施作下一循环超前支护（仅用于有超前支护情况）；
2）架设①底部临时横撑（此步仅适用于台阶法加临时横撑）；
3）弱爆破开挖②部；施作边墙初期支护：初喷混凝土，铺钢筋网，架立钢架（设锁脚锚管或锚杆），钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；
4）弱爆破开挖③部；施作隧底喷混凝土（仅适用于仰拱底部设计有喷混凝土时），必要时在墙脚处设置临时横撑（图中未示）。
3、三台阶法施工
施工顺序：超前支护→上台阶开挖→上台阶初期支护→中台阶开挖→中台阶初期支护→下台阶开挖→下台阶初期支护→仰拱开挖→仰拱、填充→拱墙衬砌。
开挖方法：岩石地段采用多功能作业台架风动凿岩机钻眼；黄土地段采用人工辅以铣挖设备开挖，必要时风钻钻孔弱爆破。施工时先开挖上台阶，待开挖达到一定长度后再开挖中台阶及下台阶，形成上中下三个台阶同时并进施工，及时进行支护，封闭成环。
施工步序见下页“三台阶法施工工序示意图”。
台阶法施工工序横断面 示意图隧道中线锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管型钢钢架或格栅钢架I18临时横撑（必要时设置）I18临时横撑（必要时设置） 2 -13IVVI12 -2VIVIVVIVIVIVI
三台阶法施工工序示意图
4、三台阶预留核心土法施工
施工顺序：超前支护→上台阶开挖→上台阶初期支护→上台阶核心土开挖、中台阶左侧开挖→中台阶左侧初期支护→中台阶右侧开挖→中台阶右侧初期支护→中台阶核心土开挖、下台阶左侧开挖→下台阶左侧初期支护→下台阶右侧开挖→下台阶右侧初期支护→下台阶核心土开挖→仰拱开挖、初期支护→仰拱、填充→拱墙衬砌。
开挖方法：岩石地段采用多功能作业台架风动凿岩机钻眼；黄土地段采用人工辅以铣挖设备开挖，必要时风钻钻孔弱爆破。施工时先开挖上台阶，待开挖达到一定长度后再开挖中台阶及下台阶，形成上中下三个台阶同时并进施工，及时进行支护，封闭成环。
施工步序见“三台阶预留核心土法施工工序示意图”。
三台阶预留核心土法施工工序示意图 Ⅰ-超前支护； 2-上台阶开挖； Ⅲ-上台阶初期支护； 4-中台阶开挖
Ⅴ-中台阶初期支护； 6-下台阶开挖； Ⅶ-下台阶初期支护； 8-隧底开挖及支护；
Ⅸ-仰拱混凝土； Ⅹ-填充混凝土； Ⅺ-拱墙衬砌混凝土 2
4
6 Ⅰ
Ⅲ
Ⅺ
Ⅹ Ⅺ Ⅲ Ⅰ
2
4
6 Ⅶ
Ⅸ 仰拱栈桥 Ⅹ
5～8m 6～12m 5～8m Ⅴ
Ⅴ
Ⅶ 5、三台阶临时仰拱法施工
施工顺序：超前支护→上台阶开挖→上台阶支护、临时仰拱→中台阶开挖→拆除临时仰拱、中台阶支护→下台阶开挖→下台阶支护、临时仰拱→仰拱开挖、支护→拆除临时仰拱→仰拱、填充→拱墙衬砌。
开挖方法：采用人工辅以铣挖设备开挖，必要时风钻钻孔弱爆破，台阶长度3～5m；各台阶开挖后及时封闭掌子面，喷、网、锚及钢架联合支护作业，施作临时钢架横撑；量测要及时紧跟，及时分析反馈，指导施工。施工步序见下“三台阶临时仰拱法施工工序示意图”。
台阶临时仰拱法施工工序示意图
6、双侧壁导坑法施工
双侧壁导坑法开挖，坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则进行施工。
双侧壁导坑法施工示意见下页图。
Ⅰ-超前支护； 2-上台阶开挖； Ⅲ-支护、临时钢架； 4-中台阶开挖；
Ⅴ-拆除临时仰拱、支护； 6-下台阶开挖； Ⅶ-支护、临时钢架； 8-隧底开挖、支护
Ⅸ-拆除临时仰拱 Ⅹ-仰拱、填充； Ⅺ-拱墙衬砌 2
4
6 Ⅰ
Ⅲ
Ⅺ
Ⅹ Ⅺ Ⅲ Ⅰ
2
4
6 Ⅶ
Ⅸ 仰拱栈桥 Ⅹ
3～5m 6～10m 3～5m Ⅴ
Ⅴ
8 8 Ⅶ
Ⅸ
双侧壁导坑施工工序示意图
施工工序:
1）弱爆破开挖①部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面（必要时）；施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，架立初支型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚管；安装I18横撑；钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；施作①部导坑周边下一循环的超前支护。
2）在滞后于①部一段距离后，弱爆破开挖②部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面（必要时）；导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网；接长型钢钢架和I18临时钢架，设锁脚锚管；钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度，侧壁导坑封闭成环。
3）在滞后②部一段距离后，弱爆破开挖③部并施作导坑周边的初期支护、临时支护及下一循环超前支护，步骤及工序同1。
4）自滞后于③部一段距离后，弱爆破开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同2。
5）弱爆破开挖⑤部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面；导坑周边初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，架设拱部型钢钢架，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
6）在滞后⑤部一段距离后，弱爆破开挖⑥部。
7）在滞后⑥部一段距离后，弱爆破开挖⑦部。
8）在滞后⑦部一段距离后，弱爆破开挖⑧部。 隧道中线I18横撑I18横撑侧壁设置?8钢筋网间距20cm*20cm侧壁设置?8钢筋网间距20cm*20cmI18临时钢架竖撑I18临时钢架竖撑22定位锚杆（L=2m）锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管锁脚锚管42小导管（L=4.5m，环向间距0.5m）（L=4.5m，环向间距0.5m）?42小导管 1 23456789XIXXXXIIXII型钢钢架XIIXIIXII9）在滞后⑧部一段距离后，弱爆破开挖⑨部；隧底周边部分初喷4cm厚混凝土，架设仰拱型钢钢架，使整个衬砌钢架封闭成环。
7、正洞钻爆设计
1）参数选择
隧道采用光面爆破。光面爆破综合地质条件、开挖断面、开挖进尺及合理选择爆破器材等方面进行设计，选用乳化炸药，塑料导爆管非电起爆，毫秒微差有序起爆，激发针引爆。钻爆设计根据光面爆破效果不断优化爆破参数。
各光面爆破参数如周边眼间距(E)、最小抵抗线(W)、相对距(E/W)和装药集中度(q)等，采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验确定，在无条件试验时，可选用下表参数。洞口附近爆破施工严格控制单段装药量，降低震速，确保周边民房及其他构筑物的安全。
光面爆破参数
参数
岩石类型 饱和单轴抗压限强度Rb(MPaa) 装药不偶合系数D 周边眼间距
E(cm) 周边眼最小抵抗线
W(cm) 相对距
E/W 周边眼药集中度q(kg/m)
硬 岩 ＞60 1.2～1.5. 55～70 70～85 0.8～1.0 0.30～0.35
中硬岩 30～60 1.50～2.00 45～60 60～75 0.8～1.0 0.20～0.30
软 岩 ≤30 2.00～2.50 30～50 40～60 0.5～0.8 0.07 ～0.15
注：1）表中所列参数适用于炮眼深度1.0～4.0m,炮眼直径40～50mm,药卷直径20～25mm。
2）当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时，周边眼间距E取较小值。
3）周边眼抵抗线W值在一般情况下均大于周边眼间距E值。软岩在取较小E值时，W值适当增大。
4）E/W：软岩取小值，硬岩及断面小时取大值。
（1）掏槽孔
Q1=η•L •r
式中：η——炮孔装药系数，取η=0.9；L——孔深，LIII=3.2m、LIV＝2.2m、LV＝1.1m；r——每米长度炸药量，r=0.78kg/m
经计算QIII=2.24kg，取2.2kg QIV、V=1.54kg，取1.5kg QV=1.19kg，取1.1kg
（2）辅助孔
QIII=η•L •r=0.8×3.1×0.78=1.93kg 取QIII=1.9kg
QIV、V=η•L •r=0.8×2.1×0.78=1.31kg 取QIV、V=1.3kg
