隧道V级围岩专项施工方案.docx

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隧道V级围岩专项施工方案

XXX隧道V级围岩专项施工方案

1.编制依据

1）XXX至XXX公路扩建工程工程招标文件、两阶段施工图设计；

2）交通部现行相关的技术规范及质量评定标准；

3）同类工程施工资料及相关工法；

4）国家、行业及青海省有关工程建设的法律、法规、标准、条例等；

5）我公司进行的施工调查；

6）公司拥有的施工工艺、施工方法成果、机械设备、管理水平、技术装备及多年积累的类似工程施工经验。

2.编制原则

1）严格遵守招标文件明确的设计规范，遵循工程建设规律和技术规律，围绕质量目标，合理安排工艺流程和施工顺序。

2）技术先进性，科学合理性，经济适用性，安全可靠性、实事求是相结合。

3）对现场坚持全员、全方位、全过程严密监控，动态控制，科学管理的原则。

4）充分利用现有设备，做到配套、实用，合理安排冬、雨季施工。

尽量减少临时工程及物资运输量，科学布置施工平面图，统筹安排各单项工程进度。

3.工程概况

3.1地质、水文情况

XXX隧道位于果洛州XXX县下XXX乡，隧道穿越XXX山，进口处位于XXX垭口西北侧山体斜坡坡脚处，出口位于XXX垭口东南侧斜坡坡脚。

隧道右线全长4495m，起讫里程为K58+505-K63+000，本标段施工右线起讫里程为K60+750-K63+000，全长2250m，其中有V级围岩段250m，IV级围岩段2000m。

主要围岩、衬砌分级长度如下表所示：

类别

V级

IV级

合计

SJ-Vb

SJ-Vd

SJ-IVa

SJ-IVb

围岩

250

2000

2250

衬砌

200

40

1015

975

2230

明洞

20

隧道左线全长4570m，起讫里程ZK58+440-ZK63+010，本标段施工左线起讫里程为ZK60+750-ZK63+010，全长2260m,其中有V级围岩段260m，IV级围岩段2000m。

主要围岩、衬砌分级长度如下表所示：

类别

V级

IV级

合计

SJ-Vb

SJ-Vd

SJ-IVa

SJ-IVb

围岩

260

2000

2260

衬砌

205

50

1063

927

2245

明洞

15

隧址区地貌类型属冰缘水流构造侵蚀中高山地貌，山体呈西北-东南向展布，地形起伏较大。

山体坡麓处主要为冰渍堆积物，自然坡面植被发育，向上植被逐渐减少，基岩出露，岩体较破碎，坡面多见寒冻碎屑流。

隧道轴线通过路段地面标高4808.05-4401.83m，相对高差约为407m，最大埋深约346m。

隧址区地处青藏高原腹地，属高原亚寒带半干旱-半湿润气候区。

高原空气稀薄缺氧、气压低、日温差变化大、降水量受海拔高程影响明显，四季不分明为其特点。

V级围岩主要为崩坡积碎块石，大小混杂，分选差，空隙填充角砾、砂及粉土，呈散体结构，块石间存在架空结构。

围岩埋深较浅，稳定性差，开挖后，初期支护不及时会产生洞顶掉块甚至塌方，侧壁坍塌。

地下水较为发育，水文地质条件较复杂，基岩裂隙水主要接受大气降水及冰雪融水补给。

3.2设计参数

本标段V级围岩衬砌类型分为SJ-Vb型衬砌和SJ-Vd型衬砌。

SJ-Vb型采用CD法开挖，主洞采用Φ42超前小导管4.5m/根，每环41根，环向间距35cm；I20a工字钢架，间距50cm；Φ42锁脚导管4.5m/根，每环12根；Φ22连接钢筋环向间距100cm；铺挂Φ6.5钢筋网片，规格20*20cm，喷射C25混凝土26cm；二次衬砌主筋为HRB400Φ25钢筋，分布筋为HRB400Φ12钢筋，间距20cm（环）*30cm（纵），C30钢筋混凝土50cm。

导洞支护采用Φ42超前小导管4.5m/根，每环9根；I16工字钢架，间距50cm；Φ42锁脚导管3.5m/根，每环4根；Φ22连接钢筋环向间距100cm；铺挂Φ6.5钢筋网片，规格20*20cm，喷射C25混凝土18cm。

SJ-Vd型采用三台阶七步法开挖，采用Φ42超前小导管4m/根，每环33根，环向间距40cm；I20a工字钢架，间距80cm；Φ25中空注浆系统锚杆3.5m/根，间距100*100cm；Φ25中空注浆锁脚锚杆3.5m/根，每环8根；Φ22连接钢筋环向间距100cm；铺挂Φ6.5钢筋网片，规格20cm*20cm，喷射C25混凝土26cm；二次衬砌主筋为HRB400Φ22钢筋，分布筋为HRB400Φ12钢筋，间距25cm（环）*30cm（纵），C30钢筋混凝土45cm。

4.人员及机械配置

4.1人员配置

现场人员配置表

序号

项目

总人数

备注

1

队长

2

负责现场工作

2

技术主管

2

负责技术工作

3

技术员

6

负责测量放样工作

4

安全员

2

负责施工安全工作

5

施工员

6

负责现场施工管理

6

工班长

2

负责所属工班工作

7

开挖班

26

负责开挖、初支工作

8

二衬班

14

负责二衬仰拱施工

9

综合班

32

负责配合施工

10

机械队

30

负责车辆使用

11

电工

4

负责现场施工用电工作

12

空压机司机

2

负责空压机设备的正常运转

4.2.机械及设备配置

现场机械配备表

序号

设备名称

型号

单位

数量

备注

1

发电机

400KW

台

6

2

电动空压机

LU280DA

台

6

3

通风机

SDF（c）-NO12.5

台

2

4

多功能开挖台车

自制

台

2

5

多功能作业台架

自制

台

2

6

风钻

YT-28

台

16

7

挖掘机

PC220-8MO

台

2

8

装载机

WA380Z

台

2

9

自卸汽车

15t

辆

6

10

潜孔钻机

HWX-90B

台

2

11

注浆机

GZJB

台

2

12

电焊机

台

10

13

自动上料喷浆机

TK-600

台

4

14

衬砌台车

12m

台

2

15

仰拱栈桥

13m

套

2

16

砼输送泵

60KW

台

2

17

砼运输车

8m³

辆

4

5.施工工艺

5.1.洞身开挖

5.1.1隧道开挖总体施工方案

隧道开挖应采用“光面爆破”或“预裂爆破”等低震动控制爆破技术，爆破进尺根据围岩条件确定，控制炮眼装药量和质点震动速度，以最大限度保护周边岩体的完整性，控制超欠挖。

对于洞口段、软弱围岩及不良地质地段，应遵循“少扰动，快加固，勤量测，早封闭”的原则，有效控制围岩变形，保证隧道结构安全，当发现围岩变形不收敛或其他异常情况时需采取加强措施。

开挖过程中还需结合地层情况采取超前长、短管棚注浆、超前锚杆、地表预注浆等辅助施工措施，注浆一般采用单液浆，地下水丰富时采用双液浆，施工前应进行注浆试验。

施工过程中应严格控制超、欠挖，初期支护应及时可靠，对于软弱围岩段在施工过程中要坚持“弱爆破、短开挖、强支护、早闭合”的原则，防止岩体坍塌，在施工中各工序紧跟，不能脱节。

隧道暗洞均采用新奥法施工，V级围岩洞口段、浅埋偏压段、浅埋段、冰水堆积层段采用CD法施工，V级围岩深埋段采用三台阶七步开挖法施工。

5.1.2.CD法

1）施工工艺

CD法施工工艺流程如下：

（1）导洞及部分主洞拱部超前导管注浆预支护；

（2）导洞上半断面开挖；

（3）导洞及部分主洞上半断面初期支护，包括安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷射混凝土；

（4）导洞下半断面开挖；

 （5）导洞及部分主洞下半断面、仰拱初期支护；

（6）主洞拱部超前导管注浆预支护；

（7）主洞上半断面开挖；

（8）主洞上半断面初期支护；

（9）主洞下半断面开挖；

（10）主洞下半断面、仰拱初期支护；

（11）浇注仰拱及仰拱填充；

（12）敷设防水板，采用模板台车全断面一次模筑二衬衬砌混凝土。

主要流程如下图所示：

CD法开挖立面图

CD法开挖立面图

2）CD法开挖施工注意事项：

（1）施工时严格控制导洞和主洞上台阶长度，并根据监控量测结果合理调整主洞和导洞掌子面的距离，如若拱顶下沉或周边收敛过大应增加临时仰拱；

（2）隧道初期支护应开挖一榀拱架的距离支护一榀拱架，每循环最大进尺不应大于50cm，并尽早施作仰拱初期支护和浇筑仰拱，使支护系统封闭成环，二次衬砌应根据监控量测结果综合分析，适时施做；

（3）施工过程中应严格遵循“管超前、浆严注、短进尺、弱爆破、强支护、早成环、勤量测”的原则，控制最大临界震动速度v≤15cm/s。

5.1.3.三台阶七步开挖法

三台阶七步开挖法施工应符合以下要求：

1）以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破；

  2）弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，开挖后及时支护；

  3）其他分步平行开挖，平行施做初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封闭成环；

  4）仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系；

  5）施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全；

 6）完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。

三台阶七步开挖法的施工工艺流程如下：

围岩参数评判、修正支护参数

施做仰拱填充

七步三台阶开挖法施工工艺流程

隧道洞口段V级围岩浅埋段采用三台阶七步开挖法施工，施工步骤见图2，开挖透视图见3，施工工序见图4。

图图2开挖步骤图

图3开挖透视图

图图4施工工序图

第1步上部弧形导坑开挖:

拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度为5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3。

开挖循环进尺1.2m，开挖后立即初喷3～5㎝混凝土。

及时架设钢架、锚网系统，在钢架拱脚以上30㎝高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第2、3步左、右侧台阶开挖:

开挖进尺1.2m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5㎝混凝土，及时接长钢架并进行喷、锚、网系统支护，在钢架墙脚以上30㎝高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第4、5步左、右侧台阶开挖:

开挖进尺1.2m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5㎝混凝土，及时接长钢架并进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30㎝高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第6步上、中下台阶预留核心土开挖：

各台阶分别开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。

第7步隧底开挖：

每循环开挖长度宜为2～3m，开挖后及时施做仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施做仰拱，仰拱分段长度为6m。

5.2.爆破设计

爆破方案的选择以如何提高炮眼的利用率和如何控制开挖轮廓和爆破振动对地层的扰动为指导思想。

5.2.1.CD法爆破设计

1、导洞上台阶部分爆破参数计算：

1）炮眼直径d

隧道的掘进，一般都采用小直径的钻孔机械，所以光面爆破的周边眼直径选为35-48毫米时，以便与掘进作业的其他炮眼直径一致。

本设计中d=42mm。

2）炮眼深度L

根据要求，洞口段V级围岩CD法进尺控制不大于0.5m，本设计L=0.5m。

3）炮眼数目

按经验公式N=3.3（f.S2）1/3估算

f-岩石坚固性系数，较软岩取5

S-掘进断面积，25.71m2

N=3.3（f.S2）1/3=3.3×（5×25.712）1/3=49（个）

本设计取N=69个

4）装药集中度q

在光面层单独爆落时，一般取0.15～0.25公斤/米；在全断面一次起爆时，为了尽量减少残眼，需要适量增加，可达0.35公斤/米，本设计取q=0.15Kg/m。

5）周边眼单孔装药量

根据经验公式Q=ql=0.15×1=0.15Kg，本设计取Q=0.15Kg

6）周边眼孔距E

根据《公路隧道施工技术规范》及设计图可知，本合同段隧道V级围岩均为软岩、较软岩，岩层破碎。

根据经验数据，软岩周边眼间距为0.3~0.5m、中硬岩周边眼间距为0.45~0.6m，本设计取E=0.5m

7）抵抗线W

按经验公式W=（10~20）d=420~840mm。

在大多数公路及铁路隧道中，炮眼密集在数K值一般取0.7～1.0比较合适，同时一般大断面隧洞炮眼密集系数应适当减小，小断面隧洞应适当增大；岩石坚韧，炮眼密集系数应增大，岩石松软破碎，应适当减小，因此本设计中K取0.75，根据公式K=E/W（K为周边眼密集系数），W=E/K=0.45/0.75=0.60m。

8）辅助眼的间距估算

根据总断面积扣除光爆层面积及掏槽区面积后所剩余面积来布置辅助眼的原则确定。

（1）光爆层面积及炮眼数

A=20.19×0.6=12.11m2

N=20.19/0.5=41（个）

（2）掏槽区面积及炮眼数

掏槽采用契形布置

A=0.6*1.8=1.08m2

N=8（个）

（3）辅助眼间距

a.w=（25.71-12.11-1.08）/（69-41-8）=0.63m

a.w的尺寸应在60~80cm左右，布置时按大致均匀、局部适当调整的原则布置。

2、其他部分炮眼布置原则

布置正洞上台阶炮眼时原理参照导洞上台阶炮眼，布置导洞及正洞下台阶炮眼时，周边眼按照0.5m的间距布置，辅助眼按照0.65米间距布置，其余炮眼均按照1m间距且炮眼间距均小于最小抵抗线的原则布置。

3、爆破眼药量分配表

开挖炮眼药量分配

序号

部位

炮眼

分类

炮眼数

雷管段数

炮眼长度

炮眼装药量

单孔装药量

合计药量

个

段

Cm

Kg/孔

Kg

1

导

洞

上

台

阶

掏槽眼

8

1

72

0.8

6.4

2

辅助眼

5

3

50

0.39

1.95

3

内圈眼

21

5

50

0.31

6.51

4

周边眼

29

7

50

0.1

2.9

5

底板眼

6

9

50

0.27

1．62

。

6

6

合计

69

3626

19.4

7

开挖断面积（m2）

25.71

8

比炮眼数（个/m2）

2.68

9

比耗药量（kg/m3）

1.51

10

导

洞

下

台

阶

掘进眼

3

1

50

0.4

1.2

11

4

3

50

0.4

1.6

12

内圈眼

14

5

50

0.31

4.34

13

周边眼

23

7

50

0.1

2.3

14

合计

44

2200

9.44

15

开挖断面积（m2）

19.05

16

比炮眼数（个/m2）

2.31

17

比耗药量（kg/m3）

0.99

18

正

洞

上

台

阶

掏槽眼

8

1

72

0.8

6.4

19

辅助眼

4

3

50

0.39

1.56

20

内圈眼

16

5

50

0.31

4.96

21

23

7

50

0.26

5.98

22

周边眼

22

9

50

0.1

2.2

23

底板眼

7

11

50

0.27

1.89

24

合计

80

4176

22.99

25

开挖断面积（m2）

37.83

26

比炮眼数（个/m2）

2.115

27

比耗药量（kg/m3）

1.215

24

正

洞

下

台

阶

掘进眼

4

1

50

0.4

1.6

25

4

3

50

0.4

1.6

27

内圈眼

16

5

50

0.31

4.96

28

周边眼

18

7

50

0.1

0.7

30

合计

42

2100

8.86

31

开挖断面积（m2）

23.78

32

比炮眼数（个/m2）

1.766

33

比耗药量（kg/m3）

0.745

说明：

堵塞长度不小于20cm。

主要经济技术指标表

序号

项目

单位

数量

1

开挖断面积

M2

106.37

2

预计每循环进尺

M

0.5

3

每循环爆破石方

M3

53.19

4

炮眼总数

个

235

5

钻孔总数

M

121.02

6

炸药用量

Kg

60.69

7

比钻眼数

个/m2

2.21

8

比钻眼量

m/m3

2.275

9

比装药量

Kg/m3

1.14

4、周边炮眼装药结构

周边眼采用间隔装药结构，药卷直径采用ø25mm，为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体。

其他眼采用连续装药结构，药卷直径采用ø32mm，具体装药结构示意图见下图。

起爆顺序为：

掏槽眼—辅助眼—内圈眼—周边眼-底板眼。

采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。

主爆区使用非电毫秒雷管，光爆眼用导爆索一次同时起爆。

具体炮眼布置见下图：

CD法开挖炮眼布置图

5.2.2.三台阶七步开挖法

1）炮眼直径d

地下隧洞掘进，一般采用小直径的钻孔机械，所以光面爆破周边眼直径选为35-48毫米时，为与其他炮眼直径一致，本设计取d=42mm。

2）炮眼深L

根据要求，洞口段V级围岩上台阶进尺控制在0.5～1.0m之间，本设计取L=1m。

3）炮眼数目

按经验公式N=3.3（f*s2）1/3估算

f-岩石坚固性系数，较硬岩取6

s-掘进断面面积，35m2

N=3.3（f*s2）1/3=3.3×（6×352）1/3=64（个）

本设计取N=91个

4）装药集中度q

在光面层单独爆落时，一般取0.15～0.25公斤/米，全断面一次起爆时，为尽量减少残眼，需要适量增加，可达0.35公斤/米，本设计取q=0.15kg/m。

5）周边眼单孔装药量

根据经验公式Q=qL=0.15×1=0.15kg，本设计取0.15kg。

6）周边眼孔距E

根据《公路隧道施工技术规范》及设计文件可知，本合同段隧道V级围岩均为软岩、较软岩，岩层破碎。

根据经验数据，软岩周边眼间距为0.3～0.5m、中硬岩周边眼间距为0.45～0.6m，本设计取E=0.45m。

7）抵抗线W

按照经验公式W=（10~20）d=420~840mm。

在大多数公路及铁路隧道中，炮眼密集数值K一般取0.7～1.0比较合适，同时一般大断面隧洞炮眼密集系数应适当减小，小断面隧洞应适当增大；岩石坚韧，炮眼密集系数应增大，岩石松软破碎，应适当减小，因此本设计中K取0.75,根据公式K=E/W，W=E/K=0.45/0.75=0.6m。

8）辅助眼的间距估算

根据总断面面积扣除光爆层面积及掏槽区面积后所剩余面积来布置辅助眼的原则来确定。

（1）光爆层面积及炮眼数

A=15.045×0.6=9.03m2

N=15.045/0.45=33（个）

（2）掏槽区面积及炮眼数

掏槽采用三级复式契形布置

A=（4.2+2）×1.1/2=3.41m2

N=14（个）

（3）辅助眼间距

a.w=（35-9.03-3.41）/（88-33-16）=0.58m2

a.w的尺寸应在70~80cm左右，布置时按大致均匀、局部适当调整的原则布置。

布置中下台阶炮眼时，周边眼按0.45m的间距布置，辅助眼按照0.65米间距布置，其余炮眼均按照1m间距且炮眼间距均小于最小抵抗线的原则布置。

9）具体炮眼布置见下图：

预留核心土法爆破布置图

9）周边炮眼装药结构

周边眼采用间隔装药结构，药卷直径采用ø25mm，为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体。

其他眼采用连续装药结构，药卷直径采用ø32mm，具体装药结构示意图见下图。

起爆顺序为：

掏槽眼—辅助眼—底板眼及内圈眼—周边眼。

采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。

主爆区使用非电毫秒雷管，光爆眼用导爆索一次同时起爆。

爆破眼药量分配及主要经济技术指标表见下表

开挖炮眼药量分配

序号

上下

台阶

炮眼

分类

炮眼数

雷管段数

炮眼长度

炮眼装药量

单孔装药量

合计药量

个

段

Cm

Kg/孔

Kg

1

上

台

阶

解炮眼

2

130

2

掏槽眼

6

1

143

1.3

7.8

3

4

3

138

1.2

4.8

4

2

5

135

1.1

2.2

7

辅助眼

12

7

100

0.7

8.4

8

内圈眼

17

9

100

0.7

11.9

9

周边眼

34

11

100

0.15

5.1

10

底板眼

11

13

100

0.8

8.8

11

合计

88

9340

49

12

开挖断面积（m2）

35

13

比炮眼数（个/m2）

2.5

14

比耗药量（kg/m3）

1.4

15

中

台

阶

掘进眼

10

1

100

0.8

8

16

11

3

100

0.8

8.8

17

内圈眼

8

5

100

0.7

5.6

18

底眼

12

7

100

0.9

10.8

19

周边眼

14

9

100

0.15

2.1

20

合计

55

5500

35.3

21

开挖断面积（m2）

38.06

22

比炮眼数（个/m2）

1.46

23

比耗药量（kg/m3）

0.93

24

下

台

阶

掘进眼

11

1

100

0.8

8.8

25

11

3

100

0.8

8.8

27

内圈眼

8

7

100

0.7

5.6

28

周边眼

12

9

100

0.15

1.8

29

底眼

17

5

100

0.9

15.3

30

合计

53

5300

40.3

31

开挖断面积（m2）

34.84

32

比炮眼数（个/m2）

1.52

33

比耗药量（kg/m3）

1.16

说明：

堵塞长度不小于20cm。

5.2.3爆破设计的优化

爆破效果检查项目主要有：

（1）断面周边超欠挖检查；

（2）开挖轮廓圆顺度，开挖面平整检查；

（3）爆破进尺是否达到爆破设计要求；

（4）爆出石碴块是否适合装碴要求；

（5）炮眼痕迹保存率，硬岩≥80％，中硬岩≥60％，并在开挖轮廓面上均匀分布。

爆破设计优化：

每次爆破后检查爆破效果，分析原因及时修正爆破参数，提高爆破效果，改善技术经济指标。

根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况，修正眼距，用药量，特别是周边眼。

炮眼布置优化：

根据爆破后石碴的块度大小修正炮眼及装药参数。

若爆破后石碴块度较大则曾密炮眼数量、并相