隧道钻爆法施工方法.doc

隧道钻爆施工方法1 全断面开挖法地下工程断面采用一次开挖成型(主要是爆破或机械开挖)的施工方法叫全断面开挖法该法的优点是可以减少开挖对围岩的扰动次数，有利于围岩天然承载拱的形成；工序简单，便于组织大型机械化施工；施工速度快，防水处理简单缺点是对地质条件要求严格，围岩必须有足够的自稳能力另外，机械设备配套费用也较大1.1 施工顺序全断面开挖法施工主要工序：使用移动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点，再起爆，一次爆破成型，出渣后钻孔台车再推移至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环同时，施作初期支护，铺设防水隔离层(或不铺设)，进行二次模筑衬砌全断面开挖法施工顺序:①全断面开挖；②喷锚支护；③灌注衬砌开挖顺序见下图3.1-1所示图3.1-1 全断面开挖法施工顺序全断面开挖法施工作业程序及各工序合理间距如下图所示(单位：m)图3.1-2 全断面开挖作业程序及间距1.2 施工工艺流程全断面开挖工艺流程见下图3.1-3所示注：1．钻孔；2．装药、爆破；3．初喷；4．装渣；5．量测；6．局部挂网；7．复喷；8．挖沟、铺底超前；9．铺防水板；10．模筑衬砌。

图3.1-3 全断面开挖工艺流程1.3 施工要点(1)开挖断面大，炮眼数量多，炮眼深度一般为3.5～5m，宜均匀布置每台凿岩机任务，使钻眼作业同时完成 (2)钻爆和装运顺序作业，工序安排必须紧密配合，衬砌与开挖间距应能满足台车退避到安全地点和爆破不损坏圬工等要求 (3)加强运输调度工作和合理配备装运机械，并宜采用连续装碴作业设施 (4)当顶部围岩破碎时，应及时支护，先初喷后复喷，并增加机械手进行复喷作业，以利于稳定地层和加快施工进度 (5)尽可能采用衬砌模板台车，配合混凝土浇注机或输送泵施工将拱墙一次完成；铺底混凝土必须提前施作，且不滞后200m；当地层较差时铺底应紧跟，这是确保施工安全和质量的重要做法 (6)洞口应配备一定机械维修设备1.4 适用范围全断面法主要适用于Ⅱ～Ⅲ级围岩当断面在50m2以下，隧道又处于Ⅳ级围岩地层时，为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面法施工但在第四纪地层中采用此施工方法时，断面一般均在20m2以下，且施工中仍须特别注意山岭隧道及小断面城市地下电力、热力、电信等管道工程施工多用此法1.5 评价a.优点。

全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，便于施工组织和管理b.缺点1)由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大2)每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业1.6 注意事项 全断面法是目前Ⅰ～Ⅲ级围岩的隧道工程施工技术发展的一个方向，但是在采用全断面开挖时应注意以下事项： (1)加强对开挖面前方的工程地质和水文地质的调查，对不良地质情况要及时预测预报、分析研究，随时准备采取应急措施(包括改变施工方法)，以确保施工安全和工程进度 (2)各工序机械设备要配套，如钻眼、装渣、运输、模筑、衬砌支护等主要机械和相应的辅助机具(钻杆、钻头、调车设备、气腿、凿岩钻架、注油器、集尘器等)，在尺寸、性能和生产能力上都要相互配合各项工作要环环紧扣，不得彼此牵制而影响掘进，从而充分发挥机械设备的使用效率和各工序之间的协调作用，并注意经常维修设备，备存足够的易损零部件，以确保各项工作的顺利进行 (3)加强各种辅助作业和辅助施工方法的设计与施工检查，尤其在软弱破碎围岩中使用全断面法开挖时，应对支护后围岩变形进行动态量测与监控，并使各种辅助作业的三管两线(高压风管、高压水管、通风管、电线和运输路线)保持良好状态。

(4)重视和加强对施工操作人员的技术培训，使其能熟练掌握各种机械和新技术，不断提高工效，改进施工管理，加快施工速度5)用全断面法开挖时，应优先考虑选择锚杆和锚喷混凝土、挂网、撑梁等支护形式1.7 全断面法施工～图3.1-11图3.1-4 塑料导爆管非电起爆，部分器材和已加工好的起爆药卷与周边眼“药串”图5 机械化出渣作业图6铺设防水塑料板图7混凝土输送车及输送泵作业图8模板台车及衬砌作业图9混凝土工厂图10三臂和四臂钻岩台车在洞内联合作业图11及时施作仰拱封闭，铺防水板做永久衬砌2 台阶开挖法台阶开挖法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，即分成上下两个工作面或几个工作面，分步开挖据地层条件和机械配套情况，台阶法又可分为正台阶法、中隔墙台阶法等根据工程实际地层条件和机械条件，可选择适合的台阶方式2.1 正台阶开挖法正台阶开挖法优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降上台阶长度(L)一般控制在1～1.5倍洞径(D)，根据地层情况，可选择两步或多步开挖法 上下两部分步开挖法若地层较好(Ⅲ～Ⅳ级)，可将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度一般控制在1～1.5倍洞径(D)以内，但必须在地层失去白稳能力之前尽快开挖下台阶，支护后形成封闭结构。

1 施工顺序 上下两部正台阶开挖法施工程序如图3.2-1所示图3.2-1 上下两部正台阶开挖法施工程序若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施；首先施工超前锚杆、施作临时拱、铺底，然后进行正台阶法施工；见下图3.2-2所示图3.2-2 有超前支护及临时仰拱上下两部正台阶开挖法施工程序.2 施工工艺流程一般采用人工和机械混合开挖法，即上半断面采用人工开挖、机械出渣，下半断面采用机械开挖、机械出渣有时为避免上半断面出渣对下半断面的影响，可用皮带运输机将上半断面的渣土送到下半断面的运输车中 多部分步开挖留核心土该法适用于较差的地层，围岩级别为Ⅰ、Ⅱ类，上台阶取1倍洞径左右环形开挖，留核心土用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面；用网构钢拱架做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆从断面开挖到初期支护、仰拱封闭不能超过lOd，以确保地面沉陷控制在50mm以内 典型开挖方式见图，这是在Ⅱ类黄土地层双线铁路断面施工的实例上台阶长度取1倍洞径左右环形开挖，留核心土，首次用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面，首次将研制成的蝴蝶结网构钢拱架用在初期支护中在该次试验中，测试锚杆在软土中作用不大，改设拱脚、墙脚，设置注浆锁脚锚管。

初期支护至仰拱封闭不能超过lOd，以确保地面沉降控制在50mm以内注：①、②、③、④、⑤为开挖顺序a．初期支护b．网构钢拱架c．拱脚注浆锁脚锚管 d．墙脚注浆锁脚锚管e．初期支护厂塑料薄板隔离层g．泵送粉煤灰防水混 凝土模筑(永久衬砌)图3.2-3 多部分步正台阶法开挖施工流程 当隧道断面较高时，可以分多层台阶法开挖，但台阶长度不容许超过1.5D图为北京市地铁复兴门折返线中双线隧道正台阶法开挖顺序图3.2-4 双线隧道正台阶法开挖顺序 台阶长度之所以定为1倍洞径(1D)，主要因为地面沉降不容许超过30mm另外，隧道在施工中纵向产生承载拱，承载拱的跨度约为1倍洞径(图3.2-5)这样，在1倍洞径区段周围地层产生横向和纵向两个承载拱的作用，这对开挖是有利的台阶长度超过1倍洞径将失去纵向承载拱受力结构，仅有横向平面承载拱受力结构另外，上台阶若选用大于1.5倍洞径的长台阶，在开挖时纵向变位大，上台阶断面形状不利于受力，而且容易引起周围地层松动，塑性区增大，造成拱脚附近受力大而使其失稳(图3.2-6)；在下台阶开挖时，也容易产生变位叠加而使其失去稳定性(图3.2-7)上台阶若过短，小于1倍洞径，因洞内纵向破裂面超过工作面，易造成洞顶土体下滑，引起工作面不稳定，所以软弱地层不能采用短台阶施工(见下页图3.2-8)。

但是，若用硬岩爆破法施工时，为了便于风钻打眼，可设置超短台阶图 纵向承载拱的作用图3.2-6 上台阶过长引起松动荷载注：D为开挖直径图3.2-7 开挖过程中纵向变位影响长度 图3.2-8 短台阶施工引起工作面失稳 所以，从安全角度考虑，台阶长度定为1倍洞径是合理的施工机械的配置也应遵守这个原则因此，在采用正台阶法施工时，应树立一个概念，不要分长台阶、短台阶、微台阶，这是长期施工经验教训的总结，有关施工规范中也取消了这种说法，也不再提半断面法开挖 需要说明的是，在Ⅱ类砂卵石地层中进行大断面正台阶开挖，必须同时实施深孔注浆和小导管超前支护、预注浆辅助工法2.2 施工顺序台阶法开挖顺序见下图3.2-93.2-9 台阶法开挖顺序图2.3 施工要点2.4 台阶法评价 台阶法开挖优点 (1)灵活多变，适用性强凡是软弱围岩、第四纪沉积地层，必须采用正台阶法，这是各种不同方法中的基本方法而且，当遇到地层变化(变好或变坏)，都能及时更改、变换成其他方法，所以被称为浅埋暗挖施工方法之母 (2)具有足够的作业空间和较快的施工速度台阶有利于开挖面的稳定性，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。

当地层无水、洞跨小于lOm时，均可采用该方法 台阶开挖法缺点台阶法开挖的缺点是上下部作业互相干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，还应注意台阶开挖会增加围岩被扰动的次数等2.5 台阶法开挖注意事项 (1)台阶数不宜过多，台阶长度要适当，一般以一个台阶垂直开挖到底，保持平台长2.5～3m为宜，这样也易于减少翻渣工作量装渣机应紧跟开挖面，减少扒渣距离，从而提高装渣运输效率应根据两个条件来确定台阶长度：一是初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩的稳定性越差，要求闭合的时间越短；二是上半部断面施工时开挖、支护、出渣等机械设备所需的空间大小 (2)台阶法开挖宜采用轻型凿岩机打眼施作小导管，当进行深孔注浆或设管棚时多采用跟管钻机，而不宜采用大型凿岩台车 (3)个别破碎地段可配合喷锚支护和挂钢丝网施工，以防止落石和崩塌 (4)要解决好上下部半断面作业的相互干扰的问题，做好作业施工组织、质量监控及安全管理工作5)采用钻爆法开挖石质隧道时，应采用光面爆破技术和振动量测技术来控制振速，以减少扰动围岩的次数3 分部开挖法分步开挖法主要适用于地层较差的大断面地下工程，尤其是限制地面沉降的城市地下工程，包括单侧壁导坑超前台阶法、中隔墙法(CD、CRD工法)、双侧壁导坑超前中间台阶法(也称眼镜工法)和双隔墙中间预留核心土法等多种形式。

3.1 单侧壁导坑超前台阶法 单侧壁导坑超前台阶法主要适用于地层较差、断面较大，采用台阶法开挖有困难的地层采用该法可变大跨断面为小跨断面大跨多不小于10m，可采用单侧壁导坑法，将导坑跨度定为3～4m，这样就可将大跨变成3～4m跨和6～10m跨这种施工方法简单而可靠 采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上，为稳定工作面，经常和超前小导管预注浆等辅助施工措施配合使用，一般采用人工开挖，人工和机械混合出渣，开挖方式见图3.3-1图单侧壁导坑超前台阶法开挖方式 侧壁导坑尺寸通常根据机械设备和施工条件来确定，而侧壁导坑的正台阶高度， 一般规定为台阶底部至起拱线的位置，这主要是为施工方便而确定的，范围在2.5～ 。