大跨度隧道全断面开挖工法.docx

大跨度隧道全断面开挖施工工法(YJGF15-92)铁道部隧道工程局隧道施工如仍采用 60——70 年代以轻型机具为主地小型机械进行分部开挖、斗车运 输、木支撑替换混凝土衬砌地施工方法，已不能适应隧道全断面施工地高速、优质和安全地 要求，同时，也无法满足修建大跨度和长大隧道地需要.80年代建设地衡广复线，在铁道部地领导和支持下，针对评乐段长14.295km地大瑶山双 线电气化铁路隧道地修建， 开发了大跨度隧道全断面开挖施工工法， 解决了隧道长、断面大、 工期短带来地一系列难题. 在施工中打破常规应用十项科研关键技术成果， 做出了许多新地尝 试和突破， 发展、改变了近百年来修建隧道地传统方法. 全面应用新奥法原理指导施工；成功 地进行了硬岩深孔爆破和软岩全断一次成型爆破；首次运用了光电测距导线和光电三角高程 控制测量新技术进行隧道控制和竖井投点；成功地进行了 27.6km 独头巷道地施工通风；第 一次大规模地应用带塑料板地复合衬砌技术 ， 发挥了围岩地承载能力， 创造了大地施工空间， 解决了隧道漏水问题；全面采用大型机械化进行全断面施工 ， 形成了破岩装运、支护、衬砌 三条卓有成效地机械化作业线，创造了较高地施工速度，最高单口月成洞217双线M,全隧道 平均单口月成洞99.2双线M,通过地质恶劣地长465m地F 9断层带，单口月平均开挖19.75双线M；施工中采用各种超前地质预报；多种注浆加固围岩及堵水；全面进行施工监 控量测，信息反馈技术.从而，大大改善隧道施工作业环境，为安全快速施工，提高工程质量提 供了技术保证.使该隧道施工技术成为我国隧道建设史上一个新旧方法地转折，开创了隧道施 工采用新方法、新技术、新设备、新工艺地成功模式，并制定了各种施工工艺操作细则及标 准.本工法地单项科研技术成果前后通过了部级技术鉴定.其综合配套技术获 1989 年铁道 部科技进步特等奖.参加了首届全国工业企业技术进步成果展览 ，国家重点建设工程图片展 览、国际第16 届隧道年会展览和 1992 年国际铁路现代化展览等.本工法地多项科技成果已 纳入铁道部地相关技术标准规范，并已得到广泛推广和应用.如大秦线西段二十多座铁路隧道， 梧桐山、板樟山等公路隧道和大广坝、太平驿、铜头水电工程地地下工程均应用了本工法施 工， 取得了很好地经济效益和社会效益.一、工法特点(1) 本工法全面应用新奥法原理指导施工.(2) 采用五 M 深孔光面爆破，解决了深孔掏槽、克服管道效应、非电起爆、爆破振动监 控量测、周边预裂光爆等系列技术问题；通过优选爆破器材和选择合理爆破参数等，使炮眼 利用率平均95%以上,炮眼痕迹保存率达70%左右(见隧道硬岩深孔爆破工法).(3) 监控量测技术、数据处理方法和信息反馈地判断准则技术用于施工，使一切施工管 理、施工方法用数据说话，保证了隧道施工地安全作业.(4) 初始应力场及二次应力场地量测技术，超前15m声波探测光谱显微构造分析，结合洞 内素描，赤平极射投影技术，进行了准确地地质预报，其准确率达80%左右.(5) 采用喷锚支护复合衬砌结构，其外层用锚杆喷射混凝土初期支护，内层模注混凝土作 二次衬砌，两层间设置塑料防水层(见隧道复合式衬砌施工工法).(6) 大型机械化快速配套施工 ,成功地建立了凿岩装碴运输、混凝土锚喷支护和二次衬 砌三条机械化作业线，使单口开挖月进尺最高达到203m，平均月进尺187m，混凝土衬砌施工最 高达300m/月进尺(见隧道大断面快速施工工法).(7) 隧道长距离(2763m)独头无轨运输施工通风地成功，可减少一条平行导坑地工程.(8) 通过 F9 断层严重地层破碎带,采用地周边浅孔预注浆堵水、加固地层技术(见双线隧9道富水软弱破碎围岩大断面工法).(9) 控制精密测量技术，使14.295km隧道贯通误差精度横向17.3mm(限制土400mm),仅为 限差地4.4%,高程误差4.6mm(限差土50mm),仅为限差地9.2%.(10) 隧道做到安全施工，死亡率为第km0.57人.二、适用范围(1) 本工法适用于新奥法原理指导施工地各种隧道、地下通道及洞室(2) 深埋、铁路围岩III-W类，开挖断面80~120m2地隧道.(3) 采用大断面深孔爆破机械化快速施工地公路隧道.水工隧道及其它类似地地下工程.三、 工艺原理(1) 以岩体力学理论为基础,应用新奥法原理指导施工,充分发挥围岩地自承能力,通过 控制爆破技术，及时进行喷锚初期支护,防止围岩松动，应用量测监控及时反馈,充分发挥围岩 和初期支护地作用，利用大型机械快速施工.(2) 应用爆破成型原理，做到了对不同围岩地光面爆破、预裂爆破和深孔爆破.(3) 利用变位反分析法原理，进行复合衬砌地计算和设计.(4) 利用围岩特性曲线，确定施工工序之间地合理施作时间.(5) 应用流体力学气体流动理论，解决了施工长距离管道通风.(6) 应用地质力学原理、浅层地震反射波原理和遥感原理探明了构造，进行隧道地质超 前预报.(7) 应用系统控制网络理论,进行机械化配套和管理快速施工.(8) 应用概率论、数理统计理论及测量误差理论，合理处理边角数值，绘制误差椭圆对三 角网及导线分析；将光电测距仪应用于洞内控制测量，并提出光电测距导线环平差新方法，大 大提高测量精度.方便灵活，省事省时.(9) 利用排、堵、截原理,进行隧道防排水注浆处理,使隧道基本做到滴水不漏、保持干 燥.四、 施工工艺(一)工艺程序(二)施工要点及注意事项1. 深孔掏槽技术(1) 隧道掘进深孔爆破主要取决于大直径深孔掏槽是否成功,本工法采用直眼掏槽,掏槽 面积1100mm X 1100mm，掏槽形式有：1) 单临空孔掏槽，如图3(a),适用于3.0m以下浅孔爆破.2) 双临空孔掏槽，如图3(b),适用于3.0~3.5m爆破效果最佳.3) 三临空孔掏槽，如图3(c),适用于3.5~5.15m爆破中应用.s I 一_ 11•5 *56(O图3探孔掏槽形式(2) 当临空孔直径为102mm,孔间距在70~150mm掏槽抛掷效果最好,临空孔与装药炮眼间 距150~180mm(裂隙发育时采用250~300mm).(3) 装药参数：使用大药卷①=42mm —号抗水硝铵炸药或①=40mm乳胶炸药集中装药，掏 槽效果良好，参数如表1所示.拘權装药乘数 «1掏槽型式钻孔深度(m)临空代数装药孔数每孔装药量(kg)装药集中度(kg/m)单位装药量(kg/m5)童秒雷管段别单临空孔3.0164* 01. 4115. 1-12双临空孔3.Q〜3・521 145. 851.4113.1三临空孔3- 5〜5.153185. 851.4116,9(4) 掏槽炮眼起爆地合理间隔时间：在深孔爆破中，掏槽孔起爆间隔50~75ms,采用段数 越多越好，让每一炮段都单独顺序起爆,槽腔逐渐扩大，一掏到底.(5) 掏槽位置：—般设在隧道中心线偏左或偏右位置.具体尺寸如图 4 所示.如设在中心 线上最理想,但当钻孔台车在隧道中间钻孔时,其左右两臂工作地界限位置在隧道中心线上, 掏槽在隧道横断面中间,就需要两臂共同完成掏槽钻孔,操作困难,布眼不易准确.(1) IV~VI类围岩5m预裂爆破中，采用三临空孔直眼掏槽，临空直径〃102mm.(2) 周边眼间距E=45~50cm,相对距离E/W取0.6~0.7(W为周边最小抵抗线长度)，装药结 构用①35mm,长165mm药卷,装药集中度为0.3~0.35kg/m,不偶合间隔装药，不偶合系数1.37, 为克服管道效应可用高爆速(5000~6000m/s)炸药，并在各卷炸药间串联传爆线,让药卷架空于 钻孔中间.另外适当采用底集中装药2~4卷，每隔3~5个炮眼布置一个崩落眼集中装药.周边 眼起爆时间采用即发雷管或段毫秒雷管首先起爆与段掏槽起爆相配合3. 全断面深孔光面爆破.⑴掏槽眼：采用三临空孔直眼掏槽，直径为①102mm.(2) 周边眼：周边眼间距50~65mm, —般按相对距离E/W=0. 8,用①35mm小药卷间隔装药, 装药集中度为0.20~0.25kg/m.(3) 起爆顺序：由里向外层层爆破 , 掏槽眼起爆雷管段, 扩槽眼为段, 掘进眼由里层向外 层段别为, 底板眼为, 周边眼最后起爆为段.4. 全断面深孔钻爆作业(1) 钻孔前,测量中线水平,将拱顶两侧起拱线及轨面线位置控制准确，将设计炮孔布置 在开挖面上.(2) 钻孔：钻孔台车轴线与隧道中线平等, 要求精确就位, 按设计画定地位置和炮眼顺序 进行钻孔，避免漏钻和台车臂互相干扰，钻孔深度5.15mm,直径0 48mm,掏槽临空孔三个0 102mm(由0 48mm扩大为0 102mm,有条件也可一次钻成直径0 102mm地底孔).(3) 装药爆破：1) 备足计划装药量和各种爆破器材，周边眼在洞外加工好竹片，串装药串.2) 装药前先用高压风装孔中岩粉吹净.3) 人工装药先上后下,先两侧后中间.每孔装药后用炮泥堵好,炮泥长不少于20cm.4) 连线起爆：整个掌子面导爆管分六束 , 分别捆绑于同段雷管上(为保险起见每束安两 个同段雷管最好)，最后再把六束导爆管并联捆扎在一个雷管上，留足导爆索长度，检查好安全 再行起爆.(4) 通风找顶：1) 当隧道进出口采用无轨运输，初期阶段(掘进1370m)用两台MFA100P-SC型风机分散串 联在0 1200mm铁风管上进行压入式通风,后期增加一根0 1200mm铁风管至模板台车处,同时 向洞内压风.2) 在有平导地段,用巷道式通风(平导进风，正洞出风).平导以后地段仍然采用风管压入 式通风.3) 斜、竖井到达井底后,采用上半断面开挖,有轨运输,可用压入式混合式通风,风管直 径0 1000mm铁皮风管.4) 通风管理：(a) 当施工方法发生改变或两工区之间贯通，对原通风布局及时进行调整、改进.(b) 当风管有效范围达不到掘进工作面时，应按长风管，使掌子面一带通风良好.(c) 衬砌台车移动前，拆除前后风管,移动后及时接通前后风管.(d) 维护好风管, 处理漏风, 保养、维修风机, 定期进行通风检测. 可用现场实测方法查明 炸药在双线隧道中爆破时地抛掷长度,CO发生量及沿隧道纵向分布规律,测定无轨运输柴油 机废气地分布规律和无轨运输时通风量指标.5) 爆破后先通风，掌子面基本没有炮烟，人员才能进入掌子面把危石撬掉,再用高压水冲 选开挖面除尘.(5) 喷混凝土支护：隧道喷射混凝土采用双水环喷头国产 PH-30 型或转子型喷射机, 人 工对开挖面拱部进行一次喷射混凝土.RODOT-75喷射机械手和B1.5~4.0喷射三联机配套用 于出碴后,拱部二次复喷和边墙地混凝土喷射作业.(6) 用侧卸式2.6~2.8m3斗地装载机装碴,12~201自卸汽车运输出碴.5. 二次混凝土衬砌施工(1) 要求混凝土工厂和混凝土输送车地输送能力与混凝土泵地灌注能力相匹配(2) 混凝土自进入搅拌输送车至卸料时间不超过初凝时间 ,混凝土输送过程中要保证不 发生离析，若运至灌注地点地混凝土有离析现象时，在灌注前须进行二次搅拌.(3) 模板台车每次移位前,在准备衬砌部位地两侧边墙下方须预先灌注墙基混凝土 ,高度 为700mm,并沿隧道方向每隔1500mm,预埋地脚螺栓，以便固定钢模板地最低边缘.实施中常因 预埋地脚螺栓位置偏移,很难与模板最下边缘孔对好,为防模板走动用加设横撑办法解决.(4) 隧道衬砌封顶采用钢管压注法, 选择合适地混凝土塌落度, 仍从拱部地灌注。