地下工程施工技术2Word文件下载.docx
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●地下涌水量大小、
●施工用动力形式、
●施工工期
●操作维修技术水平等。
施工设备：
根据工程实践，大断面隧道全断面施工时所采用的设备有：
●有轨装运时：
门架式（轨行）凿岩台车；
立爪式、蟹爪式或铲斗后卸式装岩机；
矿用大斗车或10～30m3梭式矿车；
12t蓄电池式电机车或25t以上内燃机车；
喷射机、混凝土搅拌输送车、混凝土输送泵、机械手、钢模台车等。
●无轨运输时：
３臂或４臂轮胎式液压凿岩台车；
3～4m3轮胎式或履带式装岩机；
20～25t矿用自卸卡车；
锚杆机、喷射机、混凝土输送车、混凝土泵、钢模台车等。
●混合装运时：
两臂（单线隧道）、３或４臂（双线隧道）轮胎式液压台车；
2m3（单线隧道）或3m3（双线隧道）轮胎式或履带式装岩机；
15～20m3梭式矿车或矿用大斗车；
10t以上电机车；
支护同无轨装运。
二、分断面两次开挖法
定义：
将断面分成两个分层（或部分），从上向下（或从下向上）或利用导坑在全长范围内或一个区段内逐个分层（部分）施工。
开挖好一个分层（部分）再开挖另一个分层（部分）。
●稳定岩层中断面较大、长度较短
●要求快速施工以便为另一隧道探清地质情况的隧道施工。
施工方法：
根据各分层（部分）施工顺序不同，有：
●上半断面先行施工法
●下半断面先行施工法
●先导洞后全断面扩挖法。
（一）上半断面先行施工法
该法是先将隧道上半断面在全长（或区段）范围内开挖完毕，然后再开挖下半断面。
上下断面面积的比值取决于所采用的开挖设备和岩石的稳定性。
隧道上部的开挖与全断面一次开挖完全相同。
为保证上部的开挖，开挖面前需要有一段斜坡道，可以专门修筑（坡度为1：
8～1：
10），也可另外修建专门的引入隧道，由洞外引向开挖部分的底部。
下分层可采取垂直、倾斜或者水平的炮眼进行爆破开挖，钻孔和装岩可同时进行。
该法的特点：
●与全断面一次开挖相比，开挖面高度不大；
●混凝土衬砌不需要笨重的模板，可降低造价；
●不需笨重的钻架；
●遇松软地层时可迅速地改变为其它开挖方法；
●下分层开挖时运岩和钻孔可平行作业，进度快；
●下分层爆破有两个临空面，效率高、成本低。
●但上下分层施工循环各自独立，与全断面一次开挖相比，工期增长；
●必需在两个平面上铺设道路和管道。
（二）下半断面先行施工法
该法是先将隧道的下半断面在全长范围（或区段）内开挖完，然后再开挖上半断面。
下半断面采用全断面开挖并进行衬砌。
上部断面可以站在岩堆上钻孔（水平孔）或从隧道地板向上钻垂直孔。
在不采用对头施工的隧道中，下部掘通后，上部可从两个洞口组织钻孔和装岩作业。
该法的特点：
●不需要钻架，上部施工有两个临空面，钻爆成本低；
●开挖上部时钻孔和装岩可平行作业；
涌水大时可有效地排水。
●但上下分层需要有两个单独的掘进循环，总工期时间长；
●在岩堆上钻孔不方便也不安全。
●只在一定地质条件下及没有钻架或使用钻架不经济时使用。
（三）先导洞后全断面扩挖法
该法先沿隧道的中线、按全长开挖导洞，然后再扩挖至设计断面的施工方法。
导洞的位置要根据具体条件确定，可位于隧道底板或顶板或中部（拱基线水平）。
导洞可用掘进机或钻爆法挖掘。
该法优点很多，可对隧道范围内的地质进行连续的地质调查，能进行涌水和瓦斯的预防及连续排放，能在扩挖之前预先加固岩体；
能使岩体中的高应力预先释放；
有利于扩挖期间的通风；
便于增加一些中间入口，多头同时扩挖，缩短整个隧道的开挖时间。
由于导坑提供了扩挖的爆破临空面，不需掏槽，可使用深孔爆破、减小爆破震动、提高炮眼利用率和光爆效果、减少炸药消耗量。
因此，目前被认为是一种能提高掘进速度的好方法。
如秦岭Ⅱ线隧道，为了对Ⅰ线隧道进行地质预报及为全断面掘进机提供通风、排水、运输等辅助条件，在隧道的中线沿底板先掘一导洞，设计掘进断面26m2（宽4.8m、高5.9m），直墙半圆拱形，采用钻爆法施工。
待Ⅰ线隧道完工后再进行扩挖。
南昆铁路米花岭隧道是利用平导通过数个横通道与正洞相连后，不扩大工作面而进行下导洞快速开挖，然后进行全断面扩挖。
在全断面扩挖时使用了TH568—5型门架式四臂凿岩台车，KL—20E8型挖装机、14m3梭式矿车施工，设备布置如图2—1所示。
用掘进机掘进导洞是近十几年来意大利广为采用的方法，故称“意大利施工法”。
即先用小直径（3.5～5m）全断面掘进机沿隧道中线掘一贯通导洞，然后用钻眼爆破法扩挖。
该法充分利用了小直径全断面掘进机的成熟经验，又提高了机械化程度、减轻了劳动强度，是值得推广的好方法。
三、台阶法施工
将隧道断面分成若干（一般为2～3）个分层，各分层在一定距离范围内呈台阶状同时推进施工。
特点：
●是缩小了断面高度，不需笨重的钻孔设备；
●后一台阶施工时有两个临空面，使爆破效率更高。
分类：
按布置方式分：
正台阶法
反台阶法
按台阶长度分：
长台阶，＞50m
中台阶，＞5m
短台阶，＜5m
（一）正台阶法
该法为最上分层工作面先超前施工，故又称下行分层施工法。
步骤：
施工时首先掘上部弧形断面（高度一般为2～2.5m），然后逐一挖掘下面各分层。
三个分层的是：
先开挖①部，其次开挖②部，最后再挖出③部。
等断面全部挖出后，便浇筑边墙
及拱圈Ⅴ。
图2—2正台阶施工法
注意：
●第一，要根据具体条件合理确定上、下分层的错距。
距离过大，上分层出岩困难；
距离过小，上分层钻眼不便。
在分层数目少、分层断面大、使用较大型的施工机械时或者有其它辅助坑道时，错距可适当加大。
如家竹箐隧道，为了排放正洞瓦斯，另开挖有高位平行导洞，正洞施工时采用上下半断面长台阶开挖，上部超前300～400m，上部开挖的出岩、进料等均由平导承担。
●第二，在装岩、钻孔机械能力足够时，应尽量减少分层数。
人工翻岩时，台阶数可多些。
上部台阶断面钻眼可与下台阶翻岩工作同时作业。
台阶较短（3～5m）时也可以采用上下分层同时钻眼、一次爆破的开挖法。
●第三，要根据围岩稳定情况及永久衬砌的形式合理确定掘砌之间的协调关系。
锚喷支护时施工比较灵活，现浇混凝土衬砌时，一般衬砌工作落后于下分层掘进一定距离（十几米或几十米）。
工序少，干扰小，上部钻孔可与下部装岩同时作业，不需支撑和棚架，节省大量木材，必要时可以喷射混凝土或砂浆作为临时支护。
采用锚喷作永久支护时更为适宜。
围岩稳定性较好、开挖后不需或局部仅需临时支护的隧道且具有较强能力的出岩设备。
实例：
南京地铁1号线人工开挖段
土质条件：
粘土
断面形状：
马蹄形
掘进宽度：
6080~6380mm
掘进高度：
6380~6500mm
分层高度：
二分之一洞高
短台阶开挖，错距4~6m
上层：
人工装土、小推车运土，倒入下层的翻斗车内，运到竖井，提到地面
下层：
人工直接将土装入翻斗车
挖土：
先挖周边，再挖中间
支护：
格栅钢架、喷混凝土加金属网
紧跟工作面
（二）反台阶法
反台阶法又叫上行分层施工法。
即首先挖掘最下部分层，然后逐一向上挖掘其余各分层，如图2—3所示。
该法施工能使工序减少，施工干扰小，下部断面可一次挖至设计宽度，空间大，便于出岩运输和布置管线，能节省大量材料。
围岩稳定、不需临时支护、无大型装岩设备的情况。
图2—3反台阶施工法
四、导坑法施工
先以一个或多个小断面导坑超前一定距离开挖，随后逐步扩大开挖至设计断面，并相机进行砌筑的方法。
方案：
中央下导坑施工法
中央上导坑施工法
上下导坑施工法
两侧导坑施工法
（一）中央下导坑施工法
导坑位于隧道中部并沿底板掘进。
导坑掘至预定位置后，再行开帮挑顶，完成永久支护工作。
1．中央下导坑先墙后拱法
施工顺序：
先挑顶后开帮，在开帮的同时完成砌墙工作。
围岩较稳定（
～
类）的石质隧道施工。
根据围岩条件、断面大小可采用
六部开挖法或三部开挖法。
▲六部开挖法又称漏斗棚架法，施工工艺为：
a．先开挖下导坑
部，考虑到爆破作业安全、存放斗车及探明地质，下导坑宜超前一定距离。
b.随后架设漏斗棚架，向上开挖
（称为拉槽）和
部（挑顶）。
棚架上的石岩堆影响
部排烟。
挑顶时要挖至拱部设计轮廓线，并考虑一定的预留沉降量。
c.
部开挖完后立即进行刷帮，开挖
、
部。
d.最后，按先墙后拱的顺序衬砌浇筑。
图2—4 下导坑漏斗棚架法
该法除下导坑和左右两帮（
和
部）外，其余各部位的岩石均可经由漏斗漏到棚下的斗车内，再运出洞外。
▲三部开挖法：
围岩条件允许时，可将①部与②部合并、③部与④部合并、⑤部与⑥部合并，即成为三部开挖法，使工序大为简化。
漏斗棚架：
一般由圆木及旧钢轨构成。
在运输线路上方每隔5m设长方形漏岩孔正对矿车。
中间立柱应避开隧道中心线，以免影响测量；
也可以在爆破后拆除，以利运输。
为避免爆破损坏棚架，每次放炮前，棚架顶面应预留有厚20～30cm的矸石。
部开挖的矸石都先堆在棚架上，故棚架要有相适应的长度。
●将断面分成若干部分进行开挖，可容纳较多人员同时施工；
●除下导坑外，均有较多的爆破临空面，爆破效果好；
可利用棚架及岩堆完成整个断面的钻眼爆破作业；
●棚架上石岩装车由漏斗口漏入车内，省力、速度快。
●衬砌是先墙后拱连续施工，整体性好
●需用大量木材、钢轨，棚架也易因爆破而损坏。
●工作面拉开距离长，围岩暴露时间长，对施工安全不利
2．中央下导坑先拱后墙法
施工程序：
a．下导坑领先，
部开挖的断面一般高2.0m、宽2.0m左右。
开挖时要多布孔，少装药，尤其应控制离排架较近炮眼的装药量。
b．④部扩大开挖距③部一般20m左右，不宜太长，开挖的渣石不立即拉走，用其填平②部拉槽，作为衬砌工作平台。
③、④部开挖后可立即用锚杆进行支护。
c．扩大开挖完后，应立即灌注拱部混凝土
d．最后拆除棚架，开挖⑥部，并立即进行砌墙。
▲施工效率高，速度快。
具有漏斗架棚法开挖出岩的优点和先拱后墙法安全施工的长处
▲地层变化时，改换其它方法比较容易
▲消耗木材和钢材较多，爆破易损坏棚架
▲衬砌整体性差。
在条件允许时，可将①、②部合并，③、④部合并，与⑥部形成三部开挖法，以使工序简化
该法适用于Ⅴ、
类围岩的隧道施工
（二）中央上导坑施工法
▲导坑
超前开挖并架临时支撑，随后落底
，更换导坑支撑。
▲依次扩大两侧
，并立即进行砌筑。
▲松软、含水、易坍的土层，应将导坑再分成几个小断面进行挖掘，先挖顶部后挖两帮并进行临时支撑，最后挖掉中间部分。
▲土质隧道中，中间部分
可分三层进行。
为防止拱脚内移，可在拱脚处架设横撑梁（也叫卡口梁）；
为防止两侧内移，在断面
的中上部也应设横撑（过河撑）。
▲两侧墙⑥、⑧采用马口开挖，每侧开挖完成后立即砌墙。
开马口方式：
对开马口：
对开马口即两帮马口同时相对开挖，适合于石质较好的隧道；
对开马口可不必来回跳跃，不会打坏对面边墙，风水管路及脚手架等不必多次拆装，可加速边墙施工速度。
错开马口：
错开马口即两帮马口相错开挖，适合于石质松软、破碎的隧道。
马口长度：
以4～8m为宜，松软破碎围岩可小于4m。
注意：
在岩石条件较差时，也可采用三步或四步跳跃法，如图2—8b所示（括号内数字为四步跳跃法）。
▲拱圈衬砌及时，围岩暴露时间短，在软岩及土质隧道中可防止拱圈失稳与开裂。
▲施工干扰大，进度慢。
衬砌整体性差
较适合于围岩稳定性差及长度较短（300m以内）的隧道。
需随挖随砌的
类围岩的石质及土质隧道。
（三）上下导坑施工法
适用条件：
类及
类围岩的石质或土质隧道施工。
下导坑①超前上导坑②30～50m，对于短隧道或石质差的隧道，这一距离还可小一些。
其它工序拉开的距离以互不干扰、尽量缩短为原则。
两个导坑挖好后，先扩大上部断面，并把拱圈修筑好，然后在拱圈保护下开挖下部断面，
最后修筑边墙等。
导坑的形状：
一般为梯形。
下导坑尺寸：
高度：
2.8～3.0m
上宽：
单轨时2.4～3.0m、
双轨时3.6～4.0m，
下宽：
比上宽适当放宽0.3～0.4m。
上导坑尺寸：
一般2.3～2.6m
2.0～2.4m，
也可将上导坑一次挖到起拱线。
上导坑的支撑可用木支撑、钢支撑、钢筋混凝土支撑以及锚喷支护。
考虑到永久支撑前顶板的沉降，上导坑的顶板标高需高出设计轮廓线一定距离，软石隧道为20～40cm，土质隧道为30～60cm。
上下导坑之间以漏斗孔联通，以利上部导坑出岩、进料和通风。
漏斗孔尺寸一般为0.70.7m，从下导坑向上爆破挖掘。
上导坑挖好后，即进行上部扩大及支撑。
扩大先由上导坑落底（
部）开始，落底进行15～20m后开始刷帮，边挖边支撑。
也可采用不落底扩大开挖，导坑两侧刷帮到起拱线，中央保留一个小平台，待拱圈衬砌结束后再挖去。
上部扩大20～30m即可边拆除扩大支撑，边浇注混凝土。
在拱圈混凝土达到70%设计强度后，拆除拱架模板，进行中部（
部）开挖。
挖掘时要沿拱脚边缘留出0.3～0.6m的平台，以防拱圈下沉；
炮眼要浅，装药要少；
放炮时对下导坑支撑用中间顶柱进行加固。
中部挖去后，开始挖砌边墙。
这一步非常重要，直接关系到拱圈及整个衬砌的质量。
因此，应采取以下措施：
1）拱脚悬空后需加强临时支撑，围岩稳定性差时，拱脚应设置托梁。
2）拱圈是分段浇灌的，段与段之间有施工缝，为避免挖边墙时使整段拱圈悬空，边墙应采用马口开挖。
3）砌筑拱圈时适当加厚拱脚处的衬砌，使部分拱脚支撑在围岩上，以保证拱圈不下沉。
施工特点
最大优点是下部各工序均在拱圈保护下进行，施工安全；
有两个导坑，通风、排水、运输、管线布置等条件较好；
能拉开工作面，便于使用小型工具。
适用范围广，遇到地质情况变化，变换施工方法较易。
但衬砌整体性差，马口开挖影响进度且有可能引起拱圈下沉。
工序多，干扰大，施工管理不便，上导坑人工扒岩劳动强度大。
（四）两侧导坑施工法
1．品字形导坑先拱后墙施工法
Ⅲ～Ⅴ类围岩石质多线隧道
先开挖呈品字形布置的导坑①、②，再在上导坑②扩大拱部③、④，矸石从漏斗漏至①中的斗车内运出，挖完拱部围岩后即砌拱圈，在拱圈保护下开挖边墙部分⑥，并砌筑边墙Ⅶ。
最后开挖核心⑧部和⑨部。
上导坑的布置同样需要考虑预留沉降量。
下导坑的位置需注意⑥部有足够的厚度而不致使拱脚沉陷。
若⑥部厚度不够，则需下导坑往中间布置，或缩小下导坑宽度，使拱脚下不挖空，然后采用“开马口”方式开挖。
围岩松软时，拱脚处可设置托梁，以防拱圈下沉。
在围岩较稳定时，可按顺序开挖、砌墙。
优点：
该法工作面较多，施工干扰小，一般不需要支撑或需简单的支撑，保留核心有利于支撑和施工安全，出岩运输方便，两个下导坑可用装岩机装岩。
拱部扩大的大量矸石可经由漏斗漏至下导坑的斗车内运出。
核心部分⑧及⑨部可用大型机械全断面开挖，也可分台阶开挖。
▲导坑较多，衬砌整体性差，核心放炮时会影响下导坑运输及其它工序
▲遇到地层条件变化时，更换其它施工方法较难
2．侧壁导坑先墙后拱法
Ⅰ、Ⅱ类围岩土质隧道
a．先沿隧道下部两侧周边开挖导坑①，挖后即浇注边墙下部
b．达到强度要求后再开挖上面第二层导坑，并砌筑边墙上部。
c．两侧边墙砌好后，再开挖上导坑⑤，并经由上导坑进行拱部扩大⑥、⑦和衬砌拱圈Ⅷ。
d．拱圈砌筑完后，挖除核心部分⑨
e．最后挖底⑩并浇筑仰拱。
当围岩比较稳定时，侧导坑可宽些，以留出运输通道。
但围岩不稳定、围岩压力大时，或者在松软含水层处，则导坑宽度就要尽量小些。
此时，一般在边墙砌筑后便没有空间通行，往往是先回填土石，以防边墙被侧压推动或压坏，砌筑边墙时是由内向外，开挖一段砌筑一段。
上导坑尺寸不宜过大，开挖时也要考虑抬高量（30～40cm）；
不良地段要短开挖（5～10m）、强支撑、快衬砌。
必要时可用先撑后挖方式开挖，如插桩法。
即在开挖面上沿开挖轮廓线先打入插桩（木板、圆木、钢轨等）作为支撑，然后在支护范围内开挖，支一点挖一点，逐步向前。
衬砌时需抽换支撑，此时也应按先顶后抽的原则进行。
拱圈做好后，可用大型挖土机械挖去核心部分。
挖底和灌注仰拱可用分段跳槽法。
特点：
▲断面分块小，自下而上随挖随砌。
因此，暴露时间短，对围岩的破坏扰动小，安全可靠。
▲工序多，进度慢，导坑多，造价高，通风排水困难。
第二节钻眼爆破工作
钻眼爆破开挖隧道应达到的要求：
●断面形状和尺寸符合设计要求；
●石岩块度大小适中，便于装岩作业；
●掘进速度快，钻眼工作量小，炸药消耗量最省；
●有较好的爆破效果，表面平整，超欠挖符合要求；
●对围岩的震动破坏小。
对围岩的震动破坏小。
一、钻眼机具的选择
▲钻眼机具
钻眼机械：
凿岩机
钻眼工具：
钎杆和钎头
▲凿岩机类型
按支撑类型分：
手持式、支腿式、台车式
按动力分：
风动、电动、内燃式
▲气腿式凿岩机：
型号：
YT-23、YT-24、YT26等
▲车台式钻车：
钻臂数目：
多为2～4个
一次钻深：
可达2～4m
类型：
轮式适用于中小型断面
JZZZ—2LC10—2B
CGJ—2CGJ—3
CTH10—2F等等
门架式：
适用于大型断面
装岩与钻眼设备干扰少
米花岭隧道：
孔深3.8m，TH563—5型门架式四臂台车
秦岭Ⅱ线平导：
TH568—10门架式三臂凿岩台车打眼，
▲凿岩工具：
钎头：
一字形、十字形、Ｙ字形、柱齿形等。
一字形结构简单，凿岩速度较高，应用最广
适用于整体性较好的岩石
十字形较适用于层节理发育、较破碎的岩石
结构复杂，修磨困难
柱齿形重复破碎少、耐磨
钎杆：
整体钎子：
钎头和钎杆连成一体
活动钎子：
钎头和钎杆分开组合
工程中多用活动钎子
钎杆形状：
中空六边形，普通凿岩机用
中空圆形，重型钻机或深孔接杆式钻进
▲钻眼要求：
多台钻机作业：
一般３m2左右配备一台钻机
操作工要培训：
提高操作技术，
实行五定：
定人、定机、定位、定任务、定时间
测量：
测量人员应给出准确的掘进方向
二、爆破工作
1．爆破器材的选择
炸药：
硝铵炸药、含水炸药
岩石炸药：
1号岩石硝铵炸药
2号岩石硝铵炸药
2号抗水岩石硝铵炸药
3号抗水岩石硝铵炸药
4号抗水岩石硝铵炸药
煤矿炸药：
1号煤矿硝铵炸药
2号煤矿硝铵炸药
3号煤矿硝铵炸药
1号抗水煤矿硝铵炸药
2号抗水煤矿硝铵炸药
3号抗水煤矿硝铵炸药
水胶炸药高威力炸药1号、2号、一般威力3号
煤矿安全型炸药
雷管：
8号。
秒延期
半秒延期
毫秒延期
“段”的概念
130毫秒限制问题
雷管系列表
段别
秒延期
半秒延期
1/4秒延期
毫秒延期
延期时间，s
脚线
颜色
延期时
间，s
延期时间，ms
1系列
2系列
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
≤0.1
1.0
2.0
3.1
4.3
5.6
7.0
灰、红
灰、黄
灰、蓝
灰、白
绿、红
绿、黄
绿、白
0.5
1.5
2.5
3.0
0.25
0.50
0.75
25
50
75
110
150
200
250
310
400
460
550
650
760
880
1020
1200
1400
1700
2000
≤4
38
63
93
黑、红
黑、黄
黑、白
挂
段
数
牌
导爆索
2．爆破参数
（1）炮眼深度
影响因素：
掘进速度、钻孔设备、循环方式、断面大小
循环方式：
浅眼多循环、深眼少循环
浅孔——1～2m
中深孔——2m以上
常用眼深：
1.5～2.5m。
根据经验：
一般取掘进断面高（或宽）的0.
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