第五章隧洞开挖和一次支护.docx
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第五章隧洞开挖和一次支护
第五章隧洞开挖与一次支护
5.1工程概述
5.2施工布置
5.3施工方案及工作面划分
5.4洞挖施工程序及方法
5.5支护施工
5.6施工监测
5.7施工进度计划
5.8资源配置
5.9质量、安全保证措施
第五章隧洞开挖与一次支护
5.1工程概述
5.1.2.1本工程为引水式电站压力引水隧洞工程，主要包括隧洞的明挖、洞挖、回填、支护及衬砌等施工。
隧洞采用圆形断面，钢筋砼衬砌。
隧洞内D=3.6m，最大外径=4.8m，纵坡ⅰ=0.004，属低压隧洞。
本段工程地质构造发育，物理地质作用较强烈，基岩以黑云母花岗岩，粗粒结构为主，块状构造。
本标段隧洞共穿越6条较大断层，沿线分布五条较大冲沟，其中三条切割较深，沿线岩体Ⅳ、Ⅴ类围岩分布较广。
隧洞垂直埋深最大约220m，属埋深隧洞。
本标段地下水埋深一般20～40m，最深大于100m，主要表现形式有基岩裂隙水、孔隙潜水和岩体渗透水。
5.1.2.2本标段洞挖及一次支护工程主要工程量见表5-1。
洞挖及一次支护工程量表
表5-1
序号
项目名称
单位
工程量
1
石方洞挖
m3
58043
2
喷砼（厚15cm）
m3
1635
3
挂网钢筋
（φ6.5＠200×200mm）
t
52.8
4
系统砂浆锚杆
（φ25mm，L=3m）
根
4265
5
随机砂浆锚杆
（φ25mm，L=3m）
根
1234
6
钢支撑
t
85
5.1.2.3洞挖施工特点
本标段隧洞洞径小（内径D=3.6m，最大外径D=4.8m）、洞身长、埋深较大，Ⅳ、Ⅴ类围岩较多，共904.7m，且多分布于各施工洞口附近，围岩破碎，地下水发育。
施工中大型土石方机械无法展开，专业化施工机械要求高，通风排烟防尘和出渣困难，围岩支护工序较复杂，与开挖互相制约严重。
5.2施工布置
5.2.1施工道路
场内已有的对外永久公路施工主干线和连接进水口、1#、2#施工支洞和明洞段的施工支路，已基本满足施工要求。
具体道路布置见施工总平面布置图。
隧洞内部在洞底预留0.6m厚爆破石渣做为施工道路。
5.2.2风、水、电布置
5.2.2.1施工用风、通风
（1）施工用风
主要是手风钻和喷锚机用风。
结合洞挖及一次支护强度和本标段隧洞施工特点与经济性考虑，在1#、2#施工支洞附近和明洞段附近各设置一座固定空压机站。
其中1#施工支洞和明洞段固定空压机站配置3台20m3/min电动空压机，2#施工支洞固定空压机站配置1台20m3/min电动空压机。
进水口段洞挖及一次支护施工时配置1台20m3/min电动空压机，A段贯通后空压机调至2#支洞固定空压机站。
供风采用φ120mm钢管分别引至工作面。
（2）施工通风
本标段具有洞径小，洞身长，埋深大等特点，无法重新布置通风口，通风问题较突出。
施工中除采用加水钻孔，干地洒水和尽可能少使用油动机械外，主要采用吸出串联排放方式。
从各施工支洞和明洞段洞口向里每隔200m串接一台天津风机厂生产的轴流式通风机（15KW），单机供风量=14040～21676m3/h，共配置9台轴流通风机。
A段、B段通风机由C、D段通风机调配使用。
采用φ80cm帆布通风带配合通风机通风。
为便于吸风和交通，通风系统布置在隧洞顶部。
通风方式：
在爆破后先吸风，将有害气体吸出，吸风时间不少于20分钟，平时根据洞内空气情况进行吸风，保持洞内风速不小于0.5m/min，通风管口距开挖面15～30m，具体布置见图5-1。
5.2.2.2施工用水、排水
（1）施工用水
从各洞口附近已有的供水系统用1.5＂PVC管引至工作面。
（2）施工排水
施工期排水主要有：
基岩裂隙水、孔隙潜水，基岩渗透水和施工废水等。
施工中沿底部碎石路面边侧布设排水边沟，泵坑布置随工作面前延，每200m设置一处小型泵坑。
将水沿排水边沟汇流至泵坑，用2＂污水泵集中抽排至洞外。
排水管采用2.5＂钢管，设置在隧洞侧壁底部，泵坑尽量布置在Ⅳ、Ⅴ类围岩处。
5.2.2.3施工用电及照明
施工用电由各洞口附近本标段设置的变压器处接至工作面。
施工照明采用36V的低压防爆灯照明，每20m设置一处，架线高度为隧洞距底板3.5m处。
5.3施工方案及工作面划分
5.3.1工作面划分
按1#、2#施工支洞及明洞段，可将隧洞划分为4段，具体划分见表5-2。
隧洞分段表
表5-2
序号
名称
桩号
长度（m）
1
A段
引K0+045.000～引K0+360.022
315.00
2
B段
引K0+360.022～引K1+180.000
820.00
3
C段
引K1+245.000～引K2+568.111
1323.1
4
D段
引K2+568.111～引K3+200.000
631.9
5.3.2施工方案
施工准备期结束后，同时进行进水口、1#、2#施工支洞上下游洞挖和明洞段开挖施工。
待明洞段施工完工后，沿上下游进行B段、C段洞挖。
D段洞挖考虑单向进行，围岩较差，施工困难最大，2#支洞两侧前期洞挖以D段为主，C段为辅。
A段开挖尽快完成，开挖设备调至2#施工支洞，加强C段洞挖强度。
隧洞开挖采用“新奥法”施工，全断面掘进，一次支护按设计边挖边支护。
洞挖弃渣遵守就近原则分别弃至指定渣场。
各隧洞洞口段附近围岩及断层部位一般均为Ⅳ、Ⅴ类围岩，施工时加强观测和支护工作。
施工分段洞挖进度安排和使用机械见图5-2。
5.4施工程序及方法
5.4.1施工程序
洞挖施工工艺流程见图
5.4.2施工方法
5.4.2.1方法
本标段开挖圆形隧洞设计断面，Ⅱ、Ⅲ类围岩洞径4.4m，IV类围岩洞径4.6m，V类围岩洞径4.8m。
采用全断面掘进方式，底部预留0.6m厚石渣作为出渣道路。
由于洞径较小，采用4～5部YT-28型手风钻配简易钻孔台车造孔。
中部掏槽，周边光爆，一次成型。
严格控制超欠挖，降低成本，减少超填混凝土量。
为减少洞内扬尘，造孔采用加水钻孔。
结合本标段围岩类型分布，为减少爆破扰动破坏和提高洞挖质量，特别在不良地质段采取“密孔、小药量，短进尺”的爆破方法。
Ⅱ、Ⅲ类围岩单循环进尺2.5m，Ⅳ、Ⅴ类围岩单循环进尺1.25m，对Ⅲ类以上围岩及时进行一次支护施工。
5.4.2.2机械选择
考虑到本标段隧洞开挖具有洞径小（4.4m≦D≦4.8m）、洞身长等特点，大型钻爆、开挖设备无法展开，经多方比较，因LWL-150A型挖掘机属较先进的挖掘设备，适合3×3m以上断面，隧洞挖装作业，综合性能较适合本标段洞挖作业。
因此选择采用手风钻造孔，LWL-150A型挖掘机装渣，1T翻斗车辅助5T自卸汽车出渣方式。
5.4.2.3爆破设计
爆破采用中部掏槽、周边光爆的非电毫秒微差爆破方法。
根据围岩的类别及循环进尺要求，主要分为Ⅱ、Ⅲ类围岩和Ⅳ、Ⅴ类围岩爆破设计。
手风钻选用φ42mm钻头，炸药选用乳化炸药。
初拟爆破参数见表5-3、5-4，现场爆破施工时通过爆破实验调整确定。
具体爆破设计见图5-3。
（1）Ⅱ、Ⅲ类围岩爆破参数表
Ⅱ、Ⅲ类围岩爆破参数表
表5-3
序号
名称
掏槽孔
主爆孔
光爆孔
1
钻孔机械
YT-28
YT-28
YT-28
2
钻孔孔径（mm）
42
42
42
3
药卷直径（mm）
φ32
φ32
φ25
4
钻孔深度（m）
3.0
2.8
2.8
5
装药长度（m）
2.4
2.2
2.5
6
堵长（m）
0.6
0.6
0.3
7
孔距（m）
1.2
0.5
8
排距（m）
0.8
9
线装药密度（g/m）
160
（1）Ⅳ、Ⅴ类围岩
5.4.2.4洞挖循环作业时间
见引水隧洞开挖单循环作业时间计划表（表5-5）。
5.4.2.5不良地质段洞挖
本标段隧洞不良地质段较多，共904.7m，均属Ⅳ、Ⅴ类围岩，以不稳定散体结构、碎裂镶嵌结构为主，裂隙水发育。
多分布于隧洞各施工支洞及明洞段附近。
Ⅳ、Ⅴ类围岩爆破参数表
表5-4
序号
名称
掏槽孔
主爆孔
光爆孔
1
钻孔机械
YT-28
YT-28
YT-28
2
钻孔孔径（mm）
42
42
42
3
药卷直径（mm）
φ32
φ32
φ25
4
钻孔深度（m）
1.8
1.5
1.5
5
装药长度（m）
1.2
0.9
1.2
6
堵长（m）
0.6
0.6
0.3
7
孔距（m）
0.8
0.4
8
排距（m）
0.8
9
线装药密度（g/m）
150
引水压力隧洞开挖单循环作业时间计划表
单位：
小时表5-5
序号
分类
工作项目
Ⅱ～Ⅲ类
Ⅳ类
Ⅴ类
1
测量放样
0.5
0.5
0.5
2
钻孔
4.0
2.5
2.5
3
装药
1.0
1.0
1.0
4
爆破通风
0.5
0.5
0.5
5
危石处理
0.5
0.5
0.5
6
一次支护
1.0
4.0
4.0
7
出渣
4.5
3.0
3.0
8
钢支撑
4
9
单元作业时间
12
12
16
10
日循环次数
2
2
1.5
11
日进尺（m）
5.0
2.5
1.8
（1）采用“密孔、小药量、短进尺”的原则进行爆破施工，施工中不断调整爆破参数，尽量减少爆破对围岩的扰动破坏。
（2）强支护。
对不良地质段开挖完工后，及时挂网喷护，对Ⅴ类围岩加钢支撑进行支护。
并根据现场地质情况，布设随机锚杆，需要时还可加设部分超前锚杆来加固岩体。
（3）勤观测。
对开挖和支护后的岩体加强观测，对岩体的位移变形和支护受力情况，统计分析，及时采取相应措施。
（4）根据现场渗水情况，结合排水设施，及时做好排水工作。
（5）不良地质段洞挖施工中，派专人负责安全。
5.5支护施工
5.5.1锚杆安装
随机锚杆采用简易钻孔台车配合手风钻造孔，锚杆制安工艺如下：
钻孔
布孔
测量定位
清孔
准备
拉拔试验
安装
灌浆
检查验收
验收
锚杆孔径应比设计锚杆直径至少大于15mm，锚固长度与就位后的外露长度应满足设计要求，锚杆所用钢筋应平直，在安装前，做除锈、除油处理；锚杆进浆管与锚杆连接牢靠并防止堵死，锚杆注浆采用150L双层灰浆搅拌机拌制，活塞式注浆泵注浆，并派专职技术人员现场指导监督。
5.5.2钢支撑
施工中依据设计图纸下料，分三片制作成型。
由5t汽车运至作业面、人工安装。
钢支撑应装设在衬砌设计断面以外，与系统锚杆或随机锚杆焊接牢固，连成整体后喷砼。
钢支撑的施工工艺如下：
5.5.3喷射砼施工
5.5.3.1喷射前工作准备
（1）撬挖浮石及松动岩块，处理欠挖部分。
（2）用高压风或水清洗岩面。
（3）要求挂网均匀，固定牢固。
网片搭接20cm，单层网片距岩面3-4cm，钢筋网随受喷面起伏铺设，与受喷面的间隙为3cm，钢筋网的喷射砼保护厚度大于2cm，钢筋网与锚杆连接牢固。
（4）进行电气设备及机械设备检查。
（5）漏水或渗水现象严重的地段应做好治水工作。
5.5.3.2喷射作业及工艺要求
（1）采用干喷工艺，严格执行喷射机操作规程，连续向喷射机供料，保持喷射机工作风压稳定。
（2）作业开始时，先给风、后送电、再供料，作业结束时先停料，待料喷完，再停电，最后停风。
（3）调整好喷嘴枪头供水量，控制好水灰比。
（4）固定喷射操作人员，喷射人员应受过专门技术培训，有一定的实践经验。
（5）喷砼应自下而上分层进行，每层厚度不超过50mm，喷射时，插入比设计厚度大5cm的铁丝，1~2m设一根，并作标记，保证喷层厚度，喷层表面要平整。
（6）喷枪到受喷面的距离，应控制在0.7-1m左右，喷射方向与岩壁垂直。
（7）回弹出来的砼不能再次使用。
（8）终凝2小时后，开始喷水养护，在周围空气条件湿度达到或超过85%时，可自然养护，养护时间不少于7天。
（9）喷射砼完成至少4h以上，方可进行爆破开挖。
5.5.3.3施工机械设备
选用三台PZ-7型砼喷射机，生产能力15m3/h。
砼拌制选择一台0.5m3强制拌和机，生产能力30m3/h，可满足施工要求。
5.5.3.4安全及劳动保护
（1）施工前应认真检查作业围岩稳定情况，必要时应进行适当处理。
（2）应检查喷射砼输送胶管磨损程度，以防炸裂胶管，混合料伤人。
（3）操作人员及上料人员应佩戴防尘口罩、防护眼镜、风帽、雨衣、雨裤、长统胶鞋和乳胶手套等劳保用具。
（4）加强洞内通风，综合防尘降尘，降低洞内作业区粉尘浓度。
5.6施工监测
5.6.1概述
5.6.1.1目的
通过现场量测获得围岩学状态和支护工程状态的有关数据（信息），再通过这些数据（信息）的数理和力学分析，来判断围岩和支护结构物体系的稳定性工作状态，从而选择和调整参数以指导施工。
5.6.1.2监测项目
必测项目：
拱顶下沉测量，围岩收敛量测。
选测项目：
地质超前预报，锚杆轴力量测。
5.6.2监测项目及布置
5.6.2.1必测项目
（1）围岩收敛量测
周边位移来年观测通过收敛计量测，IV、V类围岩监测断面间距不大于30m，III类围岩监测断面间距不大于300m，每个断面布设3~5个测点，实际施工中，根据监理工程师指令和施工要求可作增减断面数目和调整断面位置。
（2）拱顶下沉量测
拱顶下沉量测由全站仪量测，测点与周边位移量测共用，以节省安设工作量，并使测点统一，以互相效验测试结果。
5.6.2.2选测项目
（1）锚杆轴力量测
主要是在对支护手段和参数发生疑问时布置，储备部分设备，与设计、监理共同商定布设类型和数量。
（2）地质超前预报
地质超前预报主要通过进行地质素描完成，部分有疑问的破碎地段还可打超前探洞了解围岩变化情况。
地质素描由专职地质人员负责完成，地质素描后立即将地质资料反馈给技术管理人员，并提出相应的施工方案建议。
地质素描应包括以下内容：
a.岩石名称、结构、颜色；
b.层理、片理、节理裂隙、断层及各软弱面的形状、宽度、延伸情况、连续性、间距等，各结构面的成因类型，力学属性、粗糙程度，充填的物质成分和泥化、软化情况；
c.岩脉穿插情况及其与围岩接触关系，软弱程度及破碎程度；
d.岩体风化程度、特点、抗风化能力；
e.地下水的类型、出露位置、水量大小；
f.围岩内鼓、弯折、变形、岩爆、掉块、坍塌的位置、规模、数量和分析；
g.溶洞等特殊地质条件描述；
h.地质断面展开图或纵横剖面图。
5.6.3监测仪器设备的采购、检查和鉴定：
在开工令下发后，根据有关地质资料和技术文件向监理工程师递交一份观测仪器的埋设计划，通过批准，批准后按设计采购有关仪器设备，仪器到货后在监理工程师在场的情况下，开箱检查，核对数量、型号，并进行初步的性能检查和外观检查，仪器鉴定由有资质的仪器鉴定部门进行鉴定，并提交鉴定报告，由监理工程师批准。
5.6.4观测设施的安装埋设
仪器埋设是实施观测的关键一环，为保证观测数据的准确性，必须严格按照以下要求执行：
a.认真执行有关技术规范的规定；
b.选派具有多年观测施工经验的工程技术人员直接负责，组织和监督全部仪器的埋设工作，埋设仪器的操作人员应经培训、考试合格后才准进行实际操作；
c.备用仪器与安装仪器同时带入场，随时更换施工中损失或有问题的仪器，以保证观测设施安装质量和施工进度；
d.仪器安装必须在有3人以上，且在监理工程师监督下进行安装调试后立即记录初始读数，并由监测负责人当场核准，由监理工程师确认；
e.形成记录由专人负责，记录内容：
仪器编号、仪器安装的实际位置，并绘图交负责人及监理工程师。
5.6.5施工期观测
施工期观测工作是保证设施质量和观测质量重要的工作，观测除有关规范外，还要应满足工程施工的需要，施工期观测主要完成以下任务：
a.对不能正常工作的仪器及时更换，或采取补救等措施；
b.率定、检验成果报告；
c.监理工程师批准的安装埋设计划
d.仪器安装调试原始记录和初步读数；
e.原始观测记录分类成册；
f.仪器安装竣工图及有关技术资料。
5.6.6进度计划
监测施工与隧道开挖同步进行，为不干扰施工，在实施前要做好监测工作进度计划及材料准备工作。
5.6.7资源配置计划
监测施工需动用其它设备和有关工作协调及必要的材料消耗，如简易钻孔台车、水泥、少量金属材料、专业工器具等。
由标内统一考虑，观测由六名专业人员组成，设备配置见表5-6。
仪器设备表
表5-6
序号
型号规格
单位
数量
备注
1
收敛计锚环
对
50
2
收敛计测量仪
台
2
3
全站仪
台
1
4
测点标志
个
60
地面点
5
钢尺
个
4
6
测杆
个
4
7
罗盘
个
2
8
皮尺
盘
2
5.7施工进度计划
隧洞开挖及一次支护施工拟从2002年10月26日开工到2003年6月底结束，历时247天。
5.7.1施工进度计划横道图
施工进度计划横道图
序号
项目名称
长度（m）
天数
2002年
2003年
10月
11月
12月
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
1
A段
洞挖
315.10
55
172
2
一次支护
167.0
46
3
B段
洞挖
820.0
120
205
4
一次支护
278.7
62
5
C段
洞挖
1322.1
247
161
6
一次支护
545.1
250
7
D段
洞挖
631.9
210
90
8
一次支护
427.9
175
注：
1）开工日期为2002年10月26日。
2）A段10月26日由上、下游同时施工，B段先由1#支洞向下游施工，待11月26日明洞段完工后，再由明洞段向上游施工。
C段开工后先由2#支洞向上游施工，待明洞段完工后，再由明洞段向下游进行，D段由2#支洞向下游单向施工。
3）图中横线所标数字为月平均进尺，最高月平均进尺为628m。
5.8资源配置
5.8.1主要施工机械设备
主要施工机械设备表
表5-7
序号
设备名称
型号及规格
单位
数量
1
手风钻
YT-28
台
30
2
挖掘机
LWL-150A
台
3
3
前翻斗车
1T
辆
20
4
自卸汽车
5T
台
3
5
电动空压机
20m3/min
台
5
6
电动空压机
12m3/min
台
2
7
锚杆注浆机
BH-1
台
2
8
双层灰浆搅拌机
150L
台
2
9
喷砼机
PZ-7
台
2
10
污水泵
2寸
台
13
11
砼搅拌机
0.5m3
台
2
12
简易钻孔台车
辆
4
13
轴流式抽风机
15kw
14040~21676m3/h
台
9
5.8.2劳动力配置
主要施工人员表
表5-8
序号
工种
单位
数量
备注
1
手风钻工
人
44
2
炮工
人
8
3
挖掘机司机
人
6
4
翻斗车司机
人
40
5
汽车司机
人
6
6
空压机工
人
8
7
水泵工
人
8
8
喷砼工
人
4
9
电工
人
4
10
修理工
人
6
11
普工
人
10
12
技术管理人员
人
10
合计
154人
5.8.3材料消耗
主要材料消耗见表5-9。
主要材料消耗表
表5-9
序号
名称
单位
数量
备注
1
柴油
T
84
2
乳化炸药
T
60
3
非电豪秒雷管
发
40000
1~15段
4
导火索
m
7000
5
导爆索
m
120000
3
型钢
T
87.6
4
钢筋
T
54.4
5
水泥
T
947.3
6
砂
m3
1267.1
7
骨料
m3
1187.0
5.9质量、安全保证措施
5.9.1建立保证体系
5.9.1.1建立完善的质量、安全保证体系及组织机构，配备足够量质安人员，对施工项目实行有效管理。
执行质量、安全责任制，质量、安全人员享有独立检查、判定权。
推行目标管理，将质量、安全放在首位。
质量合格率100%，优良率85%以上。
5.9.1.2优化施工工艺流程，推动标准化施工。
处理好质量、安全与进度的关系。
守行质量、安全签证制，没有取得质检人员的检查签认，不得进入下一工序施工，质检人员实行全过程检查。
爆破采用爆破证”制度，没有取得爆破证的人员，不得装药爆破。
5.9.2工程安全保证措施
爆破周边采用密集造孔光爆和预爆。
控制爆破单响药量及开挖进尺，加强喷锚支护。
预备随机锚杆和超前锚杆。
开挖作业要加强现场的观测检查，发现险情，隐患要及时处理。
收集地质预报与现场观察相结合，制定预防措施。
对于Ⅳ类以上围岩强调喷锚支护的及时性、重要性。
5.9.3人员设备安全
进洞人员必须戴安全帽及必要的劳保品，洞内施工人员应在爆破前撤出至交通外，爆破经通风半小时后，才能进入作业面。
爆破后，首先进行危石处理，方可进行出渣作业，对IV、V类围岩洞挖作业时，必须有专职安全人员在场方可施工。
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