车道峪隧道洞身开挖专项施工方案.docx
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车道峪隧道洞身开挖专项施工方案
新建张唐铁路ZTSG-6标段
（DK351+500～DK356+000）
车道峪隧道洞身开挖专项施工方案
编制：
复核：
审核：
中铁四局张唐铁路ZTSG-6标第一项目队
2011年3月
1编制依据
2工程概况
2.1工程简介
2.2地形地貌特征
2.3地质与水文
2.4主要材料、工程设备的使用计划和供应
3洞身开挖主要施工方案及施工方法
3.1洞身开挖施工方案
3.2洞身开挖施工方法
3.3装碴运输
3.4施工监控量测
4洞身开挖质量通病预防及纠正措施
5风水电作业和通风防尘
6施工安全技术保证措施
7环境保护的技术保证措施
车道峪隧道洞身开挖专项施工方案
1编制依据
1）设计图纸及资料；
2）车道峪隧道施工组织设计；
3）拥有的技术装备力量、机械设备状态、管理水平、工法科技成果及积累的施工经验；
4）国家及相关部委颁布的法律、法规和铁道部颁布的现行设计规范、施工规范、质量验收标准及其他有关文件资料。
2工程概况
2.1工程简介
车道峪隧道位于张唐铁路ZTSG-6标第一项目队管段，设计为双线隧道，是本项目队管段的控制性工程。
隧道起讫里程为DK352+266—DK352+584，本隧道属于短隧道，最大埋深约52m。
本隧道围岩主要由Ⅳ级和Ⅴ级围岩组成，其中进、出口均设置12延长米的明洞段，进、出口均采用直切式洞门；本隧设计采用明洞衬砌、Ⅳ级围岩复合式衬砌及V级加强复合式衬砌形式；辅助施工措施为大管棚及超前小导管支护，施工方法除进、出口明洞段为明挖法，其余均采用台阶法施工。
开挖总量：
34688.34m³
2.2地形地貌特征
隧道区以低山区及剥蚀残丘地貌为主，地形起伏较大，相对高差5～60m，植被发育。
洞口处经济林木繁茂，距G112国道线约260m。
洞口段岩体为页岩、泥质结构，页理构造，岩体破碎，呈散体状结构。
洞口段无地下水，深埋段雨季有少量裂隙水。
2.3地质与水文
隧道岩层单一，均为为页岩、泥质结构，页理构造。
表3.3-1洞身围岩级别段落表
序号
里程范围
长度（m）
围岩分级
1
DK352+266～DK352+278
12
Ⅴ
2
DK352+278～DK352+303
25
Ⅴ
3
DK352+303～DK352+385
82
4
DK352+385～DK352+411
26
Ⅴ
5
DK352+411～DK352+472
61
6
DK352+472～DK352+551
79
7
DK352+551～DK352+572
21
Ⅴ
5
DK352+572～DK352+584
12
Ⅴ
2.4主要材料、工程设备的使用计划和供应
工程所在地区原材丰富，隧道施工所用主要材料均经过招标，订立购销合同，优先选用附近优质原材，保证及时供应；机械设备具体见下表
主要机械设备表
机械名称
规格型号
额定功率（KW）
容量（m3）或吨位
数量
备注
空压机
KT-132
110kw，20m3
2
砼喷射机
GWSP-9
4kw
2
气腿式凿岩机
YT-28
10
装载机
ZL50，W470
185kw
1
风镐
G10
2
挖掘机
CAT320CPPPPPPPPPPPPC220
1.2m3
1
发电机
250kw
1
轴流式通风机
3.3KW
1
钢筋弯曲机
WJ-40
8kw
1
钢筋切断机
QJ40-1
15kw
1
电焊机
DN25
25KVA
2
3洞身开挖主要施工方案及施工方法
3.1洞身开挖施工方案
车道峪隧道为复合式衬砌设计，按新奥法施工，拟安排隧道队单口掘进。
Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法开挖施工，其中Ⅳ级围岩采用上下台阶法施工，Ⅴ级围岩采用三台阶法施工，具体如下：
①IV级围岩采用上下台阶法施工，施工顺序如下：
超前小导管注浆加固围岩→上部断面台阶法开挖→施作上台阶初期支护→左侧下台阶开挖→施作左侧下台阶初期支护→右侧下台阶开挖
IV级围岩开挖施工示意图
②V级围岩采用三台阶法施工，施工顺序如下：
三台阶施工采用三台阶同步开挖，围岩软弱破碎时上台阶预留核心土，中、下台阶左右侧错开2米开挖，及时施工仰拱和填充。
施工过程中，严格执行“管超前、严注浆、强支护、勤量测、早封闭、弱爆破”十八字方针，每循环进尺为一榀格栅间距。
V级围岩开挖、支护作业施工示意图
横断面
纵断面
三台阶法爆破示意图
三台阶法施工工艺流程见图
3.2洞身开挖施工方法
3.2.1隧道开挖
1）V级围岩段施工：
洞口部分均采用管棚超前支护，洞身段采用φ25中空锚杆、边墙采用φ22砂浆锚杆；全环采用纵向间距为0.75m的格栅支撑，临时横撑采用工字钢I16。
弧形导坑预留核心土法开挖，上下阶距离3～10米。
开挖后立即初喷C25砼，然后打锚杆、挂钢筋网片、架立格栅、复喷至设计厚度。
施工顺序：
先超前支护，后开挖并及时初期支护；开挖由上而下，衬砌由下而上的原则；开挖时应短进尺，强支护，快封闭，每循环进尺上台阶不得超过1榀间距，中下台阶不超过2榀间距；初期支护及砼施工应及时封闭仰供。
V级围岩掘进作业循环时间:
V级围岩段围岩软弱，自稳性差，本着稳步开挖的原则，折合全断面月掘进安排35m。
断面掘进作业循环时间表（循环进尺0.75m）
作业项目
时间（h）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
测量
超前支护
开挖及出碴
初期支护
共计作业循环时间:
16h
2）Ⅳ级围岩施工：
防护采用拱部φ25中空锚杆、边墙φ22砂浆锚杆，拱部、边墙采用纵向间距为1.2m的格栅支撑。
开挖时要短进尺、弱爆破，以减轻爆破振动对围岩的破坏，确保围岩的稳定，循环进尺设计为1.2m。
洞身开挖后，立即施作锚喷网格栅拱架初期支护，及时封闭围岩。
Ⅳ级围岩施工程序见下图
Ⅳ级围岩施工程序框图
报检报检报检报检报检
Ⅳ级围岩掘进作业循环时间:
Ⅳ级围岩段月掘进安排70m，其作业循环时间见下表
Ⅳ级围岩掘进作业循环时间表（循环进尺1.2m）
作业项目
时间（h）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
测量划线
超前支护
钻孔
装药起爆
通风排险
出碴
初期支护
共计作业循环时间：
12h
3.2.2钻爆设计
（1）设计原则
A、炮孔布置要适合机械钻孔。
B、提高炸药能量利用率，以减少炸药用量。
C、减少对围岩的破坏，周边采用光面爆破，控制好开挖轮廓。
对于V级围岩，考虑开挖线内的预留量，爆破后，机械凿除至开挖轮廓线。
D、控制好起爆顺序，提高爆破效果。
E、在保证安全前提下，尽可能提高掘进速度，缩短工期。
（2）爆破器材选用
采用非电毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用15段别毫秒雷管，引爆采用电雷管。
炸药选用φ25和φ32两种规格，其中φ25为周边眼使用的光爆药卷，φ32为掏槽眼和掘进眼使用药卷。
（3）炮眼布置
V、IV级围岩开挖采用斜眼楔形掏槽。
IV级围岩台阶法开挖光面爆破炮眼布置见《分部开挖炮眼布置图》。
（4）爆破参数
为减轻爆破时对围岩的扰动，周边眼采用φ25小直径光爆药卷，并采用导爆索串装药结构，孔口堵塞长度不小于40cm。
Ⅳ级围岩钻爆炸药分配表
起爆
顺序
雷管
段别
炮眼
名称
炮眼
个数
孔深（m）
装药（kg）
备注
装药
系数
单孔
药量
装药量
中空眼
1
1.5
上台阶
1
1
掏槽眼
4
1.5
0.80
0.88
3.52
2
3
扩槽眼
4
1.5
0.75
0.83
3.32
3
5
辅助眼
4
1.3
0.65
0.59
2.36
4
7
辅助眼
8
1.3
0.65
0.59
4.72
5
9
辅助眼
13
1.3
0.65
0.59
7.77
6
9
辅助眼
17
1.3
0.65
0.59
10.03
7
11
辅助眼
19
1.3
0.65
0.59
11.21
8
11
辅助眼
21
1.3
0.65
0.59
12.39
9
13
周边眼
39
1.3
0.20
0.18
7.02
10
11
内圈眼
13
1.3
0.60
0.54
7.02
1
13
周边眼
39
1.3
0.20
0.18
7.02
下台阶
2
11
辅助眼
11
1.3
0.65
0.59
6.49
3
9
辅助眼
11
1.3
0.65
0.59
6.49
4
7
辅助眼
11
1.3
0.65
0.59
6.49
5
5
辅助眼
8
1.3
0.65
0.59
4.72
6
3
辅助眼
6
1.3
0.65
0.59
3.54
合计
221
104.01
Ⅳ级围岩台阶法开挖爆破参数表
项目
爆破参数
周边眼间距E（cm）
45
周边眼抵抗线W（cm）
60
相对距E/W
0.8
装药集中度（kg/m3）
0.2
堵塞长度（cm）
40
装药结构（周边眼）
间隔装药
起爆方式
非电起爆
Ⅴ级围岩的钻爆根据Ⅳ级围岩围钻爆设计基础上再进行爆破参数的修正。
Ⅳ级围岩钻爆设计图
（5）钻爆作业
采用钻孔台架配YTP-28手持式风动凿岩机钻孔，人工装药起爆。
钻爆作业按照爆破设计进行钻眼、装药、接线和引爆。
如围岩出现变化需要变更爆破设计时，由主管工程师确定。
炮孔的装药、堵塞和引爆线路的连接，均由考核合格的爆炮工负责。
①测量
测量是控制开挖轮廓精确度的关键。
采用隧道断面激光测量仪进行断面和炮孔划线。
每循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置。
②定位开眼
采用钻孔台车钻眼时，台车与隧道走线保持平行，台车就位后按炮眼布置图正确钻孔。
对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差要控制在3～5cm以内。
③钻孔
钻工要熟悉炮眼布置图，要能熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要丰富经验。
钻孔时严格按照炮孔布置图正确对孔，以确保爆破质量。
周边孔外插角1°～2°，炮孔相互平行，周边孔在断面轮廓线上开孔（在V、IV级围岩地段，周边孔在断面轮廓线内5～10cm处开孔），周边孔对孔误差环向不大于5cm。
掏槽孔对孔误差不大于3cm，其它炮孔开眼误差不大于10cm。
在钻眼过程中，应根据岩孔位置及掌子面岩石的凹凸程度调整炮眼程度，以保证炮眼底在同一平面上。
④装药
钻完孔后，用高压风吹孔，经检查合格后装药。
装药分片分组负责，自上而下严格按爆破设计规定的装药量、雷管段号“对号入座”。
爆破网路连接、检查及起爆，按照爆破设计要求和GB6722-86《爆破安全规程》执行。
⑤堵塞
所有装药的炮眼均堵塞炮泥，堵塞长度不小于40cm。
⑥瞎炮处理
发现瞎炮，应首先查明原因，如果是孔外的导爆管损坏引起的瞎炮，则切去损坏部分重新连接导爆管即可，但此时的接头应尽量靠近炮眼，如因孔内导爆管损坏或其本身存在问题造成瞎炮，则应参照《爆破安全规程》有关条款处理。
（6）光面爆破施工工艺流程
光面爆破施工工艺流程见下图：
光面爆破工艺流程图
（7）超欠挖控制
钻爆法开挖是否经济、高效，关键是控制好超欠挖，钻爆施工中将采取如下措施：
①根据不同地质情况，选择合理的钻爆参数，选配多种爆破器材，完善爆破工艺，提高爆破效果。
对于IV、V级围岩，考虑开挖线内的预留量，爆破后机械凿到设计开挖轮廓线。
实践证明此法对于光面爆破十分有效，可起到事半功倍的效果。
②提高画线、钻眼精度，尤其是周边眼的精度，是直接影响超欠挖的主要因素，因此要认真测画中线高程，准确画出开挖轮廓线。
③提高装药质量,杜绝随意性,防止雷管混装。
④断面轮廓检查及信息反馈：
了解开挖后断面各点的超欠挖情况，分析超欠挖原因，及时更改爆破设计，减少误差，配专职测量工检查开挖断面，超挖量（平均线性超挖）应控制在10cm（眼深3m）和13cm（眼深5m）以内。
⑤建立严格的施工管理：
在解决好超欠挖技术问题的同时，必须有一套严格的施工管理制度来保证技术的实施，为此，从进洞前，制定严格的奖罚制度，用经济杠杆来调动施工人员的积极性，造成人人关心超欠挖，人人为控制超挖去努力。
3.3装碴运输
车道峪隧道洞内出碴采用侧卸式装载机装碴，自卸汽车运碴至弃碴场。
出口配置侧卸式装载机各1台，20T双向行驶自卸车3台，以加快出碴速度。
为了提高出碴效率，缩短循环时间，保证安全，采取如下措施：
1）加强装运碴设备的维护保养，备足易损配件，发现故障及时排除。
2）设专人养护道路，保持道路平整、无积水，定期铺碴维修。
尤其雨季，设专人及时排除不安全隐患。
3）加强洞内排水与照明，保持洞内有良好照明和路况。
4）加强通风，保证洞内空气新鲜。
5）弃碴场采用推土机平整，专人指挥倒碴。
6）教育司机遵守交通规则，礼貌行车，严禁带故障行车和酒后驾车。
7）施工便道经常洒水，防止尘土飞扬。
3.4施工监控量测
3.4.1监控量测
监控量测是隧道周边围岩稳定确认和对设计施工的反映为目的的日常管理量测。
主要为超前地质预报、地质及支护状态观察和用全断面仪或收敛仪、精密水准仪量测拱顶下沉及内空收敛，用精密水准仪量测地表沉降。
监控量测的量测项目及量测目的如表3.4-1所示：
表3.4-1监控量测项目及目的
量测项目
量测目的
工程地质及支护情况观察
对每循环的开挖工作面进行地质素描，并对照设计地质资料，及时调整改变施工工法和处理措施。
超前地质预报
预报可能出现突然涌水地点，涌水量大小，地下水、泥砂含量及施工的影响。
对隧道将穿越不稳定岩层，较大断层等特殊地段需改变施工方法或作应急措施时的预报。
拱顶下沉量测
监测拱顶的绝对下沉量，了解断面的变形状态，判断拱顶的稳定性。
内空收敛量测
根据变位量、变位速度、变位收敛状况、断面变位状态判断：
1）围岩稳定性；2）初衬砌的设计施工妥当性；3）二衬的施工合理时期。
地表沉降量测
把握隧道施工对地面的环境影响。
1、工程地质及支护情况观察：
开挖工作面地质描述包含围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向、有无松散坍塌、剥落掉块现象、有无渗漏水等；初期支护状态包括喷层是否有裂缝、剥离和剪切破坏、钢支撑是否压屈，进行观察分析。
方法：
现场技术员在爆破后及时观察记录工作面的工程地质与水文地质情况，作地质素描，结合探孔情况对地质进行预测。
观察开挖面附近初期支护状况和喷混凝土表面裂纹状况，结合变形监测判断围岩、隧道的稳定性和初期支护的可靠性。
监测仪器：
地质罗盘仪等。
2、超前地质预报这部分量测工作，由项目队专人完成，全程进行记录和结论搜集。
1）埋设断面内测点布设位置
根据现场情况，对于不同的隧道围岩类别，在施工中采用与围岩类别相对应的施工工艺。
在车道峪隧道施工中，对IV、V级围岩采用台阶法进行施工。
针对不同的施工工艺，在量测中采用不同的测点布设数量。
使用全站仪无棱镜量测隧道围岩在不同施工阶段下内空收敛状况及其变化规律。
不同围岩类别中的测点布设情况如下所述：
IV、V级围岩：
在隧道拱顶、拱部、两侧拱腰及两侧边墙处贴反光膜布设测点，确定具体的测点布设位置如图3.4-1所示。
在上台阶进行初期支护后，对测点3、4、5进行拱顶下沉及内空收敛量测；在中、下台阶施工后，再对如图3.4-1所示的拱顶下沉及所有测点的内空收敛进行量测。
图3.4-1IV、V级围岩段测点布置示意图
2）测点布设及量测方法
所有测点采用贴反光膜无棱镜量测。
在初支混凝土喷射完毕后进行设置。
贴反光膜时要保证测点1、2、3、4、5、6、7位于同一横断面，且IV、V级围岩每5米一个断面，要求测点1、及测点2、6分别位于同一水平面并保证预埋件水平方向；测点5位于拱顶位置。
并及时对其进行初测。
量测方法如下：
①拱顶下沉
使用全站仪进行无棱镜量测，通过计算后、前两次拱顶下沉预埋件高程的变化值即可算得拱顶下沉值。
②内空收敛
通过测量两个防光膜的距离，计算后、前两次所测距离的差值即为该对测点在这一段时间内净空收敛值，其累计值即为该对测点的净空收敛值。
3）量测频率
拱顶下沉量测与水平收敛量测的量测频率相同，并应根据位移速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率，分别按表3.4.1-2确定。
表3.4-2拱顶下沉及内空收敛量测频率
位移速度
距开挖面距离
位移速度（mm/d）
量测频率
量测断面距开挖面距离（m）
量测频率
≥5
2次/d
＜1B
2次/d
1～5
1次/d
（1～2）B
1次/d
0.5～1
1次/（2～3）d
（2～5）B
1次/（2～3）d
0.2～0.5
1次/3d
＞5B
1次/7d
≤0.2
1次/7d
注：
B为隧道宽度。
4）量测资料整理
每次量测后，将原始记录及时整理成正式记录，对每一量测断面内的每一条测线，整理后的量测资料如下：
①原始记录及实际测点布置图；
②位移随时间以及开挖面距离的变化图；
③位移速度、位移加速度随时间以及开挖面距离的变化图。
在上述图表中应同时记入开挖、喷射混凝土、锚杆施工工序和时间，并将位移警戒线和极限值算出来。
每日的记录汇入日报表，将整理的图表及时进行数据处理并指导施工。
2、地表沉降及地表裂缝
地表沉降对于浅埋隧道施工中隧道和周边围岩的安全性及对周边环境影响的确认必不可少。
地表沉降量测还可以有效地把握拱顶附近的先行下沉（开挖到达前发生的沉降），而且它在洞外测量不会给内空施工带来不便。
地表沉降量根据地质、地层、地下水位、埋深、涌水或降水状况、周边结构物有无及施工方法的不同差异非常大。
对于在隧道进出口的边仰坡上方出现的裂缝，在裂缝的两侧做上观测点每天进行观测记录，记录下位移及沉降量，如果发现数据异常，量测人员要及时上报并采取相应措施加固。
1）埋设断面内测点布置
地表沉降量测断面内的测点布置时，隧道中线附近密，远离隧道中线处疏。
在每个量测断面内至少布置11个测点，测点间距范围为2～4m。
具体布置如图3.4-3所示：
图3.4-3地表沉降量测断面测点横断面布置示意图
2）测点埋设及量测方法
在地表钻（或挖）20～50cm深的孔，竖直放入φ22mm左右的钢筋，钢筋和孔壁之间可填充水泥砂浆，钢筋头打磨圆滑，露出地面1cm左右，并用红油漆标记，作为测点。
从水准点起测量测点的高程，通过计算前、后两次地表沉降测点高程的变化值即可算得地表下沉值。
3）量测频率
地表沉降量测频率根据距开挖工作面距离确定，详见表表3.4.1-3所示：
表3.4-3地表沉降量测频率
距开挖工作面距离（m）
量测频率
前>30
1次/2d
前、后<30
2次/d
后30～80
1次/2d
>80
1次/7d
4）量测资料整理
每次量测后，将原始记录及时整理成正式记录，整理后的地表下沉量测资料如下：
①绘制每一横断面沉降槽随时间的变化关系图；
②绘制每一横断面最大沉降量随时间的变化关系图；
③绘制每一横断面最大沉降量与开挖面距离关系图；
④对横断面沉降槽垂直位移进行回归分析；
⑤对纵断面沉降槽垂直位移进行回归分析；
⑥根据隧道拱部地表沉降及拱顶下沉值对土体垂直位移进行回归分析；
⑦根据回归分析数据求出每一横断面沉降稳定值；
⑧根据回归分析数据求出土体的内摩擦角及内聚力。
随时注重将记录汇入日报表，将整理的图表及时进行数据处理并指导施工。
3.4.2监测数据的分析和预测
工程监控量测作为施工组织的核心内容之一，置于动态管理体系之中，具体包括监测、数据的整理分析和信息反馈等几个主要方面。
1）量测数据的整理、分析
数据整理：
把原始数据通过一定的方法，如大小顺序，用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征计算以及离群数据的取舍。
回归分析和曲线拟合：
a、绘制位移量随时间变化的曲线；
b、绘制位移速度随时间变化的曲线；
c、绘制位移量与开挖面距离关系曲线；
d、找出位移一时间回归曲线，求出最终净空位移量；
e、根据各类围岩量测数据求出围岩的E，C，φ等物性参数；
在取得足够的数据后，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值或应力值，预测结构和建筑物的安全状况，防患于未然。
还可通过插值法，在实测数据的基础上，采用函数近似的方法，求得符合测量规律而又未实测到的数据。
常用的回归函数有：
对数函数U=Alg（1+t）+B
指数函数U=Ae-B/tU=A（e-Bt-e-Bt0）
双曲函数
式中：
U—变形值（或应力值）；A、B—回归系数；
t、t0—测点的观测时间（day）；
T—量测时距开挖时的时间（day）。
2）建立监测管理等级基准
建立监测变形管理等级标准，管理等级分三等，其等级划分及相应基准值见表3.4-4和表3.4-5。
通过对监测结果的比较和分析来判定支护结构的稳定性和安全性，并指导施工。
表3.4-4变形管理等级标准表
管理等级
管理位移
施工状态
Ⅰ
U0＜Un／3
正常施工
Ⅱ
Un／3≤U0≤2Un／3
加强支护
Ⅲ
U0＞Un／3
采取特殊措施
注：
U0为实测变形值，Un允许变形值，见表3.4-5“结构允许相对位移表”。
Un的确定：
Un的确定应考虑围岩类别、隧道埋置深度等因素并结合现场条件选择。
表3.4-5结构允许相对位移表（%）
围岩类别埋深
<50m
50～300m
>300m
Ⅱ、Ⅲ
0.1～0.30
0.20～0.50
0.40～1.20
Ⅳ
0.15～0.50
0.40～1.20
0.80～2.00
Ⅴ
0.20～0.80
0.60～1.60
1.00～3.00
注：
相对位移指实测位移值与两点间距离之比或拱顶下沉实测值与隧道
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