高铁隧道全断面开挖施工工艺.doc

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全断面开挖施工工艺

一 工艺概述
全断面开挖是一次开挖成形的施工工艺，适用于铁路客运专线隧道的Ⅱ级围岩地段，全断面开挖施工工艺循环进尺必须根据隧道断面、围岩地质条件、机械设备能力、爆破振动限制、循环作业时间等情况合理确定。
二 适用条件
客运专线双线隧道Ⅱ级围岩设计采用全断面开挖。全断面开挖采用施工作业台架，人工操作YT-28气腿式凿岩机钻孔，光面爆破，以保证隧道一次成型，并减少对围岩的扰动。
三 作业内容
1 施工测量；2 施工作业台架就位；3 钻孔；4 装药；5 起爆；6 通风；7 出渣。
四 质量检验标准
1 隧道开挖断面的中线和高程必须符合施工图要求。
2 隧道开挖必须严格控制欠挖。当围岩完整、石质坚硬时，岩石个别突出部位（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌必须小于5cm。拱脚和墙脚以上1m内断面严禁欠挖。
3 洞身开挖必须核对地质。在每一次开挖后及时观察、描述开挖面地层的层理、节理、裂隙的结构状况、岩体的软硬程度、出水量大小等，核对施工图地质情况，判断围岩稳定性。
4 光面爆破或预裂爆破钻孔眼，必须根据钻爆设计图准确标示出钻孔位置。钻孔时必须按钻爆设计要求严格控制钻孔的间距、深度和角度。掏槽眼的眼口间距和深度允许偏差为5cm。周边眼的间距允许偏差为5cm，外插角必需符合钻爆设计要求，孔底不得超过开挖断面轮廓线15cm。
5 光面爆破的钻孔痕迹保存率。硬岩不得小于80％，中硬岩不得小于60％，并在开挖轮廓面上均匀分布。
五 施工准备
1 编制施工工艺设计、工序质量控制设计和作业指导书；
2 确定卸渣场的位置和范围，汽车运输道路的引入和其他运输设施的布置；
3 施工用风、用水和用电设施布置。
1）施工用风
(1)空压机功率要求
隧道施工用风采用固定空压机供风，空压机最大功率应能满足同时工作的各种风动机具的最大用风量和足够风压的要求。
(2)空压机位置要求
固定式空压机站应设在洞口附近，并靠近变电站，当有多个洞口需集中供风时，可选在适中位置，但应靠近用风量较大的洞口。空压机站应有具体的防水、降温和保温措施。
(3)工作风压
隧道工作面风压不应小于0.5MPa，高压风管的直径应根据最大送风量、风管长度、闸阀等条件计算确定。
(4)风管的安装和使用
① 高压风管及接头装置的材质必须符合相关标准规定；
② 高压风管应敷设平顺，接头严密，不漏风；
③ 在洞外地段，当风管长度大于100m以内和温度变化较大时宜安装伸缩器，靠近空压机150m以内，风管的法兰盘接头宜用石棉衬垫；
④ 长度大于1000m时，应在高压风管最低处设置油水分离器，定时放出管中的积油和水；
⑤ 洞内高压风管应敷设在电缆电线相对的一侧，风管的前端至开挖面距离宜保持30～40m，并用分风器（可自制）连接高压软风管；
⑥ 各种闸阀在安装前应拆开清洗，阀门应进行水压强度试验，合格后方可使用；
⑦ 高压风管在安装前应进行检查，当有裂纹、创伤、凹陷等现象不得使用，管内不得保留有残余物和其他脏物；
⑧ 高压风管使用应有专人负责检查、养护。
2）施工用水
(1)隧道施工供水方案的选择及设备的配置
① 水源的水量应能满足工程和生活用水的需要。有高山自然水源时，应蓄水利用。水池高度应通过计算，并能满足洞内最大水压的要求；
② 水池的容量应计算并有一定的储备量，满足洞内外集中用水的需要；
③ 采用机械抽水站供水时，应有备用的抽水机；
④ 工程和生活用水使用前必须经过水质鉴定。
(2)工作面水压
隧道工作面的水压不应小于0.3MPa，水管的直径应根据最大供水量、管路长度、弯头、闸阀等条件计算确定。
(3)高压水管的安装和使用
① 管路应敷设平顺，接头严密，不漏水；
② 水池的总输出管路上必须安装总闸阀；主管路上每隔300～500m应分装闸阀；
③ 洞内水管前端至开挖面宜保持30m距离，并用高压软管连接分水器。洞内软管的长度，一般情况下不宜大于50m；
④ 洞内水管管路应敷设在电缆、电线相对的一侧，不得妨碍运输；当与水沟同侧时，不得影响排水；
⑤ 钢管在安装前应进行检查，有裂纹、创伤、凹陷等现象时不得使用，管内不得保留有残余物和其他脏物；
⑥ 管路使用中应有专人负责、养护。冬期应注意管道保温。
3)施工用电
(1)施工用电方案
施工用电应进行施工用电量设计，并采用三级配电二级保护方式。
(2)隧道供电电压应符合下列要求:
① 长大隧道施工，电源采用10KV供电，经过变压后对用电设备供电；
② 低压供电采用380V/220V三相五线系统；
③ 照明电压，作业地段宜36V，成洞和不作业地段可采用220V；
④ 低压线路末端的电压降不得大于10％。
(3)变压器容量
变压器容量应按电气设备用电总容量确定。当单台电动设备容量超过变压器容量1/3时，应适当考虑增加起动附加容量。
(4)变压器位置
洞外变电站宜设在靠近负荷集中地点和设在电源来线一侧，沿海地区工程，应考虑防雷击和防飓风措施。变电站电源线当需跨越施工地区时，其最低点距人行道和运输线路的最小高度应满足：电压35KV时7.0m，10KV时7.0m，400V时6.0m。
(5)洞内供电线路布置和安装
① 成洞地段固定的电线路，应用绝缘良好的塑料导线架设。施工地段的临时电线路宜采用橡套电缆。竖井、斜井宜使用铠装电缆；
② 照明和动力电线路安装在同一侧时，必须分层架设。电线悬挂高度应满足：400V以下不小于2.5m，10KV不小于3.5m；
③ 涌水隧道的电动排水设备，瓦斯隧道的通风设备以及斜井、竖井内的电气装置应采用双回路输电，并有可靠的切换装置和防爆措施；
④ 36V低压变压器应设在安全、干燥处，机壳接地，输电线路长度不得大于100m；
⑤ 动力干线上的每一份支线，必须装设开关及保险装置。严禁在动力线路上加挂照明设施。
六 施工机械及工艺装备
全断面开挖施工工艺是一项综合程度较高的施工工艺，比分部开挖效率有很大提高。主要施工机械配置见表1。全断面开挖施工方法与机械设备配套原则为配置设备生产能力高于进度指标，保证及时个别设备发生故障，施工生产也不致受到影响。同类机械设备尽可能采用同厂家设备，以便于维修、配件供应和通用互换，确保机械使用率。

表1 洞内全断面开挖机械设备配置
序号
名称
技术条件
数量（台/套）
1
气腿式凿岩机
YT—28
20
2
轴流式通风机
SDF(C)—No11、No12.5
1
3
装载机
侧卸式
2
4
挖掘机
PC200—3
2
5
电动空压机
4L—20/8
2
6
自卸汽车
10～15m3
10

七 工艺及质量控制流程
工艺及质量控制流程图见图1。
八 工艺步序说明
1、施工测量
当上一循环结束时，测量技术人员利用洞内中线控制桩点，画出工作面开挖轮廓线，并初步标记出主要钻孔位置。
2、施工作业台架就位
根据工作面的开挖断面用人工配合装载机将施工作业台架移至指定位置，固定台架，保证台架稳定，台架尽可能放置在钻爆工易于操作凿岩机的位置。
3、钻孔、装药
1） 隧道开挖前根据工程地质、开挖断面、 开挖方法、循环进尺、钻孔机具和爆破材料等进行钻爆设计。
2）Ⅱ级围岩钻爆设计见图2。
3）钻爆设计的内容包括钻孔（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、数目、深度和角度，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和顺序，和钻孔要求等。
(1)钻孔布置必须符合下列规定：
① 掏槽眼可采用直眼掏槽或斜眼掏槽；
② 周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合施工图要求；
图1 全断面开挖工艺及质量控制流程框图
开始
施工准备
（
含超前地质预报
）
爆破设计
测量放线
施工作业台架
就位
钻

眼
装

药
爆

破
通

风
围岩初喷混凝土
出

渣
拱墙支护
底部开挖
仰拱支护
、
灌筑混凝土
结

束
信
息
反
馈
开挖断面检查及爆破效果评价
差
良

图2 Ⅱ级围岩全断面开挖钻爆设计图

③ 掘进眼交错均匀布置在内圈眼和掏槽眼之间，力求爆破出的石渣块度适合装渣的需求；
④ 周边眼、内圈眼与辅助眼的孔底应在同一垂直面上，掏槽钻孔应加深10cm。
(2)隧道的爆破作业，应采用光面爆破。光面爆破参数应通过试验确定。当无试验条件时，有关参数可参照表2选用。
表2 光面爆破参数表
岩石级别
周边眼间距E（cm）
周边眼抵抗线（cm）
相对距离E/W
装药集中度q（kg/m）
极硬岩
55～57
60～80
0.7～1.0
0.3～0.35
硬岩
45～65
60～80
0.7～1.0
0.2～0.3
软质岩
35～50
45～60
0.5～0.8
0.07～0.12
注：1.表2所列参数适用于炮孔深度1.0～3.5m，钻孔直径40～50mm，药卷直径20～25mm；
2.在周边开挖形成要求较高时，周边眼间距E应取较小值；
3.周边眼抵抗线W值在一般情况下均应大于周边眼间距E值；
4.E/W：软岩取小值，硬岩及断面h取大值；
5.表2列装药集中度q为2号岩石硝铵炸药，选用其他类型炸药时，应修正。
(3)根据爆破设计要求和工作面的钻孔位置，开始人工操作YT-28气腿式凿岩机进行钻孔，在钻进过程中要根据钻进速度、围岩软弱程度等，及时调整供风量和供水量，钻孔位置和角度要准确。
(4)间隔装药。
同时使药量沿钻孔全长适当分布。用炮棍送入炮孔，雷管采用毫秒微差有序起爆，眼口用炮泥堵实。
4、出渣运输
工作面试验大功率装载机装渣，大型自卸汽车运输。首先要保证工作面的照明，便于司机操作，同时也保证出渣机械处于良好的状态，装运能力大于开挖能力并有备有，运输道理平整通畅，在关键地段设车辆调度进出车辆、安全警示和标识要齐全。
九 作业组织
劳动组织三班作业制见表3。

表3 全断面开挖每班劳动力组织表
工种名称
工序名称
找顶工
测量工
修钻工
钻爆工
电工
司机
班长
合计
全断面开挖
1
4
2
25
1
14
1
41

十 生产效率及材料损耗
1、生产效率见表4
表4 全断面开挖施工工艺循环作业时间表
序号
工序
时间（min）
循环时间
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
1
测量放线
30

2
钻眼
210

3
装药联线
60

4
通风
30

5
清危初喷
120

6
出渣
180

从上表可知，每次循环的时间是600min，每次循环进尺按2.5～3.0m计算，每个月的生产效率为180～210m。
2、材料消耗
根据现场围岩级别及岩性确定各种材料损耗。
十一 施工安全及环境保护
1 施工安全
1）开始施工前，必须对施工工艺中存在的危险源进行辨识和安全风险评估，编制安全管理实施方案，并制定相应的应急措施方案；
2）施工机械使用、操作人员条件、检修保养、各种专用施工机具和料具、施工用电、特殊环境中作业等应严格执行《铁路工程施工安全技术规程》（TB10401）；
3)施工过程中必须对施工人员加强安全技术交底，特殊工种必须经考试合格后方能上岗在推广新技术和使用新型机械设备时，应对员工进行再培训和安全教育；
4)进洞人员必须戴好安全帽，洞内作业人员应佩戴防尘面具。禁止无关人员进洞；
5)开挖作业必须保证安全。开挖时必须减少对围岩的扰动；
6)爆破后应检查爆破和开挖面情况，清除瞎炮、残炮和危石；
7)开挖面及未衬砌地段应随时检查，险情应及时处理；
8)开挖工作面与衬砌的距离必须在确保施工安全并力求减少施工干扰的原则下合理选定；
9)开挖不得危及衬砌、初期支护及施工设备的安全；
10)施工作业地段的出渣车辆行车速度不得大于15km/h，成洞地段不得大于25km/h；在衬砌模板台车等狭窄地段必须设置减速和警示标识；
11)出渣时间洞内必须加强通风，保证洞内清晰，并且使洞内环境必须符合职业健康标准。
2 环境保护
1)施工现场坚持工完料清，垃圾杂物集中整齐堆放，及时处理。施工废水严禁任意排放，严格按照招标文件要求经处理后达标排放。
2）弃渣不得随意堆放，须运至指定的卸渣场；
3）施工中采取有效措施，保护环境，爆破时采用控制爆破，不影响临近建筑物及其它设施正常安全使用；
4)对弃碴场基层清除的土层和基坑开挖的土石方集中堆放，避免被水冲刷，污染河流；
5)自卸汽车在运输过程中，必须保持平稳行驶，严禁在便道上随意抛洒；
6)便道须经常保持湿润，避免车辆行驶时粉尘较大，影响周边环境。
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