永寿梁隧道开挖方案样本.doc

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一、 编制说明
为了使永寿梁隧道开挖工作能够紧张有序的进行, 确保开挖支护结果符合设计要求, 保障开挖工作能按步有序的进行, 保证施工安全和质量, 特编制开挖方案。
二、 编制依据
1、 铁道部部颁标准TB10203- 《铁路桥涵施工规范》;
2、 铁道部部颁标准TB10415- 《铁路桥涵工程施工质量验收标准》;
3、 铁道部部颁标准TZ203- 《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》
4、 铁道部部颁标准TZ210- 《铁路混凝土工程施工技术指南》
5、 铁建设[ ]160号《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》

三、 永寿梁隧道工程概况
永寿梁隧道位于陕西省永寿县、 彬 县境内, 地处渭北黄土南缘, 泾( 河) 渭( 河) 分水岭东端。隧道进口( 西安端) 位于永寿县永坪乡双庙村东侧蔡家山沟左岸, 出口位于彬县太峪镇太峪河谷右岸陡坡沟沟口处。
永寿梁隧道设计为两座相对平行的单线隧道, I、 II线线间距为35m。I线隧道起讫里程DK95+607～DK112+765, 长17160.76(长链2.76m), II线隧道起讫里程DyK95+591～DyK112+750, 长17152.92m( 短链6.86m) 。
1、 地质情况
⑴、 地层岩性
隧道工程涉及的地层主要有第四系、 白垩系、 侏罗系、 三叠系等。按成因时代及由新到老描述如下:
①第四系( Q)
a.全新统堆积黏质黄土( Q4sl3) : 主要分布于沟两侧坡面, 淡黄色、 灰黄色, 为滑坡、 错落堆积体, 厚10～30 m, 土质不均, 粉粒为主, 结构疏松零乱, 易坍塌, 坚硬, Ⅱ级普通土。
b.全新统冲积黏质黄土( Q4al3) : 分布于沟心, 淡黄色, 厚10～20m, 粉土质, 硬塑为主, Ⅱ级普通土, σ。＝120kPa。
c.上更新统风积黏质黄土( Q3eol3) : 分布于黄土塬梁的顶部, 塬顶部中间厚, 边缘薄, 厚10～60m, 浅黄、 淡黄色, 土质较均匀, 结构疏松, 具孔隙, 垂直节理发育, 自然坎壁坡度约75°, 易坍塌, 在塬边、 沟岸多见陷穴。坚硬－硬塑, Ⅱ级普通土, σ。＝150kPa。
d.中更新统风积黄土( Q2eol3) : 分布于黄土梁塬上更新统风积黄土之下, 厚30～190 m, 浅棕黄色, 粉土质, 局部含白色钙膜和姜石层, 下部黄土钙化明显, 夹数层厚0.2～1m的棕红色古土壤, 上部结构尚紧密, 下部较致密, 古土壤层上部倾斜, 下部水平, 自然边坡一般约45°, 坚硬－硬塑, Ⅲ级硬土, σ0＝180kPa。
e.下更新统( Q1) : 主要分布于高阶地及梁塬下部, 由粉质黏土和粗圆砾土组成。
②白垩系( K1) : 仅出露下统, 洞身未从该层经过。由灰紫色块状砾岩夹薄层砂岩透镜体组成。砾岩, 浅灰红色, 钙质胶结为主, 胶结程度不均一, 砾石成分以砂岩、 花岗岩及石英岩为主, 粒径以2～10mm为主, 圆棱状, 中厚层状; 砂岩, 矿物成分以长石、 石英为主, 中细粒为主, 部分夹小砾石, 钙质胶结, 局部夹泥岩, 中厚层－厚层结构, 节理较发育, Ⅳ级软石, 风化层厚20～30m, σ0=300kPa, 完整基岩, σ0=600kPa。
③侏罗系( J) : 主要分布于富家沟与干板沟之间, 下伏于白垩系, 上部岩性以泥质砂岩夹泥岩为主, 局部夹薄层砾岩, 多呈不等厚互层状产出, 岩体较完整-较破碎。下部岩性以砾岩夹砂岩为主, 局部夹薄层泥岩, 泥质胶结, 岩体破碎, 钻探岩芯基本无完整岩样, Ⅳ级软石, 风化层厚20～30m, σ0=300kPa, 完整基岩, σ0=600～800kPa。
④三叠系( T2) : 仅出露中统, 以砂岩夹页岩为主。砂岩, 灰绿色, 主要矿物成分以长石、 石英为主, 粉细粒－中粒结构, 钙质胶结, 薄层－中厚层结构, 节理发育－较发育; 页岩, 灰、 灰绿色, 以炭质页岩为主, 夹薄层黑页岩、 油页岩, 钙质胶结。砂岩坚硬, 页岩质较软, 岩体较完整, 风化层差异较大, 一般厚2～30m, Ⅳ级软石, σ0=300kPa, 完整基岩, Ⅴ级次坚石, σ0=800～1000kPa。
⑵、 地质构造
永寿梁隧道地处中朝准地台的三级构造单元陕北台凹的彬旬凹陷和北缘挠褶带的结合部。区内主要的构造特点是断裂少见, 褶皱发育, 背、 向斜构造南北相间成排, 褶皱形态以宽缓型－缓波状背斜及槽状－平缓状向斜为特征。
⑶、 隧道水文地质
①地表水
永寿梁隧道进口地表水为泔河上游支流, 流量较小, 由于人工土坝拦截, 在进口沟谷处形成积水; 出口为太峪河支流, 为常年流水, 流量较大, 泔河为渭河支流, 太峪河为泾河支流。
②地下水类型及分布
隧道区上部为冲积、 风积黏质黄土, 厚度10～200m不等, 黄土层中普遍不含水, 局部黄土钙质结核层中存在上层滞水。根据隧道经过区出露的地层岩性及地质构造特征,并结合含水介质的不同,将隧道区地下水分为第四系松散层孔隙潜水和基岩裂隙水两大类。前者分布于隧道进、 出口及各沟谷中, 赋存于第四系冲积粗、 细圆砾土和砂层中, 接受大气降水入渗补给, 地下水的水量受含水层的分布、 埋深和季节性补给等因素影响差异显著; 后者主要储存于隧道区白垩系下统( K1) 砾岩夹砂岩、 侏罗系( J) 砂岩夹泥岩、 三叠系中统( T2) 砂岩夹页岩中, 依据储水裂隙成因的不同, 又分为风化裂隙水和构造裂隙水两类, 隧道洞身经过区地下水主要为后者。
隧道经过区出露的基岩地层有白垩系下统( K1) 、 侏罗系( J) 、 三叠系中统( T2) 三个地质时代的地层, 这些地层以角度不整合形式接触。区内主要的构造特点是断裂少见, 褶皱发育, 背、 向斜构造轴部与隧道走向垂直, 核部及两翼地层岩层产状平缓。拜家河沟向斜轴部上层为白垩系砾岩夹砂岩, 下部为侏罗系砂岩夹泥岩、 砾岩夹砂岩, 两翼主要为三叠系砂岩夹页岩及侏罗系砂岩夹泥岩; 太峪背斜轴部为三叠系砂岩夹页岩, 向东逐次见侏罗系地层。
位于向斜两翼的三叠系砂岩夹页岩和向斜轴部上层的白垩系下统( K1) 砾岩夹砂岩和下部侏罗系砾岩夹砂岩中构造节理、 裂隙发育, 且张开性较好, 为地下水的储存、 运移提供了良好的场所, 是隧道区主要基岩裂隙水含水层( 体) 。同时, 向斜核部为储水构造, 富水性相对较好; 太峪背斜核部储水条件及富水性较差。
③地下水补、 径、 排特征
本区地形坡度大, 切割强烈, 为明显的泄水地形。降水为地下水的主要补给来源, 可是降水入渗强度随地形切割起伏程度的增大而减小, 并以附近沟谷为排泄基准面。地下水位与地貌形态及含水层埋深密切相关, 水位高程一般在950～1150m左右, 沟谷内地表水流高程一般在900～1135m, 潜水位高于地表水位, 从而能够推断基岩节理、 裂隙为地下水的径流通道, 沟谷为地下水排泄区。隧道区沟谷水、 泉水的补给、 径流及排泄基本形成了统一的循环体系。
④含水岩组分类及富水性分区
越岭地区地层种类较多, 根据含水介质及赋存条件的不同, 划分为两种含水岩组, 对应这两种含水岩组, 根据隧道区地形地貌、 构造特征, 结合钻探、 抽、 提水试验及水文测井资料, 综合分析越岭隧道经过区的富水条件, 相应划分了三个富水性分区: 孔隙潜水含水岩组( Ⅰ) 、 基岩裂隙水中等富水区(Ⅱ1) 和基岩裂隙水弱富水区(Ⅱ2)。
⑤水文地质条件评价
隧道区沟谷发育, 除隧道进出口两侧的蔡家山沟、 陡坡沟外, 还发育有富家沟、 崔家沟、 干板沟和冰棱沟等多条较大的沟谷, 沟谷地段上覆黄土层厚度小, 基岩埋藏浅, 局部地段基岩甚至出露, 基岩裂隙水易接受大气降水及沟谷中地表水的入渗补给, 富水性中等; 拜家河沟向斜轴部附近有利的储水条件, 使其赋水性较好; 太峪背斜附近和隧道岭脊及缓坡地带, 富水性相对较弱。
永寿梁隧道区较大沟谷中多有泉水出露, 虽然流量较小, 但多为常年流水, 可见隧道区基岩裂隙水补给较稳定, 节理、 裂隙较发育, 且连通性较好。地下水对隧道围岩及施工有一定的影响, 可能发生集中涌水、 渗漏水、 围岩失稳坍塌等危害, 施工中应做好地质超前预报工作, 并及时采取相应的防护措施。
若雨季施工干板沟、 冰凌沟隧道浅埋段, 由于上、 下游沟谷不畅, 沟内积水, 地表水沿黄土和基岩节理裂隙下渗, 使隧道洞身成为富水区, 施工中有可能产生突然涌水现象, 应加强监测。
⑶、 不良地质及特殊岩土
①不良地质(滑坡、 错落)
本区范围属于黄土沟梁区, 有滑坡、 错落数十处, 主要为黄土冲沟滑坡( 错落) , 这与地层分布、 岩性产状、 沟谷切割及地下水有密切关系。线路以隧道形式经过, 且进、 出口均已绕避, 因此, 对隧道工程影响不大, 但在崔家沟、 干板沟、 冰凌沟等沟两侧坡面, 多为陡坡浅层高角度小型滑坡、 错落及溜坍、 坍塌, 坡面凌乱, 滑体、 错落及溜坍、 坍塌堆积物主要为黏质黄土, 堆积物前缘堆积于沟底, 无明显的规律, 由于洞身埋深较大, 地表滑坡、 错落对隧道基本无影响。
②特殊岩土
A.湿陷性黄土: 本区大部分地区覆盖有厚层黄土。第四系上更新统马兰黄土, 风积成因为主, 孔隙发育, 壁立性强, 具湿陷性; 第四系中更新统离石黄土, 风积成因为主, 顶部局部具湿陷性。根据土工试验报告计算, 隧道进口段黏质黄土具Ⅱ级自重湿陷性, 总湿陷量35～54cm, 湿陷土层厚度约13m。出口段黏质黄土具Ⅲ级自重湿陷性, 总湿陷量44～55cm, 湿陷土层厚度9～14m。
B.膨胀岩( 土) : 第四系中、 下更新统黏质黄土中夹有灰黄色、 棕红色古土壤, 呈层状, 厚度0.2～1 m, 从岩芯外观看具有膨胀岩土的基本特征, 在隧道进出口及各斜井井口处均有分布, 自由膨胀率一般在50%～60%, 阳离子交换量196～211mmol/kg, 蒙脱石含量15.9%～18.5%, 具有弱膨胀性。侏罗系泥质砂岩、 泥岩自由膨胀率37%～51%, 阳离子交换量175～257mmol/kg, 蒙脱石含量8.1%～12%, 具有弱膨胀性。
⑷、 地震动参数
隧址地震动峰值加速度均为0.10g。
⑸、 隧道围岩分级
Ⅴ级围岩段落长3131m, 占全隧道总长的18.3%, Ⅳ级围岩段落全长7740m, 占全隧道总长的45.1%, Ⅲ级围岩段落长6290m, 占全隧道总长的36.6% 。
2、 围岩分级类型
永寿梁隧道正洞围岩级别统计表
序号
围岩级别
长度( m)
占全隧比列
1
III
6292.76
37%
2
IV
7740
45%
3
V
3128
18%
四、 隧道开挖方案设计
要求本线隧道按新奥法原理组织施工, 并要根据不同围岩级别及周边环境选择相应工法, 应根据监控量测结果, 适时施作二次衬砌。
黄土隧道施工严格按照”严控水、 强支护、 短进尺、 勤量测”的原则组织施工, 应特别注意地表冲沟、 陷穴对隧道的影响, 要加强调查和处理。
隧道开挖前, 首先完成洞口截水沟、 洞口土方及边仰坡防护施工。洞口土方采用挖掘机配合装载机自上而下分层施工, 大型自卸汽车运输, 并及时做好坡面防护, 开挖一段( 台阶) 防护一段( 台阶) 。洞口明洞采用明挖法施工, 开挖至明暗分界线后, 先施做护拱混凝土, 然后施做暗洞超前大管棚, 随后立即做好明洞衬砌, 随后进入暗洞施工, 待明洞混凝土达到设计规定的强度后及时进行明洞洞顶回填。暗洞开挖根据围岩情况Ⅴ级地段采用环形开挖留核心土法或台阶法法施工, Ⅳ级采用台阶法施工, 每循环进尺控制在2m以内, Ⅲ级采用全断面法施工, 横通道Ⅳ、 Ⅴ级围岩采用台阶法施工, Ⅲ级采用全断面法施工。黄土隧道开挖采用人工配合挖掘机进行, 出碴采用装载机配合大型或中型自卸汽车无轨运输。石质隧道采用钻爆法开挖, 出碴采用装载机配合大型或中型自卸汽车无轨运输。
施工通风采用管道压入式通风。
在施工过程中应不断总结经验, 优化工艺。加强超前地质预测、 预报, 加强围岩监控量测管理。根据量测结果, 及时调整预留变形量及支护参数, 适时施作二次衬砌, 确保隧道安全。开挖方法的改变, 要严格按程序申请设计变更。
根据工程实际情况, 拟选择以下施工方法施工:
洞别
围岩级别
优先选择施工方法
备选施工方法
备注
正洞
Ⅲ级
全断面法
台阶法

Ⅳ级
全断面
台阶法

Ⅴ级
台阶法
环形开挖留
核心土法
超浅埋、 偏压地段用环形开挖留核心土法
横通道
Ⅳ、 Ⅴ级
台阶法
全断面法

Ⅲ级
全断面法
台阶法

五、 总体施工方法
1、 风、 水、 电、 信号进洞
采用ф1800的风管对掌子面进行供风, 必须采用密闭性好的水管进行供水, 施工长度大于1Km时考虑空压机及变电器进洞以满足施工要求。同时考虑施工的信息化沟通, 考虑信号进洞。
2、 洞口开挖作业流程
洞口土石方用挖掘机挖装, 开挖方法采用自上而下分层分台阶进行, 台阶高度2～3米, 石方采用弱爆破, 挖掘机、 装载机装碴, 自卸汽车运碴。
3、 洞身段开挖作业采用凿岩风钻钻孔, 2＃岩石硝胺炸药, 1-15段毫秒延期非电雷管起爆, 光面爆破。WA380或ZLC50装载机装碴, 15—18T自卸汽车出碴, Ⅱ、 Ⅲ级围岩开挖循环进尺为2.7m～3.0m, Ⅳ级围岩开挖循环进尺为1.0m～2.2m, Ⅴ级围岩开挖循环进尺为0.5m～1.0m。初期支护紧跟开挖, 衬砌紧跟支护。
4、 、 洞内排水
( 1) 反坡排水区段
进口段正洞为反坡排水段, 各辅助坑道承担正洞主攻方向( 西安端) , 均为顺坡排水; 承担正洞平凉端方向, 为反坡排水, 但施工段落相对较短, 各斜井为反坡排水。
( 2) 排水工作方式
进口端排水: 正洞掌子面积水采用移动潜水泵抽至设在洞内一侧的泵站, 由工作泵将水仓积水经管路抽排至下一级泵站, 如此接力抽排至洞外, 沉淀过滤后排放。
斜井工区: 在自掘的过程中可不设水仓, 工作面的积水由移动潜水泵抽排至临时水仓内, 由临时水仓抽排至洞外; 斜井施工正洞时, 斜井井底、 井身设水仓及泵站, 正洞渗水和斜井自身渗水以及施工用水均由斜井排出洞外。斜井担负正洞反坡施工段较短, 采用移动潜水泵将水抽至斜井底, 再经过斜井泵站抽至洞外, 水量较大时, 在正洞中设置水仓。
水仓尺寸按15min设计涌水量设计, 并考虑施工和清淤方便综合确定。工作水泵按使用一台、 备用一台、 检修一台配备, 排水管采用承压铸铁管。
5、 影像资料采集
在洞门开挖前对洞门处的原始地貌进行拍照与摄像, 以便进行工程竣工之后的复原, 同时对隧道内开挖所揭示的掌子面进行影像资料收集, 以便及时对掌子面所揭示的实际地质情况进行分析。
六、 各类工法的作业流程
1、 全断面施工作业流程
⑴台架就位: 出碴完成后, 正洞采用轮行式多功能台架, 人工平整底板, 装载机将台架牵引就位。在牵引时, 装载机要行走在隧道的中间, 防止台架左右偏移过大碰在隧道边墙, 损坏台架, 耽误开挖时间。
⑵找顶清帮: 台架就位后, 人工站在台架上用撬棍找顶清帮, 把危石处理掉, 防止施工时落石伤人; 找顶清帮工作必须由责任心强、 经验丰富的专职人员进行, 使用的工具应轻便, 旁边必须有监护人。
⑶测量放线: 危石处理后, 由测量组准确定出隧道中心, 画出开挖轮廓线并在开挖工作面上做出明显标识, 同时检查上次开挖周边轮廓超欠挖情况, 将测量结果向现场开挖班做出详细交底, 并将交底书报质检工程师。
在以上工作的同时, 其它人员进行开挖准备, 接高压风水管, 照明电线、 灯具, 并将风钻、 钻杆、 钻头等工具运至掌子面, 使之就位。
⑷钻眼: 检查前期工序无误后开挖班进行钻眼, 钻眼深度、 间距按钻爆设计进行, 周边眼布置在开挖轮廓线上, 周边眼的外插角不大于2度, 周边眼外的其它眼轴线方向与隧道中线平行。辅助眼均匀布置在周边眼与掏槽眼之间, 使爆出的石块块度适合装碴的需要。
经过爆破试验确定爆破参数, 试验时参照下表。

光面爆破参数表
岩石种类
周边眼间距
E(cm)
周边眼最小抵抗线
W(cm)
相对距离
E/W
装药集中度q
(kg/m)
极硬岩
50～60
55～75
0.8～0.85
0.25～0.3
硬岩
40～50
50～60
0.8～0.85
0.15～0.25
软质岩
35～45
45～60
0.75～0.8
0.07～0.12
钻孔时按钻爆设计要求严格控制炮眼的间距、 深度和角度。掏槽眼、 周边眼的眼口间距和深度允许偏差均为5cm, 外插角符合钻爆设计要求, 眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm。
掏槽眼: 眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm; 辅助眼: 眼口排距、 行距误差不得大于10cm; 周边眼: 沿隧道设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm, 周边眼外斜率不得大于5cm/m, 眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm, 内圈眼至周边眼的排距误差不得大于5cm, 炮眼深度大于2.5m时, 内圈眼与周边眼采用相同的斜率钻眼; 当开挖面凹凸较大时, 应按实际情况调整炮眼深度, 并相应调整装药量, 力求除掏槽眼外的所有炮眼底在同一垂直面上。周边眼的炮眼残留率应达到80％以上。
钻进中应充分发挥支架作用, 以加快钻进速度, 减轻体力劳动: 一条线: 钎子、 风钻、 气腿必须在同一垂直面上, 从后面看是”一条线”, 这样使钻机不会左右摇摆; 中心钻: 掌握好支架的进气量, 使支架不致忽上忽下, 使钻杆始终在炮眼中心位置旋转; 靠边站: 一人操纵一台风钻, 人要站在钻机的侧后方, 使风钻贴在身边, 稳住风钻, 不使风钻左右摇摆; 拨钎: 钻孔满足设计深度后, 不宜多钻应及时拨钎转移。在整体性较好的岩石中, 可停风拨钎, 停机时应先关水后关风。在破碎岩石中, 为克服阻力钻机应带风转动拨钎。
⑸吹孔装药: 用高压风将炮孔中的碎石泥浆吹净, 严格按爆破设计进行装药, 周边眼采用间隔装药, 将药卷绑在竹片上, 导爆索引爆, 尽量减少对周边围岩的扰动; 掏槽眼、 掘进眼连续装药。装药时注意雷管的段别, 避免用错雷管; 底板眼的雷管要用最大段别, 将碴尽量向外翻出。
⑹引爆: 已装药的炮眼及时用炮泥堵塞炮眼, 堵塞长度不小于30cm, 禁止用碎石、 纸板等物品填塞。装药完成后将各段毫秒延期非电雷管脚线集束于掌子面中央, 连接成起爆网络。
⑺退台架: 爆破准备工作完成后, 用装载机将多功能台架牵引至安全地带, 在装药连线时将开挖设备运至安全地带。
⑻爆破必须由专人统一指挥, 除爆破作业人员外, 其它无关的人员均撤至安全地段; 凡从事爆破工作的人员, 都必须经过培训, 考试合格并持有合格证, 严禁无证人员操作; 引爆由持有”爆破员作业证”的炮工操作。此过程中要严格遵守安检部门制定的各项安全措施。
⑼通风: 爆破后15分钟后方可进入爆破面检查, 检查有无瞎炮及可疑现象, 瞎炮未经处理, 不得进入下道工序作业。
⑽出碴: 经检查无危险后, 装载机、 自卸汽车进洞出碴。
出碴完成初期支护后, 进入下一循环施工。
2、 正台阶法施工作业流程
Ⅳ级、 Ⅴ级地段采用二台阶法开挖, 台阶长度3～5m,周边采用光面爆破减少对围岩的震动以控制成形。上台阶风钻钻孔, 挖掘机扒碴到下断面, 下台阶利用风钻钻孔。下断面出碴利用装载机装碴, 自卸汽车运碴至指定的弃碴场地。在台架上人工手持气腿式凿岩机外锚杆孔, 人工安装锚杆并进行锚固或注浆, 采用湿喷机进行湿喷砼。根据量测要求布设量测点, 并及时进行分析反馈指导施工。
开挖班找帮找顶后, 测量组精准放线, 定出隧道中心线, 画出开挖轮廓线, 同时开挖班进行开挖准备工作。开挖时按照工程部的开挖技术交底施作, 严格控制周边眼的装药量, 采用间隔装药方式, 将药卷绑在竹片上, 用导爆索引爆, 尽量减少对周边围岩的扰动; 控制周边眼的外插角角度, 控制超欠挖。打掏槽眼时, 控制角度, 不要将掏槽眼打穿; 掏槽眼采用连续装药方式, 底板眼的雷管要用最大段别, 将碴尽量向外翻出; 上下断面同时打眼装药爆破。爆破通风后, 挖掘机将上断面的碴翻到下断面, 装载机装碴, 自卸汽车运碴至弃碴场。
正台阶法施作流程图:

3、 环形预留核心土法作业流程
上台阶环形开挖→上台阶初支→核心土开挖( 必要时上台阶施作临时仰拱) →下台阶左侧掏挖( 下台阶右侧掏挖, 左右侧至少错开5m) →下台阶左侧初支( 下台阶右而初支) →拆除上台阶临时仰拱→下台阶中部开挖→施作隧底初支。
环形预留核心土法施作流程图:
4、 施工方法的相互转换
隧道开挖方法的合理转换, 是隧道开挖作业安全的一个重要因素, 在接近开挖方法变换里程时, 应提前计划, 确定合理的临时支撑参数。转换时应不减弱设计支撑参数。
七、 开挖质量验收要求
1、 货运专线隧道开挖的一般规定
⑴隧道洞身开挖方式和开挖方法应根据地质条件、 覆盖层厚度、 结构断面、 隧道长度及工期要求等, 经过经济、 技术比较后确定。洞身开挖进度应与支护、 衬砌等后续工序协调。
⑵隧道开挖轮廓线应以衬砌设计轮廓线为基准, 考虑围岩变形量、 施工误差和测量贯通误差等因素适当加大。施工中应严格控制超挖。
⑶洞身开挖轮廓线预留围岩变形量, 应根据围岩级别、 隧道宽度、 隧道埋深、 施工方法和支护情况采用工程类比法确定。
⑷开挖前应按设计要求进行超前地质预报, 爆破开挖后应及时进行水文地质和工程地质状况的观察、 描述, 判断围岩稳定性; 应按设计要求的量测项目及频率进行围岩量测, 及时反馈量测信息, 做好施工方法的调整以指导施工。
⑸隧道施工采用钻爆法开挖时, 应采用光面爆破或预裂爆破。爆破前应根据地质条件、 断面尺寸、 开挖方法、 循环进尺、 钻眼机具和爆炸材料等进行钻爆设计, 施工中应根据爆破效果调整爆破参数。
⑹在浅埋条件下有邻近建筑物、 既有线隧道等特殊情况地段爆破时, 应采用仪器检测围岩爆破扰动范围和振速, 并采取措施控制爆破对围岩和临近建筑物的扰动程度。
⑺边墙、 仰拱或底板等的地基承载力必须符合设计要求。软弱地基处理方法和施工质量应符合设计要求。隧底开挖前应进行施工工艺设计。
⑻隧道开挖后应及时进行初期支护。采用分部开挖时, 应在初期支护喷射混凝土强度达到设计强度等级的70%及以上时进行下一部分的开挖。隧道经过膨胀性围岩时, 支护应紧跟开挖, 尽快对围岩施加约束。分部开挖施工过程中应加强对临时支护的保护。
⑼洞内开挖土石方的弃置, 应符合设计要求和环境保护、 水土保持等有关规定, 不得影响既有建筑物的安全, 并应采取挡护措施防止弃碴流失对自然环境造成不良影响。所采取的挡护措施和坡面绿化措施等应报地方有关行政主管部门审批。
⑽施工过程中应根据不同岩性和不同地下水环境单元取水化验, 并将化验结果及时反馈给设计单位。
⑾不良地质地段隧道开挖应根据实际情况采取短进尺、 弱爆破、 强支护、 勤量测的施工方法。
2、 货运专线隧道洞身开挖验收标准
⑴隧道开挖断面的中线、 高程必须符合设计要求。
⑵隧道开挖应严格控制欠挖。当围岩完整、 石质坚硬时, 岩石个别突出部分( 每1m2不大于0.1m2) 侵入衬砌应小于5cm。拱脚和墙脚以上１ｍ内断面严禁欠挖。
⑶洞身开挖中, 应在每一次开挖后及时观察、 描述开挖面地层的层理、 节理、 裂隙结构状况、 岩体的软硬程度、 出水量大小等, 核对地质情况、 判断围岩稳定性。
⑷光面爆破或预裂爆破钻眼前, 应根据钻爆设计图准确标出炮眼位置。钻孔时应按钻爆设计要求严格控制炮眼间距、 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。外插角应符合钻爆设计要求, 眼底不应超出开挖断面轮廓线15cm。
⑸光面爆破或预裂爆破的炮眼痕迹保存率, 硬岩不应小于80%, 中硬岩不应小于60%, 并在开挖轮廓面上均匀分布。
3、 货运专线隧底开挖验收标准
⑴隧底开挖后底部高程应符合设计要求。隧底范围石质坚硬时, 岩石个别突出部分( 每1m2不大于0.1m2) 侵入衬砌应小于5cm。
⑵隧底开挖后应及时核对隧底地质情况。当需要进行加固处理时, 应符合设计要求。
⑶水沟开挖位置、 基底高程应符合设计要求, 靠边墙水沟应与边墙基础同时开挖, 且一次成型。
4、 永寿梁隧道开挖质量控制要点
⑴中线与标高控制
永寿梁隧道为货运专线特长隧道, 其施工测量精度要求非常高。我集团拟采用以下措施确保隧道中线及标高施工测量准确。
①测量采用”三级复核制”, 即集团公司测量总队、 子公司精测队、 工区测量组三级复核。
②开工前对测量人员进行工程情况、 技术要求、 测量规范、 测量操作规程、 测量方案、 测量基本知识、 测量重要意义的培训。
③定期把测量仪器送到有检定资格的单位检校, 确保测量结果的有效性。
④与其它标段进行中线和标高的联测, 联测结果在测量误差允许范围内方可据此施工, 如超出误差允许范围应查明原因, 并经调整或改正后, 方可据此施工。
⑤积极和监理方测量工程师联系、 沟通、 配合, 满足测量监理工程师提出的测量技术要求及意见。重要部位的测量, 请测量监理工程师旁站监理, 并把测量结果和资料及时报监理公司, 测量监理工程师经过内业资料复核和外业实测确定无误后, 方可进行下步工序的施工。
⑥所有测量的内业资料计算, 以及外业实测资料的整理和交底, 都必须有计算人, 复核人, 确保资料的准确无误。现场施工测量要有检校条件, 形成闭合或附合导线及水准路线形式。或者换人走不同的路线、 不同的测量方法重复测量来达到检核目的。
⑦在拨角测量放线时, 为防方位角达不到设计计算的精度, 在放线过程中, 直线段每隔100m左右与基本导线联测, 用坐标成果表中标出的点坐标值进行校验, 如有偏差, 修正直线方位角。直线方位、 线路长度、 高程的测量精度控制, 严格按工程测量规范进行。施工中各种建筑物放样时与测量控制单位密切配合, 避免出现不必要的偏差。
⑧控制点宜选在稳定、 通视良好、 不受施工扰动的地方。导线点要有明显的十字标志, 水准点表面为圆球状。测量标志旁有明显持久的标记或说明, 并详细记录在草图上, 避免外业观测中用错点。测量标志如有损坏, 立即恢复。
⑨对地面导线点、 地面高程点定期进行复测, 保证在测量工作中, 随时发现点位变化, 随时进行测量改正, 严格遵守各项测量工作制度和工作程序, 确保测量结果万无一失。
⑵开挖轮廓线的确定
首先根据地质条件、 覆盖层厚度、 结构断面、 隧道长度及工期要求等, 经过经济、 技术比较后确定隧道洞身开挖方法, 洞身开挖进度与支护、 衬砌等后续工序协调。洞身开挖轮廓线预留围岩变形量, 应根据围岩级别、 隧道宽度、 隧道埋深、 施工方法和支护情况采用工程类比法确定。隧道开挖轮廓线以衬砌设计轮廓线为基准, 考虑围岩变形量、 施工误差等因素适当加大。
⑶爆破施工要求
永寿梁隧道施工采用钻爆法开挖, 光面爆破。爆破前根据地质条件、 断面尺寸、 开挖方法、 循环进尺、 钻眼机具和爆炸材料等进行钻爆设计, 施工中应根据爆破效果及时调整爆破参数。一般采用YT28型风动凿岩机钻孔, 孔径约40mm, 炸药选用2＃岩石乳化炸药, 一般炮眼装φ32mm药卷, 每段长200mm; 周边光爆炮眼装φ25mm药卷, 每段长200mm。采用非电毫秒雷管, 1～15段, 爆破网络采用火雷管起爆。具体爆破参数及操作要求见爆破作业指导书。
炮眼施工精度要求见下表:
钻爆炮眼施工允许误差范围表
炮眼类型
孔口位置
孔口间距
炮孔深度
钻孔角度
备注
掏槽眼
5cm
10cm
0～10cm
3°

掘进眼
10cm
20cm
±10cm
5°

二圈眼
4cm
8cm
±10cm
4°

底板眼
7.5cm
15cm
±10cm
4°

周边眼
2.5cm
5cm
±5cm
2°
眼底不超出开挖轮廓线15cm
⑷隧道超欠挖及光面爆破要求
隧道的允许超挖值应符合下表的规定。
隧道允许超挖值
围岩级别
开挖部位
Ⅱ～Ⅳ
Ⅴ、 Ⅵ
拱部
线形超挖
15cm
10cm
最大超挖
25cm
15cm
边墙线形超挖
10cm
10cm
仰拱、 隧底
线形超挖
10cm
最大超挖
25cm
采用风钻打眼, 炮眼深度在3m以内时, 两茬炮衔接处的台阶不得大于15cm。
隧道开挖不应欠挖, 当围岩完整、 石质坚硬时, 允许岩石个别突出部分侵入衬砌( 每1m2不大于0.1m2、 高度不大于5cm) 。拱脚和墙脚以上1m范围内严禁欠挖。
隧道周边炮眼痕迹保存率是衡量开挖面平整度的一个指标, 炮眼痕迹保存率应满足下表规定。
不同围岩周边炮眼痕迹保存率要求
围岩性质
硬岩
中硬岩
炮眼痕迹保存率
≥80％
≥60％
注: 炮眼痕迹保存率＝( 残留有痕迹的炮眼数/周边眼总数) ×100％
八、 超前地质预报和监控量测
1、 超前地质预报
我集团将地质超前预报纳入工序管理, 放在隧道开挖之前, 采用多种手段相结合的综合超前地质预报法, 对开挖面前方围岩情况进行预判, 以指导施工时采用既安全又经济的工法。
永寿梁隧道地质条件复杂, 围岩级别变化频繁, 施工拟采用开挖面地质素描、 TSP203地震反射法和超前钻探等方法进行超前地质预报。
TSP203超前地质预测预报系统:
在隧道穿过的断层破碎带时在洞身水平方向上采用TSP203超前地质预测预报系统进行距离100～150m的预报。采用100m的成果。
地质钻孔预报:
在隧道施工经过断层破碎带段每开挖30m, 利用超前水平地质钻孔对开挖前进方向进行30～50m的钻探。
正洞除严格按照在断层破碎带施做超前钻孔外, 还应结合超前探测结果的异常段, 按地质人员要求增设钻孔。
钻机钻孔时要固定牢固, 并安设孔口管及高压闸阀, 确保超前钻孔涌出高压地下水时, 能够有效地控制。
在断层破碎带施工中运用开挖用的钻具进行长5米的超前钻孔, 对洞身前方进行全方位空间探测, 探孔成放射形布设。
短距离预报:
地质素描法和采用加长炮眼孔进行的距离小于30m的预报。
地质素描在隧道施工中全段进行。
地质素描内容为: 根据对超前地质预报结果, 对开挖掌子面和洞身周边综合分围岩的岩性、 结构、 构造和地下水情况, 判断开挖面前方围岩的工程地质、 水文地质特征, 并依此提出工程措施建议和进一步预报的方案。
根据开挖段围岩的工程地质、 水文地质特征进行预报结果的验证, 提出是否修改预报方法及参数的意见。
根据开挖段及开挖面水文地质情况, 提出注浆止水方案的建议。
2、 监控量测
隧道监控量测主要包括围岩及支护状态观察、 拱顶下沉、 周边位移及收敛、 针对Ⅳ、 Ⅴ级围岩段观测锚杆轴力、 围岩与支护结构的接触应力、 支护结构的应力状态量测、 隧道内分段涌水量和水压、 涌水含砂量与含泥量观察、 地表水水位观察等监测项目。
量测频率表
项目
量测仪器设备
量测时间间隔
1～15天
16～30天
1～3月
3月以上
围岩及支护状态观察
目测、 数码相机、 地质罗盘等
开挖面每次开挖后进行
已施工地段喷混凝土、 锚杆、 钢架1次/天
地表沉降
精密水准仪, 铟钢尺
开挖面离量测面<2B时, 2次/天
开挖面离量测面<5B, 1次/2天
开挖面离量测面＞5B时, 1次/周
拱顶下沉
水准仪, 挂尺
2次/天
1次/2天
1～2次/周
2次/月
周边收敛
坑道收敛计
同上
围岩与支护间压力
压力盒, 频率接收仪
1次/天
1次/2天
1～2次/周
2次/月
格栅主筋内力
钢筋应力计, 频率接收仪
1次/天
1次/2天
1～2次/周
2次/月
结构混凝土裂缝观察
读数显微镜, 钢尺
根据需要进行
锚杆轴力
锚杆轴力计
根据需要进行
其它

根据实际情况和要求进行
监测结束标准: 根据收敛速度判别:
一般地段: 收敛速度＞5mm/d时, 围岩处于急剧变化状态, 加强初期支护系统; 收敛速度＜0.2mm/d时, 围岩基本达到稳定。
特殊地质地段: 加强初期支护强度和刚度, 严格控制过大变形。
各量测项目持续到变形基本稳定后2周结束, 断层破碎带地段位移长时间不能稳定时, 延长量测时间并采取加强措施。
监测数据的统计分析与信息反馈: 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。
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下表。经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。
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3-13”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。
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宽度之比。
九、 隧道开挖安全保证措施
向广大员工贯彻”不坍才有进度”的指导思想, 切勿片面追求进度而忽视质量, 造成因施工质量问题而坍方, 给工程造成损失。
在洞口段、 断层破碎带及其它Ⅳ、 Ⅴ级围岩地段, 施工前必须制定详细的切实可行的施工方案和作业指导书。
做好超前地质预报工作, 采用TSP、 超前钻孔、 地质雷达等综合预报手段对开挖面前方的地质情况作出详细的预报。每个开挖工班配一名工程师跟班, 确保各种措施、 技术交底的落实, 保证标准化作业。开挖过程中, 配备有经验的地质工程师, 24小时轮流值班, 及时发现地质变化, 监控指导现场施工。
根据设计图纸的要求做好超前导管注浆加固围岩或起到注浆堵水的作用。
不良地质段隧道施工时, 严格遵循”先治水, 短开挖、 弱爆破、 强支护、 勤量测、 早封闭”的施工原则保证不坍方。
施钻人员到达工作面后, 应首先检查工作面是否处于安全状态。支护、 拱顶是否稳定, 如有松动危石应清除并加以支护。
操作人员必须互相配合, 并保持必要的安全操作距离。
站在碴堆上作业时, 应该注意碴堆的稳定性, 防止滑坍伤人。
司钻工钻孔前, 对风钻和工具作如下检查, 不符合要求的应立即修理或更换: 机身、 螺栓、 卡套、 弹簧和支架是否正常完好。管路是否良好, 连接是否牢固。钻杆是否弯曲、 带伤, 防止作业时断钎伤人。湿式凿岩的供水装置是否良好。
用带支架的风钻钻孔时, 应将支架安置稳妥。在钻孔台架上打眼时, 先检查平台架及斜撑是否稳定, 平台上是否铺满板, 外侧的防护栏杆是否牢固, 防止高处坠落。
严禁在残眼中继续钻孔。严禁在打眼的同时装药。不得在工作面折卸、 修理风钻。手持风钻打眼,