牛鼻山隧道洞室开挖施工方案

04 1 编制依据、编制范围 1.1 编制依据 1、凤凰山隧道工程 TJ-04 合同段设计图纸； 2、招投标文件； 3、《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）、《公路工程施工安全技术规范》JTJ 076-95、《爆破安全规程》GB 6722； 4、现场勘查的施工区域自然因素、沿线交通情况及现场施工条件。 1.2 编制范围 凤凰山隧道工程 TJ-04 合同段牛鼻山隧道工程洞身开挖施工。 2 工程概况 2.1 工程简介 牛鼻山隧道为上、下行分离的六车道高速公路隧道，属第 TJ-04 合同段。隧道起点位于天鹿南路黄陂，终点位于沙垯村附近，穿越一低山，相对高差约 170 米，山坡较陡峻，山顶地势较平缓。 左线隧道起讫桩号：ZK6+212～ZK7+980，全长 1768m；隧道平面线型进出口均为直线，洞身为圆曲线，曲线半径 R=4020m；纵面线型为+1.25%的单向坡。右线隧道起迄桩号 YK6+114～YK7+935，全长 1821m ，隧道平面线型进出口均为直线，洞身为圆曲线，曲线半径 R=4020m；纵面线型为+1.319%的单向坡。 根据隧道洞口地形地质条件，隧道进出口均采用端墙式洞门。设置 2 处行人横洞、 1 处行车横洞，左右线各设一处紧急停车带。 本隧道 ZK6+212~ZK7+953 、YK6+114~YK7+935 段左右线间距在 18m 到 27m 之间属分离式小净距；ZK7+953~ZK7+980 段左右线间距小于 18m 属分离式小净距。 隧址区属低山地貌，山势缓和，植被发育。上部为厚层残坡积层，以左线 ZK7+480 和右线 YK7+450 为界，前段为震旦系混合花岗岩，后段为侏罗世花岗岩。隧道地下水类型为层状岩石裂隙水。隧道围岩情况见下表。 隧道围岩级别及长度 路线 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 Ⅴ级 第 1 页 共 50页 04 左线（1768m） 232 1039 288 209 分级比例（%） 13.1 58.8 16.3 11.8 右线（1821m） 199 1121 267 234 分级比例（%） 10.9 61.6 14.7 12.8 隧址区不良地质现象主要为零星分布的小型崩塌；特殊性岩土主要为全、强风化混合花岗岩与部分膨胀性高岭土。 2.2 地形、地貌 牛鼻山隧道属低山地貌，山势缓和，植被发育，主要为杂草和灌木及乔木，上部为厚层残坡积层（Q4el+dl）、以左线 ZK7+480 和右线 YK7+450 为界，前段为震旦系（Z）混合花岗岩，后段为侏罗世（J）花岗岩。 隧道出口段种植荔枝、龙眼和香蕉等果树。隧道前段南侧约 50m 为荒废采石场，山势陡峭，见悬崖面。隧址区地表水较为发育，山溪沿山谷流淌，水量较为丰富。 2.3 水文、气象 属南亚热带季风气候区，气候温暖湿润。区内年平均气温 21.8℃，极端最低气温-0.3℃。极端最高气温 39.1℃。年平均降水量约 1680.5mm，日最大降水量 284.9mm，时最大降水量 101.1mm。雨季的开始期在 4 月初，结束期在 9 月底，降水量占年降水量的 81%。年内暴雨较集中在 5～9 月份。年蒸发量 1400～1600mm，年平均相对湿度为 79%。本区风向季节性变化比较显著，从春季至初秋盛行偏南风，秋季至冬末盛行偏北或偏东风，年平均风速 1.9m/s。线路所在地受台风影响，台风季节常出现在每年的 5～9 月，工程施工过程中可能遭受台风暴雨的影响和破坏。 根据调查，隧道区的山体上地表水较少，有少量季节性地表水，地表水除来源于降水外，还来源于高处山坡迳流；地下水类型主要为基岩裂隙水，以潜水为主，含水层主要为中～微风化岩，以大气降水和山谷汇水下渗补给为主，排泄方式则以蒸发和侧向迳流为主。隧道入口段，在钻孔未发现地下水，而出口段地下水却较为丰富，地下水位埋深只有 1.0～１.４米，而且有一小溪自山顶流下，水质清澈，为沙垯村主要生活用水。 2.4 工程重点、难点分析 （1）隧道属于长隧道，主要地质为微风化混合花岗岩，岩石强度高，对钻爆工作 第 2 页 共 50页 04 制约较强，是影响工期的关键。 （2）隧道由于 II、III 级围岩结构紧密，不排除施工过程中岩爆的发生，施工过程中需做好地质超前探测及防护措施。 3 施工组织安排 3.1 施工工作面安排 牛鼻山隧道待现场具备施工条件，计划从隧道进、出口两端开展工作面组织施工；因本隧道全线为小净距隧道，应保证左右洞施工过程中安全，合理保持错距开挖掘进施工。隧道进口段计划先施工左线隧洞、再施工右线隧洞；出口段先施工右线隧洞、再施工左线隧洞。 小净距隧道施工应保证中夹岩柱（墙）的围岩稳定，重点控制爆破震动对中岩柱（墙）的危害。先行洞的开挖可采用与分离式隧道相同的施工方法，当采用侧壁导坑法开挖时，后引洞开挖宜先开挖中夹岩柱（墙）一侧。小净距隧道施工应符合以下要求： 1、降低小净距隧道开挖爆破震动造成的相互影响，避免中岩墙受到多次扰动。小净距隧道两隧道掌子面距离宜控制在 2 倍开挖跨度以上。 2、在开挖掌子面前、后 1 倍开挖跨度范围内，应加强监控量测，在掌子面前、后 2 倍开挖跨度范围内，宜注意量测，超过此距离，监控量测频率可适当减小。 3、在小净距隧道施工中，初期支护应及时跟进并封闭，保证围岩、中夹岩柱、支护处于有利受力状态。二次衬砌宜在初期支护和围岩变形基本稳定后再浇筑。为减轻后行洞开挖爆破对先行洞二次衬砌的影响，先行洞二次衬砌宜落后于后行洞掌子面 2 倍开挖跨度以上，并应满足围岩的稳定条件。 4、后行洞的初期支护（落底成环后的）宜超前先行洞的二次衬砌 1 倍开挖宽度以上。 5、先行、后行隧道的相邻洞室掌子面距离宜保持 2 倍隧道开挖宽度以上。 3.2 施工进度及工期安排 3.2.1 具体进度指标见下表 隧道施工指标（平均） 项目 围岩 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 Ⅴ级 开挖(m/月) 150 120 75 45 3.2.2 工期安排 第 3 页 共 50页 04 牛鼻山隧道洞室开挖出口端计划 2014 年 8 月 10 日开工，进口端计划 2014 年 10 月 20 日开工，2015 年 10 月 10 日隧道洞室开挖工程完工。 3.3 主要资源配置： 施工机械设备、人员配置要满足各工作面的施工需求。在配置上按照均衡、高效的原则合理安排，以确保施工顺利进行。详细的施工机械、人员配备见施工安排表。 3.3.1 人员组织情况（隧道每端工作面施工人员）： 序 工种 人数 备注 号 1 管理人员 5 2 测量 3 测量放样 3 电工 4 施工用电 4 焊工 2 5 普工 4 零星工作 6 开挖 40 开挖洞身 7 机械司机 12 大型机械与运输车辆司机 8 空压机 2 开空压机司机 9 后勤 4 合计 76 3.3.2 机械设备组织情况（隧道每端工作面配置机械设备）： 序号 设备名称 规格型号 数量 技术状况 1 挖掘机 PC220 2 良好 2 装载机 ZL50C 侧铲 2 良好 3 空压机 20m3 8 良好 4 自卸车 SX3240 8 良好 5 气腿风枪 YT-28 40 良好 6 电焊机 15KVA 3 良好 7 发电机 250KW 2 良好 8 水泵 3.5KW 8 良好 9 全站仪 1 良好 10 切割机 2 良好 11 风镐 12 良好 第 4 页 共 50页 04 4 施工方法、工艺及要求 4.1 施工方案概述 4.1.1 开挖方法 牛鼻山隧道洞身开挖施工方法统计表 路线 左线 1768 右线 1821  施工 起止桩号 长度 开挖方法 备注 型式 （m） 明洞 ZK6+212 ～ ZK6+217 5 明挖法 XS-Va ZK6+217 ～ ZK6+315 98 三台阶法或单（双）侧壁导 视围岩情况 坑法或 CD 法 XS-Ⅳd ZK6+315 ～ ZK6+398 83 微台阶法或单侧壁导坑法 视围岩情况 S-Ⅲb ZK6+398 ～ ZK6+988 590 上下断面正台阶法 S-Ⅱ ZK6+988 ～ ZK7+043 55 上下断面正台阶法 S-Ⅱ ZK7+043 ～ ZK7+083 40 上下断面正台阶法 S-Ⅱ ZK7+083 ～ ZK7+148 65 上下断面正台阶法 S-Ⅲb ZK7+148 ～ ZK7+171 23 上下断面正台阶法 XS-Ⅳd ZK7+171 ～ ZK7+340 169 微台阶法或单侧壁导坑法 视围岩情况 S-Ⅲb ZK7+340 ～ ZK7+358 18 上下断面正台阶法 S-Ⅱ ZK7+358 ～ ZK7+390 32 上下断面正台阶法 S-Ⅲb ZK7+390 ～ ZK7+798 408 上下断面正台阶法 XS-Ⅳd ZK7+798 ～ ZK7+854 56 微台阶法 XS-Va ZK7+854 ～ ZK7+942 88 三台阶法或单（双）侧壁导 视围岩情况 坑法或 CD 法 S-Va ZK7+942 ～ ZK7+975 33 三台阶法或单（双）侧壁导 视围岩情况 坑法或 CD 法 明洞 ZK7+975 ～ ZK7+980 5 明挖法 明洞 YK6+114 ～ YK6+119 5 明挖法 S-Va YK6+119 ～ YK6+217 98 三台阶法或单（双）侧壁导 视围岩情况 坑法或 CD 法 XS-Va YK6+217 ～ YK6+293 76 三台阶法 XS-Ⅳb YK6+293 ～ YK6+318 25 微台阶法或单侧壁导坑法 视围岩情况 XS-Ⅳd YK6+318 ～ YK6+343 25 微台阶法或单侧壁导坑法 视围岩情况 S-Ⅲb YK6+343 ～ YK6+988 645 上下断面正台阶法 S-Ⅱ YK6+988 ～ YK7+025 37 上下断面正台阶法 SJ-Ⅱ YK7+025 ～ YK7+065 40 上下断面正台阶法 S-Ⅱ YK7+065 ～ YK7+089 24 上下断面正台阶法 S-Ⅲb YK7+089 ～ YK7+107 18 上下断面正台阶法 XS-Ⅳd YK7+107 ～ YK7+312 205 微台阶法或单侧壁导坑法 视围岩情况 S-Ⅲb YK7+312 ～ YK7+332 20 上下断面正台阶法 S-Ⅱ YK7+332 ～ YK7+390 58 上下断面正台阶法 S-Ⅲb YK7+390 ～ YK7+828 438 上下断面正台阶法 XS-Ⅳd YK7+828 ～ YK7+860 32 微台阶法或单侧壁导坑法 视围岩情况 第 5 页 共 50页 04 XS-Ⅴa YK7+860 ～ YK7+930 70 三台阶法或单（双）侧壁导 视围岩情况 坑法或 CD 法 明洞 YK7+930 ～ YK7+935 5 明挖法 4.1.2 施工方案 （1）隧道明洞段采用明挖法施工，施工前应首先对坡面上的不稳定岩石进行清除并对不稳定坡体作必要的加固，洞口禁止大开挖。 （2）隧道暗洞均采用新奥法施工，分为一般分离式隧道施及小净距隧道施工 一般分离式隧道施工具体方法如下：①对于Ⅴ级围岩视现场围岩情况，采用单（双）侧壁导坑法、三台阶法开挖或 CD 法开挖施工；单（双）侧壁导坑法开挖左右断面间距控制在 1～2 倍洞径尺寸。②对于Ⅳ级围岩段，施工开挖应先做好超前支护，隧道浅埋软质岩段采用单侧壁导坑法开挖，左右断面间距控制在 1～2 倍洞径尺寸；隧道浅埋硬质岩段及深埋软质岩段施工采用微台阶弧形导坑留核心土的方法开挖，上、下断面间距控制在 1～2 倍洞径尺寸；深埋硬质围岩段可采用三台阶法开挖。③Ⅲ、Ⅱ级围岩段可采用上下断面正台阶法施工，上下台阶之间的距离应能满足机具正常作业，当顶部围岩破碎，施工支护需紧跟时可适当延长，减少施工干扰，上台阶可采用拉中槽分部开挖。 小净距隧道施工具体方法如下：①小净距Ⅴ级围岩视现场围岩情况，采用单（双）侧壁导坑法、三台阶法开挖或 CD 法开挖施工；单（双）侧壁导坑法开挖先施工内侧壁导坑，再通过系统锚杆或小导管注浆加固中间岩柱，必要时增设临时仰拱（其余施工步骤同一般分离式隧道施工）；小净距隧道Ⅴ级土质及软岩隧道，先行洞二次衬砌应超前后行洞开挖，超前距离 20m；硬质岩段后行洞开挖待先行洞初支封闭后进行。②小净距Ⅳ级围岩段，浅埋软质围岩段采用单侧壁导坑法开挖，先施工内侧壁导坑，再通过系统锚杆或小导管注浆加固中间岩柱，（其余施工步骤同一般分离式隧道施工）；隧道浅埋硬质岩段及深埋软质岩段施工采用微台阶弧形导坑留核心土的方法开挖，上、下断面间距控制在 1～2 倍洞径尺寸；深埋硬质围岩段可采用三台阶法开挖。Ⅳ级围岩段后行洞开挖待先行洞初支封闭后进行。③小净距Ⅲ、Ⅱ级围岩段可采用上下断面正台阶法施工（上台阶可采用拉中槽法）。 （3）隧道紧急停车带开挖跨度接近四车道，开挖高度大，为保证施工安全，对于Ⅲ级围岩地段，其开挖方式拟采用先开挖上导坑、再开挖边墙部侧导坑、最后开挖中部 第 6 页 共 50页 04 核心土；对于Ⅳ级围岩地段，采用CD 法开挖。紧急停车带应避开Ⅴ级围岩段施工。 （4）隧道按照“新奥法”原理组织施工，并根据工程地质、水文地质和不同围岩级别及周边环境选择相应施工工法，合理划分作业段，科学统筹，采取平行流水作业法施工。隧道开挖前，首先完成洞顶截水沟、洞口土方及边仰坡防护施工。洞口土方采用人工配合挖掘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，开挖一段防护一段。开挖至明暗分界线后，应先施做套拱混凝土，再施做暗洞超前长管棚，暗洞口前所有开挖、防护、排水完成后才能进入暗洞施工。隧道开挖采用多功能作业台架配合风动凿岩机钻眼，实施光面爆破，光面爆破参数通过试验确定，并根据现场爆破效果不断进行调整，严格控制超欠挖。隧道出碴采用挖掘机配合装载机装碴，大吨位自卸汽车运输。 （5）施工将超前地质预报和监控量测纳入工序管理，施工过程中加强监控量测，仰拱超前、二次衬砌紧跟，以保证施工安全。不良地质段坚持“早预报、预加固、弱爆破、强支护、紧封闭、快成环、勤量测、早衬砌、稳扎稳打、确保安全”的施工原则，组织施工。浅埋及浅埋偏压地段除加强洞内监控外，同时加强地表监测，施工时遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”的原则，注意对监控量测的数据进行分析、整理，发现异常情况及时反馈以便尽早提出处理方案。 4.1.3 准备工作 施工前对图纸、资料等进行现场核对，并作补充调查，调查核对隧道所处的位置、地形、地貌、工程地质和水文地质、钻探图表、以及隧道进出口位置和其它相关工程的情况。对图纸中发现的问题，立即反馈监理工程师和设计单位更正或确认。 施工前的平面复核和控制测量将由我单位精测队进行测量定位，施工中测量由隧道工程师、测量工程师组织测工操作，并定期组织复测。 4.1.4 风、水、电施工 4.1.4.1 施工供风 1．施工洞内通风防尘 隧道施工期间，洞内空气质量：氧气单位体不得少于 20%；气温不得高于 28℃，有害气体浓度： CO 一般情况不大于 30mg/m3 ；CO2、甲烷（CH4）单位体不得大于 0.5%； 第 7 页 共 50页 04 氮氧化物（NO2）在 5mg/m3 以下；洞内人均每分钟必须供给不得少于 3m3、内燃机每千瓦不得少于 3m3/(min·kw)新鲜空气，通风的风速分部开挖的坑道不得小于 0.25m/s 的风速，但不应大于 6m/s。本隧道通风采用轴流风机，压入式通风，通风机设于隧道洞 口 10m 外，风管直径采用φ100cm 软式通风管，风管距离掌子面 30～50 米，可满足洞内通风要求。当隧道掘进距离较长时，隧道洞内采用两台风机接力对洞内供风以满足要求。 2.洞内高压用风 隧洞施工高压风管管路采用φ200mm 无缝钢管布置洞内，并安装闸阀调控。空压机房设于左右线洞口之间中央分隔带处，进出口端各安置 8 台 20m3 空压机。 4.1.4.2 生产生活用水 生活及生产用水主要来源为山里泉水，用水管引入生活区与高位水池内。4.1.4.3施工用电 施工、生活用电与当地电力部门协商搭接，架设电力线路至工作面；进出口各配置两台 800KVA 变压器，供隧道施工及生活用电。同时为保证施工正常进行，隧道进出口各备用 2 台 250KW 发电机，做为应急电源。洞内照明供电均采用三相五线制，用BLV-25mm2绝缘电线沿右侧边墙蝶式瓷瓶明配。距掌子面100m 范围内，考虑作业人员集中，采用 24 伏安全电压供电。 4.2 关键工序施工工艺及质量控制 4.2.1 洞口与明洞工程 洞口开工前应先完成各项准备工作，施工时不得大开挖而破坏山体稳定。洞口施工要在雨期前完成，边仰坡防护应与明洞开挖同步进行。洞门施工前，先做好边坡、仰坡外的截水沟或排水沟，并保持畅通。 4.2.1.1 洞口及明洞土石方 洞口及明洞土石方开挖采取全部明挖法，采用自上而下水平分层开挖，施工机械以挖掘机为主；洞口场地用装载机辅以推土机整平压实；遇坚硬石质地层人工钻眼爆破，采用自卸车运输，弃往指定的弃土场。为防止仰坡坍塌，施工部分洞身护拱，以确保仰坡稳定，同时为隧道进洞创造条件。 第 8 页 共 50页 04 4.2.1.2 边仰坡施工 边仰坡施工同洞口段土石方施工同时进行，按设计坡度一次整修到位，并分层进行边仰坡防护，以防围岩风化，雨水渗透而坍塌。边仰坡防护采用喷锚挂网，以稳定边仰坡。刷坡防护到路基面标高。 4.2.1.3 明洞施工 根据地形、地质条件、边坡及仰坡的稳定程度，采用明挖法，然后就地全断面模筑整体式钢筋混凝土衬砌。明洞开挖施工同洞口开挖,明洞拉槽开挖前要结合路基情况事先做好排水工作，洞口环形截水沟先期完成。明洞基础要落在稳固地基上，如在土层上，须挖至基岩，用浆砌片石回填找平。明洞衬砌先施工仰拱与仰拱填充，明洞边拱顶衬砌采用12m液压整体钢模衬砌台车衬砌，外模及外支撑采用木模和钢管支撑，整体式灌注，施工时，衬砌台车就位后，在其上完成钢筋绑扎，再立背模与端模，而后自边墙两侧对称浇筑砼至拱顶。砼采用现场拌合站拌制，砼运输车运到工作面，砼输送泵泵送入模，具体施工方法同暗洞洞身衬砌。 明洞防水层根据设计要求进行施工，防水层在明洞外模拆除后及时组织施工，施做完成后，及时进行洞顶回填，同时恢复植被及防排水设施，搞好绿化。墙背填充采用M7.5#浆砌片石，墙背回填两侧同时进行，拱背回填对称分层夯实，采用人工配合小型机具进行回填，在回填土石上设 50cm 粘土覆盖层。 4.2.2 隧道洞口及浅埋段施工 隧道进出口及浅埋段由残坡积土和全、强风化混合花岗岩组成，稳定性较差，开挖后易产生坍塌，在开挖时强调围岩变形的控制，根据围岩状况选择合适的开挖方法，适度缩短开挖进尺，支护采用强度较高和刚度较大的初期支护，限制土体变形，同时二次衬砌和仰拱紧跟，形成封闭结构，保证施工安全。局部破碎地段进行预注浆加固围岩，提高围岩自稳能力。施工过程中加强监控量测，并根据监控量测结果及时调整支护参数和施工方法。 浅埋段按照“先护顶、后开挖”的要求组织施工，采用超前预注浆加固围岩，施工过程中严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”施工原则。 A、在浅埋隧道施工中要尽量少刷或不刷坡，超前支护进洞，采用分部开挖，尽量 第 9 页 共 50页 04 减小开挖断面，主要施工方法： ①洞口段加固：洞口段覆盖层加固主要采用超前大管棚注浆预支护。洞内采用超前小导管和锚杆注浆相结合的加固手段；在强有力的超前支护下安全进洞。 ②洞身超前支护：Ⅳ、Ⅴ级围岩采用 I22b 和 I18 型型钢钢架支撑或钢格栅拱架，打设超前注浆小导管；确保施工安全，防止塌方。 ③短开挖：采用预留核心土台阶法开挖，开挖进尺控制在 0.6m～1.2m。④加强初期支护：采用钢拱架、注浆锚杆、挂网、喷射砼联合支护，必要时上台阶 底部和中部设 I18 工字钢临时钢架，防止围岩坍塌。⑤掌子面加固：采取喷射砼封闭掌子面和掌子面注浆加固措施。⑥快衬砌，早成环：除及时加强初期支护外，也可提高二次衬砌参数，并适时施作 二次衬砌，而不要等变形基本稳定后再施作。 ⑦监控量测：在洞口至少设两个断面，加强地表沉降监测，发现异情，及时处理。 B、主要施工技术措施 ①加强初期支护，将预留变形量适度加大。为了增加初期支护对大变形的适应，采 用架格栅钢架，喷、锚、网联合支护等手段。施工时做到支护及时，到位。 ②采取短进尺弱爆破，以减少对岩体的扰动。提高开挖后围岩的自稳能力，争取在围岩剥落松弛之前，形成有效的支护，为后序工序创造安全施工的时间和空间。 ③加强监控量测，及时施工混凝土，尽早封闭成环。并根据监控量测数据分析结果确定混凝土施工时间。后部的仰拱及隧道填充混凝土随掌子面开挖同步进行，及时形成封闭结构提高整体受力效果。 4.2.3 洞身施工 隧道施工遵循“弱爆破、短进尺、少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”的原则施工。 4.2.3.1 洞身及附属洞室开挖方法 4.2.3.1.1全断面法施工 全断面法按隧道设计轮廓线一次爆破成形，具有工序少、相互干扰小，便于组织施工和管理、工作空间大以及施工速度快等优点。全断面开挖法用于岩质较完整的硬岩中，应注意初期支护及时跟进，稳定围岩，充分发挥围岩的承载作用。 第 10 页 共 50页 04 本隧道内设 1 处车行横洞和 2 处行人横洞。行人横洞的设置按照规范考虑，间距300～500 米设置一处，行人横洞布置一般与隧道轴线正交。横洞应尽可能设置围岩较好地段，当实际地质情况有变化时，可适当调整横洞位置。横洞与主隧道连接处施工时，应注意施工方法，尽量减少对围岩的扰动。行人横洞净空：2.0m（宽）×2.5m（高）。 行车横洞按间距 750 米左右设置一处，行车横洞布置一般与隧道轴线正交。横洞应尽可能设置围岩较好地段，当实际地质情况有变化时，可适当调整横洞位置。横洞与主隧道连接处施工时，尽量减少对围岩的扰动。行车横洞净空：4.5m（宽）×5.0m（高）。 隧道行人横洞、行车横洞采用全断面开挖法施工，采用自制开挖台架配合风钻进行钻孔作业，非电毫秒雷管、二号岩石乳化炸药光面爆破，全断面一次成型。全断面开挖支护作业流程为：超前地质预报→台架（车）、机具就位→全断面测量画线布眼→钻炮眼→装药爆破→清危排险→出渣→打锚杆→喷混凝土→稳定安全检查及监控量测→下一循环。 全断面法施工工艺流程图 钻爆设计 修正钻爆参数  施工准备 地质预报 测量与量测 布置炮眼 台车（台架）就位 钻眼、装药、爆破 通风排烟 找顶排险 装运机械就位 出碴运输 开挖质量检查 地质素描 初期支护 初期支护加强及表面处理 隐蔽检查 不合格 合格 排水管安装、 防水板铺设 隐蔽检查 不合格 合格 变形量满足要求后二衬施工 结束 第 11 页 共 50页 04 采用挖掘机配合侧翻装载机装碴，自卸汽车运碴。出碴完成后，先进行初喷砼，然 后进行喷锚支护，支护紧跟开挖，以确保施工安全。 4.2.3.1.2台阶法施工 台阶法开挖施工是将隧道结构断面分成两个或几个部分，即分成上下两个断面或几 个断面，分部进行开挖的隧道开挖方法，台阶法包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法 等三种。其施工工艺流程图如下。 台阶法施工工艺流程图 施工准备 超前地质预报、测量、量测 钻爆设计 台架就位 布置炮眼 调整钻爆参数 上部断面钻眼 下部断面钻眼 装药、爆破 通风排烟、排险 不 合 初喷混凝土、锚杆、出碴 格 开挖质量检查 合格 地质素描 超前支护  初期支护 仰拱、拱墙复合衬砌施工 结束 上台阶采用自制台车配合风钻打眼，下台阶采用风钻钻眼，实施光面爆破。爆破后， 上断面挖掘机扒碴，下断面采用挖掘机配合侧翻式装载机装碴，自卸汽车运输。隧道开 挖后及时施做锚、喷、网联合支护，下半断面开挖完仰拱施工紧跟。 正台阶开挖法是将隧道设计断面自上而下分两台或三台开挖，台阶间控制一定距离， 采用同时并进的隧道开挖施工方法。其施工方法如下图所示。 第 12 页 共 50页 04 该施工方法的优点是对地质变化的适应性较强，工序转换较容易，并能较早地使初期支护闭合，有利于控制沉降。台阶长度分为长台阶法上台阶宜超前50m 以上或大于 5 倍洞跨，短台阶法一般应控制在 1～1.5 倍洞径，为及早使初期支护封闭成环，也可适当缩短台阶长度，当围岩较稳定，短台阶能保持时，台阶长度亦可适当缩短至3～5m，上下台阶同时钻眼爆破，以起到加快施工进度，减少设备配置量的目的。 下部断面（中、下层台阶）是开挖作业的重要环节。在开挖顺序上，宜采用先挖侧槽、左右错开向前推进的做法，不宜采用拉中槽挖马口的方法。侧槽一次开挖长度不宜太长，靠近边墙范围应采用风钻、风镐手工开挖，人工清壁扒渣，严禁使用重型机械开挖和装渣，以免对围岩产生过大扰动，破坏围岩和初期支护系统的整体稳定性。 4.2.3.1.3 弧形导坑预留核心土法施工 弧形导坑预留核心土法施工的上下台阶均采用人工风钻打眼，光面爆破，每循环开挖进尺不得超过两榀钢架。爆破后，上断面采用挖掘机扒碴、下断面挖掘机配合侧翻式装载机装碴，自卸汽车运输。隧道开挖后及时安装拱架施做锚、喷、网联合支护。下半断面开挖后仰拱施工紧跟。 弧形导坑预留核心土法又称台阶分部开挖法，可将断面分成为环形拱部、上部核心土、下部台阶等三部分。根据开挖断面的大小，环形拱部可分成几块交替开挖。环形开挖进尺为 0.5～1.0m，不宜过长，上部核心土和下台阶的距离，宜为 1 倍隧道跨径。当围岩稳定性差、开挖后掌子面易坍塌是，可转化为三台阶法施工，上台阶开挖长度为 1～2m，中台阶及时跟进，做到及早落底成环。采用台阶分部开挖法宜注意： 1、台阶分部开挖法中，上部留有的核心土支挡着开挖面，能迅速及时地施作拱部 第 13 页 共 50页 04 初期支护，开挖面稳定性好，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩。与超短台阶法相比， 台阶分部开挖法的台阶长度可以加长，减少上下台阶施工干扰；与侧壁导坑法相比，施 工机械化程度较高，施工速度更快。 2、采用台阶分部开挖时，虽然核心土增强了开挖面的稳定，但开挖中围岩要经受 多次扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间较长，有可能使围岩变形 增大，应结合辅助施工措施对开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固。 3、台阶分部法可作为台阶法施工的及时转换，利用其较台阶法落底成环较早，可 有效地减小围岩的变形收敛。 弧形导坑预留核心土法开挖示意图 面 子 掌 ① m 5 ～ ③ 3 序 阶 顺 ② 台 m 护 上 5 1 支 ～ 2 、 1 挖 开 图 ④ 意 法 阶 示 土 台 序 心 下 顺 ⑤ 护 核 支 留 、 预 挖 开 坑 法 导 阶 ⑤ 形 台 土 弧 心 核 留 ⑦ 阶 台 ⑥ 下 ② ⑥ ① ③ ④ 阶 台 上 阶 台 下 ⑤ 第 14 页 共 50页  挖 开 部 下 ④ 。。 挖土 开凝 土混 心衬 核二 。 中部 m 0 ③ 拱 1 。作～ 8 护施为 支 ⑦ 度 期土长 初凝 阶 部混 台 拱拱， ② 仰图 。注 挖 ⑤ 挖灌 开 开 ⑥ 段 ：坑。岩 明导护围 说形支 级 序弧期 Ⅴ 顺上初 道 挖，拱隧 开护仰线 部支及单 分前墙 为 阶超边图 台 ① ⑤ 本 04 4.2.3.1.4 三台阶七步法开挖 三台阶七步开挖法施工尽量采用人工、风镐配合长臂挖掘机开挖，侧翻式装载机装碴，自卸汽车运输。必要时采用微振动爆破，YT28 风钻钻眼，非电毫秒雷管起爆，每循环进尺不得超过 0.6m。 4.2.3.1.4.1 工法特点 1、施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业。部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高。 2、在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。 3、适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。 4、在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定。 5、当围岩变形较大或突变时, 在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整 闭合时间。 4.2.3.1.4.2 施工工艺 1、工艺原理 “三台阶七步开挖法”，是以弧形导坑开挖预留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。 2、工艺流程 测量放样 超前支护 上部弧形导坑开挖，施作初期支护 否 断面检查 满足 左右错开开挖中台阶，施作初期支护 围岩稳定性评判、 修正支护参数 左右错开开挖下台阶，施作初期支护 开挖上、中、下台阶预留核心土 分段开挖隧底，施做初期支护 施作仰拱 施作仰拱填充 第 15 页 共 50页 04 3、三台阶七步开挖法施工步骤 第 1 步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为 3～5m，宽度宜为隧道开挖宽度的 1/3～1/2。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过 1.5m，开挖后立即初喷 3～5cm 混凝土。上台阶开挖矢跨比应大于 0.3m，开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上 30cm 高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角 30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。 第 2、3 步，左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过 1.5m，开挖高度一般为 3～3.5m，左、右侧台阶错开 2～3m，开挖后立即初喷 3～5cm 混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上 30cm 高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角 30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。 第 4、5 步，左、右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过 1.5m，开挖高度一般为 3～3.5m，左、右侧台阶错开 2～3m，开挖后立即初喷 3～5cm 混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上 30cm 高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角 30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。 第 6 步，上、中、下台阶预留核心土：各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。 第 7 步，隧底开挖：每循环开挖长度宜为 2～3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为 4～6m。 超 前 支 护 1 1 -1 3 衬砌 1 6 -2 2 6 5 仰拱 6-3 栈桥 4 30m~40m 7 4 m~6m 4、三台阶七步开挖法施工注意事项 ⑴、采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应将超前地质预报纳入施工工序，并根据工程水文地质变化情况，及时调整各部台阶长度或施工方法，采取相应的技术措施，及 第 16 页 共 50页 04 早封闭成环，保证施工安全。 ⑵、采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应根据工程水文地质条件，按设计要求做好超前支护，防止围岩松弛，保证隧道开挖安全。在断层、破碎带、浅埋段等自稳性较差或富水地层中，超前支护应按设计要求进行加强。 ⑶、三台阶七步开挖法施工应符合下列要求： ① 以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破； ② 弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，开挖后及时支护； ③ 其他分步平行开挖，平行施作初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封闭成环； ④ 仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系； ⑤ 施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全； ⑥ 完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。 第 17 页 共 50页 04 土 凝 混 面 0 2 子 C 掌 厚 m 闭 c 封 5 喷 002 m 1 5 ～ 3 6 m 护 3 2 ～ 支 2 前 超 3 部 拱 6 4 5 6 桥 杆 便 拱 锚 仰 向 筋 径 钢 m 统 接 0 系 连 . 1 架 向 距 间 钢 纵 向 栅 2 格 2 环 φ  m 3 ～ 2 m 3 ～ 2 7 线 脚 墙 墙 边 Ⅷ  ， 定 拟 行 自 排 安 组 施 场 现 据 根 可 离 距 。隔 用间 使序 面工 断部 横各 图 序。 工整 意 该调 示 合况 序 配情 工 。 m ，等 工 3 图排 理 ～ 施 2 计安 办 法 设员 图 挖 。面人 计 开 计断、 设 步 米纵械 及 七 m 厘序机 定 阶 5 以工工 规 2 台 ～ 均工施 、 5 三 余施据 范 1 其法根 规 ，挖可 关 外开时 相 者步工 按 m 注七施 处 6 标阶度 之 ～ 4 除台长 。 尽 寸三阶 长 详 尺为台 未 太 图图中 明 ： 宜 本本图 说 明 不 、、、 、 说 但 1 2 3 4 砌 充 护 拱 支 衬 填 期 次 底 仰 初 二 隧 第 18 页 共 50页 04 m m 5 5 管 . 管 . 钢 4 钢 4 ＝ ＝ 脚 L 脚 L ， ， 锁 m 锁 m m m m m 5 5 m . m . 0 3 0 3 5 厚 5 厚 φ 壁 φ 壁 Ⅸ Ⅸ 3 5 桥 图 栈 1 意 Ⅷ 拱 示 仰 Ⅸ 面 073约 断 063约 003约 横 序 002 工 0 工 0 隧道中线 施 Ⅸ 1 6 7 法 6 6 6 挖 开 线 步 桥 Ⅸ 界 七 挖 开 Ⅷ阶 栈 1 台 拱 三 仰 2 4  7  Ⅷ Ⅸ 5 同 期 复 m 杆 周 。 土 浇 3 ，初， c 锚 坑 凝 性 6 部边后 5 导 度 次 喷脚 混 ① 周杆 喷锁 ⑵ 厚 一 喷 挖坑锚 ⑵ 设 。 计 车 复 开导统 。 并 部设 台 ⑶ 。 部部系 部 ， ⑤ 至 板 6 分 ① 设 ③ 架 、 土 。 ） 模 架 做 破做钻 、钢 ④ 凝 砌 钢 施 爆施 ⑸ ② 做 挖 混 衬 做 次 6 弱部。 挖施 开 喷 用 施 分 ⑵ 分杆 开， 错 复 利 4 ， 应 1 。 ⑶ 锚 错土 交 后 ， 土 充 护。脚 交凝 右 杆 后 凝 填 支闭锁 右混 左 锚 敛 混 底 前封做 左 m 。 破 统 收 2 厚 隧 超土施 破 c 爆 系 护 4 度 m 及 为凝 ⑷ 爆 喷 弱 设 支 初 厚 c 拱 作混。 弱 ， 钻 4 期 。 分 计 喷 仰 架厚架 ， 后 ⑶ 分 初。 计 部 设 （ 米 拱 m 钢 后 边 至 之。 部 充 待） 钢 c 立 离 离 架 边 ，做 厘 5 周 土 填 的 喷 架 距 距 钢 周 析施 以。 面 坑 凝 底 均段 立 ， 段 段 做 底 分次 子 导 混 隧 余地 架 土 一 一 施 隧 果一 掌 ⑶ 喷 及 其岩 环 ， 凝 。 部 。复 部， ⑥ ⑵ 拱 结砌 ，围 循 次 混 度 ① 面 后 ③ 土 。 仰 测衬 外级 一 厚 于 于凝 挖部 量墙 上 一 m 厚 后 子 杆 后混开 ⑦ 部 控拱 者Ⅳ 用 尺 c 计 滞 掌 锚 滞 m 阶挖 监（ 注线 4 闭 统 。 Ⅷ 利 进喷设 在 在 c 台开 注据砌 标双 ： 环初至 封 系 4 度 喷 除于 序 ⑴ 循即土 ⑴ 土设 ⑴ 初分 ⑴ 厚灌根衬 寸用 工 、 每，凝 、 凝 钻 、 分 、、 计 、、部 尺适 工 1 ，护混 2 混 ⑷ 3 部 4 5 设 6 7 Ⅸ ： 图图 施 时支喷 厚。 边 至 筑 本 本 明 、 、