隧道开挖方案设计

1. 线路概况招兵沟隧道地处河北省承德市丰宁县胡麻营沟乡境内，设计为双线隧道。进口里程为DK217+694,出口里程为DK218+000,全长306m。正洞围岩情况：V级围岩占47%,IV级围岩占28%,111级围岩占25%。该隧道为曲线隧道，隧道 内纵坡为单向上坡。隧道出口处植被较茂盛，地表土层相对较厚。隧道出口位于 山谷，交通不便，洞口和弃碴场需自523县道新修施工便道约3.3km。现场施工 场地较为狭小，均需移挖作填，临建土方工程较大。施工所用水源采用自钻井， 施工场地较为狭小，无不良地质状况。本隧道位于燕山山脉西段低中山区，区内 山峰林立资源丰富，地表水较为丰富，生态环境脆弱，施工期间需做好环境保护， 水土保持工作，设置环保机构和专职环保人员，针对便道、弃土、弃碴等临时工 程制定详细的保护方案，贯穿整个施工期间。1.1 地形地貌地形起伏较大，山上植被覆盖较少。隧道进出口处自然坡度2045, 自然条件不好。1.2 工程地质隧道地层岩性：隧道地层为片麻岩。洞身主要位于片麻岩中，灰色，弱 风化，节理裂缝隙较发育，岩体呈块状、碎石状结构。1.3 水文地质本隧道地下水类型主要为基岩裂隙水。基岩裂隙水：由于该隧道围岩多 为片麻岩，雨季地下水会对施工造成较大影响。2. 隧道开挖方案2.1 明洞及洞门开挖方案明洞段开挖先进行仰坡锚喷加固后，采用明挖的方式进行开挖洞门为翼墙式洞门（w=170）。洞口结构段施工测量放样，确定洞口准确位置。并详细计算各段的坐标及尺寸，做好与之相应的模板及支撑的设计。2.2 进洞方案首先开挖并施作洞口边仰坡截水沟，以截排地表水，截水天沟距边仰坡 开挖边缘不小于10m，沟底纵坡不小于1%o。排水沟与路基排水系统相衔接。 机械或人工不能直接开挖的土石方，采用浅孔台阶控制爆破开挖。 开挖形成的 坡面按设计要求及时进行封闭防护，避免长时间暴露，造成坡面坍塌。对开挖面 进行注浆封闭，并及时施工支护。2.3 台阶法开挖方案本隧道川级围岩共71m,IV级围岩总长度为91m,V级围岩总长度为144m，采用台阶法开挖。2.3.1 开挖工艺流程台阶法开挖施工工艺流程见下图台阶法开挖施工工艺流程图2.3.2 施工工艺 台阶法开挖施工工序见下图。台阶法开挖施工工艺流程图二块衬砌5 71合阶开挖折页挖子上含阶二挖叉15 - 2Qui 十 弋台喻开挖哽苕史护2.3.3 施工方法步骤示意图说明钻眼爆破，台阶 法开挖。根据地质情 况，必要时先施作拱 部超前小导管，然后挖1部土石方， 及时施作初喷4cm厚 微纤维砼，再图纸要 求施作锚杆；再安装 格栅钢架；挂钢筋网； 最后复喷砼至设计厚 度，上断面每循环进尺为2 .5m钻眼爆破，台阶 法开挖。待1部进尺 6-10m后，及时开挖 2部土石方，并及时施 作初喷4cm厚微纤维 砼，然后在边墙按图 纸要求施作锚杆；接 长格栅钢架；在拱墙、 仰拱挂钢筋网；最后复喷砼至设计厚度,下断面开挖距仰拱、结构防水及二次衬砌：初期支护完成后，可根据实际情况安排施工仰拱，仰拱完成后及时进行仰拱填充，之后按要求施作结构防水设施，主要是铺设防水板、横纵透水盲管、安装施工缝止水带,待结构防水设施安装完成后绑扎一衬钢筋、液压衬砌台车就位进行二衬砼浇筑。水沟电缆槽：待他土建工程完成后，及时施作水沟电连续施作，以利控制洞内其缆槽，采用隧道全长其线型和几何尺寸3. 新奥法施工方案设计3.1 新奥法施工总体原则以往，人们都认为在地层中开挖坑道必然要引起围岩坍塌掉落，开挖的断 面越大，坍塌的范围也越大。因此，传统的隧道结构设计方法是将围岩看成是必 然要松弛塌落，而成为作用于支护结构上的荷载。传统的隧道施工方法则是将隧 道断面分成为若干小块进行开挖，随挖随用钢材或木材支撑，然后，从上到下， 或从下到上砌筑刚性衬砌。这也是和当时的机械设备、建筑材料、技术水平相一 致的。近十几年来，岩石锚杆、喷射混凝土的机械和岩石力学方面的进展，人们 对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、崩塌等现象有了深入的认识，为提 出新的、经济的隧道施工方法创造了条件。1963年，由奥地利学者L2腊布兹维 奇教授命名为新奥地利隧道施工法(New Astria Tunnelling Method),简 称新奥法(NATM)”正式出台。它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段， 以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，理论、量测和经验相结合的一种施工方法。同时又是一系列指导隧道设计和施工的原则，其中包括：1. 因为岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，所以在施工中必须充分保 护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分 块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。2. 为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许 变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而 丧失或大大降低承载能力。为此，在施工中应采用能与围岩密贴、及时砌筑又能 随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的 强度、刚度和参与工作的时间（包括底拱闭合时间）来控制岩体的变形。3. 为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的 筒形结构。另外，隧道断面形状要尽可能地圆顺，以避免拐角处的应力集中。4. 在施工的各个阶段，应进行现场量测监视，及时提出可靠的、数量足够 的量测信息，如坑道周边的位移或收敛、接触应力等。并及时反馈用来指导施工 和修改设计。及时砌筑又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样， 就能通过调整支护结构的强度、刚度和参与工作的时间（包括底拱闭合时间）来 控制岩体的变形。5. 为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨 胀所引起的后续荷载，采用复合式衬砌。上述新奥法的基本原则可扼要的概括为：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封 闭”。3.2 新奥法总体施工方案和部署1、该隧道整体高宽比都小于 1.7，可以采用光面爆破开挖，但应控制好爆破用药量，减少对围岩的扰动，保证开挖轮廓圆顺，减少超挖，不允许欠挖。2、初次支护紧跟开挖面，爆破以后立即对围岩进行初喷、打设锚杆、挂 钢筋网、初喷厚度不小于4mm，喷射砼分13次复喷达到设计要求，并覆盖钢筋网和锚杆露头。中空锚杆施工采用专门设备和专用工艺。要求注浆饱满。3、钢筋网必须单根现场绑扎，并随岩面起伏，贴岩面。4、初期支护达到设计要求后的地段距开挖面的距离不得大于10m。5、二次衬砌砼浇筑采用机械泵送，一次成型。6、加强施工监控量测工作，及时掌握围岩衬砌的应力、应变状态。量测 信息应及时反馈，施工、监理、设计随时掌握围岩和结构的工作状态，以便及时 调整设计参数，制定合理的施工措施和支护手段，节约工程费用，保证施工安 全。3.3 洞门施工方法洞口开挖采用“开挖一段，防护一段”的原则进行。明洞开挖时随时核 对地质与地下水状态，如发现与设计不符及时提出，以便修正设计。施工中若遇 地下水，先取样化验，了解有否侵蚀性，以便决定是否变更水泥品种，调整水灰 比或采取其它措施，以防侵蚀。明洞施工采用流水作业，逐段成型。仰拱填充不 得与仰拱混凝土同时灌注，且不留纵向施工缝；仰拱施工前严格清底，不得留有 虚碴杂物和积水。明洞回填料符合设计要求，分层填筑，每层厚度不大于 30cm， 左右对称回填。码砌及浆砌分层错缝进行、夯填密实，确保施工质量。明洞设置 变形缝处变形缝两侧设置不小于一组沉降观测点，以便记录施工阶段及至铺轨前 的沉降级差异情况数据。为保证洞门美观，测量放线一定要精确，施工前要做好 大样板并挂线，棱角要分明，墙体坡度顺直符合设计;端墙混凝土一次灌注，施 工前严格检查、检修拌和站、混凝土运输车、混凝土输送泵等施工主要设备，避 免出现灌注中发生故障;灌注时从下向上、左右对称灌注混凝土3.4 洞身施工方法该隧道采用新奥法施工，新奥法的基本概念是以控制爆破（光面爆破、 预裂爆破等）为开挖方法；以喷锚作为主要支护手段，通过监测控制围岩变形， 动态修正设计参数和变动施工方法的隧道施工理念，其核心内容是充分发挥围岩 的自承能力。隧道不良地质地段施工坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、 勤量测”的原则。开挖前，采用超前钻孔机并辅以TSP203和红外线探水仪做好超 前地质预报，根据预测结果采取对应的开挖方法和支护措施，如需变更提前上报 业主设计，做好相应的变更方案和应急措施。采用光面爆破或预裂爆破，减少对 周边围岩的扰动，开挖后及时支护，保证开挖成型质量。隧道施工过程中进行监 控量测，及时掌握围岩动态和支护工作状态，保证围岩稳定和施工安全。经过现 场试验，确定合理的爆破参数，周边眼采用光爆小药卷不耦合装药，选择合理周 边眼间距和光面层厚度，以确保光面爆破。施工时设备操作人员相对固定，以利 于提高钻眼质量。成立超欠挖管理领导小组，编制超欠挖管理办法，制订详细的 奖罚措施，并严格执行。派专人负责超欠挖控制，每次爆破由专业工程师值班检 查监督爆破全过程，以保证钻爆作业按设计进行。每循环用断面仪对开挖面进行 检查，并根据检查结果进行分析，及时将分析的信息反馈到施工中，不断优化设 计，以进一步改进光面爆破质量。3.5 断面开挖方法本隧道川级围岩共71m,IV级围岩总长度为91m, V级围岩总长度为 144m，采用台阶法施工。台阶法施工将断面分为上下两部分，为了保证开挖轮 廓圆顺、准确，维护围岩自身承载能力，减少对围岩的扰动，拱部及边墙采用光 面爆破。上台阶断面采用简易工作台架、YT28风钻钻孔；下台阶断面采用凿岩机钻孔，围岩开挖进尺2.5m。采用装载机装渣，自卸汽车运渣。全断面液压衬 砌钢模台车衬砌