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1、个人收集整理 勿做商业用途第11章 隧洞施工第一节 隧洞开挖 一、开挖方式隧洞开挖方式有全断面开挖法和导洞开挖法两种。开挖方式的选择主要取决于隧洞围岩的类别、断面尺寸、机械设备和施工技术水平。合理选择开挖方式，对加快施工进度，节约工程投资，保证施工质量和施工安全意义重大。 (一)全断面开挖法 全断面开挖法是将整个断面一次钻爆开挖成洞，待全洞贯通后或待掘进相当距离以后，根据围岩允许暴露的时间和具体施工安排再进行衬砌和支护。这种施工方法适用于围岩坚固完整的场合。全断面开挖，洞内工作面较大,工序作业干扰相对较小，施工组织工作比较容易安排，掘进速度快。全断面开挖可根据隧洞断面面积大小和设备能力采用垂直
2、掌子掘进或台阶掌子掘进，如图11-1。图111 全断面开挖的基本型式垂直掌子掘进因开挖面直立,作业空间大，当具有大型施工机械设备时，作业效率高，施工进度快。图11-2为垂直掌子掘进机械化施工示意图。图112 全断面开挖机械化程序 台阶掌子掘进是将整个断面分为上下两层，上层超前于下层一定距离掘进。为了方便出渣，上层超前距离不宜超过23.5m，且上下层应同时爆破，通风散烟后，迅速清理上台阶并向下台阶扒渣，下台阶出渣的同时，上台阶可以进行钻孔作业。由于下台阶爆破是在两个临空面情况下进行的，可以节省炸药。当隧洞断面面积较大，但又缺乏钻孔台车等大型施工机械时，可以采用这种开挖方式。（一） 导洞开挖法 导
3、洞开挖法就是在开挖断面上先开挖一个小断面洞（即导洞）作为先导，然后再扩大至设计要求的断面尺寸和形状。这种开挖方式，可以利用导洞探明地质情况、解决施工排水问题，导洞贯通后还有利于改善洞内通风条件，扩大断面时导洞可以起到增加临空面的作用，从而提高爆破效果。 根据导洞与扩大部分的开挖次序，有导洞专进和导洞并进两种方法。导洞专进法是将导洞全部贯通后，再进行扩大部分开挖，有利于通风和全面了解地质情况,但洞内施工设施一般要进行二次铺设,费工费事。除地质情况复杂外，一般不采用。导洞并进法是将导洞开挖一段距离(一般为1015m)后，导洞与断面扩大同时并进.导洞开挖法一般是在工程地质条件恶劣、断面尺寸较大、不利
4、于全断面开挖时才采用的开挖方法. 导洞开挖，根据导洞位置不同,有上导洞、下导洞、中间导洞和双导洞等不同方式。1、上导洞开挖法导洞布置在隧洞的顶部,断面开挖对称进行，开挖与衬砌程序如图11-3 所示。这种方法适用于地质条件较差,地下水不多,机械化程度不高的情况。其优点是安全问题比较容易解决，如顶部围岩破碎,开挖后可先行衬砌，以策安全。缺点是出渣线路需二次铺设，施工排水不方便，顶拱衬砌和开挖相互干扰，施工速度较慢。图113 上导洞开挖与衬砌施工顺序图11-3（b）是上导洞开挖的先墙后拱法，主要特点是将隧洞全断面挖好后，再进行衬砌。此法适用于地质条件较好的情况。图11-3(a）是上导洞开挖的先拱后墙
5、法，主要特点是上部(1、2）开挖后，立即进行顶拱衬砌,以后其它部分的开挖与衬砌均在混凝土顶拱的保护下进行，施工安全,但施工干扰大,衬砌整体性差，还需要解决马口（即隧洞边墙处支承混凝土顶拱的岩石）的开挖问题。马口开挖分对开马口和错开马口两种，如图114所示。图11-4 马口开挖顺序（单位：cm）对开马口是将同一衬砌段的左右两个马口同时开挖，随即进行衬砌，如图114（a)所示。为安全起见，每次开挖马口不应过长，一般以48m为宜.在地质条件较好，围岩与拱圈粘结较牢的条件下,采用对开马口，可以减少施工干扰,避免爆破打坏对面边墙。当围岩较松散破碎时，应采用错开马口方法，如图114（b）所示.即每个衬砌段
6、的两个马口的开挖不同时进行,一个马口开挖后立即进行衬砌混凝土浇筑，待其强度达到设计强度的70%时，再开挖和浇筑另一个马口.各段马口的开挖可交叉进行.也有把隧洞顶拱挖得大一些，使顶拱衬砌混凝土直接支承在围岩上，而不需要再挖马口，如图11-5所示。图11-5不挖马口的先拱后墙法2、下导洞开挖法导洞布置在断面的下部,如图11-6所示。这种开挖方法适用于围岩稳定、洞线较长、断面不大、地下水比较多的情况.其优点是：洞内施工设施只铺设一次，断面扩大时可以利用上部岩石的自重提高爆破效果，出渣方便，排水容易，施工速度快；缺点是：顶部扩大时钻孔比较困难，石块依自重爆落,岩石块度不易控制。如遇不良地质条件，施工不
7、够安全。图11-6下导洞开挖法施工顺序3、中间导洞开挖法导洞在断面的中部,导洞开挖后向四周扩大。这种方法适用于围岩坚硬，不需临时支撑，且具有柱架式钻机的场合。柱架式钻机可以向四周钻辐射炮眼，断面扩大快，但导洞与扩大部分同时并进，导洞出渣困难。4、双导洞开挖法双导洞开挖又分为两侧导洞法和上下导洞法两种。两侧导洞开挖法是在设计开挖断面的边墙内侧底部分别设置导洞,这种开挖方法适用于围岩松软破碎、地下水严重、断面较大,需边开挖边衬砌的情况.上下导洞法是在设计开挖断面的顶部和底部分别设置两个导洞,这种方法适用于开挖断面很大、缺少大型设备、地下水较多的情况，其上导洞用来扩大，下导洞用于出渣和排水，上下导洞
8、之间用竖井连通。导洞一般采用上窄下宽的梯形断面,这样的断面受力条件较好，并且可以利用断面的两个底角布置风、水、电等管线。导洞的断面尺寸应根据开挖、支撑、出渣运输工具的大小和人行道布置的要求确定。在方便施工的前提下，导洞尺寸应尽可能小一些，以便加快施工进度，节省炸药用量。导洞高度一般为2.23。5m，宽度为2。54。5m（其中人行道宽度可取0.7m）。 二、炮孔布置及装药量计算 (一）炮孔布置开挖断面上的炮孔,按其作用不同分为掏槽孔、崩落孔和周边孔等三种。、掏槽孔用于掏槽的炮孔即为掏槽孔。掏槽就是在开挖断面中间先挖出一个小的槽穴来，利用这个小的槽穴为断面扩大爆破增加临空面，以提高爆破效果.常见的
9、掏槽孔的布置方式有楔形掏槽、锥形掏槽和垂直掏槽等，其具体布置方式和适用条件见表111.掏槽布置方式的选择应根据岩石性质、岩层构造、断面大小和钻爆方法等因素确定。表111常用掏槽孔布置简图和适用条件掏槽形式 布置简图 适用条件 楔形掏槽 适用于中等硬度的岩层。有水平层理时，采用水平楔形掏槽，有垂直层理时,采用垂直楔形掏槽，断面上有软弱带时,炮孔孔底宜沿软弱带布置.开挖断面的宽度或高度要保证斜孔能顺利钻进. 锥形掏槽 适用于紧密的均质岩体.开挖断面的高度和宽度相差不大，并能保证斜孔顺利钻进。 垂直掏槽 适用于致密的均质岩体，不同尺寸的开挖断面或斜孔钻进困难的场合. 在满足掏槽要求的前提下，掏槽孔的
10、数目应尽可能少,但不宜少于2个.掏槽孔的深度应比崩落孔深1520cm，以提高崩落孔的利用率。有时为了增强掏槽效果，在极坚硬的岩层中或一次掘进深度较大的情况下,还可以在掏槽孔中心布置24个直径75100mm不装药的空孔，其深度与掏槽孔相同.2、崩落孔崩落孔的主要作用是爆落岩体，故应大致均匀地布置在掏槽孔的四周。崩落孔通常与开挖断面垂直，为了保证开挖面的平整,其孔底应落在同一平面上。为了使爆后的石渣大小适中，便于装车，应注意掌握炮孔间距.如用国产2岩石硝铵炸药，炮孔间距为软岩100120cm、中硬岩80100cm、坚硬岩6080cm、特硬岩5060cm。3、周边孔周边孔的主要作用是控制开挖轮廓，它
11、布置在开挖断面的设计边线附近.周边孔的孔口距离开挖边线1020cm，以利钻孔。钻孔时应略向外倾斜，孔底应落在同一平面上。孔底与设计边线的距离，视岩石强度而定。对于中硬岩石（坚固系数f4）,孔底可达设计边线;对于软岩(f24），孔底不必达到设计边线；对于极坚硬岩石，孔底应超出设计边线1015cm.图11-7是隧洞开挖的炮孔布置示意图。断面开挖分为导洞开挖和扩大部分开挖。上导洞共布置了18个炮孔,其中14号是锥形掏槽孔,56号是崩落孔,718号是周边孔。扩大部分共布置了13个炮孔,其中1924号是垂直崩落孔,承担掘进任务；2531号是水平周边孔，控制开挖底边线。开挖断面底部周边孔布置比顶部要密一些
12、，这是因为底边开挖,岩石的夹制作用大,且不能利用岩石自重来提高爆破效果。图11-7 隧洞炮孔布置图 (二）炮孔数目和深度隧洞开挖断面上的炮孔总数N与岩石性质、炸药品种、临空面数目、炮孔大小和装药方式等因素有关。对炮孔数目，由于影响因素多,精确计算尚有困难，施工前可采用下面经验公式估算，在爆破过程中再加以检验和修正。 N （11-1)式中临空面影响系数，一个临空面取2。7，两个临空面取2.0；岩石的坚固系数;开挖断面面积，m2。炮孔深度应考虑开挖断面尺寸、围岩类别、钻孔机具、出渣能力和掘进循环作业时间等因素确定。一般情况下，加大炮孔深度后，装药、放炮、通风等工序所占用的时间将相对减少，单位进尺的
13、速度可以加快。但是钻孔深度加大后，钻机凿岩速度会有所降低，炮孔利用率将相对减少,炸药消耗量会随之增加，一次爆落的岩石数量增加，出渣时间也相应增加。故加大炮孔深度的多少，应进行综合分析后确定。为简单起见，一个工作循环进尺深度可参照下列原则确定：当围岩为类时,风钻钻孔可取1。2m，钻孔台车钻孔可取2.54m；当围岩为类时,不宜超过1.5m。掏槽孔和周边孔的深度可根据崩落孔的深度确定。（二） 装药量隧洞开挖，装药量的多少直接影响开挖断面的轮廓、掘进速度、爆落岩体的块度、围岩稳定和爆破安全。施工前可按下式估算炸药用量，并在施工中加以修正。 （11-2)式中 一次爆破的炸药用量，kg;-单位耗药量，kg
14、/m3，可参考表112选用；-开挖断面面积，m2；-崩落炮孔深度，m。表11-2 隧洞开挖单位炸药(2号硝铵炸药）消耗量 （单位：kg/m3）工 程 项 目岩 石 类 别软岩（f4)中硬岩(f=410)坚硬岩(f=1016）特硬岩(f16）导洞面积46m2面积79m2面积1012m21。501.301。201。801。601.502.302。001。802.302。502。25扩大0。600.740.951.20挖底0。520.620。791。00 三、钻爆循环作业 （一）钻孔作业钻孔作业工作强度很大，所花时间占循环时间的1/41/2，因此应尽可能采用高效钻机完成钻孔作业，以提高工程进度.常用钻孔机具有风钻和钻孔台车。风钻是用压缩空气作为动力使钻头产生冲击作用破岩成孔的.有手持式风钻和气腿式风钻，每台风钻控制面积约为24m2。风钻钻孔适用于开挖面积不大、机械化程度不高的情况.钻孔台车一般由底盘、钻臂、推进器、凿岩机和气动或液压操纵系统等部分组成，其钻臂有时多达15台，是一种高效钻孔机械。按行走装置不同分为轮胎式、轨道式和履带式三种。钻孔台车适用于开挖断面较大的情况，如图112所示.为了保证开挖质量，钻孔时应严格控制孔位、孔深和孔斜.掏槽孔和周边孔的孔位偏差要小于50mm，其他炮孔则不得超过100mm。所有炮孔的孔底均应落在设计规定的平面上，以保证循环进尺的掘进深度
