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1、 第十一章 隧洞施工本章主要结合平洞的施工，介绍地下建筑工程施工中的洞室开挖、衬砌施工和喷锚支护等主要问题。1本章内容第一节隧洞开挖第二节掘进机开挖第三节盾构机开挖第四节隧洞的衬砌与灌浆第五节喷锚支护技术第六节隧洞施工安全技术2第一节 隧洞开挖 一、开挖方式 全断面开挖 导洞开挖法二、炮孔布置及装药量计算 炮孔布置 炮孔数目和深度 装药量三、钻爆循环作业 钻孔作业装药和起爆临时支护装渣运输辅助作业四、循环作业施工组织3一、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。（一）全断面开挖法（二）导洞开挖法4（一）全断
2、面开挖法概念：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。适用：围岩坚固完整的场合。特点：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。方式：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掌子掘进或台阶掌子掘进。5全断面开挖的基本型式全断面开挖的基本型式6全断面开挖机械化程序全断面开挖机械化程序（二）导洞开挖法概念：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。优点：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
3、，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。7（二）导洞开挖法适用：工程地质条件恶劣、断面尺寸较大、不利于全断面开挖时开挖次序：导洞专进法，导洞并进法方式：1.上导洞开挖法2.下导洞开挖法 3.中间导洞开挖法4.双导洞开挖法81.上导洞开挖法程序：导洞布置在隧洞的顶部，断面开挖对称进行，开挖与衬砌程序有先拱后墙衬砌和先墙后拱衬砌方式。适用：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：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。91
4、0图图11-4 马口开挖顺序（单位：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。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。即每个衬砌段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。11不挖马口的先拱后墙法不挖马口的先拱后墙法2.下导洞开挖法位置：导洞布置在断面的下部。适用：围岩稳定、洞线较长、断面不大、地下水
5、比较多的情况。优点：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：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，施工不够安全。123.中间导洞开挖法位置：导洞在断面的中部，导洞开挖后向四周扩大。适用：围岩坚硬，不需临时支撑，且具有柱架式钻机的场合。特点：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。134.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，适用：围岩松软破碎、地下水严重、断面较大，需边开
6、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适用：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，上下导洞之间用竖井连通。14二、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：1.掏槽孔2.崩落孔3.周边孔 151.掏槽孔作用：用于掏槽的炮孔。掏槽就是在开挖断面中间先挖出一个小的槽穴来，利用这个槽穴为断面扩大爆破增加临空面，以提高爆破效果。布置方式：楔形掏槽、锥形掏槽和垂直掏槽要求：掏槽孔的数目应尽可能少，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。16楔形掏槽楔形掏槽 适用
7、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。17锥形掏槽锥形掏槽 18 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。垂直掏槽垂直掏槽 19 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。2.崩落孔作用：爆落岩体，故应大致均匀地布置在掏槽孔的四周。要求：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100120
8、cm、中硬岩80100cm、坚硬岩6080cm、特硬岩5060cm。203.周边孔作用：控制开挖轮廓，它布置在开挖断面的设计边线附近。要求：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。2122图图11-7 隧洞炮孔布置图隧洞炮孔布置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
9、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（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。N 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。23二、炮孔布置及装药量计算（二）炮孔数目和深度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。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。24二、炮孔布置及装药量计
10、算（三）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 式中 一次爆破的炸药用量，kg；单位耗药量，kg/m，可参考表11-2选用；开挖断面面积，m；崩落炮孔深度，m。25二、炮孔布置及装药量计算（三）装药量26表表11-2 隧洞开挖单位炸药（隧洞开挖单位炸药（2号硝铵炸药）消耗量号硝铵炸药）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1012m21.501.301.201.801.601.502.302.001.802.302.5
11、02.25扩大0.600.740.951.20挖底0.520.620.791.00二、炮孔布置及装药量计算 三、钻爆循环作业（一）钻孔作业（二）装药和起爆（三）临时支护（四）装渣运输（五）隧洞开挖的辅助作业27（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。28（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
12、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。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。29（二）装药和起爆炮孔应严格按设计要求的装药方式进行装药，炮孔的装药深度随炮孔类型而异。通常掏槽孔的装药深度为炮孔孔深的60%67%，药卷直径为炮孔直径的3/4；崩落孔和周边孔的装药深度为炮孔深度的40%55%，崩落孔药卷直径为孔径的3/4，周边孔为1/2。炮孔其余长度用黏土和砂的混合物（比例为1：3）堵塞。30（二）装
13、药和起爆爆破顺序依次为掏槽孔、崩落孔、周边孔。起爆一般采用秒延发或毫秒延发电雷管起爆。隧洞开挖轮廓控制应采用光面爆破技术，以保证开挖面的光滑平整，尽量减少超、欠挖。31（三）临时支护 一般要求在开挖后，围岩变形松动到足以破坏之前支护完毕，尽可能做到随开挖随支护，只有当岩层坚硬完整，经地质鉴定后，才可以不设临时支护。分为喷锚支护和构架支护。321.木支撑2.钢支撑3.预制混凝土或钢筋混凝土支护1.1.木支撑木支撑木支撑具有重量轻、加工架立方便、损坏前有明显变形等优点，但承受压力小、所占净空大、消耗材料多、费用高，因而逐渐被其他支撑材料所代替。适用于断面不大的导洞的支护，如图11-8。33门框形木
14、支撑门框形木支撑2.钢支撑钢支撑适用于破碎而不稳定的岩层，能承受很大的山岩压力，耐久性好，所占空间小。钢支撑可以重复使用，但耗材多，费用高，只有在不良地质段施工才采用，如图11-9。34 钢支撑钢支撑3.预制混凝土或钢筋混凝土支护这种支撑能承受很大的山岩压力，耐久性好，且可以留在永久性衬砌内不必拆除。但结构重量大，洞内运输、安装都不方便，应采用机械化施工。35（四）装渣运输 装渣与运输是隧洞开挖中最繁重的工作，所花时间约占循环时间的50%60%，是影响掘进速度的关键工序。因此，应合理选择装渣运输机械，并进行配套计算，做好洞内出渣的施工组织工作，确保施工安全，提高出渣效率。361.人工装斗车出渣
15、2.装岩机装渣、机车牵引斗车或矿车出渣1.1.人工装斗车出渣人工装斗车出渣 适用：隧洞适用：隧洞断面较小，机械断面较小，机械化程度不高的情况化程度不高的情况。人人工装渣，要求爆落岩石块工装渣，要求爆落岩石块度很小。为了减轻装渣的劳度很小。为了减轻装渣的劳动强度，可在装渣地点铺上动强度，可在装渣地点铺上钢板，使岩石爆落于钢板上，钢板，使岩石爆落于钢板上，以利用铁铲装车以利用铁铲装车；当当采用下导洞开挖时，上导洞采用下导洞开挖时，上导洞可利用漏斗棚架出渣（图可利用漏斗棚架出渣（图11-11-6 6）；当当采用上导洞开挖时，上导洞采用上导洞开挖时，上导洞可用活动工作平台车出渣（如可用活动工作平台车出
16、渣（如图图11-1011-10）。）。37 工作平台装渣工作平台装渣2.2.装岩机装渣、机车牵引斗车或矿车出渣装岩机装渣、机车牵引斗车或矿车出渣 适用：开挖断面较大的情况。适用：开挖断面较大的情况。装岩时可采用装岩时可采用0.40.41.0m1.0m3 3的的装岩机，装岩机，装岩斗车或矿车可装岩斗车或矿车可由电气机车或电瓶车牵引。当运距近、出渣量少时，也由电气机车或电瓶车牵引。当运距近、出渣量少时，也采用人力推运或卷扬机牵引运输采用人力推运或卷扬机牵引运输。38图图11-11 0.4m3风动铲式装岩机风动铲式装岩机图图11-12隧洞隧洞1m3短臂正向铲短臂正向铲2 2、装岩机装渣、机车牵引斗车或矿车出渣、装岩机装渣、机车牵引斗车或矿车出渣 根据根据出渣量的大小可设置出渣量的大小可设置单线或双线单线或双线运输。运输。单线运输单线运输时，每隔时，每隔100100200m200m应设置一错车岔道，岔道应设置一错车岔道，岔道长度应够停放一列长度应够停放一列列车；列车；392.2.装岩机装渣、机车牵引斗车或矿车出渣装岩机装渣、机车牵引斗车或矿车出渣 根据出渣量的大小可设置根据出渣量的大小可设置单
