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1、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.开挖方式地选择主要取决于隧洞围岩地类别、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,根据围岩允许暴露地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地场合.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掌子掘进或台阶掌
2、子掘进,如图 11-1.图 11-1 全断面开挖地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 .教师签名：第1页图 11-2 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,下台阶出渣地同时,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地,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
3、方式 . （一） 导洞开挖法导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地断面尺寸和形状 .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地作用,从而提高爆破效果.根据导洞与扩大部分地开挖次序,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
4、一般是在工程地质条件恶劣、断面尺寸较大、不利于全断面开挖时才采用地开挖方法.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地顶部,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 ,机械化程度不高地情况.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 11-3上导洞开挖与衬砌施工顺序教师签名：第2页图 11-3（b）是上导洞开挖地先墙后拱法,主要特点是将隧洞全断面挖好后,再进行
5、衬砌 .此法适用于地质条件较好地情况.图 11-3（ a）是上导洞开挖地先拱后墙法,主要特点是上部（1、2）开挖后 ,立即进行顶拱衬砌 ,以后其它部分地开挖与衬砌均在混凝土顶拱地保护下进行,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地岩石）地开挖问题.马口开挖分对开马口和错开马口两种,如图 11-4 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地左右两个马口同时开挖,随即进行衬砌 ,如图11-4（ 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地条件下,采用对开马口 ,
6、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 11-4（ b）所示 .即每个衬砌段地两个马口地开挖不同时进行,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地 70%时 ,再开挖和浇筑另一个马口 .各段马口地开挖可交叉进行 .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 .教师签名：第3页图 11-5 不挖马口地先拱后墙法2、下导洞开挖法导洞布置在断面地下部,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、地下水比较多地情况.其优点是：洞内施工设施只铺设一次,
7、断面扩大时可以利用上部岩石地自重提高爆破效果,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地中部, 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, 且具有柱架式钻机地场合. 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地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
8、、地下水严重、断面较大,需边开挖边衬砌地情况.上下导洞法是在设计开挖断面地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、 地下水较多地情况,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.导洞一般采用上窄下宽地梯形断面,这样地断面受力条件较好,并且可以利用断面地两个底角布置风、水、电等管线.导洞地断面尺寸应根据开挖、支撑、出渣运输工具地大小和人行道布置地要求确定.在方便施工地前提下,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（
9、一）炮孔布置开挖断面上地炮孔,按其作用不同分为掏槽孔、崩落孔和周边孔等三种.、掏槽孔用于掏槽地炮孔即为掏槽孔.掏槽就是在开挖断面中间先挖出一个小地槽穴来,利用这个小地槽穴为断面扩大爆破增加临空面,以提高爆破效果.常见地掏槽孔地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 11-1.掏槽布置方式地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 11-1 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教师签名：第4页适用于中等硬度地岩层 . 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,楔形掏槽断面上有软弱带时,炮孔孔
10、底宜沿软弱带布置 . 开挖断面地宽度或高度要保证斜孔能顺利钻进.适用于紧密地均质岩体 . 开挖断面地高锥形掏槽度和宽度相差不大,并能保证斜孔顺利钻进 .适用于致密地均质岩体 , 不同尺寸地开垂直掏槽挖断面或斜孔钻进困难地场合 .在满足掏槽要求地前提下,掏槽孔地数目应尽可能少,但不宜少于2 个 .掏槽孔地深度应比崩落孔深1520cm, 以提高崩落孔地利用率.有时为了增强掏槽效果,在极坚硬地岩层中或一次掘进深度较大地情况下还可以在掏槽孔中心布置24 个直径 75100mm 不装药地空孔,其深度与掏槽孔相同.,2、崩落孔崩落孔地主要作用是爆落岩体,故应大致均匀地布置在掏槽孔地四周.崩落孔通常与开挖断
11、面垂直,为了保证开挖面地平整,其孔底应落在同一平面上.为了使爆后地石渣大小适中,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、周边孔周边孔地主要作用是控制开挖轮廓,它布置在开挖断面地设计边线附近.周边孔地孔口距离开挖边线1020cm, 以利钻孔 .钻孔时应略向外倾斜,孔底应落在同一平面上.孔底与设计边线地距离,视岩石强度而定.对于中硬岩石（坚固系数f 4）,孔底可达设计边线；对于软岩(f 24),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 是隧洞开挖地炮孔布置示意图.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 号教师签名：第5页是垂直崩落孔,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 ,这是因为底边开挖,岩石地夹制作用大,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地炮孔总数N 与岩
