公路隧道施工技術,挖出“五星級”隧道,值得看看

一、新奧法施工順序

1、掌子面鑽孔裝藥

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2、爆破、出碴

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3、一次噴混凝土

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4、安裝鋼架

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5、打設錨杆

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6、二次噴混凝土

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7、開挖仰拱

(早期閉合用仰拱)

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8、噴砼仰拱

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9、澆築仰拱

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10、鋪防水板、布筋

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11、二襯澆築混凝土

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二、總體施工方案

明洞段的施工應在洞頂截水溝施工完成後進行,明洞採用明挖拉槽,邊仰坡防護應與明洞開挖同步進行,明洞襯砌完成後應及時回填;

一般洞口段Ⅴ級圍巖超前支護採用管棚注漿及超前小導管注漿預支護;Ⅴ級圍巖右洞採用短臺階預留核心土法施工,臺階總長度為一倍洞跨;開挖循環進尺控制在0.75m,初期支護緊跟開挖面,開挖以風鎬為主,配合小藥量的鬆動控制爆破開挖。

Ⅳ級圍巖洞身開挖採用中長臺階法施工,臺階總長度1.5~2倍洞跨,開挖循環進尺控制在1.5m,採用控制性光面爆破或預裂爆破儘量減少對圍巖的擾動破壞。

Ⅲ級圍巖洞身採用長臺階法或全斷面開挖法,長臺階長度>5倍洞跨,循環進尺3~4m。

隧道二次襯砌工作面距離下半斷面開挖控制在50m左右。

隧道鑽孔採用簡易鑽孔臺車輔以人工鑽孔;二次襯砌採用襯砌臺車;出碴採用無軌運輸方式,以側卸裝載機輔以挖掘機裝碴,自卸汽車運出洞外至指定棄碴場;通風采用自然通風和機械通風。

隧道掘進施工採用“新奧法”施工工藝,遵循“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”的原則。

(一)開挖方案

洞口土質或易坍塌的Ⅴ級軟弱圍巖地段,隧道開挖必須在超前支護完成後進行(φ50小導管或超前管棚注漿加固圍巖)。施工開挖採用短臺階法、臺階總長度一倍洞跨;開挖循環進尺控制在0.75~1m,初期支護緊跟開挖面,開挖以人工風鎬為主,配合小藥量的鬆動爆破法開挖。

具體施工步驟為:

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三車道及雙車道緊急停車帶Ⅴ級圍巖地段的單側壁導坑法施工,導坑分臺階開挖,臺階長度1~1.5倍洞跨;先行導坑下臺階與後行導坑上臺階間距>25m;開挖循環進尺控制在1.0~1.5m;開挖採用預裂爆破或光面控制爆破,嚴禁採用深孔爆破,最大限度保護圍巖的完整性。開挖必須在拱部超前支護完成後進行(φ50小導管或超前管棚注漿加固圍巖)。

施工主要步驟為:

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隧道Ⅳ級圍巖及Ⅳ、Ⅲ級圍巖緊急停車帶段的施工開挖,開挖須在必要的超前支護完成後進行。 •洞身Ⅳ級圍巖採用中臺階法開挖,臺階長度1.5~2倍洞跨,開挖循環進尺控制1.0~2.0m,初期支護緊跟開挖面,嚴格控制裝藥量,嚴禁深孔爆破。

施工主要步驟為:

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三、隧道測量放樣

(一)控制測量

開工前,首先對設計單位交付的地面控制樁及永久性水準點進行復測,樁位複核無誤後,在隧道口布設不少於3個控制點,同時定期對控制點進行檢查,保證其精度。

測量控制點,樁點必須穩定、可靠,且通視良好,且要加以保護。測量儀器、工具在使用前應請專業部門進行校核,校核無誤後方可進行施工。

(二)洞內測量

主要內容有:施工中線測量、水準測量及斷面施工測量。並定期對洞內中線點和水準點進行檢查,以防移動,保證測量精度。導線點應儘量沿路線中線佈設,導線的邊長在本隧道(曲線地段)不宜短於70m。洞內水準點應根據洞外、洞內已設定的水準點,按施工需要加設。為使施工方便,在導坑內拱部、邊牆施工地段每100米設立一個水準點。

隧道開挖前應在斷面標出設計斷面尺寸線,開挖完成後應及時測量並繪出斷面圖。採用上下導坑方法施工時,上部導坑的中線每引伸一定距離後,應與下部導坑的中線聯測一次,用以校核上部導坑的中線點或向上部導坑引點。

襯砌立模前應複核中線和高程,標出拱架頂、邊牆底和起拱線高程,保證洞內輪廓和隧道淨空。

(三)隧道施工放樣

1 開挖斷面的放樣測量

①開挖斷面必須確定斷面各部位的高程,通常採用的方法叫腰線法。如圖所示,將水準儀置於開挖面附近,後視已知水準點P讀數a,即得儀器視線高:


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根據腰線點A、B的設計高程,可分別計算出A、B點與儀器視線間的高差


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先在邊牆上用水準儀放出與視線等高的兩點A、B,然後分別量測△hA、△hb,即可定出點A、B。A、B兩點間的連線即是腰線。根據腰線就可以定出斷面各部位的高程及隧道的坡度。

②在隧道的直線地段,開挖斷面的輪廓左、右支距(指與斷面中線的垂直距離)亦相等。在曲線地段,隧道中線由路線中線向圓心方向內移一d值,如圖所示。由於標定在開挖面上的中線是依路線中線標定的,因此在標繪輪廓線時,內側支距應比外側支距大2d


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③拱部斷面的輪廓線一般用五寸臺法測出。如圖所示,自拱頂外線高程起,沿路線中線向下每隔0.5m向左、右兩側量其設計支距,然後將各支距端點連接起來,即為拱部斷面的輪廓線。


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④牆部的放樣採用支距法,如圖,曲牆地段自起拱線高程起,沿路線中線向下每隔0.5m向左、右兩側按設計尺寸量支距。直牆地段間隔可大一些,可每隔1m量支距定點。


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⑤如隧道底部設有仰拱時,可由路線中線起,向左、右每隔0.5m由路基高程向下量出設計的開挖深度。

2 襯砌放樣

隧道各部位襯砌的放樣,是根據路線中線、起拱線及路基高程定出其斷面尺寸。所以在襯砌放樣之前,首先應對這三條基本進行復合檢查。

①拱部襯砌放樣

拱部襯砌的放樣主要是將臺車安置在正確位置上。拱部分段進行襯砌,一般按6m~12m進行分段,地質不良地段可縮短至1m~2m。拱部放樣根據路線中線點及水準點,用全站儀放出拱架頂的位置和起拱線的位置以及十字線(是指隧道中線與其垂線所形成的十字線,在曲線上則是路線中線的切線與其垂線所形成的十字線),然後將分段兩端的兩個拱架定位。拱架定位時,應將拱架頂與放出的拱架頂位置對齊,並將拱架兩側拱腳與起拱線的相對位置放置正確。兩端拱架定位並固定後,在兩端拱架的拱頂及兩側拱腳之間繃上麻線。在拱架逐個檢查調整後。

②仰拱和鋪底放樣

仰拱砌築時的放樣,是先按設計尺寸制好模型板,然後在路基高程位置繃上麻線再由麻線向下量支距,定出模型板位置。

隧道鋪底時是先在左、右邊牆上標出路基高程 ,由此向下放出設計尺寸,然後在左、右邊牆上繃以麻線,以此來控制各處底部是否挖夠了尺寸,之後即可鋪底。

③洞門仰坡放樣

仰坡與邊坡在坡面上的放樣方法相同。即先把仰坡的坡腳線(相當於邊坡的路肩線)按設計數據在地面上確定下來,在得到坡腳線高程和平面位置之後,再根據設計的仰坡坡度,即可定出坡頂線。

四、洞口段施工

(一)施工流程

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(二)洞口段施工工序示意圖

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1)開挖洞頂截水溝①部;

2)明洞路塹開挖,首先按設計尺寸開挖先外後內自上而下進行,採取鬆動爆破配合機械開挖,開挖至隧道明暗交接處後,留②核心部臺階保持工作面穩定;

3)仰邊坡形成後,進行③錨噴防護;

4)非核心土部分開挖至成洞面。

5)隨後在明洞外輪廓線以外施作套拱,並在套拱內按設計埋設工字鋼拱架及導向管,拱圈要緊抵仰坡坡腳。

6)開始暗洞的超前支護施工:然後搭設平臺,以10~375px噴砼封閉正線工作面,準確放樣後通過套拱孔口管沿隧道拱部開挖輪廓線外施鑽1排間距0.40m的φ127孔,再打入φ108大管棚,進行分段壓漿。

7)明洞段臨時回填。

五、洞身開挖

(一)洞身開挖

1、開挖方式

以兩車道岩石隧道為例,一般隧道的圍巖特徵,主要以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主,Ⅲ、Ⅳ級圍巖開挖採用中長臺階法分部開挖,無軌運輸方式。Ⅴ級圍巖先行洞採用短臺階預留核心土法開挖施工,後行洞採用中隔牆法開挖施工。

(1)Ⅳ級圍巖採用中長臺階法分部開挖

Ⅳ級圍巖施工:Ⅳ級圍巖採用以注漿小導管、超前錨杆為超前支護,初期支護以錨網噴支護為主,鋪以鋼拱架。開挖採用分部臺階法開挖,全斷面灌注二次襯砌砼,上斷面超前20米,作為上斷面鑽孔噴錨網工作平臺,上、下斷面同時爆破開挖。

具體施工步驟為:

1、開挖導坑上半斷面

1)、上導坑拱部初期支護

2)、下導坑邊牆初期支護

3)、二次襯砌混凝土澆築

2、開挖導坑下半斷面

1)、仰拱混凝土澆築


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鑽孔時,上斷面配8~10颱風槍鑽孔,下斷面採用鑿岩機鑽孔,採用反剷挖掘機將上斷面石碴扒至下半斷面,下半斷面由側卸式裝載機裝碴,自卸汽車運碴。開挖時要短進尺、弱爆破,以減輕爆破振動對圍巖的破壞,確保圍巖的穩定,循環進尺設計為1.5m。洞身開挖後,立即施作錨噴網格柵拱架初期支護,及時封閉圍巖。Ⅳ級圍巖施工程序見圖。


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⑵ Ⅲ級圍巖洞身採用全斷面或長臺階法分部開挖

Ⅲ級圍巖施工:Ⅲ級圍巖洞身段採用全斷面或長臺階法分部開挖。每次循環進尺控制在3~4m,錨噴網初期支護,待圍巖變形基本穩定後,全斷面施作二次襯砌,採用鑿岩機鑽孔,側卸式裝載機裝碴,自卸汽車出碴,全斷面液壓襯砌臺車襯砌。Ⅲ級圍巖施工程序見圖。

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⑶Ⅴ級圍巖先行洞採用短臺階預留核心土法開挖施工,後行洞採用中隔牆法開挖(小淨距)

Ⅴ級圍巖施工(先行洞):Ⅴ級圍巖偏壓段採用以注漿大管棚為超前支護,初期支護以錨網噴支護為主,鋪以鋼拱架。Ⅴ級圍巖加強段採用以注漿小導管、超前錨杆為超前支護,初期支護以錨網噴支護為主,鋪以鋼拱架。開挖採用環形開挖中心留核心土法開挖,上下階距離8~10米。開挖後立即噴射砼,然後打錨杆、架立鋼架、復噴至設計厚度。人工配合風鎬開挖。

施工主要步驟

1-1上弧形導坑開挖

1-2中核心土開挖

2-1、下弧形導坑開挖

2-2、下核心土開挖

Ⅰ、上導坑拱部初期支護

Ⅱ、下導坑邊牆初期支護

Ⅲ、仰拱混凝土澆築

Ⅳ、二次襯砌混凝土澆築

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Ⅴ級圍巖後行洞採用中隔牆法開挖施工:一般採用以注漿小導管、超前錨杆為超前支護,初期支護以錨網噴支護為主,鋪以鋼拱架。開挖採用中隔牆法開挖,上下階距離8~10米。開挖後立即噴射砼,然後打錨杆、架立鋼架、復噴至設計厚度。人工配合風鎬開挖。


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施工工序

1、

(1)利用上一循環架立鋼架施做隧道及中隔牆超前支護。

(2)弱爆破開挖①部,

(3)施做①部導坑周邊的初期支護和臨時支護,即初噴100px厚混凝土,架立16鋼架,並設鎖腳鋼管。

(4)導坑底部噴250px厚混凝土,施做①部臨時仰拱。(5)鑽設系統錨杆後復噴混凝土至設計厚度。

2、

(1)弱爆破開挖②部,

(2)導坑周邊初噴100px厚混凝土,

(3)接16鋼架及臨時剛及16鋼架,並設鎖腳鋼管。

(4)導坑底部噴250px厚混凝土,施做②部臨時仰拱。(5)鑽設系統錨杆後復噴混凝土至設計厚度。

3、

(1)在滯後②部一段距離後,弱爆破開挖③部,

(2) 接16鋼架及臨時剛及16鋼架,

(3)隧底周邊部分噴混凝土至設計厚度。

4、弱爆破開挖④部並施做導坑周邊的初期支護和臨時支護,步驟同①部。

5、弱爆破開挖⑤部並施做導坑周邊的初期支護和臨時支護,步驟同②部。

6、(1)在滯後⑤部一段距離後,弱爆破開挖⑥部,

(2) 接16鋼架及臨時剛及16鋼架,

(3)隧底周邊部分噴混凝土至設計厚度。

7、根據監控量測結果分析,待初期支護收斂後,拆除16臨時鋼架。

8、澆注Ⅶ部仰拱及隧底填充(應分次施工)

9、利用襯砌模板臺車一次澆注Ⅷ部襯砌(拱牆襯砌一次施工)。

(二)鑽爆設計

(1)鑽爆參數的選擇與裝藥量計算

爆破參數應通過試驗確定。當無試驗條件時,可參照表1、表2選用。

表1 光面爆破參數

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表2 預裂爆破參數

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注:

1.表中所列參數適用於炮眼深度1.0~4.0m,炮眼直徑40~50mm,藥卷直徑20~25mm。

2.當斷面較小或圍巖軟弱、破碎或對曲線、折線開挖成形要求較高時,周邊眼間距E應取較小值。

3.周邊眼抵抗線W值在一般情況下均應大於周邊眼間距E值。軟巖在取較小E值時,W值應適當增大。

4.E/W:軟巖取小值,硬巖及斷面小時取大值。

5.表列裝藥集中度q為2號岩石硝銨炸藥,選用其它類型炸藥時,應修正。

周邊眼應沿隧道開挖輪廓線佈置,保證開挖斷面符合設計要求,硬巖開眼位置在輪廓線上,軟巖可向內偏5~250px。底板和仰拱底面採用預留光爆層爆破,Ⅲ級圍巖段的中心水溝應與隧底光爆層同時爆破成形。輔助眼交錯均勻佈置在周邊眼和掏槽眼之間,力求爆破出的石塊塊度適合裝碴需要。周邊炮眼與輔助炮眼的眼底應在同一垂直面上,掏槽炮眼加深10~500px。當開挖面凹凸較大時,應按實際情況調整炮眼深度,使周邊眼和輔助眼眼底在同一垂直面上。

炸藥可選用岩石硝銨炸藥和乳化炸藥。

(2)掏槽方式

採用中空直眼和楔形掏槽。

(3) 爆破效果監測

超欠挖檢查:開挖輪廓圓順,開挖面平整檢查;爆破進尺是否達到爆破設計要求;爆出石渣塊是否適合裝渣要求;炮眼痕跡保存率,硬巖≥85%,中硬巖≥60%並在開挖輪廓面上均勻分佈。

(三)鑽爆作業

1、鑽眼

嚴格按鑽爆設計的孔數、孔位座標進行測量放樣,臺階法施工時用風槍鑽孔,嚴格控制精度、平面位置,縱向尺寸及深度誤差應小於125px,對不滿足精度要求的孔眼,需補鑽或重鑽。


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斷面炮眼佈置圖

2、裝藥

採用反向起爆、不偶合裝藥結構,見下圖。

裝藥之前,按各孔編號填入炸藥卷和導爆管,按所需藥量填入藥卷,填藥採用專用木棒,嚴禁使用金屬棒。


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1-非電毫秒雷管 2-藥卷 3-導爆管 4-填塞 5-空氣

裝藥結構示意圖

3、堵塞

炮眼裝藥後的剩餘空間,用炮泥堵塞。炮泥採用粘土與細砂的混合物,其比例為2:1。

4、起爆

將掌子面上各炮眼導爆管按片集中成束,裝入聯接塊,各聯接塊外接的導爆管再集中成束裝入聯接塊,主發大雷管插入該尾端聯接塊,採用電雷管起爆。

起爆之前檢查各孔導爆索聯接情況,嚴防漏連。

5、檢查爆破效果、清除危石

通風排煙後,清除危石,檢查爆破效果。爆破效果應達到下述標準,否則應調整爆破參數。

(1)超挖量:爆破後,圍巖壁面平整,周邊輪廓成型規則,基本上符合設計要求,沒有欠挖,平均線性超挖量小於50mm~100mm。

(2)圍巖壁面上的半面眼痕:爆破後,圍巖壁面上要留下完整清晰的半面炮眼痕跡。

硬巖中,周邊眼痕跡應留有50%以上,軟巖中周邊眼痕跡應留有50%上。


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(3)對圍巖的破壞程度:爆破後,圍巖破壞輕微,在炮眼內放置炸藥的部位,用肉眼看不到有明顯的爆震裂縫;圍巖爆破鬆弛帶應比普通爆破小一倍以上;兩茬炮銜接處的臺階控制在150mm以內。

6、瞎炮處理

發現瞎炮,應首先查明原因,如果是孔外的導爆管損壞引起的瞎炮,則切去損壞部分重新連接導爆管即可,但此時的接頭應儘量靠近炮眼,如因孔內導爆管損壞或其本身存在問題造成瞎炮,則應參照《爆破安全規程》有關條款處理。


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爆破工藝流程圖

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