超级整合,隧道施工方案及工艺流程(二)

1、电缆沟

电缆沟设置于隧道两侧。电缆沟采用C30钢筋混凝土预制盖板,每块盖板纵向宽度50cm。

电缆沟采用整体定型钢模板,一次成型,其施工要点是控制好模板的中线、水平,并要求模板支撑牢固,防止浇捣时模板位移和上浮。水沟、电缆沟盖板集中进行预制,预制时严格控制盖板的几何尺寸,采用细粒径的砼,砼要求匀质、密实、和易性好,盖板表面平整、无凹凸现象,盖板四角棱角分明,无缺棱掉角。模型使用钢模板加工制作。

2、人行、车横洞

本隧道设人行横通洞2处,车行橫洞1处。隧道施工时,先施工主洞,待主洞支护稳定后再施作横洞。横洞采用复合式衬砌,初期支护以喷射混凝土、锚杆为主(加强段施作钢支撑与钢筋网),二次衬砌为模筑混凝土。

(1)施工工艺

横洞施工工序:施工准备→洞身开挖→初期支护→防排水施工→二衬施工。

(2)施工准备

①根据设计图纸做好施工测量、放样工作,放出横洞中线、边墙及封闭门位置和标高。用以控制横洞边墙位置,底面、起拱线及拱顶高度。

②施工机具准备,包括自动双缝热熔焊接机、手动电热熔接器、电焊机、拌和站、混凝土运输车、输送泵、振动棒等。

(3)洞身开挖

①横洞洞身开挖方法

采用两台阶开挖法,风钻钻眼,塑料导爆管非电起爆系统,毫秒微差有序起爆,控制超欠挖,上下断面开挖按照隧道设计轮廓线分次爆破开挖成形,再进行下一步工序施工。施工时采用风钻钻孔作业,尽可能发挥相应的施工能力,缩短作业循环时间,各道工序尽可能平行交叉作业,提高隧道综合施工能力。施工中及时施作初期支护,有利于下道工序的全面展开,同时保证施工安全。

②两台阶法开挖施工工序(先施作上台阶再施作下台阶):

测量技术人员利用洞内中线控制桩和水平控制点,画出工作面开挖轮廓线,并初步标记出主要钻孔位置。先开挖上断面,再进行下台阶开挖。按照围岩钻爆方案进行钻眼爆破。用装载机和出渣车出渣;挖机进行排险,清除洞顶危石、浮石。

③通道开挖注意事项:

在隧道施工中施工为更好的使围岩发挥其自身的稳定性,使其在开挖后力重新分配均匀,要严格控制超欠挖;根据围岩的裂隙走向和破损程度制定合理进尺;严格要求爆破质量,合理制定爆破方案;测量放样准确无误;爆破周边眼的钻孔精确度严格控制。

(4)初期支护

①加强段钢支撑施作

在加强段施作钢拱架以后进行进入下一工序。施工方法同正洞钢支撑施工。

②喷锚支护及作业程序

A.锚杆施工

砂浆锚杆采用砂浆锚杆支护施工:锚杆孔由风钻垂直于围岩钻孔,孔深≥2 m。锚杆孔造孔后用高压风吹干孔内积水及石屑、灰尘。现场按设计要求调配好水泥砂浆,利用注浆机将砂浆注入孔内,直至将孔内注满,最后插入锚杆。

B.钢筋网施工

钢筋网在洞外加工成方格网片(φ8@250×250mm),在纵横钢筋相交处用铁丝绑扎成一体。挂设时与锚杆焊接固定在一起,且随岩面起伏铺设(钢筋网的挂设只用于加强段)。

C.喷射砼施工

隧道初期支护采用C25(人行横洞S5c衬砌类型喷射混凝土厚度为28cm,S4b衬砌类型喷射混凝土厚度为22cm,S3b衬砌类型喷射混凝土厚度为12cm;车行橫洞ST3衬砌类型喷射混凝土厚度为22cm)喷射混凝土分段、分片、分层、由下向上进行喷射。如有大凹坑先找平再进行喷射。

(5)防、排水施工

将横洞底面清理干净后铺设1.5mm厚单面自粘高密度聚乙烯(HDPE)防水卷材及无纺布(350g/㎡),再浇筑4cm厚细石混凝土加以保护。达到强度后铺设防水板及土工布。在车行横洞初期支护和二次衬砌之间设置纵向和环向排水管以排除衬砌后渗、漏水。沿人行横洞全长每隔5m设置环向φ50mm软式透水管一根,两侧拱脚各设一根φ100mm纵向排水波纹管,环向软式透水管与纵向排水管互相连通;横洞纵向排水管与主洞二次衬砌拱脚背后的Φ100mm横向引水管互相连通,将地下水排入主洞水沟内。

排水管在防水层铺设之前按要求布设,派专人负责检查,确保排水管不遗漏和连接部位的密封性。浇筑混凝土时,要保证排水管不被压碎及堵塞,确保排水系统畅通。人行横洞初期支护和二次衬砌间拱背设1.5mm厚HDPE自粘防水卷材与350g/㎡无纺布防水层,与底部防水层相接。止水带安设施工工艺参见主洞。

(6)二衬施工

①仰拱施工

及时施作仰拱,起到早闭合、防塌方的作用。有仰拱的地段采用仰拱先行的施工方法。仰拱施工整断面一次成型,不左右半幅分次浇筑。

具体操作:挖机清理施工段的大部分底渣→人工清理隧底、检查断面尺寸及标高→模板采用木模→砼集中拌和→泵送砼入模。

仰拱一次浇筑完成并达到设计强度后,填充砼采取罐车直接运到施工地点卸料浇筑,插入式振捣棒进行振捣。

①模板安装

A .架立拱架,拱架采用I20b工字钢加工,拱架安装前先将横洞两侧拱脚杂物清理干净,放置枕木。拱架拱脚坐落在枕木上,在拱架起拱线连接处用螺栓连接牢固,架立间距1.0m。严格控制中线及高程,保证拱架起拱线在同一高度。钢拱架安装后必须保证垂直度,不能发生扭曲变形,确保整环拱架在同一个断面内。拱架纵向采用φ25钢筋焊接固定,间距不超过1.0m。

B.自下而上拼装组合钢模板,两侧边墙上部预留窗口(上下两块模板暂不安装),用于混凝土泵送入模和振捣作业。拱顶部位安装弧形钢模板,必要时采用木板配合调整,形成完整弧形模板,防止漏浆。正拱顶焊接封顶器,与输送泵输送管连接进行混凝土封顶施工,封顶器参见主洞二次衬砌台车。钢模板与拱架连接固定,所有模板与钢拱架之间加入木楔,便于拆模和调整模板的平整度。

②混凝土浇筑

A.二次衬砌混凝土厚度:人行横洞S5c衬砌厚度55cm,S4b衬砌厚度45cm, S3b衬砌厚度40cm;车行橫洞ST3衬砌厚度50cm。

B.二次衬砌混凝土由拌和站集中拌制,采用混凝土运输车运输至施工现场,由混凝土输送泵泵送入模。

C.二次衬砌混凝土浇筑前注意复查模板及中心高是否符合要求,仓内尺寸是否符合要求,挡头模安装定位是否牢靠;预埋件加工准备是否齐全,位置标定是否准确;排水盲管、止水带等安装是否符合设计及规范要求;模板接缝是否填塞紧密;脱模油是否涂刷均匀;基仓清理是否干净,底脚施工缝是否处理;输送泵接头是否密闭,机械运转是否正常。

D.混凝土采用水平分层、对称浇筑,控制浇筑混凝土的速度和单侧浇筑高度,两侧浇筑高度相差不超过1m。浇筑过程要连续,避免停歇造成“冷缝”,间歇时间一般不得超过1h。

E.当混凝土浇至作业窗口下30cm时,须清除窗口附近的脏物,涂刷脱模油,安装窗口钢模板并保证紧密结合不漏浆。

F.采用插入为主木锤外敲为辅进行振捣,内模反弧部分要确保振捣密实,避免出现气孔现象。

G.封顶采用顶模中心封顶器接输送管,按从里向外的顺序逐渐封顶。当挡头板上观察孔有浆溢出,即封顶完成。

③拆模

拆模时要小心谨慎,以免缺棱掉角现象发生。先去除所有木楔、横向支撑,切断纵向连接筋再拆除拱架和模板。

(7)施工注意事项

①横洞内预埋的机电消防设备管沟、预埋件及预留洞室必须由专业技术人员进行详细统计并现场指导安装、设置,防止遗漏。

②严格控制原材料、半成品检验关,把好材料质量关。

③钢拱架弧形半径较小,加工困难,弧形不标准时,在拱架架立后采用楔入木楔支撑钢模板,使钢模板达到标准弧度。

3、污水处理池

施工期的污水集中排放,在洞口设置30m3污水处理池,污水经沉淀和过滤,达到环保要求的排放标准后,才能排入地表的自然排水系统内。

十、隧道路面施工

隧道主洞采用沥青混合料上面层与水泥混凝土路面下面层组成的复合式路面,人(车)行横洞采用水泥混凝土路面。洞内混凝土路面施工在仰拱边沟施工完成后进行,混凝土由项目部拌和站集中生产,严格控制原材料质量和施工配合比,用混凝土运送车运到摊铺作业点,采用三辊轴进行摊铺,振动机振捣,抹光机抹面,专用拉毛机拉毛,成型后的混凝土采用薄膜覆盖养护,根据强度的发展及时进行横向切缝,切缝后的路面,覆盖养生,养生时间不小于28d,以确保路面的质量。

1、施工顺序

施工放样→检查基层→安装模板→混凝土拌制→混凝土运输摊铺与振捣→人工收面→养护→填缝。

2、模板制作和技术要求

(1)由于设计混凝土板厚24cm,模板采用25槽钢,每节9m长,根据设计拉杆、传力杆直径和间距位置设置插入孔;

(2)立模前检查基层顶面标高、横坡、平整度、表层有无磨损和软弱夹层,待处理合格后拼装模板;

(3)纵向每2m电钻钻眼,插入φ22螺纹钢预埋以固定模板,模板下用硬木支垫,斜支撑钢筋固定支架;

(4)仔细检查平面位置和高程,模板支立稳固、顺直、平整、无扭曲,相邻模板连接紧密平顺,不得有底部漏浆、前后错茬和高低错台等现象;

(5)模板外侧纵向封堵水泥砂浆,防止从下面漏浆。

3、混凝土的拌和和运输

混凝土采用拌和站集中拌和,采用自卸汽车运输混凝土,在装料前清净车厢,洒水润壁,排干积水;混凝土运输过程中防止漏浆、漏料和污染路面,途中不得耽搁;超过规范规定允许最长时间的混凝土不得用于路面摊铺;车辆倒车及卸料时专人指挥,运输车在模板或导线区调头或错车时严禁碰撞模板或基准线,一旦碰撞,立即重新测量纠偏。

4、混凝土摊铺

路面板混凝土(厚24cm)分幅一次摊铺成型。

(1)摊铺前基层洒水,要保证摊铺混凝土前基层湿润,基层不平整处禁止有积水存在现象。

(2)混凝土拌和物摊铺前,对模板的位置及支撑稳定情况,传力杆、拉杆的安装进行全面的检查。

(3)专人指挥混凝土运输车卸料,尽量准确卸料。每仓混凝土的摊铺、振捣、整平、做面连续进行。如因故中断施工,则需设置施工缝。

5、振捣、整平

摊铺好的混凝土,用排振机均匀振实。

(1)振捣时先用排振机在模板边缘、角隅处初振或按全面积顺序初振一次,不得欠振或漏振。振捣时,辅以人工补料,随时检查振捣效果、模板、拉杆、传力杆和钢筋网的移位、变形松动、漏浆等情况,并及时纠正。

(2)在排振机已完成振实的部位,开始纵横交错两遍全面提浆振实。板与板间距重叠10~20cm。缺料的部位辅以人工补料找平。

(3)混凝土全面振捣后,采用抹光机整平。

6、抹面

(1)抹面时严禁在混凝土表面洒水或撒水泥;

(2)抹平后沿横向拉毛;

(3)用3m直尺检查混凝土面板平整度。

7、接缝

(1)纵缝施工

根据设计图纸,在中部设置纵向施工缝。立模后安设拉杆,纵向施工缝的拉杆穿过模板的拉杆孔安设,要求设在中央,在浇筑混凝土时随时校正拉杆位置。

(2)横缝施工

①横向施工缝

在每天摊铺结束或因故中断时,设置横向施工缝,施工缝位于设计规定的缩缝或胀缝处。横向施工缝按设计要求须设置传力杆。

②横向缩缝

根据设计规定,缩缝按4.5m板长等间距布置,紧邻胀缝的三条缩缝设置传力杆,一般缩缝、临近胀缝或路面自由端部的缩缝其结构符合设计要求。横缩缝在混凝土硬结后锯切形成,横缩缝缝深及宽度满足设计要求。锯缝必须及时,夏季施工时每隔3~4块板先锯一条,然后补齐。

③胀缝

根据设计要求,每端洞口及两紧急停车带之间(500米左右)中部设置胀缝一处。胀缝传力杆滑动端塑料套管在缝两侧板内交错布置,固定的传力杆平行板面及路面中心线,与构造物衔接的胀缝,用边缘钢筋进行加强,胀缝设角隅钢筋补强。施工时注意保证传力杆、支架钢筋、连接钢筋结构尺寸、塑料管及沥青涂抹的施工。在胀缝施工时为了防止胀缝板顶部的提前开裂、弯曲断开和缝宽的不一致,在施工时临时软嵌20mm×30mm的木条,保持均匀缝宽和边角完好,直到填缝,剔除木条,再粘经沥青浸制的软木板。

(3)封缝

水泥混凝土路面各种接缝上端采用聚氯乙烯胶泥满灌封缝。封缝技术要求:

①清缝。保证填缝前接缝清洁干燥,采用高压水或高压风清除接缝中砂石、凝结的泥浆等杂物,达到缝壁上擦不出灰尘为止。

②填缝饱满、均匀、厚度一致,并且连续贯通,填缝料不得缺失、开裂和渗水。

8、养护

混凝土板抹面完毕后及时养护,使混凝土中结合料有良好的水化、水解强度发育条件以及防止收缩裂缝的产生。

(1)养生时间根据混凝土弯拉强度增长情况而定,不小于设计强度的80%,特别注意前7天的保湿(温)养护。

(2)养护期间封缝前,禁止车辆通行。在达到设计强度的40%以后,允许行人通过。

(3)覆盖养生。不仅要严密覆盖混凝土面板,而且要覆盖好板的边侧。在规定的养生期内,保持混凝土面板湿润。

9、拆模

拆模过早易损坏混凝土,过迟则影响模板周转使用。拆模时间根据气温和混凝土强度增长情况确定。

允许拆模时间表

拆模时不损坏混凝土板边、板角和传力杆、拉杆周围的混凝土,也不得造成传力杆和拉杆松动或变形,模板拆除使用专用拔楔工具,严禁使用大锤强击拆卸模板。拆除的模板清除干净,涂刷模板油,堆放整齐。模板有损伤、变形时,要及时修复,矫正精度符合规范要求。

十一、隧道装饰工程

为满足防火和美观的双重要求,隧道边墙检修道上部3m范围内采用浅黄绿色涂料装饰,拱部喷涂浅灰色防火涂料,两部分间用30cm高橙色腰带装饰。检修道电缆沟侧立面设置黑黄相间的标线,间距60cm,倾角45°。

1、防火涂料的选取、检验和主要施工机具

底层防火涂料的选取:选用隧道专用防火涂料,产品技术性能指标满足《混凝土结构防火涂料》(GA98-2005)的规定。面层防火涂料的选取:选用具有防火功能,厚型的防火涂料。生产厂家具有相应的生产资质,产品经技术监督局检验合格。

防火涂料进场后,监理在使用前检查产品型号、出厂检验单、合格证、质量保证期。在施工过程中,每500t(不足500t按500t计)取一组试件按《混凝土结构防火涂料》(GA98-2005)作粘结强度试验。

施工主要机具:混合机、灰浆泵、计量容器、测厚仪、钢尺、喷涂机等。

2、施工准备

(1)隧道二衬施工完毕经验收合格后,进行防火涂料施工。

(2)防火涂料喷涂作业由经过培训合格的操作人员施工,在作业前检查操作人员是否有相关培训证。施工中的安全技术和劳动保护等要求,按国家现行有关规定执行。

(3)基层(二衬表面)的检查:基层表面无浮尘、疏松物、油污,表面密实;每延米隧道蜂窝、麻面面积不超过0.5%,且深度不超过5mm;平顺无错台、无裂缝,表面平整度控制在8mm以内。

(4)基层的处理:基层表面不能达到要求,进行处理。采用扫帚扫除、抹布擦拭、最后用高压清水冲洗,清理表面附着灰尘。彻底清除基层表面油污和其它物品。按有关隧道施工和验收标准处理蜂窝、麻面、裂缝。采用角向磨光机对隧道二衬的错台、模板接缝进行打磨处理。打磨范围根据现场情况确定,一般在5cm~40cm。打磨后采用2m直尺和牵线进行检查,保证平整度及大面平顺满足要求。喷涂前将隧道交通封闭并将路面清理干净,无积尘。

3、底层施工工艺

(1)工艺流程

施工准备→防火涂料配料、搅拌→喷涂→检查验收

(2)防火涂料配料、搅拌

防火涂料随用随配,使用的水清洁、干净。胶粘剂的用量通过粘结强度试验确定。搅拌时先将涂料倒入混合机加水拌和2min后,再加胶粘剂充分搅拌8~12min,使稠度达到可喷程度。搅拌后的浆料,在1小时内用完,不得二次加水或存放时间过长后再次使用,以免影响粘结力。

(3)底层的喷涂、养护

①施工现场气温在5℃~38℃,相对湿度40%~85%,通风良好。

②防火涂料采用压送式喷涂机喷涂,空气压力为0.4~0.6MPa,喷枪口直径为4~8mm。喷涂时喷枪要垂直于被喷面,距离控制在1~2m。

③在第一遍喷涂前,在基层全断面涂抹界面剂。

④喷涂施工分3~4遍完成,第一遍喷涂厚度控制在2~3mm,以后喷涂厚度为5~7mm左右,最后一遍喷涂厚度为5mm。

⑤必须在前一遍基本干燥或固化后,再喷涂后一遍。干燥时间与气温及涂层厚度有关,一般为24小时左右。

⑥在拱部颜色的喷涂方面,在最后一遍喷涂的涂料里加拌设计颜色涂料。

⑦底层施工完成后,及时根据设计腰线进行放线弹墨,对腰线以下及时压光。

⑧在大面积施工前,先选取30米作试验段,取得成功经验后再推开实施。

⑨底层防火涂料喷涂完毕后约24小时,采用喷雾设备对涂层洒水养护。气温在20℃以上,四天后进行面层施工。

⑩底层防火涂料施工完成后,每道施工缝处及时切一条环向缝,切缝要整齐圆顺。

(4)底层检查验收

①用防火涂料测厚仪(测厚探针、专用游标卡尺等)垂直插入防火涂层直至混凝土表面上,记录标尺读数。如发现厚度不够,补喷。

③用0.75~1kg榔头轻击涂层检查强度和空鼓,如发现涂层剥落或有空鼓现象铲掉重喷。

③喷涂后的涂层,及时剔除乳突,确保均匀平整。

④当防火涂层出现下列情况之一时,铲掉重喷。

A.涂层干燥固化不好,粘结不牢或有粉化、空鼓、脱落现象;

B.涂层有明显凹陷或隆起现象;

C.涂层表面有浮浆或裂缝。

4、面层施工工艺

施工准备→刮腻子找平→喷涂→检查验收

(1)面层的喷涂、养护

①底层防火涂料检测合格并养护后进行面罩漆的施工。

②按设计腰线和色带的要求,在底层防火涂料压光表面放线确定。

③在压光面刮腻子找平,表面达到平滑圆顺后进行面罩漆的施工。

④面罩漆采用无气喷涂机喷涂,空气压力为0.4~0.6MPa,喷枪口直径为1~2mm。喷涂时喷枪要垂直于被喷面,距离控制在40~60cm。

⑤面层防火漆一般喷涂1~2遍,达设计1mm后即可。

⑥必须在前一遍基本干燥后,再涂饰后一遍。

⑦在大面积施工前,先选取30米作试验段,取得成功经验后再推开实施。

⑧在面罩漆喷涂期间和完成后,注意保护,严禁撞击和磨擦。

(2)面层检查验收

刮腻子找平后,表面平整、均匀、圆顺,用1m直尺检查平整度,偏差不超过5mm。

面罩漆颜色均匀、与设计一致,接槎平整,不得有掉粉、起皮、透底、漏刷、泛碱、收色、流坠、疙瘩等现象。

5、质量标准及检测方法

(1)保证项目

①防火涂料和面罩漆的品种和技术性能符合设计及有关标准的规定,检查生产许可证、质量证明书和检测报告。

②涂料与基层及各层间粘结牢固,不空鼓、不脱落。

(2)底层基本项目、检测方法及允许误差

①外观:涂层完全闭合,不露底、漏涂,无乳突现象;目视法检查。

②颜色:拱部颜色均匀,与设计颜色一致;目视法检查。

③粘结强度:粘结强度每500t抽样一次;按《混凝土结构防火涂料》要求的《合成树脂乳液砂壁状建筑涂料标准》6.14.2.2条试验检查。

④空鼓、脱层:不得出现空鼓、脱层和松散等现象;0.75~1kg榔头轻击检查。

⑤平整度:平整、均匀、圆顺,无明显凹凸;目视法检查。

⑥裂缝:及时切缝后涂层不出现裂缝;目视法检查。

⑦厚度:厚度均匀,满足设计要求;测厚仪检查。

(3)面层基本项目及检测方法

①腰线:在设计高度,平直顺滑,无明显折线;水准仪。

②外观:涂层完全闭合,不得有掉粉、起皮、透底、漏刷、泛碱、收色、流坠、疙瘩等现象;目视法检查。

③颜色:检测涂料品种与颜色,与设计选用的颜色对比是否一致,涂饰后的颜色均匀、一致;目视法检查。

④平整度:平整、均匀、圆顺,接槎平整,无明显凹凸;2m直尺检查,偏差5mm。

6、成品保护

(1)防止碰撞损坏

防火涂料硬化后强度仍然较低,施工中易碰撞部位加以临时保护,减少损坏;限制大型车辆通过,限制施工车辆通行速度。

(2)防污染

喷涂前对半成品做好保护,在涂料未施工完成前尤其要限制车辆通行,减少粉尘污染。

十二、隧道施工辅助作业

1、施工通风

(1)通风方式的选择

隧道施工通风采用SDF(C)-No13型轴流风机进行压入式通风,压入式通风见“隧道压入式通风示意图”。根据通风长度采用双机或三机串联,风管全部采用柔性风管,要求使用表面光滑摩阻小,经纬密实、涂层均匀,且气密性好的PVC布制做,联接方式为气密式拉链。

隧道压入式通风示意图

隧道供风风机采用SDF(C)-No13型轴流风机,该风机风量为2088-4068m3/min、全压4049pa、最大功率2×110KW。SDF(C)-No13型轴流风机特点:机壳内有吸音材料,噪音为国际A声级≤38分贝,从而降低了施工环境噪声污染,并且该机易于维修。施工前期单机进行通风

(2)施工通风布置

在洞口安装1台SDF(C)-No13型轴流风机,风管直径φ1.5m。

(3)通风管理

①在系统布置上,坚决杜绝各种形式的循环风。通风机距洞口不少于30m。出风口到工作面的距离不超过45m。

②建立专业通风维修技术队伍,派专人专职负责通风系统的日常检查、维修。

③风管安装必须做到平直、挺直、紧扎、安稳;风管破损及时修补,以减少接头、破损漏风和降低局部阻力。当前施工通风中一个突出问题,就是衬砌与掘进平行作业时,通风管路在衬砌台车处被隔断或弯曲缩颈,严重影响通风,根据我公司的隧道施工通风经验。采取的方法为:一是在衬砌台车上专配一节与风管同直径的硬管,两端与软风管相连;二是在衬砌台车上放置折叠伸缩式管筒,随台车的移动前后伸缩,与风管相通。

④加强通风设备的维修管理工作,使设备状况始终处于良好状态。

⑤施工时根据通风情况,在开挖工作面和衬砌工作面布设小型局部风扇,以确保工作面空气清新、流畅。

(4)施工高压风

压风机站设置在隧道进出洞口中央分隔带处,各设置6台20m3/min的电动空压机,为隧道左、右线施工集中提供高压通风,高压通风管道采用φ300mm的无缝钢管,设在隧道边墙墙脚处,管子下面采用托架将其托起,托架固定在边墙的墙脚处。随着隧道施工长度的延伸,高压风管分段接至工作面附近,在风管端头安装闸阀以便接至用风机具,闸阀至用风机具之间用高压皮管连接。

2、防尘措施

为控制粉尘的产生,在钻眼时,先送水后送风;装炸药前必须进行喷雾、洒水;在距掌子面30m外边墙两侧各放一台水幕降尘器,爆破前10min打开阀门,放炮30min后关闭。水幕降尘器主要捕捉1~3μm粒径的粉尘;施工人员佩带防尘口罩。

3、施工照明

洞内照明采用低压卤钨灯,洞外照明采用高压钠灯。洞内外设置应急照明设备,安装间隔不大于50m且必须在供电中断时能自动接通并能连续工作2h以上。

(1)洞内外照明布置

隧道洞内外照明布置表

(2)洞内管道布置图

洞内管线布置原则为:供水管路、供风管路、通风管路布置在隧道同侧,电缆、电线布置在隧道的另一侧,原则为:高压在上,低压在下;动力在上,照明在下;干线在上,支线在下。

隧道各种管线位置示意图

十三、隧道中间贯通方案

根据围岩现状,贯通区选择在Ⅳ级围岩位置,贯通过程中两端保持各自施工工法不变。施工稳中求快,开挖后及时按设计要求支护,并及时施工仰拱以封闭成环。整个施工必须做好围岩监控量测工作。贯通前测量队必须进行一次贯通前导线控制测量,确保测量能够准确控制隧道的高程和中线位置,减少贯通误差,从而指导隧道准确贯通。

隧道贯通前,两开挖工作面相距小于100米时,加强联系、统一指挥。当隧道剩余30米时,大桩号向小桩号方向掌子面停止掘进,在其拱部120°范围施做一环4.5m长超前小导管,环向间距40cm,全环57根,修整好掌子面并喷射C25混凝土4cm厚以封闭掌子面,仰拱及二衬及时跟进。

当隧道贯通长度剩余3m左右时,上台阶拱部120°范围同样施作一环超前小导管,保证两侧小导管有效搭接实现贯通。此时停止掘进,仰拱施工迅速拉近,一次性浇筑施工至下台阶2m范围,紧接着施工该段矮边墙,确保最短时间内将隧道闭合成环,同时满足贯通后衬砌安全距离的要求。

上台阶钻爆贯通后,在小导管的保护下,人工风镐配合机械立即找顶排险,初喷岩面,及时安装上台阶拱架、钢筋网片及连接钢筋,钻设系统锚杆和锁脚锚杆并将拱架和锁脚锚杆焊接牢固后复喷混凝土至设计厚度,形成较稳定的承载拱。然后将下台阶分成左右台阶错开开挖,严禁对称开挖造成上台阶拱架悬空,进尺保持1m间距,直至全隧贯通,及时施作仰拱及二次衬砌。

贯通后由于两个工作面安全步距之和远远超限,所以必须在贯通前迅速拉近仰拱间距,及时施做二衬衬砌,确保仰拱和二次衬砌的安全距离尽量不超限。特别强调整个施工过程必须严格按照设计图纸和规范要求施工,并控制好安全距离,以保证隧道施工质量和施工安全。

隧道贯通示意图

1、贯通施工

(1)在掘进距贯通里程3m时开设左侧壁上导坑,导坑大小以保证人员、设备通过为准,高度不小于3m,宽度不小于3m。左侧壁上导坑开挖前,对已完成段岩体进行注浆加固。左侧壁上台阶掌子面喷4cm厚混凝土封闭,左侧壁上台阶钢架拱脚每隔2m设一道水平支撑,形成临时封闭环,左侧壁上台阶临时仰拱施工完成,形成闭合环。

(2)进行左侧壁上导坑开挖。左侧壁上导坑置于隧道左侧壁上台阶中央,导坑采用φ50超前小导管超前支护,环向间距40cm,小导管纵向搭接长度1.5m,插入后进行超前预注浆,注浆压力为0.5~1.0MPa,浆液采用1:1水泥砂浆,开挖循进尺0.5~1m。

顶设导坑示意图

(3)开挖小导坑至贯通里程后,逐步扩挖至CD法1号导坑大小出洞。扩挖过程中采取弱爆破或不爆破并加强支护措施,保证安全出洞。

(4)开挖左侧壁下台阶出洞,并进行喷射混凝土、仰拱及临时钢支撑施工,尽早封闭。

(5)开挖右侧壁上台阶,方法同左侧壁上台阶。

(6)开挖右侧壁下台阶,方法同右侧壁下台阶。

(7)拆除临时钢支撑,实现贯通。

十四、超前地质预报方案

1、工作目的和内容

(1)总体要求

以地质为中枢,加强隧道地质工作,将地质综合分析贯穿到长期、中期、短期、临兆超前地质预报四个阶段中,实行地质、物探、钻探三结合,优化物探组合,综合应用,确保隧道安全、快速、优质施工,不留后患,确保隧道施工取得经济效益、社会效益和环境效益。

(2)超前地质预报的目的

由于隧道深埋于地下属于隐蔽性工程,工程地质条件和水文地质条件复杂多变。当前,受工程地质勘察技术和水平限制,以局部钻孔及物探等勘探手段要在施工前查明隧道工程岩体的状态、特性,特别是要准确地预测预报隧道施工中可能发生的地质灾害的位置、规模和性质是极其困难的。存在的工程地质灾害体,仅靠施工过程揭露后再进行处理,带有较大的盲目性,常常会发生各种突发事故,甚至造成人员伤亡,施工设备损害,工期延误,工程投资增加。

在施工中进行地质超前预报,其目的在于:

①对隧道掌子面前方一定距离内的不良工程地质灾害体进行准确及时的超前预测,以避免或最大限度的降低施工过程中突泥、涌水、塌方等灾害,对降低工程造价,减少施工盲目性,确保施工安全,并消除工程安全隐患是极为重要的。

②为隧道在安全条件下实现快速施工、减小风险创造条件。

(3)超前地质预报的内容

①预报可能出现突水的溶洞、暗河的位置和规模;

②预报断层、破碎带的位置(包括裂隙发育地段);

③预报可能出现突泥、岩溶陷落柱的位置;

④预报可能发生中型以上的塌方地段;

⑤预报地下水富集的区域和地段;

2、超前地质预报方法

(1)探测方法

根据本工程特点和各种预报手段的使用范围,预报方法采用地质雷达电磁波法。地质雷达是一种宽带高频电磁波信号探测方法,它是利用电磁波信号在物体内部传播的特点进行探测的。其工作原理为:发射器通过发射天线向衬砌与围岩中定向发射电磁波,电磁波在传播的路径上当遇到有电性差异的界面时即发生反射,从不同深度返回的各个反射波由接收天线和接收器所接收,(另外还最先收到从发射天线经两天线所在介质的表面传播到接收天线的直达波,并作为系统的时间起始零点)经过信号处理之后,对于直达波之后反射回来的各个不同时间的反射波,取其时间之半,乘以相应介质的电磁波传播速度即为反射目标的深度,再根据反射信息特征判别反射目标的性质。(衬砌与围岩、围岩中的空洞或欠密实区、围岩中的含水区或裂缝、衬砌裂缝等均为良好反射目标体)见图雷达工作原理及其探测方法。

本次超前预报探测拟采用探地雷达,具备高灵敏度、高分辨率的天线阵,独有的天线阵设计,使浅层和深层探测一次完成,实现了三维立体探测,大大提高了工作效率,具有数据采集完整、快速、低误差等特点;能够适应条件恶劣的场地,比较适合本标段隧道超前预报探测、岩性分析的应用。

雷达工作原理及其探测方法示意图

超前预报的探测距离一般在掌子面前方15~40m,其主要任务预报掌子面前方15~40m范围内可能出现的地层、岩性情况,预报掌子面及其附近围岩中的各种不良地质向掌子面前方延伸的情况,可能的地下水涌出情况其对施工的影响,并预报地质灾害发生的可能性。

采用点测法进行检测,检测时天线与测试表面紧密接触,每5cm或10cm采集一道数据。现场测试步骤如下:

天线选型:选用40MHz非屏蔽天线。

测线布置:现场在检测区域沿跨度方向水平布置1条测线,往返检测3次。通过3次检测的数据对比,选取较好的雷达图像进行分析。如3次所测数据差异较大,则分析原因,重新进行检测。

(2)数据分析

现场采集数据采用仪器配套的数据采集软件和数据后处理软件进行,通过对采集的数据进行预处理和一系列的滤波等处理方法,结合掌子面及附近的地质观察以及地质勘察等资料,对探测成果图进行综合分析,下达客观的分析结论。

(3)探测频率

因本标段隧道属于超大跨度隧道,为了对掌子面前方的地质情况有较充分的了解,根据探测工作需要,采用地质雷达洞身全程探测,每次探测范围为开挖面前方20-40m左右,前后2次探测搭接范围3~5m,必要时加强探测频率。

3、地质预报的工作重点及难点

(1)工作重点

①本标段的重点工作为超前地质预报的组织与实施。隧道施工过程中穿插各工种作业,因此必须做好前期的组织和策划,建立良好的沟通机制,为安全施工做好组织准备工作。

②隧道工程,仅仅靠事前的调查及有限的钻孔来预测其动向,不能充分反映岩体的产状和性状。必须结合工程,通过地质超前预报、现场量测判断围岩稳定性,预报施工的安全程度,发现异常情况并及时采取措施,保证安全施工。

(2)工作难点

在勘察设计阶段往往无法完全查明隧道工程的地质条件,使隧道开挖过程中经常面临未预见的地质灾害问题。开展隧道超前地质预报,揭示隧道开挖面前方的地质情况变化特征,预见潜在的险情,及时调整施工方法,防患于未然,可以最大限度地防止和减少地质灾害的发生,确保隧道工程的顺利施工,避免工期延误。但通常隧道地质条件较为复杂,地质雷达采集到的信号的形状较为复杂,因此准确分析雷达采集到的数据,得到与实际地质情况较为吻合的结论较为困难,需要丰富的雷达使用经验和超前地质预报经验。

(3)检测成果报送

根据施工进展情况及时跟进探测,在数据采集完成后第二天将检测报告电子版报送至业主,正式报告在检测公司盖章后送达。遇有不良地质和地质灾害预兆或发现围岩失稳、支护开裂、突水涌泥等险情时及时电话通知项目办,半日内并尽可能快地向项目办提交临兆预报。

4、超前地质预报安全技术措施

(1)成立隧道超前地质预报管理小组和检测小组,管理小组由各参建单位相关人员组成,检测小组人员为施工单位及建设单位委托的第三方单位,第三方单位需具备相应的检测资质。 施工单位委托的第三方检测单位负责施工过程中全部地质预报工作,建设单位委托的第三方单位负责对施工单位预报进行过程参与,按照合同要求进行超前地质预报工作。

(2)管理小组建立交底与协商制度,施工单位委托的第三方检测单位每次地质预报完成后,由第三方检测单位对本次预报结果对参建单位进行交底,明确预报结果中出现的各种不利影响,据此指导施工作业,保证施工安全,做到动态设计、动态施工、动态管理。建设单位委托的第三方检测单位负责对施工单位预报工作进行过程监督、分段参与,确认预报成果,最终预报结果需两家单位共同确认,以此作为指导施工依据。

(3)隧道施工掌子面探测,必须在施工方完成找顶后进行并经预报负责人或预报负责人指定的技术负责人(现场负责人)完成施工掌子面和拱部危石观察后进行,探测仪器停留位置尽可能安排在施工台架下或无危石掉落的位置,探测点的布设必须遵照预报负责人或预报负责人指顶的技术负责人的指挥。

(4)检测单位需编写详细的预报实施方案,并按程序审查,及时向管理小组反馈预报结果和意见,紧急情况下,协助施工单位做好应急处理。

(5)掌子面探测点的布设人员,在探测仪器进入正常工作状态后进入布设点,探测完成后迅速撤离掌子面。

(6)隧道施工掌子面素描人员进行素描过程中,有一名预报负责人或预报负责人指定的技术负责人指定的专人在掌子面后方对掌子面和拱部进行观察,遇有危石掉落迹象及时通知素描人员撤离。

(7)遇非常情况(如施工掌子面塌方等),撤离严格遵照先人员后设备的原则,确保人员安全。

(8)施工单位积极利用预报成果,发现异常,及时采取有效措施。

十五、监控量测方案

1、监控量测的目的

本标段隧道工程全线质量、安全、工期的控制性工程。在隧道施工期间实施监测,为业主提供及时、可靠的信息用以评定隧道工程在施工期间的安全性,并对可能发生的危及安全的隐患或事故及时、准确的预报,以便及时采取有效的措施,避免事故的发生,同时指导设计和施工,实现“动态设计、动态施工”的根本目的。

(1)监测的数据、资料使业主能完全客观真实的了解工程的安全状态和质量程度,掌握工程主体部分的关键性安全和质量指标,确保隧道工程能按照预定要求顺利完成。

(2)监测的数据和资料是处理工程合同纠纷的重要依据,为业主进行设计和施工变更预案编制时提供确凿的证据。

(3)监测数据和资料可以按照安全预警位发出报警信息,既可以对安全和质量事故做到防患于未然,又可以对各种潜在的安全和质量隐患做到心中有数。

(4)监测数据和资料可以丰富设计人员和专家对类似工程的经验,以利专家解决工程中所遇到的工程难题。

2、监控量测的内容

监控量测主要包括以下项目:

(1)洞内外地质和支护状况观察。

(2)隧道围岩周边位移收敛量测。

(3)隧道洞内拱顶下沉监测。

(4)浅埋段地表下沉监测。

(5)锚杆轴力监测。

(6)锚杆拉拔力检测。

3、工作内容及方法

(1)洞内外地质和支护状况观察

在地下工程中,开挖前的地质勘探工作难以提供非常准确的地质资料。所以,在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩的性质、状态进行目测,对开挖后动态进行目测,对支护后围岩动态进行目测,在新奥法量测项目中占有很重要的地位。

①内容

工作面地质状况观察,内容包括工作面状态、围岩变形、围岩风化变质情况、节理裂隙、断层分布和形态、地下水情况。观察后绘制开挖工作面略图(地质素描),填写工作面状态记录表。已施工段支护状况观察,内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架等的状况。观察中发现异常情况,要详细记录发现时间、地点和内容。

②观察频率

工作面地质状况观察,安排在每次开挖及初期支护完成后进行。已施工区段的观察,每天进行1次。

(2)拱顶下沉和周边位移量测

拱顶下沉和周边位移选同一断面。根据本项目所采用的施工工艺及特点,针对双侧壁导坑法施工及台阶法施工的测点布置如上图所示。

拱顶下沉和周边位移的量测频率按下表执行,施工状况发生变化时,增加监测频率。

拱顶下沉与周边位移量测频率

布置周边收敛测点时,收敛测环由直径6mm~8mm的圆钢筋制成,所采用钢筋直径不能大于8mm。由钢筋制成直径4cm~5cm的圆环,如图4.2.14-1所示。收敛环末端用于安装的长度L约为20cm,以使收敛环刚好外露在初期支护之外。

布置时将收敛测环焊接在锚杆上或钢拱架上,如果围岩较坚硬可以用冲击钻在围岩上钻孔,通过添加锚固剂把收敛环牢固的固定在所钻的孔内。需要注意的是喷完浆后将测环清理出来,不能埋在喷层里,将环上混凝土清除干净。测环布置好后用红漆画圈以明示其位置。

测量时将收敛计挂于收敛环间,调整好后读数,前后两次读数之差即可得收敛变形及变形速率。测拱顶下沉时,将收敛计悬挂于拱顶收敛环,采用水准测量,与后视对比即可得拱顶收敛环的高程,前后两次测得高程之差即为拱顶下沉量及下沉速率。

断面收敛环布置图及收敛环大样图

(3)地表下沉监测

地表下沉测点布置的时候,选择平整且易于保护的地段布置,测点的布设及保护方法与基准点的布设方法类似。测点布设时将沉降观测点序号写于不易破坏、易于观测的地方。测点原则上布置在洞内净空变化量测基线和拱顶下沉量测测点所在的断面内。根据设计文件要求,对隧道全程进行地表下沉量测,测点布置横向宽度超出开挖面影响范围,超出隧道宽度范围测点横向布置间距按6m每测点布置。在地质条件较差时,适当加密测点,当发现隧道附近地表沉降达到2cm时,马上通知业主、监理、施工、设计、地勘等单位。地表下沉量测在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖高度之和处开始,直至衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。

地表沉降测点布置大样图

地表下沉量测测点布置示意图

(4)锚杆轴力量测

根据围岩级别不同,断面锚杆数量有所差异,锚杆轴力量测测点布同上。

沿隧道每断面的拱顶和两侧拱腰埋设锚杆轴力计,每根锚杆轴力计设3个测点,埋设在围岩的不同深度,埋设传感器的钻孔深度3.0~4.0m,孔直径5cm,量测断面尽量靠近掌子面,及时安装和测取读数。

将各锚杆由钢筋计连接后,埋入钻孔,将导线引出钻孔并编号,标明钢筋计位于靠近洞壁侧还是远离洞壁侧,然后注浆,安装完后读取初始频率,待凝固后即可测试。测得的频率与初始频率之差换算后即可得锚杆的轴力。

锚杆轴力量测测点布置图

(5)锚杆抗拔力检测

①检测内容

对新锚固的锚杆进行28d抗拔力平均值测试。

A.试验前用砂浆将锚杆根部抹平,便于支放承压垫板;

B.在锚杆尾部加上垫板,套上中空千斤顶,使千斤顶与锚杆同心,避免偏心受压;

C.放置夹具,将锚杆外端与千斤顶内缸固定在一起,检查是否固定牢靠;

D.通过手动油压泵匀速加压,试验时分级加荷,初始荷载取拉拔力设计值的10%,分级加荷,荷载分别取设计值的50%、75%、100%,并观察锚杆的变化情况;

E.试验加载到设计拉力值后,稳定5~10min后,观察锚杆是否破坏,或者是否产生了较大位移。

(6)检测数量

按照委托方要求的数量检测,且同时须满足现行《公路隧道施工技术规范》(JTGF60-2009)中的要求:锚杆抗拔力按锚杆数量的1%且不少于3根做抗拔力试验。

(7)监控量测断面布置方案

根据测点布置图,现场放线布设测点,如遇到因工程环境实际测点位置与测点布置图纸上位置有出入时,记录改变后的位置,并相应更改测点布置图。

监测断面以路线桩号为准,其工程数量按暂定的清单数量,现场监测时将可能根据实际情况对监测断面进行必要的调整。水平净空量测、拱顶下沉量测、锚杆轴力量测、支护应力量测原则上布置在同一个断面。

5、监测成果反馈

(1)数据分析

由于量测的偶然误差所造成的离散性,量测所得到的信息目前通过理论计算(反分析)和经验法两种途径来实现反馈。监控量测主要以位移为基础的判断准则进行施工管理,主要有以下三种方法:

①根据极限位移值进行施工管理

根据《公路隧道施工技术细则》(JTG/TF60-2009)规定,实测位移值不大于隧道的极限位移,并按表位移量测数据管理等级进行量测管理和指导施工。一般情况下,将隧道设计的预留变形量作为极限位移,而设计预留变形量根据监测结果不断修正。

当量测位移u

当量测位移un/3≤u≤2un/3时,表明围岩变形偏大,密切注意围岩动向,采取一定的加强措施,如加密、加长锚杆等。

当量测位移u>2un/3时,表明围岩变形很大,先停止掘进,并采取特殊的加固措施,如超前支护、注浆加固等。实测最大位移值或预测最大位移值不大于2un/3时,初期支护达到基本稳定。

位移量测数据管理等级表

设计预留变形量表

②根据位移速率进行施工管理

A.当位移速率大于1mm/d时,表明围岩处于急剧变形阶段,密切关注围岩动态。

B.当位移速率在1-0.2mm/d之间时,表明围岩处于缓慢变形阶段。

C.当位移速率小于0.2mm/d时,表明围岩已经达到基本稳定,可以进行二次衬砌作业。

③根据位移时态曲线进行施工管理

A.当位移速率很快变小,时态曲线很快平缓,表明围岩稳定性好,适当减弱支护。

B.当位移速率逐渐变小,即d2u/dt2<0,时态曲线趋于平缓,表明围岩变形趋于稳定,正常施工。

C.当位移速率逐渐不变,即d2u/dt2=0,时态曲线直线上升,表明围岩变形急剧增长,无稳定趋势,及时加强支护,必要时暂停掘进。

D.当位移速率逐步增大,即d2u/dt2>0,时态曲线出现反弯点,表明围岩已处于不稳定状态,停止掘进,及时采取加固措施。

(2)预警判定程序

监测点预警根据本工点现场监测数据,由安全预警系统按上述监测警戒标准判定;巡视预警根据本工点现场巡视情况,由现场监测工程师按上述监测警戒标准判定;预警建议由数据处理及分析工程师会同项目负责人及项目内部专家组综合判断,主要分析流程如下:

①根据内部监测点预警及巡视预警情况,数据处理及分析工程师对施工监控信息、现场巡视信息进行综合分析,进行初步判断,原则为:

A.根据量测数据的位移判断准则和现场巡视情况综合分析围岩变形急剧增大,需要采取特殊加固措施的,可以发布红色预警。

B.根据量测数据的位移判断准则和现场巡视情况综合分析围岩变形偏大,需要暂停施工采取适当处理措施的,可以发布黄色预警。

②如经数据处理工程师分析认为达到红色综合预警状态立即提交项目负责人综合分析,通过深入分析数据信息情况、现场核查、专家讨论等形式进行会商,形成结论意见。

①监测信息反馈

A.正常情况下的信息反馈

每日监测数据以电子邮件或其它简洁的形式进行,监测周报以书面资料形式提交。整编成果考证清楚、项目齐全、数据可靠、方法合适、图表完整、说明完备。

监测报告包括工程情况说明巡检和仪器监测情况说明,监测资料分析结果,观测对象工作状态及改进意见等。待工程竣工后提交一份完整的施工期间的检测报告,检测系统验收后移交所有预埋设备和监测点。

B.预警状态下的信息反馈

预警状态下的施工监控信息的报送形式为预警快报,具体报送形式如下:

当分析确认为红色预警状态,由施工监测项目负责人第一时间采取口头汇报、电话汇报、短信汇报或网络形式等快捷方式将预警建议上报施工单位主管领导,且立即通过信息平台快报,并立即整理监测数据信息,将书面文件送抵相关单位。

在处理措施的实施后,根据监控情况确认工程达到安全的状态后,按施工单位管理流程进行消警处理。

开挖初期,对地表下沉、周边位移、拱顶下沉等监测项目原则上每天提交1份观测成果。如监测过程中发现有异常情况,及时向业主汇报。监测成果在第一时间以网络的形式传递,但最终必须形成书面版报告。

每周提交监测周报,并作一次资料汇总分析。项目监测完成后,提交监控量测总报告。

6、监控量测频率表

部分监控量测项目的监测频率如表4.2.14-4所示,一般情况下采用表中的频率进行量测,如遇特殊情况,根据具体情况进行适当调整。

监控量测项目监测频率

7、 监控量测安全技术措施

(1)成立专门的隧道监控量测管理小组和量测小组,管理小组由各参建单位相关人员组成,量测小组人员为建设单位委托的第三方或是由施工单位委托并经建设单位批准的第三方。

(2)管理小组建立例会制度,定期召开监控量测分析会议,由施工单位委托的第三方检测单位与业主委托的第三方检测单位进行数据交换分析对于存在疑问的地方由两家单位参与,重新进行数据量测收集以确保监控量测的准确性。掌握施工中围岩和支护的力学动态信息及稳定程度并及时反馈,确定变形管理等级,据此指导施工作业,保证施工安全。

(3)量测小组编写详细的监测实施方案,及时向管理小组反馈量测数据和意见,紧急情况下,协助施工单位做好应急处理。

(4)量测项目布置在同一断面,测点埋设及时、牢固;平面位置和断面里程符合设计要求;测点标识准确、醒目,符合量测方法要求。

(5)监控量测元件、工具精度、测量范围满足设计要求,并具有良好的防震、防水、防腐性能;当采用接触量测时,测点挂钩宜做成闭合三角形,保证牢固不变形。

(6)编制专用表格进行监测记录,记录内容除监测结果外,尚应包括开挖方法、施工工序、测点距开挖面距离等信息。

十六、隧道爆破方案

1、爆破理论及方法

光面爆破施工工艺流程

隧道爆破采取微震动控制爆破技术。为控制超挖,周边采用光面爆破方法。要求周边眼爆破既能将岩石爆落下来,又能形成规整的轮廓,尽可能保留半孔痕迹,减小爆破对围岩的扰动,减少超挖量。装药集中度(q)、最小抵抗线(W)直接影响周边岩石的爆落效果;“规整轮廓”主要与炮眼间距(E)、炮眼密集系数(m=E/W)和最小抵抗线有关(W);半孔率主要与不耦合系数(D=d炮眼/d炸药)有关。因此,影响隧道光面爆破效果的主要参数是:

①炮眼间距(E);②炮眼密集系数(m);③装药集中度(q);④最小抵抗线(W);⑤不耦合系数(D)

而它们之间又是相互联系的,只有这些参数整体上处在某一正确的范围内,才能达到理想的光爆效果。影响光面爆破效果的因素有很多,主要有围岩地质条件、炸药特性、断面形状和大小、钻孔质量等。其中围岩地质条件和钻孔质量是最主要的影响因素。

(1)钻爆作业是隧道施工控制工期、保证开挖轮廓的关键。为了充分发挥围岩的自承能力,减轻对围岩的震动破坏,采用微振控制爆破技术,实施光面爆破,并根据围岩情况及时修正爆破参数,达到最佳爆破效果,形成整齐圆顺的开挖断面,减少超欠挖。

(2)爆破作业由爆破工程师根据地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具、爆破器材等进行爆破设计。编制详细爆破作业指导书,并负责进行试验、数据收集分析、参数调整、指导施工。

(3)采用光面爆破,合理选择爆破参数,根据围岩情况合理选择周边眼或掏槽眼。每次爆破后通过爆破效果检查,分析原因,及时修正爆破参数,提高爆破效果。

(4)绘制轮廓线并布炮眼

钻眼前,测量人员要用红铅油准确绘出开挖面的中线和轮廓线,标出炮眼位置,其误差不得超过5cm。

(5)定位开眼

采用人工钻眼,按炮眼布置图正确钻孔。对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼要高,开眼误差要控制在3cm和5cm以内。Ⅲ级、IV级、V级围岩炮眼布置见下图。

Ⅲ、IV级围岩台阶法开挖炮眼布置图

Ⅲ、IV级围岩台阶法开挖爆破参数表

V级围岩单侧壁导坑法(CD法)开挖炮眼布置图

V级围岩单侧壁导坑法(CD法)开挖爆破参数表

V级围岩双侧壁导坑法法开挖炮眼布置图

V级围岩双侧壁导坑法开挖爆破参数表

(6)钻眼

钻工要熟悉炮眼布置图,要能熟练地操纵凿岩机械,严格按钻爆设计实施。定人定位,周边眼、掏槽眼由经验丰富的司钻工司钻。准确定位钻杆,以确保周边眼有准确的外插角,尽可能使两茬炮交界处台阶小于15cm。同时,根据眼口位置及掌子面岩石的凹凸程度调整炮眼深度,以保证炮眼底在同一平面上,同类炮眼钻孔深度达到钻爆设计要求,眼底保持在一个铅垂面上。

(7)清孔

装药前,必须用由钢筋弯制的炮钩和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净。

(8)装药

装药需分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行,雷管要“对号入座”。所有炮眼均以炮泥堵塞,堵塞长度不小于20cm。

周边眼装药是实现光面爆破的重要条件,严格控制周边眼装药量,采取分段非连续装药结构。施工时采用不耦合装药结构,不耦合装药系数控制在1.4~2.0范围内。

根据岩石强度选用不同猛度、爆速的炸药,选用乳化炸药时,周边眼用φ25×200小药卷,不耦合装药,其余炮眼用φ32×200药卷。采用塑料导爆管起爆。装药作业采取定人、定位、定段别,做到装药按顺序进行;装药前,所有炮眼全部用高压风吹洗;严格按爆破设计的装药结构和药量施作;严格按设计的联接网络实施,控制导爆索的联接方向和联接点的牢固性。

(9)联结起爆网路

起爆网路为复式网路,以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意:导爆管不能打结和拉细;各炮眼雷管连接次数相同;引爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处,网路联好后,要有专人负责检查。

起爆顺序流程图

起爆网络示意图

(10)微震爆破施工参数控制

不良地质地段采用微震控制光面爆破。微震爆破作业段最大一段允许装药量:

Qmax=R3×(Vkp/K)3/a

式中:Qmax为最大一段爆破药量-kg;Vkp为安全速度-cm/s,取Vkp=2cm/s;R为爆破安全距离-m;K为地形、地质影响系数;A为衰减系数。

K、a值是针对隧道的具体情况,在多次试爆基础上进行K、a值回归分析后确定。根据爆破物距爆心的安全距离要求,并由此推出的每段的最大装药量。

具体实施时,结合围岩变化和实际效果及时调整。

2、钻爆器材

(1)采用导爆管、毫秒雷管起爆系统,1、3、5、7、9、11、13、15(共8个段位)段脚线长25微差毫秒雷管。

(2)炸药采用2号岩石乳化炸药、2号岩石硝铵炸药。选用φ25、φ32两种规格,其中φ25为周边眼使用的光爆药卷,φ32为掏槽眼与掘进眼使用药卷。

3、爆破参数

为减轻爆破时对围岩的扰动,周边眼采用φ25小直径光爆药卷,并采用导爆索串装药结构,孔口堵塞长度不小于40cm。

光面爆破参数表

4、爆破施工注意措施

(1)装药与钻孔不平行作业。

(2)爆破作业和爆破器材加工人员严禁穿着化纤衣物。

(3)进行爆破时,所有人员撤离现场,其安全距离为:

①安全距离不少于200m;

②相邻的上下坑道内不少于100m;

③相邻的平行坑道,横通道及横洞间不少于50m。

(4)洞内每天放炮次数有明确的规定,装药离放炮时间不得过久。

(5)装药前检查爆破工作面附近的支护是否牢固;炮眼内的泥浆,石粉吹洗干净;刚打好的炮眼热度过高,不得立即装药。如果遇有照明不足,发现流砂、泥流未经妥善处理,或可能有大量溶洞涌水时,严禁装药爆破。

(6)洞内爆破不得使用黑色火药。

(7)为防止点炮时发生照明中断,爆破工随身携带手电筒,严禁用明火照明。

(8)爆破后必须经过15min通风排烟后,检查人员进入工作面,检查有无“盲炮”及可疑现象;有无残余炸药或雷管;顶板两帮有无松动石块;支护有无损坏与变形。在妥善处理并确认无误后,进入工作面。

(9)当发现“盲炮”时,必须由原爆破人员按规定处理。

(10)装炮时使用木质炮棍装药,严禁火种。无关人员与机具等均撤至安全地点。

(11)两工作面接近贯通时,两端加强联系与统一指挥。岩石隧道两工作面距离接近15m,一端装药放炮时,另一端人员协调放炮时间。放炮前要加强联系和警戒,严防对方人员误入危险区。隧道接近贯通时,根据岩性适当加大预留贯通的安全距离,此时只准一端掘进,另一端人员和机具撤离至安全地点。贯通后的导坑设专人看管,严禁非施工作业人员通行。

(12)爆破施工之前,选择专业的爆破监理单位对隧道爆破施工进行监理,确保施工安全。

5、爆破安全计算

(1)爆破振动安全距离

选用GB6722—2014《爆破安全规程》确定的计算公式:

计算公式

式中:v——安全振速,交通隧道安全振速取2.0cm/s

k、α——与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数,根据GB6722—2014选取:

Q——单段最大一次起爆药量,经计算63kg

R——安全距离,m。

①洞口浅埋段爆破为Ⅴ级围岩软岩石,取K=250,α=1.6, Q=63,则:

代入公式得R=81m

洞口的爆破安全距离控制在100m以外,由于洞口无重要保护建筑物,满足安全要求。但是隧道爆破时,所有施工人员及机械撤离出隧道至洞外安全地点。

②洞内Ⅲ级围岩为坚硬岩石,取K=75,α=1.4, Q=173.69,则:

代入公式得R=74.29m

③洞内Ⅳ级围岩为中硬岩石,取K=200,a=1.6,Q=73.44,则:

代入公式得R=74.46m

根据二衬与掌子面的步距规定:

A.Ⅲ级围岩地段二衬距离掌子面不宜大于120m;

B.Ⅳ级围岩地段二衬距离掌子面不宜大于90m或设计规定;

C.Ⅴ围岩地段二衬距离掌子面不宜大于70m或设计规定。

综合考虑Ⅲ级围岩的掌子面距二次衬砌的距离控制为120m、Ⅳ级围岩掌子面距二次衬砌的距离控制为75m、Ⅴ级围岩掌子面距二次衬砌的距离控制为70m,爆破时对已完成衬砌结构不产生影响或影响最小。

(2)空气冲击波安全距离

参照公式

得R=55m

式中:Q——装药量,kg

Kn——与爆破作用指数和破坏状态有关的系数,Kn取值5

Kn值范围表

根据以上计算和《爆破安全规程》GB6722——2014的有关规定,人员、设备安全距离为90m。

(3)爆破飞石安全距离

浅孔爆破选用弹道公式:

式中:S—爆破飞石距离,m;V—飞石初速度,根据经验取20m/s;g—重力加速度,9.8m/s2。

代入公式得S=40.8m

综合以上计算,实际施工中,应当在100m范围外确定警戒点。

5、光面爆破的控制措施及验收标准

(1)光面爆破的控制措施

①测量放样要准确,自检要到位。放样偏差合理,两茬炮的台阶形差在一定程度上基本呈均匀分布。

②视地质条件按25~50cm控制周边眼间距,原则是密打眼。地质条件差,取小值;地质条件好,取大值。

③周边眼钻眼按2-5%或2-5cm/m的斜率外插。拱部取大值,边墙取小值。地质条件好(长进尺)取大值,地质条件差(短进尺)取小值。周边眼外插斜率控制得当,两茬炮的台阶形差在合理范围内,既可保证工程的经济性,同时又能保证周边眼开孔的平面位置。

④即周边眼抵抗线控制范围50~70cm。地质条件好,取小值;地质条件差,取大值。

⑤间隔不耦合装药结构:药卷直径25cm,空气间隔,导爆索起爆。

⑥即线性装药量控制在0.05~0.25kg/m,原则是周边眼要少装药。地质条件好取大值,地质条件差取小值。

⑦周边眼与外圈辅助眼要跳段使用雷管,以削弱振动强度,减少爆破地震波对围岩的扰动,即尽可能减少对围岩整体性和稳定性的破坏。

⑧堵塞长度要大于20cm,堵塞质量要达到不漏气效果,一般要求是炮泥堵塞。

⑨派专人负责每茬炮掌子面穿中画弧点炮眼工作,并把技术素质高的钻工安排在拱部作业。同时采取一定的经济措施,强化光爆质量意识。

⑩边墙要顺帮打眼,即把握炮眼外插的同时,还要注意炮眼坡度要与隧道纵向坡度一致;同一作业平台内避免出现扇形组合炮眼,在两作业平台之间避免出现“V”型炮眼组合。

⑾视地质条件、小间距隧道、连拱隧道及隧道洞口或浅埋地段,而应采取不同的开挖方法及光爆参数,保证隧道重要结构部位(洞口、小间距隧道岩柱、连拱隧道连拱点、分岔式隧道大拱或大跨地段)之围岩的完整性与稳定性,并使围岩的自承拱能力得到充分发挥。如小间距隧道开挖时,采取台阶开挖法(改变抵抗线的方向)、短进尺凿岩(控制每循环总装药量)、在岩柱一侧加密周边眼、掏槽位置偏离岩柱、多次点火爆破的一系列减震措施,能最大限度降低地震波效应,避免岩柱开裂、崩穿现象的发生。

⑿重视底板眼外插角、间距及装药量的控制,减小爆破效应对底板围岩的扰动,严格控制底板的超挖。隧底开挖要纳入控制爆破中。

(2)验收标准

①隧道开挖断面的中线及高程符合设计要求。

② 隧道开挖两茬炮的台阶形差均匀分布并符合施工规范。

③ 隧道开挖轮廓圆顺,边墙顺直。

④ 周边眼半孔平行且残留率较高。

十七、隧道控制测量方案

隧道内中线测量采用精密导线测量法。及时进行洞内控制网平差和中线调整,接续布设导线基线。

隧道内高程测量采用水准测量。由洞外高程控制点传递,洞内每隔100m设立一对高程控制点,利用导线基线控制点作高程控制点,进行往返观测,观测限差和精度符合规定等级的精度。

1、洞内导线控制测量

布设洞内导线基线,直线段边长≥120m 。导线点埋设混凝土标石,先作成120×120×10mm大小的钢板块镶直径2mm铜丝深为6mm的标志,后用混凝土围成方形标石。地下导线的起始边端点埋设牢固的钢板桩,铜芯标志,桩角上设螺帽作为高程点,一桩两用。

洞内导线测量按Ⅰ级导线精度要求实施,测角中误差≤±5秒,导线全长闭合差≤1/14000。开挖至隧道贯通前50m左右,分别对地下导线按Ⅰ级导线精度要求复测,保证贯通精度。

2、洞内高程控制测量

洞内水准点与导线点设在一起,用Ⅳ等水准测量方法和仪器施测,不符值、闭合差限差≤±8√Lmm,开挖至隧道贯通前50m左右,分别对地下导线按Ⅱ级水准精度要求复测,保证贯通精度。

3、日常施工测量

洞内日常施工测量由工程队技术室负责,利用洞内导线控制点设置施工导线,施工导线边长30~50m。洞内施工用的高程点,根据洞内已设高程控制点加密,并闭合到高程控制点上,及时向开挖面传递中线、高程,并划出开挖轮廓线,开挖后作断面记录,初期支护及二次衬砌前,交出中线高程桩点。衬砌台车就位或模板支立后进行复测,确认准确后灌注混凝土。

平面与高程贯通误差限差表

4、隧道贯通误差测量

平面贯通测量:隧道贯通面处采用坐标法从两端(一端为相邻标段)测定贯通点坐标差,并归算到预留的断面和中线上,求得横向贯通误差和纵向贯通误差。

高程贯通测量:用水准仪从贯通面两端(一端为相邻标段)测定贯通点高程,其误差即为竖向贯通误差。

5、洞内控制网平差和中线调整

隧道贯通后,当洞内导线闭合差不超过限差规定时,进行平差计算,按导线点平差后的坐标值调整线路中线点,改点后再进行中线点检测,夹角不符值≤±6″,高程也用平差后成果。将平差后成果作为净空测量的起始数据,净空断面测量采用解析法。

6、施工控制测量成果的检查和检测

为确保隧道正确贯通和满足净空限界,建立严格的检查和检测制度,检测按规定的同等级精度作业要求进行:地面、洞内导线的坐标互差≤±12mm、≤±20mm;地面、洞内高程点的高程互差≤±3mm、≤±5mm;洞内导线基线边方位角互差≤±10″;相邻高程点的高程互差≤±3mm;导线边的边长互差≤±8mm;隧道中线点坐标的互差≤±16mm。

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