CN110924953A - 一种隧道洞身开挖施工工艺 - Google Patents

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CN110924953A CN201911243396.1A CN201911243396A CN110924953A CN 110924953 A CN110924953 A CN 110924953A CN 201911243396 A CN201911243396 A CN 201911243396A CN 110924953 A CN110924953 A CN 110924953A
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drilling
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白安生
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China Railway 18th Bureau Group Co Ltd
Building Installation Engineering Co Ltd of China Railway 18th Bureau Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种隧道洞身开挖施工工艺，主洞开挖施工步骤循环为：测量放样，超前支护，钻孔，爆破，出碴，找顶、修整，初喷，打锚杆，挂网，安装钢拱架，复喷，检查验收进入下一循环；Ⅳ、Ⅴ级围岩浅埋、偏压、断层破碎带以及中强风化岩层和软弱破碎岩层采用环形开挖预留核心土法；Ⅲ、Ⅳ级围岩中、强风化深埋、硬质岩层采用台阶法；Ⅲ级围岩部分采用全断面光面爆破的方法掘进，开挖支护按新奥法原理组织施工，开挖施工采用气腿式凿岩机配合开挖台车钻爆开挖；人行、车行横通道按全断面光面爆破的方法施工。本发明采用上述一种隧道洞身开挖施工工艺，减小了对周边围岩扰动，施工工序少，提高了施工功效，保证了施工作业时人员及设备安全。

Description

一种隧道洞身开挖施工工艺
技术领域
本发明涉及地下洞开挖技术领域，特别是涉及一种隧道洞身开挖施工工艺。
背景技术
随着我国经济的快速发展，越来越多的地下工程进入规划和施工阶段。地下洞室的大跨径球冠状穹顶为三维空间形体，设计断面轮廓始终处在动态变化中，对断面线形控制具有很高的要求。
目前，隧道的开挖有多种方法，隧道的开挖应根据隧道长度、断面大小、结构形式、工期要求，机械设备和地质条件选择适宜的开挖方案。开挖方案应具有较大的适应性，且应与支护、衬砌施工相协调，当需要变换施工方法需要有过度措施。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道洞身开挖施工工艺，减小了对周边围岩扰动，施工工序少，提高了施工功效，保证了施工作业时人员及设备安全。
为实现上述目的，本发明提供了一种隧道洞身开挖施工工艺，主洞开挖施工步骤循环为：测量放样，超前支护，钻孔，爆破，出碴，找顶、修整，初喷，打锚杆，挂网，安装钢拱架，复喷，检查验收进入下一循环；
Ⅳ、Ⅴ级围岩浅埋、偏压、断层破碎带以及中强风化岩层和软弱破碎岩层采用环形开挖预留核心土法；Ⅲ、Ⅳ级围岩中、强风化深埋、硬质岩层采用台阶法；Ⅲ级围岩部分采用全断面光面爆破的方法掘进，开挖支护按新奥法原理组织施工，开挖施工采用气腿式凿岩机配合开挖台车钻爆开挖；人行、车行横通道开挖在主洞上、下台阶开挖支护完成后进行，按全断面光面爆破的方法施工。
优选的，环形开挖预留核心土法的施工程序为超前地质预报，测量放线，拱部超前支护，上部环行开挖、出碴、支护，中部开挖、出碴、支护，下部开挖、出碴、支护，仰拱开挖、出碴、支护，仰拱混凝土施工，填充施工，然后进入下一循环，施工时左、右洞掌子面施工距离错开40m以上，小净距短隧道在先行开挖洞室贯通后，再开挖另一洞室。
优选的，环形开挖预留核心土法的施工工序为：
1)利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护；
2)弱爆破分部开挖①部；
3)分部施作①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝士，架立钢架，施作锁脚钢管，并及时喷5～8cm混凝土封闭掌子面；
4)钻设系统锚杆后复喷混凝土；
5)在滞后于①部后，弱爆破分台阶开挖②、③部，左右交错开挖；
6)导坑周边初喷4cm厚混凝土，施作钢架，并设锁脚钢管，并及时喷5～8cm混凝士封闭掌子面；
7)钻设系统锚杆后复喷混凝土；
8)分台阶开挖核心土④部；
9)灌筑①部仰拱及隧底填充⑦，仰拱及隧底填充应分次施作；
10)待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性浇筑I部衬砌，拱墙衬砌一次施作。
优选的，台阶法开挖的施工工艺中IV级围岩较好段采用上、下台阶法开挖，台阶长度为30～80m，开挖采用人工风钻打眼，光面弱爆破，机械出碴；
IV级围岩上台阶开挖当围岩结构破碎时，每循环开挖进尺为0.8～1.6m，当围岩结构整体性较好时，每循环开挖进尺为1.6m，且不得不超过2m，下台阶开挖循环进尺宜与上部断面相同，下台阶分为左、右两部开挖，IV围岩仰拱距离掌子面不得大于50m，二衬距离掌子面不得大于90m。
优选的，人行、车行横通道开挖的施工工艺，开挖采用人工风钻打眼，爆破采用光面爆破，人行、车行横通道采用人工扒碴，手推车或1t小翻斗车运输倒运，再用大车装运；人行横通道与既有隧道快贯通时，先做好既有隧道防护，采用弱爆破或人工风镐开挖，最后人工按横通道轮廓凿除既有隧道衬砌。
优选的，台阶法钻爆施工工艺采用塑料导爆管、毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用7段别毫秒雷管，引爆采用火雷管；炸药采用2#岩石硝铵炸药或乳化炸药。
优选的，台阶法钻爆施工步骤为测量、定位开眼、钻孔、装药、堵塞，其中Ⅳ、Ⅴ类围岩爆破采用光面爆破开挖，爆破孔径
Figure BDA0002306866190000031
孔深1.5m；斜孔掏槽，掏槽孔1.5m，孔底间距0.4m，孔口间距1.6m，药卷直径
Figure BDA0002306866190000032
塌落孔孔距1.0m，排距1.0m，药卷直径
Figure BDA0002306866190000033
周边孔孔距0.45m，抵抗线0.7m，孔间采用非电毫秒雷管，电磁雷管引爆，炸药采用2#岩石硝铵炸药。
优选的，全断面钻爆施工步骤如下：
(1)测量放样布眼中线、水平控制点布设：在施工中设置控制点，中线施工控制点在直线地段每10米设一个，曲线地段每5米设一个，中线控制点应设在拱顶处，水平施工控制点每10米设一个；中线、水平基点布设：距开挖面每50米埋设一个中线桩，每100米设一个临时水准点；钻眼前定出开挖断面中线、水平线，准确绘出开挖断面轮廓线，并标出炮眼位置，经检查合格后方可钻眼；
(2)定位开眼采用人工搭建施工平台配多台风动凿岩机钻眼，其轴线与隧道要保持平行，就位后按炮眼布置图正对钻孔；
(3)钻眼按照不同孔位，将钻工定点定位，确保周边眼有准确的外插角，使两茬炮交界处台阶不大于15cm，同时，根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，保证炮眼底在同一平面上；
(4)清孔及成孔检查装药前，用高压风、水将炮眼内泥浆、石屑吹洗干净；
(5)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”，要定人、定位、定段别，所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm；
(6)联结起爆网路起爆网路为复式网路，引爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处。
优选的，出渣需要在爆破后机械通风30min后，确定烟尘浓度符合要求后，施工人员和施工机械进洞出碴；
出渣方式采用无轨运输，采用CAT320B挖掘机配合ZL50C侧铲装载机装碴，10t自卸汽车运输；出碴完毕后，用挖掘机处理工作面，清除掌子面下部残渣，为下一循环的开挖创造条件。
优选的，隧道通风在隧道进、出口各设置1座空压机房，配置8台22m3/min电动空压机，为隧道左、右线施工供风；隧道开挖面工作风压不小于0.5MPa，高压风管采用
Figure BDA0002306866190000051
风管，设在边墙底脚处，管子下面采用托架将其托起，托架固定在底脚的边墙上；
通风按两个阶段划分：第一阶段左右线进出口均采用压入式通风，第二阶段左线和右线隧道采用巷道式通风。
因此，本发明采用上述一种隧道洞身开挖施工工艺，减小了对周边围岩扰动，施工工序少，提高了施工功效，保证了施工作业时人员及设备安全。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种隧道洞身开挖施工工艺中环形开挖预留核心土法施工的示意图；
图2是本发明一种隧道洞身开挖施工工艺中环形开挖预留核心土法施工的纵断面示意图；
图3是本发明一种隧道洞身开挖施工工艺中环形开挖预留核心土法施工的平面图；
图4是本发明一种隧道洞身开挖施工工艺中台阶法施工的示意图；
图5是本发明一种隧道洞身开挖施工工艺中台阶法施工的截面图；
图6是本发明一种隧道洞身开挖施工工艺中上下台阶法开挖炮孔示意图；
图7是本发明一种隧道洞身开挖施工工艺中全断面钻爆开挖炮孔示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
如图1-7所示，一种隧道洞身开挖施工工艺，主洞开挖施工步骤循环为：测量放样→超前支护→钻孔→爆破→出碴→找顶、修整→初喷→打锚杆→挂网→安装钢拱架→复喷→检查验收进入下一循环。
一、环形开挖预留核心土法适用于Ⅳ、Ⅴ级围岩浅埋、偏压、断层破碎带以及中强风化岩层和软弱破碎岩层。
(1)施工程序
施工程序：超前地质预报→测量放线→拱部超前支护→上部环行开挖、出碴、支护→中部开挖、出碴、支护→下部开挖、出碴、支护→仰拱开挖、出碴、支护→仰拱混凝土施工→填充施工→下一循环。
施工时左、右洞掌子面施工距离应错开40m以上，小净距短隧道尽可能在先行开挖洞室贯通后，再开挖另一洞室。
(2)施工工序
1)利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。
2)弱爆破分部开挖①部。
3)分部施作①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝士，架立钢架，施作锁脚钢管，并及时喷5～8cm混凝土封闭掌子面。
4)钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
5)在滞后于①部一段距离后，弱爆破分台阶开挖②、③部，左右交错开挖。
6)导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，施作钢架，并设锁脚钢管，并及时喷5～8cm混凝士封闭掌子面。
7)钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
8)分台阶开挖核心土④部。
9)灌筑①部仰拱及隧底填充⑦(仰拱及隧底填充应分次施作)。
10)根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性浇筑I部衬砌(拱墙衬砌一次施作)。
(3)施工注意事项
1)隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勘量测”的原则。
2)开挖方式均采用弱爆破或人工开挖。爆破时严格控制炮眼深度及装药量。
3)导坑开挖孔径及台阶高度可根据施工机具、人员等安排进行适当调整。
4)工序变化处钢架应设锁脚钢管，以确保钢架基础稳定。
5)钢架之间纵向连接钢筋应及时施做并连接牢固。
6)各步开挖循环进尺0.6-1.2m，预留核心土的长度在4-6m为宜。上台阶核心土高度应满足拱部系统锚杆施做的空间条件等其他后续工序的施工要求。
7)应注意开挖过程中初期支护结构及核心土的稳定性，必要时应利用核心土体加设全断面环形临时支撑。
8)复合式衬砌段在施工时，须按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，根据监控量测的结果进行分析，确定灌注二次衬砌的时机及调整支护参数。
二、台阶法适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩中、强风化深埋、硬质岩层。
(1)IV级围岩较好段采用上、下台阶法开挖，台阶长度根据围岩和监控量测情况控制在30～80m。开挖采用人工风钻打眼，光面弱爆破，机械出碴。
(2)IV级围岩上台阶开挖当围岩结构破碎时，每循环开挖进尺为0.8～1.6m，当围岩结构整体性较好时，每循环开挖进尺为1.6m，且不得不超过2m。下台阶开挖循环进尺宜与上部断面相同，下台阶可根据洞内运输需要，分为左、右两部开挖。IV围岩仰拱距离掌子面不得大于50m，二衬距离掌子面不得大于90m。
(3)下台阶施工要在上台阶强度达到70％才可施工；下台阶施工时为防止拱架悬空而发生冒顶事故，严禁左右两边墙同时施工。
三、隧道的Ⅲ级围岩部分采用全断面光面爆破的方法掘进；围岩多为玄武岩，完整或较完整，围岩稳定。隧道区地表水不发育，地下水主要为风化带网状孔隙裂隙水和基岩裂隙水，多呈潮湿或点滴状出水，无溶岩、涌水等不良地质。
开挖支护按新奥法原理组织施工。根据设计及现场施工实际条件，本隧道Ⅲ级围岩部分采用全断面光面爆破的方法掘进。开挖施工采用YZ28型气腿式凿岩机配合自制开挖台车钻爆开挖。
四、人行、车行横通道开挖在主洞上、下台阶开挖支护完成后进行，按全断面开挖施工。开挖采用人工风钻打眼，爆破采用光面爆破。人行、车行横通道采用人工扒碴，手推车或1t小翻斗车运输倒运，再用大车装运。人行横通道与既有隧道快贯通时，先做好既有隧道防护，采用弱爆破或人工风镐开挖，最后人工按横通道轮廓凿除既有隧道衬砌。开挖过程中尽量减少对既有隧道衬砌的影响，采取严格的安全措施，确保既有隧道和行车安全。
五、台阶法钻爆施工
(1)钻爆设计
1)设计原则
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，减轻对围岩的振动破坏，雄关隧道采用微振控制爆破技术，实施全断面光面爆破，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。本隧道爆破设计遵守以下原则：
①炮孔布置要适合机械钻孔。
②提高炸药能量利用率，以减少炸药用量。
③减少对围岩的破坏，周边采用光面爆破，控制好开挖轮廓。对于Ⅴ、Ⅳ级围岩，考虑开挖线内的预留量，爆破后，机械凿除至开挖轮廓线。
④控制好起爆顺序，提高爆破效果。
⑤在保证安全前提下，尽可能提高掘进速度，缩短工期。
2)爆破器材选用
采用塑料导爆管、毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用7段别毫秒雷管，引爆采用火雷管。
炸药采用2#岩石硝铵炸药或乳化炸药(有水地段)，选用
Figure BDA0002306866190000091
二种规格，其中
Figure BDA0002306866190000092
为周边眼使用的光爆药卷，
Figure BDA0002306866190000093
为掘进眼使用药卷。
3)Ⅳ、Ⅴ类围岩爆破设计
①上下台阶法开挖爆破炮眼布置
上下台阶法开挖炮孔布置示意图
②爆破参数选择
隧道采用光面爆破开挖，爆破孔径
Figure BDA0002306866190000094
孔深1.5m；斜孔掏槽，掏槽孔1.5m，孔底间距0.4m，孔口间距1.6m，药卷直径
Figure BDA0002306866190000101
塌落孔孔距1.0m，排距1.0m，药卷直径
Figure BDA0002306866190000102
周边孔孔距0.45m，抵抗线0.7m。孔间采用非电毫秒雷管，电磁雷管引爆，炸药采用2#岩石硝铵炸药。
③爆破技术参数
施工过程中，需根据实际情况对爆破参数进行复核，根据实际情况修正爆破参数。
4)钻爆作业
采用钻孔台车配YT-28手持式风动凿岩机钻孔，人工装药起爆。
①测量
测量是控制开挖轮廓精确度的关键。采用隧道断面激光测量仪进行断面和炮孔划线。每循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置。
②定位开眼
采用钻孔台车钻眼时，台车与隧道走向保持平行，台车就位后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3～5cm以内。同时，开挖前必须按设计方案布眼，包括眼距，开挖轮廓，钻眼深度。
③钻孔
钻工要熟悉炮眼布置图，并认真复核现场放样情况，特别是钻周边眼，一定要经验丰富。钻孔时严格按照炮孔布置图正确对孔，以确保爆破质量。周边孔外插角1°～2°，炮孔相互平行，周边孔在断面轮廓线上开孔(在Ⅴ、Ⅳ级围岩地段，周边孔在断面轮廓线内5～10cm处开孔)，周边孔对孔误差环向不大于5cm。掏槽孔对孔误差不大于3cm，其它炮孔开眼误差不大于10cm。在钻眼过程中，应根据岩孔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。
④装药
钻完孔后，用高压风吹孔，经检查合格后装药。装药分片分组负责，自上而下严格按爆破设计规定的装药量、雷管段号“对号入座”。爆破网路连接、检查及起爆，按照爆破设计要求和《爆破安全规程》执行。
⑤堵塞
所有装药的炮眼均堵塞炮泥，堵塞长度不小于40cm。
⑥瞎炮处理
发现瞎炮，应首先查明原因，如果是孔外的导爆管损坏引起的瞎炮，则切去损坏部分重新连接导爆管即可，但此时的接头应尽量靠近炮眼，如因孔内导爆管损坏或其本身存在问题造成瞎炮，则应参照《爆破安全规程》有关条款处理。
2、全断面钻爆施工
开挖炮眼布置图
(1)测量放样布眼
中线、水平控制点布设：为便于检查开挖断面的尺寸及形状，在施工中设置控制点。中线施工控制点在直线地段每10米设一个，曲线地段每5米设一个，中线控制点应设在拱顶处，水平施工控制点每10米设一个。
中线、水平基点布设：距开挖面每50米埋设一个中线桩，每100米设一个临时水准点。
钻眼前定出开挖断面中线、水平线，用红油漆准确绘出开挖断面轮廓线，并标出炮眼位置，经检查合格后方可钻眼。
(2)定位开眼
采用人工搭建施工平台配多台风动凿岩机钻眼，其轴线与隧道要保持平行。就位后按炮眼布置图正对钻孔。对于掏槽眼和周边边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差控制在5cm内。
(3)钻眼
按照不同孔位，将钻工定点定位。钻工需熟悉炮眼布置图，能熟练的操作凿岩机械，特别是钻周边眼，要由有较丰富经验的老钻工开钻，有专人指挥，确保周边眼有准确的外插角，使两茬炮交界处台阶不大于15cm。同时，根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，保证炮眼底在同一平面上。
施工时控制好炮眼的角度、深度、密度，使之符合设计要求，是保证光爆质量的关键之一，为此，需符合下列精度要求：
①掏槽眼：眼口间距误差和眼底间距误差不大于5cm。
②辅助眼：眼口排距、行距误差均不大于5cm。
③周边眼：沿隧道设计断面轮廓线上的间距误差不大于5cm；眼底不超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm；眼深误差不宜大于100mm。
④内圈炮眼至周边眼的排距误差不大于5cm，炮眼深度超过2.5m时，内圈炮眼与周边眼宜采用相同的斜率。
⑤当开挖面凹凸较大时，按实际情况调整炮眼深度，并相应调整药量，力求除掏槽眼外的所有炮眼底在同一垂直面上。
(4)清孔及成孔检查
钻眼完成后，严格成孔检查。按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后才能装药爆破；装药前，用高压风、水将炮眼内泥浆、石屑吹洗干净。
(5)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”，要定人、定位、定段别，不得乱装药。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm。
(6)联结起爆网路
按设计的联结网络实施。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：导爆索的连接方向和联结点的牢固性；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。
(7)引爆
非点炮人员撤离安全区后才能引爆。爆破后，如有瞎炮，进行专门处理，并及时检查厚度光爆效果，分析原因，调整爆破设计。
六、出渣
爆破后机械通风30min后，确定烟尘浓度符合要求后，方可允许施工人员和施工机械进洞出碴。
出渣方式采用无轨运输，采用CAT320B挖掘机配合ZL50C侧铲装载机装碴，10t自卸汽车运输。出碴完毕后，用挖掘机处理工作面，清除掌子面下部残渣，为下一循环的开挖创造条件。
洞内出碴根据区间土石方调配方案和路基填筑进度，可用于路基填料，多余的洞碴运送至骨料场制作砂石料。
七、超、欠挖控制
1.当岩层完整、岩石抗压强度大于30MPa并确认不影响衬砌结构和强度时，允许岩石个别突出部分(每1㎡内不易大于0.1㎡)欠挖，但其隆起量不得大于50mm。
2.超挖部分要用同等级砼回填密实，防止空洞；不得使用其他材料填充。
3.局部欠挖时，采用机械配合人工、风镐进行修正，确保开挖面的圆顺，然后再进行下道工序。
4.拱脚、墙脚以上1m范围内断面严禁欠挖。
八、隧道通风
在隧道进、出口各设置1座空压机房，配置8台22m3/min电动空压机，为竹园隧道左、右线施工供风；隧道开挖面工作风压不小于0.5MPa。高压风管采用
Figure BDA0002306866190000141
风管，设在边墙底脚处，管子下面采用托架将其托起，托架固定在底脚的边墙上。随着洞子的延伸，高压风管分段接至工作面附近，出风口至掌子面距离L＝20m，在管端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。
竹园隧道全长3795m，独头通风最远距离根据实际情况设计为1893m，通风按两个阶段划分：第一阶段左右线进出口均采用压入式通风，第二阶段左线和右线隧道采用巷道式通风。
(1)第一阶段
隧道进口第一个车行横通道及出口第一个车行横道贯通前，左右线隧道进出口均采用压入式通风，即在隧道进出口距洞口大于30m的位置布置1台轴流风机进行压入式通风。
(2)第二阶段
隧道进口第一车行横道及出口第一车行横道贯通后，采用巷道式通风，右洞为进风巷，左洞为回风巷。在右线洞口设置3台射流风机，在隧道右线进出口距车行横通道20～30m的位置设置2台轴流风机对右线和左线进行压入式通风，并在左右线隧道横通道位置增设1台φ90射风机使得隧道右线的污浊空气从左线排出，在左线洞口位置设置2台射流风机将污浊空气排出洞外，并在左右线隧道瓦斯易聚集区设置局扇。
a风量计算
两洞采用咸阳隧道轴流风机
型号：SDDY-1NO15
流量：120000～170000m3/h(2000～2833m3/min)
配用电机：2×55kW
介质温度：40℃
全压：2800Pa～1900Pa
转速：960r/min
风管直径1.2m
以出口端压入式通风进行计算，据此进行通风计算，计算距离取1893m。工作面分别按工作人数、最小风速、一次爆破的炮烟、内燃机总功率计算，取最大值为控制。
1、按洞内同时工作的最多人数计算
Q＝q·m·K
式中q—每人每分钟所需的新鲜空气，3m3/min；
m—洞内同时工作的最多人数，按72人计；
K—风量备用系数1.10～1.15
Q＝mqk＝1.1*72*3＝237.6m3/min
2、按同时爆破的最多炸药量计算
压入式通风计算
Figure BDA0002306866190000161
式中A—同时爆破的炸药量，167.8kg；
S—巷(隧)道净断面面积，采用台阶开挖法，60.19m2；
L—巷(隧)道长度，取1893m；
t—爆破后的通风时间30min。
Figure BDA0002306866190000162
3、按隧道内最小风速计算
Q＝60·s·v
式中s—最大断面积，按60.19m2计；
v—允许最小风速，不小于0.25m/s；
Q＝60×60.19×0.25＝902.85
4、按内燃机械作业废弃稀释的需要计算
Figure BDA0002306866190000163
采用无轨运输，洞内内燃设备配置较多，废气排放量较大，供风量应足够将内燃设备所排放的废气全面稀释和排出，使有害气体降至允许浓度以下，计算可按下式计算：
式中：K—为功率通风计算系数，我国暂行规定为2.8～3.0m3/min，取3.0m3/min
Ni—为各台柴油机械设备的功率
Ti—利用率系数，挖掘机取0.6，装载机取0.52，运碴汽车取0.54
按照施工安排工作面投入的内燃机械主要有：装载机2台，挖掘机2台，自卸汽车3台，装载机功率为115KW/台，挖掘机功率为110KW/台，汽车功率为55KW/台。
Q＝(0.52*2*115+0.6*2*110+0.54*3*55)*3＝1022.1m3/min
5、隧道正洞风管漏风损失修正风量
洞外风机通过通风管为工作面供风，通风计算取最大通风长度L＝1893m。风管百米漏风系数β为2％，风机所需风量为Q机为：
B＝L/100＝1893/100＝18.93≈19
A＝(1-β)B＝(1-0.02)12＝0.79
Q机＝Q需/A＝902.25/0.79＝1142.09m3/min
取其最大值(爆破时最大用风量)作为风机选择标准：Q＝2487.42m3/min。
b风压计算
为了保证把足够的风量送到工作面，并在出风口保持一定的风速，要求通风机具有一定的风力(风压)，使其足以克服沿途的风阻。通风机应具备的风压为：
h机≥h总阻
h总阻＝∑h摩+∑h局+∑h正
式中h机—通风机具有的风压，Pa；
h总阻—风流所受到的总阻力，Pa；
h摩—沿途阻力，Pa，气流经过管道是，管道周壁与风流相互摩擦以及风流空气分子间的扰动和摩擦而产生的阻力，按下式计算：
Figure BDA0002306866190000171
α—风道摩擦阻力系数，N·s2/m4，与风道材料性质、表面粗糙程度有关，可在有关施工、设计手册中查到本设计取根据经验取0.00013；
L—风道长度，m；
U—风道周长，m；
S—风道断面面积，m2；
Q—风道流量，m3/s；
h局—气流经过风管的断面变化、拐弯、分岔等处时，由于风速或方向发生突然变化而导致风流本身产生剧烈的冲击而产生的阻风流阻力，可按下式计算：
Figure BDA0002306866190000181
ξ—局部阻力系数，N·s2/m4，可在有关手册中查得；
h正—仅在巷道式通风时考虑。
Figure BDA0002306866190000182
Figure BDA0002306866190000183
h总阻＝1107.47+494.32＝1601.79Pa
所以h机＝1900Pa-2800Pa≥h总阻＝1601.79Pa
所以采用SDDY-1NO15型轴流式通风机能够满足施工需要。
因此，本发明采用上述一种隧道洞身开挖施工工艺，减小了对周边围岩扰动，施工工序少，提高了施工功效，保证了施工作业时人员及设备安全。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种隧道洞身开挖施工工艺，其特征在于，主洞开挖施工步骤循环为：测量放样，超前支护，钻孔，爆破，出碴，找顶、修整，初喷，打锚杆，挂网，安装钢拱架，复喷，检查验收进入下一循环；
Ⅳ、Ⅴ级围岩浅埋、偏压、断层破碎带以及中强风化岩层和软弱破碎岩层采用环形开挖预留核心土法；Ⅲ、Ⅳ级围岩中、强风化深埋、硬质岩层采用台阶法；Ⅲ级围岩部分采用全断面光面爆破的方法掘进，开挖支护按新奥法原理组织施工，开挖施工采用气腿式凿岩机配合开挖台车钻爆开挖；人行、车行横通道开挖在主洞上、下台阶开挖支护完成后进行，按全断面光面爆破的方法施工。
2.根据权利要求1所述的一种隧道洞身开挖施工工艺，其特征在于：环形开挖预留核心土法的施工程序为超前地质预报，测量放线，拱部超前支护，上部环行开挖、出碴、支护，中部开挖、出碴、支护，下部开挖、出碴、支护，仰拱开挖、出碴、支护，仰拱混凝土施工，填充施工，然后进入下一循环，施工时左、右洞掌子面施工距离错开40m以上，小净距短隧道在先行开挖洞室贯通后，再开挖另一洞室。
3.根据权利要求2所述的一种隧道洞身开挖施工工艺，其特征在于，环形开挖预留核心土法的施工工序为：
1)利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护；
2)弱爆破分部开挖①部；
3)分部施作①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝士，架立钢架，施作锁脚钢管，并及时喷5～8cm混凝土封闭掌子面；
4)钻设系统锚杆后复喷混凝土；
5)在滞后于①部后，弱爆破分台阶开挖②、③部，左右交错开挖；
6)导坑周边初喷4cm厚混凝土，施作钢架，并设锁脚钢管，并及时喷5～8cm混凝士封闭掌子面；
7)钻设系统锚杆后复喷混凝土；
8)分台阶开挖核心土④部；
9)灌筑①部仰拱及隧底填充⑦，仰拱及隧底填充应分次施作；
10)待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性浇筑I部衬砌，拱墙衬砌一次施作。
4.根据权利要求1所述的一种隧道洞身开挖施工工艺，其特征在于：台阶法开挖的施工工艺中IV级围岩较好段采用上、下台阶法开挖，台阶长度为30～80m，开挖采用人工风钻打眼，光面弱爆破，机械出碴；
IV级围岩上台阶开挖当围岩结构破碎时，每循环开挖进尺为0.8～1.6m，当围岩结构整体性较好时，每循环开挖进尺为1.6m，且不得不超过2m，下台阶开挖循环进尺宜与上部断面相同，下台阶分为左、右两部开挖，IV围岩仰拱距离掌子面不得大于50m，二衬距离掌子面不得大于90m。
5.根据权利要求1所述的一种隧道洞身开挖施工工艺，其特征在于：人行、车行横通道开挖的施工工艺，开挖采用人工风钻打眼，爆破采用光面爆破，人行、车行横通道采用人工扒碴，手推车或1t小翻斗车运输倒运，再用大车装运；人行横通道与既有隧道快贯通时，先做好既有隧道防护，采用弱爆破或人工风镐开挖，最后人工按横通道轮廓凿除既有隧道衬砌。
6.根据权利要求1所述的一种隧道洞身开挖施工工艺，其特征在于：台阶法钻爆施工工艺采用塑料导爆管、毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用7段别毫秒雷管，引爆采用火雷管；炸药采用2#岩石硝铵炸药或乳化炸药。
7.根据权利要求1所述的一种隧道洞身开挖施工工艺，其特征在于：台阶法钻爆施工步骤为测量、定位开眼、钻孔、装药、堵塞，其中Ⅳ、Ⅴ类围岩爆破采用光面爆破开挖，爆破孔径
Figure FDA0002306866180000031
孔深1.5m；斜孔掏槽，掏槽孔1.5m，孔底间距0.4m，孔口间距1.6m，药卷直径
Figure FDA0002306866180000032
塌落孔孔距1.0m，排距1.0m，药卷直径
Figure FDA0002306866180000033
周边孔孔距0.45m，抵抗线0.7m，孔间采用非电毫秒雷管，电磁雷管引爆，炸药采用2#岩石硝铵炸药。
8.根据权利要求1所述的一种隧道洞身开挖施工工艺，其特征在于，全断面钻爆施工步骤如下：
(1)测量放样布眼中线、水平控制点布设：在施工中设置控制点，中线施工控制点在直线地段每10米设一个，曲线地段每5米设一个，中线控制点应设在拱顶处，水平施工控制点每10米设一个；中线、水平基点布设：距开挖面每50米埋设一个中线桩，每100米设一个临时水准点；钻眼前定出开挖断面中线、水平线，准确绘出开挖断面轮廓线，并标出炮眼位置，经检查合格后方可钻眼；
(2)定位开眼采用人工搭建施工平台配多台风动凿岩机钻眼，其轴线与隧道要保持平行，就位后按炮眼布置图正对钻孔；
(3)钻眼按照不同孔位，将钻工定点定位，确保周边眼有准确的外插角，使两茬炮交界处台阶不大于15cm，同时，根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，保证炮眼底在同一平面上；
(4)清孔及成孔检查装药前，用高压风、水将炮眼内泥浆、石屑吹洗干净；
(5)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”，要定人、定位、定段别，所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm；
(6)联结起爆网路起爆网路为复式网路，引爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处。
9.根据权利要求1所述的一种隧道洞身开挖施工工艺，其特征在于：出渣需要在爆破后机械通风30min后，确定烟尘浓度符合要求后，施工人员和施工机械进洞出碴；
出渣方式采用无轨运输，采用挖掘机配合侧铲装载机装碴，10t自卸汽车运输；出碴完毕后，用挖掘机处理工作面，清除掌子面下部残渣，为下一循环的开挖创造条件。
10.根据权利要求1所述的一种隧道洞身开挖施工工艺，其特征在于：隧道通风在隧道进、出口各设置1座空压机房，配置8台22m3/min电动空压机，为隧道左、右线施工供风；隧道开挖面工作风压不小于0.5MPa，高压风管采用
Figure FDA0002306866180000041
风管，设在边墙底脚处，管子下面采用托架将其托起，托架固定在底脚的边墙上；
通风按两个阶段划分：第一阶段左右线进出口均采用压入式通风，第二阶段左线和右线隧道采用巷道式通风。
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