高地應力條件下隧道開挖施工方案

1、高地應力隧道開挖施工方案高地應力隧道開挖施工方案鐵工1204班第二組一、一、高地應力地質(zhì)特點高地應力地質(zhì)特點1、圍巖產(chǎn)生巖爆 2、圍巖收斂變形大 3、圍巖軟夾層易擠出4、圍巖鉆孔出現(xiàn)餅狀巖芯 5、開挖時候沒有滲水現(xiàn)象 6、開挖時候有瓦斯突出7、水平初始應力分量大大超過其上覆蓋層的巖體的重量8、圍巖距離隧道掌子面遠近不同9、隧道中掌子面開挖暴露時間長短不同，圍巖發(fā)生巖爆頻數(shù)不同二、二、高地應力地質(zhì)隧道施工的難高地應力地質(zhì)隧道施工的難點與重點。點與重點。 高地應力地質(zhì)環(huán)境的隧道施工開挖過程中，有很多的難點和重點。例如，構(gòu)造應力引起的具有破壞性的擠壓變形，在軟巖變形區(qū)域，一般形變較大，需要二次襯砌；

2、高地應力區(qū)域容易發(fā)生塌方和巖爆，在施工過程中困難較大，是施工開挖過程主要克服的重難點。 巖爆：也稱沖擊地壓，它是一種巖體中聚積的彈性變形勢能在一定條件下的突然猛烈釋放，導致巖石爆裂并彈射出來的現(xiàn)象。深埋地下工程在施工過程中常見的動力破壞現(xiàn)象，當巖體中聚積的高彈性應變能大于巖石破壞所消耗的能量時，破壞了巖體結(jié)構(gòu)的平衡，多余的能量導致巖石爆裂，使巖石碎片從巖體中剝離、崩出。 巖爆往往造成開挖工作面的嚴重破壞、設(shè)備損壞和人員傷亡，已成為巖石地下工程和巖石力學領(lǐng)域的世界性難題。（一）巖爆的預測及施工措施 地質(zhì)預報：當隧道埋深較大時，每一開挖循環(huán)結(jié)束后，進行一次地質(zhì)調(diào)查，繪制開挖工作面的地質(zhì)素描圖和地質(zhì)

3、展示圖，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，進行地質(zhì)預報。 巖體二次應力場現(xiàn)場測試：采用鉆孔應力解除和應力恢復測試方法，分段對洞壁及掌子面現(xiàn)場測定圍巖表層巖體二次應力場。同時進行現(xiàn)場巖石點荷載強度試驗，利用洞壁切向應力洞壁巖石單軸抗壓強度Rb來預報巖爆和判定等級高地應力區(qū)域隧道施工 施工措施：施工支護和安全防護： 增設(shè)臨時防護設(shè)施，對靠近開挖工作面，易發(fā)生巖爆區(qū)段的主要施工機械安裝防護網(wǎng)和防護棚架，施工人員配發(fā)鋼盔和防彈背心，掌子面加掛鋼絲網(wǎng)。 根據(jù)地質(zhì)預報和現(xiàn)場測試結(jié)果分析，對可能發(fā)生巖爆地段噴鋼纖維砼，鋼纖維摻量5%左右，噴層厚度810cm，對于輕微光爆可能效預防，以確保表層能夠承受較大變形而不改開裂。 調(diào)

4、整圍巖加應力狀態(tài)，消除或減輕巖爆： 噴灑高壓水：爆破后立即向工作面及附近洞壁巖體噴灑高壓水，噴灑范圍延長到離工作面100m處，施作錨桿時，再利用錨桿孔向巖體深處洼水，以增強巖體的塑性，減弱巖體的脆性，經(jīng)常保持巖體的潮濕狀態(tài)，可降低巖爆的強烈程度。 超前應力解除：在強烈?guī)r爆區(qū)，可在隧道兩側(cè)拱腳附近打地應力釋放孔，孔深3.0m，間距0.51.0m，拱部則以010的仰角打超前應力釋放孔，孔徑42mm以上，孔深根據(jù)鉆機性能，盡可能加深，使前方拱部圍巖的高地應力提前釋放。 使用巖臺車施工時，在掌子面周邊拱線處鉆兩排4.5m5m深的炮眼，炮眼間距50cm，外插用30度左右，間隔裝藥，引爆后在拱部23m以上

5、的巖體內(nèi)部形成一個爆破松動圈，截斷巖體內(nèi)部應力的集中，使巖體本身形成一個保護層。軟巖變形的預測及施工措施： 高地應力區(qū)段的隧道圍巖類別較低時，易發(fā)生塌方及軟巖塑性大變形等變形破裂現(xiàn)象，可建立一套圍巖變形跟蹤監(jiān)測系統(tǒng)，來了解和判定圍巖是否有大變形現(xiàn)象，這個系統(tǒng)由長度分別為3.5m、3m、2m、1m、0.2m、3.5m元根22的鋼筋簡易位移傳遞桿組成，鋼筋用錨固劑固結(jié)在孔底。 由于離開挖洞越高，其變形越小，較3.5m傳遞桿或視為座標桿，通過定時測量它與其他不同深度的傳遞桿間的相對位移，可以得到圍巖不同深度的經(jīng)向位移，再輔以其他常規(guī)量測平段得出的數(shù)據(jù)，作為判定圍巖是否發(fā)生變形的依據(jù)。措施： 在施工中

6、，除減輕爆破對圍巖的擾動，利用噴、錨網(wǎng)、鋼柵等強支護手段加強支護外，提前釋放應力，根據(jù)量測結(jié)果及時施作二次襯砌，并封閉成環(huán)，都有利于隧道的安全施工。三、三、高地應力地質(zhì)隧道施工流程高地應力地質(zhì)隧道施工流程和施工順序和施工順序（1）、施工原則： 1、早發(fā)現(xiàn)，便于及時作出對應措施和準備工作，在開挖面上鉆設(shè)超前密集小孔，或從開挖面向內(nèi)鉆孔和在一定深度內(nèi)爆破，在一定范圍內(nèi)形成破碎帶，降低洞室周圍圍巖的應力，釋放能量。 2、臨時性和永久性防護措施，在一定程度上對施工人員進行隔離，設(shè)計支護結(jié)構(gòu)，宜采用柔性支護。 3、設(shè)計中采取降落措施；切斷應力釋放槽，盡量避免因開挖引起應力集中。（2）、施工方法： 1、超

7、前地質(zhì)預報：1超前排孔。在隧道掌子面開挖地面以上1.5米位置，左右兩側(cè)各鉆一個孔，孔深56米，每兩個循環(huán)交替進，通過鉆探明前方圍巖地質(zhì)表現(xiàn)，可以幫助推斷高地應力的情況。2地質(zhì)素描。在開挖后對掌子面，左右邊墻揭示的圍巖產(chǎn)狀、巖性等進行描述繪圖，分析判斷前方1020米范圍圍巖情況。 2、超前支護加固：針對圍巖為水平巖層易產(chǎn)生塌方，拱部120度范圍設(shè)置砂漿超前錨桿，長度3.5米，環(huán)伺間距20米，縱伺間距2.5米，水平搭接長度不小于1.0米，外插角10度，超前錨桿配合鋼架使用，超前錨桿置于鋼架腹部與鋼架共同受力，可有效遏制拱頂坍塌。 3、高地應力開挖。開挖采用短進尺，弱爆破，選用“三臺階五部開挖法”上

8、臺階35米，中臺階68米，下臺階68米，中下臺階開挖時左右錨開12米，三臺階縱長度控制在1.51.8米，四級圍巖每循環(huán)進尺控制在23米，開挖采用減振光面爆破，根據(jù)圍巖情況和爆破效果及時調(diào)整爆破參數(shù)，裝藥量在0.50.65千克/每立方，不耦合系數(shù)不小于2.0，采用小藥卷，條件允許下，先行開挖導坑提前釋放應力，斷面3.02.5米。4、系統(tǒng)支護加固1初噴混凝土：開挖后，巖體要經(jīng)過1小時左右方產(chǎn)生坍塌掉塊，鉆爆完畢后，及時初噴4cm厚C20混凝土封閉圍巖，增強圍巖的自穩(wěn)能力。2錨桿、鋼筋網(wǎng)：出渣完畢及時施作初期支護，拱部、邊墻均設(shè)置。3砂漿錨桿，長2.5米，間距1.00.6米，同時安裝8號鋼筋網(wǎng)片，間

9、距20cm20cm，鋼筋網(wǎng)片密貼初噴混凝土面，并用定位錨桿進行固定。4鋼架:全環(huán)安裝18號工字鋼架，安裝鋼筋前，清除底腳虛渣及雜物，超挖部分必須采用同等級混凝土固填，及早封閉成環(huán)，施工過程中，工字鋼作用效果較好，有效遏制圍巖變形，鋼架架設(shè)完畢，及時噴20cm厚C20混凝土。四、四、高地應力地質(zhì)隧道施工階段高地應力地質(zhì)隧道施工階段劃分劃分（一）圍巖巖爆性質(zhì)預測階段： 、地質(zhì)預報：當隧道埋深較大時，每一開挖循環(huán)結(jié)束后，進行一次地質(zhì)調(diào)查，繪制開挖工作面的地質(zhì)素描圖和地質(zhì)展示圖，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，進行地質(zhì)預報。 、巖體二次應力場現(xiàn)場測試：采用鉆孔應力解除和應力恢復測試方法，分段對洞壁及掌子面現(xiàn)場測定圍

10、巖表層巖體二次應力場。同時進行現(xiàn)場巖石點荷載強度試驗，利用洞壁切向應力洞壁巖石單軸抗壓強度Rb來預報巖爆和判定等級。（2）施工爆破階段： 1）、施工支護和安全防護： 增設(shè)臨時防護設(shè)施，對靠近開挖工作面，易發(fā)生巖爆區(qū)段的主要施工機械安裝防護網(wǎng)和防護棚架，施工人員配發(fā)鋼盔和防彈背心，掌子面加掛鋼絲網(wǎng)。 根據(jù)地質(zhì)預報和現(xiàn)場測試結(jié)果分析，對可能發(fā)生巖爆地段噴鋼纖維砼，鋼纖維摻量5%左右，噴層厚度810cm，對于輕微光爆可能效預防，以確保表層能夠承受較大變形而不改開裂。 對于中等巖爆地段，采用錨桿加固巖體，同時改變洞壁巖體的應力狀態(tài)，改變巖爆的觸發(fā)條件，控制巖爆發(fā)生的前兩階段的發(fā)展，從而防止巖爆的發(fā)生。

11、錨桿施作應及時，長度為2.5m左右，間距視現(xiàn)場民政部而定，在中等和強烈?guī)r爆區(qū)，除了安裝系統(tǒng)錨桿外，再配合網(wǎng)噴或噴鋼纖維砼等綜合防治手段，以控制巖爆的強烈程度，當巖爆特別嚴重時，增加鋼拱架支護，拱架之間用22鋼筋焊連并焊接到錨桿外露外露端上。 2）、調(diào)整圍巖加應力狀態(tài)，消除或減輕巖爆： 噴灑高壓水：爆破后立即向工作面及附近洞壁巖體噴灑高壓水，噴灑范圍延長到離工作面100m處，施作錨桿時，再利用錨桿孔向巖體深處洼水，以增強巖體的塑性，減弱巖體的脆性，經(jīng)常保持巖體的潮濕狀態(tài)，可降低巖爆的強烈程度。超前應力解除：在強烈?guī)r爆區(qū)，可在隧道兩側(cè)拱腳附近打地應力釋放孔，孔深3.0m，間距0.51.0m，拱部則

12、以010的仰角打超前應力釋放孔，孔徑42mm以上，孔深根據(jù)鉆機性能，盡可能加深，使前方拱部圍巖的高地應力提前釋放。 使用巖臺車施工時，在掌子面周邊拱線處鉆兩排4.5m5m深的炮眼，炮眼間距50cm，外插用30度左右，間隔裝藥，引爆后在拱部23m以上的巖體內(nèi)部形成一個爆破松動圈，截斷巖體內(nèi)部應力的集中，使巖體本身形成一個保護層。3）、根據(jù)巖爆穩(wěn)定，大多數(shù)隧道斷面都形成了一種不規(guī)則的梯形，因此，將隧道洞室直接開挖成不規(guī)則梯形的斷面開頭，也有得于防止巖爆。另外，采用線孔爆破，減少一次裝藥量，拉大不同部位的炮眼的管段信間隔，從而延長爆破時間，減少爆破動應力聲的疊加，降低巖爆的頻率和強度襯砌工作緊跟開挖

13、工序，減少巖層暴露時間，有利于減少巖爆的發(fā)生。（3）、圍巖軟巖變形的預測及維護階段： 高地應力區(qū)段的隧道圍巖類別較低時，易發(fā)生塌方及軟巖塑性大變形等變形破裂現(xiàn)象，可建立一套圍巖變形跟蹤監(jiān)測系統(tǒng)，來了解和判定圍巖是否有大變形現(xiàn)象，這個系統(tǒng)由長度分別為3.5m、3m、2m、1m、0.2m、3.5m元根22的鋼筋簡易位移傳遞桿組成，鋼筋用錨固劑固結(jié)在孔底。由于離開挖洞越高，其變形越小，較3.5m傳遞桿或視為座標桿，通過定時測量它與其他不同深度的傳遞桿間的相對位移，可以得到圍巖不同深度的經(jīng)向位移，再輔以其他常規(guī)量測平段得出的數(shù)據(jù)，作為判定圍巖是否發(fā)生變形的依據(jù)。 在施工中，除減輕爆破對圍巖的擾動，利用

14、噴、錨網(wǎng)、鋼柵等強支護手段加強支護外，提前釋放應力，根據(jù)量測結(jié)果及時施作二次襯砌，并封閉成環(huán)，都有利于隧道的安全施工。五、五、高地應力地質(zhì)隧道施工方法高地應力地質(zhì)隧道施工方法及施工機械及施工機械 隧道施工開挖方法采用“五臺階三部開挖法”，開挖爆破采用減振光面爆破法。施工開挖過程中采用的機械主要是鑿巖臺車、噴錨臺車。 鑿巖臺車鑿巖臺車由鉆臂、推進器、底盤、臺車架、穩(wěn)車機構(gòu)、風水系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)等部分組成1-動力系統(tǒng)；2-底盤；3-臺車架；4-鑿巖機；5-鉆臂；6-推進器；7-穩(wěn)車機構(gòu) 錨桿臺車錨桿臺車是在隧道施工中用于圍巖支護的專用設(shè)備。在需要錨桿支護的地方用錨桿臺車進行鉆孔、注漿、插入

15、錨桿，全套工序均由錨桿臺車完成，如圖所示為錨桿臺車示意圖。錨桿臺車由臺車底盤、大臂、錨桿機頭等組成。 混凝土噴射機混凝土噴射機 射混凝土有干噴和濕噴兩種方式。干噴是先用攪拌機將骨料和水泥干拌均勻，投入噴射機料斗，同時加入速凝劑，用壓縮空氣將混合料輸送到噴頭，在噴頭處加水噴向巖面。濕噴是水加在攪拌機里，投入噴射機的是已拌好的成品混凝土，速凝劑在噴頭處加入。噴射機是噴混凝土的關(guān)鍵設(shè)備，分干式噴射機和濕式噴射機兩種 隧道襯砌模板臺車隧道襯砌模板臺車由一部臺車和數(shù)套鋼模板組成。模板以型鋼為骨架，上鋪鋼板形成外殼，并設(shè)有收攏機構(gòu)，通過安裝在臺車上的電動液壓裝置，進行立模與拆模作業(yè)。模板與臺車各自為獨立系

16、統(tǒng)，每段襯砌灌注混凝土完畢后，臺車可與模板脫離，襯砌混凝土由模板結(jié)構(gòu)支撐。臺車將后面另一段已灌混凝土可以拆模的模板收攏后，由電平車牽引，穿過安裝好的模板后，到達前方預灌注段進行立模作業(yè)。1-模板；2-臺車；3-托架；4-垂直油缸；5-側(cè)向油缸；6-液壓操縱臺；7-電動機；8-油箱；9-作業(yè)窗 全斷面隧道掘進機全斷面隧道掘進機是一種在巖層中挖掘隧道的機械。其特點是用機械法破碎切削巖石（刀頭直徑與開挖隧道的直徑大小一致，故稱全斷面開挖），挖掘與出渣同時進行。掘進機的直徑一般為21lm，最大可達15m。可挖掘的巖石硬度為巖石單軸抗壓強度20200MPa，最大近300MPa。六、六、高地應力地質(zhì)隧道質(zhì)

17、量驗收標高地應力地質(zhì)隧道質(zhì)量驗收標準與方法準與方法1、隧道門邊坡、仰坡開挖范圍及尺寸應符合 設(shè)計要求隧道門邊坡、仰坡開挖范圍及尺寸應符合設(shè)計要求。 檢驗數(shù)量：施工單位、監(jiān)理單位全驗。 檢驗方法：查對設(shè)計圖，觀察、尺量。 隧道門端墻、翼墻、擋土墻基底的地基承載力必須符合設(shè)計要求。 2、檢驗數(shù)量：施工單位每個洞口檢測不少于3處，當洞口處巖土體不均勻時應適當增加檢測點；監(jiān)理單位見證檢測不少于1處。 檢驗方法：施工單位采用靜力觸探試驗或標準貫入試驗檢測，必要時采用載荷試驗檢測；監(jiān)理單位檢查全部檢測報告并進行見證檢測。 3、 洞口工程砌筑所用砂漿的配合比應根據(jù)材料性能、砂漿的技術(shù)條件和設(shè)計要求進行配合比

18、設(shè)計，并通過適配試驗調(diào)整后確定。砂漿配合比設(shè)計、試件制作、養(yǎng)護及抗壓強度取值應符合鐵路混凝土與砌體工程施工質(zhì)量驗收標準（TB104242003）附錄E的規(guī)定。 檢驗數(shù)量：施工單位對同類型、同強度等級的砂漿至少進行一次砂漿配合比設(shè)計；監(jiān)理單位檢查配合比選定單。 4、洞口工程砌筑所用砂漿的強度等級必須符合設(shè)計要求。用于檢查砂漿強度的試件應在攪拌機出料口隨機抽樣制作。 檢驗數(shù)量：同類型、同強度等級每100m為一批，不足100m也按一批計。施工位位每批檢驗一次；監(jiān)理單位檢查試驗報告。 檢驗方法：施工單位進行砂漿強度試驗; 監(jiān)理單位檢查砂漿強度試驗報告并進行見證取樣檢測或平行檢驗。 5、 洞口工程砌體的

19、砌縫寬度、位置和砌筑方式應符合表4.3.9的規(guī)定。 檢驗數(shù)量：施工單位、監(jiān)理單位全部檢查。 檢驗方法：觀察和尺量。 6、 砌體砌筑完畢應及時覆蓋，并經(jīng)常灑水保持濕潤，常溫下養(yǎng)護期不得小于7d。 檢驗數(shù)量：施工單位、監(jiān)理單位全面檢查。 檢驗方法：觀察。 7、沉降縫、泄水孔、反濾層的位置和數(shù)量應符合設(shè)計要求。 檢驗數(shù)量：施工單位全面檢查。 檢驗方法：觀察、尺量和計數(shù)檢查。8、 鋼筋原材料進場檢驗必須符合本標準第7.3.1條的規(guī)定。 鋼筋品種、級別、規(guī)格和數(shù)量必須符合設(shè)計要求。 檢驗數(shù)量：施工單位、監(jiān)理單位全面檢查。 檢驗方法：觀察，鋼尺檢查。七、七、高地應力地質(zhì)隧道施工質(zhì)量管高地應力地質(zhì)隧道施工質(zhì)

20、量管理控制措施理控制措施 審核重點隧道施工場地總布置圖方案審核重點隧道施工場地總布置圖方案 ： 施工場地布置應結(jié)合工程規(guī)模、工期、地形特點、棄渣場和水源等情況，本著因地制宜、充分利用地形、合理布置、統(tǒng)籌安排的原則進行，并符合下列要求： (1) 以洞口作業(yè)區(qū)為中心布置施工場地。施工場地應事先規(guī)劃，分期安排，并減少與現(xiàn)有道路交叉和干擾。 (2) 長隧道洞外應有大型機械設(shè)備安裝、維修和存放的場地。 (3) 機械設(shè)備、附屬車間、加工場應相對集中。倉庫應靠近公路，并設(shè)有專用線。 (4) 合理布置大堆材料（砂石料）、施工備品及回收材料堆放場地的位置。(5) 生活服務設(shè)施應集中布置在宿舍、保健和辦公室用房的

21、附近，洞口段為不良地質(zhì)時，不應在洞頂修建房屋高壓水池和其他建筑。 (6) 運輸便道、場區(qū)道路和臨時排水設(shè)施等，應統(tǒng)一規(guī)劃，做到合理布局、形成網(wǎng)絡(luò)。(7) 危險品庫房按有關(guān)規(guī)定辦理。 (8) 檢查開工準備條件，審批開工報告。 對地方料的使用進行審核對地方料的使用進行審核：（1） 審查進場原材料質(zhì)量證明文件。建設(shè)單位供應的原材料質(zhì)量證明文件應齊全。施工單位自行采購的原材料，檢查采購合同復印件、生產(chǎn)廠家資質(zhì)證明等。 （2） 通過外觀檢查、見證取樣檢測或平行檢驗等方式，按現(xiàn)行“驗標”的規(guī)定對實物進行檢查驗收。 （3） 檢查原材料存放。要求施工單位對原材料進場時間、產(chǎn)地、數(shù)量、批次、品種、規(guī)格和檢驗情況

22、分別作出明顯標識。高地應力下軟巖大變形高地應力下軟巖大變形： 在高地應力條件下，軟巖抗壓強度不夠，易發(fā)生大范圍的裂紋變形，須督促施工單位采取以下措施： (1)采用預裂爆破，少擾動圍巖，盡量保留圍巖原有承載能力。 (2)長短錨桿結(jié)合，縮小錨桿間距，形成加固圈。 (3)盡早施工仰拱（必要時仰拱也用錨桿加固），形成圍巖閉合結(jié)構(gòu)。(4)加強監(jiān)控量測，及時反饋。 (5)預留足夠變形量，支護采用可縮式鋼架。八、八、高地應力地質(zhì)隧道施工安全設(shè)高地應力地質(zhì)隧道施工安全設(shè)計計 1貫徹國家有關(guān)安全法規(guī)、標準，嚴格按照隧道及附屬工程的施工技術(shù)規(guī)范、安全技術(shù)規(guī)定和設(shè)計要求組織施工。 2、深入貫徹“安全第一，預防為主”的方針，加強安全生產(chǎn)，科學管理，施工隊、班組要指派責任心強的同志擔任專職安全員和義務安全員。 3、臨時設(shè)施，嚴禁侵占道路及安全防護等設(shè)施，同時應符合防火、防塵、防爆、防洪、防盜、防雷電等安全和文明施工的要求。 4、