隧道工程施工方案详解

4.5隧道工程施工方案

4.5.1主要项目的施工方法

本标段隧道工程采用“新奥法”设计理论进行隧道设计和施工，施工时以新奥法原

理指导施工，尽可能选择大断面、少分块的开挖方法以减少对围岩的扰动，并严格按“弱

爆破、强支护、少扰动、早喷锚、勤量测、早封闭”的原则指导施工。

隧道洞口及明洞段采用明挖法施工,隧道进口设计采用大管棚支护进洞，洞口采用CRD 法开挖；Ⅴ级围岩深埋段开挖采用注浆加固、小导管超前支护、留核心土环状开挖法；Ⅳ级围岩开挖采用注浆加固、锚杆,小导管超前支护、三台阶分部开挖法；Ⅲ级围岩采用台阶法开挖。根据隧道围岩的级别采用人力风镐、挖掘机及预裂爆破或光面爆破技术；隧道出碴采用装载机或挖掘机挖装，自卸汽车运碴；施工通风采用轴流通风机压入式通风排烟；初期支护砂浆锚杆采用三臂钻眼台车或气腿式凿岩机钻眼，注浆泵注浆；喷射砼选用湿喷工艺，采用TK-961湿喷机喷射，防水板采用在洞外加工，场外拼焊为大块板，移动式工作台车安装；二次衬砌采用整体式钢模液压衬砌台车，砼由搅拌站拌制，砼搅拌运输车运送，砼输送泵灌注。隧道内砼路面洞口拌和场拌制，自卸汽车运输，配套路面机械施工。

（1）洞身开挖

根据隧道围岩级别选择相应的施工方法，坚持“预防为主，安全第一”的原则，在开挖过程中，及时进行监控量测，及时反馈信息，用以指导施工，保证施工安全。

隧道进口及暗洞Ⅴ级围岩段采用大管棚超前支护加固地层，开挖CRD法和留核心土环状开挖法。开挖时尽量采用风镐，若需爆破，则采用预裂爆破或光面爆破技术，尽可能减少对围岩的扰动、破坏。

隧道暗洞Ⅳ级围岩段采用超前小导管注水泥浆或超前砂浆锚杆注水泥浆超前支护，三台阶分部开挖法。隧道暗洞Ⅲ级围岩段采用台阶法。掘进时人工施钻炮眼，预裂爆破或光面爆破，非电毫秒雷管起爆。

Ⅲ级围岩的开挖均采用台阶法，掘进采用深孔挤压爆破，周边眼采用光面爆破技术。隧道出碴采用装载机或挖掘机挖装，自卸汽车运碴的运输方式。

隧道进口端及下坡施工段，需要在开挖面附近设临时集水坑，各准备安装1台潜水泵抽水，将水由洞内抽出洞外排水沟，防止雨季时雨水倒灌入洞内。

（2）初期支护

洞身爆破后及时施作初喷混凝土，以封闭围岩外露面。U型钢拱架、钢格栅架均在洞外加工场分片加工，汽车运到洞内拼装。砂浆锚杆、中空锚杆、药包锚杆采用气腿式凿岩

机钻眼，注浆泵注浆。钢纤维喷射混凝土在隧道口用强制式混凝土搅拌机拌和，采用汽车运输到工作面。喷射混凝土选择TK961型湿喷机采用湿喷工艺喷射。

（3）仰拱及二次衬砌混凝土

隧道洞口开挖、进入暗洞施工后，即利用洞口场地安装衬砌台车。洞身防水板在隧道外拼焊成大块板，采用充气法检查焊缝强度等指标后，以移动式工作台车安装。二次衬砌采用全液压整体式模板衬砌台车浇筑，一次浇筑长度10m。混凝土在拌和站拌和，采用混凝土搅拌运输车运输，混凝土输送泵泵送浇送。

隧道暗洞Ⅳ、Ⅴ级围岩段的二次衬砌距掌子面距离不大于100m，时间小于1个月。其仰拱应早于二次衬砌按跳槽法施工，以减少围岩暴露时间，封闭围岩。仰拱整幅浇筑后，及时填充片石混凝土。

Ⅲ级围岩段二次衬砌距掌子面距离不大于200m，时间小于1个月。

（4）混凝土路面

混凝土在拌和站拌和，自卸汽车运输，砼摊铺机摊铺，插入式振捣器、平板振动器、振动梁组合振捣、刻纹机刻纹。

（5）施工顺序

洞顶截水沟开挖、砌筑→洞口、明洞土石方开挖、边坡锚喷支护→砼拱墙浇筑→大管棚支护→Ⅳ、Ⅴ级围岩段施工超前支护→洞身开挖→初期支护→仰拱开挖、仰拱混凝土及仰拱填充混凝土浇筑→监控量测、信息反馈→隧道底整平层混凝土→防水板材、隧道预留预埋件安装、检查→衬砌台车就位、钢筋绑扎→二次衬砌混凝土浇筑→混凝土路面→边沟、电缆沟→防火涂料及水泥漆喷涂→场地清理。详见附图4.5.1-1

4.5.2工程测量

（1）洞外三角控制网

设置的精密三角网应定期对基准点和水准点进行校核，洞外水准点、中线点应根据隧道平纵面定期进行复核。

（2）洞内施工测量

①洞身开挖测量

隧道内根据洞口控制网，以全站仪向洞口作引伸测量。洞口投点纳入控制网，导线点沿路线中线布设，边长在直线段不短于200m，曲线地段不短于70m。

在两控制点之间的中线点位，用正倒镜进行直线法或偏角法放样。钻眼孔位使用激光定位仪进行定位，以控制测量精度。

洞内水准线路由洞口高程控制点向洞内布设，两水准控制点间距按200(曲

线)~500m(直线)。洞内施工用的临时水准点，根据洞外、洞内已设定的水准点，在边墙或上台阶按100m左右距离加设、固定保护，并定期复核。

②衬砌测量：

二次衬砌的临时中线点，以经纬仪测定，间距按5~10m加密；在衬砌台车就位前，复核中线和高程，标出拱架底、边墙底和起拱线位置，方便衬砌台车就位。

③贯通误差测量与调整：

隧道开挖贯通后，采用精密导线网进行贯通测量。在贯通面附近设置一临时中线点，由隧道两端分别测量该点的座标，所得的闭合差分别投影到贯通面及其横断方向上，得出实际的横向和纵向贯通误差，再置镜于临时点测出方位角贯通误差。

隧道贯通后，施工中线及高程的实际贯通误差，在未衬砌的100m地段内，用座标增量平差调整。调整后，该调整段的开挖及衬砌均应根据调整后的中线及高程放样。

④竣工测量：

隧道竣工后，应在直线地段按每50m、曲线地段按每20m及需要加测断面处，测绘出以路线中线，以激光断面检测仪测定的隧道实际净空、拱顶高程、起拱线宽度、路面水平宽度。

隧道永久中线点，在竣工测量后用混凝土包埋金属标志。直线上的永久中线点，每200~250m设一个，曲线上在曲线起终点各设一个，并在曲线内适当加密。永久中线点设立后，在隧道边墙上作出标记。

隧道永久水准点在洞门各设一个，洞内每0.1KM设置一个，并在隧道边墙上作出标记。

4.5.3洞口工程

（1）洞口排水及危石处理

洞门及明洞施工应认真进行洞门仰坡、边坡放样测量工作，先进行洞外天沟、截水沟施工，后进行洞口仰坡土方开挖，截水沟施工采用人工开挖土石方，人工砌筑，洞口仰坡开挖尽量不破坏原地表植被，以利边坡稳定，同时应对仰坡顶的危石详细勘察，采用清除或浆砌片石反顶加固危石，以防雨水渗透或松动而滚落。

利用开挖洞口仰坡土石方，填筑便道、洞口施工场地，以便修建供气、砼拌和站等设施，并用作材料存放场地或机械停放场地，为洞内施工创造条件。

（2）洞口开挖

洞口及明洞在开挖过程中自上而下分台开挖。土石方开挖以挖掘机开挖为主，人工配

合修整，自卸汽车运输；石方爆破开挖的将采用控制爆破，必须确保山体稳定，并减少对周边环境的影响。

（3）边坡防护

洞口开挖后的边仰坡应视地质条件好坏，及时浆砌挡墙、锚喷或注浆临时支护加固。

（4）明洞衬砌、回填

施工采取明挖并在开挖的边坡、仰坡进行支护加固具有充分的稳定条件下，在仰供衬砌并回填好利用洞口场地拼装衬砌台车，然后采用整体式钢模液压台车分段现浇，砼输送泵灌注，插入式振捣器与附着式振动器振捣。

明洞施工完成后，随即进行洞内施工及按设计要求明洞回填及洞门衬砌。明洞回填紧跟洞门砌体进行，使用1t以上手扶压路机碾压，并严格按照规定频率检测其压实度等指标。

4.5.4辅助措施

（1）进洞开挖辅助措施

①套拱施工

A采用C20砼套拱作大管棚导向墙，洞口段纵向设置2m，套拱砼厚60cm，纵长200cm，套拱内设置4榀I20a型工字钢拱架，钢架外缘设φ140×8mm导向钢管。导向管位置和角度必须用全站仪精确定位。

B套拱施工时，先安装最外侧两榀I20a型钢拱架，钢架外表面的连线坡度与管棚的外插角一致。经环向各点量测满足要求后，固定该两榀型钢，在型钢上标注φ140×8mm导向钢管的位置，逐根焊接于钢架上固定，然后安装内侧其它型钢钢架，内、外层钢架采用钢筋焊接，立模浇筑套拱混凝土，套拱混凝土达到规定强度时，方可实施管棚钻孔工作。

C钻孔采用油压钻机钻孔和推进钢管，孔眼钻完后用压缩空气清孔。钢管节段间用丝扣连接，在顶进时相邻两根钢管接头要错开。管棚安装到位后，钢管与导向管间隙用锚固剂堵塞严密，并预留排气孔。

②超前大管棚支护施工

A隧道Ⅴ级围岩一般采用Ф108大管棚作超前支护，壁厚6mm,拱部纵向间距满足设计要求，仰角不小于设计值。

B管棚布置按设计位置施工，按照设计深度用工程钻机钻孔，注浆后再施工钻打无孔钢管，无孔钢管是作为注浆质量的检查管。钻机主轴方向必须准确控制，以保证孔口的正确，钻进中应经常采用测斜仪测钢管钻进的偏斜度，如发现偏斜超过设计要求，要及时纠

正。无孔管钻孔应在有孔管注浆凝固后进行。钻孔应注意检查压浆质量，在确认压浆质量达到要求后，要对无孔管及管周灌浆饱满，若注浆质量达不到要求，要在相应位置采用有孔管补浆。

C施工长管棚用Ф25固定钢筋与孔口套管工字钢采用双面焊接，焊缝长度要大于5d。

D钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm，连接钢管Ф114×8mm，钢管长30cm。

E管棚注浆按固结管棚周围有限范围内土体设计，注浆材料为水泥浆，当围岩含水时，注浆材料使用水泥水玻璃浆，注浆压力为0.5-1.0Mpa。

F施注时浆液有效半径按0.4米估计，围岩孔隙率按0.02计算压浆量。

G注浆结束后及时清除管内浆液，并用M20号砂浆密实充填

H完成管棚注浆施工后，在管棚的支护环保护下，按设计的施工步骤进行掘进开挖。

③超前小导管施工：

A小导管制作：钢管采用设计型号的热轧无缝钢管，钢管前端做成尖状，尾部焊焊接于钢拱架上，管壁四周钻Φ8mm注浆孔，尾部1.2m不设注浆孔，钢管以15°外倾角打入围岩。

B采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，直径比钢管直径大3～5㎜，然后将钢管穿过钢架，用钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出。

C小导管安装后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射砼，以防止工作面漏浆、坍塌；

D注浆前应对注浆机进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确。

E注浆材料采用42.5等级水泥按水灰比1:1制作的水泥净浆，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa，为加快注浆速度，采用群管注浆（每次3～5根），同时注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆，并做好记录。

F注浆量达到设计注浆量和注浆压力达到设计终压时结束注浆。

G隧道的开挖长度应小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一次循环的止浆墙，每循环小导管应有1M以上的搭接长度。

（2）洞身开挖辅助措施

洞身开挖辅助措施采用中空注浆锚杆进行超前支护，超前锚杆设计采用先锚后灌式，超前锚杆是为了更有效地加固围岩的稳定措施，确保施工安全，首先沿外拱轮廓线处按设

计间距、仰角钻孔，每钻好一孔，随即把锚杆插入孔内，紧固螺母，然后钻下一孔，并重复以上作业，锚孔全部装好后，随即对每个杆体进行循环注浆，待注浆达到设计要求强度时，即可开挖并架设钢支撑，同时进行锚喷支护，待支护形成后，再进行下一循环开挖支护。每一循环超前支护搭接长度不应小于0.5m。

4.5.5洞身开挖

（1）V级围岩段

本标段隧道洞口浅埋段采用CRD法开挖施工、其余Ⅴ级围岩段采用留核心土环状开挖施工法施工。

①CRD开挖法

采用CRD法预留核心土的方法，将大断面隧道分成4个相对独立的小洞室分部施工。CRD工法遵循"小分部、短台阶、短循环、快封闭、勤量测、强支护"的施工原则，自上而下，分块成环，随挖随撑，及时做好初期支护。并待初期支护结构的拱顶沉降和收敛基本稳定后，自上而下拆除初期支护结构中的临时中隔壁墙及临时仰拱，再进行施工。CRD法适用开挖跨度较大，对围岩沉降变形控制严格，采用CRD法开挖，开挖的每一步都各自封闭成环，兼有台阶法和双侧壁导坑法的优点，有利于围岩稳定，保证施工安全。

施工工艺流程：超前地质预报→测量放线→上部超前支护→围岩监控量测→上部开挖、出渣；施工初期支护和中隔壁→围岩监控量测→中部开挖、出渣；施工初期支护和中隔壁→围岩监控量测→下部开挖、出渣；施工初期支护和中隔壁→围岩监控量测→拆除中隔壁、仰拱衬砌→仰拱填充、二衬施工。

②留核心土环状开挖施工法

采用钻爆法开挖，微震光面爆破，由人工钻孔，使用塑料导管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆；先挖拱部及侧墙并进行拱部初期支护，再开挖核心土部分，然后开挖下部及进行下部初期支护。洞碴由人工配合挖掘机翻碴至下台阶装碴，由装载机装碴，自卸汽车运碴。

施工工艺流程：超前支护→上短台阶测量、画开挖轮廓线布炮眼→人工风钻或微震光面爆破→每循环进尺1m～1.2m→通风洒水→清危排险→初喷砼→打锚杆挂钢筋网→出碴、留核心土环状→立钢拱架→喷砼→出碴、去掉核心土环状→开挖下台阶。

（2）IV级围岩段

IV级围岩段采用台阶分部法开挖，拟用微震光面爆破技术，人工钻孔，使用塑料导管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆；由挖掘机或装载机装碴，自卸汽车运碴。开挖一环后

立即施作初期支护，封闭开挖基岩面。

施工工艺流程：施工准备→机具就位→超前锚杆或超前小导管施工→上台阶钻炮眼→装药爆破→通风→清危排险→出碴→上台阶初期支护→中台阶测量放样布炮眼→钻炮眼→装药爆破→通风→清危排险→出碴→中台阶初期支护→下台阶测量放样布炮眼→钻炮眼→装药爆破→通风→清危排险→出碴→下台阶初期支护。

（3）III级围岩段

隧道Ⅲ级围岩段采用台阶法开挖。钻爆施工由人工钻孔，使用塑料导管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆；挖掘机或装载机装碴，自卸汽车运碴。循环进尺长度控制在3~4米之内。

施工工艺流程施工准备→机具就位→超前锚杆或超前小导管施工→上台阶钻炮眼→装药爆破→通风→清危排险→出碴→上台阶初期支护→下台阶测量放样布炮眼→钻炮眼→装药爆破→通风→清危排险→出碴→下台阶初期支护。

（4）钻爆设计

爆破设计尽量提高炸药能量利用率，以减少炸药用量；减少对围岩的破坏，Ⅲ级围岩地段采用光面爆破技术，Ⅳ、Ⅴ级围岩采用控制爆破技术，拱部采用光面爆破，边墙采用预裂爆破，控制好开挖轮廓；控制好起爆顺序，提高钻爆效果；在保证安全的前提下，尽可能提高掘进速度，缩短工期。

爆破器材选择：

采用塑料导爆管、非电毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用1~15单号段等差毫秒雷管，引爆采用火雷管。炸药采用乳化炸药(有水地段)，选用Φ22、Φ35两种规格，其中，Φ22为周边眼使用的光爆药卷。材料规格要求见“表4.5.5－1 ”

表4.5.5－1

炸药量计算：

掏槽孔装药量计算公式：

Q1=η?L ?r

式中：Q1——掏曹孔装药量

η——炮孔装药系数，取η=0.9

L——孔深，

r——每米长度炸药量，取r=0.78kg/m

辅助孔装药量计算公式：

Q2=η?L ?r

式中：Q2——辅助孔装药量

η——炮孔装药系数，取η=0.8

L——孔深，

r——每米长度炸药量，取r=0.78kg/m

取η=0.8

光爆孔装药量：光爆孔装药量通常为辅助孔的1/3～1/4。

①台阶法爆破设计

A 掏槽形式

台阶法开挖采用中空直眼掏槽形式布置，全断面光面爆破采用中空直眼掏槽形式布置。

B 超短台阶开挖炮孔布置及爆破参数

隧道总体采用新奥法施工，光面爆破采用微差毫秒雷管，尽量减少爆破对围岩的扰动，严格控制爆破装药量，按起爆顺序选用合理段别雷管，合理分段起爆。爆破器材选用：炸药采用2#岩石硝胺炸药，标准Ф=32mm，起爆器材选用非电塑料导爆雷管（1-20段别），采用簇联起爆。

隧道Ⅴ级围岩属强风化和中等风化带、岩石呈角砾形，整体性差，强度低，裂隙水很发育、围岩稳定性差，因此开挖方案采用台阶法，分上下两个断面分层开挖。上半断面只有一个临空面，临空面较小，拟采用楔形掏糟。下半断面有两个临空面，可由上而下逐层起爆。

隧道Ⅴ、Ⅳ级围岩用超短台阶法开挖，Ⅴ类围岩开挖采用中部预留核心土的正台阶法开挖，其炮孔布置特点为：

周边孔用光面爆破，掘进孔用线形布置，上、下台阶同时钻孔，同时起爆，可提高钻爆效率。