隧洞开挖及支护施工方案

料场交通洞开挖及支护施工方案

一、工程概述：

1、工程概况：

料场交通洞所处位置在大坝右岸，进口位于石料场附近，出口位于陈家大沟弃渣场一级堆渣堆渣平台附近，交通洞出口布置一条与坝后“之”字道路的连接道路，作为大坝填筑和砼运输的主要通道。料场交通洞进口高程1295.0m，出口高程1255.0m,交通洞长1498m，最大纵坡为2.73%，洞身断面为10×7.1m（宽×高）马蹄型，衬厚0.5m，后期需进行封堵。洞内采用水泥混凝土路面，厚30cm，行车道宽9m，两侧分别设置0.4m的盖板排水沟和0.6m人行通道。为了满足料场交通洞及大坝右岸坝肩施工的要求，料场交通洞设置一条施工支洞。料场交通洞洞身开挖从出口向进口方向掘进，施工支洞施工与主洞相交后，为了加快施工进度，再向主洞进口和出口方向增开两个工作面进行施工。

2、地质情况：

料场交通洞前部分围岩为永宁镇组第一段（T1yn1）中厚层灰岩夹泥质灰岩,隧洞埋深75.0～183.0m,岩石风化弱，节理裂隙较发育，局部岩溶发育为不良地质段，分别穿过F2与F9号断层，开挖后大部分洞段围岩稳定性较好，少部分稳定性较差。围岩类别为Ⅲ～Ⅴ类围岩。后部分围岩为（T1f2-3-3）紫红色薄至中厚层泥质粉砂岩,（T1f2-3-2）灰色中厚层细砂岩,T1f2-3-1）紫红色薄至中厚层泥质粉砂岩夹中厚层灰色细砂岩,（T1f2-2）紫红色薄至中厚层泥

质粉砂岩与薄至中厚层灰色细砂岩互层。隧洞埋深110～164.0m,岩石风化弱，节理裂隙较发育，开挖后围岩基本稳定至稳定性较差。围岩Ⅲ-Ⅴ类围岩。

3、施工区域的气象条件：

工程区域属亚热带季风气候区，冬季主要受北方西伯利亚气流影响，天气较为寒冷；夏季受印度洋孟加拉湾西南暖湿气流和西太平洋的海洋性气候影响，湿润多雨。同时流域地处云贵高原，地势较高的高原面与地势低洼的河谷区气候有明显差异，地势较高的西部具有高原气候特征。工程区多年平均气温13.3℃，极端最高气温36.4℃，极端最低气温-10.1℃。多年平均降水量854.2mm。

4、主要工程量：

料场交通洞主要工程量见下表

料场交通洞主要工程量表

说明：工程量以实际发生量计。

5、进度计划

料场交通洞出口到进口方向围岩段落划分为：

Ⅴ类：K1+468.975-K1+388.910（80.07米）

Ⅲ-Ⅴ类：K1+388.910-K0+878.982（509.93米）

Ⅳ类：K0+878.982-K0+673.762（205.22米）

Ⅴ类：K0+673.762-K0+640.189（33.57米）

Ⅳ类：K0+640.189-K0+571.601（68.59米）

Ⅲ-Ⅴ类：K0+571.601-K0+025.391（546.21米）

Ⅴ类：K0+025.391-K0+000（25.39米）

施工支洞与交通洞连接桩号为K0+715.673。

料场交通洞为本合同段的控制性工程，施工支洞与主洞连接桩号为K0+715.673，为了加快施工进度，在支洞与主洞连接后，增开两个工作面，（即往主洞进、出口各增开工作面）根据以上围岩情况结合洞身开挖施工方法，料场交通洞进度计划：K1+468.975-K1+388.910段为上、下两台阶开挖施工方法，上台阶开挖每循环进尺控制在0.8-1.0m，按照24小时施工，每天2个循环，进尺共计1.6-2.0米，下台阶与上台阶错开10-15m，紧跟同步施工，全断面开挖及锚喷支护计划60天完成；与此同时计划施工支洞洞挖支护完成，与主洞相接，立即增开两个工作面，K1+388.910-K0+715.673段两个工作面施工，K0+715.673-K0+571.601一个工作面施工，综合计算全段面开挖及锚喷支护计划70天完成；K0+571.601-K0+025.391段全段面开挖及锚喷支护计划90天完成；K0+025.391-K0+000段全段面开挖及锚喷支护计划15天完成；综合分析统计，料场交通洞计划235日历天（约8个月）贯通。

二、施工临建规划：

1、施工便道

料场交通洞出口作业面施工便道由新建5#施工道路和原有改扩建道路组成，该道路从维新镇至陈家沟村路进入，路面宽约5m，该道路主要承担交通洞洞身开挖所需材料运输和洞内出渣运输。

2、施工用电

计划在交通洞出口线路方向左侧安装800KVA变压器一台。因为抢工期，为了加快施工进度，料场交通洞出口前期施工用电采用一台300kw的发电机。

3、施工用水

在料场交通洞出口线路方向右侧设置高位水池，从陈家沟河道抽水至高位水池，水池蓄水容量为50m3，满足隧洞洞内施工需求。

4、空压机站

空压机站布置于料场交通洞出口左侧，采用3台型号20m3/min的空压机组，满足洞内施工需求，供风管采用Φ150钢管制作安装，供风管线路沿出口进洞方向左侧布置。

5、材料堆放场地

材料堆放按照不同工作面需求进行划分，同时对不能混装的材料要分批分类堆放，材料必须按要求进行下垫上盖的方式存储。常用的临时材料堆放在料场交通洞出口施工场地，主要施工材料和机械零部件等机具需存放仓库内，有专人负责发放领取，并做好进、出库相关记录。

6、钢拱架和钢筋加工厂

钢拱架和钢筋加工厂场地布置在交通洞出口新建5#施工便道左侧，占地面积约500m2，功能区具体规划分别为：原材料堆放区、半成品加工区、成品存放区、成品运输区。

7、混凝土搅拌站场地

混凝土搅拌站设置在陈家沟斜对面新建4#道路右侧，采用HZS-90混凝土搅拌机拌料，每小时生产能力约50m3，满足施工需求。搅拌站和料场交通洞出口施工便道由新建4#道路、原有改扩建道路和新建5#道路组成，道路宽度约5m。

8、弃渣场

料场交通洞弃渣场地按业主指定的陈家沟弃渣场，经我单位新建5#道路可到达该弃渣场。

9、料场交通洞生产生活营地

在新建5#路左侧位置修建料场交通洞生产生活营地，其中包括工人宿舍、食堂和仓库，占地面积约300m2，距离交通洞出口工作面距离约500m。

三、隧洞洞身开挖施工工艺：

1、洞口段V级围岩开挖：

料场交通洞开挖与支护主要按“新奥法”的思想或方法组织施工，采用“短进尺、弱爆破、早封闭、强支护、勤观察”，跟进或紧跟支护的施工方法。交通洞进口和出口端围岩破碎，围岩稳定性差，均为V类围岩，洞身开挖施工时采用台阶法开挖。V级围岩地段开挖时上台阶采用弧形导坑法，上台阶采用履带式挖掘机挖至下台阶由自卸汽车运出，下台阶采用

ZL50侧卸装载机JCMPC200型挖掘机配合清底，人工配合修整，上、下台阶长度控制在10-15m，开挖进尺控制在0.5～0.8m，开挖后及时施工初期支护，根据监控量测结果确定进行二次衬砌砼的浇筑。开挖顺序见“V级围岩台阶开挖工艺流程图”。

施工注意事项：

①、在上部断面初期支护基本稳定后，才能进行下半断面开挖。

②、要认真加固拱脚，保证拱脚位于原状土上，若拱脚所处岩石破碎及软弱时，要加临时长钢垫板。

③、隧洞采用机械开挖，开挖每循环进尺控制在0.5～0.8m,开挖完后立即架设钢支撑,并与超前小导管或长管棚和系统锚杆焊接。

④、下半面边墙马口跳槽开挖必须单侧落底或双侧交错落底，避免上部断面两侧拱脚同时悬空。

⑤、重视监控量测工作，真实有效的反映实际情况。

⑥、施工过程中，经现场勘察掌子面，如发现核心土边缘失稳，有滑动坍塌迹象，立即实行喷浆封闭掌子面，喷浆厚度为5-8cm，以确保施工安全。

V级围岩台阶开挖工艺流程

2、IV级围岩开挖：

IV级围岩段或IV级围岩破碎带，围岩属镶嵌破碎结构为主，完整性较差，自稳能力较弱，采用台阶法施工。台阶长度控制在15～20m，开挖每循环进尺控制在1.6-2.0m，施工时可根据围岩变化情况调整台阶长度。开挖时采用钻爆法施工，施工中严格按钻爆设计进行钻孔、装药，爆破采用2号岩石硝氨炸药，有水地段采用Φ25mm乳化防水炸药。药卷直径：周边眼采用Φ25mm，其余眼采用Φ32mm。装药结构：周边眼采用空气间隔装药，其余眼采用集中装药。非电毫秒雷管起爆，火雷管引爆。采用黄泥封堵炮眼，封堵长度不小于30cm。施工中根据围岩类别和爆破效果不断调整爆破参数。挖掘机或装载机配合自卸汽车运渣。及时施作锚喷及钢架支护，二次衬砌紧跟。具体见IV级围岩台阶开挖工艺流程图:

IV级围岩台阶开挖工艺流程

3、III级围岩开挖：

①、III级围岩段，视围岩地质情况采用长台阶法或全断面法施工。台阶法施工流程与IV级围岩相同，台阶长度可根据实际情况适当调整,每循环进尺控制在 2 ～3 m。

采用全断面开挖施工时利用钢架台车钻架工作平台，人工装2#岩石乳化炸药,非电塑料导爆管微差爆破。围岩周边光爆孔采用光爆，并装导爆索，塑料导爆管引爆导爆索同时起爆；掏槽孔、崩落孔和底孔采用2#乳化炸药，连续装药结构，塑料导爆管分段起爆，采用电雷管引爆。

爆破设计：光面爆破参数见表１，Ⅲ类围岩开挖炮孔布置图见图２，交通洞Ⅲ类围岩段洞挖炮孔特性表见表２。

表1：光面爆破参数的规定如下表

根据上表规定，并结合本合同段料场交通洞图纸标注围岩状况，周边孔间距确定为50cm，周边孔抵抗线为50cm，线装药密度为0.25kg/m。

图2：Ⅲ类围岩开挖断面炮孔布置示意图表2：Ⅲ类围岩爆破参数表

工作面施工前采取地质超前勘探，根据超前勘探报告结合设计判断前方工作面地质情况，出现与设计不符要先报请监理和设计请求变更原设计支护方案，经设计、监理和建设方确认下发加固方案，按新方案施工，严禁违章指挥，违令冒进，将事故隐患消灭在萌芽状态下。

②、施工进度安排：根据本隧洞围岩、设计断面和机械配备情况，综合分析施工中每道工序的先后顺序及所需时间，计划III级围岩每循环进尺为3m，每天2个循环，即每天可完成开挖6m，每月完成掘进150-180m的计划。

③、通风排烟及安全排险：在全断面爆破作业中，每次响炮后，立即开启风机，进行通风排烟，为了改善洞内的工作条件，减少装碴及运输时的扬尘，除采用风机通风外，在条件允许的情况下，可撒水降尘。通风20分钟后，待掌子面附近空气比较新鲜，恢复掌子面的照明，由钻爆组指派专人陪同现场施工技术人员前往掌子面察看爆破效果，由现场技术人员进行掌子面及边顶拱的地质描述，并做好书面记录，留有影像资料，严格执行“三检制”，确保各单元工程的施工质量。然后，经验丰富的钻工开始排险，清撬开挖面上残留的松动危石，确保施工安全，或由钻爆组炮工对未能成功爆落的部位进行补炮处理，并准备下一工序的施工。

四、隧洞初期支护：

料场交通洞支护面与开挖掌子面紧跟系统锚喷支护,开挖后立即进行初期支护。Ⅲ～Ⅳ类围岩开挖断面尺寸为11.13m×7.90m，系统锚杆采用Φ25锚杆，L=4.5m，外露10cm，间排距2m，梅花型布置，喷C20混凝土10cm （注：其中Ⅳ类围岩二衬采用C20混凝土浇筑，设计厚度40cm）；Ⅴ类围岩开挖断面尺寸为11.33m×8.05m，系统锚杆采用Φ25锚杆，L=4.5m，外露10cm，间排距2m，梅花型布置，挂网喷C20混凝土15cm，拱墙初期支护采用工字钢支撑，拱墙二衬采用C20混凝土浇筑，设计厚度50cm。

初期支护施工工艺框图

五、施工工艺和施工方法：

1、超前支护

料场交通洞V级围岩段，由于设计图中未说明关于超前支护具体方案和参数，我单位根据施工经验建议拱部周边采用Φ42*4mm超前小导管注入水泥浆加固围岩。导管环向间距40cm，外插角10～15o，导管前端呈尖锥状,管壁四周钻8mm压浆孔,尾部1米不设压浆孔,采用单液注浆,水泥浆水灰比1:1,注浆压力:0.5∽1.0Mpa。超前小导管至少保持不少于1米的搭接长度,小导管要从工字钢的腹部穿过或尾部焊接于钢架上，使隧洞拱部形成拱形支护体系，增加施工安全。

①、小导管加工

小导管采用Φ42*4mm钢管在加工房加工制作，管身前端切削成尖锥状，导管中部布置梅花形泄浆孔，泄浆孔孔径8mm，孔间距15cm，在导管尾部焊接钢筋加强箍。

②、小导管的安装

施工前，首先对掌子面进行喷射混凝土封闭，然后按设计要求布孔，采用手持风钻按布孔位置外插角10～15o钻孔，并将小导管沿孔打入，前后相邻两排小导管搭接长度不小于1m。对于地层松软类可用游锤或手持风钻直接将小导管打入；对于砂土类，可用Φ22钢管制成吹风管，将吹风管缓缓插入孔中用高压风射孔，成孔后将小导管插入。

③、小导管注浆

对于打入的钢管应先冲洗管内积物，注浆自下而上，注液采用HJT-352型砂浆搅拌机搅拌。水灰比选用1:1。浆液由稀到浓逐渐变换，注浆完成后立即堵塞钢管孔口，防止浆液外流。若地下水丰富或围岩止浆效果不佳时，可采用水泥—水玻璃双液注浆。小导管注浆施工工艺流程见下图

小导管注浆施工工艺流程图

④、小导管施工技术措施及注意事项：

小导管采用钻孔布设时，钻孔深度大于导管长度，采用锤机或钻机顶入

时，插入长度不小于管长的90%；前后两排小导管搭接长度不小于1m。为防止孔口漏浆，用水泥药卷封堵注浆管与钻孔之间的空隙。为防止注浆管堵塞，影响注浆效果，注浆前先清洗注浆管。压浆管与超前注浆管之间采用方便接头，以便快速安拆。

严格控制注浆配合比及胶凝时间，初选配合比后，用胶凝时间控制调整配合比，并测定凝结体的强度，选定最佳配合比。注浆压力由小到大，从开始0Mpa升到终止压力1.0Mpa，稳压3min，流量计显示注浆量较小时，结束注浆；为保证注浆质量，必要时可封闭开挖面。注浆由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆，如有窜浆或跑浆时，间隔注浆，最后全部完成注浆。注浆完成后要检验注浆效果，在隧洞开挖后可检查注浆固结体厚度，如达不到设计要求时，在注浆时调整注浆参数，改善注浆工艺。

注浆过程中，专人记录注浆情况，并根据实际情况调整注浆压力、进度，保证注浆效果；完成后检验注浆效果，不合格者进行补注。小导管注浆时不得对环境造成污染，注浆期间应定期对水样进行检验，如有污染应立即采取有效的技术措施。注浆结束，待岩层达到充分固结强度后方可进行开挖作业。

2、锚杆施工

①、材料

A锚杆：按施工图纸的要求，选用HRB400螺纹钢筋。

B水泥：采用42.5的普通硅酸盐水泥。

C砂：采用最大粒径小于10mm的中砂。

D外加剂：按施工图纸要求，水泥砂浆中添加的速凝剂和其他外加剂，其品质不得含有对锚杆产生腐蚀作用的成分。

②、施工工艺流程

施工工艺见锚杆施工工艺流程图。

锚杆的钻孔根据设计孔深的要求，采取YT-28手风钻钻孔。锚杆在加工厂用钢筋切断机截成规定长度后运至施工现场。现场砂浆搅拌机拌和砂浆，注浆机注浆。水泥砂浆采用水泥：根据试验室配合比试验进行现场拌制。锚

杆的插入由人工缓缓插入，保证插入部分的长度不小于设计要求的长度，若锚杆插完后孔口不冒浆则需重新注浆，锚杆插入后三天内不得扰动。

③、锚杆施工程序

A锚杆制作

锚杆规格按图纸要求在加工厂下料加工，钢筋在使用前必须进行取样试验，合格后方能使用。

B钻孔

a锚杆孔的开孔应按施工图纸布置的钻孔位置进行，其孔位偏差应不大于100mm。

b锚杆孔的孔轴方向应满足施工图纸的要求。施工图纸未作规定时，其系统锚杆的孔轴方向应垂直于开挖面。

c 锚杆钻头直径采用40～50mm钻头。

d锚杆孔深度必须达到施工图纸的规定，孔深偏差值不大于50mm。

e钢筋外露长度偏差不大于50mm。

砂浆锚杆施工工艺流程图

④、钻孔冲洗

采用高压水气混合物冲洗钻孔内的碎石和岩粉，直到回水清洁为止。

A注浆和锚杆安装

a锚杆注浆的水泥砂浆配合比，应在以下规定的范围内通过试验选定并报监理人批准：

水泥∶砂，1∶1～1∶2（重量比）；

水泥∶水，1∶0.38～1∶0.45。

b先注浆的锚杆，应在钻孔内注满浆后立即插杆；后注浆的锚杆，应在锚杆安装后立即进行注浆。

c自带注浆管的锚杆，要求从孔口注浆管压力注浆，注浆压力通过现场试验确定。注浆后，要求浆液沉降不得大于30cm，并用水泥砂浆回填密实。

d采用“先安装锚杆后注浆”的锚杆，每间隔1～1.5m安设对中装置。

e锚杆注浆后，在砂浆凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔锚杆。

f质量检验

3、挂设钢筋网施工

首先，用钢筋在锚杆外露端紧贴洞壁焊接钢筋骨架，然后由人工在骨架筋上绑扎钢筋网；

其次，在钢筋网上焊埋控制喷射混凝土厚度的标尺，要求钢筋网绑扎牢固、不变形；

最后，钢筋网安设完毕后，用高压风、水冲洗受喷面，清除表面的灰尘、泥屑等杂物。若有软弱泥结石夹层，必须改用高压风吹洗。

4、钢支撑施工

①、施工方法

设计图纸未说明具体参数，根据工程联系单（承包[2015]联系字005号）中说明，钢拱架采用I16工字钢制作，主要用于Ⅴ类围岩段，钢拱架纵向间距0.8m，Φ22钢筋纵向连接。

②、钢支撑制作和安装

在加工场预先进行制作，按单元试拼装后，运至现场安装。加工做到尺寸准确，弧形圆顺；焊接长度满足规范要求；焊接或冷弯成型时，沿钢架两侧对称进行，接头处相邻两节圆心重合，连接位置准确。钢架加工先试后拼，检查有无扭曲现象，钢支撑安装工作内容包括定位测量、安装前的准备和安设。先安装两侧墙钢支撑，锁脚锚杆固定，并与系统锚杆焊接牢固；待两侧墙钢支撑安装完成以后，再进行顶拱钢支撑安装。

A定位测量：

首先测定出线路中线，确定高程，然后再测出其横向位置；安设方向与

线路中线垂直；每榀的位置定位准确，上下、左右偏差小于±5cm，斜度小于2°。

B准备：

运至现场的钢支撑分单元堆码，安设前进行断面尺寸检查，及时处理欠挖侵入净空部分，保证钢支撑正确安设，外侧有不小于5cm的喷射混凝土，安设拱脚或墙脚前，清除垫板下的松渣，将钢支撑置于岩石上；软弱地段，采用拱脚下垫钢板的方法。

C安设：

钢支撑与初喷混凝土之间紧贴，在安设过程中，当钢支撑与围岩之间有较大间隙时安设垫块，两榀钢拱架间沿周边环向每隔1.0m用Φ22钢筋纵向联杆联接，形成纵向连接系。在软基上安装钢支撑时，为增强基础的承载能力，安装时在钢支撑底脚设置槽钢纵梁，以减少下陷量。

钢支撑的附件安装就位后，应与钢支撑焊接牢固，以防松动；钢支撑之间应采用钢筋网制成挡网，以防止岩石掉块，应采用焊接或其它方式与钢支撑牢固连接。

六、喷射混凝土施工

1、施工布置

喷混凝土设备主要有PZ-7喷射机，喷射混凝土操作平台采用工字钢台车搭设。

2、材料

水泥: 优先选用符合国家标准的普通硅酸盐水泥，当有防腐或特殊要求时，经监理人批准，可采用特种水泥。水泥强度等级不低于32.5，进场水泥

应有生产厂的质量证明书。

骨料：细骨料应采用坚硬耐久的粗、中砂，细度模数宜大于 2.5，使用时的含水率宜控制在5%～7%；粗骨料应采用耐久的卵石或碎石，粒径不应大于15mm；喷射混凝土中不得使用含有活性二氧化硅的骨料，喷射混凝土的骨料级配，应满足表1的规定。

表1 喷射混凝土用骨料级配

水：清洁并达到质量要求的河水。

速凝剂：速凝剂的质量符合施工图纸要求并有生产厂家质量证明书，初凝时间不应大于5分钟，终凝时间不应大于10分钟，选用外加剂应有监理批准。

3、配合比

喷射混凝土配合比，应通过室内试验和现场试验选定，其抗压强度、抗拉强度和与基岩面的粘结力应符合施工图纸要求，在保证喷层性能指标的前提下，尽量减少水泥和水的用量。速凝剂的品种和掺量应通过现场试验确定，喷射混凝土的初凝和终凝时间，应满足施工图纸和现场喷射工艺的要求，喷射混凝土的强度应符合规范要求。

4、配料、拌和及运输

A拌制混合料的允许误差应符合下列规定：

水泥和速凝剂±2%

砂、石±3%

B搅拌时间

强制式拌和机不得小于1分钟，且混合料颜色要均匀。

混合料掺有外加剂时，搅拌时间应适当延长。

C运输

混凝土的拌制采取就近拌制的方法。

混合料在运输过程中，应严防雨淋及杂物混入，装入喷射机前应过筛。

喷混凝土利用工字钢台车，用短钢筋（φ8）设置喷层厚度标志，人工撬除浮石，把滴、渗、淋水引出受喷单元外，用高压风枪吹洗坡面岩粉、岩屑及其他污物。受喷面经验收后洒水润湿。

混凝土所用干料在拌和机现场拌制，人工掺速凝剂，人工上料；喷射混凝土采用PZ-7湿喷机，按先底角后边顶拱的顺序施工。喷射砼时喷枪应垂直岩壁面，喷嘴距受喷面0.8～1.0m，喷枪作螺旋运动，喷头处的水压必须大于该处的风压，并要求风压稳定，保证射水能穿透集料能力。先填平凹坑，然后逐层加厚至设计厚度。喷射混凝土要喷水养护。

5、喷射混凝土施工工艺

隧洞内喷射砼采用湿喷工艺施工，以减少砼回弹和粉尘浓度，创造良好的作业环境砼喷射机械选用TK-961型湿喷机。喷射砼采用现场拌制，砼输送车运至喷射工作面。喷射配合比由现场试验室根据试验选择，喷射砼要严格按施工配合比施工。

湿喷工艺流程见图。

湿喷工艺流程图

6、质量保证措施

A喷射混凝土严格按照规范要求做好取样工作。

B一次喷射混凝土的厚度以喷层不产生坠落和滑移为适度，作业应分段分片依次进行，喷射顺序自下而上。混凝土终凝至下一循环放炮时间不应少于3小时。

C 喷射机作业应严格执行喷射机的操作规程；应连续向喷射机供料；保持喷射机工作风压稳定；完成或因故中断喷射作业时，应将喷射机和输料管内的积料清除干净。

D喷射混凝土的回弹率：洞室拱部不应大于25%，边墙不应大于15%。

E完工后的喷射混凝土表面不应出现干斑、疏松、脱空、松弛和裂缝等