土洞开挖方案

隧洞出口洞脸和洞身段开挖方案

1.1工程简介

3#洞进口位于前庄村，出口位于向阳村村口，向阳灌区设计补偿供水流量为1.0万m³/d，最大补偿供水流量为1.3万m³/d，最小补偿供水7200m³/d，饮水量大于原“两泉”总出水量，能够弥补原泉水的水量损失。原隧洞洞内土质情况为第四系上更新统坡洪积混合土块。

1.2工程布置

1.本工程无压隧洞引水，可自流进入向阳灌区，供水隧洞由西向东布置，隧洞分别在上林舍沟及前庄沟处露头，两沟将供水隧洞分为三段，分别编号为1#、2#、3#隧洞。供水隧洞平面布置上均为直线，由西向东走向，总长3.32km，设计底坡为0.25‰，为无压隧洞，3#隧洞围堰类别大部分为Ⅳ～Ⅴ类，仅出口段为土洞。隧洞横断面型式采用城门洞形，净宽2m,净高2.6m，采用C25钢筋混凝土衬砌厚0.3m。

2.根据工程的特点和现场施工条件，充分利用现有场地、交通及供水、供电、通讯和当地的资源条件，综合利用永久工程布置的有利条件，在施工场内合理规划施工场地，施工道路、施工供水、供风、供电系统以及混凝土拌和系统和各加工厂等临时施工生产辅助设施及生活管理辅助设施，按文件要求，做好土石方开挖堆料场的规划。

1.3土方洞挖工程

1.3.1 出口洞脸开挖

首先校测基准点线的测量精度，校核资料和数据的准确性，按照施工要求布设施工控制网，放样洞脸开挖边线，并用木桩及白灰将边线标识，使土方施工人员能够准确控制开挖范围。

根据测量资料及现场情况，先进行洞脸及周边边坡开挖，洞脸开挖采用220挖机按1：0.75的坡度开挖至设计高程。洞口土方开挖后，先人工平整坡面，将浮土、碎石等覆盖物清理掉，再喷浆支护，以保证其周围土体稳定；并在洞口和左右两侧设排水沟与洞外排水系统连通。由于受雨水影响，洞口5米范围内采

.

.

用加强支护措施，每50cm支一品I14的型钢拱架，再挂网喷浆支护，以保证洞口的安全。 1.3.2.洞身开挖

3#隧洞出口段的土方洞挖，由于断面尺寸较小，主要以人工开挖为主，不宜采用机械开挖。自上而下分台阶进行，人工开挖采用铁锹、洋镐、风镐，含沙砾石段宜采用风镐进行。人工挖土料后利用扒渣机装入三轮车直接运至洞外，然后用50 装载机进行散料。开挖进尺达到1m后，人工进行修边处理并及时进行钢支撑支护及挂网，安装完成后，随即进行喷射混凝土施工。

由于隧洞轴线发生变化，洞内地质情况不明，故聘用地质工程师对洞内的地质情况进行实时监测，对于特殊地段地质情况发生较大变化的，必须报于监理，经业主、设计、监理和施工方共同确认后，制定出安全的施工方案，再进行后续开挖。土洞段和Ⅴ类围岩段每开挖一段后,随即进行全断面挂网，按50cm支护一榀I14的拱架，在喷锚支护（具体支护断面尺寸及材料用量见附图1）。

如果在土方洞挖中，遇到大的石头，可采用小规模爆破。开挖施工过程中做好洞内围岩监测工作。施工过程中，遵循确保安全、短进尺、快封闭、强支护、及时衬砌的原则，并指定专人做好地表沉陷、顶拱下沉、周边位移等施工监控工作。开挖后的洞壁要求平整，不允许出现过大的起伏差，不允许欠挖。土洞沿线采用100w白炽灯照明，10m一个，工作面20m范围采用36v安全电压照明。

1.4石方洞挖

3#隧洞的石方洞挖，其围岩类别为Ⅳ类和Ⅴ类围岩。岩性较差，采用钻爆法进行施工。

洞身采用城门洞型，设计开挖宽2.8m，高3.3m，开挖断面积较小，采用YT-28型气腿式手风钻钻孔，全断面一次性爆破开挖，周边采用光面爆破，出渣采用三轮车出渣，利用扒渣机装车后运至洞口临时渣场，然后用ZL50装载机装散料。

为了在石方洞挖中能按合理的爆破参数进行施工，提高开挖质量，在石方洞挖前，应进行专门的钻孔爆破设计和试验。爆破设计的内容包括掏槽方式、炮

.

.

眼布置、装药量和装药结构以及堵塞方式、起爆方法和顺序等。在爆破试验前，首先应按爆破设计初选各爆破参数，而后进行光面爆破试验，通过爆破试验，为施工选定合理的爆破参数。本工程将洞身开挖起始段作为试验段，通过爆破试验逐步调整爆破参数，以达到良好的爆破效果。

起爆网络采用电起爆网络，采用的火工材料为2#岩石炸药、防水乳胶炸药、导爆索、塑料导爆管秒延时雷管、电雷管。

钻孔爆破基本参数包括单位岩体炸药消耗量q、单孔装药量qd、工作面总钻孔数量N、一次开挖循环炸药量Q、周边孔平均炸药量qp、辅助孔（崩落孔）平均炸药量qn、掏槽孔炸药量qcut以及掏槽形式等。

（1）掏槽方式

根据洞身的工程地质条件及开挖断面大小，石方洞挖时采用单空孔直桶菱形掏槽方式。掏槽孔布置在开挖断面的中部，桶形掏槽装药孔的装药长度一般不小于炮孔深度的90%，第一炮孔到空孔的距离应不大于1.5倍空孔直径。

（2）单位岩体炸药消耗量q

单位岩体炸药消耗量，取决于岩石性质，隧洞断面、炮孔深度及掏槽方式等多种因素。根据经验，隧洞断面在4～100m2时，按如下经验公式计算，并进行适当调整：

q＝14/s+a

式中：q—单位岩体炸药消耗量 s—断面面积，m2；

a—修正系数，取0.6～0.8，炮孔偏差小取小值。 （3）单孔装药量qd，根据如下经验公式计算：

qd＝πd²/4×△La

式中：qd—每个炮孔的炸药用量，kg；

d—药卷直径，m；本工程采用2#岩石炸药，d＝0.032m；

△—药卷装药密度，kg/m3；本工程采用2#岩石炸药，△＝1.1×103kg/m3； L—炮孔平均深度，m；

.

.

a—充填系数，按《水利水电施工手册》第二卷表5-3-6选用。 （4）工作面总钻孔数N，用如下经验公式计算：

N＝qV/qd

式中：N—工作面总钻孔数； q—单位耗药量，kg/m3； V—爆破岩体的体积，m3； qd—单孔装药量；kg。

(5）一次开挖循环炸药量Q，用如下经验公式计算：

Q＝qdN

式中：Q—一次开挖循环炸药量；kg；

(6）掏槽孔炸药量qcut，按如下经验公式计算：

qcut＝1.25Q/N

式中：qcut—掏槽孔的炸药用量，kg/孔；

(7）周边孔平均炸药量qp，按如下经验公式计算：

qp＝EWLp（0.5～0.8）q

式中：qp—周边孔的平均炸药用量，kg； E—周边孔间距，m； W—周边孔的最小抵抗线，m； Lp—周边孔的孔深，m； q—单位耗药量，kg/m3。

(8）辅助孔（崩落孔）平均炸药量qn，按如下经验公式计算：

qnQ(qcutNcutqpNpqfNf) N(NcutNpNf)式中：qn—辅助孔（崩落孔）的平均炸药量，kg； Ncut—掏槽孔数（不含空孔）； Np—周边孔数； Nf—底板孔数；

qf—底孔炸药用量kg/孔，qf＝（1.1～1.2）Q/N。

.

.

辅助孔（崩落孔）的间距参照《水利水电施工手册》第二卷表5-3-8进行选取。

根据以上各爆破参数的计算方法计算本工程中的石方洞挖的各爆破参数，石方洞挖爆破参数详见表5-1。

爆破参数 岩石坚固系数f 单位岩体耗药量q（kg/m3） 单孔装药量qd（kg） 工作面总钻孔数（个） 一次开挖循环药量Q（kg） 掏槽形式 掏槽孔炸药量qcut（kg/孔） 周边孔平均炸药量qp（kg） 辅助孔平均炸药量qn（kg） 底孔装药量qf（kg） 周边光爆孔间距E（m） 钻孔深度L（m） 炮孔直径（mm） 开挖断面积s（m2） 光爆孔线装药密度（g/m） 辅助孔炮孔间距（m）

.

隧洞Ⅳ类围岩 1.5～2 2.299 0.97 39 37.95 四孔三角形 1.31 0.74 1.25 1.07 0.4 2.0 44 8.24 370 0.7～0.9 隧洞Ⅴ类围岩 1～1.5 2.267 0.73 40 29.2 四孔三角形 0.91 0.57 0.85 0.8 0.4 1.5 44 8.40 380 0.7～0.9 .

钻孔孔位布置

根据爆破参数对洞身Ⅳ类和Ⅴ类围岩石方洞挖的炮孔孔位进行布置，其炮孔布置图详见图5-1。

Ⅳ类围岩布孔图 Ⅴ类围岩布孔图

图5-1 炮孔布置图

石方洞挖周边孔采用导爆索进行联网，掏槽孔及崩落孔（辅助孔）采用塑料导爆管联网，最后用电雷管引爆。从内到外分段先后逐渐起爆。其起爆顺序为先起爆掏槽炮孔，接着起爆崩落孔，然后是侧顶光爆孔，最后是底板孔。

爆破指挥人员要确认洞内的安全警戒工作完成，并发布放炮信号后，方可发出起爆命令；警戒人员应按规定警戒点进行警戒，在未确认撤除警戒前不得擅离职守；要有专人核对装药起爆炮孔数。起爆后，确认炮孔全部起爆，经检查后方可发出解除警戒信号，撤离警戒人员。如发现盲炮要及时处理。

.

.

1.5支护工程

施工程序及方法

（1)砂浆锚杆施工程序：水平方向及斜向下的锚杆采用先注浆后插锚杆的方式进行，其施工程序为：清除危岩→喷第一层混凝土→造孔→注浆→插锚杆→待凝；斜向上及垂直向上的锚杆后注浆法施工程序为：测量定位→造孔→洗（冲）孔→安装锚杆→灌注水泥砂浆→检测

（2)喷素混凝土施工程序：喷素混凝土施工程序为：施喷面处理→混凝土拌和→先初喷混凝土→标识喷射混凝土厚度→分层喷混凝土至设计厚度。

（3)钢筋挂网喷混凝土施工程序：钢筋挂网喷混凝土施工程序为：岩面冲洗→先初喷混凝土→锚杆→挂钢筋网→标识喷混凝土厚度→第二次喷混凝土至设计厚度

1.5.1锚杆支护

（1）材料

锚杆：锚杆材料为Ⅱ级高强螺纹钢，系统锚杆直径为22mm单根长2m，超前锚杆的直径为25mm单根长度3m。

砂浆：水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5，要求锚杆尽快达到锚固力，在监理工程师的认可下，改用早强水泥；砂子应预先过筛，粒径不大于2.5mm，砂浆的材料及配合比均应符合设计要求，砂浆配比在以下规定的范围内通过试验确定。强度等级不应低于20Mpa。

水泥：砂子，1：1～1：2（重量比），水泥：水，1：0.38～1：0.45。 （2）锚杆施工

水平方向及斜向下的锚杆采用先注浆后安装锚杆的方式进行。根据设计图纸或围岩情况布置孔位，并做好标记，用YT-26气腿式风钻钻孔。钻孔时要控制孔位、孔向、孔深等均须符合设计要求。钻头直径应大于锚杆直径15mm以上，孔位偏差应不大于100mm，孔向应符合设计要求，图纸未作规定时，系统锚杆孔向应尽量垂直于岩石面，局部加固锚杆孔向应与可能滑动面的倾向相反，其与滑动面的交角应大于45°，孔深偏差应不大于50mm，造孔后将孔内岩粉和积水冲

.

.

洗干净。清孔后由注浆机向孔内注入砂浆，注浆管插至距孔底5～10cm，随水泥砂浆的注入缓慢均匀抽出，注入的砂浆应饱满密实，不应有气泡残留。注满浆后，立即将锚杆插入，人工插入困难时，可用风钻将其顶入，并将孔口楔紧。

顶拱垂直锚杆及斜向上的锚杆用先插锚杆后注浆的方法施工。钻孔孔径应大于锚杆直径25mm以上，具体施工方法为：先将锚杆插到孔底，用三孔木塞或橡胶塞塞住孔口，三个孔分别为：中间孔插锚杆，两边孔一个为排气管，一个为进浆管，排气管深入到孔底，注浆管伸到孔内即可，然后由注浆器通过注浆管向孔内注入砂浆，孔内空气由排气管逐步排出，直至孔内灌满砂浆，然后缓缓抽出排气管，并继续注浆，直至排气管完全抽出后，停止注浆，抽出注浆管和排气管后，用小木塞塞住两孔口，待凝。

砂浆由人工现场拌制，随用随拌，一次拌和的砂浆应在初凝前用完。刚安装的锚杆在砂浆凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔锚杆或在其上悬挂重物。

1.5.2挂设钢筋网

在砂浆锚杆达到一定锚固强度后，即可进行钢筋网挂设。施工中，人工将钢筋沿围岩开挖轮廓面进行焊接和绑扎，使钢筋网与开挖岩面形状基本一致，并与砂浆锚杆焊接牢固，连成整体。

钢筋网的质量检验与钢筋工程相同，每批材料均应有质量合格证明书，并在现场按监理工程师的指示取样、检验，合格后方可使用，钢筋网规格也必须在监理工程师验收后方可喷混凝土覆盖。 1.5.3钢拱架支撑

（1）钢架严格按照设计图纸要求的规格和尺寸进行加工，做到材质达标，尺寸准确，焊接质量可靠。钢架用电动弯制机进行冷弯加工制作。

（2）初喷混凝土后迅速将钢架安起，各单元之间先采用螺栓连接，螺栓按设计数量全部拧紧，再焊接连接板，确保连接点的刚度。

（3）钢架与初喷砼之间应尽量密贴，对于凹凸不平并有较大间隙时，必须设置砼垫块或钢板，使钢架支撑迅速发挥支撑作用。

（4）钢架与钢架之间按设计要求采用纵向连接筋连接，连接筋与钢架之间

.

.

焊接牢固，以便钢架发挥更好的整体支撑作用。

（5）径向锚杆、锁脚锚杆数量、规格、间距必须按设计施作，及时拧紧垫板，并和钢架支撑焊牢。

（6）复喷砼至设计厚度，并保证钢架处保护层不小于2cm。 1.5.4喷砼施工

目前隧道与地下工程施工，锚喷支护是主要支护结构。本标段隧道喷混凝土采用湿喷。为保证锚喷支护的质量，使其对施工和结构安全起到应有的作用，必须严格控制施工工艺，严格按施工规范及技术要求施工。 材料的选择：

（1）水泥：通常采用42.5#普通硅酸盐水泥。在软弱围岩中可选用早强水泥或通过试验选用其他新品种水泥，但水泥标号不得底于42.5#。

（2）砂：喷砼应采用硬质洁净的中砂或粗砂，细度模数大于2. 5，含泥量小于3％。

（3）碎石：采用坚硬而耐久的碎石，粒径小于15mm，级配良好。当使用碱性速凝剂时，不得用含活性二氧化硅的碎石。

（4）水：水中不应含有会影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，不得使用污水，PH值小于4的酸性水和含硫酸盐量按SO42-计超过水重1％的水。

（5）速凝剂：必须采用质量合格的产品，使用前做速凝效果试验。要求初凝时间不大于5min，总凝时间不大于10min，使用时根据配合比准确计量。

1.5.4.1施工机具的配置

为保证喷砼拌和质量和运输，选用自动计量配料机、强制式搅拌机、和砼搅拌运输车。为了保证喷砼的质量，同时减少回弹浪费和防止产生大量粉尘，选用砼湿喷机。

1.5.4.2施工准备

（1）根据对原材料的要求购置材料，并运到施工现场。

（2）根据设计喷砼的标号和材料，通过试验确定合适的配合比。 （3）检查开挖断面净空尺寸，清除松动岩块和墙脚虚碴，并用风水冲洗受

.

.

喷面。

（4）检查机具设备和风、水、电等管线路，并试运转。 1.5.4施工工艺流程图见图所示 喷 混凝土配 合 比

1.5.4.3施工注意事项：

要确保隧道施工的安全，喷混凝土支护的质量非常重要。必须使喷混凝土与岩面密贴，其间不得存在异物，喷混凝土的厚度和强度也必须达到设计的质量标准。在操作上，应作到以下几点：

清理施工机具 复喷至设计厚度 清除初喷面粉尘 钻孔、安装锚杆 初喷混凝土3~5cm 混凝土拌合 选定 喷砼

施工工艺流检查开挖断面尺寸，清除松动岩块，风水冲洗受喷面 施工机具就位 程图

混凝土运输 .

.

（1）材料的选定必须严格按要求选择。

（2）施工机具必须性能良好，保证作业连续进行。

（3）喷砼作业应分段、分片由下而上的顺序进行，岩面有较大的凹洼时，应先喷凹洼处找平。

（4）保证喷砼厚度，喷砼前可在适当位置设置标志，用其控制喷层厚度。 （5）锚杆的布设严格按设计布设。锚杆插入深度不小于设计的95％。 （6）喷射机操作严格按先给风，再开机，后送料；结束时待料喷完后，先停机，后关风。

（7）操作手使喷头垂直于受喷面，喷头距受喷面距离0.6~1.2m，喷头应不停地缓慢作横向环向移动，使喷层厚度均匀。

（8）作业人员均须配戴防尘口罩、眼罩、雨衣裤、长筒胶靴和乳胶手套等

1.6 隧道整体施工协调关系

1.6.1、临时工程设施布置

临时工程主要主要是“三管两路”及其配套设施的布置，所谓“三管两路”指的是：高压风管、高压水管、通风管、电路及出渣运输道路。 （1）在原有隧道旁加架设顶一趟管路，并加水表及阀门。 （2）在左洞左侧靠近洞口配置空压机站及配电房。

（3）风管、水管、通风管布置在拱部靠近隧道两洞中间一侧，电路布置在隧道外测。

1.6.2、不良地质工程对策：

本段地质条件最有可能出现的地质灾害为：冒顶坍方。相应采取以下措施进行预防和处理：

（1）采用超前小导管，预先探明掌子面前方5m范围内的围岩地质情况，针对不同的地质采取不同的支护和施工方法。

（2）采取短进尺，弱爆破，紧支护的方法，预防坍方。支护离掌子面的距离小于50cm，确保围岩稳定。加强围岩观察量测，以量测数据指导隧道开挖。 1.6.3、坍方的处理：

.

.

（1）加固未塌方地段，防止其继续发展。

（2）小塌方段，利用坍塌间隙时间，加固塌方体两端洞身，并抓紧喷射混凝土或喷锚联合支护，封闭坍穴顶部。也可在塌方上架设临时支撑，待支稳顶部，再边清渣边正式支撑。

（3）大塌方段：在加固两端洞身后暂不处理坍穴顶部，不清渣，可采用先护后挖法，于塌渣内挖小导坑穿过再根据围岩情况进行施工。当塌方仍有发展，可采用复式导坑挖通至塌体上方，先将顶部情况摸清处理妥当再进行下部施工。

1.7 施工作业计划

由于开挖与初期支护构成一个循环作业，各单项作业时间如下表： 工作项目 时间(h) 测量布眼 1.0 钻孔爆破 5 通风排烟 0.5 出碴找顶 3 喷锚作业 4.5 则一个循环进尺0.8米作业时间为14个小时，则一天按1.5个循环考虑富余3小时。每天进尺2.0m。由此可推断单洞单侧Ⅳ级加强段施工期为27天。 隧道开挖质量验收标准 （1）洞身开挖 项次 检查项目 规定值或允许偏差 检查方法和频率 破碎岩、软土等平均100，最大150 （Ⅰ、Ⅱ类围眼岩 1 拱部超挖（mm） 中硬岩、软岩 （Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩） 平均150，最大250 激光断面仪：每20m抽一个断面，测点间距≤1m 硬岩（Ⅵ类围岩） 平均150，最大200 2 3 项次 1 边墙超挖（mm） 每侧 全宽 +100，-0 +200，-0 平均100，最大250 规定值或允许偏差 在合格标准内 水准仪：每20m检查3处 检查方法和频率 按JTGF80/1-2004附录E检查 仰拱、隧底超挖（mm） 检查项目 喷射混凝土强度（MPa） 喷射厚度（mm） （2）喷射混凝土支护 2 平均厚度≥设计厚度；检查凿孔法或雷达检测仪：每10m点60%≥设计厚度；最小厚检查一个断面，每个断面从拱顶度≥0.5设计厚度，且≥50 中线起每3m检查1点 无空洞、无杂物 凿孔法或雷达检测仪：每10m检查一个断面，每个断面从拱顶中线起每3m检查1点 3 空洞检测 .

.

（3）锚杆支护 项次 1 2 3 4 5 6 项次 1 2 3 4 项次 1 2 3 4 5 检查项目 锚杆数量（根） 锚杆拔力（KN） 孔位（mm） 钻孔深度（mm） 孔径 锚杆垫板 检查项目 网格尺寸（mm） 钢筋保护层厚度（mm） 与受喷岩面的间隙（mm） 网的长、宽 检查项目 安装间距（mm） 保护层厚度（mm） 倾斜度（°） 安装偏差（mm） 横向 竖向 规定值或允许偏差 不少于设计 28d拔力平均值≥设计值，最小拔力≥0.9设计值 ±15 ±50 砂浆锚杆：大于杆体直径+15；其他锚杆：符合设计要求 与岩面紧贴 规定值或允许偏差 ±10 ≥10 ≤30 ±10 规定值或允许偏差 ±50 ≥20 ±2 ±50 不低于设计标高 ±3 检查方法和频率 按分项工程统计 按锚杆数量的1%且不小于3根做拔力试验 尺量：检查锚杆数量的10% 尺量：检查锚杆数量的10% 尺量：检查锚杆数量的10% 检查锚杆数量的10% 检查方法和频率 尺量：每50m2检查2个网眼 凿孔检查：每20m检查5点 尺量：每20m检查10点 尺量 检查方法和频率 尺量：每榀检查 凿孔检查：每榀自拱顶每3m检查一点 测量仪器检查每榀倾斜度 尺量：每榀检查 尺量：每榀检查 （4）钢筋网支护 （5）钢支撑支护 拼装偏差（mm）

.