隧道四级围岩开挖及支护首件

2017年10月25日J1总监办组织XX项目部相关人员在XX项目部会议室召开了XXX隧道Ⅳ级围岩开挖及支护施工首件工程评审总结会，会议由J1总监办总监XXX同志主持；会议首先由XX项目部对XXX隧道Ⅳ级围岩开挖及支护施工过程进行整个工艺、施工管理、工程质量的控制进行详细陈述，并对施工过程中存在的问题进行了总结；隧道专业监理对XXX隧道Ⅳ级围岩开挖工法及初支施工质量进行客观地评价。

作为首件工程既是业主及监理对我们施工方案、施工工艺流程的全面考查，又是为我们以后大规模施工提供了一个可行性方案。

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通过对XXX隧道Ⅳ级围岩开挖及支护施工首件评审会议对本合同段隧道Ⅳ级围岩开挖及支护后续施工积累了经验，提供了有效的施工及检测数据,验证了制定的施工工艺、人员及机械组合、材料的采备、安全措施等能够满足施工及质量要求。

一、工程概况

1、工程简介

XXX隧道为二级公路单洞双向行车隧道，进、出口平曲线半径为1100米。隧道进口桩号K15+670，出口桩号K16+275，全长605米，属中隧道。围岩分别为Ⅴ级、Ⅳ级、Ⅲ级三类。

本合同段选取K16+210～K16+209段XXX隧道开挖作为Ⅳ级围岩首件工程，长度1米，纵向坡度为2%的单向坡，道路等级：二级公路，设计时速60km/h，隧道内轮廓按建筑限界宽10.5m，高5m设定，设计荷载：公路-I级，采用一心园断面，为曲墙半圆拱，净空半径5.5m，净空面积63.6m2。

隧址区位于闽西南华力西—印支拗陷带之xx—xx拗陷的东北部。政和—大埔深断裂的西北侧，地质构造复杂。由于受强烈的燕山运动波及，致使地壳强烈的褶皱，断裂发育。

根据工程地质调绘和钻探及物探结果，隧道洞身围岩为侏罗系梨山组粉砂岩、石英砂岩为主，属较软-较硬岩，岩体破碎～较完整。

本隧道区地下水主要为风化带网状孔隙－裂隙水、基岩构造裂隙水，孔隙－裂隙水赋存于第四系残坡积层底部及基岩强风化带，基岩构造裂隙水则主要赋存于断裂带、节理带等构造带中，地下水具不均匀性，一般中微风化岩层富水性及导水性弱，水量较贫乏。

①、选取的原因

XXX隧道K16+210～K16+209该段为本合同段Ⅳ级围岩最先施工段。

为本合同隧道后期Ⅳ级开挖施工积累经验，具有代表性。

②、主要工程量

1、施工方案

隧道开挖前做好超前地质预报、探测工作，根据围岩情况采取相应的施工方案。

Ⅳ级围岩开挖采用上、下台阶法施工。隧道在拱脚处采用锁脚锚杆将钢格栅的拱脚锁紧，钢格栅拱脚须位于坚实的基础上，严禁拱脚悬空，Ⅳ级围岩每处拱脚设置1根3.5m长锁脚锚杆，外插角40°。初期支护采用喷、锚、网、钢支撑支护，锚杆采用Φ22砂浆锚杆，长度3.0m，环向间距1.2m，纵向间距1.2m，呈梅花型布置；采用Φ6钢筋网，网格20x20cm，范围为起拱线以上180°；采用钢筋格栅，纵向间距为1.0m。隧道开挖后先湿喷4cm厚C25混凝土，挂钢筋网，再架设钢筋格栅，最后喷射至设计厚度。

2、施工方法及措施

项目经理部测量人员将按施工设计资料，对线路中线、水准点和中桩高程进行复测。复测结果报经监理和业主批复后，组织定位放线，对隧道工程布设精密导线网、水准网，埋设永久桩和护桩。

开挖前必须对开挖轮廓进行测量放线，首先复核线路中线、水平，根据线路中心线控制桩及高程控制点标识出隧道中心线及标高，根据开挖轮廓线画出外拱弧。

隧道投入大型施工机械设备，组成钻、爆、挖、装、运等机械化作业线；钻爆采用钻孔开挖台车钻孔，塑料导爆管毫秒雷管微差爆破开挖，周边轮廓采用光面爆破技术。出渣采用侧卸式装载机装渣，自卸汽车运输。

隧道开挖劳动力组织及分工表：

  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,本隧道的IV级围岩按上、下台阶法施工。开挖施工采用YZ-28型气腿式凿岩机配合自制开挖台车钻爆开挖。

①、IV级围岩上下台阶法

IV级围岩段洞身开挖采用上下台阶法开挖，循环进尺控制为2.0m。 

开挖时，采用自制式型钢台车作为工作平台，实施钻爆作业。台车分两层，每层高度为2m，层面上铺设Φ12@100钢筋网片，台车长度采用6m。采用V形掏槽、光面爆破。采用挖掘机排险，翻渣至下部后；装载机装渣，自卸汽车运输至路基填筑或弃渣场。

具体施工步序如下：  

第一步：①部上台阶开挖；第二步：Ⅱ部上台阶拱部初期支护；第三步：③部下台阶开挖；第四步：④部下台阶边墙部分开挖；第五步：V部下台阶边墙部分初期支护；第六步：VI部施做仰拱，仰拱填充； 第七步：完成上述工序后，根据监控量测结果确定进行边墙、拱部二次模筑Ⅶ部砼；

②、钻爆设计：

由于隧道开挖跨度大，为减少爆破对围岩的扰动，降低单次爆破最大单响药量，控制爆破震动速度，IV级围岩上台阶开挖分两次爆破进行。首先采用V形掏槽、光面爆破开挖半断面，剩余半断面按周边眼0.45m，掘进眼0.7m的间距布置爆眼，装药集中度按0.3～0.5kg/m进行钻爆开挖。爆破时必须充分考虑二次衬砌砼的龄期，确保爆破震动速度满足设计要求。

Ⅳ级围岩上台阶炮眼

  Ⅳ级围岩上、下台阶爆破炮眼布置图

③、设计说明：

（1）、本设计周边眼间距E与最小抵抗线V的比值取0.75。

（2）、本设计适用于Ⅳ级围岩上、下台阶半断面开挖爆破。预计循环进尺1.0m。

（3）、周边孔间距按0.45m,掘进孔间距按0.7m。

（4）、钻孔采用手持风钻钻孔，钻孔直径为ф42mm，掏槽选取三级复式楔形掏槽，周边孔外插2-3度角,其余为直眼,且互相平行,开口误差不得大于3cm,装药前必须清洗炮孔。

（5）、本设计使用炸药为2号岩石乳化炸药，其药卷直径为：ф32mm。采用导爆索连接药串。

（6）、起爆系统采用非电毫秒延期雷管，周边炮孔雷管反向孔底起爆，其余为正向起爆。

（7）、装药时应分区定人，仔细装填，不得混装或擅自改段乱装，加工及装药必须严格按照《爆破安全规程》规定操作。

（9）、在实际施工中，根据围岩和断面情况及爆破效果，可将本设计的有关参数作适当调整，以达到最佳效果。

4、出碴运输  

上、下台阶法开挖，出碴采用侧卸式装载机装碴，自卸汽车运碴。仰拱开挖，采用挖掘机装碴，自卸汽车运碴。提前疏通运碴路线，弃碴场地的弃碴顶面保持平整，并防止水流冲蚀造成溢流。使其畅通。循环有序进行，形成快速装运出碴线。

出渣作业

5、初期支护

①、喷射混凝土：

初期支护拱墙与仰拱均采用湿喷工艺喷射砼。拱墙处钢架间喷砼应饱满平顺，钢架与围岩之间的间隙应用喷砼充填密实，格栅钢架内和钢架背后禁止填塞片石。

喷射混凝土的回弹物严禁重复利用。新喷射的混凝土应按规定洒水养护。

喷射砼时，喷嘴应与受喷面保持垂直，同时与受喷面保持一定的距离，一般可取0.6～1.0m。

岩面初喷封闭

②、锚杆：

（1）、锚杆杆体材料采用Φ22螺纹钢，砂浆锚杆单根母体抗拉断力应不小于150KN，锚杆锚固抗拔力：Ⅳ级以上围岩不小于100KN，详见《公路工程质量检验评定标准》。灌浆管应插至距孔底0.5~1m处，灌浆压力不宜大于0.4Mpa；

（2）、水泥砂浆强度不应低于M20;

（3）、螺母采用一端球形的六角螺母，并应符合 GB/T56的规定。

（4）、锚杆垫板与喷射混凝土层难以完全密贴时，应立即用水泥砂浆填实，使垫板与喷混层密贴。

（5）、锚杆砂浆凝固前不得加力(待砂浆强度达到8.0MPa后方可上锚垫板和螺母)。

系统锚杆施工

③、钢筋网：

（1）、采用Φ6.5钢筋网(20×20cm)，洞外分块加工，洞内铺挂，并和锚杆、钢拱架焊接牢固，防止喷混凝土时晃动，减少回弹.

（2）、钢筋须经试验合格，使用前进行除锈，在洞外分片制作，安装时搭接长度不小于一个网格长度。

（3）、人工铺设钢筋网，贴近岩面铺设并与锚杆和钢架焊接牢固。 钢筋 网焊接在钢架靠近岩面一侧，以确保整体结构受力。

（4）、喷混凝土时，减小喷头至受喷面距离和控制风压，以减少钢筋网振动，降低回弹。

（5）、钢筋网喷混凝土保护层厚度不小于2cm。

④、钢格栅：

（1）、主洞钢格栅纵向间距1.0米。钢格栅安装之前应先初喷厚度4厘米C25砼。

（2）、格栅钢架采用胎模焊接，各单元钢格栅由钢筋、角钢(或垫板)焊接成型，焊接采用双面喇叭形焊接，焊脚高度6mm。

（3）、安装前清除基底虚砟及杂物。 钢架安装允许偏差：钢架间距、横向位置和高程与设计位置的偏差不超过±5cm，垂直度误差为±2°。

（4）、单元之间采用10.9S级高强度大六角头螺栓连接副连接，螺栓设计抗拉强度ftb=500Mpa，抗剪强度fvb=310Mpa。

（5）、一套连接副由一个高强度大六角头螺栓、一个高强度大六角螺母和2个高强度平垫圈组成。

（6）、安装顺序为：螺栓、平垫圈、连接钢板、平垫圈、螺母。

钢筋网片、钢格栅安装

⑤、超前砂浆锚杆：

（1）、设计参数：

    1）、材料：Φ22mm水泥砂浆锚杆，长为4.5m。

    2）、间距：锚杆环向间距为60cm。纵向搭接长度不小于1m，纵向间距为3.0m。

    3）、外插角：15°。

（2）、超前砂浆锚杆支护采用手持式风钻钻孔，然后插入锚杆。超前锚杆尾端应与初期支护钢拱架焊接牢固，以增强整体刚度，发挥其最佳支护效能。然后封孔注浆。

超前锚杆

隧道爆破开挖后，应坚持先喷后锚的原则，即应首先初喷砼封闭岩面，然后再挂钢筋网、架立钢架、施作系统锚杆，最后复喷达到设计厚度。

6、监控量测  

①、周边位移及拱顶下降量测 

（1）、测点设置间距

该项必测项目量测断面的间距应根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度及工程重要性按下表进行。

（3）、所有测点埋设牢固可靠，易于识别并妥为保护。拱顶下沉量测后视点必须埋设在稳定岩面上，并和水准点建立联系。

（4）、量测仪器选用精度适当、性能可靠、使用及携带方便的仪器。

（5）、水平净空变化测线的布置按地质条件及施工方法，在地质条件良好采用全断面时，可设一条测线。当采用台阶法开挖时，可在拱腰和边墙部位各设一条测线。

（6）、拱顶下沉量测与水平净空变化量测的量测频率相同，并据位移速度和开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。

具本操作如下表所示：

拱顶下沉量测与净空变化量测量测频率表

当净空变化速度持续大于1mm/d进，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统。  

当净空变化速度持续小于0.2mm/d进，围岩达到基本稳定，可正常施工。 

①、地表下沉

在地表浅埋段，沿纵横断面合理布置测点，并对测点高程和测点坐标进行量测，测量采用水准仪和全站仪量测，并绘出变形时间关系曲线图   

7、超前地质预报   

隧道施工中采取超前地质预报，主要用地质分析法、地质物探法。有机结合，相互印证，从不同方面发现、揭示异常情况，达到判释准确。  

①、地质分析方法               

地质分析法有地质调查和隧道开挖面地质素描两种方法。 

地质调查：地质预报组人员根据建立的标准地层剖面，结合沉积规律，确定各岩层层序、厚度、位置。对地质构造进行跟踪调查后，展开有针对性的地质调会，详尽地核对细化勘察设计资料，为地质预报做好基础工作。

隧道开挖面地质素描：地质预报人员对隧道开挖面的地质状况作如实的调查和编录，采集必要的数据，具体包括：开挖面地层、岩性、节理发育程度、受构造影响程度、围岩稳定状态等进行编录。

三、安全保证措施 

1、安全目标及方针 

职工伤亡事故:死亡率控制在0,重伤率控制在0；其他事故：万元以上的直接经济损失控制在年产值的0.4%以下。 坚持“安全第一，预防为主”和“管生产必须管安全”的方针。

2、安全施工要点

（1）、预防机械开挖时，机械摆动幅度较大伤及他人，要有专人指挥。

（2）、人工清理过程中，派专人监控掌子面围岩状况，发现异常，立即组织施工人员撤离。

3、落实安全生产责任制

（1）、完善各项安全生产管理制度，针对各工序及各工种的特点制定相应的安全管理制度，并由各级安全组织检查落实。

（2）、建立安全生产责任制，落实各级管理人员和操作人员的安全职责，做到纵向到底，横向到边，各自作好本岗位的安全工作。

（3）、项目开工前，由项目经理部编制实施性安全技术措施，对开挖、运输等作业要编制专项安全技术措施，领导小组同意后实施。

（4）、严格执行逐级安全技术交底制度，施工前由项目经理部组织有关人员进行详细的技术安全交底。项目施工队对施工班组及具体操作人员进行安全技术交底。各级专职安全员对安全措施的执行情况进行检查、督促并作好记录。

（5）、加强施工现场安全教育

针对遂道工程特点，定期进行安全生产教育，重点对专职安全员、安全监督岗岗员、班组长及从事特种作业的起重工、机械工、机动车辆驾驶员进行培训和考核，学习安全生产必备的基本知识和技能，提高安全意识。

未经安全教育的管理人员及施工人员不准上岗，未进行三级教育的新工人不准上岗。变换工种或参加采用新工艺、新工法、新设备及技术难度较大的工序的工人必须经过技术培训，并经考试合格者才准持证上岗。

通过安全教育，增强职工安全意识，树立“安全第一，预防为主”的思想，提高职工遵守施工安全纪律的自觉性，认真执行安全操作规程，做到：不违章指挥、不违章操作、不伤害自己、不伤害他人，不被他人伤害，确保自身和他人安全，提高职工整体安全防护意识和自我防护能力。

（6）、认真执行安全检查制度

项目经理部要保证检查制度的落实，按规定定期检查日期、参加检查的人员。经理部每10日检查一次，项目队安检部门每7日检查一次，作业班组实行每班班前、班中、班后三检制，不定期检查视工程进展情况而定，如：施工准备前、施工危险性大、采用新工艺、季节性变化、节假日前后等时要进行检查，并要有领导值班。对检查中发现的安全隐患，要建立登记、整改制度，按照“三不放过”的原则制定整改措施。在隐患没有消除前，必须采取可靠的防护措施。如有危及人身安全的险情，必须立即停工，处理合格后方可施工。

（7）、临时及辅助工程按相应的国家有关标准、规范要求施工。

（8）、临时道路的弃碴应妥善处理，避免挤压河道、污染水源、引起泥石流和危及行车安全，临时道路在险峻处应设立防护石墩和安全标志。

（9）、临时房屋防火、防洪和防暑应满足要求，并配备消防设施。

（10）、临时供电及照明线路接头牢固，电力安全工具应定期检查。

（11）、锅炉等压力容器的安装和使用应符合国家有关规定。

4、预防隧道塌方的安全措施

为了预防塌方后，保证被困人员的安全，快速、有效的事实救援，最大限度的减小事故损失，在隧道施工阶段应考虑相关工程措施及准备相关救援设施、设备。相关措施如下：

（1）、逃生管紧跟掌子面；设置长度：一端置于施工台车(架）下，另一端离二衬完成段不小于6m。台架端应设置必要的防堵措施。

（2）、逃生管规格：管径800mm，壁厚12mm，标准节长3m。并设1~2m短节长用于掌子面前移过渡。

（3）、逃生管采用法兰盘连接,法兰盘厚度为20mm，采用10颗M20螺栓连接。逃生管在隧道内塌方时可作为被困人员的逃生通道。

逃生管道布置

（4）、掌子面附近准备食品、紧急医用药品及相关设备。

（5）、洞外准备临时钢架、木材、钻机、抽水机具等设施。

四、环境保护措施

1、弃土的利用和堆放

对原地面清表的草皮、农作物的根系和表土清除后，弃至业主指定的地点，待工程完工后，作为复耕和绿化用土。

2、控制废气的排放

（1）、严格遵守国家有关废气排放的标准，将所有施工设备的废气排放控制在规定标准范围内。

（2）、在施工过程中定期对设备的尾气排放进行检测，凡排放达不到标准的设备，立即责令其停工检修，检修后仍达不到排放标准的坚决责令其退场。

（3）、在未取得业主同意时，不安装任何炉具、锅炉，禁止在工地焚烧垃圾。

3、防止噪音污染措施

针对施工过程中产生的噪音，对动植物和人体损害均较大，为了保护环境，应尽量减少噪音污染，避免夜间作业。 对机械设备产生的超分贝噪音利用消音设备减噪。

4、控制废水、废油及其它废弃物对环境的污染

（1）、时刻维护工地内的排水系统，防止废水、废油、淤泥和其它任何悬浮性或可溶性物料流到临近的土地上；防止废水、废弃物积聚在工地上或临近的地方。

（2）、施工废水、生活废水按有关要求进行处理，避免直接排入农田、河流和渠道。对于施工废水、生活污水将按设计方案建沉淀池进行废水沉淀处理。

（3）、燃料、油、染料及其它有机化物品保存在合适的安全容器中，存放在指定地点，进行严格的统一管理，坚决杜绝上述物品对环境造成污染。

（4）、控制施工设备用油对环境的污染，定期对所有的用油设备的供油系统进行检查，力争杜绝设备用油过程中的跑、冒、滴、漏现象，如个别设备发生上述现象，则马上进行回收清理，使可能造成的污染控制在最小的范围内。同时责令违规设备停产检修。

（5）、配备专用洒水车，对施工现场和运输道路不断进行洒水湿润，减少扬尘，避免村镇居民区和农田受扬尘之害。

五、首件工程总结  

洞身开挖围岩变化大且爆破施工控制不足，造成局部超挖过大另外也存在欠挖。造成欠挖处理困难，如果欠挖较大需要补炮时将会严重影响施工进度，同样超挖较大造成初喷用时较长，也影响施工。以后施中积极总结，优化爆破方案。

在初期支护时，采用潮喷工艺，减少喷射混凝土时的回弹量，同时也降低了粉尘污染和对施工人员的伤害。

在喷射混凝土时，容易造成部分凸起，尤其在拱架位置处，为了使喷射混凝土面平整，采用边喷射混凝土施工边用铁锹进行整平，整平后再经行复喷。

总体来看，XXX隧道K16+210～K16+209段Ⅳ级围岩开挖及支护首件工程施工还是很成功的。从钻眼爆破、喷射混凝土质量、拱架间距、拱架连接、锚杆钻孔、锚杆安装、锚杆注浆以及喷射混凝土平整度均做的比较成功，该首件工程可以指导以后开挖及初期支护的施工。