隧道全断面开挖工艺

3.隧道洞身开挖施工工艺

3.1全断面开挖方法

按设计将整个开挖断面采用一次性开挖成形（主要是爆破或机械开挖）、初期支护一次到位，再施作衬砌的施工方法叫全断面开挖法。

3.1.1 适用范围

全断面法主要适用于Ⅰ～Ⅲ级围岩；当断面在50m2以下，隧道又处于Ⅳ级围岩地层时，为了减少对地层的扰动次数，在进行局部注浆等辅助施工加固地层后，也可采用全断面法施工，但在第四纪地层中时，断面面积一般在20m2以下，施工中仍需特别注意。山岭隧道及小断面城市地下电力、热力、电信等管道多用此法。

图3.1.1 隧道全断面开挖图

（1）优点

①可以减少开挖对围岩的扰动次数，有利于围岩天然承载拱的形成；

②全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，防水处理简单，且工序少，便于施工组织和管理。

（2）缺点

①对地质条件要求严格，围岩必须有足够的自稳能力；

②由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大；

③当采用钻爆法开挖时，每次深孔爆破震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计和严格的控制爆破作业。

3.1.2 施工工艺流程

图3.1.2：全断面施工工艺流程图

3.1.3 施工工艺

（1）施工准备

①施工供风

施工供风应按照工程特点、工区划分、工区承担施工长度及同时作业面个数，

根据每个工区洞内用风量的大小，独立设置供风系统。同时在计算各供风参数时，应考虑供风过程中风量、风压的损失，计算配置空压机型号和数量。根据计算采用管径适合的钢管，钢管节间法兰盘接头采用石棉衬垫，保证接头严密，不漏风，管路前端至工作面保持30m的距离，钢管与分风器采用φ50mm的高压软管连接，分风器与凿岩机采用φ25mm的软管进行连接，保证工作面风动凿岩机风压在

0.5MPa以上。

②施工供水

施工用水尽量在工程位置附近选择水源，以缩短供水线路，并取水样进行水质鉴定，使用符合标准的工程用水，从水源处利用供水主管接至各施工工区，主管钢管接头之间采用法兰盘进行连接，进入工作面以后，采用φ50mm的高压胶管接至各分水器，并保证工作面凿岩机需用水压。

③施工用电

施工用电应进行专项施工用电设计，并采用三级配电二级保护方式。长大隧道采用利用10KV高压电缆进洞，变压以后引至各施工工区，变压器的容量采用500KVA，同时应考虑设置了发电机作为后备电源，以确保洞内的正常施工。高压电缆一般采用50mm2，线路按三相五线制进行布置，以满足动力设备及照明的需要，隧道动力设备供电为380V，隧道照明成洞地段采用220V，作业地段照明采用36V。

图3.1.3-01隧道风水电管路布置

④准备施工简易台架

准备施工用简易台架（钻孔作业台架、初支作业台架、防水卷材安设台架），由于简易台架具有结构简单，移动灵活、成本低、可现场加工等特点，在施工现场被广泛采用，开挖台架需要与爆破设计中孔位布置进行设计。利用现场既有的钢筋、工字钢、钢管等常用材料3～5吨左右（每个），3～5天即可加工完成。

图3.1.3-02隧道自加工开挖台架

（2）测量放线

测绘断面开挖轮廓。利用洞内装载机或作业台架沿隧道中线端移台架到施工掌子面，检查台架接触隧道底面的稳固性，调整台架前端与掌子面之间的距离，利于施钻。牢靠连接风钻软管至台架上各层的分风器和分水器接头，调试风钻正常准备施工。开挖断面轮廓放样可采用全站仪直接设站于洞内控制中线点上，将掌子面里程和仪器高程输入编程计算机后即可确定掌子面拱部中心，据此放出开挖轮廓。随着断面仪所指示的红色激光投影轮廓线，指示利用红油漆绘制即可完成。

（3）布置炮眼。

根据钻爆设计布置各类炮眼，并用明显的标志标记在掌子面开挖断面轮廓线内，具体的炮眼布置应根据已批准的爆破设计进行。

（4）钻眼爆破。

通过认真考虑隧道地质围岩的整体性能、岩性特点、开挖断面的大小、队伍的施钻技术水平、钻眼机具、开挖循环进尺、爆破器材，爆破的震动强度、对围岩的扰动等因素进行爆破参数设计。

①钻爆设计应包括的内容

各类炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼）的布置、深度、斜率和数量，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和顺序，钻眼机具和钻眼要求，主要技术经济指标及必要的说明等。

②掏槽方式选择

掏槽眼的布设方式和掏槽大小对爆破创设临空面和爆破效果起到关键的影响，掏槽方式和掏槽位置的选择可根据断面大小，炮眼数量、设定的掘进进尺综合考虑后来选择。隧道施工一般采用斜眼掏槽和直眼掏槽。

③炮眼布置

周边眼沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合施工图要求；掘进眼交错均匀布置在内圈眼与掏槽眼之间，力求爆破出的石渣块度适合装渣的需求；周边眼、内圈眼与辅助眼的孔底保持在同一垂直面上，掏槽钻孔应加深10～20cm。

④装药结构

周边眼应使用小直径药卷，采用间隔装药结构，并用竹片将药卷与围岩隔开，其它炮眼采用连续装药结构，一般采用较大直径药卷。眼口用炮泥堵塞，长度不小于30cm。

⑤起爆顺序及网络

光爆爆破时，从掏槽眼开始，一层一层从截面中心向外起爆，最后是周边眼爆破，具体为掏槽眼先爆，接着为辅助掘进眼，再接着为周边眼，最后是底板眼。根据现场人工装药的方便及非电毫秒的延时误差，确定合理的起爆时差，若缺段时尽量采用大段别的代替，以保证时差。炮眼起爆采用非电毫秒延时雷管分段起爆，其中周边眼用导爆索连接传爆，与非电毫秒雷管相连，其他炮眼采用底部安

设置非电毫秒延时雷管反向起爆装药结构，导爆管引出传爆，双火雷管引爆。

（5）施工通风，排除掌子面炮烟及污浊空气，具体通风方式可根据工程特点及掌子面掘进深度等采用压入式、混合式、压出式或巷道式。优先考虑压入式通风，压入式通风有效射程大，冲淡和排出炮烟的作用强；操作简单，只需隔一定距离延长通风管。长距离通风尽量采用串联式轴流风机，风压较大。通风管的选用：为防止风压过大通风管开裂，通风机口200～300m采用带钢圈的负压风管。其余采用漏风率低，内摩擦阻力系数小的高强软风管，单节长20～30m(为避免通风管过长，出风口距掌子面太远，出风口固定一节5～10m的短风管)。条件允许的情况下，尽可通选用大直径通风管。通风检算主要从最低允许风速、最多允许工作人数、排除炮烟、稀释内燃机废气四方面考虑。

（6）找顶排险

找顶排除松动岩块可能脱落的安全隐患，出碴设备进场准备装转碴体，此时体现了全断面法机械化程度高的优势，合理组织大功率机械设备，由领工员统一指挥调度，缩短出碴工序时间。

（7）出渣与运输

根据隧道长度、断面大小、纵坡大小、经济性及施工进度要求等进行综合确定出渣运输方式，保证作业安全。

常规情况下掌子面采用装载机装渣，大型自卸汽车运渣。施工过程中首先要保证工作面的照明，以便于司机操作，同时也要保证装渣及运渣设备处于良好状态，机械的装渣能力应与每次开挖土石方量及运输车辆的容量相适应，运输道路平整通畅，在关健地段设置车辆调度室，对进出车辆进行合理调配。施工区域显要位置设置安全警示标识。

（8）断面检查

对开挖断面质量进行检查，并进行地质素描和地质状况判定。检查结果满足验收和规范要求，达到合格，方可进行下道工序施工，否则应对开挖轮廓表面局部存在欠挖的部位进行处理，直至合格，进入下道工序。