隧道如何开挖「隧道施工开挖方法」

今天带来隧道如何开挖「隧道施工开挖方法」，关于隧道如何开挖「隧道施工开挖方法」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

作者：桥隧施工技术。一个有情怀的工科男，10年工程一线总工，分享桥隧经验技术，评析行业热点，分享职场干货。

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第一章 施工准备

1.1组织机构

为满足管理需要，公司下设项目经理部，项目经理部设置“六部一室”，包括工程技术部、安全部、物资设备部、财务部、合同部、综合部、工地实验室等七个职能部门,分别负责该项目技术管理、质量、安全,合同,财务,后勤保障及地方协调工作, 确保本合同工程完成既定的各项目标任务。

1.2 人员、机械设备、材料配置计划

根据施组要求，组建有技术、有责任、有创新的管理团队，组织开挖班、支护班等各个班组和机械设备进场，具备有力的施工能力。

1.2.1 主要人员计划

1.2.2主要机械设备计划

1.2.3 物资准备

1.2.3.1 自购材料

隧道开挖支护首件工程所需自购材料提前做好材料采购计划，并上报给物资设备部。由物资部及时采购所需材料，以免耽误施工进度，同时试验室做好材料检测和报批工作，具体自购原材料如表。

1.2.3.2 甲供材料

主要钢材由业主方统供，每月15号前由工程部根据工期安排和设计图纸量复核，复核后交予物资部 20 号前上报项目办，同时做好进场材料统计台帐，再由枫林隧道钢筋加工厂集中加工。

1.2.3.3 材料储存要求

因避免材料储存过程中，保护不到位而影响其性能，材料的储存应标准化、规划化，材料宜储存在封闭棚内，防止雨淋，且采用工字钢台架，垫高 30cm。

1.2.3.4 喷射混凝土

喷射混凝土采用已检测合格的原材料进行拌制，由枫林隧道拌和站拌和，并使用专用运输车运输至现场。

1.2.3.5 型钢拱架

型钢拱架由枫林隧道钢筋加工厂集中加工完成，并经验收、拼装合格以后再进行拱架安装。

1.3 施工现场准备1.3.1 供水供电

隧址区地表水主要为阊江以及各沟谷的泉水、地面流水汇合后形成的溪流，颇为发育，水流量受大气降雨影响较大，降雨较多，入渗量增加，施工用水可就近引水或打井取水。

隧道外供水方案的选择与永久性消防用水方案相结合，应与隧道的地形、地貌及水文地质条件密切结合，当有地形可利用时，应优先选择山上水池供水方案；当隧道有条件建山上水池，且与隧道洞口高差不大时，优先选择隧道建山上水池的水源方案。

根据本线施工负荷分布、预计的施工安排及工期要求，本合同段内原电力线路及现场勘测，结合地方电源供电能力，计划由地方供电部门指定的接入点引入施工现场，在规划指定的位置修建变电房并设置一个800KV变压器，具体位置为隧道右线池州端洞口右侧，距离隧道口约35米。

1.3.2 临建工程

1.3.2.1 隧道口布置

枫林隧道进口布置一个临建设施场地，合理利用场地。隧道口临建设置包括混凝土拌合站，钢筋厂，应急物资仓库、门卫室、会议室、生活区等基础设施，洞口布置三辊闸、车辆道闸、进出洞人员登记警示牌等门禁系统，设置LED显示屏、宣传栏等教育宣传设施。

1.3.2.2弃渣场

枫林隧道洞渣场位于枫林隧道池州端洞口改河挡墙内侧，约3.5万方。后期将利用洞渣进行路基填筑。

图1.4.2.1-1枫林隧道口及临建平面布置图

第二章 进度计划2.1施工进度计划

枫林隧道首件制工程计划选择在右线K78 181.2～K78 181.8段，计划开工日期 2019 年10月26日，计划完工日期 2019 年10月26日，计划工期共 1 个工作日，具体如下表：

序号

工序名称

计划需用时间（h）

1

洞身开挖

8

2

初喷混凝土

1

3

系统锚杆施工

4

4

钢筋网片施工

0.5

5

钢拱架安装

2

6

复喷混凝土

2

7

合计

17.5

第三章 施工方法3.1总体概述

枫林隧道右线池州端半明半暗洞口段施工完成后，开始进行枫林隧道首件制K78 181.2-K78 181.8段洞身施工，结合设计图纸及现场，首件制段落围岩基本为土质或强风化岩层，岩体破碎、节理发育，施工时围岩可能发生失稳和坍塌，甚至出现地表下沉或冒顶，设计支护参数为Ⅴ（小净距）偏型。

3.1.1开挖方式选择

为了确保施工安全，结合设计图纸、地勘文件及现场地质情况，决定采用环形开挖预留核心土法施工，在施工中加强监控量测，根据量测结果，及时调整开挖方式和修正支护参数，开挖时采用人工配合凿岩机械开挖的方法。

3.1.2施工方法流程

环形开挖预留核心土法施工顺序：→环形上断面I 开挖→环形上断面II、III 开挖→上断面初期支护→中部预留核心土IV 开挖→开挖下断面 V→下断面初期支护→仰拱初支封闭；环形开挖预留核心土法施工步骤如图5.1.2-1，5.1.2-2：

5.1.2-1环形开挖预留核心土施工纵断面示意图

5.1.2-2环形开挖预留核心土施工横断面示意图

采用环形开挖预留核心土法施工，施工中先按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ顺序环形开挖上断面施作初期支护①，然后开挖上断面核心士Ⅳ，开挖下断面V，开挖后及时施作相应的初期支护②、③，全断面开挖完成后及时施作仰拱④、⑤，并进行仰拱回填⑥，然后整体模筑二次衬砌⑦；下半断面的开挖和封闭采用单侧落底，避免上部初期支护两例拱脚同时悬空，控制落底长度为2m，不得大于3榀拱架间距长度；施工过程中加强监控量测，根据量测信息指导隧道施工，若围岩级别与设计不符，应立即调整施工方案。3.1.3施工方法

3.1.3.1开挖环形拱部

（1）开挖时必须预留核心土，利用半明半暗施工时已预留的核心土，核心土面积不小于开挖断面50%，预留长度距离掌子面为2m，以方便挖机开挖；

（2）挖机沿着已放出的隧道内开挖轮廓进行挖掘，顺序由拱顶至拱腰处缓慢挖掘，挖掘过程中尽量不要磕碰已施工完成的洞身，并注意调整好挖机大臂角度。

（3）洞口段开挖施工，围岩情况差，机械开挖时要控制好力度采用凿岩机点刨式开挖，一点一点挖除岩土，避免造成隧道超挖甚至垮塌等情况的发生。

（4）现场必须安排一名指挥人员，指导机械开挖施工，挖出的洞渣直接由出渣车运送至洞外弃渣场。

（5）V （小净距）偏衬砌段一次开挖循环进尺为一榀钢拱架间距（V （小净距）偏钢支撑间距为 60cm），避免过大的开挖，同时保证钢支撑安装时有一定操作距离。

（6）开挖轮廓面松动石块要及时清理，由人工修整整平后，通知测量人员检测，对超挖的部分采用喷射混凝土填满处理，保证开挖轮廓要满足设计要求，在通知现场监理检验合格后，方可进入下道工序的施工。

（7）开挖时应按设计文件要求预留15cm沉降量。

3.1.3.2开挖核心土

（1）在环形拱部开挖2米后，在进行下一循环的环形拱部开挖时，一起开挖等长度的核心土。

（2）核心土开挖至拱腰位置，与环形拱部底部齐平。

（3）保证上半断面距离核心土至少2m。

（4）核心土与下断面台阶开挖应在上台阶初期支护完成后、喷射混凝土强度达到设计强度的70%后进行。

3.1.3.3下导坑开挖

（1）两侧下导坑必须错开开挖，避免上部初期支护两侧拱脚同时悬空，两侧错开距离大于5m，单侧落底高度为N2单元（2.795m）钢拱架长度，里程长度控制在2m以内。

（2）下导坑开挖采用爆破加机械开挖组合掘进，开挖过程中，严格控制爆破参数，确保洞身初支安全。

3.1.3.4施工排水

本隧道裂隙水较丰富，容易造成隧道内积水。环形开挖预留核心土开挖、初支施工时，为防止隧道内积水，采用在边墙两侧开挖排水边沟及集水坑，配合水泵将积水排除洞外，保证洞内无明水。

3.2爆破开挖施工方法

掏槽的目的是在开挖断面内形成槽腔（增加自由面），使其余炮孔能够围绕槽腔依次顺利爆破。因此，掏槽爆破效果的好坏直接影响隧道掘进爆破的成败。中大断面软岩隧道掘进的掏槽方式多采用 6～8 个眼的二阶复式楔形掏槽，其目的是尽可能地扩大槽腔，有效利用作业平台提供的条件。对于Ⅴ级围岩掏槽方式的选择，由于岩石较为松软，采用“短进尺、多循环”的原则进行施工。

3.3初期支护施工

枫林隧道设计为复合式衬砌，初期支护类型为V（小净距）偏型，采用钢拱架锚喷支护。复合衬砌按新奥法原理设计和施工，设计中采用柔性支护体系的初期支护结构，充分发挥围岩自身承载能力。

图3.2-1 V（小净距）偏型衬砌断面图

V（小净距）偏型衬砌由I20a工字钢钢拱架、中空注浆系统锚杆、钢筋网及喷射砼组成初期支护。型钢拱架具有刚度大，发挥作用快的特点，这一点对于岩体自稳定能力差，跨度大的隧道特别重要。钢拱架之间用纵向钢筋连接，并与径向锚杆及钢筋网焊为一体，与围岩密贴，一起形成承载结构。

3.3.1施工工序

图 3.4-1 隧道初期支护施工工序框图

3.3.2施工方法

3.3.2.1初喷砼施工

首件段落开挖后及时初喷，喷射砼施工采用自动上料喷浆机，施工前首先用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉，如工作面有滴水或涌水，提前做好钻孔埋管的引排水工作。喷射混凝土采用湿喷法施工，有速度快，回弹量少，粉尘少等特点。喷射混凝土由枫林隧道拌和站集中拌料，混凝土运输车运送。

在首件进尺开挖施工完后，立即进行初喷砼，初喷厚度 2-3cm。喷射作业先从拱脚或墙脚自下而上，分段分片进行，以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚而不密实，导致强度不够，造成失稳；先将坑凹部分找平，然后喷射混凝土，使其平顺连续。喷射操作应沿水平方向以螺旋形划圈移动，并使喷头尽量保持与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离 0.6m～1.0m。

3.3.2.2钢拱架施工

钢拱架是软弱围岩中初期支护的重要组成部分，应严格按设计图及设计要求加工制作和架设。为保证钢拱架的加工形状和质量满足设计和规范要求，对隧道的钢拱架配备专用设备和技术熟练工人采用枫林隧道钢筋加工厂集中加工，在洞外测设隧道钢架整体大样，依照整体大样并根据所采用的施工方法，分片加工，逐段加工各单元, 以保证各单元顺接。

（1）钢拱架施工流程

图 3.3.2.2-1 钢拱架安装施工工艺流程框图

（2）钢拱架制作

①V（小净距）偏支护支撑主要由工字钢作为钢性支撑，钢支撑采用卧式工字钢冷弯机加工。严格将钢架的加工误差及变形值控制在技术规定的范围之内。钢支撑采用 I20a 钢弯制，具 体加工图如下图 5.3.2.2-2,每节拱架端部焊接连接钢板，焊接必须使用双面焊接工艺，焊缝厚度不小于 4mm。

3.3.2.2-2钢拱架总装图

（3）钢拱架试拼

型钢拱架加工完成后，进行试拼，其平面扭曲不得大于20mm，尺寸偏差不得大于 10mm，轮廓线偏差不得大于 10mm。钢拱架段与段之间用钢板连接，连接钢板之间采用M27*70高强螺栓连接。

3.2.2.2-4钢拱架试拼装

（4）钢拱架安装

钢拱架试拼完毕后，将各单元成品吊装至施工现场，采用“五点挂线法”。安装前，在掌子面上测量放样出钢拱架安装位置，并用红油漆标记。标记点为型钢拱架安装内侧壁设计位置，一般标记位置为拱顶，以及两侧拱肩、拱脚位置。安装前，清除拱脚基底浮渣，保持基底牢固、稳定，可在拱架下面支垫预制块。环形开挖预留核心土开挖法拱架安装施工：

① 拱顶N1单元钢支撑安装

环形开挖法施工中，首先安装拱顶部位单元钢支撑，可由工人现场拼接安装，安装间距为 60cm，连接钢板采用高强螺栓连接，安装定位完毕后，拱架之间采用φ 22 纵向连接钢筋连接，环向间距为 1m，在钢支撑内缘、外缘交错布置。

②拱墙N1单元钢支撑安装

按照环形开挖施工方法分步开挖拱墙后，及时清理拱顶N1单元钢支撑端部，接头部位必须保持干净，连接板表面无渣土，螺栓孔无堵塞物。采用人工安装拱墙部位钢拱架，拱架底部必须落到基岩上，保证钢拱架稳定，并及时焊接纵向连接筋。

②下导坑N2单元钢支撑安装

钢拱架安装应确保两侧拱脚应放在牢固的基础上。安装前应将底脚处的虚渣及其他杂物彻底清除干净；脚底超挖、拱脚标高不足时，应用喷射混凝土填充；当拱脚处围岩承载力不够时，应向围岩方向加设钢垫板、垫梁或浇注强度不低于C25的混凝土以加大拱脚接触面积。

下导坑钢拱架N2单元与仰拱接点处，先将仰拱拱架连接钢板与N2单元钢拱架进行焊接，待仰拱拱架施工时，采用连接螺栓与仰拱拱架进行连接。

3.2.2.2-5下导坑钢拱架与仰拱拱架连接示意图

（5）钢拱架加工质量要求

①首件工程钢拱架按设计要求预先在枫林隧道钢筋加工场加工成型。先在加工场地上按设计放出加工大样，再按大样尺寸下料。钢架加工尺寸应符合设计要求，其形状与开挖断面相适应。放样时根据工艺要求预留焊接收缩余量及切割的加工余量。工字钢冷弯成形，要求尺寸准确，环形圆顺。

②钢架应分节段制作，每节段长度应根据设计尺寸及开挖方法确定，不宜大于4m。每片节段编号，注明安装位置。型钢钢架宜采用冷弯法制作成型。

③拱架接头钢板厚度及螺栓规格必须符合设计要求；接头钢板螺栓孔必须采用机床钻孔，配合定位卡扣进行焊接加工，孔口采用砂轮机清除毛刺和钢渣；要求每榀之间可以转换，严禁采用气割冲孔。

④钢拱架加工时，若工字钢需要自身焊接时，采用焊加劲板的方法进行补强， 工字钢两侧均需采用加劲板，采用电弧焊满焊，焊缝饱满，无焊渣。在安装时，相邻榀钢拱架自身补强焊的位置应错开，错开距离不小于 1000mm。

⑤不同规格的首榀钢架加工完成后，应放在平地上试拼，周边拼装允许偏差为 30mm.平面翘曲应小于 20mm。

3.3.2.3系统锚杆施工

K78 181.2～K78 181.8段为小净距式隧道，对于中岩柱一侧系统锚杆进行了加长设计，该段系统锚杆均采用Φ25mm 中空注浆锚杆施工，非中岩柱加固处系统锚杆每环17根，长度为3.5m，@60*100cm；中岩柱加固锚杆每环 7 根，长度为 5.0m,@60*100cm。

（1）锚杆施工工艺流程

中空注浆锚杆施工工序流程见图 5.2.2.3-1。

图 3.2.2.3-1 中空注浆锚杆施工工序框图

（2）中空注浆锚杆施工

①安装前的准备工作

A、检查中空锚杆体内孔、塑料注浆锚头的出浆孔是否有异物堵塞，若有堵塞应清理干净。

B、将塑料注浆锚头旋到中空锚杆体的一端至旋不动止。

C、检查所使用的钎头直径是否符合设计要求并选用合适的钎头形式，推荐使用十字钎头。

②钻孔

采用风动凿岩机成孔，锚杆钻孔利用开挖台阶搭设简易台架施钻，按照设计间距布孔；钻孔方向尽可能垂直结构面或初喷砼表面；锚杆孔比杆径大 15 ㎜，深度误差不得大于±50mm；孔距允许误差150mm。采用风钻进行钻孔，中夹岩柱一侧孔深为5米，隧道内施工空间狭小，采用长短钻杆交替钻孔。先采用3.5米长钻杆在更换为5米长钻杆，保证钻孔孔深，系统锚杆钻孔采用3.5米长钻杆一次钻孔到位。成孔后采用高压风清孔。

③洗孔

钻进结束后将钎杆钎头拔出钻孔，用压缩空气冲洗钻孔，吹出孔内积水和岩粉。

④插入锚杆和塑料锚头组件

向钻孔内插入锚杆和塑料锚头组件。

⑤插入进（排）气管，孔口处理（或是套入止浆塞）

带排气管的锚杆系统：将排气管插入孔内约 12～15mm，用快干水泥浆将孔口封堵并将孔端面抹平。

带止浆塞的锚杆系统：套入止浆塞并推入钻孔，抵住孔端面。

⑥安装垫板和螺母

在中空锚杆体的外露端套入垫板，注意使进（排）气管对准垫板上的孔并穿过该孔，旋入螺母，螺母旋到与垫板贴靠即可，以防中空锚杆体被从孔内拉出。

⑦注浆

A、在中空锚杆体的外露端旋上注浆接头；

B、将注浆软管与注浆接头相连接；

C、在搅拌机中按水灰比0.45：1的比例将浆液搅拌均匀，注浆液采用纯水泥浆，严禁使用水泥砂浆；

D、将搅拌机中搅拌好的水泥浆液倒入注浆机的料斗中；

E、开泵注浆，注浆压力为 0.8～1Mpa，泵的流量控制在0.3～0.6m3。注浆过程应连续、不停顿，一次完成。观察到浆液从排气管或中空锚杆体端头孔内溢出时即停泵。

⑧、施工要点

A、对中空注浆锚杆的注浆，现场技术员必须要有旁站记录，严禁未注浆行为。

B、中空注浆锚杆施工时应保持中空通畅，并留有专门排气孔。螺母应在注浆初凝后拧紧，并使垫板与喷射混凝土面紧密接触。

C、中空注浆锚杆应有锚头、垫板、螺母、止浆塞等配件。

D、注浆过程中，注浆压力应保持在 0.3MPa 左右，待排气口出浆后，方可停止灌浆。

E、详细记录钻孔、锚杆安装及注浆时间，便于后期施工参考。

（3）中空注浆锚杆施工注意事项

①、隧道锚杆施工质量执行工后检测。挂防水板之前，施工单位应委托有资质的且取得监理和业主认可的检测单位对隧道锚杆长度、数量、注浆饱满度进行检测，检测频率原则上不低于锚杆数量的3%。

②、为保证拱部锚杆的靠施作质量，要求对拱部锚杆采用专门锚杆机进行施作，锚杆机性能必须适合硬岩条件下的钻孔要求。侧墙及拱腰部位可采用一般气腿式凿岩机钻孔。

③、为保证拱部锚杆的施作质量，可考虑对拱部锚杆采用专门锚杆机进行施作，锚杆机性能必须适合硬岩条件下的钻孔要求，侧墙及拱腰部位采用一般气腿式凿岩机钻孔。

④、锚杆施工宜在初喷后及时进行。V 级围岩的系统锚杆尾端应预留足够长度， 确保锚杆垫板能够在复喷完成后安装，以便于锚杆质量检测。

⑤、隧道现场技术员应准备锚杆验收专用记录本。对每次锚杆的检查验收，应详细注明锚杆施作的里程桩号，围岩等级、锚杆施作情况、设计数量、实做数量等。

⑥、对中空锚杆的注浆，现场技术人员必须要有旁站记录，严禁未注浆行为。

⑦、锚杆安设后不得敲击，其端部 3d 内不得悬挂重物。

3.3.2.4 钢筋网施工

⑴施工方法

①钢筋网片通过在枫林隧道钢筋加工厂内胎架上制作，由φ8圆钢采用钢筋自动调直机调直、切断，再焊接成20*20cm 网片状，网片的宽度按钢支撑的间距长度制作，现场进行拼接，须要保证现场安装满足搭接长度（不小于 30d，且不小于一个网格长度）满足要求，。

②按图纸标定的位置挂钢筋网，钢筋网使用前清除锈蚀，钢筋网绑扎固定于先期施工的锚杆上，并与初喷面围岩密贴。

图3.3.2.4-1 已加工完成的20*20cm钢筋网片

3.3.2.5锁脚锚杆施工

由于采用环形分部开挖方法，拱墙部位钢架安装后，钢拱架暂时不能全断面封闭成环，因此，拱部钢架必须采取锁脚措施，将钢架两底脚牢固锁定，以防止钢架下沉或两底脚回收，视围岩情况必要时可加长锁脚锚杆长度和再增设锁脚锚杆以加强钢架的稳定。

施工中应严格按照下图要求设置，锁脚锚杆要与 U 型筋两侧单面焊接，钢架与 U型筋满焊，确保锁定牢固。

图 3.2.2.5-2锁脚锚杆与钢架锁定大样图

3.3.2.6复喷混凝土至设计厚度

钢架安装就位后，钢架与初喷混凝土之间的间隙用喷射砼填充密实，并使钢架与喷射混凝土形成整体。喷射砼由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖，临空的一侧喷射砼保护层厚度不小于 20mm。

喷射砼采用湿喷工艺，砼输送车运输送入湿喷机料斗由砼喷射手向待待喷面喷射。喷射要用先下后上S型喷射方式分层喷射，并在喷射砼达到终凝后方可喷射下一层。喷射时要注意严格控制风压同时保证喷射速度适当，使喷嘴与受喷面保持适当距离(0.6-1.2m)，喷射角度尽量接近 90°，整个喷射混凝土表面要平整、平顺。

详细记录环形开挖每个单元喷射混凝土所需时间、实际混凝土用量，回弹值，以指导下步施工。