时速200km与以上铁路隧道设计与工程施工设计方案

1、WORD55/63时速200km与以上铁路隧道设计与施工方案题目时速200km与以上铁路隧道设计与施工一、课题研究背景随着我国社会、经济的高速发展，全社会客运量和货运量都成倍增长。铁路在长途运输中占有明显优势。高速铁路是现代化铁路的重要标志，隧道是关键的基础工程之一。高速铁路的修建为了获得更好的线路线性，为了环保的需要，必然会出现大量的隧道群。目前我国大规模、高标准的铁路建设全面展开，客运专线对隧道的工程质量、耐久性、环境与水土保持、运营管理等提出了更高的要求。近几年来，从引进时速200公里高速列车技术，到自主开发时速350公里、380公里“和谐号”动车组；从京津城际铁路运营到京沪高铁即将开通

2、，中国迅速跨入引领世界的“高铁时代”！而我国多山的特点使得对隧道技术的研究对实现高铁时代具有了更为重要的意义。二、国外研究现状目前各国的隧道施工方法以新奥法为主，新奥法是以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法。新奥法是按照实际观察到的围岩动态的各项指标来指导开挖隧道的方法。新奥法施工原则可以归纳为充分保护，并利用围岩的自承能力；施工要点为控制爆破、锚杆支护和施工监测；实施方法为设计、施工和监测三位一体的动态模式。隧道的开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一。断面开挖方法的选择要注重开挖方法的多样性。如开挖隧道的TBM法、矿山法、不是相互排斥的方

3、法，而是可以选择、可以组合的方法。在选择开挖方法时，一方面要考虑隧道围岩地质条件，一方面要考虑坑道围岩石的坚硬程度。高速铁路隧道大部分属于大断面隧道，所以开挖时应尽量采用机械化施工，以减少人工劳动强度，加快施工速度。国外铁路隧道施工机械的发展正朝着高速、高精的数控技术发展。国外隧道施工都充分证实了在高速铁路隧道施工阶段，重视和加强地质超前预报，最大限度地利用地质理论和先进的地质超前预报技术，预测开挖工作面前方的地质情况，对于安全施工、提高工效、缩短施工周期、避免事故损失都具有重要意义。随着科学技术的发展，超前地质预报的仪器设备也更加精密。国外隧道施工期地质超前预报技术方法的发展主要经历了地质法

4、阶段、超前平行导坑阶段、超前水平钻孔阶段、无力探测法阶段。目前应用较广的有TSP超前预报，和地质雷达超前预报法。TSP超前预报系统具有适用围广、预报距离长、时间短、对施工干扰小、费用少等优点，可推断断层和岩石破碎带等不良地质体的位置、规模、产状、与岩石动力参数。地质雷达对隧底、边墙、隧顶外围岩的不良地质探测效果最好，在超前平行导坑中应用可对正洞起到超前地质预报的作用。三、本设计主要工作与方法1.熟悉资料，查阅文献。2.对不同级别的围岩，根据工程类比的方法，分别确定其初支结构和形式。3.按“荷载-结构”模式计算衬砌在荷载所用下的力和变形，采用有限元软件进行数值计算和分析。4.二次衬砌厚度和计算配

5、筋，采用破损阶段法进行二衬结构检算，并绘制横剖面图，结构配筋图。4.根据不同围岩情况，进行施工方法选择。5.施工工艺设计。四、预期目标设计得到不同围岩级别下的隧道衬砌结构。进行二次衬砌的结构强度检算并完成配筋，画出配筋图。完成施工方案和施工工艺的设计。五、进度计划第13周：熟悉资料，查阅文献，外文翻译，写出开题报告；第46周：结构设计检算并绘制相应图纸；第79周：施工方案与爆破设计；第1014周：初支、防水与二衬等施工工艺设计、监测设计；第15周：文整，答辩。指导教师签字时间年月日摘要合武线卢家山二号隧道是时速350km的高速铁路隧道。该隧道属于大断面的短隧道。主要设计容包括：各级围岩荷载计算

6、、利用有限元软件进行二衬的力计算、开挖方法设计、爆破设计、复合式衬砌设计、防水以与监测等。本设计中采用了新奥法施工，尽量保护围岩，发挥围岩的自承能力。进口和出口段采用明挖法修建拱式明洞；洞身段III级围岩段采用台阶法进行施工，爆破开挖；IV级围岩段采用台阶法预留核心土进行施工，机械开挖；V级围岩段采用了CRD法进行施工，机械开挖，同时采用超前锚杆进行超前预支护。设计中介绍了开挖方法的具体施工流程。施工工艺方面，整个施工过程中进行监控量测，保证施工安全和施工质量。施工期间还采用地质雷达法和超前钻探取芯法进行超前预报，进一步保证了施工的安全进行。此外设计中还给出了初期支护、二次衬砌和防排水施工工艺

7、的措施和方案。关键词：高速铁路隧道新奥法结构计算爆破设计监控量测AbstractNo.2LujiashanrailwaytunnelisbetweenHefeiandWuhan,itisthehigh-speedrailtunnelas350kmperhour.Thetunnelisalargesectionstunnelandbelongtoshorttunnel.Inthisarticle,maindesigncontentsinclude:calculationofdifferentsurroundingrockload,calculationofinternalforceinthese

8、condlining,designofexcavation,designofblasting,designofcompositelinings,designofwaterproofandmonitoring,etc.NATMisadoptedinthisdesign,withthepurposeoftrytoprotectthesurroundingrock.Opencuttunnleisbuiltattheentranceandexitofthetunnlebyopenandcovermethod.ForIIIlevelsurroundingrockmassinthistunnel，step

9、smethodisusedandblastingexcavation；forlevelIVsurroundingrock,threestepsreservecoresoilisusedandmechanicalexcavation;forVlevelsurroundingrock,CRDmethodisadoptedandmechanicalexcavation,meanwhile,advancedboltisbuiltovertheVlevelsurroundingrock.Inthisarticle,theclearmethodandconstructionprocessisintrodu

10、cd.Constructiontechnologyisintroducedinthearticle.Duringthecourseofconstruction,monitoringmeasurementsmustconductedFrombeginningtoend,inordertoensureconstructionsafetyandconstructionquality.Duringconstructionperiod,Geologicalradarcooperateadvanceddrillingcoretoensurethesafty.Inaddition,primarysuppor

11、t,secondaryliningandwaterproofanddrainageconstructioncraftareintroduced.Keywords:HighspeedRailwaytunnelNATMStructurecalculationBlastingdesignMonitoringmeasurement目录第1章绪论11.1 研究背景11.2 国外研究现状11.3本设计主要容2第2章卢家山二号隧道概况3第3章结构计算43.1 二衬结构计算原理43.2荷载计算43.2.1荷载计算公式43.2.2荷载计算63.3衬砌力计算73.4二次衬砌强度检算与配筋113.4.1强度检算公式

12、113.4.2强度检算与配筋133.5隧道的结构形式以与支护参数14第4章隧道施工164.1 总体方案164.2 开挖方法和工序164.2.1 明挖法164.2.2 CRD法施工174.2.3台阶法施工194.3爆破设计194.3.1 级围岩段爆破设计194.3.2 级围岩段爆破设计224.3.3钻爆施工254.4 装渣与运输26第5章施工工艺275.1 超前地质预报275.2 监控量测275.2.1 量测目的275.2.2 监控量测项目275.2.3 监控量测的主要设备285.2.4 监控量测流程285.2.5监控量测测点布置、量测断面295.2.6 围岩压力和两层衬砌间压力量测315.2.

13、7数据分析与反馈315.3超前注浆小导管315.3.1 超前小导管设计参数325.3.2 超前小导管施工325.4初期支护325.4.1 喷射混凝土325.4.2 锚杆345.4.3 钢筋网365.4.4 格栅钢架375.5二次衬砌385.5.1二次衬砌施工概述385.5.2二次衬砌施工准备工作395.5.3混凝土的灌注、养护与拆模405.6 隧道防排水设计405.6.1 洞口防排水405.6.2 洞防排水40第6章结论44参考文献45致46附录A 外文翻译资料47A.1英文47A.2译文51附录B 图纸55第1章绪论1.1研究背景随着我国社会、经济的高速发展，全社会客运量和货运量都成倍增长。

14、铁路在长途运输中占有明显优势。高速铁路是现代化铁路的重要标志，隧道是关键的基础工程之一。高速铁路的修建为了获得更好的线路线性，为了环保的需要，必然会出现大量的隧道群。目前我国大规模、高标准的铁路建设全面展开，客运专线对隧道的工程质量、耐久性、环境与水土保持、运营管理等提出了更高的要求。近几年来，从引进时速200公里高速列车技术，到自主开发时速350公里、380公里“和谐号”动车组；从京津城际铁路运营到京沪高铁即将开通，中国迅速跨入引领世界的“高铁时代”！而我国多山的特点使得对隧道技术的研究对实现高铁时代具有了更为重要的意义。1.2国外研究现状高速铁路隧道与常速铁路隧道最大的区别就是当列车以高速

15、通过隧道时，产生的空气动力学效应对行车、旅客舒适度、列车相关性能和洞口环境的不利影响十分明显，因此，在隧道断面确定的时候必须考虑到空气动力学效应。施工方面，目前各国的高速铁路隧道施工方法仍以新奥法为主，以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法。新奥法是按照实际观察到的围岩动态的各项指标来指导开挖隧道的方法。新奥法施工原则可以归纳为充分保护，并利用围岩的自承能力；施工要点为控制爆破、锚杆支护和施工监测；实施方法为设计、施工和监测三位一体的动态模式。隧道的开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一。断面开挖方法的选择要注重开挖方法的多样性。如开挖隧道的T

16、BM法、矿山法、不是相互排斥的方法，而是可以选择、可以组合的方法。在选择开挖方法时，一方面要考虑隧道围岩地质条件，一方面要考虑坑道围岩石的坚硬程度。高速铁路隧道大部分属于大断面隧道，为了减少开挖对围岩的扰动，充分“保护围岩”，同时减小震动，保护隧道附近对震动有较高要求的结构物，选择部分地质件适宜的隧道采用铣挖机、单臂掘进机、液压破碎机、大功率挖掘机等装备开挖，将是一个发展趋势，这种采用非钻爆法施工的工法会逐步完善。同时，国外铁路隧道施工机械的发展正朝着高速、高精的数控技术发展。国外隧道施工都充分证实了在高速铁路隧道施工阶段，重视和加强地质超前预报，最大限度地利用地质理论和先进的地质超前预报技术

17、，预测开挖工作面前方的地质情况，对于安全施工、提高工效、缩短施工周期、避免事故损失都具有重要意义。随着科学技术的发展，超前地质预报的仪器设备也更加精密。国外隧道施工期地质超前预报技术方法的发展主要经历了地质法阶段、超前平行导坑阶段、超前水平钻孔阶段、无力探测法阶段。目前应用较广的有TSP超前预报，和地质雷达超前预报法。TSP超前预报系统具有适用围广、预报距离长、时间短、对施工干扰小、费用少等优点，可推断断层和岩石破碎带等不良地质体的位置、规模、产状、与岩石动力参数。地质雷达对隧底、边墙、隧顶外围岩的不良地质探测效果最好，在超前平行导坑中应用可对正洞起到超前地质预报的作用。1.3本设计主要容(1

18、)计算IV级、V级围岩荷载，确定不同的围岩级别条件下衬砌类型，衬砌长度，二衬厚度和计算配筋，进行洞身二衬结构检算，并绘制衬砌结构横剖面图，结构配筋图。(2)按工程类比法确定不同的围岩级别条件下隧道的初支结构与形式。(3)进行隧道总体施工方案设计，包括总体施工部署、进洞方案、洞身不同围岩段开挖方法等。(4)设计具体的施工工艺，包括开挖、出碴、初支、二衬、防水工程、量测与其它相关施工工艺，绘制相应的施工工法步序图，防水结构图，监测布置图以与其它必要附图。第2章卢家山二号隧道概况2.1工程概况合武线卢家山二号隧道进口里程KD136+155，出口里程DK136+371，全长216m。2.2地质概况卢家

19、山二号隧道全程地质较单一，为第四系残积粉质粘土、黄褐色、硬塑、厚度0.51m，侏罗系上统白大畈组凝灰岩，紫灰色，全风化弱风化，地下水不发育。其中，DK136+155DK136+207是V级围岩段，长52m；DK136+207DK136+250是IV级围岩段全长43m；DK136+250DK136+342是III级围岩段，全长92m；DK136+342DK136+371为V级围岩段，长29m。第3章结构计算根据隧道地质情况，运用工程类比法确定本隧道所有围岩段均采用复合式衬砌，衬砌结构必须满足运营安全要求、防水要求和美观要求。3.1二衬结构计算原理卢家山二号隧道级围岩、级围岩的二次衬砌结构都采用结

20、构力学方法计算。这种方法又叫作“荷载-结构”法，这种方法是将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载，以计算衬砌在荷载作用下产生的力和变形的方法。其设计原理是按围岩分级或由实用公式确定围岩压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性支承来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支承的约束能力时间接考虑。3.2荷载计算3.2.1荷载计算公式(1)判断深浅埋式中深浅埋隧道分界的深度等效荷载高度值系数22.5在松软的围岩中取高限，而在叫坚硬围岩中去低限。当隧道覆盖层厚度hHp时为深埋，h时为浅埋，h时为超浅埋。（2）当隧道为深埋时，采用我国铁路隧道

21、设计规所推荐的单线、双线、与多线铁路隧道按破坏阶段设计时垂直压力公式式中hq等效荷载高度值；S围岩级别，如III级围岩S=3；围岩的容重；w宽度影响系数，其值为w=1+i(B-5）其中B坑道宽度（m）；iB每增加一米，围岩压力的增减率（以B=5m为基准），当B5m，取i=0.1。水平均布松动压力e按表3-1中的经验公式计算（一般取平均值）。表3-1水平均布松动压力围岩级别IIIIVV均布压力0.15q(0.150.3)q(0.30.5)q(3)当隧道为浅埋时，分两种情况我国铁路隧道设计规推荐，当隧道埋深小于或等于等效荷载高度时（即时），围岩垂直均布压力为式中围岩容重；隧道埋置深度。围岩水平均布

22、压力e按朗金公式计算e=（q0.5Ht）tan2（0.5）我国铁路隧道设计规推荐，当隧道埋深大于等效高度（即h）时，围岩的垂直均布松动压力计算为：=式中k压力缩减系数，其值为k=1(3-1)(3-2)B隧道开挖高度；H洞顶岩体覆盖厚度。表3-2各级围岩的与值围岩级别0.9（0.70.9）（0.50.7）（0.30.5）6070506040503040求围岩水平松动压力若水平压力按梯形分布，则作用在隧道顶部和底部的水平压力可直接写为为侧压力系数，可由式3-1计算若水平压力均布，则3.2.2荷载计算卢家山二号隧道，进口里程DK136+155，出口里程DK136+371，隧道全长216m。(1)里程

23、DK136+155至DK136+207为V级围岩，总长52m，最大埋深：h=9.4m。=0.452S-11+i(B-5)=13.4208mh,所以按超浅埋计算。选取DK136+207里程处断面，h=9.4m，选取=20kN/m3围岩垂直压力：q=h=209.4=188kN/m2围岩水平压力：e=（q0.5Ht）tan2（）=（188+0.52011.88）tan2()=52.637kN/m2(2)里程DK136+207至DK136+250为IV级围岩，长43m，最大埋深h=16.5m。=0.452S-11+i(B-5)=6.832m令=2.5=17mh=16.5，按浅埋计算选取DK136+25

24、0里程处断面，h=16.5m，选取=23kN/m3=，=44O，=4.496=0.1543围岩竖向压力：=311.101kN/m2水平方向压力：按梯形分布=58.21kN/m2=43.53kN/m2(3)里程DK136+250至里程DK136+342为III级围岩，长92m，最小埋深16.5m，最大埋深25.8m=0.452S-11+i(B-5)=3.4m=（22.5）=6.88.5m所以按深埋计算：取=23kN/m3围岩竖向压力：q=233.4=72.8kN/m2围岩水平压力：e=0.15q=0.1572.8=10.92kN/m2(4)里程DK136+342至DK136+371为V级围岩，长

25、29m，最大埋深17m=0.452S-11+i(B-5)=13.4208mh0.2h时，由抗拉强度控制承载力，不必检算抗压。混凝土矩形截面的大偏心受压构件（x0.55h0），其截面强度按下列公式计算：此时，中性轴的位置按下式确定：当轴向力作用于钢筋Ag与Ag的重心之间时，式中的左边第二项取正号，当作用于Ag与Ag重心之外时，则取负号。如计算中考虑受压钢筋时，则混凝土受压区的高度应大于等于2a,如不符合，应按下式计算：式中N轴向力（MN）;e,e钢筋Ag与Ag的重心到轴向力作用点的距离(m)。钢筋混凝土矩形截面的小偏心受压构件（x0.55h0），其截面强度应按下式计算：。表3-6混凝土和砌体结构

26、的强度安全系数材料种类混凝土砌体荷载组合主要荷载主要荷载+附加荷载主要荷载主要荷载+附加荷载破坏原因混凝土或砌体达到抗压极限强度2.42.02.72.3混凝土达到抗拉极限强度3.63.0-表3-7钢筋混凝土结构的强度安全系数荷载组合主要荷载主要荷载+附加荷载破坏原因钢筋达到计算强度或混凝土达到抗压或抗剪极限强度2.01.7混凝土达到抗拉极限强度2.42.0表3-8混凝土极限强度（MPa）强度种类符号混凝土强度等级C15C20C25C30C40C50抗压Ra12.015.519.022.529.536.5弯曲抗压Rw15.019.445.6抗拉Rl2.2

27、.2强度检算与配筋各级围岩二衬结构需检算各节点的安全系数，首先由或反向解出安全系数K值，同时用得出的K值与规要求K值进行比较。当KxK时，则可以认为是安全的，不用进行配筋验算，可以按最小配筋率配筋，否则需要验算配筋。（1）IV级围岩配筋根据规要求受压构件全部纵向配筋最小配筋率可知，单侧纵向钢筋面积不应小于0.2%bh=900mm2。采用对称配筋，取每侧4根钢筋，则单侧的纵向钢筋面积As=As=1256mm2,保护层厚度取40mm，纵向钢筋采用10250，箍筋采用8250。表3-9IV级围岩配筋检算表节点号受压区高度X(m)计算弯矩（Nm）配筋后的安全系数10.31425056

28、03.073220.3222348203.374650.3111386905.978经检算，以上配筋量对应的安全系数均能满足规要求，故可采用上述配筋。配筋图见附图。（2）V级围岩配筋根据规要求受压构件全部纵向配筋最小配筋率可知，全部纵向钢筋面积不应小于0.2%bh=1000mm2。采用对称配筋，取每侧4根钢筋，则单侧的纵向钢筋面积As=As=1520mm2,保护层厚度取50mm，纵向钢筋采用12250，箍筋采用10250。表3-10V级围岩配筋检算表节点号受压区高度X(m)计算弯矩（Nm）配筋后的安全系数10.3341688204.357540.2992191103.806670.227236

29、0604.287经检算，以上配筋量对应的安全系数均能满足规要求，故可采用上述配筋。配筋图见附图3.5隧道的结构形式以与支护参数本隧道结构形式以与支护参数的选取采用了工程类比的方法。经过查阅相关地质情况的设计资料，选取支护参数如表3-11表3-11卢家山二号隧道复合式衬砌支护参数表衬砌类型喷射混凝土锚杆钢筋网钢架二次衬砌预留变形量(cm)聚丙烯纤维掺量(kg/m)部位厚度(cm）设置部位长度(m)间距(m)(环纵)网格间距(cm)设置部位规格间距(m)拱墙(cm)仰拱/底板(cm)1.2全环/15拱墙3.01.212525拱部4055/51.2全环/25拱墙3.51.012020拱墙格栅1.0(

30、拱墙)455581.2全环/28拱墙4.01.00.82020拱墙格栅0.8(全环)506010注：表中带者为钢筋混凝土；所有仰拱喷射混凝土中均掺加合成纤维；喷射混凝土强度等级为C25，素混凝土等级为C25，钢筋混凝土强度等级为C30。第4章隧道施工4.1总体方案合武线卢家山二号隧道全程地质较单一，为第四系残积粉质粘土、黄褐色、硬塑、厚度0.51m，侏罗系上统白大畈组凝灰岩，紫灰色，全风化弱风化，地下水不发育。卢家山二号隧道进口里程DK136+155，出口里程DK136+371，全长216m。DK136+155-DK136+170和里程DK136+359-DK136+371段为V级围岩超浅埋段

31、，拟采用明挖法施工,修建拱式明洞；DK136+170-DK136+207和DK136+342-DK136+359为V级围岩段，拟采用CRD法施工，施工采用超前注浆小导管进行预支护；DK136+207-DK136+250为IV级围岩段，拟采用台阶法进行爆破开挖，且采用超前注浆小导管进行预支护；DK136+250-DK136+342为III级围岩段，拟采用台阶法爆破施工。4.2开挖方法和工序4.2.1明挖法洞口段施工应按照“早进晚出”的原则优化方案。隧道进口里程DK136+155地面标高为127.87m，轨轨顶面标高127.08m，里程DK136+155DK136+170修筑拱式明洞。地质条件为第

32、四系坡积粉质粘土，采用明挖法施工。(1)边仰坡施工注意事项有：准确定出洞口的位置，按设计放出边、仰坡与洞脸开挖边线。洞口土石方开挖前，施工洞顶截水沟，拦截地表水。仰坡开挖采用1：0.5坡度放坡，仰坡开挖后与时用锚杆加固并挂双层钢筋网喷射混凝土进行防护。人工配合挖掘机按照审计坡度、尺寸进行洞门与明洞土方开挖。先用挖掘机按照测量放线开始粗刷，预留部分有人工进行修整。喷混凝土之前，先用高压风对受喷面进行冲洗，清理干净受喷面的浮土和松散结构。边仰坡施工具体工序见图4-1。初喷4cm混凝土放样铺设第一层钢筋网施工洞顶截水沟喷射混凝土刷坡铺设第二次钢筋网清除坡面浮土、浮石喷混凝土至设计高度钻孔、安装22砂

33、浆锚杆图4-1边仰坡施工流程图(2)仰拱施工和明洞衬砌设计明洞的轮廓与隧道相一致，但是结构截面的厚度比洞身隧道大。施工仰拱前，先施作调平层，然后安装钢筋，施工仰拱混凝土。施工计划在仰拱完成后，一次性将边墙和衬砌混凝土浇筑到位，避免形成施工缝，利于防水。明洞衬砌施工如下：衬砌模板安装。采用整体式模板台车浇筑混凝土，台车在工厂订制加工，施工时根据现场情况再做局部改进，以便于施工、拆模和移动。台车要现场拼装检验合格，将模板准确定位。精确测量安装轨道。钢筋安装。模板安装完成后，进行钢筋安装施工，钢筋安装时注意不得污染模板，对模板的其他杂物应清除干净。注意检查钢筋保护层厚度。外模安装。该明洞衬砌外模设计

34、采用木模板。背部横撑采用钢管，在定位后固定，由于高度较高，增加部分斜撑，防止胀模。浇筑混凝土。混凝土在搅拌站集中拌和，由混凝土运输罐车运输。采用输送泵灌入，由下至上分层浇筑捣固。拆模养生。4.2.2CRD法施工卢家山二号隧道V级围岩段采用CRD法进行开挖。该方法是将隧道分侧分层进行开挖，分部封闭成环。每开挖一部均与时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁、安装底部临时仰拱。一侧超前的上、中部，待初期支护完成且喷射混凝土达到设计强度70%以上时再开挖隧道的另一侧的上、中部，然后开挖一侧的下部，最后开挖另一侧的下部，左右交替开挖。工艺流程图见图4-2。1 超前地质预报2 测量放线8左侧仰拱开挖3隧道顶

35、部超前小导管注浆加固9 右侧仰拱开挖4左侧上部开挖与初期支护，设置临时仰拱10拆除中隔壁和临时仰拱5左侧中部开挖与初期支护，设置临时仰拱11浇筑仰拱施作二次衬砌6右侧上部开挖与初期支护，设置临时仰拱7右侧中部开挖与初期支护，设置临时仰拱图4-2CRD法施工工艺流程各部开挖时，周边轮廓要尽量圆顺以减小应力集中；每部开挖完成后要与时设置临时仰拱，并尽量缩短成环时间；中隔壁和中间临时仰拱在灌注二次衬砌前，应逐段拆除，拆除时应加强量测。CRD法施工中开挖方式为人工配合机械开挖，2部和4部采用人工配合小型机械，大型机械辅助进行。先开挖边墙处，再开挖中隔壁一侧，预留30cm，采用人工开挖至设计轮廓线。右侧

36、滞后左侧控制在10m以。每侧上部台阶长度控制在10m，中部台阶控制在10m以。下部开挖，根据仰拱施工离掌子面的距离不超过30m的原则跟进。4.2.3台阶法施工卢家山二号隧道III级围岩段和IV级围岩段均采用采用台阶法施工，爆破开挖。台阶开挖法是将隧道设计断面分两次或三次开挖，其中上台阶超前一定距离后，上下台阶同时并进的施工方法。卢家山二号隧道III级围岩段地质条件为侏罗系上统大畈组凝灰岩，节理裂隙稍发育，地下水不发育，分三层台阶开挖，因为要实现支护与早封闭，所以采用短台阶法开挖。台阶长度定为12m。IV级围岩段爆破设计4.3.1级围岩段爆破设计III级围岩段采用钻爆法开挖，为了减少超挖和控制对

37、围岩的扰动，综合研究地址情况、开挖断面大小、开挖进尺快慢、爆破器材性能、钻眼机具和出渣能力等因素，在此基础上进行钻爆设计。爆破开挖全部选用2号岩石铵梯炸药，药卷直径选用32mm。该药卷每米质量为0.78kg/m。隧道爆破参数与炮眼布置如下爆破参数设计（1）炮眼直径炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、工作面的炮眼数目、单位耗药量、爆落岩石的块度和隧道轮廓的平整性。根据隧道岩性、凿岩设备和工具、炸药性能等进行综合分析，选用炮眼直径42mm.（2）炮眼数目炮眼数目主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药性能有关。炮眼数目确定的原则是在保证爆破效果的前提下，尽可能减小炮眼数目。上台阶炮眼数上

38、台阶面积S=53.19m2单位耗药量q取1.2kg/m3，装药系数取0.5。炮眼总数=139.6，所以炮眼数取140个。掏槽眼设置8个。周边眼数N周的确定，需先确定周边眼的间距E。周边眼间距E与岩体的抗拉、抗压强度以与炮眼的直径有关。一般情况下，间距E=（1015）d，d是炮孔直径。软质岩石E宜取大值，此处取E=0.5m。所以取N周1=35，N底1=26。辅助眼数=140-35-8-26=71中台阶炮眼数中台阶面积S=65.04m2，单位耗药量q取0.9kg/m3，装药系数取0.5。炮眼总数=150.09，取150个。周边眼边距E取0.5m，N周2=9.5260.5=19.05，取20个底眼数

39、目N底2=27辅助眼数=150-20-27=103下台阶炮眼数下台阶面积S=30.28m2，单位耗药量q取1.0kg/m3，装药系数取0.5。炮眼总数=77.64，取78个周边眼边距E取0.5m，N周3=15.590.5=31.18，取31个辅助眼数=78-31=47（3）炮眼深度炮眼深度指炮眼底部到工作面的垂直距离。炮眼深度决定每一循环进尺的工作量，循环时间和次数，对掘进速度的影响很大。考虑该段为III级围岩，围岩为凝灰岩，三个台阶炮眼深度均取3m，掏槽眼深度为取3.2m。（4）装药量计算装药量是影响爆破效果的重要因素。本设计采用的方法是，先根据装药量体积公式计算出一个循环的总装药量Q1，然

40、后再按各种不同类型的炮眼进行分配，按装药系数计算单孔装药量与总装药量Q2，将Q1和Q2进行比较，选取更合适的装药量进行装药。上台阶装药量计算按装药体积公式计算：Q1=qV=1.245.3630.93=151.8kg按装药系数计算：III级围岩掏槽眼装药系数=0.55，辅助眼装药系数=0.45，周边眼装药系数=0.458个掏槽眼：单孔装药卷数=0.553.20.2=8.8，实际取9卷单孔装药量=90.15=1.35kg35个周边眼：单孔装药卷数=0.4530.2=6.75，实际取7卷单孔装药量=70.15=1.05kg26个底眼：单孔装药卷数=0.453.20.2=7.2，实际取7卷单孔装药量=

41、70.15=1.05kg71个辅助眼：单孔装药卷数=0.4530.2=6.75，实际取7卷单孔装药量=70.15=1.05kgQ2=81.35+351.05+261.05+711.05=149.4kgQ1与Q2值基本一致。中台阶装药量计算按装药体积公式计算：Q1=qV=0.965.0430.93=163.31kg按装药系数计算：III级围岩辅助眼装药系数=0.45，周边眼装药系数=0.4520个周边眼：单孔装药卷数=0.4530.2=6.75，实际取7卷单孔装药量=70.15=1.05kg27个底眼：单孔装药卷数=0.453.20.2=7.2，实际取7卷单孔装药量=70.15=1.05kg10

42、3个辅助眼：单孔装药卷数=0.4530.2=6.75，实际取7卷单孔装药量=70.15=1.05kgQ2=201.05+271.05+1031.05=157.5kgQ1与Q2值基本一致。下台阶装药量计算按装药体积公式计算：Q1=qV=1.030.2830.93=84.48kg按装药系数计算：III级围岩辅助眼装药系数=0.45，周边眼装药系数=0.4531个周边眼：单孔装药卷数=0.4530.2=6.75，实际取7卷单孔装药量=70.15=1.05kg47个辅助眼：单孔装药卷数=0.4530.2=6.75，实际取7卷单孔装药量=70.15=1.05kgQ2=311.05+471.05=81.9

43、kgQ1与Q2值基本一致。（5）光面爆破参数选择周边眼间距E与岩体的抗拉、抗压强度以与炮眼的直径有关。一般情况下，间距E=（1015）d，d是炮孔直径。此处取E=0.5m。周边眼炮孔斜率和深度。炮孔斜率选取0.04，深度为3m。光爆层厚度与炮眼密集系数。光爆层厚度就是周边眼的最小抵抗线W。通常以周边眼的密集系数K表示，其大小对光面爆破的效果有较大影响。实践表明，K=0.8较为适宜。取W=E/K=0.5/0.8=0.625m。（6）炮眼布置隧道布置炮眼时，必须保证获得良好的爆破效果，并考虑钻眼的效率。需要注意的是，该爆破设计炮眼深度为3m，所以靠近周边眼的圈辅助眼应与周边眼有一样的倾角0.04。

44、炮眼布置图见附图。4.3.2级围岩段爆破设计级围岩段为凝灰岩底层，普世系数f=89，采用钻爆法开挖，为了减少超挖和控制对围岩的扰动，综合研究地址情况、开挖断面大小、开挖进尺快慢、爆破器材性能、钻眼机具和出渣能力等因素，在此基础上进行钻爆设计。爆破开挖全部选用2号岩石铵梯炸药，药卷直径选用32mm。该药卷每米质量为0.78kg/m。隧道爆破参数与炮眼布置如下爆破参数设计（1）炮眼直径炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、工作面的炮眼数目、单位耗药量、爆落岩石的块度和隧道轮廓的平整性。根据隧道岩性、凿岩设备和工具、炸药性能等进行综合分析，选用炮眼直径42mm.（2）炮眼数目炮眼数目主要与开

45、挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药性能有关。炮眼数目确定的原则是在保证爆破效果的前提下，尽可能减小炮眼数目。上台阶炮眼数上台阶面积S=47.3m2单位耗药量q取1.1kg/m3，装药系数取0.45。炮眼总数=148.23，所以炮眼数取148个。掏槽眼设置8个。周边眼数N周的确定，需先确定周边眼的间距E。周边眼间距E与岩体的抗拉、抗压强度以与炮眼的直径有关。一般情况下，间距E=（1015）d，d是炮孔直径。硬质岩石E宜取小值，此处取E=0.5m。所以取N周1=35，N底1=27.辅助眼数=148-8-62=78中台阶炮眼数中台阶面积S=67.82m2，单位耗药量q取0.8kg/m3，装药系数取0.

46、45。炮眼总数=154.57，取155个。周边眼边距E取0.5m，所以取N周2=20，N底2=27。辅助眼数=155-47=108下台阶炮眼数下台阶面积S=31.45m2，单位耗药量q取0.9kg/m3，装药系数取0.45。炮眼总数=80.64，取80个周边眼边距E取0.5m，N周3=32辅助眼数=80-32=48（3）炮眼深度炮眼深度指炮眼底部到工作面的垂直距离。炮眼深度决定每一循环进尺的工作量，循环时间和次数，对掘进速度的影响很大。IV级围岩段循环进尺1.6m，炮眼利用率0.94，所以三个台阶炮眼深度均取1.7，掏槽眼深度和底眼深度取1.9m。（4）装药量计算装药量是影响爆破效果的重要因素

47、。本设计采用的方法是，先根据装药量体积公式计算出一个循环的总装药量Q1，然后再按各种不同类型的炮眼进行分配，按装药系数计算单孔装药量与总装药量Q2，将Q1和Q2进行比较，选取更合适的装药量进行装药。上台阶装药量计算按装药体积公式计算：Q1=qV==83.248kg按装药系数计算：IV级围岩掏槽眼装药系数=0.5，辅助眼装药系数=0.4，周边眼装药系数=0.48个掏槽眼：单孔装药卷数==4.75，实际取5卷单孔装药量=50.15=0.75kg35个周边眼：单孔装药卷数==3.4，实际取3.5卷单孔装药量=3.50.15=0.525kg27个

48、底眼：单孔装药卷数==3.8，实际取4卷单孔装药量=40.15=0.6kg78个辅助眼：单孔装药卷数==3.4，实际取3.5卷单孔装药量=3.50.15=0.525kgQ2=80.75+350.525+270.6+780.525=81.525kgQ1与Q2值基本一致。中台阶装药量计算按装药体积公式计算：Q1=qV=0.867.821.6=86.8kg按装药系数计算：IV级围岩辅助眼装药系数=0.4，周边眼装药系数=0.420个周边眼：单孔装药卷数==3.4，实际取3.5卷单孔装药量=3.50.15=0.525kg118个辅助眼：单孔装药卷数

49、==3.2，实际取3.5卷单孔装药量=3.50.15=0.525kg27个底眼：单孔装药卷数==3.8，实际取4卷单孔装药量=40.15=0.6kgQ2=200.525+1180.525+270.6=88.65kgQ1与Q2值基本一致。下台阶装药量计算按装药体积公式计算：Q1=qV=0.931.451.6=45.288kg按装药系数计算：IV级围岩辅助眼装药系数=0.4，周边眼装药系数=0.432个周边眼：单孔装药卷数==3.4，实际取3.5卷单孔装药量=3.50.15=0.525kg48个辅助眼：单孔装药卷数==6.75

50、，实际取3.5卷单孔装药量=3.50.15=0.525kgQ2=320.525+480.525=42kgQ1与Q2值基本一致。（5）光面爆破参数选择周边眼间距E与岩体的抗拉、抗压强度以与炮眼的直径有关。一般情况下，间距E=（1015）d，d是炮孔直径。此处取E=0.5m。周边眼炮孔斜率和深度。炮孔斜率选取0.04，深度为1.7m。光爆层厚度与炮眼密集系数。光爆层厚度就是周边眼的最小抵抗线W。通常以周边眼的密集系数K表示，其大小对光面爆破的效果有较大影响。实践表明，K=0.8较为适宜。取W=E/K=0.5/0.8=0.625m。（6）炮眼布置隧道布置炮眼时，必须保证获得良好的爆破效果，并考虑钻眼

51、的效率。需要注意的是，该爆破设计炮眼深度为1.7m，所以靠近周边眼的圈辅助眼应与周边眼有一样的倾角0.04。炮眼布置图见附图。4.3.3钻爆施工钻爆施工是把钻爆设计付诸实施的重要环节，包括钻孔、装药、填塞和爆破后可能出现的问题处理等。（1）钻眼采用凿岩台车钻眼。为达到良好的爆破效果，施钻前应由专门人员根据设计布孔图现场布置，必须标出掏槽眼和周边眼的位置，严格按照炮眼的设计位置、深度、角度和眼径进行钻眼。如出现偏差，又现场施工技术人员决定取舍，必要时应废弃重钻。钻眼时应注意如下安全事项：开眼时必须使钎头落在实岩上，如有浮钎，应处理好后再开眼。不允许在残眼继续钻眼。开眼时给风阀门不要突然开大，待钻

52、进一段时间后，再开大阀门。为避免断钎伤人，推进凿岩机不要用力过猛，更不要横向用力，凿岩时钻工应站稳，应随时提防随时断钎。一定要把胶皮风管与风钻接牢，并在使用过程中随时注意检查，以防脱落伤人。缺水或停水时，应立即停止钻眼。工作面全部炮眼钻完后，要把凿岩机具清理好，并撤至规定的存放地点。（2）装药装药时应注意以下安全事项：装药前，应清除炮眼的泥浆和岩屑。可用钢管输入高压风的方法吹出孔残渣和泥浆，并仔细检查炮眼的位置、深度、角度是否满足设计要求。刚刚打好的炮眼热度过高，不得立即装药。如果遇有照明不足，发现流砂、泥流未经妥善处理，或可能有大量溶洞涌水时，严禁装药。应严格按照设计的装药量进行充填。应使用

53、木质或竹制炮棍装填炸药和填塞炮孔。不应投掷起爆药包和炸药，起爆药包装入后应采取有效措施，防止后续药卷直接冲击起爆药包。装药发生卡塞时，不应拨出或硬拉起爆药包中的导火线，导爆管、导爆索和电雷管导线。在装药过程中，不应拔出或硬拉起爆药包中的导火索、导爆管、导爆索和电雷管脚线。（3）填塞填塞是保证爆破成功的重要环节之一，必须保证足够的填塞长度和填塞质量，禁止无填塞爆破。填塞可采用分层捣实法进行。（4）起爆爆破网络必须保证每个药卷按设计的起爆顺序和起爆时间起爆，在起爆前后要发布三次信号，即预警信号，起爆信号和解除警戒信号。（5）爆后检查和处理隧道开挖爆破后，经通风吹散炮眼，检查确认隧道空气合格，等待时

54、间超过15min后，方准作业人员进入爆破作业地点。爆后的检查容主要有：检查有无冒顶、盲炮、危岩、支撑是否破坏，炮烟是否排除等。爆后检查人员发现盲炮与其他险情时，应与时上报或处理。处理前要在现场设危险标识。4.4装渣与运输该隧道为大断面隧道，出渣量大，要采用机械装渣与运输，以减少工人劳动强度，缩短作业时间，但仍需要配少数工人辅助。装渣和运输方式均采用无轨方式。无轨运输不需要铺设复杂的轨道，具有运输速度快、管理工作简单、配套设备少的特点。第5章施工工艺5.1超前地质预报为了避免不良地质对施工的影响，施工时，充分利用地质超前预报技术，探明前方的岩溶、涌水等不良地质，以便于提前采取措施，确保施工安全。

55、本隧道设计采用超前钻探取芯法和地质雷达法相结合进行超前地质预报。超前钻探取芯法主要用于测探断层、突水、涌泥等不良地质，此法比较直观、准确。施工时采用液压钻机超前钻探提取岩芯，通过岩芯和钻进过程中的地质情况分析，即可判定前方不良地质情况。钻探过程中如果出现卡钻、顶钻，岩芯变为断层角砾岩、糜棱岩或断层泥时，或出现钻孔水流失、钻孔往外突水、涌泥时，即可判断为断层。地质雷达可以用以实现短距离进行超前预报，可以准确探测开挖面前方30m的地质情况。地质雷达反应的是地下介质的电性分布，将其转化为地质体分布时必须把地质、钻探、地质雷达记录这三方面的资料有机结合起来，以此获得检测对象的整体情况。5.2监控量测5

56、.2.1量测目的（1）确保施工安全与结构的长期稳定性；（2）验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据；（3）积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据；（4）通过监控量测了解该工程条件所表现、反应出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程的发展提供借鉴、依据和指导作用。5.2.2监控量测项目监控量测分为必测项目和选测项目。必测项目是隧道工程应进行的日常监控量测项目，是为了在设计施工中确保围岩稳定、判断支护结构工作状态、指导设计施工的经常性量测。必测项目有：洞、外观察；地表沉降量测；净空收敛量测；拱顶下沉量测。选测项目是对一些有特殊意义和具有代表性的区段

57、进行补充测试，以求更深入地了解围岩的松弛围和稳定状态以与喷锚支护的效果，为未开挖区段的设计和施工积累现场资料。根据隧道的地层地质情况，周围环境以与隧道施工方法，本隧道选测项目是围岩压力和两层衬砌间压力。5.2.3监控量测的主要设备表5-1监控量测设备配置表序号量测项目量测仪器1洞、外观察数码相机和规尺等2地表沉降水准仪或全站仪3隧道拱顶下沉全站仪4隧道净空收敛全站仪5围岩压力和衬砌间压力钢弦式压力盒5.2.4监控量测流程监测数据分析为达到预定的监测目的，要进行科学合理的组织安排，监测需要严格执行。流程图见下图5-1。分析、研究地质勘查资料制定监控量测计划施工 监控量测数据处理开挖工作面状态评价

58、已施工区段的支护加强安全否是否完成施工施工方法变更支护加强图5-1监控量测流程图5.2.5监控量测测点布置、量测断面地表沉降监测（1）监测点布置地表监测点与拱顶下沉、净空收敛监测点设在同一断面上。为掌握地表沉降围，在与隧道中线垂直的横断面上布置测点，在一个断面上布置13个点，靠近中线位置测点适当加密。在有可能下沉的围外设置不会下沉的固定测点。测点布置如下图。图5-2地表下沉量测测点布置（2）监测频率地表沉降量测频率：在量测区间，当开挖面距量测断面前后距离d2B时，每天12次；当2Bd5B时，每周量测1次。洞监控量测（1）洞观察开挖后与初支后与时采用肉眼观察和地质罗盘

59、仪对开挖面揭示的地址情况进行描述，包括围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向、有无松散坍塌现象、有无渗漏水等；初期支护状态包括喷层是否产生裂隙、剥离和剪切破坏、钢支撑是否压曲进行观察分析。详细描述、记录、并予以评估，作为支护参数选择的参考与量测等级选择的依据。（2）洞监控量测测点布置根据设计要求，隧道开挖方式有CRD法和三台阶法。三种开挖方式的测点布置方式示意图见附图。测点应在距开挖面2m的围尽快安设，并保证12h读数一次，最迟不应超过24h。净空收敛点量测断面间距根据围岩级别、隧道尺寸、埋置深度与工程重要性确定。在卢家上二号隧道中，III级围岩段量测断面间距设40m，IV级围岩段

60、设20m，V级围岩段设10m。洞监控量测点不得焊于钢架上，必须单独打孔直接安装与岩体中。同时，由于隧道作业机械、设备人员较多，为了防止碰撞或损坏监测点，现场应对作业人员进行相关保护的教育，且必须与时对监测点进行标识。标识牌长21cm，宽15cm，红底黄字。（3）监控量测频率隧道拱顶下沉与周边收敛量测频率见下表表5-2拱顶下沉与周边收敛量测频率表位移速度（mm/d）量测频率52次/天151次/天0.511次/23天0.51次/7天5.2.6围岩压力和两层衬砌间压力量测此项目的目的是为了了解围岩压力的量值，判断围岩和支护的稳定性，分析二次衬砌的稳定性和安全度。采用钢弦式压力盒量测。围岩量测的测点埋