1、三台阶临时仰拱CD六部台阶法赣龙铁路扩能改造工程GL-5标阳明山隧道进口洞身开挖安全专项施工方案1、编制依据、编制目的及编制范围1.1 编制依据（1）合同文件（2）设计图纸及相关参考通用图（3）国家和铁道部相关规范、标准： 客货共线铁路隧道工程施工技术指南（TZ204-2008）铁路隧道工程施工安全技术规范（TB10304-2009/J946-2009）新建时速200公里客货共线铁路工程施工质量验收暂行标准（铁建设20048号 铁路隧道工程施工质量验收标准（TB10417-2003/J287-2004）（4）总体施工组织设计1.2 编制目的（1）通过编制隧道开挖方案，针对隧道不同围岩的开挖方法
2、进行布置，指导现场施工，确保施工安全。（2）通过编制隧道开挖施工方案，保证隧道开挖质量，控制隧道超欠挖。1.3 编制范围本专项施工方案适用范围为中铁五局赣龙铁路扩能改造工程GL-5标工程指挥部隧道三项目部承担的阳明山隧道进口洞身开挖工程。2、工程概述2.1 工程概况阳明山隧道位于福建省上杭县古田镇及蛟洋镇境内，起于蛟洋镇森坑村，沿线跨牛角坑，大洋坑，止于上杭县古田镇郭车村，隧道起点里程为DK237+402，终止里程DK244+250。全长6848m，隧道最大埋深约460m，为单洞双线隧道。阳明山隧道为国家I级双线铁路隧道，设计行车速度：200km/h，线间距4.4m。隧道进口施工里程为：DK2
3、37+402DK239+335，全长1933m，施工段落位于直线段，纵向坡度为+12.9。2.2 地区地形、地质、水文特征隧址位于剥蚀中低山区，地线起伏较大，自然坡度2040，山体连绵起伏，植被发育，山间冲沟发育，多呈“V”字型，沟谷切割较深，为山间洪水和地下水的排泄通道。沟谷中一般常年均有流水，水质清澈，水量受季节性影响；局部为悬崖峭壁。隧址所穿越山体海拔标高为5001000m，沟谷中最低标高约480m，最大相对高差640m。隧道最大埋深460m。隧址区处北亚热带季风气候区，四季分明。冬季晴冷干燥，夏季晴热，春秋两季气候变换复杂。一年当中，由于季风交替，常有春秋季的低温阴雨，梅汛期暴雨洪涝，
4、夏季干旱、高温、台风、冰雹、大风和冬季的霜冻、寒潮、大雪等灾害性天气出现。隧址区地层主要为燕山早期5花岗岩，局部有辉绿岩侵入。此外零星分布有第四系坡残积层和冲洪积层。隧址主要为地表水汇集，较发育，山间溪流，局部沟谷开阔处汇成小河。阳明山隧道进口围岩级别划分表序号里程范围长度（m）围岩级别地质概况1DK237+402DK237+52122V隧道进口、浅埋沟谷地段，岩体较破碎，地下水较发育，强富水区，突泥，施工中应加强支护和防排水，其中有节理密集带和F1断层破碎带，应加强超前地质预报和监控量测。2DK237+524DK237+780256IV3DK238+398DK238+42830IV4DK23
5、8+428DK238+554126V5DK238+554DK238+793239IV6DK238+120DK238+220100IV7DK238+848DK238+960112IV8DK237+780DK238+120340III洞身围岩为燕山期花岗岩，弱风化，岩体较完整，地下水为基岩裂隙水，较发育。施工中采取相应的支护措施。9DK238+220DK238+398178III10DK238+793DK238+84855III11DK238+960DK239+335375III3、不同围岩的开挖方法隧道施工的方法应根据地质条件、断面大小、结构形式、机械配备、周围环境的需要、综合经济效益等因素而确
6、定。本隧道开挖全部采用新奥法原理组织施工，隧道开挖采用光面爆破。针对不同的围岩、不同的地段，开挖按下述施工方法进行：隧道级围岩段采用三台阶临时仰拱法和六步CD法；隧道内级围岩地段采用三台阶法；级围岩地段采用台阶法。3.1.III围岩开挖采用台阶法开挖。采用气腿式凿岩机钻眼，上部台阶长度应能满足机具正常作业，并减少翻碴工作量，一般控制在3米以内，既有利于翻碴，又有利于格栅钢架及工字钢架安装作业。施工中若遇顶部围岩破碎、施工支护需紧跟时，可适当延长台阶长度，减少施工干扰。当围岩破碎时，应采用微振控爆，降低洞内爆破振动效应，以确保施工安全。注意事项：开挖方式采取弱爆破，爆破时严格控制炮眼深度及装药量
7、，台阶宜控制在10m50m之内，围岩稳定性较差时，控制在310m。3.2.级围岩开挖：采用三台阶法开挖。台阶法基本一致，台阶拱脚部位加大尺寸向外扩大开挖，使拱脚初支加厚、加强，必要时增加锁脚锚杆的数量，以此提高基底密实且加大受力基础。避免下半断面开挖时导致吊拱的危险。注意事项：开挖方式采取弱爆破，爆破时严格控制炮眼深度及装药量，每一次开挖利用上一循环架立的钢架施作完毕，再开挖。各步台阶一次开挖长度宜在在23m之间。锁脚钢管应及时施作，且必须对锁脚钢管进行注浆，以确保钢架基础稳定。3.3.级围岩开挖：3.3.1.三台阶临时仰拱法采用三台阶临时仰拱法施工时，先利用上一循环架立的钢架施作超前小导管，
8、利用隧道中线分区，开挖第1部，施作1部上导坑周边的初期支护，架立钢架，并设锁脚钢管。上导坑底部铺设I18轻型工字钢，喷10cm厚混凝土，施作1部的临时仰拱，必要时封闭掌子面。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。在滞后1部510m后弱爆破开挖2部，架立钢架，并设锁脚钢管。导坑底部喷10cm厚混凝土，施作2部的临时仰拱。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。在滞后2部510m后，弱爆破开挖3部。架立钢架，隧道周边部分喷混凝土至设计厚度。浇注4部仰拱混凝土，最后施作隧底填充。注意事项：开挖方式采取弱爆破，爆破时严格控制炮眼深度及装药量，三台阶临时仰拱法施工的核心要点是控制台阶开挖长度，初期支护及早封闭
9、成环，仰拱紧跟，二衬要及时施作。3.3.2.六步CD法采用六步CD法开挖时，先分三台阶开挖隧道的左部，同时，逐步施作导坑周边的主体结构的初期支护和中隔壁临时支护，即初喷混凝土，架立隧道钢架和接长临时钢架，钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。同时，对已开挖部分的掌子面及时喷射混凝土封闭，每级台阶底部和竖向临时钢架间喷射混凝土封闭，并设锁脚钢管。施工隧道右部，重复上述施工工序。最后拆除开挖尾部靠近二次衬砌仰拱的临时中隔壁钢架，灌注仰拱混凝土。接长钢架底支撑于仰拱填充面。根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，逐段拆除临时钢架，浇注二次拱墙混凝土。注意事项：开挖方式采取弱爆破，爆破时严格控制炮眼
10、深度及装药量，钢架之间的纵向连接钢筋应按要求设置，及时施作并连接牢固。右部导洞开挖，应滞后左部导洞，距离15m左右。临时钢架的拆除应等洞身主体初期支护施工完毕后并稳定后，方可进行。4、围岩爆破方案设计4.1.正台阶开挖施工时将隧道分为上下两个台阶进行开挖。先开挖上部台阶，上部开挖完成后施作上部洞身结构的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架，然后布设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，底部视开挖后围岩具体情况喷10cm混凝土作为临时仰拱封闭。上台阶施工至1020m后，开挖下部台阶，及时封闭初期支护。下台阶开挖完成后及时灌筑该段仰拱及仰拱回填砼。最后利用衬砌模板台车一次性灌筑二次衬砌(拱墙衬砌一次
11、施作)。上台阶开挖采用风动凿岩机钻眼，二级楔型掏槽；下台阶采用风动凿岩机钻眼，塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆，光面爆破。上台阶由挖掘机翻碴，下台阶由3m3挖装机装碴，20t自卸汽车运碴。施工中合理调整工序，实行“钻爆、装碴、运输”机械化一条龙作业。隧道开挖后及时施作初期支护，下半断面开挖后仰拱（或铺底）紧跟。正台阶施工工序示意图如下：正台阶施工工艺流程图(见下图)炸药采用32mm200mm（250g）和25mm200mm（150g）的EL系列乳化油炸药。装药时周边眼采用间隔装药，其余炮眼采用连续装药。上台阶钻爆参数表段别炮眼名称眼深cm眼数每孔药卷数量每孔药量kg药量kg备注1掏槽眼
12、220871.7514323掏槽眼220871.75145辅助眼200430.7537辅助眼200830.7569辅助眼2001030.757.511辅助眼2002330.7517.2513底板眼2001551.2518.7513内圈眼2003530.7526.2515周边眼200591.50.37522.125开挖面积(m2)80炮眼个数170比炮眼数(个/ m2)2.125总装药量(kg)128.875比耗药量(kg/ m3)0.81下台阶钻爆参数表段别炮眼名称眼深cm眼数每孔药卷数量每孔药量kg药量kg备注1辅助眼2001030.757.5323辅助眼2001030.757.55底板眼2
13、001041107内圈眼200630.754.59周边眼2001210.51225开挖面积(m2)33.6炮眼个数48比炮眼数(个/ m2)1.43总装药量(kg)41.5比耗药量(kg/ m3)0.62台阶法开挖采用采用三级楔形掏槽，眼径为45mm，采用非电毫秒雷管、导爆管起爆，图中数字为雷管段数，炮眼布置见下页图。在具体实施中，可先在现场试验，根据试验资料在施工中同样先作预设计，实施后及时总结分析，反复调整参数，使爆破效果达到最佳状态为止。4.2.三台阶开挖4.2.1当围岩较差时，选择采用三台阶法开挖，断面分成上、中、下3个工作面进行同时开挖施工。级和IV级围岩段台阶法开挖周边眼光面爆破参
14、数表：项目周边眼间距E（cm）最小抵抗线W（cm）炮眼密集系数E/W装药集中度q（kg/m）堵塞长度L（cm）起爆方式光面爆破40550.730.1920非电毫秒雷管4.2.2 装药结构炸药采用32mm200mm（250g）和25mm200mm（150g）的EL系列乳化油炸药。装药时周边眼采用间隔装药，其余炮眼采用连续装药。三台阶炮眼药量分配序号上、中、下台阶炮眼分类炮眼数雷管段数炮眼长度炮眼装药量单孔装药量合计药量个段cmKg/孔Kg上台阶掏槽眼613001.810.8432701.87.2252501.22.4辅助眼1372401.013内圈眼2292401.022周边眼45112400.
15、4520.25导爆索200m底板眼1692401.219.2小计10894.85开挖面积m234.93比炮眼数（个/m2）3.092比耗药量（kg/m3）1.131导暴索m200m1中台阶掘进眼1312401.0131432401.0141552401.0152周边眼1692400.457.2导爆索120m底板1672401.0163小计7465.27开挖面积m237.869比炮眼数（个/m2）1.95511比耗药量（kg/m3）0.718导暴索m120m9下台阶掘进眼1712401.017101632401.016111552401.0151372401.01312周边眼18112400.4
16、58.1导爆索72m13底 眼1792401.01714小计9686.1开挖面积62.5比炮眼数（个/m2）1.536比耗药量（kg/m3）0.574合 计278246.15采用斜眼掏槽，空眼为2个，眼径为45mm，采用非电毫秒雷管、导爆管起爆，图中数字为雷管段数，炮眼布置见下图。4.3. 六步CD法 六步CD法施工是将隧道断面分成左右两侧两大部分开挖，每侧壁导坑分为三层台阶开挖。左右平行施工，交错掘进，开挖面前后距离错开410m左右。采用人工和弱爆破短台阶分层开挖、分层支护。上台阶长度3m左右，掌子面至底部型钢支护封闭长度不超过6m，侧壁导坑外侧拱部设超前支护，网喷砼、锚杆、全环型钢拱架初期
17、支护，开挖后立即初喷砼、架设钢拱架、挂网、打锚杆、喷砼至设计厚度，开挖循环进尺1m，与型钢支撑间距相适应。内侧洞临时支护，可视情况增设超前锚杆或超前小导管，临时仰拱支撑，以确保施工安全。分部开挖由于断面小，出碴采用小型挖装设备装运石碴，运至全断面地段后再由机械装碴倒运至洞外。待围岩变形基本稳定后，在进行支护变形观测指导下，用火焰切割法逐段拆除内壁钢支撑，浇筑仰拱及填充，全断面浇筑拱墙砼，尽早将二衬封闭成环。六步CD法工序循环示意图如下：六步CD法施工工艺流程如下图：5、仰拱开挖 在正洞施工中，仰拱应超前，并一次灌注成型，仰拱距离掌子面宜控制在30米以内（能保证出渣设备有足够的停放装渣位置即可）
18、。仰拱开挖采用全幅施工，为防止边墙拱脚处变形过大，造成喷射砼面开裂等病害，采用跳槽开挖，上面铺设仰拱栈桥，开挖长度控制在每次35榀拱架最为安全，仰拱开挖后，立即初喷46cm喷射砼封闭围岩（如基底渗水严重，可喷厚至1520cm）后安装仰拱拱架并喷射砼达到设计厚度，使初期支护及时封闭成环，当仰拱初期支护连续有46米长时，开始在仰拱初期支护上安装仰拱钢筋，施作隧道结构防排水，浇注仰拱混凝土。待仰拱混凝土初凝后浇注仰拱填充。6、现场监控量测6.1.现场监控量测目的现场监控量测，是在隧道施工过程中，对围岩和支护系统的稳定状态进行监测，为喷锚支护和模筑砼衬砌的参数调整提供依据，把量测的数据经整理和分析得到
19、的信息及时反馈到设计和施工中，进一步优化设计和施工方案，以达到安全、经济、快速施工的目的，围岩量测是施工管理中的一个重要环节，是施工安全和质量的保障。通过现场监控量测：1)、了解围岩、支护变形情况，以便及时调整和修正支护参数，保证围岩稳定和施工安全；2)、提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据，确定模筑砼衬砌施作时间；3)、依据量测资料采取相应措施，在保证施工安全的前提下加快施工进度；4)、积累量测数据资料，提高施工技术水平。6.2测量方法反光片的制作与埋设1）采用10圆钢（长度2535cm）与50503mm钢板焊接牢固；购买5050mm带十字丝靶位（20mm）的专用反光贴片；埋设测点前用强力胶
20、将反光帖片粘贴在钢板上，如下图。测点制作图测点边墙埋设图测点拱顶埋设图2）用冲击钻在初支的喷射混凝土中钻14圆孔，孔深2030cm。3）在圆孔中灌注水泥砂浆或锚固剂，将测点安装牢固。4）将已贴好反光贴片的测点插入已灌入水泥砂浆或锚固剂的圆孔中，确保钢板露出喷砼面5cm左右，并保证反光贴片朝向洞口（或者有利于观测）的方向，以便于观测。5）在外露的钢筋上悬挂监控量测标识牌。6.3.数据采集数据采集采用全站仪自由设站原理。1）在反光贴片的朝向方向（洞口方向）的任意位置架设全站仪，整平，对准后视。2）后视一已知三维坐标（X、Y、H）的固定点（导线点）。3）采用无棱镜测量反光贴片时，应及时更改棱镜模式，
21、即：菜单测量EDM设置反光片测距确定。4）水平收敛采用对边法测量方法进行，即：仪器架设整平对准后视后，确认无误后，采用全站仪自带的对边测量程序（菜单测量对边测量瞄准测量）测量反光贴片，每组测点观测4组数据（水平距离、正倒镜各测2组），记入记录表格，重复下一组测点测量。5）拱顶下沉采用全站仪测量标高的方法进行，即: 仪器整平后，对准后视，输入后视数据，确认无误后，更改棱镜模式后，开始测量，每组测点观测4组数据（测点标高、正倒镜各测2组），记入记录表格，重复下一测点测量。6.4.注意事项（1）测点的埋设应根据监控件量测计划进行，、级围岩间距不大于5米，级围岩间距不大于10米，级围岩不大于30米。采
22、用全断面开挖方式时，净空变化量测可设一条水平测线，拱顶下沉测点设在拱顶轴线附近；当采用台阶法开挖时，每台阶应设一条水平测线，拱顶下沉测点设在拱顶轴线附近；当采用CD法或CRD施工时，净空变化量测每分部一条水平测线，拱项轴线左右两侧各设一拱顶下沉测点；当采用侧壁导坑法施工时，净空变化量测在左右侧壁导各设一条水平测线，在左右侧壁导坑拱顶各设一拱顶下沉测点；在开挖中部核土部分时，在隧道两侧边墙设一水平测线，在拱项设一拱顶下沉测点。（2）测点埋设应稳固、不得有松动，反光贴片应朝向洞口（或者有利于观测）的方向。测点埋设后，初始读数应在开挖后12小时内完成。（3）采用无棱镜测量点位时，应控制观测距离尽量不
23、大于50m，观测人员应固定，尽量减少误差，在完成后视操作后，应及时更改棱镜模式，以免出现观测错误，观测过程中应及时复核后视点的准确性，保证量测精度，每次观测结束后，应后视另一已知的导线点，发现错误，应重新观测。（4）观测中异常数据处理时，应移站重新观测，与上次观测资料对比，如确实准确，应及时上报分析原因，测量时应小心谨慎避免人为原因的错误发生。（5）观测同一反光片时，每次全站仪架设位置应大致在同一地点上。（6）观测时应及时根据洞内环境的温度和气压，对仪器参数进行更改，已保证观测精度。（7）量测频率量测频率表：类别量测项目每段相隔距离每段安设量测频率0-15天16-30天31天以后A隧道内地质和
24、支护状况观察全隧道各掌子面1次/每天1次/每天1次/每天隧道净空变位观测每5-20m水平收敛3对测点1-2次/每天1次/每2天1次/每周拱顶下沉量测定每5-20m3点1-2次/每天1次/每2天1次/每周B地表下沉测定每5m洞口段35m1次/每天1次/每2天6.5.量测数据分析和信息反馈将量测数据进行处理和分析，绘制时间-位移曲线。一般情况会出现如下两种时间位移特征曲线见下图：(a)正常曲线 (b)反常曲线时间位移特征曲线分析(a）图表示绝对位移值逐渐减小，支护结构趋于稳定，可施作模筑砼衬砌。(b）图表示位移变化异常，反弯点喷锚支护出现严重变形，这时应及时通知施工管理人员，该段支护须采取加强措施
25、，确保隧道不坍方；严重时施工人员须迅速撤离施工现场，保证施工人员安全。7、特殊围岩地段处置方法7.1.超前地质预报隧道施工中的地质预报方法，主要是根据地表和已开挖的隧道地段的地质调查和各种探测方法取得的资料，以及地质推断法预测开挖工作面前方一定长度范围内(一般每次预测长度为1020m)围岩的工程地质和水文地质条件。7.1.1 地质预报内容超前地质预报内容如下：1）隧道穿越不稳定岩层较大断层预测；2）出现岩溶地段预测；3）出现涌水地段预测；4）软岩出现内鼓、片劈掉块地段预测；5）岩体突然开裂或原裂隙逐渐增宽等危害性预测；6）位移变形加快影响围岩稳定预测；7）可能出现塌方、滑动影响预测；8）浅埋段
26、下沉裂缝对隧道稳定预测；9）地质条件变化对施工影响程度预测；7.1.2 超前地质探测和预测方法 1）根据开挖工作面前推法预测；2）用相似比拟法对隧道涌水预测；3）根据超前炮眼钻孔对涌水量预测；4）开挖工作面浅孔钻探预测；5）必需时采用声波探测进行地质预报。7.1.3 在接近设计提供不良地质地段时，加强地质预报。采用开挖工作面进行浅孔钻探(每工作面两个钻孔)，用于探明前方地质，发现地下水较大时，则进一步钻孔放水，防止涌水发生。断层破碎带及溶洞地段采用钻进式注浆锚杆超前预支护、钢架、喷锚网防护，缩短循环进尺，尽量采用人工开挖或机械开挖，减少对围岩的扰动，及时支护，做到随挖随护。并进行隧道开挖面地质
27、素描图和隧道地质展示图记录。7.1.4 施工中充分利用超前预报作用。根据施工中记录的地质素描图和地质展示图组织施工，及时调整支护参数。工作面上采用两个钻探孔辅助地质预报。钻探孔长度一般为20m。采用浅孔钻探方法，主要是在钻进过程中，从钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分以及卡钻、跳钻等和岩性、构造性质及地下水等情况掌握地质条件。例如，在遇到断层泥时，钻进时间短、钻进速度快，钻孔冲洗液浑浊、呈白色；遇卡钻时，说明岩体破碎；遇跳钻时，则可能有空洞或溶洞等等。浅孔钻探时，采用安装在钻孔台车上的钻进测速装置，记录钻进一定深度所需要的时间，得出钻进时间随深度的变化曲线。根据钻进时间变化曲线，可推断
28、预测断层在钻进中的位置和宽度。综合开挖工作面上不同位置钻孔的钻进时间变化曲线，便可大致确定断层的规模和产状。7.1.5 围岩坍方前兆预测围岩的变形破坏、失稳坍方，是从量变到质变的过程，在量变的过程中，必然会在围岩的工程地质和水文地质特征及岩石力学上反应出一些征兆。因此，根据这些征兆来预测围岩的稳定性，进行地质预报，从而保证施工的安全，防止隧道坍方。围岩的变形破坏、失稳坍方，有以下一些征兆：1）遇特殊和不良地质条件，如断层及其破碎带、溶洞、涌水、松散地层等稳定性差的围岩；2）水文地质条件的变化，如干燥的围岩突然出水、地下水突然增多、涌水量增大、水质由清变浊(地下水将断层泥带走)等都是即将发生坍方的前兆；3）开挖面上有不稳定块体出露处，往往是局部围岩坍方的部位；4）拱部不断掉下小石块，甚至较大的石块相继掉落，预示着围岩即将发生坍方；5）岩石裂缝旁出现岩粉或洞内无故发现有岩粉飞扬时，可能即将发生坍方；6）围岩发生裂缝，并逐步扩大，很可能要发生坍方；7）支护受力(敲击发声清脆有力，拱架接头挤偏或压劈等)变形甚至发出声响时，说明围岩压力增大，有坍塌的可能；8）喷射砼出
