洞室开挖施工作业指导书 --台阶法

一、目的

为进一步提高基础设施项目工程施工管理水平，明确隧道 台阶法开挖施工工序要求，促进对重要、重点工序的掌握，推进标准化管理，特 编制本作业指导书。

二、编制依据

《公路工程技术标准》 ；

《公路隧道设计规范》 ；

《公路隧道设计细则》 ；

《公路隧道施工技术规范》 ；

《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》 ；

《公路工程质量检验评定标准》

《公路工程施工安全技术规范》

《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》 ；

《地下水工程防水技术规范》 ；

《公路路线设计规范》 ；

《公路隧道设计规范》 ；

《公路隧道通风设计细则》 ；

《公路隧道照明设计细则》；

《公路工程抗震设计规范》 ；

《公路工程基本建设项目建设文件编制办法》

三、适用范围

不仅适用于地质条件较好的 Ⅱ、Ⅲ级围岩，同时更适用于地质条件较差的Ⅳ、

Ⅴ级围岩。通常情况下，Ⅴ级围岩通过采取有效的辅助施工措施后（管棚、超前预注浆等），采取台阶法开挖是最为安全的。台阶法开挖法是隧道施工中采用最多的开挖方法，有多种开挖方式，可根据地层条件、断面大小和机械配备情况合理选用。台阶法可分上、下两部或上、中、下三部开挖，其演变的有三台阶七步开挖法、弧形导坑预留核心土法等。台阶法还存在于各类主体施工方法（CD 法、 CRD 法、双侧壁法 ）中的分部开挖之中。

四、施工工艺及方法要求

4.1  施工准备

4.1.1  劳动力组织

结合现场实际，根据设计图纸及工程量的多少，选择找顶工，测量工，修钻工，钻爆工，电工，司机，普工、挖掘机司机、装载机司机、自卸汽车司机等人员若干名。以上作业人员均需经过安全教育、专业培训、持证上岗，施工人员应 熟悉图纸及施工方法，施工前经全面技术交底，施工中全体人员应服从统一指挥， 协调一致

4.1.2  材料要求

本分部分项工程根据所需的主要材料 （含周转材料 ） ，说明材料的主要性能； 根据主要材料的使用部位确定进场时间。

4.1.2 机械配置

根据施工生产的特点及要求，配备满足施工生产需要的气腿式凿岩机，装载 机，挖掘机，电动空压机，自卸汽车等施工机械设备，以满足施工生产需求为度。 同时配备钢卷尺、全站仪、水准仪等计量仪器。

4.2  工艺流程

施工测量 →钻爆设计→钻孔→装药爆破→通风→初喷混凝土→出碴→锚杆挂网→安装钢架→复喷混凝土→下一循环。

4.3  控制要点

4.3.1  施工准备

1.  编制施工工艺设计、工序质量控制设计和作业指导书。

2.  按计划准备充足开挖、支护所用各项材料，使其满足施工要求。施工设备 及各种机料具准备就绪。

3.  施工人员经培训，均能满足现场施工要求。

4.3.2  超前地质预报

1.  在施工过程中通过超前预报对地面及围岩变化情况进行监测，随时掌握动 态情况，提前研究技术措施和施工方案。

2.  隧道超前预报地质手段，采用 TSP 反射波超前地质预报、地质分析法、超 前水平钻孔法等。 TSP 雷达预测前方 100～150m 的地质情况；地质分析法对开挖 作业面的地质情况进行准确判定；超前水平钻孔预测掌子面前方 30m 地质情况。 地质预报应做到准确及时，动态预报可能发生的地质灾害的位置和性质，为验证和修改设计及调整施工方案提供依据。当地质条件与设计不符时，应及时会同各方进行设计变更，以便修改支护参数和开挖方式，确保施工安全。

4.3.3  施工测量

测量技术人员利用洞内中线控制桩和水平控制点，画出工作面开挖轮廓线， 并初步标记出主要钻孔位置。每一循环爆破作业完成时对上一循环断面进行检查 并对下一循环进行施测。

4.3.4  凿岩台车就位

根据工作面的开挖轮廓线把凿岩台车（多功能台架）开到指定位置，固定台车（台车只能在下台阶使用），上台阶可通过简易平台人工手持风钻，准备钻孔 作业的各项工作内容。

4.3.5  钻爆设计

1.  循环进行尺确定

按台阶分层进行钻爆设计，炮眼深度一般根据围岩的稳定性、凿岩机的钻凿 能力和掘进循环安排。根据现场考察和以往工程经验，取循环进尺为 3.5m，炮 眼深度 3.5m。

2.  钻孔直径选择

一般选用 φ40～50mm 。选用手持式风动凿岩机，炮眼直径取 d=42mm。3.炮眼数目

（1）  掏槽眼

掏槽眼爆破时在围岩中形成空腔，为后续炮孔爆破创造良好的临空面，一般为加强抛掷爆破，本工程一律采用复式楔形掏槽，优点是钻眼工作量小，容易形 成较好的临空面，掏槽眼开口宽度为 4.45m， 排距 0.7m。

（2）  辅助眼

辅助眼用于扩大掏槽，布置在掏槽眼两侧，孔口距掏槽眼 75cm，孔底略倾 向掏槽眼，采用加强松动爆破装药。

（3）  周边眼

周边眼沿隧道开挖轮廓线布置，采用光面爆破。具体的炮孔间距根据经验公 式和工程类比确定。

根据经验，周边眼的炮眼密集系数 m 与最小抵抗线 W 之间的关系为 m=E/W。 一般 E＜W，结合节理发育状况，爆破后不易形成大块的特点，m 约为 0.8。

周边眼采用导爆索将药卷串联间隔装药结构，使炮孔内炸药爆炸围岩受力均 匀，可以减小对围岩的扰动深度。

周边眼同段起爆规模不易过大，如周边眼数量大，易采用孔内或孔外微差爆 破技术将齐爆孔数控制在 5~6 个左右。

（4）  内圈眼

内圈眼的间距 a 、排距 b 应大于或等于周边眼的最小抵抗线 W ，而且 a、b 的取值与炮眼的单孔装药量有关。考虑隧道经过地段节理发育，爆破后不易形成 大块的特性及对周边围岩的保护，本设计采用小间距，大排距，综合考虑取   a=60cm、b=80cm。

（5）  崩落眼

崩落眼采用松动爆破装药结构，炮眼间距 a=190cm 、排距 b=90cm 4. 单孔装药量取值依据，单位炸药消耗量 q 可参考国家定额表，

（1）  掏槽眼

掏槽眼采用加强抛掷爆破，单耗控制在 2kg/m3 左右。

（2）  周边眼

周边眼的装药量主要根据炮眼间距、最小抵抗线和装药集中度确定。上断面光面爆破装药集中度为 0.2kg/m。

（3）  内圈眼

内圈眼以弱松动爆破控制，内圈眼的装药量与围岩的坚硬程度、炸药单耗、 炮眼深度及内圈眼的炮眼数量及间排距等参数有关。对于炮眼深度为 3m 的内圈 眼，计算得 =0.3×0.9×3= 0.81kg

（4）  崩落眼

崩落眼以松动爆破控制。单耗为 0.6kg/m3。=3×1.2×1×0.6=2.16kg 。

（5）  炮眼填塞

炮眼填塞的目的是保证炸药充分反应，使之产生最大热量，防止炸药不完全 爆轰；防止高温高压的爆轰气体过早地从炮眼或导洞中逸出，使爆炸产生的能量更多地转换成破碎岩体的机械功，提高炸药能量的有效利用率。填塞材料采用炮 泥，炮泥由砂子和黏土混合配置而成，其重量比为 3：1 ，再加上 20%的水。填塞 应采用分层捣实法进行，不得有空隙或间断。各炮眼应填塞足够长度的炮泥，除 周边眼根据光面爆破，其他各炮眼填塞炮泥的长度不得小于 40cm。

5.  爆破器材的选择

采用 2 号岩石乳化炸药，规格为 Φ32mm×200mm ，每卷 200g。2 号岩石硝铵 炸药，规格为 Φ32mm×200mm ，每卷 150g。雷管：雷管选用毫秒导爆管雷管。起爆选用普通瞬发电雷管或导爆管激发针起爆。

6.  装药结构

掏槽眼与辅助眼采用连续装药。周边眼采用间隔装药，底部适当加强药量。掏槽眼采用正向起爆。光面爆破炮眼采用空气间隔不偶合装药结构。为保证炮孔内各间隔药卷同时起爆，所有空气间隔装药均使用导爆索连接各药卷。药卷采用导爆索通长连接起爆。

7.  起爆顺序的安排

起爆顺序：先掏槽，后辅助眼、底板眼、最后周边眼光面爆破。预裂爆破周 边眼在掏槽爆破之前起爆，其它眼仍按上述顺序进行。

4.3.6  炮眼布置

根据钻爆设计要求进行钻孔炮眼布置，布置要求： 1.掏槽眼采用直眼掏槽或斜眼掏槽；

1.  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；

3 辅助炮眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，力求爆破出的石渣块度适 合装渣的需求；

4. 周边炮眼与辅助炮眼的眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼应加深 10～20cm 。

4.3.7  钻孔、装药、爆破

根据爆破设计要求和工作面的钻孔位置，开始人工操作凿岩台车机械手（或人工利用风钻）进行钻孔，在钻进过程中要根据钻进速度、围岩软弱程度等，及 时调整供风量和供水量。钻孔位置和角度要准确。当钻孔结束后，吹孔并开始装 药。采用低密度低爆速、低猛度的炸药。严格控制周边眼装药量，间隔装药。同时使药量沿钻孔全长适当分布。雷管采用毫秒微差有序起爆，一般周边眼采用导 爆索起爆，以减小起爆时差。

4.3.8  通风排烟

当工作面起爆后，开始进行施工通风，具体通风方式可采用压入式、混合式、 压出式或巷道式。

4.3.9  找顶排险

通风后接通工作面照明灯，对开挖面进行专项找顶，清理危石。

4.3.10  出渣运输

工作面使用大功率装载机装碴，大型自卸汽车运输。首先要保证工作面的照明，便于司机操作，同时也保证出渣机械处于良好的状态，装运能力大于开挖能力并有备有，运输道路平整通畅，在关键地段设车辆调度协调进出车辆，安全警 示和标识要齐全。

4.3.11  初期支护

1.  初喷混凝土

初喷混凝土工作一般在找顶完成后进行。先喷射拱部，使掌子面的其它工序均在初期支护的保护下进行。隧道内主要的喷射混凝土形式为普通喷射混凝土、 喷钢钎维混凝土及耐腐蚀混凝土等。初喷混凝土的厚度一般在 4cm 以上，具体的 施工工艺见 “喷射混凝土作业施工工艺”。

2.  锚杆、钢筋网支护

锚杆的种类有砂浆锚杆、合成树脂快速药卷锚杆、自进式锚杆、中空注浆锚杆等。钢筋网一般采用 φ6～8mm 钢筋，焊接成 150～300mm 网格。锚杆及钢筋网 施工时严格按设计要求种类和布置施工，锚杆具体施工工艺见 “锚杆支护作业施 工工艺 ”。

3.  钢架支护

钢架的种类有格栅钢架和型钢钢架两种。施工时严格按设计要求种类和间距 安装钢架，安装时采取扩大拱脚和施作锁脚锚杆等措施进行固定，防止拱部下沉 变形，具体的施工工艺见 “钢架支护作业施工工艺”。

五、质量标准及检验方法

5.1  质量标准及检验方法

洞身开挖测项目

六、常见事项的预防及处理

6.1  光爆效果不佳，超欠挖严重

6.1.1  测量放样时要精确标出开挖轮廓线，在开挖过程中控制好开挖断面，做到测量精确；

6.1.2  岩石隧道爆破开挖时要严格按照爆破施工技术交底进行提前准备，精确控制好炮眼间距，并严格按照技术参数装入药量，不能忽多忽少；

6.1.3  在开挖过程中还需根据实际情况确定预留变形量，应将施工中可能发生的围岩变化情况（掉块或坍落）进行考虑；

6.1.4  在施作超前小导管时要控制好外插角，防止因外插角过大造成超挖；

6.1.5  预留开挖轮廓边缘线，在开挖过程中采用人机配合，避免机械开挖造成超、欠挖现象；

6.1.6  地质情况较差、局部出现坍塌时根据实际情况尽快施作初期支护进 行。

6.1.7  开挖到设计轮廓线位置后立即进行初喷封闭开挖面，再架设型钢拱 架；

6.2  隧道拱背空洞

在出现超挖坍塌时，严格按规范和验标要求办理，拱脚以上 1m 范围内的超 挖，必须用与拱圈同等级混凝土一次填筑。其余部分，超挖在允许范围内可用与 衬砌同样材料回填，超挖大于规定时可用片石混凝土或浆砌片石回填。

七、安全及环保要求

7.1  安全要求

7.1.1  开始施工前，必须对施工工艺中存在的危险源进行辨识和安全风险评估，编制安全管理实施方案，并制定相应的应急预案。

7.1.2  施工机械使用、操作人员条件、检修保养、各种专用施工机具和料具、 施工用电、特殊环境中作业等应严格执行 ? 公路工程施工安全技术规范 ? 。

7.1.3  施工过程中必须对施工人员加强安全技术交底，特殊工种必须经考试 合格以后方能上岗。在推广新技术和使用新型机械设备时，应对员工进行再培训 和安全教育。

7.1.4  施工区域设置警示标准，严禁非工作人员出入。如果洞内有害气体超标，施工人员禁止入洞。

7.1.5  进洞人员必须带好安全帽，洞内作业人员应佩戴防尘面具。禁止无关人员进洞。

7.1.6  开挖作业必须保证安全，爆破作业时，要有专人指挥；所有人员撤至不受有害气体、振动及飞石伤害的安全地点；爆破后应检查爆破和开挖面情况，清除瞎炮、残炮和危石。开挖不得危及衬砌、初期支护及施工设备的安全。

7.1.7  对软弱破碎，不稳定围岩实施多钻眼，少装药，短进尺，多循环，强支护，早封闭的原则，以减少对围岩的扰动。

7.1.8  开挖成型后要及时进行初喷混凝土封闭开挖面，防止围岩风化。初期 支护和临时支护要及时施作，控制围岩的初期变形量，提高隧道围岩的自稳能力。

7.1.9  开挖面及未衬砌地段应随时检查，险情应及时处理。

7.1.10  严格控制施工步距，开挖工作面与衬砌的距离必须在确保施工安全并力求减少施工干扰的原则下合理选定。

7.1.11  隧道内加强通风，在有粉尘的作业环境中作业，除洒水和通风外，作业人员还必须配备劳保防护用品。

7.1.12  规范施工用电管理。进洞电缆都要采用绝缘电缆线架空进洞。

7.1.13  要保证工作区的照明亮度满足施工规范要求。

7.2  环保要求

7.2.1  开始施工前，必须进行环境因素识别，确定重要环境因素，制定相应的管理方案。

7.2.2  加强设备养护，减少设备漏油施工机械的废油废水，采用隔油池等有效措施加以处理，不得超标排放。

7.2.3  弃土场要先挡护后弃碴，防止泥沙冲刷污染农田、河流，碴顶及坡面按设计修整平、顺，并按要求进行复耕或绿化。

7.2.4  洞内外施工场地修筑临时排水设施保证排水畅通。工地废水排放前先 经沉淀池沉淀，并采取必要的净化措施处理达标后方可排放。有害物质定点存放 并按照有关规定处理。

7.2.5  洞内爆破后要进行洒水除尘或采取必要的设备除尘，严格控制洞内空气中微小颗粒的含量符合有关规定要求。

7.2.5 运输可能产生粉尘的车辆配备挡板及棚布，防止粉尘飞扬，减少对生 产人员和当地居民造成危害，必要时对运输道路进行洒水。