湖北水利水电职业技术学院教师授课教案课程名称：水利水电工程施工技术200 年至200 年第学期第38 次课授课班级：03级水工编制日期：年月日图11-2 全断面开挖机械化程序台阶掌子掘进是将整个断面分为上下两层，上层超前于下层一定距离掘进。

为了方便出渣，上层超前距离不宜超过2~3.5m，且上下层应同时爆破，通风散烟后，迅速清理上台阶并向下台阶扒渣，下台阶出渣的同时，上台阶可以进行钻孔作业。

由于下台阶爆破是在两个临空面情况下进行的，可以节省炸药。

当隧洞断面面积较大，但又缺乏钻孔台车等大型施工机械时，可以采用这种开挖方式。

（一）导洞开挖法导洞开挖法就是在开挖断面上先开挖一个小断面洞（即导洞）作为先导，然后再扩大至设计要求的断面尺寸和形状。

这种开挖方式，可以利用导洞探明地质情况、解决施工排水问题，导洞贯通后还有利于改善洞内通风条件，扩大断面时导洞可以起到增加临空面的作用，从而提高爆破效果。

根据导洞与扩大部分的开挖次序，有导洞专进和导洞并进两种方法。

导洞专进法是将导洞全部贯通后，再进行扩大部分开挖，有利于通风和全面了解地质情况，但洞内施工设施一般要进行二次铺设，费工费事。

除地质情况复杂外，一般不采用。

导洞并进法是将导洞开挖一段距离（一般为10~15m）后，导洞与断面扩大同时并进。

导洞开挖法一般是在工程地质条件恶劣、断面尺寸较大、不利于全断面开挖时才采用的开挖方法。

导洞开挖，根据导洞位置不同，有上导洞、下导洞、中间导洞和双导洞等不同方式。

1、上导洞开挖法导洞布置在隧洞的顶部，断面开挖对称进行，开挖与衬砌程序如图11-3 所示。

这种方法适用于地质条件较差，地下水不多，机械化程度不高的情况。

其优点是安全问题比较容易解决，如顶部围岩破碎，开挖后可先行衬砌，以策安全。

缺点是出渣线路需二次铺设，施工排水不方便，顶拱衬砌和开挖相互干扰，施工速度较慢。

筑，待其强度达到设计强度的70%时，再开挖和浇筑另一个马口。

各段马口的开挖可交叉进行。

也有把隧洞顶拱挖得大一些，使顶拱衬砌混凝土直接支承在围岩上，而不需要再挖马口，如图11-5所示。

图11-5不挖马口的先拱后墙法2、下导洞开挖法导洞布置在断面的下部，如图11-6所示。

这种开挖方法适用于围岩稳定、洞线较长、断面不大、地下水比较多的情况。

其优点是：洞内施工设施只铺设一次，断面扩大时可以利用上部岩石的自重提高爆破效果，出渣方便，排水容易，施工速度快；缺点是：顶部扩大时钻孔比较困难，石块依自重爆落，岩石块度不易控制。

如遇不良地质条件，施工不够安全。

图11-6下导洞开挖法施工顺序3、中间导洞开挖法导洞在断面的中部，导洞开挖后向四周扩大。

这种方法适用于围岩坚硬，不需临时支撑，且具有柱架式钻机的场合。

柱架式钻机可以向四周钻辐射炮眼，断面扩大快，但导洞与扩大部分同时并进，导洞出渣困难。

4、双导洞开挖法双导洞开挖又分为两侧导洞法和上下导洞法两种。

两侧导洞开挖法是在设计开挖断面的边墙内侧底部分别设置导洞，这种开挖方法适用于围岩松软破碎、地下水严重、断面较大，需边开挖边衬砌的情况。

上下导洞法是在设计开挖断面的顶部和底部分别设置两个导洞，这种方法适用于开挖断面很大、缺少大型设备、地下水较多的情况，其上导洞用来扩大，下导洞用于出渣和排水，上下导洞之间用竖井连通。

导洞一般采用上窄下宽的梯形断面，这样的断面受力条件较好，并且可以利用断面的两个底角布置风、水、电等管线。

导洞的断面尺寸应根据开挖、支撑、出渣运输工具的大小和人行道布置的要求确定。

在方便施工的前提下，导洞尺寸应尽可能小一些，以便加快施工进度，节省炸药用量。

导洞高度一般为2.2~3.5m，宽度为2.5~4.5m（其中人行道宽度可取0.7m）。

二、炮孔布置及装药量计算（一）炮孔布置开挖断面上的炮孔，按其作用不同分为掏槽孔、崩落孔和周边孔等三种。

１、掏槽孔用于掏槽的炮孔即为掏槽孔。

掏槽就是在开挖断面中间先挖出一个小的槽穴来，利用这个小的槽穴为断面扩大爆破增加临空面，以提高爆破效果。

常见的掏槽孔的布置方式有楔形掏槽、锥形掏槽和垂直掏槽等，其具体布置方式和适用条件见表11-1。

掏槽布置方式的选择应根据岩石性质、岩层构造、断面大小和钻爆方法等因素确定。

表11-1常用掏槽孔布置简图和适用条件掏槽形式布置简图适用条件楔形掏槽适用于中等硬度的岩层。

有水平层理时，采用水平楔形掏槽，有垂直层理时，采用垂直楔形掏槽，断面上有软弱带时，炮孔孔底宜沿软弱带布置。

开挖断面的宽度或高度要保证斜孔能顺利钻进。

锥形掏槽适用于紧密的均质岩体。

开挖断面的高度和宽度相差不大，并能保证斜孔顺利钻进。

垂直掏槽适用于致密的均质岩体，不同尺寸的开挖断面或斜孔钻进困难的场合。

在满足掏槽要求的前提下，掏槽孔的数目应尽可能少，但不宜少于2个。

掏槽孔的深度应比崩落孔深15~20cm，以提高崩落孔的利用率。

有时为了增强掏槽效果，在极坚硬的岩层中或一次掘进深度较大的情况下，还可以在掏槽孔中心布置2~4个直径75~100mm不装药的空孔，其深度与掏槽孔相同。

2、崩落孔崩落孔的主要作用是爆落岩体，故应大致均匀地布置在掏槽孔的四周。

崩落孔通常与开挖断面垂直，为了保证开挖面的平整，其孔底应落在同一平面上。

为了使爆后的石渣大小适中，便于装车，应注意掌握炮孔间距。

如用国产2#岩石硝铵炸药，炮孔间距为软岩100~120cm、中硬岩80~100cm、坚硬岩60~80cm、特硬岩50~60cm。

3、周边孔周边孔的主要作用是控制开挖轮廓，它布置在开挖断面的设计边线附近。

周边孔的孔口距离开挖边线10~20cm，以利钻孔。

钻孔时应略向外倾斜，孔底应落在同一平面上。

孔底与设计边线的距离，视岩石强度而定。

对于中硬岩石（坚固系数f＞4）,孔底可达设计边线；对于软岩(f≤2~4)，孔底不必达到设计边线；对于极坚硬岩石，孔底应超出设计边线10~15cm。

图11-7是隧洞开挖的炮孔布置示意图。

断面开挖分为导洞开挖和扩大部分开挖。

上导洞共布置了18个炮孔，其中1~4号是锥形掏槽孔，5~6号是崩落孔，7~18号是周边孔。

扩大部分共布置了13个炮孔，其中19~24号是垂直崩落孔，承担掘进任务；25~31号是水平周边孔，控制开挖底边线。

开挖断面底部周边孔布置比顶部要密一些，这是因为底边开挖，岩石的夹制作用大，且不能利用岩石自重来提高爆破效果。

图11-7 隧洞炮孔布置图（二）炮孔数目和深度隧洞开挖断面上的炮孔总数N与岩石性质、炸药品种、临空面数目、炮孔大小和装药方式等因素有关。

对炮孔数目，由于影响因素多，精确计算尚有困难，施工前可采用下面经验公式估算，在爆破过程中再加以检验和修正。

K（11-1）N＝fS隧洞断面等因素，对开挖出来的空间及时进行必要的临时支护。

临时支护的时间，取决于地质条件和施工方法，一般要求在开挖后，围岩变形松动到足以破坏之前支护完毕，尽可能做到随开挖随支护，只有当岩层坚硬完整，经地质鉴定后，才可以不设临时支护。

临时支撑应具有足够的强度和稳定性，能适应围岩松动变形、爆破震动、机具碰撞等情况，此外，临时支撑还要求结构简单，便于安装和拆除，不过分占用空间。

临时支护可分为喷锚支护和构架支护两类。

除特殊情况外，应优先选用喷锚支护。

构架支护的形式，按使用材料不同分为木支撑、钢支撑、预制混凝土或钢筋混凝土支撑等几种。

1、木支撑木支撑具有重量轻、加工架立方便、损坏前有明显变形等优点，但承受压力小、所占净空大、消耗材料多、费用高，因而逐渐被其他支撑材料所代替。

适用于断面不大的导洞的支护，如图11-8。

2、钢支撑钢支撑适用于破碎而不稳定的岩层，能承受很大的山岩压力，耐久性好，所占空间小。

钢支撑可以重复使用，但耗材多，费用高，只有在不良地质段施工才采用，如图11-9。

3、预制混凝土或钢筋混凝土支护这种支撑能承受很大的山岩压力，耐久性好，且可以留在永久性衬砌内不必拆除。

但结构重量大，洞内运输、安装都不方便，应采用机械化施工。

图11-8 门框形木支撑图11-9 钢支撑（四）装渣运输装渣与运输是隧洞开挖中最繁重的工作，所花时间约占循环时间的50~60%，是影响掘进速度的关键工序。

因此，应合理选择装渣运输机械，并进行配套计算，做好洞内出渣的施工组织工作，确保施工安全，提高出渣效率。

隧洞出渣常见的装运方式有：1、人工装斗车出渣这种方式适用于隧洞断面较小，机械化程度不高的情况。

人工装渣，要求爆落岩石块度很小。

为了减轻装渣的劳动强度，可在装渣地点铺上钢板，使岩石爆落于钢板上，以利用铁铲装车；当采用下导洞开挖时，上导洞可利用漏斗棚架出渣（图11-6）；当采用上导洞开挖时，上导洞可用活动工作平台车出渣（如图11-10）。

图11-10 工作平台装渣2、装岩机装渣、机车牵引斗车或矿车出渣这种出渣方式适用于开挖断面较大的情况。

装岩时可采用0.4~1.0m3的装岩机（图11-11、图11-12），装岩斗车或矿车可由电气机车或电瓶车牵引。

当运距近、出渣量少时，也采用人力推运或卷扬机牵引运输。

根据出渣量的大小可设置单线或双线运输。

单线运输时，每隔100~200m应设置一错车岔道，岔道长度应够停放一列列车，如图11-13所示；双线运输时，每隔300~400m应设置一岔道，以满足调车要求，如图11-14所示。

堆渣地点应设置在洞口附近，其高程较洞口低，以便重车下坡，并可利用废渣铺设路基，逐渐向外延伸。

图11-11 0.4m3风动铲式装岩机图11-12隧洞1m3短臂正向铲图11-13单线调车示意图图11-14 双线调车示意图这种装运方式适用于大断面隧洞开挖。

装岩采用斗容量为1~3m3的装载机或液压正铲，自卸汽车洞内运输宜设置双车道，如设置单车道时，每隔200~300m应设错车道，运输道路要符合矿山道路的有关规定。

（五）隧洞开挖的辅助作业隧洞开挖的辅助作业有通风、散烟、防尘、防有害气体、供水、排水、供电照明等。

辅助作业是改善洞内劳动条件、加快工程进度的必要保证。

1、通风与防尘通风和防尘的主要目的是为了排除因钻孔、爆破等原因而产生的有害气体和岩尘，向洞内供应新鲜空气，改善洞内温度、湿度和气流速度。

（1）通风方式通风方式有自然通风和机械通风两种。

自然通风只有在掘进长度不超过40m时，才允许采用。

其他情况下都必须有专门的机械通风设备。

机械通风布置方式有：压入式、吸入式和混合式三种，如图11-15所示。

压入式是用风管将新鲜空气送到工作面，新鲜空气送入速度快，可保证及时供应，但洞内污浊空气是经洞身流出洞外；吸入式是将污浊空气由风管排出，新鲜空气从洞口经洞身吸入洞内，但流动速度缓慢；混合式是在经常性供风时用压入式，而在爆破后排烟时改用吸入式，充分利用了上述两种方式的优点。

图11-15 隧洞机械通风方式（2）通风量通风量可按以下要求分别计算，并取其中最大值，再考虑20%~50%的风管漏风损失。