当阳坪隧道溶洞(地下河)施工方案评审资料

湖北省路桥集团有限公司恩来恩黔第三合同段1当阳坪隧道左右线溶洞（地下河）施工方案评审资料一、情况简介当阳坪隧道位于恩施市宣恩县境内，为分离式隧道，左线起讫里程为ZK66+308～ZK67+966，长1658m，右线起讫里程为YK66+300～YK67+995，长1695m，总计长度3353m。隧道左右线间距约30m，其中进口约17m，出口约22.8m。隧道内路面纵坡为人字坡，按路线前进方向，左线为0.5%的上坡，-0.522%的下坡；右线为0.5%的上坡，-0.531%的下坡。隧道进口（恩施端）为悬崖，垂直高度约25m，与甘溪3#大桥相接；出口（来凤端）地势较平缓，设计为路基。受地形所限，隧道施工选择由出口（来凤端）向进口（恩施端）方向双洞单向掘进。二、溶洞（地下河）简介隧道左线在2012年7月5日于ZK67+265处，右线于2012年7月14日YK67+282处底板下及掌子面出现溶洞。溶洞横向贯穿当阳坪隧道左右线，底部沉积大量粘土，石钟乳等发育较少，溶洞侧壁敲击后，岩石外层包裹5-10cm黄褐色沉积物。溶洞实地探查300余米，左线测设线位置往右线方向走200多米未见尽头，在水流平缓段发现生活用品残片，估计水源流经居民生活区或天坑。往高罗河方向走100余米有一大型溶腔，溶腔为直径约30米半球型，水流转入暗洞。左线ZK67+265处，溶洞与路线夹角为90°，右线YK67+282处，溶洞与路线夹角为64°。在左线ZK67+265处（对应溶洞里程RK1+000），溶腔最大高度25.1m，路线纵向最宽处17.3m；在右线YK67+281.18处（对应溶洞里程RK1+030），溶腔最大高度26.7m，路线纵向最宽处11.5m。根据现场地形情况判断，地下河与高罗河相通，水流方向由右线流至左线，现有水位高约20-50cm，宽约2m，最高水位约3.85米（狭窄处），在现流水面上部约3m处有水流冲刷印迹。三、处理方案湖北省路桥集团有限公司恩来恩黔第三合同段2根据对溶洞内部测量和现场情况，我们提出了两种处理方案：1、回填处理：即先对地下河基础进行处理，然后修建箱涵，涵洞高度不小于地下河洪水线，并在两端修建挡土墙，然后分层回填土石方，同时对回填材料进行注浆加固，在快到隧底位置时，采用钢筋砼结构浇筑底板以进一步提高承载力。2、跨越处理：即采用架桥方式处理，先修建栈桥，恢复掌子面的正常掘进施工，再根据栈桥使用情况设计桥梁型式，初步参考桥型为简支梁桥和拱桥。⑴栈桥施工步骤：隧底加固→拼装桁架→开凿来凤端台座→来凤端台座砼施作→桁架过孔→开凿恩施端台座→恩施端台座砼施作→安装桁架梁→桥面铺装→掌子面施工⑵栈桥施工介绍：①浇筑贝雷梁悬臂开挖台车及贝雷梁施工平台。平台长50m，宽8m，其中靠近掌子面端的2m浇筑1m厚C30混凝土，其余48m浇筑30cm厚C25混凝土；②搭设贝雷梁悬臂支架开挖台架，台车整体分悬臂支架及可移动式悬臂支架支承梁两部分组成。支承梁两根，每根宽1.5m，长36m，由48贝雷片拼成，中间用门子板及横梁、斜撑连接牢固，每根支承梁下装2个摆滚，6个平滚，便于滑行；支架开挖台车整体宽10m，长5m，采用Φ50钢管及卡子搭设，与支承梁采用U型螺栓栓接、局部焊接，支架搭设3层，每层高2m，上铺Φ12钢筋网，Φ50钢管镶边。悬臂支架支承梁随掘进往前移动，爆破时收回。开挖前在掌子面拱顶部位打入4根3.5mΦ22锚杆连接安全绳，掌子面开挖人员穿戴安全服并连接到安全绳上。待掌子面开挖进尺满足栈桥台座尺寸时，再行栈桥台座开挖，左洞掌子面全断面掘进6次，进尺17米；右洞掌子面全断面掘进5次，进尺14米，达到栈桥台座开挖条件。湖北省路桥集团有限公司恩来恩黔第三合同段3由于挖掘机无法靠近排险，而且掌子面岩层竖向层状排列，排险工作是确保安全的关键，只能使用人工配风镐排险，确保危石排除彻底，临时支护暂按Ⅲ级围岩支护方式支护，长度左右洞各24m。支承梁随开挖加长，配重加大。③台座开挖完成后，以设计方案布设锚杆，左右线共计Φ22锚杆260米。④为保证栈桥面与隧道整平层标高相同，栈桥台座开挖尺寸为宽9m，长5m，高2.4m；台背墙尺寸为宽9m，长2m，高2.4m，采用C25混凝土浇筑；栈桥梁枕宽9m，长5m，厚度30cm，采用C40钢筋混凝土浇筑。钢筋使用（20×20cm）Φ22钢筋网。一座便桥使用Φ22钢筋886米。梁枕浇筑完成后，将枕木支座满铺，做好架梁准备。⑤贝雷梁架设贝雷架墙3m为一节，每个贝雷架墙3组，每组由3片贝雷片拼装而成，每组先在施工现场拼好，然后再吊装。贝雷架墙分层组装，及时安装各贝雷片之间连接杆件。由于隧道内净空满足不了吊车的作业需求，所有吊装作业只能采用挖掘机加人工配合完成。吊装贝雷支墩分层组装，通过用连接杆件将各组贝雷连接成整体。吊装贝雷纵梁之前检查贝雷片之间各插销，将连接角钢螺栓拧紧，纵梁、横垫梁之间连接牢固可靠。⑥栈桥搭设完毕后，贝雷架上设枕木及I16工字钢铺装，铺设2根枕木布一根6米工字钢，避免重型车辆将枕木压断的现象出现，铺装上布设4根5*10cm槽钢，打孔后使用高强螺栓将铺装层固定在贝雷梁上。⑦栈桥应力分析计算及堆载预压复核试验a、应力分析计算由于出渣车载重约57T、二衬台车自重约70T，在栈桥架设前进行应力分析计算：以出渣车满载重量57T为设计荷载，采用midas2010建立栈桥构造图模型，初步计算时，最大应力位置为贝雷上弦，结构最大位移和最大轴向应湖北省路桥集团有限公司恩来恩黔第三合同段4力两项指标不满足要求。因此考虑在贝雷设置下弦加强杆基础上增加上弦加强杆进行补强，各项指标经验算，满足规范要求。b、堆载预压复核由于栈桥受力以动载为主，为确保安全，在栈桥通过设计验算并架设完成后，进行堆载预压复核试验，观测梁体挠度变形和非弹性变形。即在桥面左、中、右布设3条测线，纵向每3米做点，将桥面高度初始值测出。用吨带装满沙土、石渣，按照0~30%~60%~100%~140%的加载顺序，堆载总重达到达到二衬台车重量的1.4倍约100T，在贝雷梁中部加压，加压过程如有栈桥变形及出现异响声的情况出现，及时停止加压，检查调整后方可继续施工。加压完成4小时后测量各点位，观测数据显示最大变形值38mm；将预压吨带运走，24小时后继续测量各点位，与初始值相比，最大差值为14mm，满足通行要求。⑧采用Φ90镀锌钢管制作栏杆，高1.2m，间距2m，并设安全网，安全标志。⑶二衬台车过桥方案二衬台车重70T，走行轮间距6m，属特种设备。溶洞跨越后施工前期，栈桥主要通行出渣车，最大荷载57T，延隧道中心先架设主栈桥一座，采用6片贝雷梁架设，宽4.5m。过二衬台车时，将主栈桥向一侧平移1.5米，在另一侧架设副栈桥一座，采用3片贝雷梁架设，宽1.5米，待二衬台车通过后副栈桥即拆除。⑷爆破作业时栈桥的防护当阳坪隧道溶洞区域属Ⅱ级围岩，岩层坚硬。洞身开挖用药量大，洞渣冲击距离达50m，为尽量减小洞渣冲击力对栈桥的破坏，采取以下措施：1、严格控制开挖进尺，每循环进尺由3.5m调整到1-1.5m；2、爆破控制由全断面一次爆破改为六次，即小掏心、大掏心、辅助眼、左、右下导、上导；湖北省路桥集团有限公司恩来恩黔第三合同段53、加密掏心眼，控制洞渣粒径；4、爆破作业时，掌子面距栈桥20m内必须装填砂袋对全桥进行覆盖防护，砂袋厚度不小于30cm。⑸栈桥的维修与保养由于栈桥使用时间较长，必须定期对栈桥进行全方位的检查和保养，以确保栈桥的使用安全。1、做好施工监控，经常测量基础标高，确保沉降量不大于规范要求值，若超出规范，应停止通行，采取相应措施。2、对轨枕、栏杆等发生翘曲或损坏的部位，及时修复或更换，经常对栈桥各部螺栓进行检查紧固。3、在栈桥使用期间，安排2位专业人员每日对栈桥进行检查、加固及日常维护保养工作。⑹桥梁拆除栈桥拆除采用逆作法施工。拆除工艺流程为：拆除栏杆→拆除轨枕→拆除纵、横梁→吊离拆除主梁。⑺栈桥施工费用由于位置特殊，场地狭小，左洞栈桥自2012年7月6日开始施工准备，至8月16日主桥架设完毕历时42天，右洞栈桥自2012年7月14日至8月16日主桥架设完毕历时33天。掌子面非正常掘进施工时间，左线从8月18日至9月7日，历时21天，右线从8月18日至9月2日，历时16天。栈桥及临近栈桥掌子面至正常阶段施工累计投入人工29787.54工时，挖掘机1987.23小时，装载机2194.65小时，其它施工机械及各项材料费用投入约200万元。四、方案比选：湖北省路桥集团有限公司恩来恩黔第三合同段61、回填方案：优点：施工工艺简单、成熟。缺点：1、在地下河上建涵洞，工程量大，难度高，耗费时间长，安全隐患大；2、缺乏地下河洪水情况了解，后期隐患多；3、施工周期较长，在回填施工期间不能进行掌子面施工。4、填料来源需到场外寻找，征地运输协调难度较大。2、简支梁桥方案：优点：1、简支梁施工工艺简单、成熟；2、可同时采用便桥跨越进行掌子面施工，对隧道工期影响小；3、对地下河流水无影响。缺点：1、梁板预制需单独定制模板，周期较长；2、场地狭窄，梁板施工有难度。3、拱桥方案：优点：1、施工工艺成熟；2、对地下河流水无影响。缺点：湖北省路桥集团有限公司恩来恩黔第三合同段71、在基岩上施工台座工程量大、难度高；2、溶洞底部覆盖层厚，高差大，拱圈施工满堂支架搭设困难。3、施工周期较前两种方案长，且施工期间不能进行掌子面作业。拱桥施工设备多、人员密，安全隐患大。（翻页）五、费用比选：对两种类型，三种方案进行分析比选：湖北省路桥集团有限公司恩来恩黔第三合同段8回填处理总费用约864万元。分析：1、在地下河上施工的涵洞及浆砌工程造价较高；2、工期损失较大。拱桥总费用约845万元。分析：1、台座施工、满堂支架基础处理及搭设、安全措施等临时费用较高；2、工期损失较大简支梁桥总费用约751万元。分析：1、栈桥及临时措施费用较高；2、工期损失较小。湖北省路桥集团有限公司恩来恩黔第三合同段9六、结论通过方案比选，拟优先选用跨越施工方案；通过费用比选，拟优先选用栈桥+简支梁桥施工方案。第三合同段二〇一二年十月