发鸠山隧道三台阶临时仰拱法开挖施工方案

山西中南部铁路通道ZNTJ-10标段隧道工程发鸠山隧道三台阶临时仰拱法开挖施工方案编制：复核：审核：中铁五局中南部铁路通道十标项目部2010年11月中铁五局中南通道ZNTJ-10标隧道六队发鸠山隧道三台阶临时仰拱法开挖施工方案一．工程概况发鸠山隧道进口位于黄土高原的丘陵及低山区，覆盖层为新生界第四系新黄土、老黄土、砂及卵砾石，第三系黏土和粉质土、半胶结砾石岩，下伏中生界砂岩、页岩、泥岩。弱风化，节理发育，岩体破碎，围岩自稳能力差，开挖是容易坍塌。D2K440+342-367（25m）围岩级别为Ⅴ级，采用三台阶临时仰拱法开挖。二．编制范围编制范围为：发鸠山隧道DK440+342～DK440+367段三台阶临时仰拱法开挖。三、施工工艺原理及特点1、工艺原理大断面隧道三台阶临时仰拱开挖法是将隧道断面分成上中下三个部分进行开挖的施工工法；要求及时施作各部临时仰拱；各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。2、工艺特点⑴.施工空间较大，可进行机械化施工，可以多作业面平行施工，工效较高。⑵.在地质条件发生变化时，便于及时、灵活地调整施工方法，转换施工工法。⑶.适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。⑷.在台阶法开挖的基础上，分上、中、下三部分错开开挖，有利于开挖工作面的稳定。⑸.当围岩变形较大或突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。四、三台阶临时仰拱具体施工方案1、临时支护参数临时钢架采用I18轻型工字钢，每榀钢架间距与主洞身钢架一致，且与洞身钢架以螺栓连接（接头处加设3mm厚橡胶垫片），洞身钢架架设后在相应位置焊接预埋钢板并预置螺栓，以便临时钢架连接，连接钢板接头处焊缝高度不小于6mm；相邻钢架采用HRBΦ22钢筋连接，环向间距1m，焊接于钢架内翼缘除；每台阶两侧拱脚锁脚锚管采用2根Φ42无缝钢管，壁厚5mm，L=3.5m；采用C25喷射混凝土，临时封底厚15cm，钢架与初喷混凝土间要喷射密室、粘结。2、三台阶临时仰拱法施工工艺流程中铁五局中南通道ZNTJ-10标隧道六队三台阶临时仰拱法施工工艺流程图施工准备超前地质预报、测量分部钻爆设计（需要时）拱部钻爆设计上部台阶开挖中台阶开挖下部台阶开挖地质素描、轮廓检查整修分部钻爆设计（需要时）分部钻爆设计（需要时）初期支护、施做临时仰拱初期支护、施做临时仰拱初期支护、施做临时仰拱监控量测判定围岩稳定性变形值未超过规范规定变形值超过规定拆除上、中台阶临时仰拱加强支护或调整开挖、支护参数施做钢筋混凝土仰拱、填充混凝土变形值、速率未超过规范规定施做复合衬砌下一循环开挖、支护结束3、施工方法1第一步1)开挖①部。2)施作①部导坑周边的初期支护。即先初喷厚4cm的混凝土,再铺设钢筋网片,然后人工配合机械架立型钢钢架。钢架施作锁脚锚管，锁脚锚管设置于台阶钢架拱(墙)脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打入，并于钢架牢固焊接。拱脚采用钢垫板（规格为200mm×220mm×16mm）。同时,为保证拱脚基础牢固,防止拱顶下沉量过大,对拱脚位置采用槽钢或木板支垫。中铁五局中南通道ZNTJ-10标隧道六队钢架12隧道中线I18临时钢架I18临时钢架3VIVIVVIVI4Φ50mm锁脚钢管L=5m，壁厚3.5mm4Φ50mm锁脚钢管L=5m，壁厚3.5mm4Φ50mm锁脚钢管L=5m，壁厚3.5mm4Φ50mm锁脚钢管L=5m，壁厚3.5mm喷10cm厚C25砼开挖界限喷10cm厚C25砼开挖界限三台阶临时仰拱工法工序横断面示意4004004开挖界限VIVIV三台阶临时仰拱工法工序纵断面示意边墙墙脚线123隧底填充仰拱系统径向锚杆钢架拱部超前支护3)打设径向锚杆后复喷混凝土到设计厚度。底部架立临时仰拱（I18临时钢架），喷射15cm混凝土封闭。开挖过程中,根据施工时围岩的地质情况及监控量测资料调整支护结构形式,必要时加设中间竖撑（采用圆木）,使围岩支护得到有利的保护和加强。2第二步1)在滞后①部3～5m距离后,先拆除①部1～2榀I18临时钢架，再人工配合机械开挖②部。开挖进尺为1～2榀钢拱架间距。2)导坑周边部分初喷厚4cm混凝土。3)铺设钢筋网片,架立型钢钢架，打设径向锚杆后复喷混凝土到设计厚度。4)架立临时仰拱（I18临时钢架）,打设锁脚锚管，封闭临时仰拱。3第三步1)在滞后于②部3～5m距离后，开挖③部，同时错开2m开挖④部两侧边墙，以便施作钢架，每循环开挖进尺保持在1.5m。开挖边墙时，在拱脚处向开挖轮廓线外开挖30×30×30cm的扩中铁五局中南通道ZNTJ-10标隧道六队大拱脚。扩大拱脚采用C30喷射混凝土。2)施作台阶周边的初期支护。4第四步1）开挖④部其余仰拱部位，每次循环开挖进尺不大于3m。2）及时施作仰拱部位初期支护并封闭成环。封闭位置距离掌子面不得大于30m。5第五步1)根据监控量测结果分析,待初期支护收敛后,拆除②部临时仰拱。2)浇筑Ⅳ部仰拱及Ⅴ部仰拱填充(仰拱与仰拱填充分开施作)。6第六步利用衬砌模板台车一次性灌注Ⅵ部拱墙二次衬砌(拱墙衬砌一次施作)。4钢架安装要求初喷混凝土施工完毕后进行钢支撑的架设，钢拱架在洞外加工，加工前在钢板板上放出钢拱架1：1大样图，或制作模具，然后根据大样或模具进行钢拱架的加工制作。初喷完成后及时安设钢拱架，永久支护采用I20a型钢，临时支护采用I18工字钢，工字钢纵向间距75cm。每榀钢拱架安装时，要测量人员准确定位，不偏、不斜，轮廓要符合设计要求，确保净空尺寸。为保证钢架整体受力，设置纵向连接钢筋。连接筋为φ22钢筋焊接，环向间距1.0m。为减少钢支撑的沉降，永久支撑和临时支撑落地脚板必要时安设25a槽钢或采用100×30×10cm的方木作为支撑，增大受力面积，减小下沉量。钢拱架安装工艺流程图测量放样清除底脚浮渣安装钢拱架和系统锚杆焊连定位钢拱架加工质量验收钢拱架组拼加设鞍形垫块打锁脚锚管焊纵向连接筋隐蔽工程检查验收中铁五局中南通道ZNTJ-10标隧道六队5．超前小导管支护工艺超前小导管注浆工艺流程见图。地质调查浆液选择配比试验注浆设计现场试验注浆参数效果检查设备准备施工准备管材加工安装型钢钢架材料准备钻孔打小导管机具准备安孔口止浆塞连接止浆管浆液配置注浆开挖制定施工方案进入施工小导管采用φ42无缝钢管，钢管前端做成20cm尖楔状，便于插入孔中或直接打入，在管身前部2.0m范围内按梅花形布置，钻φ10mm的注浆孔，以便钢管进入地层后对围岩空隙注浆。注入纯水泥浆时，水泥浆水灰比为0.5:1.0(重量比)，水泥浆由稀到浓逐渐变换，即先注稀浆，然后逐级变浓至0.8：1为止。为注浆后尽快开挖，选用普通水泥或早强水泥并掺入一定量的三乙醇胺与氯化钠溶液，以缩短初凝、终凝时间，提高强度，提高水泥浆的可压注性；注浆采用PF-40A型注浆泵，注浆压力控制在0.5～1.0MPa。注浆异常现象处理：发生串浆现象：即浆液从其它孔中流出时，采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆；注浆压力突然升高：可能发生了堵管，停机检查；注浆量很大，压力长时间不升高：则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小中铁五局中南通道ZNTJ-10标隧道六队量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过浆液的凝胶时间。6．锚杆、钢筋网、喷射砼施做要求1.钢筋网钢支撑施工完毕后进行钢筋网的安设，钢筋网纵向采用HPBφ6mm钢筋、环向采用HPBφ8mm钢筋，网格尺寸为20×20cm，钢筋网贴钢支撑外弧进行布设，钢筋网必须和工字钢焊接牢固。2.锚杆在钢支撑施工完毕后进行系统锚杆施工，拱部采用长度为3.5m，Φ22mm组合式中空注浆锚杆，纵环间距为0.75（纵）×0.75（环）m，墙部采用Φ22mm砂浆锚杆长度3.5m，纵环间距为0.75（纵）×0.75（环）m，呈梅花型布置。3.喷射砼1)初喷混凝土应在开挖后立即进行，以减少围岩暴露时间。2)用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉。3)工作面滴水或淋水时，宜采用钻孔埋管做好引排水。大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，通过添加外加剂、掺合剂、素纤维改善混凝土性能。4)喷射混凝土必须满足设计强度、厚度及其与岩面粘结力要求。5)喷射作业应分段分片、分层依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱(墙)脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在0.6～1.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。中铁五局中南通道ZNTJ-10标隧道六队湿喷砼工艺流程图配备设备及劳力组织方法砼制备运输方案、喷射方法喷砼试验配合比报批材料试验报告材料、机具、劳力准备方案报批风、水、电准备断面检查清洗岩面强制式办合计拌和施工准备分次投料拌和砼输送车运输砼制备砼运输湿喷机初喷复喷S形运动、螺旋状喷射先墙后拱、分层、分区进行首层着重填平、补齐结束强度检验：压试件方案报批质量检查中铁五局中南通道ZNTJ-10标隧道六队7.仰拱施工⑴专人指挥仰拱开挖，隧底开挖应采用全幅分段施工，上面架设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜为3m。当仰拱施工滞后下部台阶开挖面大于10m时，应停止前方工作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖。短距离跳槽的次数不得多余2次，每次跳槽间隔不得大于5m。⑵隧底开挖后，应及时清除虚渣、杂物、泥浆、积水，立即初喷4cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。⑶仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为3m。仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置中埋式橡胶止水带。⑷仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前应清除仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。填充混凝土强度达到5MPa后允许行人通行，达到设计强度的100％后允许车辆通行。仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺、排水通畅。五、技术保证措施1、一般技术措施1）隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。2）机械开挖时预留20cm部分采用人工开挖，可有效缓解对围岩的扰动，减少超挖，确保安全。3）开挖需要爆破时，均采用弱爆破或人工开挖，爆破时严格控制炮眼深度及装药量。开挖控制在2～3m，必须采用多打眼，少装药，弱爆破，不得超挖。专职安全员控制装药量，减少对围岩的扰动。在满足作业空间和台阶稳定的前提下，尽量缩短台阶长度。4）钢架（或临时钢架）应设锁脚钢管，且必须对锁脚钢管注浆，以确保钢架基础稳定。钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固。5）施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全。6）三台阶临时仰拱法施工时，各步台阶一次开挖长度宜为2～3m，下台阶开挖后仰拱应紧跟。各台阶开挖长度控制，上台阶：5～10m，中台阶：5～10m，下台阶：10～15m。7）本段洞身施作初期支护时，拱部锚杆间距（环×纵）为0.75×0.75m，墙部锚杆间距（环×纵）为0.75×0.75m。8）如到达各种预埋洞室及预埋件安设位置，根据实际情况可以不预留，待初期支护在本断面范围内完成或二次衬砌前另行开挖或预埋。9）对上导下底临时横撑用枕木进行支垫时，必须高于底横撑面，并尽可能的减少空隙，中铁五局中南通道ZNTJ-10标隧道六队以减少行车对钢支撑的扰动。10）施工中重点解决好上、中、下各台阶的施工干扰问题，下部施工减少对上部围岩、支护的扰动。11）上台阶施作钢架时，采用扩大拱脚或施作锁脚锚杆等措施，控制围岩和初期支护变形；中台阶在上台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖，开挖完成后施作接长边墙钢架及中台阶临时仰拱钢架，使之形成闭合环；下台阶在中台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖。上中台阶开挖依次超前一个循环后，上、中、下三台阶可平行开挖。2、监控量测初期支护施工完毕后及时进行监控量测，以量测结果来调整支护参数和确定临时支护的拆除时间，以及二次衬砌的施工时间。测点、测线布置详见