九州隧道CD法施工方案

兰州市北环路工程第二项目部九州隧道CD法施工方案兰州市北环路工程九州隧道CD法施工方案编制：审核：审批：兰州市北环路工程第二项目部二O一四年二月二十三日兰州市北环路工程第二项目部九州隧道CD法施工方案1一、编制目的及依据1、编制目的为保证隧道施工的安全和质量，特编制本方案，本方案只适用九州隧道施工。2、编制依据（1）、兰州市北环路（安宁——九州）段施工图设计文件；（2）、兰州市北环路（安宁——九州）段施工合同文件；（3）、国家、交通部现行设计规范、施工规范、验收标准及有关文件（4）、施工现场的实地勘察、调查资料及复测；（5）、所编制的《施工组织设计》。二、工程概述九州隧道进口位于安宁洄水湾，出口与已建的九州区T458#路B457#路相接，右线起讫桩号YK0+172—YK2+940，隧道进口位于R=2525m曲线上，洞身段及出口段位于直线上，长为2786m，隧道纵坡为2.5%；左线起讫桩号YK0+152—YK2+915.418，隧道进口位于R=2475m曲线上，长为2763.418m隧道纵坡为2.5%，隧道最大埋深232米。道路按城市一级主干道设计，设计车速60Km/h,沥表混凝土路面结构，双向六车道，路幅宽33m，采用两块板面断面形式；隧道按上下行分离双向六车道设计，隧道主洞净宽为13.75m，净高为5m。三、工程地质场区内地层结构较为复杂，主要是素填土，黄土状粉土，片麻岩和砂砾岩。其他岩层岩性特征分述如下。1、素填土：以黄褐色粉土为主，含有碎石、角砾、砖块、垃圾等。结构松散，主要分布在线路隧道出口，稍密，稍湿。兰州市北环路工程第二项目部九州隧道CD法施工方案22、黄土状粉土：褐黄色，粉状为主，土质纯净，具虫孔，孔隙，含白色盐质斑点和条纹，略显水平层理，场区最大厚度约110米，稍密-中密-密实，稍湿。3、黄土状粉土：褐黄色，粉状为主，致密、较硬，含白色盐质斑点和条纹，略显水平层理，场区最大厚度约40米，中密-密实，稍湿。4、片麻岩：灰黑色，局部呈白色、褐红色，片麻状结构，浅色长石带和深色云母带相互交错，节理、裂隙发育。不均匀含有变砾岩、石英岩等，并且分布有花岗岩侵入体。顶板下10米呈全分化状态，顶板下10-30米呈强风化状态，顶板30米下呈中等风化。场区片麻岩顶板标高变化于1568.42-1737.79米。5、砂砾岩：褐红色，部分地段与砂砾岩互层。碎屑结构，块状结构，半成岩状，泥质胶结。形成于干旱气候条件下的氧化环境中，遇水易软化，暴露在空气中易风化，顶板下7-8米呈强风化，顶板下8-18米呈中等风化。场区砂砾岩顶板标高1669.50米左右，主要分布在线路隧道出口。四、CD工法施工工艺1、基本施工工序（1）、利用上一循环架立的钢架施作隧道拱部180°范围及上到坑中隔壁范围内Φ42超前小导管，进行超前注浆支护；开挖1部（根据九州隧道安宁端实际围岩情况，1部导坑在安宁端进洞方向右侧）；施做1部导坑周边的初期支护及临时支护，即初喷4cm厚混凝土，先安设钢筋网，架立支护钢架及临时支护钢架，并设锁脚钢管，钻孔设置系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。（2）、在滞后于1部一段距离后，开挖2部，人工整修表面，初喷4cm厚混凝土并安装钢筋网片，接长初期支护钢架和临时钢架，安装锁脚锚管，钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。兰州市北环路工程第二项目部九州隧道CD法施工方案3（3）、在滞后于2部一段距离后，开挖3部，施作导坑周边初期支护及临时支护，步骤及工序同1。（4）、在滞后于3部一段距离后，开挖4部，施作导坑周边初期支护及临时支护，步骤及工序同2。（5）、开挖5部，施作导坑周边初期支护及临时支护，即初喷4cm厚混凝土，先安设钢筋网，架立支护钢架及临时支护钢架，然后复喷混凝土至设计厚度。（6）、开挖6部，施作导坑周边初期支护，即初喷4cm厚混凝土，先安设钢筋网，架立支护钢架，然后复喷混凝土至设计厚度。（7）、根据监控量测结果，从下往上依次分段拆除临时支撑，每段拆除纵向长度不超过10m，待监测稳定后先铺设隧道仰拱拱架，浇筑底部混凝土，安装防水卷材及仰拱钢筋，并及时施做仰拱。图4-1CD法分部施工示意图兰州市北环路工程第二项目部九州隧道CD法施工方案42、CD法施工控制要点（1）、为确保施工安全，上部1、3部的开挖循环进尺不应大于1榀钢架间距，中部2、4部每循环开挖进尺不得大于2榀钢架间距，下部5、6部每循环开挖进尺不得大于4榀钢架间距。1、3部掌子面错开距离为8~10米，1、2部、3、4部掌子面错开距离为5~7米，隧底封闭成环位置距掌子面不得大于35米。（2）、中间支护系统的拆除中间支护系统的拆除时间应考虑其对后续工序的影响，通过围岩监控量测进行确定。当围岩变形达到设计允许的范围之内，并在严格考证拆除的安全性之后，方可拆除。同时要注意后续作业的及时跟进。如围岩稳定条件满足设计要求，临时支撑可在仰拱混凝土浇筑前一次性拆除，一次拆除长度依据仰拱浇筑长度确定,但每次拆除长度不超过10m。中隔壁混凝土拆除时，要防止对初期支护系统形成大的振动和扰动。施作超前导管1部开挖与支护2部开挖与支护3部开挖与支护4部开挖与支护5部开挖与支护6部开挖与支护拆除中壁墙钻孔开挖开挖开挖开挖开挖开挖插钢管初喷初喷初喷初喷初喷初喷孔口加固挂网挂网挂网挂网挂网挂网注浆安装周边、中壁墙钢架安装周边、中壁墙钢架安装周边、中壁墙钢架安装周边、中壁墙钢架安装周边、中壁墙钢架安装周边、中壁墙钢架施作锚杆施作锚杆施作锚杆施作锚杆施作锚杆施作锚杆复喷周边、中壁墙混凝土复喷周边、中壁墙混凝土复喷周边、中壁墙混凝土复喷周边、中壁墙混凝土复喷周边、中壁墙混凝土复喷周边、中壁墙混凝土施工仰拱、填充施工二次模筑衬砌兰州市北环路工程第二项目部九州隧道CD法施工方案5可采用风镐由上至下逐榀拆除钢支撑之间的喷射混凝土，以及临时支护与初期支护连接部位附着在钢架上的喷射混凝土，临时钢构件采用气焊烧断。3、超欠挖控制值表1：隧道允许超挖值（cm）围岩级别开挖部位ⅠⅡ~ⅣⅤ、Ⅵ拱部平均线形超挖101510最大超挖202515边墙平均线形超挖101010仰拱、隧底平均线形超挖10最大超挖25五、开挖方法1、机械开挖根据地质条件，尽量使用机械开挖，减少对围岩的扰动，利用小型挖机或液压镐破碎开挖，然后用风镐人工修边，严格控制一次开挖长度和超挖.,合理安排各部施工工序。每循环进尺按每榀钢架间距0.5m,当围岩稳定性较差时，考虑采用中部预留核心土法施工。2、爆破开挖方法（1）、爆破施工设计原则①隧道上半部为强风化岩或土石层，采用预加固方法后，用破碎锤和挖掘机进行破碎开挖，使上半部通过机械开挖形成临空面。待上部初步支护完成后进行下部开挖，下部如需爆破，应遵循“多打眼，少装药”的原则，这样会减弱对山体的扰动。②根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼交错均匀布置，周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上，采用斜眼掏兰州市北环路工程第二项目部九州隧道CD法施工方案6槽，以便减少钻眼数量，掏槽炮眼加深20cm。③严格控制周边眼装药量，间隔装药，使药量沿炮眼全长均匀分布。④钻爆施工采用乳化炸药，塑料导爆管非电毫秒雷管起爆。⑤采用毫秒微差有序起爆。⑥开挖每循环进尺控制在0.5m-1m，采用小直径钻孔控制爆破。⑦所有爆破施工全部采用微差起爆方法，最大限度减少爆破振动对环境的影响。⑧大块岩石二次破碎均采用机械破碎法。（2）爆破参数①钻孔直径采用YT—28手持式凿岩机钻眼，钻头直径为Ф=42mm。②炮眼间距a和排距b楔形掏槽孔倾斜角度（掏槽角）与岩性和隧道断面有关，一般为600～750，上下排距为40～90cm，填塞长度一般为炮孔长度20%，但不小于40cm。辅助孔孔距及排距相近，一般取值60-90cm。③光面爆破参数本工程地质复杂，裂隙发育，围岩风化程度较严重，因此采用小孔距、小线装药密度爆破，即利于光面形成，又可减小对围岩的扰动。光爆孔钻孔时要严格控制钻孔外插角度和外插量，保证轮廓面平整成型。光面爆破参数：炮孔直径D孔=42mm药卷直径D药=32mm兰州市北环路工程第二项目部九州隧道CD法施工方案7炮孔间距E=(8～18)d或E=0.5～0.7m，取值0.5m光爆层厚度W光=（10～12）d或0.6～0.8m，取值0.7m周边孔的密集系数m=E/W光=0.72不耦合系数D=D孔/D药=1.31线装药密度q=0.1～0.2kg/m六、钢拱架施工1、设计参数九州隧道安宁端CD法施工钢架采用I22b工字钢，纵向间距0.5m/榀。2、操作要点（1）、钢架加工：按设计放出加工大样。钢架弯制结合隧道开挖方法采用型钢弯制机按照隧道断面曲率分节进行弯制，弯制完成后，先在加工场地上进行试拼。各节钢架拼装，要求尺寸准确，弧形圆顺，要求沿隧道周边轮廓误差不大于3cm；型钢钢架平放时，平面翘曲小于2cm。（2）、钢架安装：根据测设的位置，各节钢架在掌子面以螺栓连接，连接板应密贴。为保证各节钢架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下的虚碴及杂物。同时每侧安设4根Φ42锁脚锚管将其锁定，底部开挖完成后，底部初期支护及时跟进，将钢架全环封闭。为保证钢架位置安设准确，隧道开挖时在钢架的各连接处预留连接板凹槽。初喷砼时，在凹槽处打入木楔，为架设钢架留出连接板（和槽钢）位置。钢架按设计位置安设，在安设过程中当钢架和初喷层之间有较大间隙应每隔2m用砼预制块楔紧，钢架背后用喷砼填充密实。钢架纵向连接采用Φ22钢筋，环向间距1m。兰州市北环路工程第二项目部九州隧道CD法施工方案8钢架落底接长在单边交错进行，每次单边接长钢架1～2排。在软弱地层可同时落底接长和仰拱相连并及时喷射砼。接长钢架和上部钢架通过垫板用螺栓牢固准确连接。架立钢架后应尽快进行喷砼作业，以使钢架与喷砼共同受力。喷射砼分层进行，先从拱脚或墙角处由下向上喷射，防止上层喷射料虚掩拱脚（墙角）不密实，造成强度不够，拱脚（墙角）失稳。拱部开挖安装型钢拱架后，钢架短时间内不能全断面闭合，有可能会出现拱顶钢架下沉，导致围岩失稳或侵入衬砌界限，因此在施工过程中需加强对钢架安装以后的监控量测，必要时采取有效措施进行加固，以防止拱顶钢架下沉。具体措施如下：①加强对钢架的锁脚固定措施由于采用分部开挖方法，拱部钢架安装后，钢架暂时不能全断面封闭成环，同时土质隧道拱部钢架无法座落在坚实的基岩上，因此，拱部钢架必须采取锁脚措施，将钢架两底脚牢固锁定，以防止钢架下沉或两底脚回收，钢架锁脚采用4根L=4.0m的Φ42锁脚锚管锁定，锚管采用钢花管，压注水泥浆液进行锚固，如地质较差时，采用加长锁脚锚管长度和再增设一根锁脚锚管以加强钢架的稳定。②加设钢架基础连接纵梁，扩大开挖底脚，防止钢架悬空为防止钢架下沉，视地质情况，必要时在拱部钢架底脚增设连接纵梁，纵梁采用32槽钢，与钢架底脚采用焊接连接，以增加钢架底脚的承力面积。③及时喷射混凝土进行覆盖钢架安装完成后，及时进行喷射微纤维混凝土，喷射时分层、分段进行，兰州市北环路工程第二项目部九州隧道CD法施工方案9钢架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于40mm。④防止施工过程中的碰撞和损坏机械开挖时，为防止挖掘机等大型机械对已支护好钢架进行碰撞和冲击，造成钢架损坏，因此，开挖时，要委派专人对开挖作业进行指挥，严格限制机械作业界限，以防止碰撞钢架。（3）工艺流程图3、质量控制标准（1）制作钢架所用型钢进场检验必须按批抽取试件作力学性能，合格后方可使用。兰州市北环路工程第二项目部九州隧道CD法施工方案10（2）钢架安装不得侵入二次衬砌断面，底部不得有虚碴，相邻钢架及各节钢架间的连接应符合设计要求。钢架的混凝土保护层厚度不得小于4cm。表面覆盖层厚度不得小于3cm。（3）采用型钢弯制钢架时，分节长度应根据设计尺寸及所采用的开挖方法确定，各节长度不应大于4m，腹板上钻孔的位置应符合设计要求。钢架节点焊接长度应大于4cm，且对称焊接。钢架周边拼装允许偏差为±3cm，平面翘曲应小于2cm。（4）钢架安装允许偏差的检验应符合下表的规定：序号项目允许偏差1间距±100