金洞隧道开挖支护专项施工方案

1、金洞隧道软岩段开挖支护专项施工方案一、编制依据:现行国家公路隧道设计、施工规范、验收标准及有关文件。施工现场实地勘察、调查、咨询获取的资料。现有资源、施工能力、技术力量和施工工艺。十天高速公路建设的具体要求。二、编制原则:编制按照技术可靠、措施得力、确保安全万无一失的前提下组织施工 , 变形 较大难以控制地段采取“先强化,后优化”总体原则,贯彻“不坍就是进度”的 思想, 选派施工经验丰富的管理人员、 专业化施工班组、 投入高效先进的施工设 备,确保人、财、物、设备的科学合理配置。三、工程概况:本标段为国家高速公路网十堰至天水联络线(G7011陕西境汉中至略阳公 路路基桥隧工程 H-C43标段,

2、 金洞隧道位于略阳县, 隧道围岩以千枚岩、 绿泥片 岩为主,岩体破碎,裂隙发育,围岩稳定性较差,开挖过程中有滴水现象,易坍 塌。四、 工程设计情况:(变更后设计情况需要补充五、施工过程情况概述:1、施工情况:(工期情况隧道目前施工处于软岩段, 根据软岩段变形情况, 工程施工过程中也采用了 多种措施, 在变形控制方面取得了一定的效果, 由于地质条件的复杂多变, 施工 过程中仍然出现了许多问题,比如支护完成后因挤压发生严重的变形侵限现象, 工程进展缓慢等。隧道洞身围岩为绿泥片岩, 开挖岩体为粉状散体, 开挖采用台阶预留核心法, 初期支护采用锚管、锚杆、套拱组合支护体系,注浆采用 PO42.5水泥

3、1:1单浆 液。2、支护变形情况:2.1、变形量大:支护后拱顶下沉严重有时多达 1m 以上。边墙向内位移量也达到 1m 。 (数据 2.2、变形速率快:第一次初期支护后, 变形段喷射混凝土层大范围开裂剥落, 变形段均出现环、 纵向裂缝,拱架出现严重的扭曲变形,拱顶沉降,边墙向内位移显著。 (数据 2.3、变形持续时间长:通过近期施工换拱情况来看, 初次支护钢拱架扭曲变形严重。 部分段落衬砌 也出现裂缝,说明变形持续时间长,即使加强初期支护约束也难达到收敛状态。 3、变形原因分析:根据平衡拱理论, 围岩破碎、 岩质越软的围岩隧道开挖后形成平衡拱高度越 大,因此导致围岩对支护作用力大。3.1、施工

4、方法与地质条件不相适应:支护效果偏弱, 辅助措施不力, 工序间距安排不当。 对软弱围岩的加固强度 不足。 松动圈较大锚杆无法打入松动圈以外。 导致控制围岩的松弛变形不利。 不 足以应对围岩的巨大应力作用。3.2、支护体系措施不完善:支护体系变形严重, 拱架竖直位置控制措施薄弱, 造成钢架扭曲, 导致对变 形围岩的反作用力减弱。3.3、注浆效果差:岩石性质决定普通的水泥浆液难易注入, 无法有效达到注浆半径, 施工中采 用了注浆压力 5Mpa 的较大注浆压力,注浆范围半径仅为 15cm ,没有起到固结改 善围岩的作用,上断面注浆压力严重超标,软岩产生流变,造成内应力增大。对 支护体系变形造成推波助

5、澜的作用。六、施工方案:施工时遵循 “管超前、 严注浆、 短开挖、 强支护、 勤量测、 早封闭” 的原则。 1、技术措施:隧道地质超前预测预报采用全程地质素描、地质调查和部分地段 TSP203预 测预报系统、 超前钻孔等多种方法相结合, 超前探明地质情况。 加大监控量测管 理,确保检测数据能够有效指导施工。开挖采用台阶分部预留核心土法开挖, 上台阶采用预留核心土环形开挖, 下台阶采用左右交错开挖 (开挖左侧时右侧形成通往上台阶施工通道, 开挖右侧时 左侧形成通往上台阶施工通道 。台阶长度不超过 5m 。仰拱距下台阶长度不超过 25m 。开挖拱部主要以人工持风稿为主,下部开挖采用挖掘机或装载机进

6、行, 坚 硬岩石可采用松动爆破(若无去掉此条 。采用超前小导管配合超前支护, 水量较大可选用超前围帷注浆, 设置初期支 护仰拱钢架与上部拱墙拱架封闭成环。与围岩共同形成“承载拱效应” 。并且各 施工工序之间的距离尽量缩短,尽快全断面衬砌封闭。预先加强支护措施, 通过采取支护技术、 开挖顺序和相应的检测手段, 通过对不同支护参数的试 验段进行分析, 得出控制大变形的初期支护参数。 找出合理的联合支护系统并通 过信息化指导施工,不断进行优化和完善。达到围岩变形小和避免换拱的目的。 2、保证施工支护质量措施2.1、提高开挖质量是保证支护质量的关键,规范施作超前支护。2.2、钢架安装符合设计和规范要求

7、,背后不允许有空洞。锚杆、管管孔的 长度、间距符合设计要求,在锚孔内的砂浆饱满。2.3、充分利用量测技术指导施工。设专人量测,及时总结、反馈,发现异 常,及时采取加固措施,防止变形扩大造成坍塌。3、隧道混凝土施工防开裂技术措施加强隧道监控量测,当初期支护段沉降趋于稳定时,再进行该段衬砌施工, 以使二衬承受较小内力。严格原材料、混凝土质量控制。延长衬砌砼脱模时间, 保证砼终凝并达到一定强度,满足脱模时间要求。加强混凝土的养护工作。 但是出现严重的变形, 迫不得已冒衬砌开裂风险必须施工的单独考虑, 必须 首先保证施工安全为前提。七、变形控制措施:1、 已变形侵限段处理:结合现场变形情况对已经发生变

8、形段停工采取横撑、 径向回填注浆、拆换拱架及套拱、加大初期支护刚度。2、支护注浆采用超细水泥作为主要注浆材料,上台阶注浆压力注浆压力必 须控制在 0.5左右,不得超过 1.0Mpa 。3、优化支护结构,采用双层连接筋和钢筋网片等提高初期支护结构整体承 载力,避免钢架局部扭曲。加强钢架节点强度,采用高强度螺栓。4、通过加大拱脚,增加锁脚锚桩、锚固锚杆等手段控制大变形大变形往往 发生在上下台阶连接处, 因此在上下台阶拱架连接板处增加上下双锁脚锚桩。 距 离接头 50cm 内。同时在连接板之间增设锁固锚杆。5、 确定变形的控制标准及时进行支护加强。 累计变形小于 15cm 初期支护无 明显裂纹出现,

9、 可正常施工 1525cm初期支护出现局部龟裂, 应进行复喷, 加强 观察等; 2540cm,喷射混凝土出现掉块、脱落,钢架局部变形,应立即采取二 次加固措施,大于 40cm, 立即停止施工采取套拱、长锚杆、注浆等措施。6、根据量测结预留变形量, “加固围岩、留足变形、短进尺、强支护、快封 闭、勤量测、二次衬砌紧跟”施工原则。当支护变形量达到控制标准限值时,应 尽快进行支护加强或施做二次衬砌防止坍塌。 建议使用 H175钢拱架。 受力更好。 然后采用加固、 套拱等措施大变形段控制措施必须纳入工序管理。 确保锁采取措 施充分发挥其变形控制作用。不能放松对已施做的衬砌段的长期应力应变的观 察。以确

10、保运营期间的安全性。7、 “加强支护,及时封闭,初期支护一次到位,杜绝拆换,二次支护适时操 作,达到安全经济、高效的变形控制目的” ,现场成立动态设计组及时进行围岩 变形以及围岩变化观察。及时合理调整支护参数。八、施工方法及工艺1、超前支护:2、初期支护:3、辅助措施施工:注浆施工:浆液配合比设计应根据试验确定并符合要求超细水泥注浆注意事项:1、不建议直接单独用于灌浆作业, 宜添加其他掺和料和外加剂后方可使用。2、针对不同大小的缝隙空间.不同土壤地质环境,不同的灌浆基础条件, 不 同 的 强 度 指 标 要 求 确 定 适 宜 的 水 灰 比 (通 常 注 浆 料 水 灰 比 的 范 围 为

11、0.5 4.0 ,必须用电动搅拌机进行搅拌至少 5分钟以上,直至均匀。3、 采用手 动或电动水泥灌浆设备进行灌浆作业, 注浆压力在一定的范围内 (通常在 0.1-0.5MPa 范围内。 不同的基础条件, 不同的水灰比, 所需的注浆压力 不同。注浆压力太大,可能形成劈裂注浆,无法均匀渗透。灌浆压力太小,则无法渗透至细微空间 。锚桩施工:3、仰拱施工:4.3 洞身开挖与支护4.3.1超前支护(1 、 50mm 超前小导管 施工方法开挖前采用 YT-28风动凿岩机沿拱部开挖轮廓线外 10cm 施钻 , 成孔后安装超 前小导管 , 小导管与钢架焊接牢固,沿小导管布置线喷 C20砼形成止浆盘 , 采用

12、KBY50/70注浆泵进行注浆作业。 施工工艺制作钢花管:50mm 超前小导管在构件加工厂制作。前端做成尖锥形,尾 部焊接 8mm 钢筋加劲箍,管壁上每隔 15cm 交错钻眼,眼孔直径为 68mm 。小 导管加工见图 7-12“注浆小导管加工图” 。小导管安装:风动凿岩机钻孔后, 将小导管按设计要求插入孔中, 围岩软弱 地段用游锤或凿岩机直接将小导管沿格栅钢架中部打入, 与钢架焊接组成预支护 体系。小导管注浆工艺流程见图 7-13“小导管注浆工艺流程图” 。注浆小导管加工图 图 7-12 小导管注浆工艺流程图 图 7-13 1.0MPa , 注浆工艺严格按设计和施工规范进行。 注浆前先喷射砼

13、510cm 封闭掌 子面形成止浆盘, 当单孔注浆达到设计量时, 结束注浆。 注浆参数根据注浆试验 结果及现场情况调整。 注浆作业中认真填写注浆记录, 随时分析和改进作业, 并 注意观察施工支护工作面的状态。开挖之前试挖掌子面,无明显渗水时,即可进行开挖作业。4.3.2上部弧形导坑预留核心土法本标段级围岩段采用上部弧形导坑预留核心土台阶法施工。 上部弧形导坑 预留核心土法施工示意见图 7-14。上部弧形导坑采用人工风镐开挖弧形导坑, 必要时辅以弱爆破, 中下导及仰 拱采用控制爆破开挖,各部之间的间距不超过 3m 。各部开挖后及时封闭掌子面, 网喷、锚杆、格栅钢架联合支护作业。拱脚 、中下导墙角增

14、设锁脚锚杆,初期 支护及时成环。 湿喷机湿喷作业。 仰拱开挖 36m 后施做仰拱。 核心土距拱顶开 挖面 1.5m ,坡脚距拱脚开挖 2.5m 。上、中导开挖后挖掘机将洞碴扒至下导, C50装载机装碴,双桥车出碴。上部弧形导坑预留核心土法施工示意图 图 7-14 施工中认真进行围岩量测,实行信息化施工,动态化管理,及时反馈信息, 调整支护参数,确保施工安全。上部弧形导坑预留核心土法施工循环进尺 0.6m, 循环时间 480min, 每天进尺 2.4m, 每月正常施工按 25个工天计算 , 月进度为 60m 。施工注意事项: 中下导左、右边墙开挖必须交错施工,严禁两侧同时对挖。三个台阶平 行作业

15、,仰拱施工实行短开挖、早支护,及时施做钢架支护,闭合成环。 加强洞内施工抽排水,防止边墙失稳。 4.3.7初期支护锚喷支护采用 22mm 砂浆锚杆、钢筋网、型钢钢架、格栅钢架、 C25喷射砼 等支护措施。支护紧跟开挖面及时施作,以减少围岩暴露时间,抑制围岩变形, 防止围岩在短期内松弛剥落。 钢架、 钢筋网和锚杆在洞外构件厂加工, 人工安装 钢架,挂设钢筋网,风动凿岩机施作系统锚杆, TK500型湿喷机配喷射机械手湿喷砼。喷锚支护工艺流程图 7-20“喷锚支护施工工艺流程图” 。(1 、 系统锚杆施工隧道系统锚杆主要采用采用 22砂浆锚杆。锚杆预先在洞外钢构件厂按设 计要求加工制作。砂浆强度不得

16、低于 M20。砂浆锚杆施工工艺流程为:钻孔清孔注浆插入杆体安装锚杆垫板。 施工采用风动凿岩机, 按设计要求钻孔, 达到标准后, 用高压风清除孔内岩 屑; 用注浆泵将水泥砂浆注入孔内, 砂浆填充锚杆孔体积的 2/3后停止注浆; 及 时将加工好的杆体插入孔内,安装锚杆垫板。施工注意事项:锚杆钻孔位置及孔深必须准确; 锚杆要除去油污、 铁锈和杂 质;锚杆体插入孔内不小于设计长度的 95%。喷锚支护施工工艺流程图 图 7-20(2 、钢筋网钢筋网预先在洞外钢构件厂加工成型。钢筋类型及网格间距按设计要求施 作。钢筋冷拉调直后使用,钢筋表面不得有裂纹、油污、颗粒或片状锈蚀。安装 搭接长度应为 12个网格,

17、采用焊接。钢筋网随受喷面的起伏铺设,与受喷面 的间隙一般不大于 3cm 。与锚杆或其它固定装置连接牢固。开始喷射时,减小喷 头至受喷面的距离,并调整喷射角度,钢筋保护层厚度不得小于 4cm 。喷射中如 有脱落的石块或砼块被钢筋网卡住时,及时清除。(3 、钢架本隧道采用型钢钢架支护, 级均采用格栅拱架支护, 钢架按设计预先在 洞外钢构件厂加工成型,在洞内用螺栓连接成整体。 制作加工型钢钢架采用冷弯成型。 钢架加工的焊接不得有假焊, 焊缝表面不得有裂纹、 焊瘤等缺陷。 每榀钢架加工完成后放在水泥地面上试拼, 周边拼装允许误差为±3cm ,平面翘曲小于 2cm 。格栅拱架采用在钢板上放样,

18、通过定位桩用 22螺纹 钢和 10盘条箍筋焊制而成。 钢架架设工艺要求a 、安装前清除底脚下的虚碴及杂物。钢架安装允许偏差:钢架间距、横向 位置和高程与设计位置的偏差不超过±5cm ,垂直度误差为±2°。b 、钢架拼装可在开挖面以外进行,各节钢架间以螺栓连接,连接板密贴。 沿钢架外缘每隔 2m 用钢楔或砼预制块楔紧。c 、钢架底脚置于牢固的基础上。钢架尽量密贴围岩并与锚杆焊接牢固,钢 架之间按设计纵向连接。d 、分部开挖法施工时,钢拱架拱脚打设直径为 22mm 的锁脚锚杆,锚杆长 度不小于 3.5m ,数量为 4根。下半部开挖后钢架及时落底接长,封闭成环。 钢架与

19、喷砼形成一体, 钢架与围岩间的间隙用喷砼充填密实; 各种形式的钢 架全部被喷射砼覆盖,保护层厚度不得小于 40mm 。(4 、喷射砼初期支护喷射 C20砼。喷射砼采用洞外自动计量拌合站拌合,喷射湿喷砼 作业。喷射砼作业分初喷和复喷二次进行。初喷在开挖 (或分部开挖 完成后立即 进行,以尽早封闭暴露的开挖面,防止表层风化剥落。复喷砼在系统锚杆、钢筋网、钢架安装施作后进行,尽快闭合支护整体受力,以抑制围岩变位。钢架间用 砼复喷平整,并有足够的保护层。e 、喷射砼的一次喷射厚度:拱部为 60100mm ,侧壁为 80150mm 。初喷砼在开挖后及时进行,复喷根据掌子面的地质情况和一次爆破药量分 层、

20、 分时段进行喷射作业, 以确保喷射砼的支护能力和喷层的设计厚度; 喷射砼 终凝后 3h 内不得进行爆破作业。f 、喷射砼的回弹率:侧壁不大于 15%,拱部不大于 25%。g 、初期支护表面平整,无空鼓、裂缝、松酥,并用喷砼(或砂浆对基面 进行找平处理。、喷射砼的厚度符合下列要求:a 、喷射砼平均厚度不小于设计厚度。b 、喷射砼厚度检查点数的 60%及以上大于设计厚度。C 、喷射砼最小厚度不小于设计厚度的 1/2,并且部小于 5cm 。d 、在喷射侧壁下部(台阶法施工上半断面拱脚及仰拱时,需将上半断面 喷射时的回弹物清理干净,防止将回弹物卷入下部喷层中形成“蜂窝” ,而降低 支护强度。4.4仰拱

21、施工依据喷锚构筑法,仰拱砼应及时施作,支护尽早闭合成环,整体受力,确保 支护结构稳定。 为了保证出碴和进料运输与仰拱施工平行作业, 施工过程中, 采 用移动式栈桥仰拱防干扰平台进行仰拱砼施工, 解决仰拱施工和隧道掘进工序之 间相互干扰的矛盾, 使仰拱施工紧跟隧道掘进进行, 既对洞室结构稳定极为有利, 同时也改善洞内路况便于机械通行。4.4.1仰拱施工工艺流程见图 7-22“仰拱施工流程图” 。仰拱施工流程图 图 7-22 （1） 测量放样，由设计顶标高，反算仰拱基坑底标高； （2） 采用CAT320 挖掘机开挖，一次爆破，人工辅助清理底部浮碴杂物， 抽净基坑积水； （3） 将上循环仰拱砼接头凿

22、毛处理，按设计要求安装仰拱钢筋，并预留与 边墙衬砌连接筋； （4） 自检合格后，报监理工程师隐蔽检查并签证，砼输送车运输灌筑，插 入式振动棒捣固。 4.4.2 仰拱砼施工符合下列要求： （1）施工前，将隧底虚碴、杂物、泥浆、积水等清除，并用高压风将隧底 吹洗干净。 （2） 仰拱超前拱墙二次衬砌，其超前距离保持 3 倍以上衬砌循环作业长度。 （3）仰拱砼的整体浇筑采用防干扰作业平台保证作业空间；仰拱采用浮放 模板支架成型。 （4）仰拱砼整体浇筑，一次成型。 （5）填充砼在仰拱砼终凝后浇筑，不得同时浇筑。 （6）仰拱施工缝和沉降缝作防水处理。 （7）软弱围岩地段，开挖后及时施作仰拱。 4.11 信

23、息化施工 (1监控量测 监控量测程序 利用监控量测掌握施工中围岩和支护的力学动态信息及稳定程度并及时反 馈指导施工，以便及时采取措施，确保隧道施工安全。 监控量测项目 施工主要监测项目见表 4-28“监控量测项目及方法一览表” 监控量测项目及方法一览表 4-28 表 项目 量测项 目 地 质 及 支 护 状 态观察 周 边 位 移 拱 顶 下 沉 超 前 地 质 预报 超前地质预报、量测时间间隔 方法及工具 布置 115 天 16 天1 月 13 月 3 月以 后 岩性、 结构面产状 及 支 护 裂缝 观 察 全长度开挖及初 或描叙、 地质罗盘 期支护后进行 及规尺等 收敛计 每 1030 一个 断面，每断面 23 对测点 每 1030 一个 断面，每断面 210 对测点 每次爆破后及初期支护后进行 12 次/ 天 12 次/ 天