高铁大断面隧道初支侵限换拱拆换施工方案

1、高铁大断面隧道初支侵限换拱 拆换施工方案*隧道进口换拱施工方案(DK154+017-DK154+045)一、工程概况*隧道位于西秦岭低中山区，DK154+017-DK154+045段地层为 断层破碎带，灰黑色，受构造挤压影响很严重，岩体多被挤压呈碎石 状，泥砾状,围岩自稳能力差，线左掌子面有股状渗水，右侧无明显渗 水,现场会勘判定为V级围岩。二、原设计情况*隧道DK154+017-DK154+04段原设计为二叠系下统石灰岩， 皿级围岩。衬砌结构为皿级围岩复合式衬砌结构，按“*施隧参I-100-1617”图施工。三、变更设计情况在开挖过程，实际揭露围岩与设计围岩不符，隧道掌子面地层为 断层破碎带

2、，灰黑色，受构造挤压影响很严重，岩体多被挤压呈碎石 状，泥砾状，围岩自稳能力差，易坍塌，无渗水,局部有股状渗水，岩 体遇水较易产生软化，对围岩整体稳定不利。2012年07月29日经四方变更设计现场会堪， DK154+01 DK154+040段围岩级别由原设计皿级变更为V级， 按V级一般复合式 衬砌结构施工。DK154+01DK154+040变更设计后支护参数预留变形量(cm)初期支护二次衬砌C25喷射混凝土 部位/厚度(cm)锚杆钢筋网钢架部位/类型/间距(m)拱墙厚度(cm)仰拱厚度(cm)设置部位长度(m)间距(环x纵)(m)设置部位网格间距(cm)钢筋 规格30拱墙27仰拱25拱墙4.0

3、1.2 x 1.0拱墙20巾8全环工20b型钢0.8m50552012年08月14日经四方变更设计现场会堪，DK154+04DK154+060段围岩级别由原设计皿级变更为V级，按V级加强复合式衬砌结构施工。DK154+040- DK154+060变更设计后支护参数预留变形量(cm)初期支护二次衬砌C25喷射混凝土 部位/厚度(cm)锚杆钢筋网钢架部位/类型/间距(m)拱墙厚度(cm)仰拱厚度(cm)设置部位长度(m)间距(环x纵)(m)设置部位网格间距(cm)钢筋 规格30拱墙27仰拱25拱墙4.01.2 x 1.0拱墙20巾8全环工20b型钢0.6m50552012年09月04日经四方变更设

4、计现场会堪，对 DK154+017- DK154+045段采取换拱处理措施，详见附件“ 2012年09月04日变更 设计现场会堪纪要”。四、初期支护变形情况DK154+017- DK154+045段由原设计皿级围岩变更为V级围岩， 按V级围岩一般(加强)复合式衬砌。采用三台阶七步法施工，经围岩 量测，该段每天平均沉降量 2cm, 8月19日22日突降大雨，隧道 出水量有明显增大，初支出现混凝土严重开裂、钢架扭曲，其中 DK154+030处拱顶26天累计沉降580mm最大沉降量 46mm天; DK154+035处拱顶23天累计沉降470mm最大沉降量 61mm天; DK154+040处拱顶20天

5、内沉降 613mm最大沉降量 108mm天; DK154+045处拱顶16天内沉降371mrp最大沉降量61mm天。由于隧道围岩情况较差，通过监控量测发现该段的拱顶沉降及收 敛变形较大，在施工过程中增设套拱、锁脚锚杆、径向注浆等措施， 确保了施工安全。但由于变形，目前二衬厚度少于设计厚度，为确保 施工质量，对该段进行换拱处理。五、换拱施工方案1. 施工准备制定换拱施工方案，并报监理单位审批后实施换拱。进行人员、机械、设备及换拱所需材料的准备工作。 对换拱工班进行安全培训和技术交底。2. 换拱里程、范围及预留沉落量换拱里程：DK154+017 DK154+045换拱范围：DK154+017 DK

6、154+045拱墙预留沉落量:40cm3. 换拱施工工艺流程图换拱施工工艺流程图断面超欠挖y画出侵限范换拱部位支撑材料进场、检查I凿除侵限部位4. 换拱施工方案在换拱前， 对初期支护钢拱架施做套拱支撑， 避免压浆或置换过 程中原初期支护钢架失稳；采用42环向小导管对岩体进行径向注 浆；置换顺序： 利用换拱台架从洞外向洞内逐榀进行， 对每环的拱架 置换应遵循先墙后拱的原则； 开挖采用以爆破配合人工利用风镐开挖 方式; 采用 42 超前小导管预支护（按纵向间距 2.4m 一环布置）； 对已换拱段，必须及时、分段进行衬砌。套拱支撑对DK154+017- DK154+045换拱段落拱墙加设套拱加固支撑

7、，套拱采用120b型钢钢架，钢架间距0.8m/1榀，© 8钢筋网，网格尺寸 20X 20cm纵向采用22螺纹钢进行连接，纵向连接筋环向间距1m 套拱钢架锁脚锚管为每榀12根42导管，长4.0米，并注1:1水 泥浆。由于拱顶沉降造成初支混凝土形状不规则， 套拱不能与初支混 凝土完全接触，两者之间的空隙应采用方木进行塞垫或喷射混凝土。套拱安装完毕后，使用© 22钢筋作为纵向连接筋将相临套拱连接在 一起，使拱架形成整体。小导管径向注浆 洞内支撑加固完毕后对 DK154+017- DK154+045段拱墙进行径 向注浆加固，拱墙设置42径向注浆小导管，对初期支护背后围岩 进行加固处

8、理。 注浆管采用42mm壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长4.0m （详见:小导管加工图） ，管口应埋设牢固，并有良好的止浆措施。注浆孔按梅花型布置，孔口环向间距约120cm,纵向间距120cm。注浆孔采用风机钻开孔，注浆材料采用 1: 1 水泥浆（注浆小导管布置 如下图所示）。注浆压力:设计注浆压力（终压值）一般参考注浆处 静水压力加上0.51.0MPa进行。 注浆结束标准：达到设计终压并稳定 10mi n,且进浆速度为开 始速度的1/4或注浆量达到设计注浆量的 80%，如在注浆过程中出 现冒浆，可提前停止注浆。置换原则及拆换前准备工作利用换拱台车从洞外至洞内逐榀进行，对每榀的拱架置换应遵

9、循 先墙后拱的原则。 测量班对初支变形地段每榀拱架进行断面净空检查，并绘出超 欠挖断面图。 根据隧道断面检测的结果，变形段内需要换拱处治的部位用红 油漆标示出来。标示必须清晰、准确。断面图所反映出的隧道超欠挖 的里程、部位，综合研究确定出每段合理的换拱部位。 根据各段不同的换拱部位采取出有针对性的换拱方案， 并进行 技术交底。 测量班根据技术交底在现场用油漆标出换拱的起止里程、部 位，方便现场换拱施工。开挖及钢架拆除 注浆完成后，经过注浆效果控制达到要求且围岩变形稳定的情况 下方可对变形超限部位初期支护分单元进行拆除， 从已施工二衬段向 掌子面逐榀拆换， 拆除采用爆破辅助风镐进行， 拆除顺序一

10、般采用从 下向上、先墙后拱的顺序进行拆换，拆除一段，支护一段。注意事项： 风镐凿除喷射混凝土之前， 必须先把喷射混凝土的凿除部分与 不凿除部分在分界处切开分离，以防对不凿除部分混凝土有损伤。 根据已加工好钢架， 在现场初期支护标注侵限换拱部位， 确定 拱部与边墙分步凿除分割点。 根据断面测量结果凿除侵限喷射混凝土， 喷射混凝土凿除时钢 架切割处需多凿除5060cm,换拱前预先在每榀钢架切割位置上方 50cm处，每处左右两侧各打设2根锁脚锚管，锁脚锚管采用© 42, 长度为 4m。 每次只能开挖一榀, 不能大面积拆除初期支护, 以防塌方及冒 顶。 凿除喷射混凝土时如果锚杆垫板被破坏则需

11、按设计要求更换。 换拱过程中由于围岩破碎, 开凿后容易产生垮塌, 因此应及时 进行初喷混凝土封闭开挖面。超前支护采用L=4.0米超前小导管预支护，小导管按纵向间距2.4m一环， 环向间距 0.4m, 并将置换后钢架与注浆环向小导管焊接以增加稳定 性 , 确保施工安全。置换开挖前要将制作好的I 20b钢架及钢筋网运至现场，喷浆机等设 备调试好, 开挖拆除原初期支护钢架完成后立即对岩面进行初喷, 架 设新钢架, 并铺钢筋网片, 同时利用注浆的小导管将钢架与钢筋网焊 接固定，完成后立即进行C25喷砼作业，待喷砼强度达到设计强度后 方可进行下一循环开挖。置换钢架施工方法 换拱前预先在每榀钢架切割位置上

12、方 50cm处，每处左右两侧 各打设2根锁脚锚管，锁脚锚管采用© 42,长度为4m 先按V级围岩钢架设计要求制作好120b钢拱架，计算好下料 长度，沿半径方向裁制已做好的钢架，备好焊接用连接钢板。 把焊好的钢架运至作业平台上拼装钢架，就位调整后定位。 在钢架与围岩的空隙处加设混凝土垫块，楔紧钢架。 按设计要求焊纵向连接筋。 喷射C25混凝土。 置换钢架要点 安装前应清除拱脚虚碴和杂物，超挖部分用 C25混凝土填充。 安装允许偏差值横向和高程均为士 5cm,垂直度允许偏差为士 2°。 钢支撑在换拱作业面前人工组装，各节钢架用螺栓连接，连接 板接缝三面满焊。 沿钢架外缘每隔2m

13、用混凝土楔子临时楔紧。 为减小拱顶下沉, 钢支撑落底必须落到实地, 锁脚钢管必须严 格按照设计施工。 对于拱顶因为垮塌产生的空洞, 采用喷射混凝土进行回填, 或 在拱架安装时预留输送泵管,以后浇筑混凝土回填。 对已换拱段,必须及时、分段进行衬砌。 换拱施工控制要点 在换拱之前, 为确保施工安全, 必须先施工临时支撑, 确保结 构安全。 换拱必须在临时支撑全部架设完毕且注浆完成并达到设计效 果后方可施工。 换拱必须一榀一榀，逐榀进行拆换，严禁两榀换拱同时施作。 侵限部位必须清除到位，杜绝二次侵限。 锁脚锚杆打设牢固， 并注意设计所有系统锚杆对拱架的锁固作 用。 预制砼块将底部垫实。 换拱必须半幅

14、进行， 待喷射混凝土稳定后方可进行另一半幅的 换拱施工。换拱施工参数DK154+017- DK154+045段换拱支护参数如下： 钢架： I20b 型钢钢架，钢架间距 60cm。 纵向连接筋：采用22钢筋对钢架进行纵向连接，全拱范围 内连接筋环向间隔 1 米设置，连接筋与钢架重叠部分满焊连 接。 锁脚锚杆：采用12根长4.0m42导管对每榀钢架进行锁脚。锁脚锚杆应现场做好锚固作业，锚管端部采用"L"型22钢筋与钢架焊接牢固。 系统锚杆：拱部设22组合中空锚杆，边墙设22全螺纹砂 浆锚杆，长度4.0m，间距1.2 x 1.0m （环X纵）。 钢筋网：© 8钢筋网，网

15、格尺寸20 X20cm搭接应不低于一 个网格尺寸，钢筋网与初喷面应密贴。 超前小导管：42注浆导管，单根长4.0m，环向间距40cm, 每环 37 根。 喷射混凝土：全环喷射C25混凝土，拱墙厚27cm,仰拱厚25cm。 预留沉降量：按40cm设置。 二次衬砌采用C35钢筋混凝土，拱墙厚度50cm,仰拱厚 度55cm;其余支护参数及断面尺寸见“*施隧参I-100-34 39 图”。5. 监控量测测点布置及观测 在换拱过程中，严格进行拱顶下沉量测、水平净空收敛量测项。 拱顶下沉点在换拱施工完的初期支护上每 5 米设置一个点，并且在换 拱施工完 2 小时内进行第一次观测， 仪器采用高精度水准仪，

16、观测频 率为每天两次，直至二衬完成后为止。 净空收敛观测点，在拱顶下 沉观测点同一断面设置， 仪器采用高精度收敛仪， 观测频率同拱顶下 沉观测。量测整理及分析通过对量测结果整理与分析， 及时安排施做衬砌的时间， 是控制 隧道下沉，保证隧道施工安全与净空的重要一环。 根据现场量测数 据绘制位移 - 时间曲线图，在位移 - 时间曲线趋于平缓时进行回归分 析，以推算最终位移和掌握位移变化规律， 回归分析为建立下沉量 （U） 随时间（T）发展的时态函数，根据测点位移变化速率判断围岩稳定 状况，当隧道周边变形趋势有明显减缓趋势， 则说明隧道变形基本处 于稳定状态，当变化速率过快、过大，或当位移 - 时间

17、曲线出现反弯 点时，说明位移出现反常的急剧增加现象， 表明围岩及支护已呈不稳 状态，应及时加强支护并停止作业， 并根据现场及施工情况进行分分 析。加强监控量测工作由于换拱段情况复杂， 必须对其加强量测。 量测分为对未换段沉 降量测和对已换段沉降收敛量测。 如果数据异常， 应及时采用支撑加 固措施或加强换拱支护参数。 监控量测不仅对原初期支护钢架变形进行观测， 对置换后的拱 架同样要加强观测，量测人员应及时对测量结果进行分析。 开挖过程中注意观察初期支护状态包括喷砼层是否产生裂缝、 剥离和剪切破坏、 支撑是否压屈变形进行观察分析。 对以上情况进行 详细描述、记录，并予以评估， 作为及时采取支护参

18、数选择的参考及 量测等级选择的依据。 量测方法及频率 现场量测时根据开挖、换拱各工序作业持续 时间加大测量频率。六、施工组织安排及人员配置施工总体目标1. 安全目标 杜绝职工因工死亡事故， 杜绝工伤事故， 杜绝火灾、 爆炸事故；无机械伤亡事故。2. 质量目标 达到设计和验收标准要求，一次验收合格率100%施工组织机构、队伍部署和任务划分1. 施工组织机构项目经理部成立侵限处治专项工作领导小组 , 全面负责 侵限处治工作， 由项目经理王双任组长， 项目总工程师刘中 海任副组长，成员由各职能部门负责人（佟力、陈浩、冯守 兴、万荣康、邹大军）组成。领导小组下设专项工作组，具 体负责现场侵限处治工作，

19、 副经理林子清任组长， 总工程师 刘中海任副组长，现场施工员、技术员、安全员、材料员、 试验员、工班长为成员。施工过程中，专项工作组成员轮流 24 小时现场值班。2. 队伍部署和任务划分队伍部署根据施工需要和现场工程数量， 现场侵限处治施工共设置加 工班、支护班、注浆班、开挖班、运输班、综合班六个作业 班组。任务划分 加工班：负责钢支撑、钢拱架、连接筋、钢筋网、锁脚钢 管、小导管的加工制作。 支护班：负责临时钢支撑的加固、拆除，侵限段初期支护 拆除后钢拱架、连接筋、钢筋的安装，喷射混凝土等结构施 工作业。 注浆班：负责径向小导管注浆浆液的拌制、灌 注作业。 开挖班：负责侵限段初期支护的拆除、小

20、导管、锁脚钢管 的打孔、安装作业。 运输班：负责洞内弃碴装运、混凝土运输。合班：负责现场综合保障。施工作业人员及机械配备表施工作业人员表序号工种数量序号工种数量序号1钻孔t Q丿序号8测量量212钻孔4u-69测量I*23X 丄O810241.1/ >1 1支护O1411技术八35尸412技术 试验256九r48131试验 材料226ZI丨入8/料2计：66 人机计：66人械设备配备表+rr旳钿口夹什一旦序A机械名称规格型号数量A1台架曰制/TC O12风钻YT 2863风镐 空压机G10A LWJ-20/844七、YCd 111A5 a装载 七知Z机XG951-III1AT7七1车u±双桥QLJO C Rd/ O述乙掘 m时4机±nSH2IU-5Qizn onQJ+宀士仃SKP-3U2d n-L7F厶十dA A砼搅拌T站JS75U台/、A力流通风机SDF-131ar2A Q电焊机、入走士仃3AA A£冷弯V7机1A14彳匚钢勺肋切1断机1钢內筋筋调 W土直机 运输8m3161. 拆换拱处理原则必须遵循“拆换拱应坚持先支顶后拆换的原 则，即先从外向里支顶，确保安全，然后再从外向里逐榀拆换”的要 求。2. 拆换拱前，严格按照四方纪要确定的措施， 进行临时加固，规 范监控量测工作。3. 换拱过程