吉怀高速15标大坡垴隧道进洞方案

中铁十二局集团有限公司吉怀高速公路第15合同段大坡垴隧道进洞方案编制肖强复核廖武审核邓鹏编制日期二00九年四月一、工程概况根据地形条件及工期要求,大坡垴隧道采用单口掘进,从吉首端往怀化端掘进,经地面调查,大坡垴隧道吉首端洞口段山坡陡立,自然坡度30~45度,覆盖层较薄,上覆黄土,下面为强~中风化红砂岩,岩石风化裂隙,水平分层，多呈张开状，隧道洞身围岩稳定性影响较大地质构造主要为岩层产状和节理，岩层倾向变化较大，但倾角平缓，一般5~10度，倾向一般125~140度。大坡脑隧道左洞起讫里程K75+925~K77+013，右洞起讫里程为YK75+915~YK76+980，左洞暗洞进洞里程K75+935,K75+935~K75+975段为V级围岩浅埋段，设计Ф108管棚长31m，右洞暗洞进洞里程为YK75+925，YK75+925~952段为V级围岩浅埋段，设计Ф108管棚长28m，该段左右洞线间距在12~15m之间，为小间距段。右洞吉首端洞口山体右侧相对覆盖层较薄，存在偏压。二、大坡垴隧道进洞方案为确保大坡垴隧道进洞安全及充分利用资源、降低施工成本，特制定如下施工方案组织施工。1、洞口防护、开挖及临时支护措施（1）测量放样，做好洞顶截水措施根据隧道洞口段设计图纸及现场实际情况，测量放样确定坡面开挖边界线及洞顶截水天沟位置。首先按照设计要求做好洞顶截水天沟，截水天沟采用M7.5浆砌片石砌筑，施工时严格控制天沟两侧流水坡度及浆砌施工质量，保证天沟截水要求，为坡面开挖及洞门施工创造有利条件。（2）组织边仰坡开挖及支护施工①机械清表挖掘机修筑临时坡道至开挖坡顶，自上而下逐层清除坡面植被、表层覆盖土，给开挖施工清理出工作面，同时遵循少开挖的原则。②开挖测量放线,打设骑马桩，控制开挖方向，然后从该里程自上而下进行边仰坡开挖，边仰坡可用机械开挖，人工修整，清除表层浮土、杂草并一次整修到位。边仰坡开挖到位后，按设计参数及时进行防护。2、洞口套拱开挖开挖采用明挖法，自上而下分层开挖，施工时采取挖掘机开挖，开挖到达工作平台设计标高以上30cm时，采取人工开挖，防止扰动原状土、减低基层强度。3、超前管棚施工（1）、套拱施工洞口开挖至拱脚，采用3环工14型钢钢架紧贴仰坡放置，每环间距1m，钢架落底必须置于稳固的基岩上，纵向利用Φ22mm间距1m钢筋连接，预埋管棚导向管并绑扎套拱钢筋，导向管长度为2m，环向间距0.4米,外插角为1º(不包括路线纵坡),经精确计算测量后焊接在钢拱架上固定。套拱净空满足暗洞结构尺寸，并预留10cm的下沉量。安装套拱底模和侧模，浇筑C25混凝土厚8套拱砼施工应注意以下3项注意事项：A、套拱钢架安装定位，经测量检查后，采用钢筋与钢架焊接定位，拱脚部位座于坚固的基底上，确保下沉受控。B、套拱内外模均采用2.5cm厚竹夹板，环向支撑采用10×10cmC、最后是混凝土的灌注必须对称进行，经常检查支撑是否松动，施工结束后注意砼的养生。（2）、大管棚施工长大管棚主要用于软弱砂砾地层或软岩、岩堆、破碎地带层，多用于隧道及其它地下导坑辅助施工，大坡垴隧道进口洞口段不良的地质情况，如：基岩裸露风化，岩层破碎，为保证进洞安全，在洞口段设置一环Ф108的超前大管棚，其支护原理是：在预计开挖断面外周，以一定间距、一定的外插角度，用钻孔方法先行设置钢管，通过管壁四周压浆孔，压入水泥液浆，先行加固松散围岩体，边开挖边利用钢拱架喷锚等共同支护，对隧道开挖起到有效超前支护的方法。超前长管棚，采用节长3米、6米Ф108*6mm垫轧无缝钢管，环向间距40cm,左洞设计长度31m,右洞设计长度28m，丝扣连接。钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距大于30cm，平行路面中线布置。要求钢管偏离设计位置的施工误差不大于20cm，沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%，相邻钢管接头数至少须错开1m。为增强钢筋的刚度，管内以M10水泥砂浆填充。管棚布置见图1A、主要机具设备主要机具设备见表1。表1主要机具设备表序号名称规格单位数量1电动锚杆钻机MD100台82注浆泵BW-250/50台23喷射机PZ-5B台248m长车床台25空压机C-20/B-1台2B、确定管棚距开挖轮廓线间距浆液扩散半径设计为50cm，故取管棚距开挖轮廓线间距为43cm。C、施钻钻孔顺序为先从两侧拱脚开始，对称向拱顶钻孔顶管，使下部注浆体有力地支托其上部钻进和顶管，既能防止坍孔，又便于顶管。钻机结构见图2与钻孔工艺流程图3。图2钻机结构图施钻时，将减速器升上限位置，把钻杆旋紧后，开启气动马达，待空载正常后，再慢慢开启推气缸，待钎头置于工作面上，关闭推进气缸，再开启冲击器，徐徐钻进，待钎头钻进100mm左右时，再以全风门冲击。在钻进过程中，视进展快慢，慢慢开启或关闭推进气缸，使钻具始终保持一定推进力。钻完第一根钻杆后，停止气动马达的转动，关闭冲击器停止钻进，将减速器置于下限位置，用叉子把钻杆固定在卡钎器内，反转减速器，使钻杆与减速器的接头脱开，然后将减速器升到上限位置装入第二根钻杆，连接牢固后，方可进行钻孔作业，直到设计深度。当钻杆到卸杆器与卡杆器接触时，使钻杆尾端的第二个扁槽对正卡杆器的长方槽，插入叉子反转马达，使减速器上的接头与钻杆脱开，再调整到钻杆尾端上的第一个扁槽对上卸杆器的长方槽，插入另一个叉子，然后取出卡杆器的叉子，让卸杆器和另一个叉子带动钻杆后退（可用马达慢慢运转，切不可反转），当下一根钻杆尾端的第二个扁槽与卡钎器的长方槽对正时，插入叉子，反转马达，使上下两钻杆的联接螺纹脱开之后，拿走上一要钻杆，缓缓放下减速器，并使卸杆器的长方槽对正下一根钻杆尾端的第一个扁槽。然后重复以上动作，依次卸下钻杆。依照上述方法，完成钻孔作业。钻孔时严禁反转，以免钻杆脱扣，加接钻杆时，要特别注意孔内清洁，以避免砂土冲击器内部，损坏机体引发故障。在钻进过程，严禁突然快速开启推动气缸，以免顶起钻机，造成事故。钻机就位钻机就位钻机固定测量右孔钻机钻进方向矫正钻孔及接长锚杆钻杆接长准备钻杆分节退出卸下图3钻孔工艺流程图D顶管a、清孔：成孔后先利用高压风或高压水进行冲洗，然后用特制清孔钩认真进行清孔。b、管件制作：管棚ф108mm无缝钢管，管节长为3m和6m，预制钢管时，第一根钢管前端要焊上合金钢片空心钻头，以防管头顶弯或劈裂，钢管间联接用加工好的管节联接套，预先焊在每节钢管两端，以便于联接。相邻管的接头应前后错开，避免接头在同一截面上，隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%，且两相邻管接头必须错开1m以上，以满足管棚受力要求。E顶管：顶进钢管利用电动机启动液压马达，以及挖掘机配合人工作业。当第一根钢管推进孔内，孔外剩余30~40cm时，人工进行接管，严格控制角度，人工持链钳进行钢管联接，使两节钢管在联接套处联成一体。然后再低速推进钢管，根据管棚设计长度，按同样方法继续接长钢管。F止浆墙制作注浆前，必须进行堵露处理。沿插管周围喷射20cm厚C20混凝土一圈，封闭该工作面，再用木塞和纸塞把无缝钢管未注浆的管头堵死，这样，止浆墙便形成。注浆时，浆液就不会从管壁周围沿掌子面渗露，也不会从其它管露出，注浆效果明显提高。由于施工要求，喷射砼时加入一定量的速凝剂，以满足施工要求。G注浆进行超前长管棚预注浆前，对注浆地段的岩性，涌水量、涌水压力、水温、涌水的化学特性等进行认真研究，据此确定注浆参数。现场试验确定注浆终压力，以便浆液能够充分扩散填充，从而达到堵水和加固围沿作用。注浆方式采用全孔一次性注浆。a、拌浆水泥浆液搅拌在拌和机内进行,严格按施工配合比,同时将缓凝剂加入搅拌，待水量加足后继续搅拌1min，再将水泥投入，搅拌时间不少于3min，并于注浆过程中不停搅拌。配制水泥浆时，严防水泥包装纸及其杂物混入。拌好的浆液在进入贮浆槽及注浆泵这前均应对浆液进行过滤，未经过滤网过滤的浆液不允许进行泵内。注浆时要充分考虑浆液扩散半径，凝结时间要先予以确定，然后再过试验调整。施工时要通过变换单液浆比例、变换水灰比，变换水玻璃浓度控制单液浆的凝胶和凝结时间。采用水泥浆水灰比1:1。b、注浆注浆管路连接好后，先压水检查管路是否漏水，待设备正常后，对围岩做压水实验，以冲洗岩石裂隙，扩大浆液通路，增加浆液扩散密实性，核实围岩的渗透性。注浆时要记录注浆时间及注浆量。注浆中密切注意注浆压力表，初始阶段压力较低，正常阶段压力和注入量呈小的波浪式起伏，但总的比较平稳，当达到压密性注满阶段，注入量迅速递减，而压力迅速升高，直到达到注浆终压合理范围，则停止该孔注浆，进行封堵后，转注下一孔，直至完成注浆作业。c、施工中几个问题⑴施钻时钻头选择：必须大于棚管外径1～2cm，以便于顶管。⑵长管棚长度为31m，⑶钢管制作应避免同一截面，施工时钢管采用奇偶数编号进行制作，顶管时应实行“对号入座”。⑷注浆时如遇窜浆或跑浆，必须及时进行封堵处理，然后方可注浆。⑸注浆时如发现泵压突然升高，先判断是否堵塞，若堵管则进行堵管处理，否则往管道内注入清水，待泵压正常后再继续进行单液注浆。⑹注浆时，一定要做好注浆量及注浆时间的记录。⑺注浆一般采用由下向上、左右交替进行。⑻施工时，要针对长管棚施工的作业工序（钻孔、运料、配料、注浆），制定详尽的劳动力组织计划及作业工序的安全保证措施。H技术质量标准及要求⑴钻孔前按设计确定钻孔位置。⑵钻孔角度误差控制在0.5°以内，平面误差小于或等于1cm。⑶钻进速度严格控制，成孔要孔壁圆顺，孔深符合要求。⑷钢管管节联接丝扣要认真检查，有脱扣裂纹的管节弃用。⑸注浆时应准确掌握浆液配合比，并使浆液在管内充填密实。⑹长管棚接头要错开，避免同一截面，以利整体受力。4、安全进洞(1)暗洞掘进施工方法待套拱砼达到设计强度之后，进行暗洞开挖，采用两台阶法开挖。在超前管棚支护下，上台阶采用多打眼、少装药光面弱爆破，根据现场实际情况预留核心土，开挖后按设计要求进行支护。下台阶分步平行开挖，平行施做初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封闭成环；仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳定的支护体系；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；完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。右洞洞口右侧山体覆盖层较薄，存在偏压，下导右侧先进，下导左侧开挖后及时支护，增加或增长锁脚锚杆，纵向连接钢筋适当加密。（2）支护措施隧道开挖洞口段的同时要及时地进行初期支护，包括锚杆支护、铺设钢筋网、安设钢架、喷射混凝土。①锚杆支护时，要求锚杆打入方向一般应接近与隧道径向，但在层状围岩中，锚杆的方向宜尽量与围岩面大角度相交。拱部和边墙都采用Φ25中空注浆锚杆，锚杆必须安装垫板(垫板尺寸150mm×150mm×6mm)，垫板与喷射混凝土面密贴。②铺设钢筋网，钢筋网随开挖面起伏铺设，钢筋网材料采用ɸ8钢筋，网格尺寸为200mm×200mm，网片搭接长度为1~2个网格。③初期支护中采用钢架时，间距视围岩稳定情况而定，松软破碎地段可适当加密。钢架应在初喷混凝土后及时架设，当钢架与初喷层间有较大间隙时，加设混凝土垫块，每榀钢架设楔块不小于10处，钢架间设置Φ22的纵向连接钢筋，环向间距0.8m。钢架尽量与系统锚杆连接，以提高其整体性，并作为定位措施，钢架的连接端头应设置有定位措施。型钢架采用I20a工字钢。④喷射混凝土采用湿喷工艺，混凝土强度为C25，厚度为26cm。喷射砼应分层进行，每层厚度三、隧道洞口施工安全注意事项1、洞口路基及边、仰坡断面应自上而下开挖，一次将土石方工程做完，开挖人员不得上下重叠作业。在高于2m的边坡上作业时应制订专门的安全技术措施。2、边、仰坡以上山坡松动危石应在开工前清除干净；施工中应经常检查，特别是在下雨之后，应先检查松动危石并立即清除方可进行施工作业。3、爆破后应清除边、仰坡上松动石块后，方可继续施工。4、洞口段施工前，边仰坡必须按设计要求施做锚杆、钢筋网、护坡和喷射混凝土加固后再开挖洞口段。5、当洞口段有坍塌可能时，必须增设锁脚锚杆、超前小导管等预支护，在辅助施工设施防护下开挖，以确保隧道洞口加强段施工安全。四、隧道开挖及爆破施工安全注意事项1、开挖人员到达工作地点时，应首先检查工作面是否处于安全状态。详细检查支护是否牢固，顶板和两帮是否稳定，如有松动的石块、土块或裂缝应予以清除或支护。2、采用风钻钻眼，应先检查机身、螺栓、卡套、弹簧和支架是否正常完好，管子接头是否牢固，有无漏风，钻杆有无不直、带伤以及钻孔堵塞现象，湿式凿岩机的供水是否正常。3、洞内爆破必须统一指挥，并由经过专业培训且持有爆破证的专业爆破人员进行作业。4、爆破器材加工房应设在洞口以外50m远的安全地点，严禁在加工房以外的地点改制和加工爆破器材。长隧道施工必须洞内加工爆破器材时，其加工室的设置应符合国家现行的爆破安全规程的有关规定。5、装药前应检查爆破工作面附件的支护是否牢固。炮眼内的泥浆、石粉应吹洗干净。刚打好的炮眼热度过高，不得立即装药。如遇有照明不足，发现流砂、泥流未经妥善处理，严禁装药爆破。6、装药时严禁明火照明，无关人员应撤离现场；应用木棍装药，严禁使用金属棍装药；炮孔应采用炮泥填塞，不得使用石块和易燃材料堵塞炮孔。7、已装药的炮眼必须当班爆破，装填的炮孔数量以一次爆破作业量为限。8、爆破工作必须有专人指挥，并安排警戒人员，警戒区内的人、施工机具必须撤至安全地点，预告、起爆、解除警戒等信号应有明确的规定。9、爆破后必须经过通风排烟，相距15min以后，才准许检查人员进入工作面，检查有无盲炮及可疑现象；有无残余炸药或雷管；顶板两帮有无松动石块；支护有无损坏与变形。在妥善处理并确认安全后，其他工作人员才准进入工作面。10、当发现盲炮时，必须由原爆破人员按规定处理。五、隧道支护施工安全要点1、施工期间，现场施工负责人应会同有关人员对支护各部定期进行检查。在不良地质地段每班应设专人随时检查，当发现支护变形或损坏时，应立即整修加固，变形或损坏情况严重时，应先将施工人员撤离现场，再进行加固。2、喷锚支护喷射手应佩戴必要的防护用品，机械各部应完好正常，喷嘴严禁对人放置。3、当发现监控量测数据有不正常变化或突变，洞内或地表位移值大于允许位移值，洞内或地面出现裂缝以及喷层出现异常裂缝时，均应视为危险信号，必要时须立即报告上级和组织作业人员撤离现场，待制订处理措施后才能继续施工。六、施工应急预案1、不良地质地段施工预案（1）、松散、破碎带施工松散、破碎带主要是减少对围岩的扰动。施工中常用手段：先护后挖，密闭支撑，边挖边封闭的办法。①超前地质探测和预报方法，提前预测松散、破碎带情况，利用地质素描法对断层的长度、高度、倾角做出准确的预测。②合理选择施工方法进行松散、破碎带施工。当断层带内出现泥夹层或特别松散的颗粒时，加强锚喷支护；如出现大量涌水，则采取排堵结合的处理措施。③施工措施a及早施作喷锚支护，减少岩层的暴露、松动，各施工工序的距离尽量缩短。b采用爆破法掘进时，掌握炮眼数量、深度及装药量，以减少爆破对围岩的震动。c采用分部开挖时，其下部开挖分左右两侧交替作业。d破碎地带的支护宁强勿弱，并经常检查加固。（2）、围岩坍方预防措施①围岩坍方前兆预测围岩的变形破坏、失稳坍方，是从量变到质变的过程，量变过程中，在围岩的工程水文地质特征及岩石力学上反应出一些征兆。根据征兆预测围岩稳定性，进行地质预报，保证施工安全，防治隧道坍方。特殊和不良地质，如断层及破碎带、地下水、松散地层等稳定性差的围岩的变形破坏、失稳坍方，有以下征兆：a水文地质条件的变化，如干燥的围岩突然出水、地下水突然增多，水质由清变浊等都是即将发生坍方的前兆；b拱顶不断掉下小石块，甚至较大的石块相继掉落，预示着围岩即将发生坍方；c围岩节理面裂隙逐步扩大；d支护状态变形（拱架接头挤偏或压劈、喷砼出现大量的明显裂纹或剥落等）、敲击发声清脆有力、甚至发生声响；e围岩或喷砼支护，拱脚附近的水平收敛大于0.2mm/d，拱顶下沉量大于0.1mm2、隧道坍方预防措施（1）、做好超前地质预报工作。尤其是施工开挖接近设计探明的Ⅴ级围岩、浅埋度破碎带地层时，要认真及时地分析和观察开挖工作面岩性变化，遇有探孔突水、涌泥、渗水增大和整体性变差等现象，及时改变施工方案。（2）、加强围岩量测工作。通过对量测数据分析处理，按照时间—位移曲线规律，及时调整和加强初期支护，同时重视二次衬砌及时施作。（3）、严格控制爆破装药量，尽量减小对软弱破碎围岩的扰动。（4）、保证施工质量，超前预加固，钢架制作、初期支护和二次衬砌砼质量必须符合设计及验标要求。（5）、严格控制开挖工序，尤其是一次开挖进尺，杜绝各种违章施工。（6）、施工期间，洞口常备一定数量的坍方抢险材料，以备急用。（7）、有下述现象发生时，应先撤出工作面上的施工人员和机械设备，指定专人观察和进行加固处理。①围岩量测所反映的围岩变形速度急剧加快。②围岩面不断掉块剥落。③初期支护喷砼表面龟裂、裂缝或脱皮掉块，钢架严重变形。七、安全保证体系在施工过程中始终不渝地贯彻“预防为主，安全第一”的方针，成立安全生产管理组织机构，建立健全安全管理体系和各项安全制度，确定安全目标，制定安全措施，实行目标管理，切实做好施工中的安全工作。1、安全目标无因工死亡和重大伤亡事故，无交通安全事故，无机械设备大事故，无火灾、风灾事故，无火工品、重要器材、设备被盗和爆炸事故，无涌水、突泥、坍塌重大事故，重伤率控制在0.4‰以下，建立安全标准工地。2．安全管理组