某高速六车道双连拱隧道进洞专项监控方案

沪昆高速贵阳至清镇段第三合同段***隧道进洞施工方案沪昆高速贵阳至清镇公路第三合同段境内的***隧道位于****村，为双向六车道连拱隧道，隧道起讫里程为K4+150~K4+430，全长280m，最大埋深79m。隧道平面线形位于R=2100米的圆曲线上，隧道进口段为上坡，纵坡坡度为+0.891%，出口段为下坡，纵坡坡度为－2.2%，单洞横向最大跨度17.5m。隧道洞身衬砌设计以新奥法原理为指导，采用复合式衬砌，隧道围岩类别为Ⅴ级、Ⅵ级围岩，整体稳定性差。穿越的不良地质煤矿采空区、地裂缝、地面塌陷、煤矸石堆积体、老窑涌水、瓦斯等是该隧道的控制重点。该隧道总投资7454万元，计划工期14个月。（一）隧道洞室围岩级别划分根据地堪报告提供的各类岩组的物理力学参数、岩体结构、结构面发育特征及各项定性、定量成果资料分析，将隧道衬砌划分为两级，见《隧道围岩分级表》。隧道围岩分级表隧道名称洞口桩号衬砌级别（m）明洞ⅤⅥ***隧道k4+150～kk4+430020113147占总长度的百分比比7.1440.3652.50（二）地层岩性隧道进洞是施工工况最复杂、质量及安全隐患最多的工序。合理选择进洞方案,大大降低洞口防护工程费用，保证施工进度，确保施工安全。而且,安全进洞是实现隧道顺利施工的前提,尤其是对地质条件差的隧道。***隧道地质情况复杂，煤层分布，围岩完整性极差，存在瓦斯气体逸出的可能性；岩溶发育，存在坍塌、涌水的可能；附近有煤矿，存在采空区；工期紧张，施工难度大。进出口段内分布总多煤洞、大面积地裂缝、地面塌陷等变形，且进出口边仰坡较高，最高达60m左右，如进洞方案、施工方法、先后工序安排不当，将影响隧道施工安全。***隧道进洞方案程序祥见图《隧道进洞方案程序图》，具体施工方案如下。由于在2010年1月5日***隧道出口仰坡出现开裂现象，经业主、设计院、总监办研究决定暂时不进行出口两侧边仰坡开挖，并对一二级边仰坡开裂进行加固处理，为了不影响施工进度，先进行中导坑拉槽土石方施工，在中导坑拉槽完成后，施工中导坑套拱及超前管棚，在中导坑进行开挖支护施工的同时，再进行两侧边仰坡土石方开挖及防护施工。边仰坡防护施工完成后，马上进行主洞套拱及管棚施工，管棚施工完成后进行主洞明洞施工，明洞回填后进行左洞侧导坑施工，左洞上台阶施工，下台阶施工。在左洞开挖并完成20～30m二衬才能施工右洞侧导坑。其他施工作业程序按照原设计施工即可。（一）、截水天沟的砌筑***隧道采取从出口端向进口端独头掘进，隧道进洞前首先做好洞顶截水沟，截水沟可以有效防止地面流水冲刷隧道边仰坡，隧道截水沟应距离边仰坡开挖面3m以上。（二）、逐级开挖、防护边仰坡在截水沟施工完成后才能进行边仰坡开挖及防护。由于本隧道进洞处地质条件差，边仰坡防护很关键，隧道能否顺利进洞与边仰坡防护质量好坏有直接关系。边仰坡防护为锚索框架梁，预应力锚索框架梁工程施工是一项地质条件变化复杂、关键工程隐蔽和施工技术难度较大的特殊施工作业。只要锚索框架梁施工好，边仰坡就基本稳定了。锚索框架梁施工工序及方法如下：1、锚孔测量放样根据各工点工程立面图，按设计要求，将锚孔位置准确测量放样在坡面上。如遇既有刷方坡面不平顺或特殊困难场地时，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位。2、钻机就位锚孔钻进施工，搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面测量放样孔位，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整。3、钻进方式钻孔要求干钻，禁止采用水钻，以确保锚索施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。4、钻进过程钻进过程中对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。5、锚孔清理钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2分钟，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压不得小于0.5MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。6、锚孔检验锚孔钻造结束后，须经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞溅尘碴及水体现象。7、锚索制作及安装锚索制作与安装：锚索采用ASTNA-416-87a标准270级，每束锚索由7根φ15.24mm钢铰线组成。锚固段除K5+580～K5+900段长8m外，其余均为10m，锚索入射角θ为250。锚索制作时，针对每个孔深加0.8m准确下料并在工作台上编索，首先将扩张环、紧箍环与各孔进、回浆管及钢铰线一一对应编号，然后对号入座；进、回浆管采用φ25mm的PVC管，其耐压性要达到设计灌浆压力的1.5倍以上；经过扩张环的每根钢铰线都必须用无锌铅丝与架线环绑扎在一起；架线环按2.4m间距设一个，两环之间设置一道紧箍环，使索体成枣核状；整个索体钢铰线及进、回浆管要平行，不得交叉。8、锚固注浆灌浆与补浆:灌浆泵选择BW100/15型注浆泵。压浆必须严格按照配合比施工，灌浆压力0.6～0.8MPa，砂浆灌注必须饱满密实，在第一次灌浆完毕，水泥砂浆凝固收缩后，孔口应进行补浆处理。实际注浆量一般要大于理论的注浆量，或以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆为注浆结束的标准。9、锚索框架梁制作地梁采用C30混凝土整体浇注。如锚索与竖梁箍筋相干扰，可局部调整箍筋的间距。砼浇注，尤其在锚孔周围，钢筋较密集，一定要仔细振捣，保证质量。10、锚索张拉及锁定、封锚锚索自由段采用防护油套塑料管及PVC管隔离，每束锚索设计施加锚固力800kN，张拉为两次五级张拉，每级间隔时间30min，每级张拉力为250kN，第一、二级张拉完成5天后，再实施第三、五级张拉，锚索最后锁定施加预应力为设计张拉力的110%，稳定时间不少于5min，张拉锚索时，必须采用全部同步张拉或对角同步张拉。通过现场张拉试验，确定张拉锁定工艺。补偿张拉后，从锚具量起，留出长5～10cm钢绞线，其余部分截去，须用机械切割，严禁电弧烧割。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，然后对锚头采用不低于30MPa的混凝土进行封锚，防止锈蚀和兼顾美观。在隧道边仰坡开挖及防护施工完成后，明洞开挖至K4+430处，对明洞两侧边坡及仰坡进行锚喷防护，以封闭开挖面，不让开挖面长期暴露。（四）、管棚套拱施工在明洞两侧边坡及仰坡稳定后，施工管棚套拱。在钢筋加工场地按照设计尺寸加工套拱I20b工字钢及φ133×4mm导向钢管。测量放线以确定I20b工字钢拼装位置，出口套拱施工里程为K4+420～K4+422,进口套拱施工里程为K4+160～K4+158。首先拼装中导洞工字钢，在中导洞工字钢拼装完成后，立中导洞内外模板，施工中导洞套拱C25混凝土。在中导洞套拱混凝土强度达到设计强度的70%时，才可以拼装左右洞套拱工字钢。工字钢拼装完成后，按照设计尺寸在钢架外缘安装φ133×4mm孔口导向钢管，在安装导向管时应预留上抬量及控制钢管仰角，确保孔口孔向正确。按设计尺寸立左右洞套拱内外模板，施工套拱C25混凝土。（五）、超前大管棚施工***隧道进洞前的辅助施工措施的好坏、强弱是隧道进洞工程成败的关键。大管棚是对付隧道不良地质的有效手段，适合特殊困难地段，如极破碎岩体、塌方体、岩堆等地段。***隧道就属于极破碎岩体，且在采空区。设计时以管棚作为进洞的辅助施工措施，是行之有效的且较安全的超前支护手段。大管棚的施作相对来说有一定的难度，很容易造成管棚偏位，因此施工技术要求比较高，必须要求组织较丰富管棚施作经验的施工队伍，且其机具设施也要合适。在施工大管棚时还注意以下方面：1、做套拱时应尽量少破坏坡脚，以避免引起边坡失稳。2、由于围岩松散，施工时要求钻进速度不应冒进，应减低转速，防止钻杠在外力作用下偏位。遇到孤石更应减速，不宜强行对钻杆施加顶压力，造成孔位偏斜。3、下管时如遇到塌孔现象较严重时可先预注浆固化，再钻进，反复多次。困难地段亦可用厚壁钻杆打入后在钻杆内注浆，把钻杆留在孔内代替钢管。4、注浆时采用水灰比0.45的水泥砂浆注浆，实际施工时钻孔40m，部分钢管仰角可能会过大，管棚末端超挖严重，开挖时在管棚施作的末端加设超前小导管，从而可以有效控制超挖。超前管棚施工方法洞口拱部采用φ108热轧无缝钢管超前长管棚注浆预支护，初期支护采用I22b型钢钢架加强，套拱采用C25混凝土，为保证长管棚施工精度，护拱内设I22b工字钢架，钢架外缘设φ133×4mm孔口导向钢管。洞口长管棚采用热轧无缝钢管及钢花管在现场加工制作，节长3m和6m两种，每节钢管两端均预加工成外丝扣，同一断面内接头数量不超过总钢管数的50%，钢花管上钻注浆孔，孔径12mm，孔间距15cm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段150cm。汽车运输到工作面。长管棚采用地质钻机施工，利用套管(长管)跟进的方法钻进、长管安装一次完成，外插角为1～2°，具体可根据实际情况作调整，先施工安装带孔钢花管的孔位，在带孔钢花管注浆后再钻安装无孔钢管的孔位，无孔钢管兼作检查管检查注浆质量。注浆采用专用高压注浆泵注浆，采用后退式注浆水泥浆水灰比为1:1，加入5%的早强减水剂拌和均匀，注浆泵注浆初压力为0.5～1.0Mpa，注浆终压力为2.0Mpa每孔注浆量达到设计时结束注浆，用水泥砂浆封堵孔口，注浆前进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验。注浆按钢管施钻顺序从下而上逐孔进行，施工一根注浆一根，先施工奇数位管棚，再施工偶数位管棚。每孔注浆压力必须由小逐渐加大，不能直接一下就达到设计注浆压力。洞口管棚在隧道暗洞开挖之前完成；钢管棚按设计位置施工，运用测斜仪进行钻孔偏斜度测量，严格控制管棚打设方向，并作好每个钻孔地质记录；为保证长管棚支护效果，尽量减小管棚的外插角，可在型钢钢架腹板开孔以穿管棚；管棚施工时，对钢管主要材料进行材质检验；遵守隧道施工技术安全规则和钻眼注浆作业操作规则。（六）、中导洞施工在管棚施工完成后，按照三导洞开挖方法进行中导洞施工作业。在中导洞开挖完成后，进行中隔墙C25混凝土现浇施工。（七）、主洞侧导坑施工在中隔墙混凝土达到设计强度的70%后，就可以进行主洞侧导坑开挖施工。***隧道围岩等级为Ⅴ、Ⅵ级，地质情况较差，采用三导洞法开挖，先挖开挖中导洞，中导洞贯通后完成中隔墙混凝土浇筑，然后分别开挖左右隧道侧导洞，主洞剩余部分采用台阶法进行开挖，上台阶高4m，下台阶高3m，上下台阶间距不得大于20m。各工序施工间距详见《隧道施工工序平面示意图》。每步开挖后均及时进行初期支护和衬砌支护。详见“隧道三导洞法开挖作业程序图”。采用高精度的全站仪布设导线网进行隧道洞外控制复测与控制测量，隧道内导线按等边直伸导线布置成导线网，采用一级导线测角精度进行施测，洞内、洞外高程按四等水准要求施测。水平角观测9～12测回，测距采用对向观测,竖直角两个测回，测距四次。采用往返不同路线进行施测，洞内控制测量采用闭合导线环，每个导线环边数不大于6条。水平角采用方向观测法观测，J1级仪器观测6个以上测回，测距、水准测量与洞外部分相同。隧道每进尺50～100m，根据设计院测量的结果进行洞内导线延伸，联测三个以上同等级控制点。1、洞内外观察观察工作面状态、围岩变形、围岩风化变质情况、节理裂隙、断层分布和形态、地下水情况及喷射砼的效果。绘制开挖工作面略图，填写工作面状态记录表及围岩类别判定卡。对已施工区段观察喷射砼、锚杆、钢架的状况，每天至少进行一次，洞外包括洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等的观察。2、周边位移量测围岩变化处应适当加密，在各级围岩的起始地段增设拱顶下沉测点1～2个，水平收敛1～2对。当发生较大涌水时，Ⅴ级围岩量测断面的间距应缩小至5～10m。各测点尽量靠近工作面埋设，避免爆破作业破坏测点，一般为0.5～2m，并在下次爆破循环前获得初始读数，初读数在开挖后12h内读取，最迟不得超过24h，且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。净空水平收敛测线的布置根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等确定，在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。拱顶下沉量测与净空水平收敛量测在同一量测断面内进行，采用水准仪测定下沉量。下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，量测拱腰下沉及基底隆起量。拱顶下沉量测与净空水平收敛量测用相同的量测频率，从规范中《量测频率表》中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。3、地表下沉量测在可能产生地表塌陷处设置观测点，观测点按普通水准基点埋设。在预计破裂面以外3～4倍洞径处设水准基点，作为各观测点高程测量的基准，从而计算出各观测点的下沉量。地表下沉桩的布置宽度应根据围岩类别、隧道埋置深度和隧道开挖宽度而定，地表下沉量测断面的间距按规范中《地表下沉量测断面的间距》采用。地表下沉和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同。地表下沉量测从开挖面前方H+h(隧道埋置深度+隧道高度)处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。围岩松弛范围量测采用弹性波法或位移法。4、数据处理和应用及时对现场量测数据绘制时态曲线(或散点图)和空间关系曲线：当位移—时间曲线趋于平缓时，进行数据处理或回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律；位移—时间曲线出现反弯点时，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应密切监视围岩动态，并加强支护或暂停开挖；隧道周壁任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的总相对位移值均应小于隧道周边允许相对位移值。当位移速率无明显下降，而此时实测位移值已接近表列数值，或者喷层表面出现明显裂缝时，立即采取补强措施、调整支护设计参数或开挖方法。5、煤层瓦斯地段施工方法根据设计资料，***隧道进出口会穿过煤层地段，会有瓦斯存在，施工时应加强防范，采取防火、通风和通风系统的管理、以及瓦斯的监测，配齐监测专业人员和配备足够的瓦斯监测仪器，并按瓦斯地段的施工方案组织施工，根据瓦斯含量大小，进行揭煤、向煤层注水、瓦斯排放、引出、堵塞后采用煤矿许用炸药和安全雷管进行钻爆设计开挖。加强监测备齐瓦斯检测仪器，如瓦斯检定灯、光学瓦斯检定器、瓦斯微型数字报警器、瓦斯报警断电控制仪以及瓦斯遥测报警仪等。选择时根据工程需要，备足需要品种。自上而下建立瓦斯、天然气检查体系，并设立经过培训合格的专职瓦斯检查员，建立定时、定点的瓦斯检查制度。一般情况下，每隔60min在掌子面、仰拱作业、二衬作业、洞口附近及机电设备运行处，爆破前后掌子面各监测一次，并将结果记入施工日志。对于可能突出瓦斯的工作面，要设专人随时监测，并必须安设瓦斯自动检测报警断电装置。瓦斯检查员必须挑选工作认真负责、有一定业务能力、经过专业培训、考试合格者，方可进行监测工作。检测瓦斯用的检定器，必须每一季度校对一次。为了能及时发现和处理情况，要求经过培训合格的指挥员、工班长、瓦斯检测安全员、爆破工配备便携式瓦斯检测仪和瓦斯报警矿灯。在施工现场配备专职监测人员。从钻孔直到放炮前的全过程中，专职监测人员均应现场监测瓦斯浓度，当开挖面及其后方的瓦斯浓度达到0.5%时，则应发出警报，隧道内便处于警戒防爆作业状态；当瓦斯浓度上升到1%时，警报系统中的防瓦斯自控系统便自动切断开挖面处除风机以外一切设备的电源，隧道则处于警戒防爆监视作业状态；当洞内瓦斯浓度达到1.5%时，警报系统便发出第二次警报，指挥员立即下达停工和全员撤出待避的命令。详见图15《瓦斯监测警报系统设置图》。图15瓦斯监测警报系统设置CHCH4浓度为1.0～1.5%④洞口瓦斯检测安全员室值班室①开挖面②边墙开挖面③衬砌工作面检安室值班室数据分析①、②、③值比较，发全员待避令CH4浓度为0.5～1.0%（0.5%第一次预警）CH4≤1.0%继续施工全员待避CH4=1.5%CH4为0CH4＜0.25%O2＞20%CH4>0.25%CH4>0.5%CH4=1.0%瓦斯检测安全员施工前按=1\*GB3①～=4\*GB3④顺序测定钻孔中开挖面自动报警钻孔后按=1\*GB3①～=4\*GB3④顺序测定爆破后通风后按=1\*GB3①～=4\*GB3④顺序测定开始施工指挥员进行=1\*GB3①项确定，并要负责其值正常。作业开始，操作负责人要对机械进行使用前的检查。瓦斯检测安全员瓦斯检测安全员在现场对瓦斯进行监测，依=1\*GB3①～=3\*GB3③顺序确定指挥员发布停止作业命令，限制开挖面处人员，稀释瓦斯浓度，清点作业人数，引导作业人员躲避。作业人员停止使用机械，放高压风，佩带自救器。列队顺序躲避。（2）加强超前钻孔的探测加强对掌子面前方围岩的超前钻探尤为重要。一方面可以准确了解前方围岩的情况、煤层的位置及厚度，另一方面能对掌子面前方地层中的瓦斯、氮气及二氧化碳等气体提前释放，降低压力。A、当瓦斯含量不大时，使其自然排放或用风筒或管子将瓦斯引至回风流或距工作面20m以外的坑道中，保证工作面开挖放炮的安全；当瓦斯量大、喷出强度大，持续时间长时进行插管排放；当开挖面瓦斯含量较大时，裂隙多、分布广时，暂停开挖，封闭坑道，抽放瓦斯；在裂隙小、瓦斯含量小时，用粘土、水泥浆或其它材料堵塞裂隙防止瓦斯喷出。B、煤层瓦斯带隧道开挖施工方法开挖工作面前方接近煤层2.0m左右，向煤层打若干φ75mm～φ300mm的超前钻孔排放瓦斯，钻孔周围形成卸压带，使集中应力移向煤体深部，防止瓦斯突出。开挖前，使用高压水射流，在突出危险煤层中，冲出若干直径较大的孔洞，使瓦斯解吸和排放，降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力。在工作面布置较多的炮眼并装较多的炸药，利用爆破时强大的震动力一次揭开有突出危险性的煤层。在开挖工作面向煤体深部的应力集中带内布置几个长炮眼进行爆破，利用炸药的能量破坏煤体前方的应力集中带，在工作面前方造成较长的卸压带，从而预防瓦斯突出的发生。C、瓦斯地段隧道支护与衬砌采用双排超前锚杆或超前小导管预注浆封闭煤岩瓦斯，以避免瓦斯泄漏和煤岩自燃。初期支护采用喷射混凝土、锚杆和钢筋网支护，以U型钢拱架作为加强措施。喷射混凝土采用C20混凝土。增加喷射混凝土的密实度；二次衬砌采用C30模注混凝土，其中掺加水泥用量10%的气密剂，以增加模注混凝土的气密性。（3）爆破作业规定瓦斯隧道钻爆作业工作面附近要随时进行瓦斯检测，其浓度不得大于0.5%，钻孔时必须采用湿式钻孔，炮眼深度不小于0.6m，炸药采用煤矿用的安全炸药，用煤矿许用的安全雷管，起爆线路采用串联方式连接，一个工作面只能用一台起爆器起爆。不宜使用迟发雷管，若采用毫秒雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms。瓦斯浓度超过1%时严禁放炮。隧道放炮时，所有人员必须撤出隧道之外；若隧道过长时，应撤至300m以外。严禁使用火花及塑料导爆管起爆。洞内使用的金属锤及锤头必须镶有不产生火花的合金。装碴使用的金属器械，不得猛力与石碴碰击，铲装前必须将石碴浇湿。严禁一切可能导致高温与发生火花的作业，严禁明火照明，严禁火源进洞，任何人进隧道前必须经检查，人员检查严禁带打火机、火柴、手电筒及其他可能自燃的物品入洞内，严禁穿易于产生静电的服装（如化纤衣服）进入瓦斯隧道。作业面出现瓦斯突出预兆时或空气中瓦斯含量超标时应立即报警，停止作业，切断电源，撤出人员，并上报有关部门。在洞外设置必要的消防设施，清除洞口附近的一切易燃物，切断一切火源。在洞口应设置救护组，进行专门的抢救训练，使其深知在抢救中可能发生的各种不安全现象及预防方法，非救护组的成员不得在事故发生后进洞抢救。备齐急救和抢险设备，并指定专人保管，经常保持其良好状态，不得挪作它用。（4）加强通风系统的管理加强隧道的通风，风管用抗静电、阻燃风管，并对其加强管理和维修，确保通风设备的正常运转和降低漏风量，任何情况下未经负责人同意不得随意停止机械通风。在施工管理上采取有效措施，并加强通风，防止瓦斯积聚。当发生瓦斯积聚时，必须及时处理。由于停电或检修，使主要通风机停止运转，或通风系统遭到损伤以后，必须有恢复通风、排除瓦斯和送电的安全措施。恢复正常通风后，所有受到停风影响的地段，必须经过通风和瓦斯监测人员检查，确认无危险后方可恢复工作。所有安装电动机和开关地点的20m范围内，必须检查瓦斯，符合规定后才可启动机器。因临时停电或其他原因，局部通风机停止运转，在恢复通风前，首先必须检查瓦斯。证实风区内瓦斯与二氧化碳都不超过1%时，方可开动局部通风机，恢复正常通风。临时停工地段不宜停风。否则必须切断电源，设置栅栏与警告牌，严禁人员进入。（5）加强机电管理通风设备、排水设备及通讯、信号、安全等设备的电源均应考虑自成回路，禁止洞内电气设备接