孟门隧道浅埋段施工方案

山西中南部铁路通道〔瓦塘至汤阴东段〕ZNTJ-4标孟门隧道浅埋段安全施工方案编制：审核：批准：中国葛洲坝集团股份山西中南部铁路通道ZNTJ-4标项目经理部二0一山西中南部铁路通道孟门隧道浅埋段安全施工专项方案1、工程概况山西中南部铁路通道孟门隧道进口洞门里程改DK1465+805，出口洞门里程改DK148+055，全长1250m，为单洞双线隧道。隧道在距进口570m，即改DK147+485~DK147+445处进入浅埋段，其中最大埋深为18米，最小埋深为6.1米，共计穿过两条冲沟。浅埋段DK147+485~DK147+445，地质情况为Ⅴ级围岩，洞身地层为泥岩与砂岩互层，呈角砾碎石状松散结构，采用Ⅴ级加强复合式衬砌，短台阶法、增设临时仰拱施工。为保证浅埋段施工安全顺利通过。根据业主、监理单位要求，在浅埋段DK147+485~DK147+445施工过程中按照重点控制范围采取相应施工措施。2、施工方法浅埋段采用短台阶法、增设临时仰拱施工，为保证开挖安全，减少爆破对围岩的扰动，保证山体稳定，施工中严格按照“管超前、短开挖、弱爆破、强支护、早封闭、快成环、紧仰拱、勤量测、速衬砌”的施工原则组织施工，确保安全通过。2.1施工准备本段开挖前利用TY28气腿钻机打超前地质探孔，每次在上台阶拱顶、左右两侧拱脚各钻一个超前水平地质探孔，孔径42mm，长度5—8m，探明前方实际地层情况，明确隧道顶部的工程地质和水文地质条件。并利用TSP203PLUS地震波地质预报系统，TSP采用回声测量原理2.2开挖2.2.1本段断面设计参数DK147+485~DK147+445段设计为Ⅴ级围岩采用Ⅴ级加强复合式衬砌断面W=100，按施工预留断面加宽12cm，内拱顶提高10—20cm计算，采用W=100断面计算开挖量。参照晋中南瓦洪施隧道参01-43图，每延米隧道总开挖量115.2m3。开挖高度轨面以上8.63m,轨面以下2.2.2开挖方法开挖采用短台阶法施工，上台阶开挖高度5m,一次开挖长度0.75m，为减少一次爆破当量，采取二次爆破。上台阶先起爆掏槽孔、辅助掏槽孔和爆破孔及底孔、再起爆辅助爆破孔和周边孔。下台阶开挖高度4m，边墙一侧开挖宽度3m，分左右两侧错开开挖爆破，每次开挖长度1.5m；仰拱开挖深度1.96m，每次开挖长度3m〔以上见钻爆示意图2.2.3钻爆设计1、施工方法简述钻眼采用简易钻爆台车，YT-28风钻打眼，起爆方式为非电雷管孔内微差起爆。钻爆参数为：掏槽眼眼深1.5m，其它炮眼深1.2m，计划循环进尺1.0m，周边眼采用Φ25mm3、爆破参数孟门出口进入浅埋段施工，其拱顶土石分界约为2~3m，爆破参数选择和爆破方法尽可能减小对围岩扰动，又尽可能保存了围岩自身原有的承载能力，从而改善了衬砌结构的受力状况。采用光面爆破，确定合理的光面爆破参数，是获得良好光面爆破效果的重要保证。光面爆破的主要参数有：周边眼间距〔E〕、周边眼密集系数〔K〕、最小抵抗线〔W〕、不耦合系数〔D〕和装药集中度〔γ〕。3.1炮眼深度孟门#进口已施工至浅埋地段，而且设计给定的是五级加强复合式衬砌，施工工法采用短台阶开挖，根据铁建[2010]120号文件规定，上台阶开挖每循环1榀钢拱架，其炮眼深度控制在1m。钻孔采用YT-28风钻，炮眼孔径为φ42mm，为克服及减少岩石的夹制作用，除掏槽眼和底眼深度L=1.2米3.2光面爆破不耦合系数〔D〕及装药直径〔d〕炮眼直径dk与药卷直径di之比称为不偶合系数，合适的周边眼不偶合系数应使爆炸后作用于炮眼壁的压力小于围岩抗压强度，理论与实践证明，当不偶合系数在1.5~2.0范围时，缓冲作用最正确，光爆效果最好D=dk/di在使用过程中，我们采用直径为25mm的乳化炸药，即周边眼的不耦合系数D=42/25=1.68，符合D=1.5~2.0的要求。3.3掏槽眼参数采用垂直楔形掏槽，2对掏槽眼水平成对布置。3.4周边眼间距〔E〕、最小抵抗线〔W〕、周边眼密集系数〔K〕周边眼应考虑0.03~0.05的外插斜率，周边眼间距一般取值范围为〔8~18〕dk，即336~756mm。根据试验统计，E值取500mm，最小抵抗线W=1.25E=625mm；周边眼密集系数K=E/W=0.8。3.5装药集中度〔γ〕周边眼装药集中度按标准取值范围为0.07~0.35kg/m，根据试验统计，当γ取值0.2kg/m时，效果为好。3.6.1炮眼数量N=qS/ηγ式中：N—炮眼数量，不包括未装药的空眼；q—单位炸药消耗量，一般取q=1.2~2.4kg/m³；S—开挖段面积，㎡；η—装药系数，即装药长度与炮眼长度的比值，暂取0.6；γ—每米药卷的炸药质量，kg/m，2号岩石硝铵γ=0.75。即：N=〔1.2×28.4〕/〔0.6×0.75〕=75个〔上台阶〕其中掏槽眼4个，周边眼26个，底眼11个，辅助眼34个。3.6.2每一循环装药量计算及分配Q=qV式中：q—单位炸药消耗量，取q=1.2kg/m³；V——1个开挖循环进尺爆落岩石总体积，m³，有效进尺取95%：1米×95%=0即：Q=1.2×1.0×28.2=3各炮眼装药量分配如下：因为计算炮眼数量时，采用η=0.6，由周边眼装药集中度q=0.12每个掏槽眼装药量=0.75×1.2×0.9=0.每个辅助眼装药量=0.75×1.0×0.8=0.每个周边眼装药量=0.75×1.0×0.3=0.225每个底眼装药量=0.75×1.0×0.9=0.3.6.3炮眼布置图炮眼布置详见附图3.7炮眼装药、堵塞及起爆周边眼及辅助眼采用不连续装药结构，其中周边眼为导爆索连接传爆，其它炮眼采用底部放置非电毫秒延时雷管反向起爆装药结构，导爆管传爆。炮孔装药完毕后，炮泥堵塞长度不小于20cm。炮眼起爆采用非电毫秒延时雷管分段起爆，使用1、3、5…15段，顺序为：掏槽眼

辅助眼

周边眼

底眼。上台阶钻爆参数项目单位掏槽眼辅助眼拱内圈眼周边眼底板眼序号1235789周边眼装药结Φ25乳化炸药间隔装药周边眼外插角沿径向外斜边5%周边眼装药Kg/m0.12炮眼深度M1.21.21.01.01.01.0炮眼数量个2220142611每个炮眼kg0.810.810.60.60.120.675小计装药量kg1.621.6212.08.43.127.43每个炮眼节周边炮眼装节起爆顺序1′35-9′11′13′15′开挖断面积㎡28.2炮眼总数个75比炮眼数个2.6总计药量kg34.0比耗药量Kg/m1.2说明:堵塞长度不小于20CM中台阶钻爆参数(表二)项目单位辅助眼拱内圈眼周边眼底板眼序号123456789周边眼装药结构Φ25乳化炸药间隔装药周边眼外插角沿径向外斜5%周边眼装药Kg/m0.12炮眼深度M1.51.51.51.5炮眼数量个1661013每个炮眼装药量kg0.91.010.121.01小计装药量kg14.47.11.213.1每个炮眼节周边炮眼装节起爆顺序2-6#8#10#12#开挖断面积M227.2炮眼总数个45比炮眼数个/m21.6总计药量kg35.8比耗药量Kg/m30.87说明：堵塞长度不小于20cm下台阶钻爆参数〔表三〕项目单位辅助眼拱内圈眼周边眼底板眼序号123456789周边眼装药结构Φ25乳化炸药间隔装药周边眼外插角沿径向外斜5%周边眼装药Kg/m0.12炮眼深度M1.51.51.51.5炮眼数量个2410712每个炮眼装药量kg0.90.90.181.01小计装药量kg21.69.01.2612.3每个炮眼节周边炮眼装节起爆顺序1-58#10#12#开挖断面积M241.8炮眼总数个53比炮眼数个/m21.26总计药量kg44.2比耗药量Kg/m30.72、减少爆破振动波叠加采用孔内控制微差起爆网络技术，加大爆破起爆段别，增加起爆间隔时间。采用1、3、5、7、9、11、13、15段8个段别非电毫秒微差导爆雷管间隔起爆，减小爆破振动波叠加，发挥微差爆破作用效果。另外炮眼堵塞用炮泥和黄土，炮眼中未装药部分全部用炮泥和黄土堵塞炮眼口，力求在同等爆破效果条件下减少炸药用量。周边眼用φ25×200小药卷，不偶合装药，不偶合装药系数一般控制在1.2范围内。2.3超前支护拱部140°范围内施作超前小导管。小导管采用外径42mm、厚3.5mm的热轧无缝钢管，L=5m、环向间距3根/m，每1.5m施作一环，外插角10°和30°，交错布置2.4初期支护采用Ⅰ20a工字钢钢架支撑，间距0.75m/1榀，系统锚杆L=3.5m，0.75×0.75〔环×纵〕布置。开挖完毕后立即喷射C25混凝土〔初期支护厚252.5二次衬砌浅埋段DK147+485~DK147+445设计为Ⅴ级围岩加强复合式衬砌，二次衬砌厚度45cm。仰拱及填充采用栈桥施工，随开挖按步距要求施工。衬砌采用12米铺设土工布和防水板在自制的简易台车上进行，台车上部采用钢管或槽钢弯制成与隧道拱部形状相似的弧形标准断面，为铺防水板或绑扎钢筋时控制尺寸用。施工时先铺设土工布，用射钉将土工布固定牢固。然后铺设防水板，防水板铺设施工工艺流程见下列图：防水板剪裁下料防水板剪裁下料洞外粘结或焊接接缝检查铺设台架就位沿拱顶纵向设置气囊在台架上纵向铺设铁丝将防水板铺设在台架上铺设质量检查放气并取出气囊降下支撑架相邻循环接缝处理悬承铁丝气囊充气升起支撑架防水板铺设施工工艺流程图施工要点如下：1、防水板下料及粘〔焊〕接防水板按环向进行铺设，根据开挖方法，设计断面、标准规定的搭接尺寸及一个循环的长度来确定防水板的下料尺寸，将剪裁好的防水板平铺，按标准要求搭接，再粘〔焊〕接成一个循环所需要的防水板，对粘〔焊〕接好的防水板进行抽样检查，合格后将一个循环的防水板卷成筒状待用。2、防水板的铺设1〕将防水板铺设台架于作业段安装就位。2〕沿隧道拱顶中心线纵向铺设尚未充气的气囊。3〕在支撑架气囊上纵向铺设悬承用的8#铁丝。4〕将一个作业循环长度卷成筒状的防水板置于支架中央。5〕放开防水板使之自由垂落在支撑架两侧，然后用同样方法铺设土工布滤层，并与防水板密切叠合后整体铺设。6〕旋转丝杠将支撑架升起，使防水板及滤层尽量贴紧隧道壁面。7〕给气囊充气。8〕卸掉上一循环固定悬承拉线的膨胀螺栓，将上一循环的拉丝铁丝与本循环的悬承拉线逐根相连，张拉铁丝将防水层与壁面贴紧，然后将悬承铁丝的另一端固定在临时膨胀螺栓上。悬承顺序为先拱后墙，由上而下进行，考虑到拱部受力较大及悬承铁丝有一定弹性，拱顶及两侧拱脚各设二道￠6的圆钢悬承。相邻环向防水板间的搭接缝，采用15cm宽的三合板置于锚喷面上与前一组防水板端头作为粘〔焊〕接平面垫板，边粘〔焊〕边沿环向移动三合板，粘〔焊〕完成后撤出三合板旋转丝杠，下降支撑架，放掉囊中空气，取走气囊，本循环防水层铺设即告完成。3.隧道监控量测3.1监控量测的目的1、通过监控量测了解各施工阶段地表、地层与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态，判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性。2、用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计、指导施工，为修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据。3、通过监控量测对工程施工可能产生的环境影响进行全面的监控。4、通过监控量测进行隧道日常的施工管理，确保施工安全和施工质量。5、通过施工现场的监控量测，确定二次衬砌合理施作时间。6、通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或该工法本身的发展提供借鉴、依据和指导作用。3.2监控量测计划根据量测设计要求，将地表下沉、地质与初期支护观察、水平净空收敛量测、拱顶位移量测、周边位移量测、围岩与支护间接触应力量测、钢架应力量测、锚杆轴力量测作为施工监控量测项目。同时配备选测项目所需的设备，主要监控量测项目简介如下:1、地质和初期支护观察地质和初期支护状态观察包括工作面观察和支护结构的支护效果观察。观察频率：每一循环进尺，都必须进行一次工作面观察，并作好详细的记录。在地质变化不大地段，可每天按一个工作面记录，对已成洞地段主要是支护效果的观察，频率同工作面。观察内容：1〕工作面工程地质和水文地质情况观察和描述：包括岩石名称、岩石产状、风化变质情况，断层、层理、节理等结构面的分布、走向、产状及频率，有无偏压或膨胀地压，工作面及毛洞自稳情况，岩石单轴抗压强度，地下水情况及影响等内容，并以表格和素描形式记录。2〕工作面附近初期支护状态观察和已成洞的支护效果观察：包括锚杆锚固效果，喷层开裂部位、宽度、长度及深度，模筑混凝土衬砌的整体性，防水效果等，以表格和素描形式记录下来。2、水平净空位移量测目的：根据收敛位移量、收敛速度、断面的变形形态，判断围岩的稳定性、支护的设计施工是否妥当和衬砌的浇筑时间。量测方法：收敛量测设计包括断面间距、量测频率、测线布置和测点埋设时间等。这些内容与地质条件、地压分布、隧道埋深、开挖方法及进度、断面收敛速度等有关。量测断面间距：间隔5m一个断面量测设备用收敛仪进行量测。3、拱顶下沉量测量测目的：监视隧道拱顶的绝对下沉量，掌握断面的变形动态，判断支护结构的稳定性。量测设备用水准仪、钢尺进行量测。4、锚杆轴力量测量测目的：量测锚杆中的变形，求出锚杆轴力。与收敛量测一起研究和修正锚杆的设计参数。量测仪器：主要使用量测锚杆。量测锚杆的杆体是用中空钢材制成，其材质同锚杆一样，量测锚杆有机械式、电阻应变片式和振弦式三类。3.3量测频率与结束标准1、量测频率量测频率根据监测数据的变化情况而定。拱顶下沉及水平收敛量测频率表变形速度〔mm/d〕量测断面距开挖面的距离量测频率≥5(0-1)B1-2次/d1-5(1-2)B1次/d0．5-1(2-5)B1次/2-3d0.2-0.51次/3d＞0.2>5B1次/1周2、结束标准根据收敛速度判别：收敛速度＞5mm/d时，围岩处于急剧变化状态，加强初期支护系统。收敛速度＜0.2mm/d时，围岩基本到达稳定。3.4监测数据的统计分析与信息反馈1、隧道周边允许位移值的制定初支结构允许相对位移〔%〕表埋深围岩级别＜50m50～300m＞300mⅠⅡ0.1～0.300.20～0.500.40～1.20Ⅲ0.15～0.500.40～1.200.80～2.00ⅣⅤ0.20～0.800.60～1.601.00～3.00注：①相对位移指实测位移值与两点距离之比或拱顶下沉实测值与隧道宽度之比。②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。2、监测数据的分析及预测取得监测数据后，要及时进行整理，绘制位移随时间或空间的变化曲线图。在取得足够数据后，还应根据散点图的数据分布情况，选择合适的函数，对监测结果进行回归，以预测该测点可能出现的最终位移值及结构的安全性，评价施工方法，确定工程措施。3、监测数据的信息反馈为确保监测结果质量，加快信息反馈速度，全部监测数据均有电脑管理，并绘制测点位移变化曲线图。监测数据的反馈程序详见《监控量测与信息反馈程序图》。施工设计监控量测施工设计监控量测现场施工监测设计资料调研量测结果的电脑信息分析处理监测结果的综合评价量测结果的形象化、具体化位结构安全性、经济性判断经济类比理论分析求求反馈设计施工是否改变设计、施工方法新施工方案调整设计参数、改变施工方法或辅助施工措施B项量测的应力、应变动态分析量测结果的综合处理及反馈分析是否监控量测与信息反馈程序框图3.5初期支护监测结果异常的处理隧道监控量测结果出现异常时，按以下方法处理：1、如果是由于基底下沉引起的，尽快仰拱封闭，如仍然下沉，在墙角处加设锚杆，复喷砼并在基底钻孔注浆加固。2、如果是由于围岩压力引起的，可多次复喷并用锚杆加固围岩，补强初期支护。在下一循环施工时，修改支护参数，增强初期支护，同时增大观测频率；再及时施作二次衬砌。4、安全保证措施4.1安全保证措施1、由所属一分部成立孟门隧道浅埋段施工安全领导小组，一分部副经理何武松到工点蹲点包保落实。2、架子队安全组织机构建全，九大员人员到位，职责明确，建立工地值班制度，使本段施工生产始终处于可控状态。现场配足机械、材料，抢险救援物资。做到安全第一，预防为主，发现不安全因素及时整改，把安全隐患消灭在荫芽中，确保安全通过此上穿段。3、建立安全保证体系，分级负责，加强施工作业现场控制，开展安全技术教育，要求职工树立“安全第一”的思想，开展定期安全教育活动，实现施工人员持证上岗。认真建立安全教育台账，实行：“一人一卡”，使安全教育不留死角。4、开展安全标准化工地活动。现场张贴安全生产标语和警示牌，建立安全管理台账，同时建立定期和不定期检查制度，发现不安全因素及时整改，消灭安全隐患。5、进行浅埋段施工安全技术培训，做好安全技术交底，履行交底签字，使施工人员熟悉安全措施和增强自我保护意识。6、在隧道开挖过程中，设地质核查组和配备有经验的专职地质工程师，做好超前地质和地质描述预报，提出对策和措施，确保各措施、技术交底的落实，保证标准化作业。开挖过程中地质工程师要跟班作业，及时发现地质变化，监控现场施工。按监测数据及时调整支护参数，确保支护安全。7、施工用电，电工作业必须持证上岗，配电箱和开关箱必须防水设门配锁，并安装漏电保护器，通电前，要检查电线是否漏电和损坏现象，一经发现及时处理和更换。所有电线不得与墙壁或钢架直接接触，应用绝缘瓷瓶隔开。4.2安全实名制管理制度1、所有工人统一制备实名制胸卡。胸卡必须注明工人、照片、性别、民族、身份证号码、工程名称、从事工种和证件有效期等。2、项目部对进场施工的所有工种专业队伍全部登记入册，随时掌握各专业队伍的工人增减情况，准确掌握进场工人的信息。建立起工人实名制台账，并应附有每一名农民工的身份证和劳动合同复印件，及时更新并留档存查。3、项目部每天安排专人24小时核实进洞工人确实切身份。工人在进出隧道和上岗操作期间必须佩戴胸卡，项目部为新进场工人或撤场工人，及时办理胸卡申领或收回手续。对于临时施工和来访人员建立进出场登记制度，严禁无关人员随意出入施工现场。5、质量保证措施1、严格按批准的施工方案施工，施工中如遇地质变化等与本方案有变化的，及时通知业主、设计、监理部门到现场研究，制定新的施工方案，一经确定，按新方案施工。2、严格现场值班制度，“三检”制度，上道工序不合格不能进入下道工序，严格监理报验制度，监理未到场、未经检查合格签字后，不得进入下道工序施工。3、隧道开挖后应及时进行初期支护。采用分部开挖时，应在初期支护喷射混凝土强度到达设计强度等级的70%及以上时进行下一部分的开挖。支护应紧跟开挖，尽快对围岩施加约束，分部开挖施工过程中应加强对临时支护的保护。4、做好超前地质预报和监控量测工作。开挖前应按设计要求进