高地应力软岩隧道机械化快速施工工法

高地应力软岩隧道机械化快速施工工法xxx局x公司1．前言软弱围岩的施工是控制隧道施工工期的关键，如何在软弱围岩中实现快速施工，是隧道施工管理和施工技术的关键和重要内容。在乌鞘岭隧道F7断层正洞及迂回导坑的施工中，我们通过合理的机械配备和工序控制、分部开挖、步调一致、整体推进，严格按内控标准进行施工，有效地控制住了流变地质下开挖后初期支护的大变形，实现了高地应力软弱围岩地质条件的隧道快速施工。2．工法特点1）、工序循环时间短、保证开挖后初期支护能及时封闭，减少围岩因开挖后的自由变形过大,有效控制了施工中的不安全因素。2）、工序间距离短：分部开挖上部与下部、下部与仰拱、仰拱与衬砌间的距离较短。3）、大型机械化进行工序作业，工序施工速度快；工序按立体、交叉、平行作业、循环时间短。采用此工法最高可实现软弱围岩月成洞80m。4)、量测指导施工，支护、二衬变形稳定快。3．适用范围本工法适用于特长隧道围岩地质软弱、岩体破碎、围岩应力比高、开挖后围岩在高地应力作用下发生挤压性流变，初支变形较大，施工采用整体式推进,对地应力采取“部分释放、部分对抗”原则进行施工的隧道，同时也适用于特长隧道一般性软岩及破碎围岩段采用上下台阶法施工的隧道。4．工艺原理针对流变性软岩的变形机理、对隧道围岩应力采取小量释放，大量强支的原则，施工中采用无轨运输大型机械化进行施工，通过合理组织和安排，多工序同时作业，循环时间极大缩短，使初期支护及二次衬砌快速封闭、控制工序循环过程中围岩暴露时间，减小围岩应力松弛及松动范围扩展，使围岩与初期支护整体受力，减小开挖后围岩的变形及二次衬砌后围岩接触应力，为隧道施工及运营安全提供保障，同时也完成了软弱围岩的快速施工。5．工艺流程及操作要点5.1工艺流程图本工法包括以下三个工艺流程：5.1.1软弱围岩上、下部开挖法快速施工工艺流程图如下：装药连线爆破装药连线爆破挖掘机上部翻碴上部拱架、网片现场就位型钢、网片准备下部右侧（或左侧）出碴下部左侧（或右侧）出碴上部拱架、网片安装下部右侧(或左侧)型钢、钢片安装上部超前导管或超前管棚（注浆）下部钻眼及锚杆施作上部钻掘进眼及锚杆施作下部左侧(或右侧)型钢、钢片安装上部装药连线上部喷混凝土下部喷混凝土仰拱开挖人工清底仰拱型钢安设混凝土灌注两循环一循环注：1)、图中加粗部分为关键工序和关键线路，影响隧道施工循环时间2)、施工中应根据围岩及超前支护情况合理调整循环进尺，一般情况下由于围岩软弱，建议循选择1.5m~2.5m间为宜。仰拱施工长度大致为掌子面两循环进尺长度，以保证其施工的整体推进。软弱围岩上、下部开挖法快速施工工艺流程图5.1.2机械配置流程图：设计及超前地质预报设计及超前地质预报施工方案及施工组织超前支护工序钻爆工序时间出碴工序时间支护工序时间工序循环时间定钻眼机械定钻爆机械定翻碴机械定喷浆机械定超前支护劳动力定钻眼人数定装碴机械定支护人数定运输机械仰拱施工循环时间定挖装机械衬砌工序时间定台车长度定混凝土输送车定输送泵能力是否满足结束设备能否满足调整工序时间否是是否注：本流程主要根据工序时间确定隧道施工的机械设备的型号、功率、尺寸、作业环境要求及设备数量等，最后形成开挖、支护、运输、衬砌四条成龙配套、均衡稳定、机械化程度较高的施工作业流水线。机械配置流程图5.1.3监控量测流程图如下：量测误差量测误差是是分析、研究地质勘测资料制定监控量测计划施工监控量测开挖工作面状态评价监控量测数据处理异常数据判断采取措施结束束否否监控量测流程图初期支护变形量测衬砌净空量测仰拱上鼓量测临时加固稳定性量测施工是否完成断支护稳定性判断稳定异常量测分析报表阶段性量测分析5.2操作要点：5.2.1循环进尺控制施工前应进行科学严密的施组设计，确定合理的循环进尺、支护参数、工序时间；日进度、日循环数、循环进尺之间互为倒数，日进度由工期决定、日循环数与进尺间呈反比关系，如何确定一个合理的循环进尺是影响快速施工的关键；就一般软弱围岩而言，循环进尺应按如下公式确定：L=A-B-0.5L-循环进尺A-超前支护导管长度，式中0.5m为导管施工时外露长度。B-开挖后导管插留围岩长度，考虑进尺的不均衡性，应取1.5m，保证进尺超出0.5m后尚有1.0m的留插。5.2.2加强超前地质预测预报了解施工的围岩地质情况，地质情况的好坏直接影响施工所采用的支护参数、进尺长短、工序时间；超前预报可采用地质雷达，TSP203及超前地质钻等方法进行。5.2.3确定合理的进尺与循环时间关系根据工期及地质情况确定合理的日循环数和循环进尺后，由循环进尺确定合理的工序时间，在地质条件所允许的情况下，工序时间与循环进尺呈反比关系，但由于地质条件及施工技术的限制，循环进尺不可能无限大，同时工序时间也不可能无限短，这就要求根据实际情况确定一个合理的平衡点，既能保证软岩下开挖的安全同时又能通过现有施工水平实现开挖后的快速支护，争取最快的施工进度；5.2.4确定最佳的机械配置工序时间确定后，根据工序时间合理的选择机械设备是隧道快速施工的保证，选择的机械配备应能满足工序时间要求及洞内施工的条件；如喷射混凝土工序，每环喷混凝土工程数量为14m3,工序时间要求为2小时，则求配备混凝土喷射机的能力应为每小时8m3以上喷量的湿喷机。5.2.5抓工序安排及用时，缩短循环时间根据围岩地质情况和洞内作业情况，合理地进行工序布置和安排是软弱围岩快速施工的关键，在上部与下部、下部与仰拱；开挖与支护，支护与出碴等工序间根据作业空间合理地安排平行作业或交叉作业，可极大的缩短施工循环时间，提高施工能力和施工进度；5.2.6以量测指导施工，确保施工安全加强监控量测，以量测结果指导施工，通过量测了解开挖后初期支护变形情况，及时调整支护参数及工序间距，确保开挖后初期支护变形不致过大造成变形破坏或失稳。5.2.7加强交通运输由于施工隧道较长，出碴、进料机动车辆较多，施工中应加强交通运输组织和管理，洞内应在关键地点设置交通信号标志和交通指挥人员，必要时应设交通指示灯。6．主要设备、机具和材料6.1材料隧道施工常用工工程材料。6.2机具设备备机械设备的配置置根据隧道道施工长度度、施工方方案等不同同而有所不不同，设备备的配备根根据现场施施工情况按按照机械配配备流程进进行配置。就就一般无轨轨运输施工工软岩，以以下主要机机械配备可可作为参考考。无轨运输施工软软弱围岩主主要机械设设备表机械类别机械名称型号数量附注支护机械风动凿岩机YT-2840管棚钻机1备用地质钻机GXY-15001锚杆钻机MGY-60BB3混凝土喷浆机AL-5001双液注浆泵CGD702挖装机械履带式挖掘机PC-2001巷道式挖掘机ITC3121德国产动力通风机械内燃发电机400KW2变压器800KW1电动空压机L-22/84轴流通风机55KW×2根据隧道长度选选配装运机械自卸汽车CWB520,,15t6混凝土运输车VOLVO6mm33混凝土机械混凝土搅拌站1000L1混凝土输送泵HBT60A2衬砌台车6m/12m1给排水机械抽水机100m扬程程2洞内排水用深井潜水泵200Q50--221//131大流量抽水机IS100-665-25502防突水突泥设备备钢材加工机械及及电气焊设设备交流弧焊机BX1-25005直流弧焊机ZX6-31555等离子切割机LGK8-1000F1气焊设备3钢筋切断机GQ401钢筋弯曲机GW40C-111磁力钻床J3C-JL--3217．劳动组织无轨运输施工软软弱围岩的的劳动力组组织可以下下表所列劳劳动力安排排做为参考考序号工序名称每循环人数劳动力安排备注1超前支护8162钻爆开挖、锚杆杆施工16323型钢加设及挂网网10204喷射混凝土5105出碴运输8166混凝土衬砌(含含防水板及及衬砌钢筋筋)18367辅助生产人员8168管理人员13合计1598．质量要求8.1施工采用用支护应严严格按照设设计及规范范进行，对对超前管棚棚、注浆等等严把工序序质量，防防止开挖后后的塌、掉掉、溜现象象发生，保保证安全和和减少超欠欠挖。8.2钻眼深度度、角度及位置严格格按爆破设设计施工，控控制好循环环进尺，宁宁欠勿超。抓抓好光面爆爆破控制。8.3支护拱架架设要标准准、连接可可靠，锁脚脚锚杆施工工要到位、拱拱架间距误误差不得超超过规范要要求。必要要时应对拱拱脚进行支支垫。8.4喷射混凝凝土应密实实饱满，不不得使支护护拱架骨架架外露。射射工艺应采采用湿喷工工艺，以提提高喷砼强强度和改善善作业环境境。8.5出碴运输输应抓好组组织管理，减减少装碴间间隙，提高高出碴速度度。8.6砌应严格格按设计和和规范进行行施工，严严格控制欠欠挖，减少少超挖。8.7初期支支护是软弱弱围岩施工工质量的关关键，施工工中应加强强初期支护护的施工质质量；做好好二次衬砌砌、做到内内实外光。9．安全措施9.1加强监控控量测，以以量测指导导施工，确确保施工安安全；9.2施工中严严格按隧道道施工相关关安全操作作规程进行行施工，严严禁野蛮施施工造成安安全事故；；9.3掌子面开开挖后应先先对掌子面面情况进行行观察后，确确保安全后后才能进行行下道工序序的施工；；9.4洞内设专专职的安全全员，随时时了解洞内内施工安全全情况，必必要时设置置安全警戒戒；9.5搞好工序序质量，以以工序质量量保证施工工质量，以以施工质量保保证施工安全。9.5严格控制制工序间距距，防止初初支变形过过大造成安安全隐患。10．效益分析10.1通过对对无轨运输输机械的优优化配置和和洞内施工工工序的优化管理，提提升软弱围围岩隧道施施工的能力力，加快了了施工进度度；10.2通过监监控量测指指导施工，保保证施工安安全，同时时对围岩变变形进行了了解，合理理确定预留留变形量，减减小隧道施施工超欠挖挖，节约施施工成本；；11．应用实例乌鞘岭隧道全长长200550m，为左右线分离电气化化铁路隧道道，是亚洲洲第一长山山岭铁路隧隧道，最大大埋深1000米以上，线线路纵坡为为11‰，全隧穿越F4、F5、F6、F7四个构造造大断层，从从宏观地质质上来看，整整个隧道一一半以上处处于四个断断层影响带带内，可将将F4~FF7间地质情情况视为一一个较大的的地质构造造的断层影响带带，断层内内主要以千千枚岩、板板岩、砂岩岩及泥岩为为主，石质质极为破碎碎，自稳能能力差。其中10号斜井施施工的F7断层，洞洞身穿越断断层长达837，石质挤挤压严重，围围岩处于流流变状态，开开挖后围岩岩自稳能力极极差；地应力较较高，支护护变形极大大。施工中我我们根据设设计合理确确定施工工工序，通过过对开挖、支支护、出碴碴运输、二二次衬砌的的机械进行行科学合理理的配备，形形成以小导导管为主的的超前支护护及开挖作作业线、以以AL5000湿喷机组组为主的支支护作业线线,以ITC3312挖装机、CWB5520自卸汽车车（15t）为主的运运输作业线线，以12m（椭圆形形断面）和和6m（圆形断断面）液压压台车、HBT660A混凝土输输送泵、VOLVVO6mm3混凝土输输送车为主主的二次衬衬砌作业线线，形成一一整套配置置科学、能能力均衡、性性能稳定的的隧道施工工机械化生生产作业线线，通过对对工序的合合理优化和和组织，加加强施工中中的监控量量测，以量量测指导施施工，取得得软弱围岩岩下的快速速施工，提提升了软弱弱围岩的施施工能力和和水平。实现了软弱弱围岩流变变状态下施施工的正洞洞（开挖面面积98m2）月掘进103米和成洞86米，迂回回导坑(开挖面积54m2)成洞138米的软弱弱围岩施工工水平，为为保证乌鞘鞘岭隧道建建设的总工工期起到了了关键作用用。附一、乌鞘岭隧隧道10号斜井F7断层施工工工序内控控标准序号内控项目内控标准备注1上台阶施工长度度5~8米2下部与成型仰拱拱间距≯15米3锚杆滞后开挖距距离<8米4一次仰拱开挖长长度<6米5下