水平岩层隧道施工工艺工法

PAGEPAGE14水平岩层隧道施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0505-2011第五工程有限公司赵继平1前言1.1工艺工法概况水平岩层隧道特点为隧道洞身围岩呈水平状分布，岩层倾角≤10°，水平层理发育，施工中拱部围岩易剥落、掉块呈门架型，隧道完成开挖及初支后，其拱顶部位初期支护出现纵向裂缝、剥落等现象，同时相应里程段落内的隧道变形沉降速率明显加快，部分地段初期支护出现纵向开裂、剥落后急剧演变为拱顶掉块、大面积失稳、坍塌现象。根据水平岩层隧道围岩不同物理、力学性能分别采取台阶法施工或全断面法施工，全断面法适用于岩层整体性较好的巨厚层Ⅰ～Ⅱ级围岩(占隧道总比例较低)，台阶法适用于薄层～中厚层Ⅲ～Ⅳ级围岩（占隧道比例较高），薄层～中厚层水平围岩施工具有较高的代表性。以双线铁路隧道为例，隧道设计开挖高度13.04m，开挖宽度11.43m，开挖面积120m2，上下台阶及仰拱平行进行钻眼爆破，下台阶分左右两幅错开施做。上下台阶及仰拱三个工作面可形成平行作业模式，整体向前推进。出碴则按照先上台阶，再下台阶，最后仰拱的顺序依次从掌子面向后方进行，始终保持掌子面优先的原则。各工作面出完渣后，及时进行初期支护，使其紧随开挖掌子面，各工序之间紧密衔接，使得隧道施工可达到安全、快速整体向前推进的良好局面。1.2工艺原理将隧道设计断面分成两部开挖（不包括仰拱），其中上台阶超前一定距离后，上下台阶同时并进，仰拱、二次衬砌紧跟下台阶。2工艺工法特点水平岩层围岩采取台阶法施工，采用多功能平台进行开挖、支护作业，设备配置简单，上下台阶同时钻孔和起爆，达到隧道同时开挖掘进的目的，同时可保证开挖后及时完成初期支护，在快速施工的同时能够有效保证施工安全。在同等的地质条件下，效率比全断面开挖略低，将设计断面分两部份开挖后，可减少掌子面一次起爆装药量从而将爆破作用对隧道拱部围岩的破坏作用大大降低，同时有利于及时施做初期支护封闭围岩。3适用范围本工艺工法适用Ⅲ、Ⅳ级围岩地段修建的铁路、公路隧道施工（Ⅴ级围岩在采取超前支护、临时仰拱等有效支撑手段且监控量测数据未发生的异常的情况下，可慎重使用台阶法施工）。4主要引用标准4.1《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214)、《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)、《铁路隧道施工规范》(TB10204)、《新建铁路铁路工程测量规范》(TB10101)、《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》(铁建设[2007]189号)。4.2设计图纸、合同文件。5施工方法隧道在Ⅲ、Ⅳ级围岩地段采用台阶法施工，开挖采用光面爆破技术，多功能平台配合人工YT-28风动凿岩机钻眼，初期支护采用格栅钢架+锚杆+钢筋网+喷射砼联合支护体系。呼隧道开挖分为杠上台阶、下台至阶、仰拱三个奸部分分部开挖寻：上台阶长宁度蒸3促5逮～供50隶m阴，每循环进羡尺戴2.掩4碌～职3诚m华（泥Ⅲ墓级围岩循环进忽尺冤3m忌，利Ⅳ絮级围岩循环进状尺袭2.4m弊，与格栅钢架撇间距相对应）炸；下台阶长度斯25m忧，每循环进尺巧不超惧过膨3暖榀钢架间距，狭下台阶左右两速侧错开间距大腾于记3辉榀钢架间距；勤仰拱每次开挖袭及支护长度汁6m替，每组仰拱填录充砼浇筑长度塑12m行。仰拱距掌子狼面距离不大于待70m栋，衬砌距掌子惰面距离不大于沃90m灰。幻6嚼工艺流程及操本作要点圈6.轿1貌施工工艺流程辣施工工艺流程残见巨图喉1脉，工艺流程图捡见倡图皆2仰拱开挖、支护、灌注砼凝土仰拱开挖、支护、灌注砼凝土结束浇筑衬砌砼开始施工准备（含超前地质预报）上台阶测量放线下台阶测量放线钻机、台架就位钻机、台架就位上台阶钻眼下台阶钻眼上台阶装药下台阶装药爆破通风、找顶拱部初喷混凝土边墙初喷混凝土上台阶翻碴出碴拱部锚杆、钢架、钢筋网下部锚杆、钢架、钢筋网拱部喷混凝土下部喷混凝土量测诉上图禽1创猜水平岩层施工盛工艺流程图乓图肾2白辰水平岩层施工趁工序布置图割6.2录竹操作要点海杂施工准备批1乔风、水管、电乎线敷设、施工拜便道、施工场务地布置，机械性设备、人员配雁置、材料准备屯、修建防排水型设施、修建环价保、水保设施户。质2元根据设计资料迫详细分析了解伤工程地质、当班地水文地质情怀况，制定合理事的施工方案和倍施工措施，制黄定施工监控量针测方案及沉降凯观测计划。旗页施工步骤贯Ⅲ殊、资Ⅳ荡级围岩隧道采蝇用台阶法施工按工艺，上下台胸阶采用人工钻快眼，光面爆破垮技术，装载机搜配合大型自卸崭车装渣运输，障施做初期支护温具体施工步骤顾如下：凝1律骗上台阶开挖，军开挖作业高度肆6.5m灶，装载机装渣烧，人工配合多雨功能平台钻眼惜，开挖进尺根暗据地质预报和该掌子面的实际搬地质情况进行渗现场钻爆设计燃动态调整，充医分考虑拱部围苗岩的完整性、遭层理分布、节格理发育和岩性碎的软硬程度来流灵活调整，尽偷可能减少对拱昏部围岩的扰动胆：拱部为厚层踢～巨厚层的砂挂岩时，则开挖盾进尺控制厅在理2.脏5晶～验3.0m蒜；拱部为薄层碎～中厚层的泥堡岩及泥质砂岩毫时，则开挖进单尺严格控制在擦2.5m炒以内；拱部为史破碎的泥质砂魂岩及软弱泥岩猪层时，则将开捷挖进尺严格控胸制在沃1.2m吓。堪钻爆设计采用波多眼密孔爆破才技术，严格遵它循足“消短进尺、弱爆添破车”沟原则：周边眼乏眼间距严格控黑制在毒40cm及以内，且周边甘眼宜采寄用向ф浩2贴5侮的小药卷间隔藏装药，水平砂龙泥岩层爆破抵僵抗线长度控连制辜6安0躁～仙80c秘m揉左右，炸药的穷单耗严格控制消在飘0.6Kg驼/m都3暴内。毁开挖后及时初花喷混凝土，铺枕设钢筋网，安阳装格栅钢架，啦并打肾设尿φ逝4径2脉锁脚锚管进行令固定（长度劳3.5m蓝），打悟设知L厚系统锚杆，喷升砼封闭；钢架近底部不密实或桨悬空时，在钢驻架底部安装砼申垫块。羡2葬央下台阶采用两惊侧错开开挖施封工，错开距睬离渠3丈榀钢架间距以圆上，开挖每循吃环进尺耀3m绞。初期支护碍⑴除厚层状水平围警岩初期支护参收数色其支护参数：违拱墙喷轨射参C2泛5匆混凝土正12cm持厚；拱墙均设雄置注φ哑8裤钢筋网片，钢脊筋网格间距桥25cm罚×钢25cm惜；拱部设真置问Φ描2拣5虫反循环中空注训浆锚杆，边均墙竿Φ售2日2家普通砂浆锚杆骨，玻L疯-2.5m错，间关距读1.2×璃1.2m宫(尿环挡×柄纵缠)恰，梅花型布置患；二次衬砌厚麦度为先35cm泽厚肤C2堂5秩混凝土。详见抗支护结构。爬图圣3星拔横山隧道厚层瓶砂岩段支护结奶构图腹图避4恭砂岩开挖后光给爆效果梢厚层砂岩开挖跨完后，立刻安领排喷射混凝土幕，后打设安装忽拱墙锚杆，采双取先喷后锚工从艺完成初期支讽护。拌在采取上述支盗护参数后，厚怖层砂岩基本能供够自稳，对于形局部因开挖爆乏破造成厚层砂象岩节理裂隙增帜大，出现初期辛支护裂缝现象醋。采取打流设与L锻-3.0m必的皱Φ让2感2冈砂浆锚杆予以驰加固，同时采燕用滤Φ甲2巧2终的螺纹钢按照滴50cm顾的间距纵横向公布置，形成钢烤筋网片，并将永其与加长锚杆河端部焊接牢固卖，形成加强支犬护网。解决了拉厚层砂岩初期户支护出现裂缝策的问题。际⑵兄薄层状水平围魂岩初期支护工年艺站图潜5苗战贩拱部薄层围岩境分布图煌对于拱部为薄五层水平岩层围缝岩采取的初期仪支护参数为：末在上台阶拱餐部卷180明°科范围设置格栅剃钢架，间轧距真1苹榀垦/倾1.2m厨，每榀钢架设摘为圈3洒节，拱部喷射王混凝土厚度为健23cm陪，边墙喷射混羞凝土厚度狡12cm念；拱墙均设想置席φ贡8企钢筋网片，网亚片规格汉25cm凯×蝶25cm葛；拱部设血置添Φ瞒2麻5扣反循环中空注刑浆锚杆，边淡墙谜Φ茂2乡2蚕普通砂浆锚杆肢，于L弊-2.5m梁，间扬距狐1.2×侄1.2m抽(厌环眼×劝纵堤)献，梅花型布置鲁；二次衬砌厚汗度为仔35cm吊厚辽C2猴5昼混凝土。脏根据岩层分布梢和变形特征，课针对性的在上喝台阶部位设置咱格栅钢架支护序措施，其工艺滨要点则要确保断上台阶的格栅肠钢架与围岩连润接牢固，形成贫一个整体。为绢防止其在下台扭阶开挖过程时慌，出现下沉等舌现象，在拱架马安装时，专门荷设置了锁脚锚农管，确保其将身拱架与上台阶叹围岩连接牢固道。格栅钢架分烛为挺3换节，在每个节疏点板和脚板处梦各设葬置俱2唉根良L践-4.0m案的锁脚锚管，筋每榀格栅钢架等共设桨置逝8沉根锁脚锚管，佩使钢架与围岩挤联为一个整体借，形成一个支扫护体系。锁脚全锚管设置在节艇点板和脚板泳30cm栗高度处左右两彩侧，锚管打设存方向为斜向下悟角度，与水平货面的夹角控制订在士30轨°灿左右，锚管端洒头采踩用伴φ邻22踏U争筋与格栅钢架貌焊接牢固。枣⑶射软弱层理围岩敏的初期支护工早艺配采探用奸I1奔6恭型钢钢架代替贺格栅钢架，架渣设间距岛为净1大榀苍/膊1.2m概，喷炉射鸟C2基5供混凝土上台阶践拱墙部棍20cm踩厚，下台阶边废墙栽9cm睡厚；拱墙均设魂置剖φ委8控钢筋网片，网叉片规格惭25cm碧×从25cm扰；拱便部袋180楼°天范围设尘置床L成-2.5m栗的锚杆，间践距详1.2×邻1.2m喇(钉环肾×手纵松)朵，梅花型布置遵，边墙不设置亡锚杆；二次衬罩砌为挎35cm锣厚蛋C2荒5唱混凝土。宁图滑6苍软弱层理水平肤围岩型钢钢架长安装谁⑷浙水平岩层互层肉地段初期支护孝工艺无图虚7稳水平状互层围炕岩横断面揭示崇图延由于围岩呈现肯为砂泥岩互层悔状，且地下水啦较发育，岩层邀结合力差，容霜易出现大面积唐的掉块现象。质支护参数如下听：拱墙均设置肚格栅钢架，架袜设间得距粒1寄榀怕/路1.2m姿；喷熟射混C2较5赏混凝土拱墙里23cm焦厚，仰拱州10cm过；拱墙均设琴置淘φ型8否钢筋网片，网惯片规格覆20cm吼×副20cm目；拱部采猴用抓Φ异2谋5撤中空注浆锚杆览，边墙采希用艘Φ贺2捏2昂砂浆锚杆糖，米L涉-3.0m译，间辉距再1.2×池1.0m映(狡环仆×鞠纵捞)携，梅花型布置栏；二次衬砌厚赚度为南40cm嫁厚事C2销5遍混凝土。拥为了控制爆破至后拱部周边围喜岩自然掉块、帝坍塌，配合格棒栅钢架架设的焰间距，在拱部央破碎层范围处鸦打设超前小导逆管，超前小导弦管采硬用绪Φ践4禁2侵钢管，壁厚得3.5mm索，导管长度保赞持在或3.5m右以上，外露铸0.5m抽，导管环向间极距壁40cm彩。导管打设的陶外插角保持肌在纺6祸°旬～缘10录°叠范围内。为了蒸增强超前小导姥管的抗弯强度径可在导管内填异充志M2筒0篇水泥砂浆。星下台阶初期支脊护拱架连接，慨采取左右错开射分幅施工，单四边一次开挖距误离不得大述于眨3蹲榀拱架的间距伸。开挖后，及潜时架设边墙拱巡架，与上台阶漫边墙拱架采用奖螺栓连接牢固香，打设锚杆、睬安装钢筋网，坦喷射混凝土完粥成其初期支护姥。芬4泛拳开挖仰拱，每降循环开挖长度衰6m吊，施做初期支幻护，浇筑仰拱菠砼，每组仰拱蜂砼嚷浇筑长度斥12m找。仰拱施工期纤间采用自制栈酱桥保持车辆通画行。润5泰驰整体液压模板丛台车就位（台汇车长度王12m苍），灌注拱墙呜衬砌砼。信尊监控量测嚷表裳1守醋监控量测项目掌表奏围岩级别渡断面间距椒(畜m)坡每断面测点数漂量砖水平收敛量测善拱顶下沉量测针Ⅳ防20即～窑30郊1祥条基线激1什点勉Ⅲ惕30徐～假50矩1类条基线谁1造点签7熊违劳动力组织严嫂挤见教表戚2怎单工作面（双胶线隧道）劳动位力组织表评。径表棋2计轧单工作面碰（双线隧道）崖劳动组织表错序号掏工作项目瞎作业内容贞人数养1劲开挖勉开挖工修35词风镐手外2敏装载机司机么3崇挖掘机司机邮3言自卸车司机现14养2部初期支护穗格栅加工陶6唐钢筋网片加工灰2乡钢架安装贯10物喷射混凝土惊20壮混凝土搅拌运着输罐车司机嚼8性3仓砼生产止混凝土搅拌机撒司机圣3影装载机司机帐2版机械修理工拖2附4撞衬砌县砼工幅24滨5捕测量及其他域技术员犬2肠测工你6指6纯其他芽队长愁1待技术负责人滴1太质检工程师渐1读专职安全员姿2握试验员握2捕电工茎3信修理工签2欠空压机司机搁3辩调度毙3穷辅助人员专5社8刺主要机具设备杏采用台阶法施牛工可在围岩较玩差的情况下充岔分发挥上下台穿阶平行作业的鹿特点，施工进晕度快，工期有蓬保证。槽根据机械工作协能力和实际工苏作量，单个工知作面主要机械栋设备配备如映表裕3兼。剃表续3垂尊单工作面主要磁机械设备配备抽如表骡序号买工序名称构机械名称仁机械类型参单位慨数量束备注茶1谎开挖画电动空压机胃20m品3凑台勒5血20m池3赴2印风动凿岩机禾YT-28技台栗25塌3说装碴运输洒挖掘机嘉CAT往320C改台卫2疯4碧装载机氏WA380难台燕2建5图自卸汽车无15T祝台砌4胖6守喷射混凝土胖湿喷机找TK961越台绍6仔2证台备用哭7筐混凝土戚拌合机苹JS毁1000A稠台盆1申8帮砼运输罐车涨6m代3锈台容4疫9津输送泵疏HBT瘦60C抢-1816宋台链2势60m纷3食/h伪10俱模板台车磨台速1滔11匙供电佩变压器皮S9-630叹/35KVA励台汽3驱12押S9-630看/10KVA恋台耻5后13兆通风设施遥轴流通风机饮NAF12.霜5-220垂台粗1幅14燥测量及量测涉全站仪冷1快″颗台尖1缸水准仪核苏光宏台钩19质量控制膨9.邮1悔易出现的质量枪问题丸指光爆效果不理谜想，周边轮廓裂不圆顺，形成搬大的超欠挖。夹般开挖进尺过大登，周边超挖值捉大。兵烈上台阶长度过横长，不能及时木施做仰拱和二雨次衬砌，初期形支护松弛变形铅。虽想喷射砼厚度不狐足、钢架未与颠隧道走向垂直谢，初期发生变乌形。竟9.场2章保证措施慎尊周边眼采观用蚁Φ串2栏5穷小药卷竹片连初接间隔装药，占控制周边眼线皂性装药量不超取过洋0.2kg赠/昼m榆。俊期安排开挖技师锣进行周边眼钻廉眼，并在已完雕成的炮眼中插淋入直木棍，作阀为其它周边眼他的参照，控制添钻眼方向与隧氧道轴线一致。天屿严格控制开挖累进尺，对隧道胸钻爆设计实行六动态化管理，侨及时调整炮眼孕深度、装药量蒜、炮眼间距等探钻爆参数，达重到光面爆破的思目的。如谈及时开挖下台劈阶，上台阶长婶度超过受50m找时，暂停上台股阶开挖，直至动下台阶及时跟植进。做好监控世量测工作，及亡时进行数据分编析，发现监控落量测数据异常奔或已完成初期怎支护地段喷射痕砼表面开裂时分，及时停止开协挖，打设补强奔锚杆并复喷砼毯封闭，加快仰付拱与二次衬砌歇施工。尚衣控制钢架安装槽质量，钢架间吨距误差要求窜在辫±爆10cm灭内，锚杆间距倾误差哗在脏±盒15cm练内，锚杆锚入兔围岩长度不小件于设计长度敲的租95刘%闷，钢筋网片搭海接长度误差章在锡±域5cm科内，将钢架安骗装垂直度控制异在央±2庄°项以内；沿隧道兔环向预埋短钢插筋，控制喷射肆砼厚度不小于切设计值。嘱10认娱安全措施盈10.铃1断主要安全风险逝分析汇水平岩层鸦隧道开挖要注今重围岩塌方、宅掉块等安全风直险的评估，提昆出相应的风险馒处理措施，编吸制施工应急预河案。善10.援2中保证措施坊纳进洞人员必须喜戴安全帽，特库殊工种应持证剩上岗。国句坚持安全交底妄制度和安全学凯习制度，提高搅全员安全意识沈。罢抵施工中应严格睡控制施工步距罢，保持掌子面拌到仰拱距离不桌超过双70m前，衬砌距离掌信子面不超过语90m啊。平佳坚持进行监控托量测，及时对昨量测数据进行锁整理、分析，愁实行监控量测炸日报制度，每尤天将监控量测姓报表发送至现吗场施工主要管迎理人员，便于暑现场及时采取忘相应加强措施鞠。呆潜施工中发现不沙安全因素时，商应暂停开挖，渗加强支护措施殿。渣税加强洞内电力招、通风、排水掌管线路的管理驳，防止漏电、凭漏风伤人。叙溪编制隧道防坍组塌应急预案，敬并组织管理人鉴员与作业班组藏进行应急演练案。钟11评驰环保措施费11.找1海开始施工前，枝必须进行环境奋因素识别，确迈定重要环境因撤素，制定相应将的管理方案；编11.乓2荒临时工程及场过地布置应采取居措施保护自然朴环境；规11.砌3皆隧道弃碴场坡看面按设计进行娘复垦或绿化，劳碴顶整平满足且设计要求，坡福脚进行防护，担防止水土流失翅；躬11.曲4暂施工场地布置材时，在水源保衫护地区内不得辜取土、弃土、向破坏植被等，值不得设置搅拌捡站、洗车台、侨充电房等，并穴不得堆放任何悦含有害物质的介材料或废弃物塔；限11.耀5奶施工废水、生守活污水和生活开垃圾不得随意痛排弃，并在生抚活区、生产区匙及洞门口设置周污水处理池，阴生活污水或生吴产及洞内废水匆经过污水处理衔池处理后排放墙到指定地点。嚷12倍篮应用实例鲁12.哪1仓工程简介怒由中铁一局集称团第五工程有平限公司独自承邻建的太中银铁邮路横山隧道全耻长胜11448m众，设计为双线弃隧危道蜓,值其中粘11080m弱为膛Ⅲ锁～姥Ⅳ色级围岩，围岩礼主要为水平成蹲层状砂岩夹泥快岩，节理发育莫～较发育。工隧道设计开挖抛高度盖13.04m紧，开挖宽度区11.43m烟，开挖面积夜120m2为排。采用台阶法永施夏工朗,扬Ⅲ翠级围岩地段支千护参数：拱部枝（上台阶）设酸格栅钢架间距迁2m捎/药基榀，喷跃射胃C2仗5数混凝土上台阶融拱墙部揭20cm支厚，下台阶边躺墙懂9cm恳厚；拱墙均设舌置蛙φ季8诵钢筋网片，网习片规格辽25cm煤×浅25cm剥，设纠置假L=辣2.5m感的锚杆，间拥距逆1.2×村1.2m臣(子环跪×选纵舰)次，梅花型布置逗，二次衬砌为葵35cm昼厚否；魂Ⅳ重级围岩支护参驻数：拱墙均设坦置格栅钢架，怨间联距笑1赠榀聚/军1.2m易，喷左射云C2抚5泻混凝土拱墙朝23cm惨厚，拱墙设仍置战φ每8笨钢筋网片，网赛片规格周20cm浅×失20cm恼，锚杆长率度株L=瓶3.0m扒，间臂距象1.2×候1.0m仅(拆环妨×关纵详)延，梅花型布置宅，二次衬砌厚讲度为莲40cm住厚歌C2症5扮混凝土。阁图暴8木Ⅲ雄级围岩衬砌断泥面图岸12.翼2聚施工情况衔易横山隧道共有牙设计碍9690m晋为女Ⅲ录级围岩，夜1390m戏为祖Ⅳ袖级围岩，采用况长台阶法施工悬。每200肯9译年慧4动月狼至静200汽9给年艳1夸2旷月，连贿续及8葛个月平均单口辨月开挖进度为听132m鸟，单