营盘山隧道号斜井泄水施工施工方法及工艺

4.1工艺流程 14.2施工准备 24.2.1技术准备 24.2.2现场准备 34.2.3资金准备 54.3主要施工方法 54.3.1超前预报 54.3.3挡水墙施工 84.3.4泄水孔钻孔 134.3.5斜井抽水 154.3.6仰拱施工 184.3.7正洞剩余100m施工 194.3.8隧道通风 224.3.9临电方案 234.1工艺流程根据设计文件、现场正洞施工进度、本方案实施计划，正洞施工至ZK26+793（距离贯通面100m）时，开始本方案的实施。具体施工工艺流程如图4.1-1。图4.1-1施工工艺流程图4.2施工准备4.2.1技术准备1、组织项目部管理人员，对设计方案进行会审，明确注意事项，找出工程中施工难点。2、施工前专项施工方案由项目总工程师组织进行方案的编制，专项施工方案审批完成，专家论证通过后，总监理工程师审查签字、加盖执业印章后方可实施。3、专项方案实施前，由项目经理或项目技术负责人对施工现场管理人员进行详细的方案交底，施工现场管理人员对作业人员进行详细的技术、安全交底。4、方案实施前，对相关管理、作业人员进行技术培训，使施工人员熟悉挡水墙施工、导向管安装、钻孔等操作要求，提高工作效率，确保施工安全；对施工管理人员进行施工安全防护培训，确保施工安全及机械设备正常运转，特种作业人员经有关部门培训、考核合格后持证上岗。4.2.2现场准备1、施工场地准备1）正洞施工至ZK26+793（距离贯通面100m）时，隧道内的开挖、支护、及仰拱二衬施工材料、人员机械设备退场，为泄水工程施工提供施工场地。2）隧道排水沟清理，正洞排水主要由隧道两侧排水沟和中央排水沟提供，两侧排水尺寸为67×34cm,中央排水沟尺寸为70×60cm，经排水沟顺坡排出隧道。排水能力完全满足本方案泄水水量要求，在泄水孔钻孔前对左洞内排水沟进行清理，保证泄水期间排水畅通。3）隧道泄水期间，对隧道既有的空压机房、配电房、保安室、隧道仓库等临时设施采用C25混凝土拦水墙（高1.0m厚0.3m长80m)进行防护。如图4.2.2-1所示。图4.2.2-1洞外设施防护平面图2、施工物资机械准备1）钻孔机械（1）泄水钻孔采用HM90AC多功能潜孔钻机，钻机配置柴电双动力，特制深孔双马达动力头，高扭矩，钻机配有液压夹持卸扣装置，自动化卸扣，操作安全，经综合考察评选，各项技术参数、指标满足泄水工程施工钻孔要求。（2）钻机进场，先进行试钻，以检验钻机性能，钻孔速率等参数。表4.2.2-1钻机主要参数表多功能钻机——HM90AC潜孔系列动力源HM90AC混合动力电机功率30（Kw）内燃机功率65（K）整机运输状态尺寸5600×2200×2500钻孔角度0-360（°)底盘上部回转角度360（°)副轨道行程1000（mm）液压系统额定压力16（Mpa)爬坡能力≦20（°)钻机总重约8500（Kg)动力头钻孔直径150～250（mm)配用冲击器S50破碎方式冲击回转式钻孔深度50-120（m)钻杆规格Φ114、φ89动力头输出转速40-80（rpm)动力头输出最大扭矩8000（N.m)动力头最大行程3500（mm）动力头最大提升力60（Kn）动力头最大进给力50（Kn）图4.2.2-2HM90AC潜孔钻机2）根据设计文件、现场涌水情况、施工方案计划节点，做好抽水设备配备、进场及调试工作；物资材料准备：（1）泄水所用材料购置、加工；（2）泄水施工配套所需风、水、电等设备安装及调试；（3）应急救援物资进场；4.2.3资金准备1、泄水工程在2020年6月初进入前期准备阶段，8月1日开始降水施工，前期涉及到购买设备，资金需求量大，必须按照进度计划制定详细的资金需求计划，做到资金精准投放、及时到位、按时支付，以保证各种材料设备按时进场。2、泄水工程的工程款由建设指挥部及时拨付，严格执行专款专用，严禁挪作他用。3、把本工程列为重点推进工程，调动各方资源，对本工程资金给予全面支持。4.3主要施工方法4.3.1超前预报1、超前地质预报方法采用HM90AC潜孔钻机进行超前地质钻孔，结合TSP、地质雷达超前预报，一方面探明掌子面前方围岩地质及地下水情况，为验证设计及调整施工方案提供依据，另一方面通过超前钻孔出水情况判断是否与斜井积水连通。如果在该段施工过程中，超前泄水孔出水量大且有压力，应停止掌子面掘进，增加泄水孔的数量，具体位置和数量由建设、监理、设计和施工单位共同现场确定。2、超前地质探孔的要求采用HM90AC潜孔钻机钻孔从目前掌子面（ZK26+876）向斜井方向施作超前地质钻孔，每次钻孔深度50米，每组5个孔，每开挖30m后施作下一个循环，保证20米搭接，直至与斜井掌子面贯通。进行超前地质预报时，应停止掌子面及附近的施工作业。表4.3.1-1超前钻孔机械设备及工程数量表序号项目数量1HM90AC潜孔钻机1台2Φ70钻杆200米3Φ127钻头10个4超前探孔长度4015米4.3.2@20×20cm)。图4.3.2-1隧道上下台阶布置图图4.3.2-2掌子面封闭横断面图图4.3.2-3掌子面封闭纵断面图图4.3.2-4砂浆锚杆布置图1、打设HRB400-22锚杆：@20×20cm钢筋网片，网片与锚杆连接成整体。2、喷射混凝土，喷射混凝土设计强度等级为C25级，喷射作业前应认真清除受喷面上浮土，回弹物等松散积料，用高压风吹净，调整好喷射机的风压、水压，做好准备。3、喷射作业应分层、分段、分片依次进行，喷射顺序应由下而上移动，喷头直对受喷面，一次喷射厚度约50～80mm，每喷完一遍均需有一定的间歇，一般为前一层混凝土终凝后进行。对悬挂在网片上的混凝土结团应及时清除，保证喷射混凝土的密实度。4、喷射混凝土应将钢筋全部覆盖，喷射混凝土应密实、无裂缝，无脱落、漏喷、漏筋、空鼓、渗漏水等现象。4.3.3挡水墙施工1.施工工艺流程施工准备→测量放样→掏槽清底→C25混凝土基础→钢筋及导向管安装→模板安装及加固→浇筑C25混凝土墙身→养护。2、施工场地准备（1）测量放线，定出桩位中心线及开挖边界线。（2）清除挡墙用地范围内的碎石等所有障碍物;在基槽锤开凿出100×100cm两条排水沟排除洞内流水。（3）挡水墙周边设置HRB400-22砂浆锚杆对其进行锚固，锚杆锚入基岩2.0m,外露1.0m,锚杆环向间距100cm，横向间距是120cm（详见混凝土挡水墙横断面图）。图4.3.3-1砂浆锚杆布置图（挡水墙周边位置）3、掏槽清底测量人员将基坑开挖边线放好后，采用破碎锤开凿基坑，施工过程中防止破碎锤开凿破坏基底及基坑两侧，人工开挖至设计标高并清理基底。开挖时基坑顶预留排水通道排除洞内水；基坑里的水经过排水通道汇入隧道永久排水沟。4、C25混凝土挡水墙基础施工挡水墙基础采用C25混凝土挡墙基础，基础尺寸11.9m×5m×1m。图4.3.3-2混凝土挡墙基础横断面图（1）基底经监理检验合格后安装模板，模板采用钢模板，采用固定要牢固，模板采用D48×3.5双钢管横、竖向加固，并配以大号蝶形卡紧固。（2）振捣：采用混凝土振动棒振捣，快进慢出，间距30～50cm，振捣至混凝土不再下沉和流动就说明混凝土已经振捣密实。5、导向管安装（1）挡水墙上梅花型预埋22根φ200L=2.5m的导向管，钢管角度按向上1°～3°控制，左右方向与隧道轴线平行。导向管外露20cm并在导向管上焊接法兰盘。导向管水平间距为1.2m,竖向间距1m。（2）导向管定位是挡水墙工程施工重点，导向管通过门型支架进行固定，门型支架采用HRB400-22钢筋焊接成而成，门型支架与两侧钢筋网片采用HRB400-22钢筋进行连接，确保导向管定位准确牢靠，浇筑混凝土期间导向管不发生偏移。安装时采用全站仪和水准仪进行定位，确保导向管仰角及轴线。图4.3.3-3导向管固定门型支架图4.3.3-4导向管门型支架整体加固6、C25混凝土墙身挡水墙采用C25钢筋混凝土分三层浇筑，封闭整个上台阶掌子面。设置HRB400-16双层双向钢筋网片，间距25×25cm，保护层厚度4cm。拉结钢筋采用HRB400-12，间距50×50cm梅花型布置。钢筋采用绑扎搭接，搭接长度不少于75cm。图4.3.3-5混凝土挡水墙横断面图图4.3.3-6混凝土挡水墙立面图1）模板安装（1）模板采用钢模板，模板厚度5mm。（2）保证混凝土结构和构件各部分设计形状尺寸和相互间位置正确；（3）具有足够的强度、刚度和稳定性，能承受新浇筑混凝土的重力侧压力及施工中可能产生的各项负荷。（4）模板的接缝不得漏浆。（5）模板与混凝土的接触面应清理干净并涂刷脱膜剂，但不得影响模板结构性能。（6）模板采用D48×3.5双钢管横、竖向加固，并配以大号蝶形卡紧固，采用M16止水对拉螺杆按600×600的间距布置，紧贴模板的竖向加固钢管间距不得大于300㎜，外侧辅以钢管斜撑加固。（7）模板外侧搭设扣件式双排钢管脚手架，排距为800mm，立杆纵距为1500mm，步距1500mm。作业面满铺脚手板。（8）模板安装之前对两侧临时排水沟用木板覆盖，以防混凝土进入边沟内。2）混凝土配合比、制备、运输及浇筑（1）混凝土配合比要进行优化，降低水化热，水胶比和外加剂类型等条件通过试验确定，塌落度不大于18cm。混凝土搅拌车运输，拖泵浇筑，插入式振捣棒二次振捣。（2）整体结构分基础和墙身进行浇筑，先浇筑基础混凝土，由于墙身较高，因此决定墙身混凝土分两次浇筑完成，施工缝进行凿毛处理。混凝土按每层30cm-50cm分层进行浇筑，在浇筑混凝土过程中或浇筑完成时，如混凝土表面泌水较多，须在不扰动已浇筑混凝土的条件下，采取措施排除泌水。（3）浇筑混凝土时，当混凝土下料以及采用插入式振捣器进行振捣时，有可能造成导向管的移动，如发生松动、偏移，应校正导向管位置。振捣棒操作人员做好绝缘措施。（4）混凝土浇筑过程中，应随时对混凝土进行振捣并使其均匀密实，避免重复振捣，防止过振。应加强检查模板支撑的稳定性和接缝的密合情况，防止在振捣混凝土过程中产生漏浆。（5）浇筑混凝土期间，应设专人检查模板稳定情况，发现有松动、变形、移位时应及时处理。3）混凝土温度控制与养护（1）混凝土养护期间里表温差不超过25度。混凝土养护期间降温速率不超过2度。专人测温，入模温度控制每台班2次，养护期间每昼夜4次。（2）养护采用综合蓄热法进行养护不少于14天。4）试块留置同条件混凝土试块留置6组，分别于7天、14天进行试压，为钻孔作业提供依据。针对挡水墙混凝土施工详见《大体积混凝土专项方案》。3、挡水墙拆除在2#斜井水位下降至贯通面上台阶底，泄水量与斜井涌水量持平时，泄水施工完成，排水条件满足掌子面掘进要求。采用爆破方式拆除挡水墙。4.3.4泄水孔钻孔按照设计文件，挡水墙混凝土达到设计强度后开始进行钻孔作业。泄水孔第一次钻进50m,如无明显水流排放、斜井水位无明显下降，斜井抽排水降低静水位后，依次继续加深泄水孔（同样要求不一次性打穿剩余岩体），能正常泄水即停止钻进。观察水位变化情况，如不能正常排水由四方共同决定是否打穿岩柱。隧道掌子面掘进至ZK26+793(距离贯通面100m)时开始进行泄水孔钻孔施工，钻孔采用HM90AC潜孔钻机，钻孔直径为φ150mm，泄水孔22个。泄水孔钻孔期间，洞内停止一切施工。图4.3.4-1泄水施工纵断面图1、泄水量及水压力计算根据《水力学》静水压强方程、动量方程式，计算得泄水孔内静水压力为24.310KN，动水压力48.620KN。（计算书详见9.2、9.3）。2、钻机就位1）钻机置于上台阶平台，钻机底部浇筑15cm厚C15混凝土垫层（10m×10m），确保钻机就位平稳，便于及时纠正偏差。钻机定位完毕后，对钻机进行机座加固，使钻机在钻进过程中位置不偏移，做到钻孔完毕钻机位置不变。在钻进过程中应定期检查机器的松动情况，及时调整固定；2）在钻机就位过程中为确保钻孔水平方向的准确度，测量人员必须现场实际逐孔核对钻杆走向与隧道走向是否平行。3、钻进控制1）钻孔角度按向上1°～3°控制，泄水孔间距横向1.2m、竖向1m梅花形布置，由下至上逐层钻进，由中间向两侧间隔钻孔，泄水孔位置和钻孔顺序：1#→22#。如图4.3.4-2所示：图4.3.4-2泄水孔位置平面布置图2）对钻具的导向装置尽可能加长，并且选用最高强度钻杆，从而提高钻具的刚度，减少钻具的下沉量，达到技术的要求。不得使用弯曲钻具；3）前一泄水孔钻孔完毕后，根据测量结果总结出钻具的下沉量，下一孔钻探时通过调整孔深、仰俯角等措施控制下沉量在设计要求的范围内，达到技术要求的精度。4）接近贯通面的时候，适当降低钻孔速度4、钻孔安全措施1）导向管口预埋两根HPB300-22连接钢筋，便于钻机就位后与钻机端头进行焊接连接（防止水压冲击钻机）；2）导向管口部伸出止水墙不小于20cm，并安装球阀（钻孔完毕后缓慢抽出钻杆，并关闭球阀，为其它孔施工创造较好的环境）；3）作业人员配备防砂服和救生衣，并在作业现场配备救生圈、救生艇、逃生绳等安全防护；4)在钻机前端增加5cm厚橡胶圈与挡水墙紧靠，防止钻进和退杆过程中高压水（砂）伤害作业人员；5）泄水孔钻孔期间，救护车及医护人员做好全天候应急准备。4.3.5斜井抽水1、抽水方法如泄水孔第一次钻进50m,如无明显水流排放、斜井水位无明显下降，从斜井内抽排水降低静水位。先将静水位降至排风井K0+840（二衬施工完成段），此时水压力降至1MPa左右，根据主洞现场钻孔作业监控信息再确定静水位降低高度。排风井洞口、送风井洞口至排风井K0+840（二衬施工完成段）间抽水，按最大涌水量Q=1600m³/h计算抽水时间。在排风井K0+890处、送风井K0+890处设置临时水仓两处，每处放置1组泵接力抽水。移动泵组采用2组泵，每组10台污水泵（4台工作，6台检修），根据计算该段移动泵组开启8台水泵可满足要求。（计算书详见9.4）2、设备、管道布置1）移动泵组设置采用20台200WQ400-45-75污水泵（8台工作，12台检修）移动泵组进行抽水。2）临时水仓考虑污水泵扬程45m，在排风井K0+890处、送风井K0+890处设置9m*1.5m*1.8m临时水仓两处，每处放置1组泵，每组10台污水泵（4台工作，6台检修）接力抽水。3）管道配置根据洞内水量情况，结合选配的抽水设备：排风井、送风井正常排水各6道φ219mm钢管；移动泵组正常排水8道φ219mm高压软管与8台200WQ400-45-75污水泵配套使用，备用4套；斜井主管道为钢管，通过高压软管连接钢管与水泵。管路上均配置止回阀，以防止水锤现象，造成水泵损坏。图4.3.5-1送风井排水管路、电路位置图图4.3.5-2排风井排水管路、电路位置图3、抽水至K0+840时间抽水时间T1=70×415×2÷（400×0.7×8×24-1600×24）=3.78天，取15天(考虑接管和移泵时间，对抽水时间适当延长，在移泵和接管期间启停水泵保持水位稳定）。平均每天向前推进L=415÷15=27.7m。图4.3.5-3营盘山隧道2号斜井抽水平面图表4.3.5-1水泵选用一览表序号部位到洞口距离水泵型号额定流量（m³/h）单位额定功率（KW）水泵配置备注安装数量启动数量检修数量1移动泵组0m-415m200WQ400-45-75400台75208122临时水仓365m400台75208124.3.6仰拱施工1、仰拱排水洞内积水排放完毕以后，鉴于斜井涌水点持续涌水，仰拱施工时采用集中抽排水，应加快出口左洞正洞段下台阶、仰拱和二次衬砌施工，仰拱施工按3m/日进尺逐步向小桩号推进（仰拱长度按160米计）；综合考虑涌水不确定性的影响，计算洞内最大出水量60000m³/d；仰拱施工过程中涌水需抽水才能达到仰拱施工条件；根据现场施工进度、施工队伍现状和方案实施计划制定如下抽水方案：1）设备选型及配套隧道出水主要为隧道涌水，同时需考虑施工用水。水质除地下水的本身成分外，主要还混有岩石、石屑、泥浆，同时还有喷射混凝土的回弹物掺杂物，除考虑到需排出的水量外，还应考虑到排水的化学成分对水泵的影响，综合隧道涌水和现场施工条件，以经济合理、实用的原则，抽水设备选用如表4.3.6-1所示。表4.3.6-1营盘山隧道水泵选用一览表序号水泵型号额定流量（m³/h）单位额定功率（KW）水泵配置备注安装数量启动数量检修数量1200WQ400-45-75400台75151052150WQ200-30-30200台3010552）抽水设备验算（1）流量验算1台200WQ400-45-75污水泵理论流量400m³/h，考虑流量损耗，理论流量：400×0.7×24=6720m³/d。（2）抽水设备计算正常排水10道φ200mm软管与200WQ400-45-75污水泵配套使用，备用3套管路，理论抽水量为：400m³×0.7×24小时×10台=67200m³/d˃60000m³/d（考虑出水口涌水最不利情况）。2、仰拱施工仰拱内积水抽到能满足仰拱施工条件后，进行仰拱施工，按照160米仰拱计算。4.3.7正洞剩余100m施工正洞左线剩余100m（ZK26+693～ZK26+793段)，本段为IV级围岩，采用超前预注浆小导或超前锚杆支护，上下台阶法施工，光面爆破。在本泄水方案实施过程中，出口左、右洞掌子面前后应错开50米以上，左洞作为先行洞，在离贯通面100米范围内，开挖爆破要严格控制爆破扰动，要严格控制单循环进尺（逐榀推进），严格遵循"管超前、严浆注、短进尺、弱爆破、强支护、早成环、勤量测"原则，做好各工序衔接，控制好安全步距，及时施做仰拱及二次衬砌。图4.3.7-1光面爆破施工工艺注：（1）表示超前支护（小导管预注浆及超前锚杆），上台阶开挖，上台阶拱部初期支护；（2）表示中槽开挖；（3）表示马口跳槽开挖，侧墙部初期支护;（4）表示仰拱开挖;（5）表示仰拱浇筑混凝土；（6）表示拱部及边墙部二衬防水层施工、二次衬砌台车浇筑混凝土。1、光面爆破施工工艺图4.3.7-2光面爆破施工工艺2、施工方法=1\*GB3①炸药及雷管选型选用爆速低的炸药，采用φ25mm和φ32mm两种乳化炸药药卷。为更好地实现微差爆破采用非电毫秒雷管。=2\*GB3②非电微差起爆网络设计爆破震动与同段齐爆的炸药用量有极其密切的关系，采用非电微差起爆技术，可以有效控制单段雷管的起爆药量，又能有效地控制每段雷管的起爆时间，使爆破震动波形不形成叠加，既能保证岩石破碎达到理想的效果，又能消除爆破震动的有害效应。在掏槽眼、掘进眼、底板眼或周边眼中，起爆药量较大的段别的雷管，间隔时差设计为200ms，即跳段设置。这样可使爆破震动速度降低30%，达到更好的爆破效果。A、孔深进尺设计：上部台阶采用1.2m进尺，钻孔深度1.5m；下部台阶采用2m进尺，钻孔深度2.5m。B、掏槽形式设计：上台阶采用三角形三中孔眼直眼掏槽。如下图4.3.7-3：图4.3.7-3掏槽眼布置示意图=3\*GB3③装药结构设计为更好地达到光爆效果，周边眼采用间隔装药结构，药卷用小直径药卷。如下图所示：其余炮眼采用直径φ32mm标准药卷连续装药。如下图4.3.7-4所示：图4.3.7-4直径φ32mm标准药卷连续装药=4\*GB3④循环时间表4.3.7-1循环时间安排表顺序作业项目需用时间（min）备注上台阶下台阶1台架或台车就位15152测量、布眼20203钻爆破眼60604装药、连线20305机械人员撤离、爆破15156通风、排烟20207找顶108出碴50809施工初期支护及钢支撑200120合计4303604.3.8隧道通风1、隧道通风1)正洞通风(1）泄水钻孔期间通风在泄水孔钻孔期间，所用钻机、移动式空压机均为内燃设备，造成洞内孔期污浊，为保证作业人员安全，除准备氧气瓶、防毒面具外，还要考虑采用压入式通风来保证洞内作业环境。采用8台轴流风机，接软风管进行压入式通风。2）斜井抽水期间通风斜井采用压入式通风方案，在斜井口设两台轴流风机，接软风管进行压入式通风，抽水期间需开启风机，保证抽水作业面新鲜空气压入。由于前期施工开挖期间已完善一套完整的通风系统，机械设备及通风管路系统完好，本次降排水期间只需回复、启用通风系统及日常维护。2、通风系统维护1）通风机应有专人值守，按规程要求操作风机，如实填写各种记录。2）通风机使用前应卸去废油，换注新黄油，以后每半月加注一次。3）风机应尽量减少停机次数，