柳林隧道施工技术讲解

欢迎各位专家批评指正中交太中银铁路工程第八项目经理部

2008年1月柳林隧道施工技术交流一、工程概况二、工程特点三、本工程实施过程中几点做法1、深入调查研究，优化设计2、针对特殊地段制定针对性方案3、加强过程控制，优化施工工艺4、控制超欠挖,加强光爆5、优化资源配置,快速均衡生产6、综合考虑,一车多用,节约成本四、思考与体会柳林隧道位于山西省柳林县境内，东起柳林县穆村镇西，西至柳林县军渡镇，大致东西走向，隧道穿越柳林的八盘山，起讫里程DK208+367～DK215+998，隧道全长7631m。隧道最大埋深约为249.8m，最小埋深约42m。为满足施工总工期的要求，同时考虑防灾救援、安全疏散的需要，结合隧道长度、地形、地质条件及进出口的施工条件，设计增设2座斜井作为辅助坑道。1、工程简介一、工程概况2、地形地貌及地质情况

隧道所经区域主要为黄土梁峁沟壑地区，“V”型冲沟发育而密集，大部分冲沟无地表水，局部可见基岩裂隙水渗出的小溪；穿越的地质主要为砂岩、泥岩，大部分呈水平层状结构，层厚不一，节理较发育；地下水主要为基岩裂隙水，受大气降水补给，部分地段地下水具承压性。3、不良地质有害气体柳林隧道通过区域深部存在高瓦斯煤层，煤层距洞身约100～200m，煤层富含的瓦斯可能沿基岩裂隙渗透至隧道，施工过程中加强瓦斯气体的监测。承压水地段柳林隧道在DK210+400～DK211+245段存在承压水，施工期间加强超前地质预报。泥岩富水地层柳林隧道地质均为砂泥岩地质，部分地段泥岩富含地下水，围岩自稳能力差，开挖后及时对掌子面进行封闭堵排处理并及时支护。下穿李家沟水库柳林隧道在DK214+507下穿李家沟水库，水库长×宽约为200m×80m，平均水深3m，线路中心距水库大坝下游约4m，拱顶埋深约42m，采用帷幕注浆止水措施通过该水库。地质探孔李家沟水库24m中卫二、工程特点柳林隧道地质多为砂岩泥岩互层，节理、裂隙发育且基岩富含裂隙水，成拱性差，围岩自稳能力弱，加之可能存在的瓦斯、承压水、下穿水库等不良地质的存在，柳林隧道的地质条件极为复杂，施工难度大，另外柳林隧道全长7631m，为特长隧道，工期紧，施工任务量大，这就要求我们从前期施工调查准备、施工过程的安全控制、质量控制等方面制定有针对性的措施来确保柳林隧道安全、优质、按期完工。下面列出柳林隧道施工过程中具体的几条做法共大家交流参考：

1、深入调查研究，优化设计

2、针对特殊地段制定针对性方案

3、加强过程控制，优化施工工艺

4、控制超欠挖，加强光爆

5、优化资源配置，快速均衡生产

6、综合考虑，一车多用，节约成本三、本工程实施过程中采取几点做法1、深入调查研究，优化设计柳林隧道考虑工期、地形、地质及施工条件，设计增设2座施工斜井作为辅助坑道，设计参数见表1(以柳林隧道1号斜井为例)。由于本线设计比较仓促，设计勘查还不是十分详尽，因此详尽的施工调查十分必要，柳林隧道1号斜井设计长度555m(位置如图2)，项目部进场后，从斜井进洞条件、弃碴运距、斜井位置、斜井洞身坡度限制、场地布置等方面整体综合考虑，结合现场地形地貌详细调查，最终将1号斜井位置优化调整至图示位置(见图2)，斜井位置调整后，斜井长度缩短198.8m，出碴运距缩短400m，对加快施工进度，确保柳林隧道总工期的如期兑现提供了有力的保障。而且调整后洞口施工场地相对开阔了许多，雨季防洪也较为有利，对于斜井口附近施工场地布置、现场文明施工都会有很大的改善。因此详尽的施工调查不仅能很好的节约成本而且对确保工期、改善文明施工也有重要作用。表1斜井参数表斜井名称辅助坑道与线路交会里程平面长度(m)井身倾角(°)平面夹角(°)运输方式1#斜井设计DK211+6205552.2345无轨运输优化356.24.7685

图2

1＃斜井口2、针对特殊地段制定针对性方案柳林隧道进口位于柳林县穆村镇西，进口处为一砖厂弃砖堆积体，结构松散,地面坡度约1：1，洞口上方7m有一乡村道路，从洞口处的地形地貌及地质条件看，如何确保安全、快速进洞尤为重要，因此我们本着“早进晚出”的原则，尽可能的减少对原有地表的扰动破坏，根据洞门型式、洞口处地形地貌、地质条件采用超前大管棚预支护下预留核心土台阶法进洞方案。针对洞口特殊地质、地形确定最佳进洞方案柳林隧道进口洞门型式为斜切式洞门，原设计洞门里程为DK208+367,明暗交界里程为DK208+382，明洞长度15m，经现场实际放样，综合考虑洞口堆积体大小及洞口上方道路位置等因素，保持原洞门里程不变，将明暗交界里程调整至DK208+380，明洞长度缩短2m,这样减少仰坡刷坡量，尽量保持原有地表形态。(见图3)

明洞施工前在洞顶道路布设观测点，每天记录测量数据并及时分析，洞顶上方的截排水沟做好后再进行明洞开挖，自上而下分层开挖，每层高度1－2m，随开挖随即进行边仰坡的锚喷网防护。明洞开挖时在DK208+378～DK208+380段预留核心土体，压实修整后作为管棚套拱的底模，在核心土体上施做导向管及浇筑套拱，然后打设φ108管棚，在管棚的棚护下采用预留核心土台阶法开挖进洞。(见图4)从现场地表及洞内监测数据看，洞内围岩、边仰坡变化很小，实际也证明了在该种地质条件下的进洞方案是成功的。柳林隧道进口返回图3图4柳林隧道在DK210+400～DK211+245段存在承压水及在DK214+507通过李家沟水库，施工至此特殊地段时，加强对该段的地质超前预报工作，对该特殊地段地表水位、水井、出露泉眼进行定期观测，对洞内地下水渗流情况进行监测，根据实际的水文地质情况判定地下水状态，当地下水状态为Ⅰ(渗水量＜10L/min*10m)，采用喷射混凝土封堵渗水；地下水状态Ⅱ级、Ⅲ级（10～25L/min*10m，25～125L/min*10m），采用径向注浆止水措施，在通过DK214+400～DK214+600段李家沟水库库底时采用帷幕注浆止水措施。通过水库及承压水特殊地段处理方案通过水库及承压水特殊地段除采取上述措施外，还应以下措施：⑴除采取TSP203地质超前预报手段外，结合现场实际条件，利用风钻在掌子面拱部及两侧拱脚、边墙脚上1.0m处钻设5个超前探孔眼，探孔眼长4～6m，通过探孔眼内水量变化确定相应措施；⑵严格控制开挖进尺，控制周边眼装药量，根据围岩地质调整爆破参数；⑶加强对围岩的监控量测，加密量测断面及量测频率；⑷开挖后及时支护，尽早封闭围岩，对个别出水点及时布设盲管引排；⑸加强对防水板的铺挂及焊接质量检查及控制，因为防水板铺设质量的好坏直接影响二衬结构的耐久性，针对该富水地段，成立防水板铺挂焊接质量检查小组，重点检查是否有漏焊、假焊、焊穿现象。泥岩富水地段处理方案柳林隧道部分地段为泥岩富水段，围岩自稳能力差，针对这种地质必须采取针对性措施以确保施工安全。⑴结合现场实际条件，利用风钻钻设超前探孔眼，探孔眼长4～6m，通过探孔眼的打设速度、浆液颜色、孔内水量等因素判定围岩级别，进而确定爆破参数，调整开挖进尺；⑵开挖后及时支护，尽早封闭围岩，必要时采取加强支护措施；⑶对围岩内的地下水，做到以排为主，排堵结合，因地制宜，在出水点部位集中打设钢花管，开挖轮廓面布设盲管进行引排；小量渗水区域则及时喷射砼封闭围岩，防止地下水浸泡软化围岩；⑷其它技术要求参照前面“过水库及承压水段处理方案”。3、加强过程控制，优化施工工艺过程控制是施工质量控制和进度控制的基础，是确保施工质量和工区的一项重要工作，把过程质量控制划分为具体的工序过程，建立工序质量控制点，编制相关工序的作业指导书，对人员、机械设备、材料、操作方法、生产环境、过程参数等提出具体的技术要求，并在施工现场设立工序流程牌以指导、规范施工。进度控制则通过对施工过程中各工序的循环时间进行统计，确定作业时间目标作为指导依据，通过对工序时间的控制来确保工期目标的实现。为保证工程质量，必须强化施工工艺管理，规范施工工艺，通过工艺试验,提高工艺工作的准确性，在工艺文件中编制关键工序控制点表，列出重要的控制参数和控制内容并标识清楚。操作人员必须严格遵守工艺操作规程，当发现控制点不能满足要求时，立即向工艺小组汇报，工艺小组应组织有关人员进行分析、改进和提高，通过对施工工艺的强化管理来保证隧道施工各道工序的施工质量。施工现场设立工序流程牌以明确、规范、指导施工上图为柳林隧道III级围岩全断面开挖循环网络图，统计时间为平均时间柳林隧道地质条件复杂，详尽掌握前方围岩情况对于确保隧道安全顺利施工非常重要，因此采用地质超前预报技术尤为重要，有利于提前采取针对性措施，确定并选择有效的施工方案，为动态施工提供理论性指导，将地质超前预报作为一道工序，贯彻于隧道施工全过程，特别是下穿李家沟水库及承压水地段作为重点。针对本项目特点成立科技室，在项目总工程师的领导和组织下开展工作，结合现场实际情况，采用地质超前预报、超前探孔眼、地质写实相结合的综合围岩判定方式。采用地质超前预报技术湿喷砼工艺湿喷砼较干喷能更好的确保洞内作业环境，砼回弹量小，有利于控制成本，而且湿喷能购保证喷射砼的质量定位钢筋在仰拱填充顶面打设定位钢筋，在定位钢筋上标示出仰拱内外层钢筋的位置，做到准确定位，间距符合规范要求定位仰拱钢筋拱墙钢筋仰拱栈桥跳槽施作仰供工艺防水板为复合式防水板，采用无钉铺挂工艺，拱部垫片环纵向间距0.5－0.8m,边墙0.8－1.5m防水板无钉充气检查防水板焊缝利用5号注射针与压力表连接，充气泵加压，当压力表达到0.25MPa时停止充气，保持15min，压力下降在10％以内，说明焊缝合格4、控制超欠挖，加强光爆柳林隧道所经区域岩层均为砂、泥岩水平地层，薄～中厚层状，节理裂隙发育，岩体破碎，地质情况较差，光面爆破效果很难保证，从现场统计资料看，光爆的控制对隧道施工的成本、进度、安全综合效益的影响很大，下面列出了光爆控制对隧道施工的影响。表2光爆控制对隧道施工影响表影响项目隧道的经济影响隧道的安全影响影响内容超欠挖控制不好增加爆破成本费超欠挖使围岩产生局部应力集中，围岩塑性区增大，开挖后洞身变形大长距离超挖浪费大量人力、物力超欠挖超过规范要求而导致二次开挖，围岩受扰动次数增加超挖增加出碴量，延长作业时间超挖回填砼，增加额外费用，降低进度超挖后回填不密实，使结构受力处于不利状态柳林隧道的砂泥岩水平岩层钻爆施工中，消除超欠挖是不可能的，但可以将超欠挖控制在最小的范围内，因此必须加强隧道的光爆控制，从测量放线、钻孔、爆破等方面予以控制。4.1准确放样，精确控制周边眼孔位及方向钻孔前，测量人员按照技术交底将开挖轮廓线标注在掌子面上，并把周边眼孔位明确标出，每次放样均要测量两帮里程，及时消除两侧进尺不一致而造成的标注轮廓线误差，放样出钻孔方向的导向线，放样完毕，由熟练技术工人钻制周边眼，确保周边眼相互平行且同开挖断面中心轴线平行，炮眼顺直并保证眼底在同一平面上。4.2实施光爆通过周边眼的精确打设，实施光爆技术，增加周边眼的数量，特别是增加拱腰部位的炮眼数量，减少装药量，对砂泥岩水平地层的围岩光爆有很好的效果，以柳林隧道进口Ⅲ级围岩全断面开挖为例，光爆设计图见图5。图54.3强化管理，与经济效益挂钩在柳林隧道开挖过程中，成立光爆小组，强化管理，减少钻孔误差，提高钻孔质量，严格按钻爆设计装药，将光爆与钻爆人员工资、奖金挂钩，以钻爆质量来决定人员的工资、奖金的发放，通过测量数据来考核钻爆质量；另外加强施工技术人员的培训，通过聘请技术过硬工人参予施工，制定严明的“罚一奖二”制度，即规定径向偏差超出规定的1cm，罚1cm出碴及衬砌回填所需的成本费用，减少1cm就奖2cm出碴及衬砌回填所需的成本费用。通过上述措施的实施，柳林隧道的光爆起到了很好的效果。5、优化资源配置，快速均衡生产柳林隧道为特长隧道，工期紧，任务量大，机械化作业程度高，机械设备配置以满足工期、施工工艺要求，按照“经济合理、满足需求”的原则并考虑备用量，确保机械配置达到最佳组合。以柳林隧道1号斜井工区为例，柳林隧道1号斜井工区承担正洞3348m的施工任务，太原方向1353m，中卫方向1995m(见图6)，施工时太原和中卫方向两个工作面同时作业，这就要求钻爆、装运、支护、衬砌等机械化作业线机械配置合理有效,最大限度地提高设备的利用率，同时要考虑长距离通风和高压进洞的机械配置。下面列出柳林隧道1号斜井两个工作面同时作业的机械最佳配置。1995m1353mDK213+615DK210+267DK211+6201#斜井工区施工任务3348ｍ中卫太原图6钻爆：每个工作面各配置1台开挖台架，其中中卫方向开挖台架利用1号斜井开挖台架改装，每个工作面各配置12台气腿式凿岩机钻眼；装运：每个工作面各配置1台ZL50C装载机、1台DHL220挖掘机，出碴车共计配置5台满足两个工作面的出碴要求；支护：采用风钻钻孔，人工安装锚杆、钢架和钢筋网，湿喷机喷射砼，每个工作面各配置2台湿喷机；砂浆(中空)锚杆采用注浆机注浆，每个工作面各配置1台。仰拱、衬砌：仰拱采取仰拱栈桥全幅超前施作，每个工作面各配置1幅栈桥，跳槽开挖施做仰拱；每个工作面各配置1台防水板铺设台架，9m、12m液压模板台车施作衬砌。砼设备：根据两个工作面同时施做砼工程的用量，砼拌和站统一协调，综合考虑，两个工作面共配置如下设备即可满足作业要求：2台JS750拌和机、2台JS500拌和机、1台ZL30E装载机、2台输送泵，3台6m3砼运输车、2台3.5m3砼运输车。通风设备：2台SDF110KW轴流通风机。通风机配置按照以下四种状态计算需风量，取最大需风量进行风机配置。⑴按洞内同时工作的最多人数计算需风量：洞内作业最多人数按200人计算所需风量920m3/min;(计算过程略)⑵按排出炮烟计算风量:排烟时间按40min，独头通风长度2000m，炸药单耗0.8kg/m3,循环进尺3.5m，计算所需风量1524m3/min;(计算过程略)⑶按允许最低风速计算风量：风速0.2m/s,计算所需风量1440m3/min;(计算过程略)⑷按稀释和排除内燃机废气计算风量：采用柴油机额定功率系数法计算，根据本隧道施工装载机、挖掘机、自卸汽车排除的废气计算风量为1755m3/min;(计算过程略)

根据以上多种计算结果取最大值1755m3/min作为控制设计通风量，采用2台SDF110KW风机洞内串联即可满足施工通风要求。6、综合考虑，一车多用，节约成本柳林隧道衬砌内轮廓共有六种型式，内轮廓半径分别是6.05m、6.11m、6.55m、6.60m、6.81m、6.87m(具体见下图)，模板台车加工之前，技术人员熟悉图纸，理解设计意图，统筹考虑，除要考虑台车强度、刚度、平整度、车辆通行、轮廓尺寸等因素外还应考虑成本因素，综合多方因素研究确定台车加工方案，把技术要求及意图交底给加工厂家，设计出符合特定施工工艺要求的模板台车。电力设备及其它：2台630KVA变压器，1台200KVA移动变压器(高压进洞)，1台250KW发电机，6台20m3电动空压机。从柳林1号斜井现场实际统计，上述配置基本达到最优化，工序组织紧凑，机械闲置率低，配置合理，基本达到设备的最大利用率。柳林隧道模板台车设计取消了以往先施工“矮边墙”的做法，模板台车底部模板直接作用在仰拱填充顶面(见下图)，这样减少了超前施工工序，减少了一道施工缝及施工缝的处理，有利于加快工序循环，减少投入，节约成本，也可避免仰拱、过渡段一次施工高度过大，仰拱难以成型的弊端。通过在台车底部设置过渡段模板块，底部模板块通过铰链与