中建隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

隧道穿越煤系地层巷道

专项施工方案

（格式最终版）

中国建筑一局（集团）有限公司

年月日

隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

目录

1编制依据............................................................................................................................................1

1.1施工组织设计..........................................................................................................................1

1.2勘察设计文件..........................................................................................................................1

1.3国家、行业、地方规范规程..................................................................................................1

1.4法律、法规及规范性文件......................................................................................................2

2工程概况..............................................................................................................................................................................2

2.1工程和各参建方基本情况......................................................................................................2

2.2工程简介..................................................................................................................................3

2.3分部分项工程简介..................................................................................................................4

2.4工程地质、水文概况..............................................................................................................6

2.5设计概况..................................................................................................................................8

2.6工程重点及难点分析............................................................................................................15

3施工总体部署..................................................................................................................................................................16

3.1方案比选................................................................................................................................16

3.2组织机构................................................................................................................................17

3.3施工进度计划........................................................................................................................19

4施工准备............................................................................................................................................................................19

4.1技术准备................................................................................................................................19

4.2材料准备................................................................................................................................20

4.3机械设备准备........................................................................................................................20

4.4测量、监测准备....................................................................................................................22

4.5劳动力准备............................................................................................................................22

4.6试验准备................................................................................................................................23

4.7施工供风、供水、供电、通风、照明及排水系统准备....................................................23

5施工工艺............................................................................................................................................................................25

5.1施工工艺流程图....................................................................................................................25

6主要施工方法..................................................................................................................................................................26

I

隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

6.1施工准备................................................................................................................................26

6.2超前地质预报.......................................................................................................................26

6.3测量放样................................................................................................................................28

6.4工作室开挖支护....................................................................................................................31

6.5导向墙施工............................................................................................................................31

6.6管棚钻孔施工........................................................................................................................33

6.7钢管制作及安装....................................................................................................................35

6.8钢管注浆................................................................................................................................35

6.9掘进........................................................................................................................................36

6.10初期支护..............................................................................................................................39

6.11防水及二次衬砌..................................................................................................................40

6.12注浆回填..............................................................................................................................49

7监控量测............................................................................................................................................................................50

7.1监测目的................................................................................................................................50

7.2监测内容................................................................................................................................50

7.3监测方法................................................................................................................................50

7.4监测断面和测点的布置........................................................................................................51

7.5监测频率................................................................................................................................51

7.6瓦斯监测................................................................................................................................52

8检查验收............................................................................................................................................................................52

8.1验收标准................................................................................................................................52

8.2验收人员................................................................................................................................52

8.3验收程序................................................................................................................................53

8.4验收内容................................................................................................................................53

9进度保证措施..................................................................................................................................................................56

10质量保证措施...............................................................................................................................................................57

10.1保证措施..............................................................................................................................57

10.2质量通病预防措施..............................................................................................................61

II

隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

10.3施工质量保证措施.............................................................................................................79

11安全施工保证措施.....................................................................................................................................................82

11.1风险源辨识、评价以及应对措施......................................................................................82

11.2安全目标..............................................................................................................................84

11.3安全保证体系及组织机构.................................................................................................84

11.4安全技术措施.....................................................................................................................86

11.5专项安全措施......................................................................................................................87

11.6安全防范措施.....................................................................................................................92

11.7安全生产检查制度.............................................................................................................97

11.8消防及环保措施.................................................................................................................97

12应急预案.......................................................................................................................................................................100

12.1花鼓山隧道工程危险源辨识、风险评估及控制措施...................................................100

12.2应急保障体系...................................................................................................................122

12.3应急处理程序...................................................................................................................128

12.4外援急救申请...................................................................................................................130

12.5突发性事故应急处理.......................................................................................................130

12.6隧道逃生管设置措施.......................................................................................................132

12.7应急物资及队伍保障.......................................................................................................133

13文明施工及环境保护措施....................................................................................................................................133

13.1完善健全管理制度...........................................................................................................133

13.2文明施工技术措施...........................................................................................................134

III

隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

1编制依据

1.1施工组织设计

序号施组名称编号编制日期

国道G533水西至仙女湖（新余市绕城段）一级

1ZJ-XYHC0012017.10

公路改建工程实施性施工组织设计

1.2勘察设计文件

序号图纸名称出图日期

国道G533水西至仙女湖（新余市绕城

段）一级公路改建工程

两阶段施工图设计

12017.08

A3标段(K21+820～K25+960、K27+460～

K33+060)

第四册第一分册

国道G533水西至仙女湖（新余市绕城

段）一级公路改建工程

2两阶段施工图设计2017.08

A3标段(K21+820～K33+060)

工程地质报告（全一册）

新余市国省道（G533、S221和S312）绕

32017.09

城一级公路改建工程施工图设计（技术交底）

1.3国家、行业、地方规范规程

序号类别标准名称编号

混凝土结构工程施工质量验收

1GB50204-2015

规范

工程建设国

2家标准地下工程防水技术规范GB50108-2008

（GB）

3工程测量规范（附条文说明）GB50026—2007

4公路隧道施工技术规范JTG/TF60-2009

公路隧道施工地质预报技术规

5DB42/T561-2009

程

工程行业标

6公路隧道施工技术细则JTG/TF60-2009

准（CJJ）

7钢筋机械连接技术规程JGJ107-2016

8公路工程技术标准JTGB01-2017

1

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序号类别标准名称编号

9公路工程质量检验评定标准JTGF80/1-2004

施工现场临时用电安全技术规

10JGJ46-2005

范

11公路工程施工安全技术规范JTGF90-2015

1.4法律、法规及规范性文件

序

名称编号

号

1中华人民共和国安全生产法国家主席令第13号

2建设工程安全生产管理条例国务院393号

3安全事故应急预案管理办法国家安监总局令第88号

4危险性较大的分部分项工程安全管理规定建办质〔2018〕31号

5危险性较大的分部分项工程管理规定住建部令第37号

江西省危险性较大的分部分项工程安全

赣建安（2019）11号

6管理实施细则

7建设工程质量管理条例国务院令第279号

中国建筑一局（集团）有限公司建设工程技

82019版

术质量红线

2工程概况

2.1工程和各参建方基本情况

序号项目内容

新余市国省道一级公路绕城改建工程

1工程名称

（环城路）PPP项目

2工程地址江西省新余市

3建设单位新余市交通运输局

4勘察单位江西省交通设计研究院有限责任公司

5设计单位江西省交通设计研究院有限责任公司

2

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6监理公司上饶市赣东公路工程咨询有限公司

7质量监督新余市交通工程质量监督站

8施工总包中国建筑股份有限公司

9劳务分包娄底市恒通劳务有限公司

湖南省交通规划勘察设计院有限公司

10监控量测

试验检测中心

11施工范围花鼓山隧道

12合同工期2017年9月15日至2019年9月15日共计：24个月

13质量创优目标集团“精品杯”工程；争创江西省优良工程

2.2工程简介

花鼓山隧道位于新余市北郊，马洪乡与下村镇的交界处，在马洪乡的内塘村与下

村镇的袁家村之间横穿花鼓山，花鼓山隧道是一座上下分离的四车道高速公路中隧道。

花鼓山隧道的起讫里程桩号为：左洞ZK22+590～ZK23+367，长777米，右洞

YK22+574～YK23+360，长786米，左右洞相距约20米，隧道东轴线为东西走向，

隧道设计路面标高（黄海高程系统）左洞为110.226（隧道进口）～110.940（隧道出

口）米，右洞为110.018（隧道进口）～110.996（隧道出口）米。隧道左右均线位于

直线内。左右隧道纵断面线型均为人字坡：1.3%—0.8%。

图2.2-1花鼓山隧道出口端

3

隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

2.3分部分项工程简介

隧道在开挖至K23+154附近时，通过超前地质雷达扫描（有效距离25-30米），

发现在掌子面前方5m区域左上方有一条早期煤矿开采留下的巷道，在后续的开挖中

发现，该巷道与隧道中轴线夹角约60°，从隧道左侧拱顶斜向穿过隧道，巷道宽约

4.4m，高约3.8m，与隧道左洞相交长度约20m。

当隧道开挖至ZK23+149时，发生了大面积坍塌，塌腔体的纵向长度约8m，径

向深度约5m，横向长度约6m，塌方量约240m3，且塌方体中伴有突水。

图2.3-1巷道走向纵剖面示意图

图2.3-2巷道走向平面示意图

4

隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

图2.3-3巷道走向横断面示意图

5

隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

图2.3-4现场情况查看

图2.3-5巷道实景图

2.4工程地质、水文概况

2.4.1水文概况

花鼓山隧道地处亚热带温润季风气候区，气候温和，日照充足，雨量充沛，无霜

期长，严冬较短，一年四季气候分明，春季冷暖多变，多阴雨低温，盛夏高温炎热，

伏秋晴多易旱，冬季寒冷干燥。全市年平均气温在18℃之间，最热月月平均气温为

29.5℃之间，最冷月1月平均气温为5.8℃，历年极端最高气温为40.6℃，极端最低

气温-8.3℃。年平均降雨量1590.2毫米，近50年最大降雨量为2101.0毫米，出现在1984

6

隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

年，降水量在时间分配上不均匀，集中雨季在4-6月，且多大雨和暴雨。年平均日照

为1655.4小时，无霜期281天，年平均蒸发量1497.8mm，低于平均降雨量，新余风

力多2级（历年平均风速20米/秒），全年各月的平均风速变化不大。

花鼓山隧道所处的花鼓山为袁河支流马洪河与下河村的分水岭，隧道区的地表水

系不发育，所处山体未见水库、水塘等地表水体，山势陡峭，山坡多为雨季降水形成

的季节性面流，沟谷地可能形成短暂季节性洪流。隧道进口附近最大地表水体主要为

内塘水库，隧道出洞口附近为袁家水库。

2.4.2地理结构及岩性特征

根据地质调查及区域资料分析，隧址区主要地层为三叠系安源组（T3an）以及三

叠系大冶组(T1d)，安源组地层岩性主要为灰黄、灰黑色中厚层状长石石英细砂岩夹

薄层状粉砂岩、炭质页岩及煤层，底部含燧石细砂岩，具有波状层理，厚度44-

662m。在隧道区地层产状为135°-156°∠45°-58°，其走向与隧道呈大角度相交，岩性

软硬相间，裂隙非常发育，岩体较破碎，其组成的围岩洞室稳定性较差，大冶组地层

主要岩性为上部：灰白色，灰黑色中厚层状灰岩或白云质灰岩夹灰绿、紫红色页岩、

粉砂岩、砂质页岩和灰岩透镜体，该层岩体风化层巨厚，岩质软硬相间，总体较坚硬，

裂隙发育，岩体较破碎，岩溶较发育，对隧道组成的围岩洞室，洞门稳定性较差。

根据勘察设计地质资料得知，隧道洞口区地层结构自上而下依次为：第四系地层

（Q）和三叠系安源组（T3an）地层、三叠系大冶组(T1d)。

2.4.3不良地质

根据工程地质资料描述及超前地质预报，该段隧道区域内的不良地质现象存在以

下几点：

1）裂隙

洞内围岩节理裂隙发育，岩体破碎，隧道稳定性差，在隧道施工过程中易坍塌；

2）涌水

由于洞内存在裂隙，地下水丰富，存在巷道积水和裂隙水，当隧道开挖至本段时，

会产生突然涌水现象；

3）煤层及有毒、可燃气体

该隧道区地质调绘及钻孔揭露的主要岩性为灰黄、灰黑色中厚层状长石石英细砂

岩夹薄层状粉砂岩、炭质页岩及煤层，局部含碳量较高，煤层已存在膨胀变形，可能

7

隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

存在有害、可燃气体。

4）变形坍塌

隧道开挖至不稳定煤层时隧道易变形坍塌，对隧道围岩稳定性不利。煤系地层隧

道开挖后具有沿垂直层理方向的膨胀、应力释放及变形特点。对本段围岩的监控量测

结果显示，裂隙纵横交错，围岩有膨胀性，对初期支护不利，易变型，需要对初期支

护进行结构加强处理，增加变形预留量，加强围岩沉降收敛监测。此类围岩岩体破碎，

裂隙发育，随着水作用时间的延长，密度会逐渐减小，膨胀作用使岩体软弱，结合性

差，状态松散。

2.4.4地质构造对隧道工程的影响

受区域地质构造的影响，隧道区域内岩体较破碎，其成洞性差，隧道施工至破碎

带和构造裂隙时，容易引起掉块，甚至是洞壁岩体发生剥离等现象，不利于隧道的稳

定性。同时破碎带一般为地下水的富集地带，为区内的富水层，具承压性，当隧道施

工到破碎带时，常发生涌水现象。

隧道区为条带状分布的局部突兀丘陵山体，且岩体结构比较破碎，水平应力多已

消散，所以隧道区的主要地应力为垂直方向的自重应力。隧址区分布地层岩性有中厚

层长石石英细砂岩夹薄层状粉砂岩、炭质页岩及煤层等，以软质岩为主，开挖过程中

洞壁岩体容易位移，持续时间长，成洞性差，基坑有隆起现象，成形性较差。

2.5设计概况

2.5.1设计参数

表2.5.1-1ZK23+084-ZK23+175/YK23+102-YK23+209段设计参数表

序号设计内容设计值

1设计荷载公路—Ⅰ级

10.75m：0.75(检修道)+0.50(侧向宽度)+2×3.75（车道宽

2隧道净宽

度）+1.0（侧向宽度）+1.0（检修道）

3隧道净高5.0m

4设计速度50km/h

5净空断面面积68.31m2

6净空断面周长32.35m2

7净空断面高度7.21m

8

隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

8宽度10.75m

9高宽比0.671

10面积利用率0.824

管棚长度40m，采用Φ108mm×8mm热轧无缝钢管制作

而成，导向墙厚度60cm，导向管Φ133mm×11mm热轧

无缝钢管制作而成，环向间距50cm，长度100cm，安装

11长管棚角度≥1°，固定方式采用φ16Ω钢筋进行固定焊接，导

向墙工字钢为I18，间距为45cm/榀，工字钢之间采用Φ

22钢筋纵向焊接，环向间距80cm，采用C30泵送砼进行

浇筑。

支护采用I20工字钢，安装间距50cm，工字钢之间采用

Φ22钢筋连接，与围岩密贴，并与岩体一起，形成承载

结构。钢筋网采用Φ8钢筋焊接加工而成，钢筋网间距按

20cm×20cm布设；将钢筋网片与钢拱架焊接成为一体，

12初支支护增加整体效果，网片事先在洞外加工成型。锁脚锚杆采用

L型Φ22钢筋，长度为4.5m/根。底部至拱肩处布设系统

锚杆，锚杆采用Φ22钢筋，长度为4.5m，环向间距1m，

纵向间距50cm，灌浆须饱满。锚杆入孔深度不得小于设

计长度95%。

主筋采用HRB400/Φ22，间距20cm×20cm，分布筋采用

HRB400/Φ12，间距35cm，箍筋采用HPB300/Φ8，梅花

13二次衬砌

形布置，间距40cm，在拱顶预埋Φ140注浆孔，间距为

5m，衬砌混凝土采用C30泵送混凝土。

纵向盲沟采用φ100mmHDPE管，半打孔；衬砌拱，墙背

后设环向盲沟，采用TS50软式透水管，间距5m一环。

横向排水管与隧道排水沟相接，每5m设置一道，路面下

1423防排水

设置横向φ50mmHDPE单壁打孔波纹管，纵向间距为

10m。防水板采用1.2mm厚EVA防水板，止水带采用膨

胀式止水带和EVA背贴式止水带。

9

花鼓山隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

图2.5.1-1长管棚设计图

10

花鼓山隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

图2.5.1-2衬砌钢筋构造图

11

花鼓山隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

图2.5.1-3复合式衬砌示意图

12

花鼓山隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

图2.5.1-4复合式衬砌防排水图一

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花鼓山隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

图2.5.1-5复合式衬砌防排水图二

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2.5.2本段地质状况

该段隧道围岩为博层状炭质页岩、页岩、砂岩夹煤层，岩石风化较强烈，裂隙发

育，岩体破碎~较破碎，为镶嵌块状结构；岩层倾角大，对围岩稳定性影响不利。裂

隙水，水量较丰富，以点滴状和淋雨状出水为主。

2.6工程重点及难点分析

序号施工难点措施

施工过程中严格执行超前地质预报工作并

此段隧道区内岩体较破碎，岩性

制定有效的应急措施，根据预报结果做好施工

软硬相间，裂隙非常发育，其成洞性

1方法的调整和优化，并合理安排资源配置的施

差，施工过程中存在较大的安全风

工组织，以保证满足施工工期、质量、安全等

险。

和方面的要求。

①通过在掌子面后方5m范围，开挖工作

此处隧道通过煤系地层，通过调室，施做长管棚，可安全高效跨越煤系巷道。

查了解，此处隧道通过早期煤矿开采②采用弱爆破进行开挖，减小每一循环进

2

留下的巷道，巷道尺寸大，且与隧道尺，同时加大工字钢型号，减小工字钢间距。

斜交，交汇长度长，施工难度大。③对巷道采用轻质混凝土进行回填注浆，

减轻回填体对隧道拱顶的压力。

煤系地层隧道开挖后具有沿垂直

层理方向的膨胀、应力释放及变形特

点，可能发生大面积坍塌。由于洞内

针对此处隧道围岩特点制定严格有效的应

存在裂隙带，地下水丰富，当隧道开

急措施，保证施工安全。坍塌发生后及时进行

挖到这些地带时，可能会产生涌水现

3回填，并在回填体表面喷射混凝土，在掌子面

象。坍塌体中伴有流水现象，隧道开

下方布设泄水孔，挖设排水沟，及时将流水排

挖难度增大，施工安全风险高。

出。

15

花鼓山隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

3施工总体部署

3.1方案比选

3.1.1长管棚法与钢梁悬挑法

表3.1.1-1长管棚法与钢梁悬挑法对比表

方法长管棚法钢梁悬挑法

①经济性：长管棚需施做导向墙，施

①经济性：钢梁悬挑法只需要采用

工成本较高。

工字钢进行悬挑施工，所需材料少，具

②安全性：管棚两端进行受力，可安

有良好的经济性。

全穿越煤系巷道，安全系数高，适用于穿

优缺点②安全性：钢梁悬挑法是单端受

越大巷道施工。

力，安全系数低。

③可靠性：钢管棚施工工艺成熟，对

③可靠性：钢梁悬挑法施工效率

于煤系巷道位于隧道顶部施工具有可靠

高，但只适用于小尺寸的煤系巷道。

性。

本工程中的巷道长度大约为25m，其长度尺寸超过10m，属于大巷道施工，同

时经济性、安全性和可靠性进行考虑，最终选择长管棚法进行穿越巷道施工。

3.1.2回填材料选择

表3.1.1-2轻质混凝土与吹砂法对比表

方法轻质混凝土吹砂法

①经济性：轻质混凝土价格稍贵。

（520元/方）①经济性：采用普通C20混凝土，

②比重：密度小，具有较好的轻量价格稍便宜。价格相差不大。（440元

性，环保性能好。流动性好对支护保护性/方）

优缺点好。②比重：比重大，流动性差，易堆

③强度：轻质混凝土具有重量轻，积，回填不均匀密实，效果较差。

强度低的特点，适用于不用承压的空腔回③强度：具有较强的耐压强度，适

填。用于回填体承压的空腔。

该工程中，巷道位于隧道顶部，无需承载较大压力，若采用吹砂法进行填充，

会增加隧道拱顶压力，故采用轻质混凝土进行填充，安全系数高。

16

花鼓山隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

3.2组织机构

3.2.1组织机构图

项目经理

执行经理

周永新

安总

全生产经理会

总周永建计

质量总监总工程师商务经理

监张利华师

杨志张海波刘明明

:刘卫顺:

詹王飞邹

飞嘉欣

安全商物综

生产质试技测工协务资财合

监督量验术量程调管设务办

管理部室部部部部理备部公

部部部室

第一分部第二分部第三分部第四分部

分包单位

图3.2.1-1组织机构图

17

花鼓山隧道穿越煤系地层巷道专项施工方案

3.2.2项目管理层分工及职责

表3.2.2-1项目管理层分工及职责表

序号姓名职务岗位职责

1周永新执行经理全面负责管理工作和人员调配等管理工作。

2张海波项目总工全面负责工程的技术管理工作。

3周永健项目生产经理全面负责施工现场生产管理工作。

4刘明明商务经理全面负责劳务分包合同、结算等商务管理工作。

5刘国伟技术部经理全面负责工程的课题及相关科技管理工作。

6詹飞安全总监负责施工过程中的安全与文明施工管理。

7谢军武物资负责人负责进场验收以及收料、发料工作。

8黄正平工区负责人