分离式隧道洞身开挖支护专项施工方案.docx
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分离式隧道洞身开挖支护专项施工方案
云浮至阳江高速公路罗定至阳春段
T*合同段
(K26+360-K34+910)
山奇岭隧道洞身开挖支护
专项施工方案
***工程有限公司
罗阳高速公路T*标项目经理部
2013年5月05日
第一章编制依据
1.1罗阳高速公路T*标《两阶段施工图设计》和《工程地质勘察报告》
1.2广东省公路建设标准化管理规定相关文件
1.3广东省罗阳高速公路建设管理手册
1.4罗阳高速公路T*标现场考察及实地调查结果
1.5公路隧道勘测规程(JTJ063-85)
1.6公路隧道施工技术规范(JTGF60-2009)
1.7公路工程施工安全施工技术规程(JTJ076-95)
1.8公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)
第二章工程概况
2.1工程简介
山奇岭隧道为分离式中隧道,左幅起讫桩号为ZK32+303~ZK33+265,长962m,最大埋深约115m,右幅隧道起讫桩号为K32+298~K33+272,长974m,最大埋深约115m,左幅隧道平面线形进口段位于R=1220m的圆曲线上,右幅隧道平面线形进口段位于R=1380m的圆曲线上,出口段均位于直线上。
左右幅隧道进出口段均为上坡,左幅纵坡坡度为+0.508%,右幅纵坡坡度为+0.86%,隧道进出口端轴线与等高线呈一定角度斜交,综合考虑隧道进出口的实际地形和地质情况,洞门均采用端墙式洞门,洞口段临时开挖边、仰坡采用锚喷支护。
隧道设置2处行人横洞,Ⅴ级围岩长度占左右线总长度的17.87%,Ⅳ级围岩占63.53%,Ⅲ级围岩占17.56%。
左右线围岩分级及衬砌类型如下表:
左线隧道围岩分级分段及衬砌类型划分一览表
序号
左线桩号
长度(m)
围岩级别
衬砌类型
1
ZK32+303~ZK32+308
10
Ⅴ
Sma+洞门
2
ZK32+308~ZK32+348
40
S5a
3
ZK32+348~ZK32+360
12
4
ZK32+360~ZK32+370
10
Ⅳ
5
ZK32+370~ZK32+410
40
S4a
6
ZK32+410~ZK32+420
10
S5b
7
ZK32+420~ZK32+450
30
Ⅴ
8
ZK32+450~ZK32+460
10
Ⅳ
9
ZK32+460~ZK32+500
40
S4b
10
ZK32+500~ZK32+510
10
Ⅲ
11
ZK32+510~ZK32+670
160
S3
12
ZK32+670~ZK32+680
10
13
ZK32+680~ZK33+190
510
14
ZK33+190~ZK33+200
10
S5a
15
ZK33+200~ZK33+220
20
Ⅴ
16
ZK33+220~ZK33+260
40
17
ZK33+260~ZK33+265
5
Sma+洞门
合计
962
右线隧道围岩分级分段及衬砌类型划分一览表
序号
右线桩号
长度(m)
围岩级别
衬砌类型
1
YK32+298~YK32+303
5
Ⅴ
Sma+洞门
2
YK32+303~YK32+343
40
S5a
3
YK32+343~YK32+350
7
4
YK32+350~YK32+360
10
Ⅳ
5
YK32+360~YK32+420
60
S4a
6
YK32+420~YK32+430
10
S5a
7
YK32+430~YK32+460
30
Ⅴ
8
YK32+460~YK32+470
10
Ⅳ
9
YK32+470~YK32+490
20
S4b
10
YK32+490~YK32+500
10
Ⅲ
11
YK32+500~YK32+670
170
S3
12
YK32+670~YK32+680
10
S4b
13
YK32+680~YK33+210
530
Ⅳ
14
YK33+210~YK33+220
10
S5a
15
YK33+220~YK33+227
7
Ⅴ
16
YK33+227~YK33+267
40
17
YK33+267~YK33+272
5
Sma+洞门
合计
974
隧道衬砌支护参数
衬砌类型
围岩级别
初期支护
二次衬砌厚度
预留沉降量(cm)
格栅或工字钢架
格栅或工字钢架间距(m)
附注
C20喷砼(cm)
锚杆
钢筋网(cm)
拱墙(cm)
仰拱(cm)
位置
长度(m)
间距(m)
S3
Ⅲ
10
拱墙
2.5(Φ22)
1.2×1.2
Φ8,单层20×20
35
—
3
—
—
药卷式锚杆
S4a
Ⅳ
22(含仰拱)
拱墙
3(Φ25)
0.7×1
Φ8,单层20×20
40
40
7
Φ22格栅
0.7
中空注浆锚杆
S4b
Ⅳ
22
拱墙
3(Φ22)
1×1
Φ8,单层20×20
40
40
7
Φ22格栅
1
药卷式锚杆
S5a
Ⅴ
28(含仰拱)
拱墙
3.5(Φ25)
0.7×1
双层Φ820×20
45
45
12
20b工字钢
0.7
中空注浆锚杆
S5b
Ⅴ
26(含仰拱)
拱墙
3.5(Φ25)
0.7×1
双层Φ820×20
45
45
10
18工字钢
0.7
中空注浆锚杆
2.2主要工程数量表
项目
Ⅴ级
Ⅳ级
Ⅲ级
行人横洞
左线182.0m
右线164.0m
左线600.0m
右线630.0m
左线170.0m
右线170.0m
35.5m
挖方(m³)
20309.6
18358.2
55616.3
58611.4
14747.7
14747.7
484.5
喷C20砼(m³)
1866.5
1715.4
3234.6
3396.3
408.7
408.7
52.0
Φ25中空注浆锚杆L=3.5m(m)
20930.0
18860.0
30554.0
32991.0
—
—
—
Φ22药卷式锚杆L=3m(S4b),2.5m(S3)
—
—
32200.0
32775.0
6375.0
6375.0
718.8
20b工字钢(Kg)
220628.0
274114.3
—
—
—
—
—
18工字钢(Kg)
64600.7
—
—
—
—
—
—
格栅钢架(Kg)
—
—
240346.2
255367.9
—
—
—
2.3工程地质情况
本隧道位于广东西部云开大山东部,地质构造属华南板块云开隆起带,经历多次构造活动,呈现出以云开大山穹窿为核部,在其东南部,发育北东向构造线为主的复式褶皱与断裂构造,北东东向次之,局部发育南北向构造的格局。
隧道洞身和出口各有一条破碎带,岩石风化强烈,裂隙发育,对隧道围岩级别有较大影响,同时破碎带往往储存有一定量的地下水。
在隧道施工时应加强超前探水、探软工作。
隧道进口围岩为第四系的残坡积粉质粘土—全风化岩,其结构松散,稳定性较差,纵向波速为510~1750m/s,围岩级别为Ⅴ级,开挖后无自稳能力,易引起塌方,洞口边坡及仰坡易受雨水冲蚀,开挖后及时采取防护措施。
2.4地形地貌勘查情况
山奇岭隧道位于阳春市河朗镇,属构造剥蚀低地貌单元,山顶与沟谷高差局部大于200m,山体高大,形态复杂,沟壑发育,山势陡峭。
隧道进出口位置地形较平缓,坡度约为26°,洞身两侧山坡26~38°。
进口段地形开阔,隧道轴线高程在124~249m。
隧道轴线地表位置附近沟谷中无水流,也无大的水体,位于隧道右侧沟谷中有溪流。
第三章总体施工安排
山奇岭隧道计划总工期为18.3个月,因该隧道地质较复杂,施工工序多且繁琐,为确保项目的顺利完工,必须制订科学而合理的施工计划。
洞身施工掘进拟从进出口两端同步开始,初支二衬紧跟开挖面。
Ⅴ级围岩月进尺一般在26—30m之间;Ⅳ级围岩月进尺一般在80—100m之间;Ⅲ级围岩月进尺一般在110—140m之间;
1、左线洞身开挖计划于2013年06月15日开始施工,2014年10月18日完工,工期489天;
2、右线洞身开挖计划于2013年07月1日开始施工,2014年11月10日完工,工期495天;
施工计划横道图:
时间
工序
2013年
2014年
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
左线
洞身开挖
初期支护
二次衬砌
右线
洞身开挖
初期支护
二次衬砌
第四章施工组织
4.1施工机械设备投入
山奇岭隧道地质条件复杂,施工工序衔接复杂,且工期要求紧。
为保证工期要求和进洞开挖的安全,本项目对施工机械的设备型号预以审核,确保进场机械能完全满足施工设计技术标准要求。
隧道开挖及支护工程主要机械设备如下表:
隧道开挖及支护工程施工主要机械设备表
序号
名称
数量
运行情况
备注
1
挖掘机
3
良好
2
装载机
4
良好
3
马担车
6
良好
4
发电机
2
良好
5
砼喷射机
2
良好
6
注浆机
2
良好
7
空压机
7
良好
8
电焊机
3
良好
9
钢筋冷弯机
2
良好
10
混凝土喷射机
2
良好
11
开挖台车
2
良好
12
二衬台车
2
良好
13
支腿式风动凿岩机
23
良好
14
轴流通风机
2
良好
4.2劳动力投入
负责山奇岭隧道施工的队伍配置一个中队。
隧道开挖及支护工程施工劳动力组合,根据生产情况,适当调整,生产劳动力计划如下表:
序号
工种
单位
隧道三队
备注
1
施工负责人
人
1
2
管理人员
人
6
3
测量人员
人
3
4
电工
人
2
电工证
5
安全员
人
1
安全员证书
6
运输班
人
12
每台车2名人员
7
机械设备班
人
10
有相关证件
8
掘进班
人
40
熟练工人
9
钢筋加工班
人
14
熟练工人
10
锚喷班
人
30
熟练工人
11
二衬班
人
40
熟练工人
12
其它人员
人
12
13
合计
人
171
4.3主要管理人员
山奇岭隧道为本标段控制性工程,且地质情况复杂,施工难度大;故特派施工管理和技术经验丰富人员进驻,组织实力雄厚的隧道队伍负责本项目施工。
同时聘请有经验的专家作为技术顾问组,协助处理日常施工出现的技术问题。
序号
姓名
性别
职务
职称
备注
1
男
项目经理
高级工程师
一级建造师
2
男
项目书记
工程师
3
男
项目总工
高级工程师
4
男
常务副总工
工程师
一级建造师
5
男
项目副经理/质检工程师
工程师
6
男
施工主管
工程师
7
男
隧道工程师
高级工程师
8
男
隧道工程师
技术员
9
男
质检工程师
工程师
10
男
测量主管
工程师
11
男
测量工程师
技术员
12
男
试验室副主任
路桥工程师
13
男
试验员/质检员
技术员
14
男
安全主管
注册安全工程师师
15
男
专职安全员
初级安全主任
16
女
经营室主管
工程师
17
男
会计主管
会计师
18
男
机械设备主管
机械助工
19
材料管理员
第五章洞身施工方案及工艺控制要点
5.1总体施工思路
本隧道采用新奥法施工,其开挖施工严格遵循“光面爆破、喷锚紧跟、监控量测及时反馈和修正”以及“少扰动、快加固、勤量测、早封闭”的原则,施工中贯彻“光面爆破定效率,初期支护保安全,监控量测明情况,排水通风讲文明”的工作思路。
采取人工配合液压台车钻孔爆破,挖掘机配合装载机出碴,无轨运输施工方案,大型湿喷机喷射混凝土,锚杆机钻孔,人工配合完成初期支护,二次衬砌紧跟,及时形成封闭自稳的环状结构体。
隧道洞身开挖施工顺序为:
测量画开挖轮廓线→布炮眼→钻炮眼→装药→爆破→通风→排险→洒水→出碴→初期支护→监控量测→全断面二次衬砌。
根据设计图纸,当左、右洞测设线间距小于22米时按照小净距隧道施工,小净距隧道Ⅴ、Ⅳ级围岩段采用台阶法开挖;在非小净距段Ⅴ级围岩地段及Ⅳ级围岩地段采用上下台阶法;Ⅲ级围岩采用全断面开挖法;2处人行横洞位于Ⅲ、Ⅳ级围岩段,开挖采用全断面光面爆破双向开挖中间贯通。
5.2主洞开挖施工方案
5.2.1小净距隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩段施工方案
1.施工方法
当左、右洞测设线间距小于22米时按照小净距隧道施工,小净距隧道最小间距按规范要求,两洞掌子面间距需大于2B(B为隧道开挖洞径),左右台阶交错开挖时,后行洞身先开挖靠先行洞身侧的导坑。
小净距隧道V、IV级围岩段采用台阶法同时上台阶预留核心土,下台阶左右导坑交错,即五步开挖法,如围岩整体性差、地下水丰富,则变更增加临时支护,采用侧壁导坑开挖法。
(见图5.2-1,图中阿拉伯数字表示开挖顺序,希腊字母表示支护施工顺序),初期支护紧跟在每一步的开挖之后。
先行洞室Ⅴ级围岩尽可能采用人工开挖,若需采用爆破必须采用控制爆破,Ⅳ级围岩可采用光面爆破,后行洞室必须采用预裂爆破。
台阶采用短台阶法施工,Ⅴ级围岩每循环进尺控制在0.6~0.8米,先行洞仰拱施作面须超前后行洞开挖面5米以上,如下半断面仅需人工开挖,则二衬离下半断面开挖面距离不大于15米,如下半断面需爆破,则二衬离下半断面开挖面距离应保持在20~30米之间。
(见5.2-2施工步骤图示意图)
图5.2-1小净距隧道IV、V级围岩段施工步序设计图
2.施工顺序
小净距隧道IV、V级围岩段开挖、支护顺序说明:
小净距隧道V、IV级围岩段采用台阶法开挖,施工顺序为(右洞先行):
1—右洞上半断面开挖→Ⅱ—右洞上拱部初期支护→3—右洞下半断面两侧交错开挖→Ⅳ—右洞下半断面两侧初期支护→5—右洞核心土体开挖→Ⅵ—右洞仰拱衬砌,完成上述步骤后可开挖左洞。
图5.2-2小净距隧道IV、V级围岩段施工步骤示意图
3.施工控制要点
(1)拱部和边墙开挖预留变形量:
软质岩深埋地段暂定为12cm,硬质岩深埋地段暂定为10cm,施工中可根据实际变形情况做适当调整。
(2)台阶的弃渣,采用挖掘机扒至下台阶装汽车,因此,上台阶的长度以既利于施作初期支护又利于装运出渣为度。
(3)必须努力克服超、欠挖,放炮开挖时,必须采用光面爆破作业,一旦发生超挖,必须用喷射砼回填。
5.2.2IV、V级围岩正常段施工方案
1.施工方法
在非小净距段IV级围岩地段及V级围岩地段采用上下台阶法(见图5.2-3,图中阿拉伯数字表示开挖顺序,希腊字母表示支护施工顺序)。
隧道开挖工序应安排合理,为减少各断面的相互影响,需要控制好断面间的距离,开挖完成后按设计要求及时施作锚杆、钢筋网、喷砼等初期支护,完成隧道开挖及初期支护后,立即进行仰拱二次衬砌混凝土的浇注,根据监控量测结果确定进行边墙、拱部二次模注砼的浇筑。
图5.2-3分离隧道正常段Ⅴ、Ⅳ级围岩正常段施工工序示意图
2.施工顺序
IV、V级围岩正常段开挖、支护顺序说明:
1—导坑上半断面开挖→Ⅰ—上导坑拱部初期支护→2—导坑下半断面开挖→Ⅱ—下导坑初期支护→Ⅲ—下导坑仰拱部初期支护。
分离隧道Ⅴ级围岩正常段挖采用短台阶法施工,台阶长度控制在5~10米,分离隧道IV级围岩正常段挖采用一般台阶法施工,台阶长度可根据实际情况适当调整。
由于山奇岭隧道采用喷射砼机组进行喷射砼作业,因此台阶的长度进行适当的调整,具体根据围岩的实际情况,当采用短台阶法时台阶长度约控制在3~8米,采用一般台阶法时,台阶长度约控制在50米以上。
3.施工控制要点
(1)开挖后先初喷3cm厚砼封闭围岩,打锚杆挂网,架立钢拱架,随即喷至设计厚度;非小净距段洞身Ⅴ级围岩地段衬砌范围采用短台阶法施工,台阶长度5~10m,洞身Ⅳ级围岩衬砌范围采用一般台阶法,台阶长度可根据施工实际情况适当加长。
(2)隧道开挖采用光面爆破,应严格控制装药量,防止爆破引起隧道拱部的楔形掉块,每循环洞碴运输完成后,严格做好该循环进尺范围内的排险工作,用挖掘机斗清除拱部松动或是裂隙发育岩块,避免掉块伤人。
(3)施工中必须加强施工过程中的监控量测工作。
5.2.3Ⅲ级围岩段施工方案
山奇岭隧道岩性、围岩级别变化较大,Ⅲ级围岩主要为微风化片岩,采用全断面开挖法,开挖完成后按设计要求及时施作锚杆、钢筋网、喷砼等初期支护。
全断面开挖施工采用手持汽腿式凿岩机打眼,多功能台架作为装药及初支施工平台,隧道全断面一次爆破成型、出渣和施作初期支护的施工方法。
该方法具有围岩扰动少、施工干扰小、成洞速度快的优点,是在围岩条件较好时常常采用的开挖方法。
最主要的是严格控制周边眼间距及外插角,控制超欠挖。
全断面开挖施工断面面积相对较大,每循环出渣量相对较多,由挖掘机扒渣、装载机装渣,汽车运渣,装载机配合平整道路。
在弃渣点配制一台推土机平整场地,隧道内出渣时指定专人负责洒水,尽可能减小出渣扬尘;弃渣场地派专人负责指挥倒渣;夜间出渣时,必须在光线充足下进行,保证施工安全。
施工顺序为:
1--开挖隧道全断面→Ⅰ—隧道初期支护。
施工顺序详见图(图5.2-4):
图5.2-4分离隧道Ⅲ级围岩段施工工序示意图
5.2.4人行横洞施工方案
山奇岭隧道设2处人行横洞,分别位于Ⅲ、Ⅳ级围岩中,净宽2.0m,净高2.5m,设计采用直墙拱形断面,由于断面较小且与行车方向垂直,开挖采用全断面光面爆破双向开挖中间贯通。
用水、高压风将岩面粉尘和杂物进行清理,初喷砼,喷射作业应分段、分片,由下而上顺序进行,在初喷砼初凝后及时进行挂网喷锚,及时封闭围岩,加强围岩自承能力,形成一个支护体系。
采用衬砌台架、组合钢模板全断面模筑混凝土衬砌,混凝土输送泵输送混凝土。
人行横洞与主洞交叉处空间受力复杂,施工中应加强围岩监控量测,并及时根据围岩监控量测结果,及时调整开挖方式和修正支护参数。
支护如图5.2-5所示。
图5.2-5人行横洞支护示意图
5.3钻爆设计及钻爆作业
5.3.1隧道钻爆设计
1.钻爆设计的原则
掏槽及底板眼按抛掷爆破设计。
其它炮眼采用浅孔微振动控制爆破,在保证爆破效果的前提下,尽量减少炮眼的炸药用量。
本隧道Ⅴ级围岩土质地段采用人工配合机械开挖,石质地段采用预裂爆破开挖,机械出渣。
Ⅳ级围岩采用预裂爆破(浅埋)和光面爆破(深埋)开挖,局部地区采用人工配合机械开挖。
Ⅲ级围岩地段采用光面爆破开挖。
如下钻爆设计参数在实际施工时需进行试验、总结、修改、取的最佳效果的钻爆设计,提高爆破效率和爆破质量,控制超欠挖,节约成本。
2.爆破参数的选定
在进行钻爆参数设计前,先用工程模拟法初选爆破参数,再在洞外路堑边坡上做单段爆破漏斗试验及三眼爆破成缝试验,通过现场的试验确定有关爆破参数。
3.选用爆破器材的性能与规格
2#岩石硝铵炸药:
密度0.95~1.10g/cm3,猛度12mm,爆力320cm3,殉爆距离5cm,爆速3600m/s,氧平衡3.38%,爆温2514℃。
药卷使用规格:
周边眼Ф25×200mm;其他眼:
Ф32×200mm。
导爆管毫秒雷管:
1~15段脚线长:
3.0m,4.0m,5.0m。
导爆索:
红色,外径5.7~6.2mm,爆速≥6500m/sec,每米折合装药量11g,严禁用钝器砸断。
4.装药结构
周边眼的装药结构采用导爆索连接φ25×200小直径药卷空气间隔装药,不偶合系数一般在1.4~2.0范围内。
其他炮眼均采用连续装药结构,装药后将炮泥堵塞在与炸药相接的部位。
本隧道Ⅴ级围岩:
由于围岩软弱,破碎,从安全质量出发,采用预裂爆破。
Ⅳ级围岩:
加强段采用预裂爆破,一般段采用光面爆破。
Ⅲ级围岩采用光面爆破。
掏槽方式均采用斜眼掏槽,周边眼间距:
Ⅴ级围岩及Ⅳ级围岩加强段按40cm设置;Ⅳ级围岩一般段按40cm设置,抵抗线V为50cm,相对距为E/V=0.8;Ⅲ级围岩按50cm设置,抵抗线V为60cm,相对距为E/V=0.83;周边眼采用导爆索连接小药卷空气间隔装药。
炮孔布置见图5.3-(2、3、4)所示,装药结构见图5.3-1
图5.3-1装药结构图(第一个为周边眼,第二个为一般眼)
图5.3-2小净距Ⅴ级围岩、Ⅳ级围岩段炮孔布置图
图5.3-3Ⅴ级围岩、Ⅳ级围岩正常段炮孔布置图
图5.3-4Ⅲ级围岩段炮孔布置图
5.预裂爆破
预裂爆破的关键在于周边眼先于掏槽眼和掘进眼起爆,周边眼爆破后延隧道开挖轮廓形成一条环向断裂带,减弱主爆区爆破时的地震波向地表方向岩体传播并且阻断向外发展的裂缝。
预裂爆破首先起爆周边眼,依次为掏槽眼、辅助眼、二圈眼和底眼。
周边眼
掏槽眼
辅助眼
二圈眼
底眼
预裂爆破工艺流程
如图5.3-2制定的周边眼的抵抗线为0.5m,周边眼之间间距为40cm,单孔用药量为0.225kg,二圈眼抵抗线0.8m,间距80cm,单孔装药量0.3kg,根据爆破震动速度计算公式v=70Q0.7/R1.5(Q-单孔药量,kg;R-距离,m)岩石产生危险的震速范围是v=70/100m/s。
爆破参数如下表:
部分
炮眼名称
编 号
钻眼参数
眼数(个)
毫秒雷管
单孔用药量(K=0.74kg/m)
总用量kg
眼深(m)
抵抗线(m)
间距(m)
循环进尺(m)
发
kg
1 部
周边眼
1
1
0.5
0.4
0.9
45
45
0.225
10.125
二圈眼
2
1
0.8
0.8
0.9
64
64
0.3
19.2
掏槽眼
3
1.4
0.6
0.6
0.9
2
12
1.05
12.6
辅助眼
4
1
0.6
0.6
0.9
10
10
0.45
4.5
底眼
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