渝万2标茶铺坡隧道洞身开挖施工方案.docx
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渝万2标茶铺坡隧道洞身开挖施工方案
新建重庆至万州铁路站前工程YWZQ-2标
茶铺坡隧道洞身开挖施工方案
编制:
审核:
批准:
中铁三局集团有限公司渝万铁路土建2标项目经理部
二○一三年三月
1编制依据和编制原则
1.1编制依据
新建重庆至万州铁路站前工程YWZQ-2标实施性施工组织设计。
新建重庆至万州铁路指导性施工组织设计。
新建重庆至万州客运专线(YWZQ-2标)施工图。
新建重庆至万州铁路站前工程YWZQ-2标合同文件。
国家、铁道部、地方政府有关安全、环境保护、水土保持的法律、规程、规则、条例。
国家、铁道部、交通部现行施工规范、规程、质量检验标准及验收规范等。
现场踏勘收集到的地形、地质、气象和其他地区性条件等资料。
1.2编制原则
1)遵守合同条款要求,认真贯彻业主或监理工程师的指示、指令和要求;
2)严格遵守合同规定的设计规范、施工规范、质量评定与验收标准;
3)坚持技术先进性、科学合理性、经济适用性、安全可靠性,与实事求是相结合;
4)自始至终对施工现场实施全员全方位、全过程严密监控、动静结合、科学管理的原则;
5)通过对劳务、设备、资料、技术、资金、方案、信息、时间与空间的优化处理,实现成本、工期、质量及社会效益。
2工程概况
2.1工程简介
渝万铁路YWZQ-2标段茶铺坡隧道(D2K51+931.5),起讫桩号为D2K51+718~D2K52+145,全长427米。
茶铺坡隧道位于重庆市长寿区晏家镇境内,最大埋深约为31m,全隧位于左线半径为7000m,右线半径为6995.4m的右偏曲线上。
设计为3‰的单面下坡,中心里程D2K51+931.5。
暗洞洞身起讫桩号为D2K52+718~D2K52+135,长417米。
2.2地形与地质
隧道位于低山向丘陵过渡地貌,地形起伏较大;段内地面绝对标高260~360m,相对高差约100m。
临近在建渝利铁路,附近有施工便道通行,交通较便利。
隧道围岩破碎,质软,暴露后易风化,遇水后易软化,自稳性差,容易塌方,工程地质条件差。
2.3地层岩性
区内上覆第四系坡洪积(Q4dl+pl)层、坡残积(Q4dl+el)层,下伏侏罗系中统新田沟组(J2x)泥岩、页岩夹砂岩。
各岩性分述如下:
(3-3)粉质粘土(Q4dl+pl):
棕红色,硬塑状,局部夹约5~10%的碎石、角砾,厚2~8m,属Ⅱ级普通土,填料分级为D组。
(4-1)粉质粘土(Q4dl+el):
黄褐色、棕褐色,硬塑,夹砂、泥岩质碎石角砾10~30%,厚0~2m,分布斜坡处,属Ⅱ级普通土.填料分级为D组。
(11-1)泥岩、页岩夹砂岩(J2x):
页岩为浅灰色、灰黄色,泥质结构,页理构造,质软;泥岩为灰绿、浅灰。
紫红色,泥质结构,薄~中厚层状,质软。
所夹砂岩呈灰黄色、青灰色,中~细粒结构,泥质胶结。
岩层强风化带厚2~8m,属Ⅳ级软石,为C组填料。
2.4岩土物理力学指标
岩土名称
基本承载力(Kpa)
密度(g/m3)
内聚力(Kpa)
内摩擦角(φ°)
单轴饱和抗压强度(Mpa)
基地摩擦系数
桩周土极限摩阻力(Kpa)
边坡率
临时
永久
粉质粘土
150
1.9
15
12
/
0.30
50
1:
1
1:
1.25
粉质粘土
180
1.9
18
15
/
0.30
60
1:
1
1:
1.25
泥岩、页岩夹砂岩
W3
300
2.2
/
35
/
0.35
80
1:
0.75
1:
1
W2
450
2.3
/
45
5
0.40
/
1:
0.5
1:
0.75
2.5水文地质特征
该隧道水文地质条件受岩性、地形条件控制。
1、松散层类孔隙水
主要赋存于第四系全新统的坡洪积层块石土、粉质粘土层孔隙中,块石土层分布于地势低洼和平缓的沟槽边,为孔隙潜水和上层滞水,地下水流量匮乏,一般小于0.5L/s,季节变化大,冬季时枯竭,雨季流量增大,大雨过后水呈微浑浊状,主要为大气降水补给。
2、基岩裂隙水
从岩性条件分析,隧道穿越岩性为泥岩、砂岩,泥岩透水性及富水性均较差,为相对隔水层。
砂岩自身的透水性较好,加之构造、风化节理裂隙切割,使其成为地表水入渗、地下水流通、存储的良好的介质条件,为地下水相对发育带;从地形条件看,该隧道顶为砂岩盖层的单面坡地型,砂岩面有利于大气降水对该层地下水的补给。
综合分析该隧道地下水在雨季较发育,雨季可能股状涌出。
据钻孔水样分析资料,地下水属HCO3-.SO42--Ca2+型水,根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》,在环境类别为化学侵蚀环境、氯盐环境时,地下水中侵蚀性CO2、SO42-、Mg2+、pH值、Cl-对混凝土结构无侵蚀性。
2.6地质构造及地震动参数
隧道通过明月峡背斜南东翼,无大的断裂构造。
地层岩性为侏罗系中统新田沟组泥岩夹页岩、砂岩,岩层产状N20~35°E∠60~75°S,岩体中一般发育1~2组节理,部分地层地表重力变形倒转。
页岩、泥岩内构造节理裂隙为密闭型,较发育;砂岩内构造节理裂隙为密闭~微张型,较发育;出露地表岩体表生节理裂隙发育,间距0.2~1m,延伸较远。
据国家地震局《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),测区地震动峰值加速度0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35s。
3质量目标
工程质量符合国家现行有关设计、施工及验收规范的要求;
施工质量标准满足合同要求;
竣工验收评定:
优秀。
4安全目标
本工程安全生产的目标:
创安全工程;
本工程安全生产工作的主要监控目标为:
杜绝各类死亡责任事故。
杜绝各类重伤责任事故,无因建设引起的重大及以上道路交通事故,杜绝一般及以上机械设备责任事故,杜绝火灾、火工品及压力容器爆炸责任事故。
无铁路营业线交通C类及以上事故。
5材料
钢筋通过招标选定,质量合格,方可进场使用。
沙子、碎石通过招标就近选择,质量合格,方可进场使用。
在施工过种中做好季节性材料储备、管理及试验检测,避免停工待料现象发生。
各种工程材料到场后及时入库,做好保管储备。
雨季砂石料堆设加篷布覆盖,冬季砂石料堆除做好覆盖保温外,按热工计算,予以加热,确保冬、雨季施工工程质量。
6资源投入
6.1人员投入
投入洞身开挖工程施工人员计划见下表:
工种
人数
备注
领工员
1
试验工
2
防护员
2
喷射工
8
钢筋工
20
混凝土工
20
电焊工
3
电工
1
测量工
3
爆破工
2
6.2机械设备
投入洞身开挖施工的主要设备表
序号
名称
型号规格
数量
产地
制造年份
1
多功能作业台架
自制
1
邯郸
2010
2
钻注一体液压钻机
2ZBSB3.6-0.5/1-11
1
无锡
2010
3
管棚钻机
ZLS-40
1
成都
2012
4
拱架拼装机
自制
1
邯郸
2011
5
混凝土搅拌站
HZS100
1
山东
2009
6
洒水车
EQ141
1
湖北
2007-2011
7
挖掘机
PC220
1
日本
2008-2010
8
挖掘机
SK330
1
成都
2009-2011
9
装载机
ZL50C
1
柳州
2008-2009
10
装载机
ZL50C
1
厦门
2009-2011
11
自卸汽车
SX3255BM
5
陕西
2008-2011
12
柴油发电机组
400GF
1
国产
2008
13
吊车
QY-25
1
徐工
2011
14
电动空压机
LWJ-20/8-I
4
西安
2010
15
混凝土输送车
EA180-30A
3
日本上海
2009-2010
16
混凝土输送泵
HBT60
1
湖北湖南
2008-2010
17
手持钻机
YT28
24
烟台
2003-2008
18
高压双液注浆泵
TGZ60/210
1
江苏
2010
19
超前水平地质钻机
MGY-60
1
重庆
2008-2010
20
湿喷机
TK500
1
成都
2011-2012
21
通风机
DXB88-1
1
天津
2009-2012
6.3安全用具、工具
主要安全用具、工具计划表
序号
材料名称
规格
单位
数量
备注
1
安全帽
顶
150
2
安全带
条
100
3
防尘面罩
套
100
4
绝缘手套
套
150
5
绳梯
副
50
6
用电保护
Ⅰ级电箱
个
10
7
Ⅱ级电箱
个
30
8
Ⅲ级电箱
个
60
9
防水带罩灯泡
套
60
7洞身开挖施工方法及工艺流程
7.1施工准备
1) 施工用水方案
本隧道附近地表水系发育,施工用水可采用河水或打井取水的方式供水。
本隧道在施工口较高处设置不小于100立方米高位水池。
施工中,先将水通过高压水泵及水管抽至高位水池,再从高位水池起引高压水管至洞内,上下水管均采用φ100mm钢管。
洞内高压水管的管端与开挖面的距离保持在30米左右,管端设分水器,从分水器起用高压胶管为凿岩机供水,供水设备及管路派专人维修保养。
2)供电方案
隧道施工用电以永临结合电为主、自发电为辅的方式供电。
隧道施工前期采用发电机组供电,电力线路架设完成并正常供电后采用临电供电,另配备用发电机组应急。
本隧道施工口设配电房,从附近变压器或永临结合的电力线接电至洞口变压器后变配使用。
洞内低压输电线路采用三相五线制沿洞内一侧布置。
施工地段采用低压照明,成洞地段采用220伏电压照明。
3)施工前控制测量
①隧道开工前控制测量
A复核设计院所提交的测量资料精度是否满足测量规范的要求。
B复核现场控制点的平面、高程是否与设计资料相符。
C加密导线控制桩,进行平面及高程控制测量,洞身开挖及辅助导坑位置增设支导线点,以利于洞身开挖施工和施工复测时使用。
②控制测量的基本要求
A真研究核对测量的图纸资料,确认无误后方可使用,抄录数据资料需核对。
B隧道施工前根据设计单位交付的测量资料,进行核对和交接。
C毎个隧道口测设不少于3个平面控制点(包括洞身开挖投点及其相联系的三角点或导线点)和两个高程控制点。
D测精度和控制测量的等级一致,复核测量规范要求,如果复测结果与定测资料相差较大,查找原因,及时上报。
E导线、水准点和中线桩稳定可固,通视良好,定期复核。
7.2施工方法、工艺
隧道不良地质地段施工坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
开挖前,做好超前地质预报,根据预测结果采取合理的开挖方法和支护措施。
在隧道开挖中随时核对围岩级别与地下水变化状态,并及时提出,以便修正设计。
茶铺坡隧道全隧均为Ⅴ级围岩地段,洞身采用中隔壁(CRD)法开挖,洞身开挖施工之前按照设计结合实际地质情况进行108mm超前长管棚施作。
管棚施工作业时,严格控制孔位及外插角,防止导管侵入开挖界限或距离开挖面过远失去防护作用。
管棚焊接于作为初期支护加劲措施的型钢拱架上,严格按照设计要求施作。
洞身开挖严格按照设计顺序进行开挖,导坑台阶高度及长度根据现场地质实际情况而定,每一部分开挖后及时进行锚、喷、网初期支护。
分部开挖成型,根据断面情况采用机械出碴或人力倒运弃碴。
施工中做好环境保护,对隧道开挖对地表环境造成的影响进行调查,发现问题及早处理。
隧道采用无轨运输,装载机配合挖装机挖装,自卸汽车运弃。
洞身开挖施工工艺流程图
7.2.1超前地质预报
组建地质超前预报专业小组,进行超前地质探测预报,制定不良地质条件下的施工预案。
以常规地质综合分析法为基础,WTB远距地震波探测,Ф75超前钻孔以及加深炮眼的探测措施,形成综合地质超前预报系统。
a工程地质预测法
工程地质预测法是工程地质技术人员根据设计地质图纸、现场地质纪录,运用工程经验和地质知识进行分析、预报地质的一种方法。
此法的关键在于工程地质工程师的经验丰富和现场详细的地质纪录和物探资料。
施工前预报:
根据设计给出的隧道地质条件说明资料,认真分析隧道的地质断面图、平面图,掌握隧道的地质特点和水文特点。
进行长距离宏观预报各段隧道可能出现的不良地质情况。
施工常规地质法预报:
主要完成开挖面的地质素描,地质展开图,并利用TSP203预报资料、雷达检测资料、红外线探水资料、超前钻孔资料进行地质分析预报,是综合地质预报的中枢。
见图“综合超前地质预报系统程序图”。
施工阶段地质资料记录:
首先对已开挖地段进行地质调查,调查的主要依据为隧道开挖面地质素描、岩石结构面调查和涌水观测记录。
开挖面地质素描内容有:
岩性、地质年代、岩层产状、软弱夹层、岩脉穿插情况;断层及破碎带的形态、产状、宽度、填充物特征;主要节理裂隙的形态、产状、规模及相互切割关系。
围岩岩体结构类型、完整性、围岩的物理力学性能。
岩石结构面调查内容有:
围岩的岩石结构产状、物理力学属性、节理的延伸性、粗糙起伏情况、张开程度。
地下水出露情况、水量大小等;地下水的分布形态、大小、位置走向等;围岩节理内含水情况。
地质素描采用图表形式形象纪录。
施工阶段前推法预测:
根据开挖面地质素描、岩石结构面调查记录采用前推法预测前方地质情况,首先按1∶100的比例作出开挖面前方一定长度的展开图,逐一将开挖面地质素描和岩石结构面的记录资料,按其产状、节理轨迹线绘制到展示图上,最后按其节理走向和轨迹延伸,结合TSP203的预报成果、地质雷达预报成果和超前钻孔的钻芯地质资料画出前方地质情况。
地下水地质预测:
现场技术人员根据以往施工经验对地下水做出经验性预报。
当隧洞由渗、滴水段进入线状渗水段时,作好出现集中涌水的准备;钻孔内出现浑水、喷水、地温测值变化较大,前方可能有涌水。
掌子面附近出现铁锰质富集或泥质充填的裂隙,则表明前方有涌水的可能。
综合超前地质预报系统程序图
工程地质分析预测
TSP203超前地质预报
判断前方有大型断层破碎带
判断前方有小型断层破碎带
判断前方无不良地质
30米内红外线补充探水
30米红外线、雷达补充物探
动态设计
动态设计
有不良形态
有不良形态
施工
施工
隧道周壁雷达、红外线补探
隧道周壁雷达、红外线补探
无其他情况
无其他情况
根据设计施工
结束
bTSP203超前地质预报系统
TSP203系统在围岩较好地段可测出前方100~200米范围内的岩层分界面、岩层的物理性质、断层等,围岩完整性较差时,预测范围在50~100米之间。
TSP203作业流程:
准备工作→测量孔位、钻孔→埋设传感器→记录孔位→连线检查→暂停施工→爆破拾波→恢复施工、成果分析。
钻孔:
在距离工作面50米处钻深度为1.5m的孔,布置传感器;自工作面起,每隔1.5m钻孔一个,钻孔深度为1.5m,最后一个孔与传感器的距离大于20m。
所有钻孔的高度尽可能的在同一标高线上。
钻孔位置如图“TSP203系统作业布置示意图”所示。
钻孔完毕后,逐个测量孔的深度和倾斜度,并作好纪录。
埋设传感器杆:
埋设传感器前,先清孔,清除孔底虚碴,放入环氧树脂药卷,插入传感器套杆,用钻带动其钻动,保证环氧树脂药卷充分搅拌。
待传感器杆固定后,插入传感器,传感器方向朝向掌子面。
连线检查:
把传感器、检波器(电脑)、起爆器、同步器连接起来,
TSP203系统作业布置示意图
并检查其是否正常工作,此时起爆器与雷管断开。
测量时间:
测量时间选在施工交接班时间,要求工作面800米范围内停止机械作业和作业人员作业,作业前与现场施工员联系,以确定停工时间,此时准备好爆破药卷、电雷管等。
装药爆破:
由最里边炮孔开始,逐个依次装药联线,起爆器起爆,装药量根据围岩情况,一般控制在50~80g左右,围岩较差时,可加大,但不能超过100g。
恢复施工:
爆破一结束,不能马上可以恢复施工,一般停工时间在45min左右。
成果分析:
采用TSP203自带的软件分析系统,剔除一些明显的干扰波,软件自动分析,自动生成图表,反映前方围岩的物理特性,岩层分界线、软弱带、断层的位置等信息。
在本隧道施工中,TSP203系统按每50~100米段进行预测。
c红外线探水
红外线探水仪可预测掌子面前方20~30米范围内的地下水情况。
操作方法:
进入探测地段时,首先沿隧道一个壁,以5米点距用粉笔或油漆标好探测顺序号,一直标到终点,或者标到掘进面处。
在掘进面处,首先对断面前方探测,在返回的路径上,每遇到一个顺序号,在隧道中央,分别用仪器的激光器打出红色光斑,使之落在左壁中线位置、顶部中线位置、右壁中线位置、底板中线位置,分别读取探测值,并作好纪录。
然后转入下一序号点,直至全部探完。
把探测数据输入计算机后,由专用软件绘成顶板探测曲线、底板探测曲线、两壁探测曲线。
根据探测曲线可以很明了的预报出前方地下水的情况。
红外线探水仪从探测到得出分析结果非常快,且探测仪器轻便,方法简单。
在本标段施工中每20米采用红外线探水仪探测一次。
d地质雷达
当TSP203系统预报前方有断层、岩层破碎等不良地质时,其规模、形态需要具体了解,可用地质雷达实施探测。
本标段在地下水发育地段,对隧道周壁采用地质雷达探测,预报隧道周围地质形态。
地质雷达实施探测前,在平板车上搭设检测平台,雷达仪置于车体或平台上,由平台上的操作手将雷达天线触板与所测点接触,利用超声波在不同围岩介质中具有不同传播速率的原理,通过雷达接受仪接受反射波的时间差,据以分析所测部位的地质形态。
同时采用地质雷达进行衬砌厚度的识别。
e超前钻孔探测
当TSP203系统预报前方有断层、破碎带、岩层层理明显时,采用地质钻机进行超前探孔。
用凿岩台架钻孔探测钻孔深度以30米为限,30米以内出现异常情况时,按预定方案实施,钻孔出水,安装压力表及水表,测定地下水的压力和流量。
30米以内无异常情况时,改用地质钻机探测,继续钻孔,深度为100米,无异常情况,按正常程序施工,出现异常按预案实施并测定水压和水量。
100米以后的探测则由下一循环钻孔探测完成。
日常的钻孔探测:
全隧在上述超前预测、预报的基础上,全隧还应采用常规地质法进行短距离超前地质预报,根据掌子面开挖揭示的地质条件及部分炮眼加深2~3米的探测情况,对掌子面进行地质素描,并进行地质做图,综合地表调查情况,掌子面前方一定范围(5~20米)的地质条件进行预测、预报。
7.2.2中隔壁(CRD)法开挖
CRD法施工时,首先进行超前注浆小导管的施工,开挖采用风铲、风镐以及人力配合挖掘装载机开挖;拱墙按设计间距布设格栅钢架和钢架;拱墙布设系统径向锚杆,临时支撑采用I18钢架,设Φ22砂浆锚杆,隧道拱墙喷C25混凝土。
CRD法施工作业流程如下:
超前地质预报→超前小导管预支护→①部施工→②部施工→③部施工→④部施工→⑤部施工→Ⅵ部施工→Ⅶ部施工。
(1)利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁Ф50小导管及导坑侧壁Ф22水平锚杆超前支护,开挖①部,喷5cm厚混凝土封闭掌子面;施作①部导坑周边部分初期支护和临时支护,即初喷4cm厚混凝土,架立I18钢架和临时钢架,并设锁脚锚杆,安设I18横撑,钻设径向锚杆后复喷混凝土设计厚度。
(2)开挖②部,喷5cm厚混凝土封闭掌子面,导坑周边部分初喷4cm厚混凝土,接长I18钢架和临时钢架,并设锁脚锚杆,安设I18横撑,钻设径向锚杆后复喷混凝土设计厚度。
(3)开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护,步骤及工序同
(1)。
(4)开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护,步骤及工序同
(2)。
(5)在滞后于②、④部一段距离后,开挖⑤部,隧底周边部分初喷4cm厚混凝土,接长I18钢架及临时钢架,复喷混凝土设计厚度。
(6)灌筑Ⅵ部边墙基础与仰拱及隧底填充,仰拱与填充分次施作。
(7)根据监控量测结果分析,待初期支护收敛后,拆除I18临时钢架及临时横撑,一次性灌筑Ⅶ部衬砌,拱墙衬砌一次施作。
CRD法每循环进尺一榀钢架间距0.6米。
每日两个循环,日进尺1.2米,月进尺30米(每月以25天计)。
7.2.3Ⅴ级围岩开挖爆破设计
本隧道Ⅴ级围岩岩质较弱,采用CRD交叉中隔壁法开挖,为减少开挖对围岩整体的扰动一般情况采用机械破碎开挖,如遇较硬岩质宜采用微振动爆破技术钻爆掘进。
采用气腿凿岩机钻孔。
(1)开挖顺序分部图:
(2)炮眼整体布置图:
交叉中隔壁CRD法1部炮孔布置图
交叉中隔壁CRD法3部炮孔布置图
交叉中隔壁CRD法2部、4部炮孔布置图
(3)交叉中隔壁CRD法爆破参数表:
开挖部位
炮眼名称
雷管段号
炮孔数量
孔深
(m)
炮眼角度(°)
孔距
(mm)
抵抗线
(mm)
单孔装药量
(kg)
段装药量
(kg)
1
部
中心空孔
3
1.2
90
400
掏槽眼
1
8
1.5
60
400
0.3
2.4
内圈眼
3
7
1.52
85
800~1000
500~800
0.2
1.4
辅助眼
5
15
1.52
90
600~800
650
0.2
3.0
辅助眼
7
20
1.2
90
500~700
600
0.2
4.0
下部眼
9
5
1.1
90
700~800
650
0.2
1.0
周边眼
11
28
1.1
90
500
550
0.1
2.8
底板眼
13
10
1.1
90
700~800
600
0.3
3
小计
96
17.6
3
部
中心空孔
3
1.2
90
400
掏槽眼
1
8
1.5
60
400
0.3
2.4
内圈眼
3
7
1.52
85
800~1000
500~800
0.2
1.4
辅助眼
5
16
1.52
90
600~800
650
0.2
3.2
辅助眼
7
21
1.2
90
500~700
600
0.2
4.2
下部眼
9
5
1.1
90
700~800
650
0.2
1.0
周边眼
11
33
1.1
90
500
550
0.1
3.3
底板眼
13
9
1.1
90
700~800
600
0.3
2.7
小计
102
18.2
2部、
4部
中心空孔
6
1.2
90
400
掏槽眼
1
16
1.5
60
400
0.3
4.8
内圈眼
3
30
1.52
85
750
1000
0.2
6
辅助眼
5
34
1.52
90
600~800
800
0.15
5.1
下部眼
7
10
1.2
90
700
800
0.15
1.5
周边眼
9
29
1.1
90
5
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