大麦地隧道下穿楚大高速公路施工方案Word文档格式.docx
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除洞身DK0+592.345~DK2+099.259段1506.914m位于R-1600m的左偏曲线上和DK10+087.617~DK10+609.984段522.367m位于R-3000m的右偏曲线上外,其余均位于直线上。
DK3+500~DK3+580段下穿楚大高速公路,衬砌结构予以加强,采用Ⅴd复合式衬砌。
Ⅴd支护参数:
超前支护φ76中管棚L=9m,每环26根,环向间距0.4m,纵向每6m一环。
加强支护拱墙I18型钢钢架,间距0.6m/榀。
初支C25喷射混凝土拱墙厚度25cm。
钢筋网片为φ8钢筋网格间距为20cm×
20cm,拱部锚杆采用Φ25中空锚杆,锚杆长度3.0m,间距1.2m×
1.0m(环×
纵)。
墙部锚杆采用Φ22砂浆锚杆,锚杆长度3.0m,间距1.2m×
衬砌参数:
拱部、边墙、仰拱采用C35钢筋混凝土,拱墙衬砌厚度45cm,仰拱衬砌厚度45cm,仰拱填充采用C20混凝土。
衬砌环向主筋采用Φ20螺纹钢筋,间距25cm,纵向分布钢筋采用φ12圆钢,间距25cm,加强钢筋采用φ8圆钢,间距25cm。
大麦地隧道DK3+500~DK3+580下穿楚大高速公路,楚大高速公路路面距大麦地隧道拱顶净距约37m。
大麦地隧道与楚大高速公路平面立面位置见附图1。
3.2工程地质情况
DK3+500~DK3+580段隧道地层主要以泥岩夹粉砂岩、钙质砾岩,砂岩(J3b):
紫色、灰褐色、灰黄色,中层状构造为主,砂泥质结构。
岩质软,岩体较破碎,表层全风化带(W4)呈土状,厚5~30m,属Ⅲ级硬土;
强风化带(W3)厚5~40m,属Ⅳ级软石;
弱风化带(W2)岩体较完整,为隧道穿过的主要底层与上覆景星组地层整合接触。
4施工方案
4.1施工准备
1、通过超前地质预报:
地震波发射法(TSP法)、红外探水、水平地质钻探等方法,先超前探明DK3+500~DK3+580段围岩是否与设计地质一致。
2、施工前汇报地方工务部门、监理单位等。
对楚大高速公路下穿位置埋设3列地表沉降点并采集原始数据。
4.2超前地质预报
大麦地隧道超前地质预报采用地震波发射法(TSP法)、红外探水、超前水平钻探和加深炮眼探孔为主的综合方法进行下穿既有线位置的地质预报。
4.3洞身施工工法
4.3.1开挖方式
隧道施工方法的选用应根据环境条件、地质条件、断面大小、埋深、结构形式等因素综合考虑确定,采用控制爆破或机械开挖,DK3+500~DK3+580段设计为Ⅴ级围岩,根据设计下穿隧道开挖方式采用台阶法。
铁建设【2010】120号《关于进一步明确软弱围岩及不良地段铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》中“三、隧道开挖8、软弱围岩隧道Ⅳ级、Ⅴ级、Ⅵ级地段采用台阶法施工时,应符合以下规定:
(1)上台阶每循环开挖支护进尺Ⅴ级、Ⅵ级围岩不应大于1榀钢架间距,Ⅳ级围岩不应大于2榀钢架间距。
(2)边墙每循环支护开挖不得大于2榀。
(3)仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆,每循环开挖进尺不大于3m。
(4)隧道开挖初期支护应及时施作并封闭成环,Ⅳ级、Ⅴ级、Ⅵ级围岩封闭成环距离掌子面不得大于35m。
”下穿既有公路隧道为了保证安全,上台阶Ⅴ级围岩按1榀钢架间距(0.6m)进行开挖,边墙每循环支护开挖不得大于2榀钢架(1.2m),左右边墙开挖应错开施工,且错开长度不小于4榀钢架。
仰拱开挖每循环开挖进尺不大于3m。
台阶施工工序示意图见下图:
台阶法施工工序纵断面示意图-1台阶法施工工序横断面示意图-2
备注:
①-上部开挖;
②-上部初支;
③-下部开挖;
④-下部初支;
⑤–仰拱开挖⑥-仰拱初支;
⑦-仰拱二衬;
⑧-仰拱填充;
⑨-二衬。
4.3.2台阶法施工工艺流程
施工准备
超前地质预报、测量、量测
钻爆设计
开挖台架就位
调整钻爆参数
布置炮眼
下部断面钻眼
上部断面钻眼
装药、爆破
楚大高速测量、量测数据分析
通风排烟、找顶
地质素描
初喷混凝土、锚杆、出渣
开挖质量检查
初期支护、超前支护
仰拱、填充、拱墙复合衬砌施工
下道工序
4.3.3施工准备
1、楚大高速公路量测点、观测标布置
大麦地隧道施工至楚大高速公路前,会同地方工务部门、监理单位对下穿楚大高速公路埋设三组地表沉降点并采集初始读数。
点位布置如下图-3所示:
2、大麦地隧道超前地质预报
大麦地隧道掌子面施工至DK3+475时,施作超前水平地质钻探、地震波反射法(TSP法)、红外线探水等超前地质预报工作,核对设计地质资料。
1)超前地质预报围岩与设计地质围岩核对相符情况下或者围岩等级好于设计等级情况时,按原方案进行施工。
2)超前地质预报围岩与设计地质围岩核对不符,请设计院现场处理。
4.3.4超前地质预报施工方法
大麦地隧道超前地质预报采用以水平钻探为主的综合方法。
项目部根据隧道地质特点,结合现场施工情况,分别采用掌子面地质素描、红外探测、超前水平钻孔、地震波反射法(TSP法)等方法进行预报。
1、地质素描
地质素描分为工程地质和水文地质表相观察。
地质观察主要是对隧道已开挖掌子面地质岩组划分、断层、节理、地应力和特殊地层等进行描述。
岩溶调查主要是对岩溶的规模、位置、所属地层和构造位置、填充情况及洞体展布空间关系进行描述。
地质素描随开挖及时进行,应每开挖循环进行一次素描,进行掌子面编录,结合地面地质体投影,预报前方的地质情况。
2、红外探水
设计中对该段没有要求红外探水,我部为更好的判断该段围岩前方有无水体存在及范围,另外增加了该预报措施。
红外探水是根据红外辐射原理,既一切物质都在向外辐射红外电磁波的原理,通过接收和分析红外辐射信号进行超前地质预报的一种物探方法。
预报长度30m/次,搭接长度5m,以增加对比分析。
3、超前水平钻孔
对隧道掌子面前方物理探测完成后,再次对隧道掌子面进行钻探。
主要对含水溶腔及软弱岩体进行查验。
隧道探孔长度一般为30m,并在下次钻探时留有5m的搭接区段。
其布眼根据具体情况设1~3个。
4、加深炮孔
隧道每循环开挖时在拱顶周边眼位置和拱顶下5m左右两侧周边眼位置共增加3个空炮眼,外插角1-3°
,在正常炮眼深度的基础上加深3m,作为预报探测孔。
可短距离直观的判断围岩级别。
5、地震波反射法
地震波反射法(TSP法)是利用地震波反射回波方法测量的原理。
在软弱围岩地层或岩溶发育地区,每次预报距离采用100m;
在完整的硬质岩地层每次预报距离采用150m。
下次预报搭接上次预报10m施做。
4.3.5爆破施工方案
1)爆破方法
下穿段采用台阶法开挖,开挖采用控制爆破,利用楚大高速公路行车间隙进行爆破作业。
2)钻爆设计
①钻爆设计图及钻爆参数表
②单段最大装药量计算
根据大量的爆破实践表明,爆破时对周围建(构)筑物产生危害程度大小主要是由质点振动速度的大小所决定。
为了控制爆破振动速度以及减弱爆破震动强度,保证周围建筑物不受振动破坏,目前,在隧道工程爆破中,对于振动的控制一般主要的方法是控制起爆最大装药量、选择合理的掏槽形式、选择合理微差爆破间隔时差、优化孔网参数、选用低爆速炸药等来实现控制爆破振速。
《爆破安全规程》中爆破有关对震动强度以及振动速度和安全参数、指定采用世界著名爆破专家萨道夫斯基的公式进行计算。
式中,V——安全允许振动速度cm/s;
Q——一次爆破允许的单段最大装药量Kg;
R——爆破振动安全距离m;
K、α——与爆破条件、地质相关的系数。
针对大麦地隧道下穿楚大高速公路设计要求,此段隧道控制爆破振速为5cm/s,计算取值如下:
V——取5cm/s;
R——拱顶距既有公路路面垂直距离21m。
K、α——针该段地质条件,取K为250,α为1.8
计算结果:
将以上数据代入公式得,
=13.65Kg>
9.5Kg(11段设计最大装药量为9.5Kg),满足要求;
③根据现场最大装药量按萨道夫斯基公式反算最大振动速度V:
取Q=9.5kg,R=21m,K=250,α=1.8,
得V=4.02cm/s<5cm/s,满足设计及安全要求。
3)控制爆破施工时段
下穿段施工时,严格按照钻爆设计施工,为防止爆破振动与车辆行驶振动叠加造成共振,对周围岩体和楚大高速公路造成伤害,隧道爆破作业选择车辆运行间隙进行爆破作业,在爆破作业前,在楚大高速公路进出口外设车辆运行观察点,确保爆破作业期间无车辆运行通过楚大高速公路,必要时设置专职安全员指挥交通,与交通管理部门协调,在爆破作业时楚大高速公路管制通行,保证安全。
4)作业程序
①钻孔作业
A准备工作:
测量放样,定位开挖轮廓线。
B隧道开孔采用10~12台YT-28型手持式凿岩机作业,孔径42mm。
为了保证炮孔的钻孔精度要求,施钻人员必须做到开孔准确,保证钻孔的方向、角度和深度,严格按照钻爆设计要求进行作业。
为了便于操作人员总结掌握施钻经验,也便于检查,对所有炮孔进行划区定人施钻。
C钻眼要求:
周边眼是光爆的关键,其钻孔偏斜误差不超过10cm,困难地段不超过15cm。
周边眼钻孔位置应定在轮廓线上,其他眼根据掌子面围岩情况合理分布(间距60~100cm)。
掏槽眼:
深度、角度按照设计施工,眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。
辅助眼:
深度、角度按照设计施工,眼口排距、行距误差均不得大于10cm。
周边眼:
开眼位置在设计断面轮廓线上,允许沿轮廓线调整,其误差不得大于5cm;
炮眼方向可以3%-5%的斜率外插,眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm,最大不得超过15cm。
内圈炮眼至周边眼的排距误差不得大于5cm。
当开挖面凹凸较大时,应按实际情况调整炮眼深度,力求所有炮眼(除掏槽眼外)眼底在同一垂直面上。
②装药
采用乳化炸药,装药前将炮眼内的水泥浆、石粉吹洗干净,检查炮眼达到设计要求后方可装药,装药时严格按设计药量进行。
装药后,所有炮眼均堵塞炮泥。
装药结构:
周边眼采用间隔装药,顺向起爆,其它眼采用集中装药,反向起爆。
装药前应将炮眼内泥浆、石粉吹洗干净。
堵塞采用粘土或砂加粘土,堵塞长度大于30cm。
③起爆作业
起爆网路采用非电微差复式起爆网路,爆破成功率高,成本低,还可以实现等间隔微差起爆,并且起爆段数和炮孔数不受雷管段别限制,降低了爆破振动。
各炮眼的导爆管引线连接采用一把抓形式,连接线必须采用同种秒段导爆管,尾线不小于5米。
非电毫秒雷管插入炸药内,正向装入眼孔内,导爆管引线采用一把抓式连接线,雷管采用低秒段,同组连接线必须采用同种秒段导爆管。
连接示意图-4
起爆点(用电雷管引爆)
连接线电工胶布缠紧
8~10根导爆
非电毫秒雷管
图-4
周边眼、辅助眼、掏槽眼应隔段起爆,起爆顺序为掏槽眼→辅助眼→周边眼。
周边眼一次同时起爆为宜。
爆破后,开挖断面应进行检查并做好施工记录。
超欠挖量符合下表规定:
隧道允许超挖值(cm)表2
围岩条件类别
开挖部位
Ⅲ—Ⅳ级围岩
拱部
平均15、最大25
边墙、仰拱隧底
平均10
④爆破安全防护措施
爆破前确保楚大高速公路两个行车观测点同时确认无车辆通行。
爆破前进行安全培训,保证全体参建人员熟练掌握警戒范围、警戒标志和声响信号的意义,发出信号的方法和时间。
信号应分三次:
第一次为预先信号,第二次起爆信号,第三次解除警戒信号。
爆破前必须同时发出声响和视觉信号,使危险区内的人员都能清楚的听到和看到。
起爆15分钟后才准进入爆破点检查,同时只有确定爆破安全后,并经爆破负责人同意后方可进入爆破地点。
4.3.6洞身开挖及支护
1、洞身中管棚施工
1)中管棚制作
DK3+500~DK3+580段超前支护洞身中管棚采用φ76mm无缝钢管,按照Ⅴc级参数每根长9.0m。
前端20cm加工成尖锥型,管身每隔20cm钻孔径16㎜的注浆小孔,并沿管身呈梅花型均匀布置。
尾端止浆段长度不小于30㎝。
2)中管棚布置
φ76中管棚在拱部范围布置,每环打设26根,纵向6m/环,环向间距0.4m,外插角1°
~3°
。
3)中管棚施作
管棚采用履带式管棚钻机钻孔,钻孔前先采用喷射混凝土5~10cm封闭掌子面,厚度5~10cm,然后按设计间距准确地定出管口位置。
钻孔时严格控制外插角,钻进至设计孔深后利用高压风吹净孔眼内的粉尘及岩石碎屑。
顶管采用钻机推送,顶入长度不小于管长的90%。
管口采用塑性胶泥封堵,防止浆液从孔口溢出。
4)中管棚注浆
注浆参数为:
采用水泥浆,水灰比(重量比)0.8:
1,注浆压力0.5~1.0MPa,施工时根据具体情况调整注浆参数。
注浆按照由低到高隔孔注浆的方法进行。
单孔注浆时,首先以初压注浆,然后在终压下进行注浆并保持1~2min终压再卸荷,保证注浆量及扩散半径达到设计要求,达到超前加固的目的。
注浆过程中,对浆液应不停搅动拌和,避免沉淀,影响浆液浓度。
在施工中严格控制注浆压力,防止出现串浆等异常现象。
当出现异常现象时,堵塞串浆孔隔孔注浆;
注水泥浆压力突然升高应立即停机检查;
水泥浆单液进浆量很大,压力上不去,则应调整浆液浓度及配合比,缩短凝胶时间,进行小量低压力注浆或间歇式注浆,但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。
注浆过程中应随时注意注浆压力和注浆泵排浆量的变化,分析注浆情况,防止堵管、跑浆、漏浆。
注浆结束标准:
当压力达到设计注浆终压并稳定10~15分钟,注浆量达到设计注浆量的80%以上时,可结束该孔注浆。
2、初期支护施工
该段采用I18型钢钢架间距0.6m支护,喷射C25混凝土,拱墙厚度25cm,仰拱厚度25cm,拱墙采用φ8钢筋网,网格间距20×
20cm,拱部采用Φ25中空锚杆,边墙采用Φ22砂浆锚杆,锚杆每根长3.0m,纵×
环向间距1.2×
1.0m,梅花型布置。
3、仰拱、二衬施工
该段二衬、仰拱均采用C35钢筋混凝土,二衬厚度45cm,仰拱厚度45cm,仰拱填充采用C20混凝土。
衬砌环向主筋采用HRB400Φ20钢筋,间距25cm,纵向分布钢筋采用HPB300φ12,间距25cm,加强钢筋采用HPB300φ8。
仰拱采用16m栈桥,每次开挖不大于3m,初支仰拱紧跟掌子面,距掌子面距离不大于35m,以保证支护及时成环。
拱墙衬砌采用整体模板台车一次浇筑成型,由于隧道下穿既有公路隧道,因此及时施作二衬对保证施工安全和楚大高速公路隧道运营安全具有重要意义。
拱墙衬砌台车计划进场日期为2017年2月10日。
4.3.7监控量测
1、监测内容
下穿楚大高速公路施工监控量测监测内容包括楚大高速公路沉降监测、大麦地隧道结构监测。
⑴楚大高速公路公路路面沉降监测。
⑵大麦地隧道结构监测:
隧道拱顶下沉、水平收敛位移监测(监测范围为DK3+500~DK3+580)
2、监测项目和仪器
具体监测项目及仪器见下表所示。
监测项目和仪器表3
序号
监测对象
监测类型
监测项目
监测元件与仪器
1
地层、建(构)筑物及支护结构
目测其状况变化
隧道地表及支护变形、开裂,下沉等情况观察
数码相机
2
楚大高速公路
沉降
沉降观测
电子水准仪/1台
3
隧道结构
拱顶下沉
全站仪/1台
水平收敛
3、监测点(孔)位布置及量测
⑴楚大高速公路路面、边墙沉降监测
沿楚大高速公路方向公路中间隔离带及两侧各布置一排路面监测点,间距10米,单侧共布设7个测点。
⑵洞内拱顶下沉、水平收敛
沉降、收敛量测断面按间隔5m设1个断面,每个断面设5个观测点。
⑶沉降监测的基本要求
1)观测前对所用精密水准仪和全站仪按有关规定进行校验,并作好记录,在使用过程中不能随意更换;
2)首次进行观测,应适当增加测回数,一般取2~3次的平均数据作为初始值;
3)固定观测人员、观测线路和观测方式;
4)定期进行基准点校核、测点检查和仪器的校验,确保量测数据的准确性和连续性:
5)记录每次测量时的气象情况、施工进度和现场工况,以供监测数据分析时参考。
⑷监测方法
观测方法采用精密水准测量法。
基点和附近基准点联测取得初始高程。
观测时各项限差严格控制,每测点读数高差不超过0.3mm,对不在水准路线上的观测点,一个测站不超过3个,如超过时,应重读后视点读数,以作核对。
监测基点为标准基准点(高程已知),监测时通过测得各测点与基准点(基点)的高程差ΔH,可得到各监测点的标准高程Δht,然后与上次测得高程进行比较,差值Δh即为该测点的沉降值,即:
ΔHt(1,2)=Δht
(2)-Δht
(1)
在条件许可的情况下,尽可能的布设导线网,以便进行平差处理,提高观测精度,然后按照测站进行平差,求得各点高程。
⑸数据分析与处理
在施工过程中,应根据观测结果整理绘制“沉降量/时间”关系曲线图,分析既有隧道的位移值及其发展趋势,判断安全性,以便于指导洞内施工安全。
4、拱顶沉降监测
⑴测点埋设
隧道开挖后在拱顶设置预埋件作为拱顶下沉量测测桩,埋设前先用小型机具在待测部位钻孔,然后将测桩放入孔内,用水泥参加速凝剂或早强锚固剂固定,在施工易破坏的位置用红色油漆做好标记并在桩头设保护罩。
⑵监测方法
采用全站仪从洞外或洞内基准点转点至量测断面附近,然后全站仪读数,由此可得拱顶对基准点的相对高程,相隔一定时间后用同样的方法可得拱顶的相对高程,两者差值,即为该段时间的拱顶沉降值。
⑶数据分析与处理
及时对现场量测数据绘制时态曲线和空间关系曲线。
当位移-时间曲线趋于平缓时,进行数据处理、回归分析,推算最终位移和掌握位移变化规律。
5、水平收敛监测
⑴监测点布置
隧道开挖爆破以后,沿隧道周边拱腰或边墙部位分别埋设测桩,测桩的埋设方法与拱顶下沉测桩埋设方法相同。
为了便于进行数据分析,周边收敛与拱顶下沉测桩布置在同一断面。
⑵监测方法
净空水平收敛量测采用全站仪进行量测,量测精度为0.1mm,主要由反光测点、全站仪组成。
测量时将全站仪测量与另一测点的相对距离。
记下读数加上(减去)初始值或者上次观测值,即得到测点位移值。
当位移-时间曲线趋于平缓时,进行数据处理、回归分析,推算最终位移和掌握位移变化规律;
当量测数据异常应该及时反馈现场,分析原因。
如果数据反映围岩变形较大,应该立即加强支护,停止掌子面施工,对掌子面进行封闭。
与当地交管部门协商进行楚大高速公路交通管制,暂停一切车辆和行人通过,加强楚大高速公路监控量测。
大麦地隧道洞内在停止掌子面施工的同时,加大量测频率,加快仰拱初支和仰拱施工,使得洞内支护成环增加稳定性,待量测数据恢复正常速率再短进尺强支护施工。
6、监测频率和监测周期
大麦地隧道及楚大高速公路监测频率和监测周期表表4
施工工况
施工阶段
监测频率
楚大高速公路地表沉降
整个下穿施工期
1~2次/1天
大麦地隧道水平收敛
1~15天
1~3次/1天
16天~1个月
1次/1天
大麦地隧道拱顶沉降
7、监测控制标准
根据量测结果及《铁路隧道监控量测技术规程》的有关规定,可按下表位移管理等级指导施工:
变形管理等级表5
管理等级
管理位移
施工状态
Ⅲ
(U0)<(Un/3)
可正常施工
Ⅱ
(Un/3)≦(U0)≦(2Un/3)
应考虑加强支护
Ⅰ
(U0)>(2Un/3)
应采取特殊措施
表中:
U0——实测位移值
Un——允许位移值
Un的取值,也就是监测控制标准。
根据招、投标文件、相关设计图纸、有关规范和类似工程经验确定本标段新建隧道工程监测各项目的预警值。
监测控制标准表表6
项目
控制累计标准
预警标准
控制速率
速率预警
地面沉降
20mm
14mm
5mm/d
4mm/d
拱顶沉降
50mm
30mm
净空收敛
注:
铁道部《铁建设【2010】120号文》16、当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d或位移累计达100mm时,应暂停掘进,并及时分析原因,采取处理措施。
5施工组织
5.1进度目标
DK3+500~DK3+580段计划施工日期:
2018年4月25日,计划完工日期:
2018年6月25日。
5.2施工组织
5.2.1人员配置
⑴管理人员配置
管理服务人员配备表7
岗位
人数
职责
施工现场负责人
负责现场施工总策划、管理协调
技术负责人
对现场施工技术把关、负责现场技术管理、技术服务
安全员
负责现场施工安全控制
4
测量员
负责现场施工测量及监控量测
5
试验员
负责现场具体试验工作
6
技术员
负责现场具体技术施工测量工作
7
施工员
负责现场协调工作
8
架子队队长
负责现场施工、组织人员
9
材料员
负责应急物资采购保管
10
行车观测安全防护员
负责既有线列车运行观察
⑵现场劳动力安排
根据隧道出口施工各工序按下表所列拟配备施工人员。
施工班组劳动力配置表表8
工种名称
备注
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