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隧道施工方案
新建梅州至潮汕铁路站前工程MSSG-3标
大岭隧道
施工方案
编制:
复核:
审核:
编制单位:
中铁二局股份有限公司梅汕客专(MSSG-3标)工程指挥部
二O一六年三月二十六日
大岭隧道施工方案
1.编制依据、原则及使用范围
1.1.编制依据
1)我队对施工现场的实地勘察、调查资料;
2)国家和铁道部现行设计规范、施工规范、验收标准等;
3)新建梅州至潮汕铁路站前工程MSSG-3标大岭隧道设计施工图和相关通用图;
4)国家和铁道部现行设计规范、施工规范、验收标准等;
5)广州铁路(集团)公司编制的指导性施工组织设计;
6)大岭隧道施工组织设计。
1.2.编制原则
(1)节约资源和可持续发展的原则。
贯彻“十分珍惜、合理利用土地和切实保护耕地”的基本国策,依法用地、合理规划、科学设计,少占土地。
(2)符合性原则。
满足建设工期和工程质量标准,符合施工安全、环境保护、水土保持和地质灾害防治等要求。
(3)科学、经济、合理的原则。
树立系统工程的理念,统筹分配各分部工程的工期,搞好衔接;合理安排施工顺序,组织均衡、连续生产;建立数学模型进行工期、资源优化;管理目标明确,指标量化、措施具体、针对性强。
(4)引进、创新、发展的原则。
积极采用、鼓励研发旨在提高工程技术和施工装备水平、保证施工安全和工程质量、加快施工进度、降低工程成本的新技术、新材料、新工艺、新设备。
(5)以标准化、规范化、集约化、信息化管理为基础,将安全、质量、进度、环保和技术创新等目标进行层层分解细化。
1.3使用范围
适用于新建梅汕客专MSSG-3标大岭隧道单位工程施工方案,设计里程DK81+200~DK82+372段范围内洞身开挖、支护、衬砌、附属工程等的施工。
2.工程概况
2.1工程简介
2.1.1线路概况
大岭隧道位于揭阳市揭东区新亨镇顶坝村附近,隧址区为剥蚀丘陵区及丘间谷地区,丘坡地形起伏,自然坡度约为20~30º,植被较发育,多为松树林,隧道出口偏僻,交通较为不便,隧道全长1172m,起点里程DK81+200,终点里程DK82+372,进口起点轨面设计高40.959m,出口终点轨面设计高为31.360m。
线路竖曲线半径为R=20000m,坡度-8.19‰,线路平面位于左偏曲线上,曲线半径为R=3500m。
根据1:
400万《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),大岭隧道区域地震动峰值加速度为0.10g,动反应谱特征周期为0.35s。
2.1.2工程地质
隧址区出露的地层岩性主要为第四系残坡积土层(Qel+dl),下伏基岩为燕山晚期第二次侵入黑云母花岗岩(Yy²)。
现由新至老分述如下:
(1)第四系残坡积层(Qel+dl)
粉质黏土,红褐、黄褐色,硬塑,土质不均,黏性较差,层厚1.0~10m。
主要分布于山体斜坡表层,隧道山顶处分布较薄,隧道进出口及浅埋段较厚。
(2)燕山晚期第二次侵入黑云母花岗岩(Yy²)
下伏基岩为燕山晚期第二次侵入黑云母花岗岩,全风化,褐黄色,呈砂土状,层厚约12.4~42.0m,其下强风化,节理裂隙较发育,呈碎块状、块状,厚约2.0~18.0m,其下为弱风化,花岗结构,块状构造,主要矿物为石英、长石及黑云母等,岩质坚硬,物探揭示弱风化基岩纵波波速为4100~5450m/s。
2.1.3水文特征
(1)地表水
隧道横穿剥蚀丘陵区及丘间谷地区,沟谷深切,冲沟常年有水,呈树枝状分布,径流条件良好,以山脊为分水岭,向两侧洼地冲沟排泄,流量主要受大气降雨影响较大,季节性变化影响显著。
(2)地下水
环境水侵蚀性判定成果表
序号
钻孔编号
根据耐久性规范确定的化学侵蚀环境等级
硅酸盐侵蚀
酸性侵蚀
二氧化碳侵蚀
镁盐侵蚀
备注
1
Jz-Ⅲ1411-082135
无
无
H1
无
地下水
2
Jz-Ⅲ1411-082391
无
H1
H1
无
地下水
根据水质实验分析结果,隧址地下水均有酸性和二氧化碳侵蚀,化学环境作用等级为H1;根据该水样硫酸根离子含量判定,该水样无盐类结晶破坏作用。
2.1.4气象特征
属亚热带季风气候区。
揭阳多年平均气温21.4℃,最热月平均气温28.5℃,最冷月平均气温13.3℃,极端最高气温39.2℃,极端最低气温-2.7℃,多年降水量变幅在1810~2815mm之间,年平均风速1.9m/s,影响揭阳的台风共93个,平均风力≧6级,年均3.6个,其中严重影响0.5个(平均风力≧8级),每年均有台风影响,而7~9月台风占总数的83%。
2.1.5主要工程数量
(表一)主要工程数量表
部位名称
工程项目
单位
Ⅲ、Ⅳ
Ⅴ
合计
正
洞
开挖
正洞开挖土石方
m3
71340.36
85418.11
156758.47
衬
砌
C35钢筋砼拱墙
m3
8533.9
11722.59
20256.49
C35砼底板、仰拱
m3
875.2
204
1079.2
C30砼沟槽身
m3
1504.3
1733.41
3237.71
C20仰拱填充
m3
4775.3
5396.99
10172.29
钢筋
t
1271.86
沟槽C35钢筋砼盖板
m3
383.85
复核式防水板(厚1.5mm)
M2
16149.1
18392.96
34542.06
中埋式橡胶止水带
m
3590.38
3811.59
7401.97
遇水膨胀止水条
m
1060
1284
2344
外贴式止水带
m
1483.43
1685.81
3169.24
双壁打孔波纹管ф50mm环向
m
1431
1617.3
3048.3
临时支护C25喷射砼
m3
2162.1
2162.1
C25喷射砼
m3
4159.32
7348.25
11507.57
型钢
t
597.84
597.84
轻型钢架
t
859.94
859.94
钢筋网
t
30.88
38.739
69.619
初
期
支
护
超前小导管Ф42t-3.5mm
m
19706.4
6120
25826.4
注水泥浆
m3
176.4
1666.29
1842.69
管棚Ф108t=5mm
m
6900
管棚内水泥砂浆
m3
249.75
249.75
砂浆锚杆
m
9798.6
26876.8
36675.4
ф25CD反循环注浆锚杆
m
840.8
840.8
钢筋格栅
t
226.07
101.31
327.38
拆除钢筋混凝土
m3
2312.82
2312.82
洞
门
土方开挖
m3
9019.85
C20混凝土
m3
394.81
C35混凝土、仰拱
m3
630.85
C30钢筋混凝土
m3
560.05
钢筋
t
569.73
M10砂浆抹面30mm
m2
836.19
防水板
m2
836.19
附属工程
M20片石砼挡碴墙
m3
1295.24
2.1.6交通运输条件
针对大型机械材料的运输,本线与既有广梅汕铁路成并行状态,与新建厦深铁路在潮州潮汕站接轨,厦深铁路近期未办理货运,与既有广梅汕铁路相距较近;沿线公路主要由国道、省道、县道以及乡道等构成交通运输网络,线路可利用的主要等级道路有;国道G206,下坝村村道和下坝村砖厂便道。
大岭隧道范围内多竹林、果树、村舍、乡村便道,其中乡村便道修建等级低,重载车辆通行困难,需要新建、改(扩)建、加固。
施工过程中主要利用区域内县道、村道,作为物资设备进场运输的主要道路。
通过与相关部门和村委会协调后使用,过程中安排人员进行必要维护,完工后进行道路全面恢复。
部分地段考虑到村道可利用的困难,采取新建临时道路解决。
2.2主要技术标准
铁路等级:
客运专线
正线数目:
双线
设计速度:
250km/h
正线线间距:
4.6m
设计活载:
ZK活载
轨道类型:
无砟轨道
牵引种类:
电力
机车类型:
动车组
列车运行控制方式:
自动控制
行车指挥方式:
综合调度集中
2.3重、难点分析及对策措施
(1)大岭隧道洞口施工,其中明洞CFG桩施、边仰坡防护质量控制及洞身V级围岩开挖、支护、衬砌质量是本单位工程的施工重点,过程中的合理控制将直接影响到施工质量。
对策措施:
1)落实责任管理制度,确定管理人员、技术人员、各特种作业人员的相应职责,对关键工序的施工进行旁站。
2)根据相应的设计规范及质量验收标准进行施工方案、技术交底的编制,内容详细、具体,符合现场实际生产条件。
3)严格按照施工方案及技术交底进行施工,不得擅自改动施工方法及工艺,合理安排施工。
4)施工过程中按照规范及相应标准控制施工质量,严格要求,确保施工质量。
(2)大岭隧道位新亨镇顶坝村附近,竹林及果树园多,耕作农民多。
环、水保及文明施工措施是本工程的难点。
1)制定现场文明施工管理条例,如岗位责任制、经济责任制、会议制度、专业制度、检查制度、资料管理制度等。
2)按国家及施工所在地的规定,加强对噪声、粉尘、废气、废水的控制和治理,努力降低噪声,控制粉尘和废气浓度以及做好废水和废油的治理和排放。
3)根据本标段所处位置和工程特点,加强现场文明施工的综合管理,减少现场施工对周围环境的干扰和影响。
加强检查监督,从严要求,使文明施工现场管理真正出成效。
3.施工计划
3.1施工进度计划
根据大岭隧道施工组织设计,各分项工程施工进度计划表。
表3-1-1隧道工程进度计划表
序号
工程名称
工程量(米)
历时(天)
时间
1
临建设施
20
2016.3.25.~2016.4.15.
2
出口段明洞开挖及管棚
19
20
2016.4.15~2016.4.25.
3
出口段明洞衬砌
19
30
2016.5.10.~2016年6.9
4
暗洞开挖及支护
1129
625
2016.4.26~2018.1.20
5
仰拱及填充施工
1129
608
2016.6.20~2018.2.28
6
暗洞衬砌
1129
610
2016.7.10~2018.3.20
7
水沟电缆超施工
1129
570
2016.9.5~2018.3.25
8
进口段明洞开挖及管棚
24
20
2018.1.1~2018.1.20
9
进口段明洞衬砌
24
20
2018.3.20~2018.4.10
3.2机械设备配置计划
根据大岭隧道施工组织设计和工期安排计划,主要机械设备配置如下表3-2-1.
表3-2-1主要机械设备配置
机械
类别
序号
机械设备名称
型号规格
单位
数量
用途
开挖支护机械
1
挖掘机
PC200
台
1
洞内作业
2
装载机
ZLC50F
台
1
洞内作业
4
电动空压机
4L-22/8
台
3
开挖
5
管棚钻机
KR50412-3
台
1
开挖
6
凿岩机
YT28
台
15
开挖
7
岩石电钻
ZM-15T
台
1
开挖
8
风镐
G10
台
4
开挖
9
工作台架
6M
套
1
开挖
10
自卸汽车
一汽解放王
台
4
出碴用
11
注浆泵
BW-250/50
台
2
注浆用
12
湿喷机
岩峰TK700
台
2
喷射混凝土用
13
离心泵
150S78
台
1
高压水池抽水
14
潜水泵
4.5KW
台
1
施工用水
15
潜水泵
7.5KW
套
1
施工用水
二次衬砌
1
防水板台架
6m
套
1
挂防水板用
2
耙焊机
套
2
挂防水板用
3
混凝土输送泵
HBT60
台
1
衬砌混凝土用
4
模板台车
12m
台
1
衬砌混凝土用
加工机械
1
电焊机
BX1-50
台
4
钢筋加工用
2
钢筋切断机
GQ40
台
1
钢筋加工用
3
钢筋弯曲机
GQW40
台
1
钢筋加工用
4
钢筋调直机
YCL-180
台
1
钢筋加工用
5
切割机
台
2
钢筋加工用
6
立式砂轮机
台
1
机械加工用
其它
1
客货两用车
长城皮卡
台
1
生活用
针对各施工工艺及施工顺序,各种机械设备分批次,分工点部位进场。
3.3劳动力计划
根据指导性施工组织设计,为保障正常工期要求,制定如下劳动力计划表:
表3-3-1劳动力计划表
根据现场施工进度及生产计划,相应人员按批次进场。
4.总体施工方案
4.1施工平面布置及说明
4.1.1施工驻地及临建房屋
本着交通便利、方便施工为原则,合理布置库房及生产、生活设施,避免材料及设备的二次倒运,工具库房、钢筋房、水泥库、均设置在靠工点,均新建临时活动板房。
项目第七架子队驻地设置在大岭隧道出口左侧,选址满足了对隧道的施工管理工作。
详见《大岭隧道平面布置图》附图1。
4.1.2施工用电
隧道用电源于南方电网公司,电力资源丰富,施工用电以系统电为主,满足施工用电需要。
大岭隧道施工用电接入一台安装容量800kVA的变压器和1台630KW的变压器施工。
施工过程中增设一级、二级、三级电箱,由专业电工进行维修保养,统一管理,并做好相应的巡检记录。
为确保突发停电带来的不便,自备300KW柴油发电机一台。
4.1.3施工用水
隧道址地表和地下水丰富,无特殊缺水地段,在驻地前方30米小溪边打一口深90米6m³/小时的深井,设置蓄水池、铺设抽水和供水管路供应生产和生活用水。
4.1.4拌和站
大岭隧道所需喷浆料和混凝土由4#拌和站提供。
施工过程中,各分项工程报监理工程师检查合格后,由现场技术员、施工员、班主管理人员一起填写喷浆料或混凝土申请单,交与4#拌和站,实验室根据混凝土强度等级开出混凝土配合比,交予拌和站按相应比例进行拌合配制,安喷浆料运输车或排罐车运送。
混凝土供应过程中,同一工点的混凝土施工间隔时间不得超过2小时,最好控制在1.5小时以内,保证现场结构物的施工质量,不出现冷缝等质量问题。
对于现场混凝土出现离析、结团等不符合要求情况时,需退回拌和站进行处理,重新发料。
4.1.5钢筋加工、拱架加工
大岭隧道所需钢筋、型钢由项目部3#钢加工场提供。
施工过程中,根据围岩类别和施工步骤,由本隧道技术员超前3~5天提供图纸及加工大样图到3#钢筋加工。
加工好的半成品必须经过验收合格后才能运送到施工现场。
5.5.施工方法及工艺流程
5.0隧道超前地质预报工作方法
大岭隧道存在的风险主要是浅埋段坍塌、掌子面涌水等。
超前地质预报采用地面地质调查、掌子面地质素描、超前地质钻孔、弹性波反射法及瓦斯监测仪进行预测预报。
大岭隧道地质复杂,在施工中建立超前地质预测预报系统,采用综合超前地质预报手段探明掌子面前方地质条件,以便采用有效的施工措施,避免施工突发灾害的发生。
结合各隧道不同的地质条件,超前地质工作按照长短结合、上下对照、定性与定量相结合的办法来保证预报的准确性。
根据各种探测方法的特点,可分为长距离控制预报、中距离预报、短距离验证预报。
综合地质预报主要措施见下表:
综合超前地质预报主要措施表。
⑴地面地质调查
核对勘测资料,掌握隧道所在地区的地层岩性、地质构造、不良地质及水文地质情况,为隧道内地质预报提供方向性的依据。
调查范围主要为隧道中线两侧各1~2km的范围。
本标段隧道按两侧各1.5km考虑。
⑵掌子面地质素描
由专业地质人员对隧道及辅助导坑的工程地质,水文地质特性进行详细的地质素描,是隧道开挖后及时记录隧道洞身和掌子面地质情况的一种方法,它是地质调查的细化和补充,并结合物探、水平钻探等资料,对掌子面前方地质情况进行预测,并提出工程措施意见和为隧道运营维护提供全面准确的地质资料。
本标段隧道施工开挖的全长进行地质素描。
⑶超前地质钻孔
超前地质钻孔是对岩性界面以及采用物探等手段探测到的不良地质体的确认,超前地质钻孔应连续搭接进行,超前地质钻孔的位置、孔深、数量、取芯等由地质人员根据物探预报成果并结合掌子面附近的地质情况综合分析确定。
本标段隧道超前钻探一般按1~2孔考虑,现场按地质工程师的要求增减钻孔数量。
⑷弹性波反射法
弹性波反射法每次可探测100~150m,为提高预报准确度和精度,采取重叠式预报,每开挖100~150m预报一次,重叠部分(不小于20m)对比分析,每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。
本标段隧道全部长度范围内连续施做。
5.0.1超前地质预报流程
超前地质预报流程如图-4-1所示。
图5-4-1超前地质预报流程图
5.0.2TSP203超前地质预报
TSP203超前地质预报系统,采用TSP203隧道地质超前预报系统,预测掌子面前方100m至200m范围不良地质,包括断层、特殊软岩、煤系地层中的煤层、富水砂岩层和煤系地层与其它地层的界线。
5.0.3地质雷达预报
地质雷达预报是用电磁波反射原理进行探测,通过测定与含水性有关的介电常数的变化来探测充水的地质体,含水的断层、岩性界面等。
采用地质雷达进行短距离(10~40m)的精细岩性结构变化情况的预报。
作为TSP203超前地质预报的补充,在高水压地段对TSP203预报的异常点,比如确定异常体的规模、性质、危害有困难时采用地质雷达作为补充。
地质雷达预报方法和预报成果见表-1-1。
表5-1-1地质雷达预报方法和预报成果表
预测方法
预报成果
探测充水的地质
确定断层、岩性和煤层、溶洞的界面,确定异常岩体的规模、性质、危害程度。
隧道底部、边墙、隧顶外或其它出水部位
可能隐伏岩溶洞穴、采空区
5.0.4超前水平钻探
采用超前水平钻探法,对开挖面前方30~60m范围的含水构造、水量及水压进行预测,在长期长距和其它长期短距预报基础上,用超前水平钻探法进一步对特别差的地质段取得可靠资料。
根据TSP和地质雷达预测预报结果确定是否需要打超前探孔,钻30~60m长φ108mm超前地质钻探孔。
钻探孔时,根据钻进速度的变化,钻孔中出水的清浊及颜色,对开挖面前方含水构造进行判断(在开挖钻孔作业时,将部分眼孔加深5~8m,作为辅助超前探测,辅助超前探孔数量可根据实际地质情况酌情增减)。
5.0.5地质分析方法
地质调查:
对地貌、地质进行调查与地质推理相结合的方法有针对性的补充地质资料。
补充地质资料的主要内容包括:
不同岩性、地层在隧道地表的出露及接触关系,岩层产状及变化情况;构造在隧道地表的出露、分布、性质、变化规律及产状变化;地表岩溶发育情况和分布规律。
地质调查方法:
地质预报组人员根据建立的标准地层剖面,结合沉积规律,确定各岩层层序、厚度、位置。
对地质构造进行跟踪调查后,展开有针对性的地质调会,详尽地核对细化勘察设计资料,为地质预报做好基础工作。
隧道开挖面地质素描:
地质预报人员对隧道开挖面的地质状况作如实的调查和编录,采集必要的数据,具体包括:
开挖面地层、岩性、节理发育程度、受构造影响程度、围岩稳定状态等进行编录。
表5-1-2地质素描方法和预报成果表
序号
方法
形成成果
1
用罗盘仪,洞内观察等方法,实测岩层产状、节理产状及间距、微构造产状、断层层面产状等资料,采取分段测绘。
分析岩体各种参数,对开挖面地质评价,绘制常规地质预报展示图和分段地质预报书。
2
绘制标准地层剖面和岩层位
预报预测软弱岩层的位置,围岩稳定情况,提出施工措施建议。
3
观察开挖面断层及微构造出露情况、量测岩层产状
分析断层、微构造的产出的规律和在开挖面的部位、构造走向与隧道轴线关系,作出地质预报图。
5.0.6地质预报实施计划安排
施工时必须将超前地质预报纳入施工工序,做到先探测、后施工,不探测,不施工。
实施计划总的思路是:
采用TSP203地质超前预报系统进行长距离全程宏观控制,每次探测100~200m;红外线探水仪进行短距离全程连续实施,每次探测20m;地质雷达全程进行短距离探测,进一步强化、补充和验证,每次探测30m;超前水平钻探,一般每100m进行一次,每次钻探30m,地质较差地段加密钻探;同时加强常规地质综合分析。
长距离预报和短距离预报方法见表-4-3。
表5-1-3长距离预报和短距离预报方法表
地质预报方法
预报内容
长距离预报
TSP203探测
溶洞、断层及不良地质情况
短距离
预报
地表调查
岩层产状及其变化;构造在隧道地表的表现;地表坍陷、岩溶发育规律。
超前水平地质探孔
为避免地质灾害发生,广泛采用超前水平探孔。
地质素描
掌子面地质素描及预报
地质雷达
隧道底部探测、隧道周边出水部位探测
5.0.7地质超前预报时间安排
地质超前预报是隧道施工中的一个重要环节,作为一项工序纳入隧道施工中去。
根据地质超前预报工作量、预测频率及每次开挖支护循环进尺,可以推算每循环各项地质预报所需时间。
折合到开挖每循环中的占用时间约30分钟。
5.0.8地质预报主要设备
超前地质预报主要设备配置见表-1-4。
表5-1-4超前地质预报主要设备配置表
序号
设备名称
型号
数量
1
地质超前预报探测系统
TSP203
1套
2
地质雷达仪
SIR-2000
1台
3
超前探水仪
HY-303
1台
4
水平钻机
MGJ-89
1套
5
地质罗盘仪
DQY-1
2套
6
笔记本电脑
IBM
1台
5.0.9地质预报信息反馈
地质预报方法就是建立一个地质信息系统,通过各种方法收集地质信息,输入信息处理系统,进行综合分析、判断,并将处理结果反馈给设计单位及施工现场,及时调整施工方法和参数。
然后从施工过程中获取新的地质信息,更新地质信息系统,经处理后,再一次反馈给施工现场,如此往复。
通过地质信息系统的及时、准确预报,为信息化施工提供决策依据。
5.1洞身开挖
5.1.1钻爆设计
⑴钻爆作业
洞身采用水压钻爆法开挖,弱爆破,人工装药,非电起爆系统起爆。
周边眼采用空气间隔、不耦合装药,采用导爆索起爆,将导爆索插入空底药卷内,炸药均匀分布装入炮孔内。
为克服底部炮眼的阻力,一般将底部药量稍微加大。
在装药前先在炮眼孔底装入长约20cm的一节水带,并在装药结束后再装入2节水袋,再进行堵塞。
掏槽眼、辅助眼、底边眼等采用连续耦合装药,雷管埋入孔底药卷,聚能穴朝孔口方向。
在装药前先在炮眼孔底装入长约20cm的一节水带,并在装药结束后再装入2节水袋,再进行堵塞。
Ⅲ级及以上围岩采用手持风钻配合简易凿岩台车钻眼爆破施工,孔深4.5m;Ⅳ级围岩采用手持风钻配合简易凿岩台车钻眼爆破施工,孔深2.0~3.0m;Ⅴ级围岩、Ⅳ级围岩洞口浅埋段采用人工钻眼弱爆破或微振动爆破施工。
(2)钻爆工艺流程
①爆破设计程序流程
爆破设计程序流程见图5-1-5。
图5-4-5爆破设计程序流程图
②钻爆法开挖工艺流程
钻爆法开挖工艺流程见图5-1-6。
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