水平巖層隧道施工工藝工法

水平巖層隧道施工工藝工法1前言1.1工藝工法概況水平巖層隧道特點(diǎn)為隧道洞身圍巖呈水平狀分布，巖層傾角 <10°，水平層理發(fā)育,施工中拱部圍巖易剝落、掉塊呈門架型，隧道完成開挖及初支后，其拱頂部位初期支護(hù)出現(xiàn)縱向裂縫、剝落等現(xiàn)象，同時(shí)相應(yīng)里程段落內(nèi)的隧道變形沉降速率明顯加快，部分地段初期支護(hù)出現(xiàn)縱向開裂、剝落后急劇演變?yōu)楣绊數(shù)魤K、大面積失穩(wěn)、坍塌現(xiàn)象。根據(jù)水平巖層隧道圍巖不同物理、力學(xué)性能分別采取臺(tái)階法施工或全斷面法施工，全斷面法適用于巖層整體性較好的巨厚層I?U級(jí)圍巖（占隧道總比例較低），臺(tái)階法適用于薄層?中厚層川?W級(jí)圍巖（占隧道比例較高），薄層?中厚層水平圍巖施工具有較高的代表性。以雙線鐵路隧道為例，隧道設(shè)計(jì)開挖高度13.04m,開挖寬度11.43m,開挖面積120斥，上下臺(tái)階及仰拱平行進(jìn)行鉆眼爆破，下臺(tái)階分左右兩幅錯(cuò)開施做。上下臺(tái)階及仰拱三個(gè)工作面可形成平行作業(yè)模式，整體向前推進(jìn)。出碴則按照先上臺(tái)階，再下臺(tái)階，最后仰拱的順序依次從掌子面向后方進(jìn)行，始終保持掌子面優(yōu)先的原則。各工作面出完渣后，及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，使其緊隨開挖掌子面，各工序之間緊密銜接，使得隧道施工可達(dá)到安全、快速整體向前推進(jìn)的良好局面。1.2工藝原理將隧道設(shè)計(jì)斷面分成兩部開挖（不包括仰拱），其中上臺(tái)階超前一定距離后，上下臺(tái)階同時(shí)并進(jìn)，仰拱、二次襯砌緊跟下臺(tái)階。2工藝工法特點(diǎn)水平巖層圍巖采取臺(tái)階法施工，采用多功能平臺(tái)進(jìn)行開挖、支護(hù)作業(yè)，設(shè)備配置簡(jiǎn)單，上下臺(tái)階同時(shí)鉆孔和起爆，達(dá)到隧道同時(shí)開挖掘進(jìn)的目的，同時(shí)可保證開挖后及時(shí)完成初期支護(hù)，在快速施工的同時(shí)能夠有效保證施工安全。在同等的地質(zhì)條件下，效率比全斷面開挖略低，將設(shè)計(jì)斷面分兩部份開挖后，可減少掌子面一次起爆裝藥量從而將爆破作用對(duì)隧道拱部圍巖的破壞作用大大降低，同時(shí)有利于及時(shí)施做初期支護(hù)封閉圍巖。3適用范圍本工藝工法適用級(jí)圍巖地段修建的鐵路、公路隧道施工（v級(jí)圍巖在采取超前支護(hù)、臨時(shí)仰拱等有效支撐手段且監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)未發(fā)生的異常的情況下，可慎重使用臺(tái)階法施工）。4主要引用標(biāo)準(zhǔn)4.1《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》（TZ214）、《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)[2005]160號(hào)）、《鐵路隧道施工規(guī)范》（TB10204）、《新建鐵路鐵路工程測(cè)量規(guī)范》（TB10101）、《客運(yùn)專線無砟軌道鐵路工程測(cè)量暫行規(guī)定》 （鐵建設(shè)[2007]189號(hào)）。4.2設(shè)計(jì)圖紙、合同文件。5施工方法隧道在級(jí)圍巖地段采用臺(tái)階法施工，開挖采用光面爆破技術(shù)，多功能平臺(tái)配合人工YT-28風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆眼，初期支護(hù)采用格柵鋼架+錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射砼聯(lián)合支護(hù)體系。隧道開挖分為上臺(tái)階、下臺(tái)階、仰拱三個(gè)部分分部開挖：上臺(tái)階長(zhǎng)度35?50m每循環(huán)進(jìn)尺2.4?3m（川級(jí)圍巖循環(huán)進(jìn)尺3mW級(jí)圍巖循環(huán)進(jìn)尺2.4m,與格柵鋼架間距相對(duì)應(yīng)）；下臺(tái)階長(zhǎng)度25m每循環(huán)進(jìn)尺不超過3榀鋼架間距，下臺(tái)階左右兩側(cè)錯(cuò)開間距大

于3榀鋼架間距；仰拱每次開挖及支護(hù)長(zhǎng)度6m每組仰拱填充砼澆筑長(zhǎng)度12m仰拱距掌子面距離不大于70n，襯砌距掌子面距離不大于90m6工藝流程及操作要點(diǎn)6.1施工工藝流程施工工藝流程見圖1,工藝流程圖見圖施工工藝流程見圖1,工藝流程圖見圖2圖1水平巖層施工工藝流程圖圖2水平巖層施工工序布置圖6.2操作要點(diǎn)6.2.1施工準(zhǔn)備1風(fēng)、水管、電線敷設(shè)、施工便道、施工場(chǎng)地布置，機(jī)械設(shè)備、人員配置、材料準(zhǔn)備、修建防排水設(shè)施、修建環(huán)保、水保設(shè)施。2根據(jù)設(shè)計(jì)資料詳細(xì)分析了解工程地質(zhì)、當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)情況，制定合理的施工方案和施工措施，制定施工監(jiān)控量測(cè)方案及沉降觀測(cè)計(jì)劃。622施工步驟級(jí)圍巖隧道采用臺(tái)階法施工工藝，上下臺(tái)階采用人工鉆眼，光面爆破技術(shù)，裝載機(jī)配合大型自卸車裝渣運(yùn)輸，施做初期支護(hù)具體施工步驟如下：1上臺(tái)階開挖，開挖作業(yè)高度6.5m，裝載機(jī)裝渣，人工配合多功能平臺(tái)鉆眼，開挖進(jìn)尺根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)和掌子面的實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆爆設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)調(diào)整， 充分考慮拱部圍巖的完整性、層理分布、節(jié)理發(fā)育和巖性的軟硬程度來靈活調(diào)整，盡可能減少對(duì)拱部圍巖的擾動(dòng)：拱部為厚層?巨厚層的砂巖時(shí)，則開挖進(jìn)尺控制在 2.5?3.0m；拱部為薄層?中厚層的泥巖及泥質(zhì)砂巖時(shí)，則開挖進(jìn)尺嚴(yán)格控制在 2.5m以內(nèi)；拱部為破碎的泥質(zhì)砂巖及軟弱泥巖層時(shí)，則將開挖進(jìn)尺嚴(yán)格控制在 1.2m。鉆爆設(shè)計(jì)采用多眼密孔爆破技術(shù)，嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、弱爆破”原則：周邊眼眼間距嚴(yán)格控制在40cm以內(nèi)，且周邊眼宜采用巾25的小藥卷間隔裝藥，水平砂泥巖層爆破抵抗線長(zhǎng)度控制60?80cm左右，炸藥的單耗嚴(yán)格控制在0.6Kg/m3內(nèi)。開挖后及時(shí)初噴混凝土，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，安裝格柵鋼架，并打設(shè)?42鎖腳錨管進(jìn)行固定（長(zhǎng)度3.5m），打設(shè)L系統(tǒng)錨桿，噴砼封閉；鋼架底部不密實(shí)或懸空時(shí)，在鋼架底部安裝砼墊塊。2下臺(tái)階采用兩側(cè)錯(cuò)開開挖施工，錯(cuò)開距離3榀鋼架間距以上，開挖每循環(huán)進(jìn)尺3m初期支護(hù)⑴厚層狀水平圍巖初期支護(hù)參數(shù)

其支護(hù)參數(shù)：拱墻噴射C25混凝土12cm厚；拱墻均設(shè)置?8鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)格間距25cm>25cm拱部設(shè)置①25反循環(huán)中空注漿錨桿，邊墻①22普通砂漿錨桿，L-2.5m,間距1.2X1.2m（環(huán)X縱，梅花型布置；二次襯砌厚度為35cm厚C25混凝土。詳見支護(hù)結(jié)圖3橫山隧道厚層砂巖段支護(hù)結(jié)構(gòu)圖圖4砂巖開挖后光爆效果厚層砂巖開挖完后，立刻安排噴射混凝土，后打設(shè)安裝拱墻錨桿，采取先噴后錨工藝完成初期支護(hù)。在采取上述支護(hù)參數(shù)后，厚層砂巖基本能夠自穩(wěn)，對(duì)于局部因開挖爆破造成厚層砂巖節(jié)理裂隙增大，出現(xiàn)初期支護(hù)裂縫現(xiàn)象。采取打設(shè)L-3.0m的①22砂漿錨桿予以加固,同時(shí)采用①22的螺紋鋼按照50cm的間距縱橫向布置，形成鋼筋網(wǎng)片，并將其與加長(zhǎng)錨桿端部焊接牢固，形成加強(qiáng)支護(hù)網(wǎng)。解決了厚層砂巖初期支護(hù)出現(xiàn)裂縫的問題。⑵薄層狀水平圍巖初期支護(hù)工藝圖5拱部薄層圍巖分布圖對(duì)于拱部為薄層水平巖層圍巖采取的初期支護(hù)參數(shù)為：在上臺(tái)階拱部180。范圍設(shè)置格柵鋼架，間距1榀/1.2m，每榀鋼架設(shè)為3節(jié)，拱部噴射混凝土厚度為23cm邊墻噴射混凝土厚度12cm拱墻均設(shè)置?8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片規(guī)格25cmi>25cm；拱部設(shè)置①25反循環(huán)中空注漿錨桿，邊墻①22普通砂漿錨桿，L-2.5m，間距1.2X1.2m（環(huán)X縱，梅花型布置；二次襯砌厚度為35cm厚C25混凝土。根據(jù)巖層分布和變形特征，針對(duì)性的在上臺(tái)階部位設(shè)置格柵鋼架支護(hù)措施，其工藝要點(diǎn)則要確保上臺(tái)階的格柵鋼架與圍巖連接牢固，形成一個(gè)整體。為防止其在下臺(tái)階開挖過程時(shí)，出現(xiàn)下沉等現(xiàn)象，在拱架安裝時(shí)，專門設(shè)置了鎖腳錨管，確保其將拱架與上臺(tái)階圍巖連接牢固。格柵鋼架分為3節(jié)，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)板和腳板處各設(shè)置2根L-4.0m的鎖腳錨管，每榀格柵鋼架共設(shè)置8根鎖腳錨管，使鋼架與圍巖聯(lián)為一個(gè)整體，形成一個(gè)支護(hù)體系。鎖腳錨管設(shè)置在節(jié)點(diǎn)板和腳板 30cm高度處左右兩側(cè)，錨管打設(shè)方向?yàn)樾毕蛳陆嵌?，與水平面的夾角控制在300左右，錨管端頭采用?22U筋與格柵鋼架焊接牢固。⑶軟弱層理圍巖的初期支護(hù)工藝采用116型鋼鋼架代替格柵鋼架，架設(shè)間距為 1榀/1.2m，噴射C25混凝土上臺(tái)

階拱墻部20cm厚，下臺(tái)階邊墻9cm厚；拱墻均設(shè)置?8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片規(guī)格25cm>25cm拱部180°范圍設(shè)置L-2.5m的錨桿，間距1.2X1.2m（環(huán)X縱，梅花型布置，邊墻不設(shè)置錨桿；二次襯砌為35cm厚C25混凝土。圖6軟弱層理水平圍巖型鋼鋼架安裝⑷水平巖層互層地段初期支護(hù)工藝圖7水平狀互層圍巖橫斷面揭示圖由于圍巖呈現(xiàn)為砂泥巖互層狀，且地下水較發(fā)育，巖層結(jié)合力差，容易出現(xiàn)大面積的掉塊現(xiàn)象。支護(hù)參數(shù)如下：拱墻均設(shè)置格柵鋼架，架設(shè)間距 1榀/1.2m;噴射C25混凝土拱墻23cm厚，仰拱10cm拱墻均設(shè)置?8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片規(guī)格20cnm20cm拱部采用①25中空注漿錨桿，邊墻采用①22砂漿錨桿，L-3.0m，間距1.2x1.0m（環(huán)X縱，梅花型布置；二次襯砌厚度為40cm厚C25混凝土。為了控制爆破后拱部周邊圍巖自然掉塊、坍塌，配合格柵鋼架架設(shè)的間距，在拱部破碎層范圍處打設(shè)超前小導(dǎo)管，超前小導(dǎo)管采用① 42鋼管，壁厚3.5mm導(dǎo)管長(zhǎng)度保持在3.5m以上，外露0.5m,導(dǎo)管環(huán)向間距40cm導(dǎo)管打設(shè)的外插角保持在6°70°范圍內(nèi)。為了增強(qiáng)超前小導(dǎo)管的抗彎強(qiáng)度可在導(dǎo)管內(nèi)填充 M20水泥砂漿。下臺(tái)階初期支護(hù)拱架連接，采取左右錯(cuò)開分幅施工，單邊一次開挖距離不得大于 3榀拱架的間距。開挖后，及時(shí)架設(shè)邊墻拱架，與上臺(tái)階邊墻拱架采用螺栓連接牢固，打設(shè)錨桿、安裝鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土完成其初期支護(hù)。4開挖仰拱，每循環(huán)開挖長(zhǎng)度6m施做初期支護(hù)，澆筑仰拱砼，每組仰拱砼澆筑長(zhǎng)度12m仰拱施工期間采用自制棧橋保持車輛通行。5整體液壓模板臺(tái)車就位（臺(tái)車長(zhǎng)度12m，灌注拱墻襯砌砼。6.2.3監(jiān)控量測(cè)表1監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目表圍巖級(jí)別斷面間距（m）每斷面測(cè)點(diǎn)數(shù)量水平收斂量測(cè)拱頂下沉量測(cè)IV20?301條基線1占> 八、、出30?501條基線1占> 八、、7勞動(dòng)力組織見表2單工作面（雙線隧道）勞動(dòng)力組織表

表2單工作面（雙線隧道）勞動(dòng)組織表序號(hào)工作項(xiàng)目作業(yè)內(nèi)容人數(shù)1開挖開挖工35風(fēng)鎬手2裝載機(jī)司機(jī)3挖掘機(jī)司機(jī)3自卸車司機(jī)142初期支護(hù)格柵加工6鋼筋網(wǎng)片加工2鋼架安裝10噴射混凝土20混凝土攪拌運(yùn)輸罐車司機(jī)83砼牛產(chǎn)混凝土攪拌機(jī)司機(jī)3裝載機(jī)司機(jī)2機(jī)械修理工24襯砌砼工245測(cè)量及其他技術(shù)貝2測(cè)工66其他隊(duì)長(zhǎng)1技術(shù)負(fù)責(zé)人1質(zhì)檢工程師1專職安全員2試驗(yàn)員2電工3修理工2空壓機(jī)司機(jī)3調(diào)度3輔助人員58主要機(jī)具設(shè)備采用臺(tái)階法施工可在圍巖較差的情況下充分發(fā)揮上下臺(tái)階平行作業(yè)的特點(diǎn)， 施工進(jìn)度快，工期有保證根據(jù)機(jī)械工作能力和實(shí)際工作量，單個(gè)工作面主要機(jī)械設(shè)備配備如表 3表3單工作面主要機(jī)械設(shè)備配備如表序號(hào)工序名稱機(jī)械名稱機(jī)械類型單位數(shù)量備注1開挖電動(dòng)空壓機(jī)320m臺(tái)5320m2風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)YT-28臺(tái)253裝碴運(yùn)輸挖掘機(jī)CAT320C臺(tái)24裝載機(jī)WA380臺(tái)25自卸汽車15T臺(tái)46噴射混凝土濕噴機(jī)TK961臺(tái)62臺(tái)備用7混凝土拌合機(jī)JS1000A臺(tái)18砼運(yùn)輸罐車36m臺(tái)49輸送泵HBT60C-1816臺(tái)2360m/h10模板臺(tái)車臺(tái)111供電變壓器S9-630/35KVA臺(tái)312S9-630/10KVA臺(tái)513通風(fēng)設(shè)施軸流通風(fēng)機(jī)NAF12.5-220臺(tái)114測(cè)量及量測(cè)全站儀T臺(tái)1水準(zhǔn)儀蘇光臺(tái)19質(zhì)量控制9.1易出現(xiàn)的質(zhì)量問題9.1.1光爆效果不理想，周邊輪廓不圓順，形成大的超欠挖。9.1.2開挖進(jìn)尺過大，周邊超挖值大。9.1.3上臺(tái)階長(zhǎng)度過長(zhǎng)，不能及時(shí)施做仰拱和二次襯砌，初期支護(hù)松弛變形。9.1.4噴射砼厚度不足、鋼架未與隧道走向垂直，初期發(fā)生變形。9.2保證措施9.2.1周邊眼采用①25小藥卷竹片連接間隔裝藥，控制周邊眼線性裝藥量不超過0.2kg/m。9.2.2安排開挖技師進(jìn)行周邊眼鉆眼，并在已完成的炮眼中插入直木棍，作為其它周邊眼的參照，控制鉆眼方向與隧道軸線一致。9.2.3嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，對(duì)隧道鉆爆設(shè)計(jì)實(shí)行動(dòng)態(tài)化管理，及時(shí)調(diào)整炮眼深度、裝藥量、炮眼間距等鉆爆參數(shù)，達(dá)到光面爆破的目的。924及時(shí)開挖下臺(tái)階，上臺(tái)階長(zhǎng)度超過50m時(shí)，暫停上臺(tái)階開挖，直至下臺(tái)階及時(shí)跟進(jìn)。做好監(jiān)控量測(cè)工作，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)異?；蛞淹瓿沙跗谥ёo(hù)地段噴射砼表面開裂時(shí)，及時(shí)停止開挖，打設(shè)補(bǔ)強(qiáng)錨桿并復(fù)噴砼封閉，加快仰拱與二次襯砌施工。9.2.5控制鋼架安裝質(zhì)量，鋼架間距誤差要求在土10cm內(nèi)，錨桿間距誤差在土15cm內(nèi)，錨桿錨入圍巖長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的 95%鋼筋網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度誤差在土5cm內(nèi)，將鋼架安裝垂直度控制在±2°以內(nèi)；沿隧道環(huán)向預(yù)埋短鋼筋，控制噴射砼厚度不小于設(shè)計(jì)值。10安全措施10.1主要安全風(fēng)險(xiǎn)分析水平巖層隧道開挖要注重圍巖塌方、掉塊等安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)處理措施，編制施工應(yīng)急預(yù)案。10.2保證措施10.2.1進(jìn)洞人員必須戴安全帽，特殊工種應(yīng)持證上崗。10.2.2堅(jiān)持安全交底制度和安全學(xué)習(xí)制度，提高全員安全意識(shí)。10.2.3施工中應(yīng)嚴(yán)格控制施工步距，保持掌子面到仰拱距離不超過 70m襯砌距離掌子面不超過90m10.2.4堅(jiān)持進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，實(shí)行監(jiān)控量測(cè)日?qǐng)?bào)制度，每天將監(jiān)控量測(cè)報(bào)表發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)施工主要管理人員，便于現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)采取相應(yīng)加強(qiáng)措施。10.2.5施工中發(fā)現(xiàn)不安全因素時(shí)，應(yīng)暫停開挖，加強(qiáng)支護(hù)措施。10.2.6力卩強(qiáng)洞內(nèi)電力、通風(fēng)、排水管線路的管理，防止漏電、漏風(fēng)傷人。1027編制隧道防坍塌應(yīng)急預(yù)案，并組織管理人員與作業(yè)班組進(jìn)行應(yīng)急演練。11環(huán)保措施11.1開始施工前，必須進(jìn)行環(huán)境因素識(shí)別，確定重要環(huán)境因素，制定相應(yīng)的管理方案；11.2臨時(shí)工程及場(chǎng)地布置應(yīng)采取措施保護(hù)自然環(huán)境；11.3隧道棄碴場(chǎng)坡面按設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)墾或綠化， 碴頂整平滿足設(shè)計(jì)要求，坡腳進(jìn)行防護(hù)，防止水土流失；11.4施工場(chǎng)地布置時(shí)，在水源保護(hù)地區(qū)內(nèi)不得取土、棄土、破壞植被等，不得設(shè)置攪拌站、洗車臺(tái)、充電房等，并不得堆放任何含有害物質(zhì)的材料或廢棄物；11.5施工廢水、生活污水和生活垃圾不得隨意排棄，并在生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)及洞門口設(shè)置污水處理池，生活污水或生產(chǎn)及洞內(nèi)廢水經(jīng)過污水處理池處理后排放到指定地點(diǎn)。12應(yīng)用實(shí)例12.1工程簡(jiǎn)介由中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司獨(dú)自承建的太中銀鐵路橫山隧道全長(zhǎng) 11448m設(shè)計(jì)為雙線隧道,其中11080m為川?W級(jí)圍巖，圍巖主要為水平成層狀砂巖夾泥巖，節(jié)理發(fā)育?較發(fā)育。隧道設(shè)計(jì)開挖高度13.04m,開挖寬度11.43m,開挖面積120m2。采用臺(tái)階法施工，川級(jí)圍巖地段支護(hù)參數(shù)：拱部（上臺(tái)階）設(shè)格柵鋼架間距2m/榀，噴射C25混凝土上臺(tái)階拱墻部20cm厚，下臺(tái)階邊墻9cm厚；拱墻均設(shè)置?8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片規(guī)格25cm>25cg設(shè)置L=2.5m的錨桿，間距1.2X.2m（環(huán)X縱，梅花型布置，二次襯砌為35cm厚;W級(jí)圍巖支護(hù)參數(shù)：拱墻均設(shè)置格柵鋼架，間距1榀/1.2m，噴射C25混凝土拱墻23cm厚,拱墻設(shè)置?8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片規(guī)格20cm>20cm錨桿長(zhǎng)度L=3.0m,間距1.2X1.0m（環(huán)X縱，

梅花型布置，二次襯砌厚度為40cm厚C25混凝土圖8川級(jí)圍巖襯砌斷面圖12.2施工情況橫山隧道共有設(shè)計(jì)9690m為川級(jí)圍巖，1390m為W