溶洞处理施工设计方案.docx

1、溶洞处理施工设计方案溶洞处理施工设计方案溶洞处理专项施工方案() ()施工组织设计工程名称:编制单位:编制人:审核人:批准人:编制日期:年月日1. 编制依据 (1)2. 工程概况 (1)3. 总体施工方案 (2)4. 资源配置 (2)5. 工期安排 (4)6. 溶洞施工方案 (4)6.1.溶洞概况 (4)6.2.设计开挖支护参数 (4)6.3.施工工序 (5)6.4.隧道开挖及支护 (5)6.5.空腔回填及护拱施做 (7)6.6.隧道基底加固 (8)6.6.1钢花管注浆加固 (8)6.6.2袖阀管注浆加固 (9)6.7.桩基施工 (10)6.7.1 桩位布置 (10)6.7.2施工准备 (12

2、)6.7.3施工方法与工艺流程 (13)6.8.梁板施工 (18)6.8.1施工原则 (18)6.8.2纵向施工段划分 (18)6.8.3梁板钢筋加工 (18)6.8.4梁板钢筋绑扎 (19)6.8.5混凝土浇筑 (19)6.9.防排水施工 (20)7. 安全保障措施 (20)7.1溶洞超前预报 (20)7.2保障措施 (20)1.编制依据铁路隧道工程施工质量验收标准TB10417-2003客货共线铁路隧道工程施工技术指南TZ204-2008铁路隧道工程施工安全技术规程TB10304-2009铁路桥涵工程施工安全技术规程TB10303-2009客货共线铁路桥涵工程施工技术指南TZ203-200

3、8铁路混凝土工程施工质量验收标准TB10424-2010羊角一号隧道施工图羊角一号隧道D1K112+239-537段溶洞处理方案变更设计施工图指导性、实施性及羊角一号隧道施工组织设计2.工程概况羊角一号隧道进口里程D1K108+726,出口里程D1K114+489,全长5727m,隧道为单面坡,设计纵坡为0.7%、1.72%的单面上坡,最大埋深约285m。横洞开挖至正线隧道D1K112+324时,揭示沿正线隧道走向存在大型溶洞。该溶洞全长160m,高414m,宽321m,溶洞局部顶板、侧壁及洞底表层分布有石笋、石柱、石钟乳及石幔,稳定性较差,扰动后极易坠落。溶洞底部为崩积物、冲积物覆盖,组成物

4、分布规律不强,无明显的成层特征,且厚度突变快,均一性差,不宜作为隧道结构基础。图1溶洞平面示意图岩溶水受冲沟水下渗补给,补给不大,观测最大水量2L/S,对隧道工程影响较小。3.总体施工方案隧道D1K112+244D1K112+388段发育大型溶洞,采用特殊衬砌结构,台阶法开挖。开挖后清除洞顶钟乳石及松动岩块,施做初期支护。该段隧底溶腔发育,采用桩基跨越,桩采用直径1.25m的钻孔灌注桩,沿隧道走向分别在隧道线及边墙设三排桩基,桩与桩之间设三道纵梁连接,梁体间浇筑仰拱混凝土。隧道衬砌采用仰拱现行浇筑,拱墙一次成型,拱墙铺设防水材料。拱部及边墙空腔采用施做2m厚的C20混凝土护拱或回填密实,对于D

5、1K112+264D1K112+294段左侧边墙空腔及D1K112+309D1K112+364段拱部空腔,先对溶洞岩面施做锚杆进行加固,22砂浆锚杆,长3.5m,间距1.2m1.2m,梅花形布置,端部预留50cm在外部,施做衬砌时,采用C20混凝土回填密实;对于D1K112+361D1K112+389段溶洞空腹初喷10cmC25混凝土,施做22砂浆锚杆,长3.5m,间距1.2m1.2m,梅花形布置,6钢筋网,在溶腔空腹,于衬砌外设置2m厚的C20混凝土护拱;对于D1K112+389D1K112+394段溶洞底部采用C20混凝土换填,边墙及拱部按D1K112+361D1K112+389段处理。4

6、.资源配置溶洞处理施工需要的主要机具设备见表1,人员配置见表2。表1 主要机具设备表5.工期安排表3 工期安排表6.溶洞施工方案6.1.溶洞概况现场勘测显示溶洞与隧道结构物的位置关系分为隧底空腔、隧道边墙处小型空腔、隧底边墙空腔、洞顶小型空腔和拱墙大型空腔。溶洞开挖后钻孔揭示里程D1K112+244388段隧底溶洞发育较大,岩性组成复杂,不宜做隧道结构基础。里程D1K112+264294、D1K112+301319段左侧边墙及D1K112+379389段右侧边墙向隧道外延伸空腔,深25m,高1 6m。里程D1K112+309364段拱顶存在溶槽,宽39m,高25m,沿拱顶向右侧延伸。里程D1K

7、112+361394段拱顶及右侧边墙存在较大空腔,空腔侧壁、顶板及局部洞底表层分布有石笋、石柱、石钟乳及石幔,其稳定性较差,易坠落。6.2.设计开挖支护参数D1K112+239D1K112+537段洞身开挖采用爆破开挖,台阶法施工。隧道支护参数见表4,特殊衬砌结构见图6.2.1。表4 支护参数表图2溶洞特殊衬砌图6.3.施工工序施工工序流程如图3所示。6.4.隧道开挖及支护D1K112+330537段采用三台阶七部开挖施工,施工前首先清除溶洞顶板、侧壁及局部洞底表层分布的石笋、石柱、石钟乳及石幔,确保施工安全。按设计轮廓放点,先对隧道轮廓外拱部空腔岩面进行加固,对于里图3工序图程D1K112+

8、309D1K112+364段拱部空腔,施做锚杆进行加固,22砂浆锚杆,长3.5m,间距1.2m1.2m,梅花形布置,端部预留50cm在外部,待C20混凝土回填后连接在一起;对于D1K112+361D1K112+389段溶洞空腹施做22砂浆锚杆,长3.5m,间距1.2m1.2m,梅花形布置,6钢筋网,网格间距25cm25cm,喷10cmC25混凝土。钻眼爆破开挖,每循环进尺控制在2榀拱架间距内,开挖后及时施做初期支护,安装I18钢拱架,施做锚杆及安装钢筋网片,按设计回填要求对拱顶及边墙空洞处预埋混凝土泵管,管顶离岩面不得大于30cm,喷射混凝土前内侧管口包裹保护,待初期支护封闭后通过预埋泵管泵送

9、C20混凝土回填空洞。开挖边墙前,为确保溶洞顶板及侧壁稳定,应对边墙拱脚处空腔砌筑2m厚的M10浆砌片石垛顶,沿隧道边墙走向支撑岩面。图4浆砌片石垛顶图6.5.空腔回填及护拱施做D1K112+309D1K112+364段初期支护拱部及边墙依次封闭后,按先拱部后边墙的顺序依次对较小空腔分次泵送混凝土回填密实。图5拱顶空腔回填示意图D1K112+361D1K112+394段隧道拱部及大部分边墙轮廓线处于溶腔内,溶腔岩面挂网锚喷加固后,先于C20混凝土护拱外轮廓线安装模板支架,支架采用I18钢拱架,钢拱架间距1.0m,纵向采用22螺纹钢连接为以整体,钢拱架内侧铺设5cm的模板。施做初期支护,每隔5m

10、在拱顶位置预埋混凝土泵管,待初期支护封闭后分次泵送C20混凝土浇筑护拱。浇筑时应依次分多次泵送混凝土,密切关注初期支护的变形。图6护拱施工示意图6.6.隧道基底加固为提高桩的相对刚度,约束桩顶位移,改善基底性能,需对隧底冲积填充物进行注浆加固,分以下两种方式注浆:6.6.1钢花管注浆加固桩位2-19与3-19、1-20、2-20与3-20之间采用75钢花管注浆加固,钢管桩间距1.21.2m,梅花型布置,设计参数如下:钢花管:长度5m,钻孔直径1cm,钻孔间距15-20cm,梅花型布置注浆浆液:水泥浆水灰比W:C=0.5:11:1注浆压力:0.30.5MPa6.6.2袖阀管注浆加固桩位3-21与

11、3-22采用钢制袖阀管注浆加固,钢制袖阀管钻孔布置见图7。图7袖阀管桩位布置图注浆设计参数如下:袖阀管采用424mm刚性管。套壳料采用膨润土和TGRM特种灌浆料现场配制。注浆孔开孔直径不小于108mm,终孔直径不小于90mm。孔口管应埋设牢固,并有良好的止浆措施。注浆材料采用42.5普通硅酸盐水泥浆,水灰比:(0.751.5:1)注浆压力为23MPa。浆液扩散半径11.2m。桩位3-21下管深度38m,桩位3-22下管深度46.2m。袖阀管注浆质量控制将孔位附近场地整平后,再测量放样;在注浆施工应通过现场试验对布孔方式、注浆参数及浆液配比作进一步调整,并在以后注浆施工过程根据现场实际情况进行适

12、当调整,以确保注浆效果;孔口止浆率不得小于90%;每循环注浆的扩散半径合格率不得低于90%;注浆过程要采取相应的措施来防止堵管,如多做试验选定合理的凝结时间,注意压力的变化,如压力升高要及时提升芯管;严禁使用不合格材料,不得使用受潮或过期水泥;制作浆液时,水灰比要按设计严格控制,不得随意变更;严密监视注浆压力和注浆量,出现异常时应立即停止灌入,查明原因并采取相应措施;待浆液达到设计要求后,方可进行下到工序的施做;加强浆液的管理,防止浆液的流失。钢制袖阀管加固桩位施工流程见图8。图8袖阀管施工工艺流程图6.7.桩基施工D1K112+244D1K112+388段溶腔发育,隧底岩性及空腔复杂,不宜作

13、为隧道基底,采用桩基础跨越,桩采用直径1.25m的钻孔灌注桩,桩心间距6m,沿隧道走向布置72根桩基。对于未开挖或溶洞净空不满足钻探或桩位未钻探的桩应在钻桩前,应逐桩确定钻孔桩施做长度,要求钻孔深度不小于“设计桩长+5m”并保证进入基岩不小于2m,确保桩基安全。6.7.1 桩位布置沿隧道走向分别在隧道线及边墙设三排桩基,单排桩数24根,共72根桩。桩基设计全部为端承桩,要求桩底深入基岩不得小于5m,以此确定桩长。表5 桩位设置表图9桩位布置横断面图6.7.2施工准备6.7.2.1定位放线溶洞段隧道贯通后,开挖隧底至桩顶标高,平整场地,根据洞外坐标引点、标高、水平点进行桩位施工测量。桩基轴线、桩

14、位偏差应按照钻孔桩验收规范要求进行标定:桩基轴线位置允许偏差值不应大于20mm钻孔倾斜度均应在1%长度内。钢筋骨架底端面高程允许正负值50mm。孔底沉渣厚度不得大于50mm或不大于设计规定值。在灌注混凝土前必须复测沉渣厚度,沉渣超过规定的,必须重新清孔合格后方可灌注混凝土。轴线、桩位测设并通过验收后,要进行保护,防止轴线位移桩位变动。6.7.2.2施工用电准备施工用电线路和照明设备设专人负责检修管理,洞内照明线与施工动力线分别沿隧道两侧边墙布设,离地高度不得小于2.5m,用电线路,均应使用防潮绝缘导线,并按规定的高度用瓷瓶悬挂牢固。不得将电线挂在铁钉和其他铁件上、或捆扎在一起。开关外应加木箱盖

15、,采用封闭式保险盒。电缆线应牢固地悬挂在高处,不得放在地上。6.7.3施工方法与工艺流程6.7.3.1 钻孔桩施工流程见图10。图10 钻孔桩施工流程图6.7.3.2钻孔桩施工方法钢护筒安装护筒采用钢护筒,用卷板机卷制,直径比桩径大20cm,钢板厚5mm。埋设前由测量组放出设计桩心,操作工人开挖护筒基坑,开挖基坑直径应比护筒外径略小,护筒挤压埋入,埋设好的护筒顶高出地面30cm,护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定,一般情况埋置深度宜为2m,护筒埋设完成后周边应夯填密实,避免下沉,同时在合适位置设置泥浆排放口。泥浆池设置有条件的可利用仰拱底的溶腔直接砌筑泥浆池,每个泥浆池容积不小

16、于30m,桩基施工完成后,将剩余泥浆清理干净并拆除泥浆池。钻机就位冲击钻利用汽车吊配合转移就位,支垫牢固后,现场管理人员应检查钻头冲击心是否与设计桩心吻合,否则应进行调整直到满足要求为止。上述工作完成后应及时接通电路,检查钻机是否能够正常作业。钻机就位必须平正、稳固,确保施工不发生倾斜、移动。使钻机转盘心线、天车心、钻头心及桩心位于一条沿垂线上,经当班技术人员检查,验收签字后方可钻孔。开孔经项目部和监理工程师对准备工作检查验收合格后即可开钻。正式开钻前应先向护筒内灌注泥浆(或直接加入粘土块若溶腔底为粘土填充物也可直接注入清水),采用钻头以小冲程反复冲击造浆。冲孔时要求孔内水位控制在高于护筒下脚

17、50cm,低于护筒顶30cm以内,同时还应比地下水位高出1.5-2.0m。避免损坏护筒脚孔壁和泥浆外溢。初期冲孔阶段应随时检查孔位,务必将冲击心对准桩孔心。开孔深度在3-4m范围内时可不掏碴,以便石碴泥浆尽量挤入孔壁周围空隙加固孔壁。正式钻进冲孔到一定深度大于3-4m以上时开始正式钻进,正式钻进时应根据地质情况采取不同的冲击方法和措施,同时根据不同地质情况选择合适的泥浆比重。一般基岩冲进时泥浆比重控制在1.3;砂及砂卵石地层泥浆比重控制在1.5。掏碴正常钻进时每班应至少掏碴一次。掏碴应达到泥浆内含碴显著减少,无粗颗粒,相对密度恢复正常为止。掏碴后应及时向孔内添加泥浆或清水以保持水头。掏出的钻碴

18、应进行集堆放,由项目部统一安排处理,不得污染场地。泥浆池内多余的泥浆也由项目部统一安排外运,不得随意排放。地质取样钻进过程地质情况有变化时应及时取样,进入岩层后,每隔50cm 取一次渣样,取得的样品存放在标准样品盒内,同时做好标记(取样时间、取样深度、地质名称)。钻进过程应及时填写钻孔记录。成孔检验:钻机钻进到位班组自检合格后,安质部应及时进行复检。检查指标主要有:孔深、孔径、竖直度。其孔深利用测绳进行检查;孔径、竖直度利用自制检孔器进行检查。为尽量缩短钢筋笼下放后清孔时间,在成孔检验合格后协作队应及时清孔并调整泥浆指标以尽量接近混凝土灌注前指标,即:泥浆含砂率不大于4%,泥浆比重在1.2以下

19、。用重量不小于4kg 的测锤测量孔内沉碴厚度不大于100mm。钢筋笼制做主筋与加强筋间采用点焊,加强筋置于主筋两侧,自桩顶往下每隔2m 设一道。钢筋笼自上而下以2m间距设钢筋保护层垫块,保证浇筑桩的保护层厚度。将制作好的钢筋笼稳固放置在平整地面上,防止变形,并挂牌标明钢筋笼的长度及对应的桩号。钢筋笼加工完毕,报请监理验收,合格后方可使用。钢筋笼安装起吊钢筋笼采用扁担起吊法,起吊点在钢筋笼上部箍筋与主筋连接处,设置24个吊点且吊点对称。下笼时由人工辅助对准孔位,保持垂重、轻放、慢放,避免碰撞孔壁。下放过程若遇到障碍应立即停止,查明原因进行处理,严禁高提猛放和强制下入。下放钢筋笼时,技术人员在场严

20、格控制笼顶标高,达到设计标高后四周固定四根吊杆(吊杆用22钢筋加工,下部焊在钢筋笼主筋上,上部弯钩吊挂于井口方木上),防止钢筋笼下沉或浇筑混凝土时上浮水下混凝土灌注钻孔桩采用C35(主墩采用C30)水下混凝土。经现场监理清孔验收合格后组织混凝土灌注。混凝土要求坍落度为1822cm,2小时内析出的水分不大于混凝土的1.5%。浇筑应尽量缩短时间,连续作业,使浇筑工作在首批浇筑的混凝土仍具有塑性的时间内完成。水下灌注混凝土施工顺序:安设导管及漏斗悬挂隔水塞或滑阀浇筑首批混凝土(封底)浇筑混凝土至桩顶拔出护筒。首先安设导管,用吊车将导管(直径300mm)吊入孔内,位置应保持居,导管下口与孔底距离保留3

21、050cm左右。导管在使用前及浇筑45根桩后,要检查导管及其接头的密闭性,确保密封良好。浇筑首批混凝土之前在漏斗放入首批混凝土。在确认储存量备足后,即可剪断铁丝,借助混凝土重量排除导管的水,使隔水塞从孔底冒出。浇筑首批混凝土量应使导管埋入混凝土深度大于等于1.0m。首批混凝土浇筑正常后,应连续不断浇筑,浇筑过程应用重量不小于4kg的测锤探测混凝土面高度,推算导管下端埋入混凝土的深度,并做好记录,正确指导导管的提升和拆除。直至导管下端埋入混凝土的深度达到4m时,提升导管,然后再继续浇筑。在浇筑过程应将井孔内溢出的泥浆引流至泥浆池内,在夜间车辆量较少的时候集外运,防止污染环境。水下灌注混凝土的技术

22、要求:首批混凝土浇筑量应保证导管底口埋入混凝土不小于1.0m,浇筑过程混凝土面应高于导管下口2.0m,每次拆除导管前其下端被埋入深度不大于6.0m。混凝土浇筑必须连续,防止断桩。随孔内混凝土的上升,需逐节快速拆除导管,时间不超过15分钟。在浇筑过程,当导管内混凝土不满,含有空气时,后续的混凝土应徐徐灌入漏斗和导管,不得将混凝土整斗从上而下倾入管内,以免在管内形成高压气囊,挤出管节的橡胶密封垫。混凝土上层存在一层浮浆需要凿除,为此桩身混凝土需超灌0.51.0m,待桩身混凝土达到一定强度后,将设计桩顶标高以上部分砼用风镐凿除,用无破损声测检验。浇筑混凝土并做好记录当混凝土升到钢筋笼下端时,为防止钢

23、筋笼被混凝土顶托上升,应采取以下措施:a.在孔口固定钢筋笼上端,检测管与钢筋笼进行可靠连接。b.浇筑混凝土的时间尽量加快,以防止混凝土进入钢筋笼时其流动性过小。c.当孔内混凝土接近钢筋笼底时,应保持埋管深度并放慢浇筑速度。d.当孔内混凝土面进入钢筋笼12m后,应适当提升导管减小导管埋置深度,增大钢筋笼在下层混凝土的埋置深度。e.在浇筑将近结束时,导管内混凝土柱高度减小,超压力降低,而导管外的泥浆及所含碴土的稠度和比重增大,如出现混凝土上升困难时,可在孔内加水稀释泥浆,也可掏出部分沉淀物,使浇筑快速进行,在最后一次拔管时,要缓慢提拔导管,以免孔内上部泥浆压入桩。浇筑过程,如因机械故障、堵塞、操作

24、失误等原因,造成断桩事故,应及时向监理工程师及设计人员报告,研究补救措施。6.8.梁板施工钻孔桩桩顶沿隧道纵向设置三排纵梁,边墙两纵梁截面尺寸为 1.5 (宽)2.0(高)m,隧道线处纵梁截面尺寸为1.5(宽)1.25(高) m,梁体间浇筑1.5m厚的钢筋混凝土板。图11 梁板结构图6.8.1施工原则梁板为现浇钢筋混凝土结构,根据洞内场地条件,以2号迂回导洞为通道,自小里程向大里程方向施工。施工时遵循“竖向分层,纵向分段,从下至上”的施工原则,横向每层整体施作。6.8.2纵向施工段划分洞内混凝土浇筑受作业空间的局限,一次浇筑不宜过长,综合考虑预留施工缝的设置位置,施工缝的防水措施与隧道仰拱施工

25、相同,设置埋与外贴止水带。梁板浇筑纵向分段如下表所示。6.8.3.1钢筋接头及搭接长度钢筋直径为22mm及以上的HRB400钢筋采用机械连接,其余采用电弧焊,单面焊接,焊接长度不小于10d。6.8.3.2钢筋加工钢筋加工的形状、尺寸必须符合图纸要求。钢筋调直采用冷拉方法进行钢筋调直,I级钢筋冷拉率4%。级钢筋在厂家加工调直。钢筋弯曲成型I钢筋的弯钩或弯折:I级钢筋未端做180弯钩,其圆弧弯曲直径2.5d(d为钢筋直径),平直部分长度为3d。、级钢筋末端需做900或1350弯折时,级钢筋的弯曲直径为4d,级钢筋弯曲直径D为5d。箍筋末端的弯钩:I级钢筋弯钩的弯曲直径受力钢筋直径或箍筋直径的2.5

26、倍,弯钩平直部分的长度为箍筋直径10倍,弯钩形式为45O/135O。6.8.4梁板钢筋绑扎梁筋绑扎采用支架绑扎:放主梁上层纵筋画主次梁箍筋间距套主次梁箍筋并绑扎穿主梁下层纵筋并与箍筋固定绑扎.板筋绑扎:清理基底基底上画线绑板下受力筋绑负弯矩钢筋梁板钢筋上层弯钩朝下,下层弯钩朝上。板与主梁交叉处,板筋在上,主梁筋在下。相同箍筋接头交错布置在两根纵向架立筋上。纵向受力筋为多层时,层间垫以短钢筋保证其间距。6.8.5混凝土浇筑混凝土在洞外混凝土拌合站拌合,混凝土搅拌运输车运往洞内,采用混凝土输送泵浇筑。插入式机械振捣,梁体与板衔接处及钢筋角隅与钢筋密集区要加强振捣。在浇筑过程,发现模板钢筋有位移时,

27、及时采取措施进行处理,混凝土浇筑间断时间不得超过2小时,否则按接缝处理。待梁板混凝土达到强度后,浇筑仰拱填充混凝土。6.9.防排水施工隧道设双侧排水沟加心水沟,拱墙铺设防水板,衬砌背后设置环向、纵向盲管,其D1K112+290D1K112+404段50环向盲管每5m设置一次,通过边墙水管直接接入侧沟。当局部渗水严重时,应加密盲管布设。当衬砌外漏时,纵向盲管可提前弯入或适当取消盲管,盲管不得侵入二次衬砌。隧道衬砌施工缝采用埋式钢边止水带+外贴式橡胶止水带+聚乙烯泡沫塑料板+双组份聚硫密封胶进行防水处理。7.安全保障措施7.1溶洞超前预报施工前认真查阅超前地质预报资料,对资料显示靠近开挖范围的溶洞

28、进行超前钻孔,确认溶洞的位置、大小、有无积水、填充物情况等信息,以便采取适当的施工方案和安全保障措施。7.2保障措施溶洞内常见的填充物有洞内积水、淤泥、湿滑泥渣并伴有碎石、石块等杂物。存在很大的安全隐患,为保证施工安全,应提前做好安全保证措施:开挖时,掌子面安防逃生管道,在管道内放置应急药品、食物和矿泉水。开挖时遵循“短进尺、弱爆破、强支护”的原则,避免大面积塌方。出渣前,应安排有经验的人员查看地址情况,根据围岩情况判断有无出现塌方的可能,并据此合理安排施工人员的下一步工作任务。开挖时,出现为探明的新溶洞时不得贸然进入溶洞。应当由有经验的施工人员先探明溶洞内的具体情况,组织人员先排除发现的危险源,并留存隐患工程照片。组织人员采用上述合理施工方案,尽快处理,保证安全。未经安全教育的管理人员和施工人员不准上岗。做好进、出洞登记记录,监控设备正常运转,保证隧道外对洞内施工时时监控。通过安全教育,增强职工安全意识,树立“安全第一、预防为主”的思想,提高职工遵守施工安全纪律的自觉性,认真执行安全操作规程,做到:不违章指挥、不违章作业、不伤害自己、不伤害他人,不被他人伤害,确保自身和他人安全,提高职工整体安全防护意识和自我防护意识。对检查发现的安全隐患,要建立登记、整改制度,按照“三不放过”原则制定整改措施。在隐患没有消除前,必须采取可靠的防护措施。