溶洞处理施工方案.docx
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溶洞处理施工方案
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》TZ203-2008
《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4～14m，宽3～21m，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+244～D1K112+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中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D1K112+264～D1K112+294段左侧边墙空腔及D1K112+309～D1K112+364段拱部空腔，先对溶洞岩面施做锚杆进行加固，φ22砂浆锚杆，长3.5m，间距1.2m×1.2m,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+361～D1K112+389段溶洞空腹初喷10cmC25混凝土，施做φ22砂浆锚杆，长3.5m，间距1.2m×1.2m,梅花形布置，φ6钢筋网，在溶腔空腹中，于衬砌外设置2m厚的C20混凝土护拱；对于D1K112+389～D1K112+394段溶洞底部采用C20混凝土换填，边墙及拱部按D1K112+361～D1K112+389段处理。
4.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
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
一
开挖设备
1
空压机
20m3
台
3
租赁
2
风动凿岩机
YT-28
把
12
购置
3
挖掘机
小松PC200-8
台
1
装渣
4
矿山车
大奔
台
5
租赁
二
桩基施工设备
1
冲击钻机
台
3
租赁
2
汽车吊
台
1
3
混凝土运输车
台
4
三
钢筋加工设备
1
钢筋电焊机
BX1-400
台
10
钢筋焊接
2
钢筋切割机
GQ40F
台
2
切割钢筋
3
钢筋弯曲机
GW40
台
2
弯折钢筋
4
钢筋调直机
GTJ4-14
台
2
钢筋调直
5
砂轮切割机
TCH300
台
3
钢筋切割
四
二次衬砌施工
1
钢模台车
台
1
2.
混凝土输送泵
台
1
表2施工人员配置表
序号
人员或工种
人员安排
作业内容
1
施工负责人
刘金建
全面管理
2
质检工程师
菅速军
工程质量检查监督
3
现场工程师
王涛、郑博文
现场安排
4
测量工程师
魏东、刘永健
施工放样与控制
5
试验工程师
刘建凯、高桂鹏
钢筋、混凝土等试验
6
现场安全员
孔德寿
现场安全与指导
7
钻孔工
25人
开挖钻孔及桩基钻孔
8
支护班
20人
隧道初期支护
9
衬砌班
35人
桩基、仰拱及二衬混凝土浇筑
10
钢筋工
20人
钢筋加工与绑扎
11
爆破工
8人
隧道爆破施工
5.工期安排
表3工期安排表
序号
施工里程
施工项目
工期
工程量
进度指标
备注
1
D1K112+239～330
洞身开挖
及支护
2015.1.3～
2015.1.26
石方13076.7m3
120m/月
二号迂回导洞
进洞开挖
2
D1K112+330～537
洞身开挖
及支护
2015.1.3～
2015.2.18
石方19961.1m3
90m/月
一号迂回导洞
进洞开挖
2015.1.26～
2015.2.18
石方10645.9m3
90m/月
二号迂回导洞
进洞开挖
3
D1K112+330～537
溶腔空洞回填
及护拱施做
2015.3.1～
2015.4.20
一号迂回导洞
进洞
4
D1K112+244～388
桩基施工
2015.3.1～
2015.5.1
混凝土570m3
8m/天
5台钻机
5
D1K112+244～388
暗梁及仰拱
施工
2015.5.2～
2015.7.6
砼3929.76m3
18m/8天
18m为一施工段
6
D1K112+537～388
仰拱施工
2015.5.2～
2015.7.4
砼2205.2m3
12m/5天
12m为一施工段
7
D1K112+239～537
防水及衬砌
施工
2015.5.20～
2015.9.24
砼4231.6m3
12m/5天
12m为一施工段
6.溶洞施工方案
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+244～388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+264～294、D1K112+301～319段左侧边墙及D1K112+379～389段右侧边墙向隧道外延伸空腔，深2～5m，高1～6m。
里程D1K112+309～364段拱顶存在溶槽，宽3～9m，高2～5m，沿拱顶向右侧延伸。
里程D1K112+361～394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。
设计开挖支护参数
D1K112+239～D1K112+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
分段里程
钢架
超前支护
起始里程
终止里程
衬砌类型
类型
部位
间距
类型
每环
根数
纵向
间距m
单根
长度m
D1K112+244
D1K112+330
特殊衬砌
—
—
—
—
—
—
—
D1K112+330
D1K112+388
特殊衬砌
I18型工字钢
拱墙
1.0
φ42
小导管
30
3
4.5
D1K112+388
D1K112+537
Ⅳb型复合
I18型工字钢
拱墙
1.0
φ42
小导管
30
3
4.5
图2溶洞特殊衬砌图
施工工序
施工工序流程如图3所示。
隧道开挖及支护
D1K112+330～537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
洞身开挖
边墙空洞M10浆砌片石垛顶
C20混凝土回填
初期支护施做
溶腔处理
C20混凝土护拱
基地注浆加固
桩基施工
梁板施工
仰拱填充施做
防水层施工
二衬施工
洞顶石柱、石松清理
钻孔确定桩长
监控量测
图3工序图
程D1K112+309～D1K112+364段拱部空腔，施做锚杆进行加固，φ22砂浆锚杆，长3.5m，间距1.2m×1.2m,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+361～D1K112+389段溶洞空腹施做φ22砂浆锚杆，长3.5m，间距1.2m×1.2m,梅花形布置，φ6钢筋网，网格间距25cm×25cm，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
空腔回填及护拱施做
D1K112+309～D1K112+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+361～D1K112+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φ22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
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φ75钢花管注浆加固，钢管桩间距1.2×1.2m，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:
1～1:
1
注浆压力：
0.3～0.5MPa
6.6.2袖阀管注浆加固
桩位3-21与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φ42×4mm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：
（0.75～1.5:
1）
注浆压力为2～3MPa。
浆液扩散半径1～1.2m。
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；
在注浆施工中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中根据现场实际情况进行适当调整，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%；
注浆过程中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。
桩位放样
钻孔
下套壳料
套壳料制备
安装袖阀管、封孔
插入注浆管
注浆头、管路连接
浆液拌制
水泥、缓凝剂检验
注浆、提管
图8袖阀管施工工艺流程图
桩基施工
D1K112+244～D1K112+388段溶腔发育，隧底岩性及空腔复杂，不宜作为隧道基底，采用桩基础跨越，桩采用直径1.25m的钻孔灌注桩，桩中心间距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中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
编号
里程
桩长
（m）
钻孔长
（m）
编号
里程
桩长
（m）
钻孔长
（m）
1--1
D1K112+247.0
9
14
1--13
D1K112+319.0
8
13
2--1
D1K112+247.0
9.5
14.5
2--13
D1K112+319.0
8
13
3--1
D1K112+247.0
9
14
3--13
D1K112+319.0
1--2
D1K112+253.0
6.5
11.5
1--14
D1K112+325.0
7
12
2--2
D1K112+253.0
9
14
2--14
D1K112+325.0
8
13
3--2
D1K112+253.0
3
8
3--14
D1K112+319.0
1--3
D1K112+259.0
8
13
1--15
D1K112+331.0
7
12
2--3
D1K112+259.0
9
14
2--15
D1K112+331.0
7
12
3--3
D1K112+259.0
6
11
3--15
D1K112+325.0
1--4
D1K112+265.0
7
12
1--16
D1K112+337.0
7
12
2--4
D1K112+265.0
8
13
2--16
D1K112+337.0
7
12
3--4
D1K112+265.0
5
10
3--16
D1K112+331.0
1--5
D1K112+271.0
7
12
1--17
D1K112+343.0
2--5
D1K112+271.0
8
13
2--17
D1K112+343.0
6
11
3--5
D1K112+271.0
3--17
D1K112+337.0
1--6
D1K112+277.0
7
12
1--18
D1K112+349.0
2--6
D1K112+277.0
7
12
2--18
D1K112+349.0
6
11
3--6
D1K112+277.0
3--18
D1K112+343.0
6
11
1--7
D1K112+283.0
6
11
1--19
D1K112+355.0
2--7
D1K112+283.0
5
10
2--19
D1K112+355.0
12
17
3--7
D1K112+283.0
3--19
D1K112+349.0
12
17
1--8
D1K112+289.0
6
11
1--20
D1K112+361.0
16
21
2--8
D1K112+289.0
4
9
2--20
D1K112+361.0
16
21
3--8
D1K112+289.0
3--20
D1K112+355.0
15
20
1--9
D1K112+295.0
6
11
1--21
D1K112+367.0
2--9
D1K112+295.0
6
11
2--21
D1K112+367.0
16
21
3--9
D1K112+295.0
3--21
D1K112+361.0
30
35
1--10
D1K112+301.0
10
15
1--22
D1K112+373.0
2--10
D1K112+301.0
10
15
2--22
D1K112+373.0
16
21
3--10
D1K112+301.0
3--22
D1K112+367.0
30
35
1--11
D1K112+307.0
9
14
1--23
D1K112+379.0
2--11
D1K112+307.0
9
14
2--23
D1K112+379.0
5
10
3--11
D1K112+307.0
3--23
D1K112+373.0
8
13
1--12
D1K112+313.0
9
14
1--24
D1K112+385.0
2--12
D1K112+313.0
9
14
2--24
D1K112+385.0
3--12
D1K112+313.0
3--24
D1K112+379.0
4
9
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，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。
合格
试块试压及桩基检测不符合要求
合格
桩位放线
埋设钢护筒
倾斜度及平面位置控制
埋设钢护筒
不合格，
拔出钢护筒
安装钻机、泥浆循环系统
选择钻头
泥浆制备
钻进
合格
钻至设计标高、清孔
不合格采取措施
合格
清孔
检孔
安装钢筋笼
选择钻头
安装导管
拔球
测量混凝土面高度
灌注水下混凝土
测量混凝土面高度
制作试块
养生、检桩
凿除桩头
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中心，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于30m³，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中心是否与设计桩中心吻合，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，确保施工中不发生倾斜、移动。
使钻机转盘中心线、天车中心、钻头中心及桩中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，务必将冲击中心对准桩孔中心。
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。
⑸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。
一般基岩中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。
⑹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。
掏出的钻碴应进行集中堆放，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。
⑺地质取样
钻进过程中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）。
钻进过程中应及时填写钻孔记录。
⑻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。
其中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。
用重量不小于4kg的测锤测量孔内沉碴厚度不大于100mm。
⑼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。
⑽钢筋笼安装
①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2～4个吊点且吊点对称。
②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。
③下放过程中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。
④下放钢筋笼时，技术人员在场严格控制笼顶标高，达到设计标高后四周固定四根吊杆（吊杆用φ22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
⑾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
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