杉树排二号隧道出洞方案.docx
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杉树排二号隧道出洞方案
杉树排二号隧道出洞方案
一、工程概述
1、工程概况
杉树排二号隧道为客货共线铁路双线隧道，隧道起址里程为：
DK144+708-DK145+000，全长292m。
出口于DK144+983出洞，隧道采用复合式衬砌结构。
2、水文地质情况
表层为Qel+dl粉质粘土，褐红色，硬塑，厚度2米，下伏基岩为寒武系中上统∈2~3变质砂岩夹板岩，褐黄色~青灰色，全风化~弱风化，其中全风化揭示层厚约0~4米，其下为强风化~弱风化，裂隙较发育，岩体较破碎。
隧道址区未发现明显构造迹象及不良地质现象。
进出口段地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，较发育。
根据地下水水样化验指标，按照《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设[2005]157号）判定：
隧址区地下水无侵蚀性，仅根据氯离子含量判定，地下水均无氯盐侵蚀性。
二、杉树排二号隧道出口段施工情况
杉树排二号隧道出口洞口段山坡表层出露基岩为寒武系中上统（∈2~3）变质砂岩夹板岩，灰褐色~青黑色，强风化~弱风化，强风化成碎块状，弱风化岩质软硬不均。
地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，较发育；地表发育冲沟，雨季易积水，施工时应注意加强支护和防排水措施，为减少高边坡开挖，确保洞口安全和边坡的稳定，采取短进尺、强支护、弱爆破、勤量测的原则施工，隧道出口于DK144+983里程处出洞，预计2011年9月暗洞上台阶出洞贯通，贯通桩号DK144+983，目前，暗洞上台阶开挖至DK144+975，仰拱开挖DK144+942。
三、施工方案
本隧道按新奥法原理组织施工，根据设计图纸杉树排二号隧道出口段为Ⅴ级围岩，采用三台阶临时仰拱法开挖，锚杆、钢筋网、工字钢、喷混凝土初期支护，拱墙全断面衬砌。
洞口土石方开挖前先清除边仰坡上的浮土、危石，做好边仰坡的截排水天沟，将地表水、边仰坡积水引离洞口，以防地表水冲刷而造成边仰坡失稳。
1、贯通开挖施工
杉树排二号隧道贯通施工从进口向出口进行掘进，根据设计施工图纸，采取三台阶临时仰拱法开挖出洞。
采用三台阶临时仰拱法开挖，即超前支护先行（V级围岩采用超前中空锚杆超前支护）；上台阶采用弧形导坑法短开挖，施作拱部初期支护；中、下台左右错位开挖及施作边墙初期支护；仰拱紧跟下台阶并及时施作尽早闭合成环，衬砌及时紧跟。
施工中认真进行围岩量测，实行信息化施工，动态化管理，及时反馈信息，调整支护参数，确定临时仰拱拆除时间，确保施工安全。
断面共分三个台阶和仰拱部分，工作面平行流水进行，各台阶长5m左右，相错5m左右，同时仰拱、二衬紧跟。
遵循“弱爆破、短开挖”的原则采用光面爆破或预留光爆层做振动控制爆破技术开挖上半断面，以减小对围岩的扰动，各步台阶一次开挖长度宜在0.6～1.2m之间。
施工注意事项：
中下导左、右边墙开挖必须交错施工，严禁两侧同时对挖。
三个台阶平行作业，仰拱施工实行短开挖、早支护、快封闭、勤量测，及时施做钢架支护，闭合成环。
加强洞内施工抽排水，防止边墙失稳。
图3.1-1三台阶临时仰拱工法工序横断面示意图
（一）
图3.1-2三台阶临时仰拱工法工序横断面示意图
（二）
三台阶临时仰供法施工工艺流程见图3.1-3，施工工序见图3.1-4、5。
图3.1-3三台阶临时仰拱法施工工艺流程图
施工工序说明：
（1）①开挖1部台阶。
②施作1部洞身结构的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架。
③钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
图3.1-4三台阶临时仰拱工法工序纵断面示意图
图3.1-5三台阶临时仰拱工法工序平面示意图
（2）上台阶施工至适当距离后，开挖2部台阶，接长钢架，施作洞身结构的初期支护，可参见工序1进行。
（3）①开挖3部台阶，及时封闭初期支护。
可参见工序2进行。
②灌筑该段内Ⅳ部仰拱。
③灌筑该段内Ⅴ部隧底填充。
（4）利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅵ部二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。
施工注意事项:
（1）隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
（2）如有超前支护等辅助施工措施，应首先利用上一循环架立的钢架施作完毕，再开挖。
（3）开挖方式均采用弱爆破。
爆破时严格控制炮眼深度及装药量。
（4）锁脚钢管应及时设置，且必须对锁脚钢管进行注浆，以确保钢架基础稳定。
（5）各步台阶一次开挖长度宜在0.6～1.2m之间。
第3部台阶开挖后仰拱应紧跟。
（6）施工中，应按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据。
2、洞口Ф108超前长管棚
本隧道洞口段出洞采用Φ108超前长管棚，施工示意图见进洞施工方案部分。
（1）长管棚设计参数
①钢管规格：
热轧无缝钢管及钢花管，长度一般为10m～40m，用每节长4～6m的热轧无缝钢管（Φ108，壁厚6mm）以丝扣连接而成。
图3.2-1导向墙工字钢正面布置图
图3.2-2导向管布置图
②管距：
环向间距40cm。
③钢花管上钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距11cm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段110cm。
钢花管构造、注浆孔展示及钢管连接接头示意图见图3.2-3。
图3.2-3钢花管构造、注浆孔展示及钢管连接接头示意图
④倾角：
外插角1°～3°，具体可根据实际情况调整。
⑤钢管施工误差：
径向不大于20cm，相邻钢管之间环向不大于5cm。
⑥注浆材料：
水泥浆液，水泥浆液水灰比：
1：
1（重量比），注浆压力：
0.5～2.0MPa。
注浆前进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数。
（2）施工工艺（见图3.2-4）
图3.2-4大管棚施工工艺流程图
（3）施工方法
①明洞边坡仰坡开挖支护
边坡防护与明洞开挖同步进行，及时施工明洞边坡的锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土及时封闭坡面。
②施作套拱
混凝土套拱作为长管棚的导向墙，套拱内埋设2榀I18工字型钢支撑，钢支撑与管棚孔口管焊成整体。
导向墙纵向宽1.0m，厚度1.0m，采用C25混凝土浇筑。
孔口管采用φ140壁厚5mm的钢管，长1m。
作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。
用全站仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。
孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑砼时产生位移。
③搭钻孔平台安装钻机
钻机平台用钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机与搭设平台时间，便于钻机定位。
平台支撑要着实地，连接要牢固、稳定。
防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。
钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。
用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线也孔口管轴线相吻合。
④钻孔
为了便于安装钢管，钻头直径采用φ115mm。
孔间距为40cm。
岩质较好的可以一次成孔；如果由于围岩破碎，钻进时产生坍孔、卡钻，需补注浆后再钻进。
也可以采取套管跟进的方法钻孔。
钻机开钻时，可低速低压，待成孔1.0m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
利用管棚钻机作为钻孔机械。
钻机就位后，由测量工按设计图准确画出钻孔位置。
施钻深孔时，钻机大臂顶紧在掌子面上，当第一节钻杆钻入岩层，尾部剩余20～30cm时停止钻进，接长第二根钻杆，用联接套把两根钻杆连接牢固，又重新钻孔，直至钻孔达到要求深度（比管棚长0.5m以上）后，按同样方法拆卸钻杆，钻机退回原位。
在钻孔时，要确保孔径比管棚外径大15～20mm。
为避免钻杆太长，钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象，开钻上挑角度控制在3°～5°之间，并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。
并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。
钻进过程中确保动力器，扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。
作为开挖洞身的地质预探预报，作为指导洞身开挖的依据。
⑤清孔验孔
用地质岩芯钻杆配合钻头（φ115mm）进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。
用高压气从孔底向孔口清理钻渣。
用经纬仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角。
⑥安装管棚钢管
管棚管用φ108mm、壁厚6.0mm长的无缝钢管。
钢管在专用的管床上加工好丝扣，丝扣长15cm。
采用φ114内车丝扣壁厚6mm钢管连接，花管棚管四周钻φ10出浆孔（靠掌子面4～5m的棚管不钻孔），钢花管与钢管间隔布置。
管头焊成圆锥形，便于入孔。
棚管顶进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔（φ115mm），然后可用10t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进；也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。
接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。
同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。
钢花管和钢管间隔设置，施工时先打设钢花管并注浆，然后打设钢管，以便检查钢花管的注浆质量。
根据地面沉降控制要求，为了提高导管的抗弯能力，根据实际需要可在钢管及钢花管内设置钢筋笼并灌注水泥砂浆。
钢筋笼由4根主筋和固定环组成，主筋直径为Φ18，固定环采用Φ42短管节，节长3～5m，将其与主筋焊接，间距按15m设置。
⑦注浆
安装好有孔钢花管后即对孔内注浆，注浆后再施工无孔钢管，无孔钢管可以作为检查管，检查注浆质量。
采用KBY50/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内，初压0.5MPa～1.0MPa，终压2MPa，持压15min后停止注浆。
注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。
⑧注浆结束后及时清除管内浆液，并用30号水泥砂浆充填，增强管棚的刚度和强度。
单根钢花管的注浆量按下式估算：
Q=πRk2Lηξ式中：
Rk为浆液扩散半径，取Rk=0.6Lo；Lo为钢花管中心间距；L为钢花管长；ξ取0.85，为注浆饱满系数；η为空隙率（%），风化岩层取2～3%。
岩石破碎带取5～8%，粘土取20～40%。
（5）施工注意事项
①钢管棚需按设计位置施工，注意采用测斜仪进行钻孔偏斜度测量，严格控制管棚打设方向，并作好每个钻孔地质记录。
②管棚施工时，应对钢管主要材料进行材质检验。
③选用钻机首先应适合钻孔深度及孔径的要求，钻机要求平稳灵活，能在水平方向360°范围内钻孔，施钻时应有导向架。
④施工期间应遵守隧道施工技术安全规则和钻眼注浆作业操作规则。
⑤管棚施工地段，加强监控量测，以保证施工安全。
3、初期支护
初期支护是由锚杆（L=4m，）、钢筋网（Φ6钢筋，间距20×20）、钢架（I20a型钢，间距0.6m）和喷射C30（拱墙）、C25（仰拱）混凝土组成的一种联合受力结构。
为保护围岩的天然承载力，初期支护要尽快施作。
A、Φ22砂浆锚杆施工
锚杆材料的品种应符合设计要求，并应进行以下检验：
外观质量检验：
杆体直径要均匀、一致，无锈蚀、弯折。
抗拉强度试验应满足工程要求。
加工后的锚杆的杆体尺寸应符合设计要求，锚杆尾部设有垫块，车丝部分无偏心，有焊接件时焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。
锚杆预先在洞外按设计要求加工制作，施工时锚杆钻孔位置及孔深必须精确。
锚杆要除去油污、铁锈和杂质。
用高压风清除孔内岩屑，用注浆泵将水泥砂浆注入孔内，然后将加工好的杆体插入孔内，并将锚杆与钢筋网焊结为整体。
上仰孔若采用注浆器压注锚固砂浆时应设止浆塞和排气管。
宜采用中粗砂，粒径不大于2.5毫米，使用前应过筛；砂浆配合比：
砂灰比宜为1:
1～1:
2（重量比），水灰比宜为0.38～0.45，具体以实验室实验报批后的为准。
砂浆锚杆施工工艺流程为：
钻孔→清孔→注浆→插入杆体。
B、中空注浆锚杆
钻孔采用YT-28风钻或锚杆钻机，一次成孔就位。
中空注浆锚杆安装就位后，杆尾与注浆胶管套接，采用KBY-50/70型注浆泵注浆。
注浆浆液水灰比1：
1。
在施工中，根据地质情况现场试验调整参数。
注浆时，用塑胶泥封堵杆体周围及孔口，工作面上的裂纹也用塑胶泥封堵塞。
管端外露20cm，以便安装注浆管。
注浆最高压力严格控制在1MPa以内，以防压裂工作面。
每根导管内注浆量由计算确定，若压力上升，流量减少，虽然注浆量未达到计算值，但孔口压力已达到1MPa也应结束注浆。
注浆结束后及时清洗泵、阀门和管路，保证机具完好，管路畅通。
中空注浆锚杆施工工艺流程见“中空注浆锚杆施工工艺流程图”。
中空注浆锚杆施工工艺流程图
C、喷射砼施工
（1）原材料的选取
水泥：
选用P.O42.5普通硅酸岩水泥，使用前做强度复查实验。
砂：
采用硬质洁净的中砂或粗砂，细度模数大于2.3、小于3.7，严格控制吸水率，不大于2%。
石：
采用坚硬耐久的碎石或卵石，粒径不大于15mm，级配良好，当使用碱性速凝剂时，不得用含活性二氧化硅的石料。
水：
水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，不得使用污水。
速凝剂：
必须采用质量合格的产品，使用前应对速凝剂做实验，以了解其兼容性和水泥净浆凝结的效果，及最佳掺量。
（2）喷射混凝土施工要点
配料拌合：
按实验确定的配合比准确计量砂、石料、水泥、水及减水剂投入拌合设备。
搅拌时间应根据实验确定，且不小于2min。
石料、砂、水泥、减水剂、水的计量误差不得大于规范要求。
拌合料输送：
拌合好的湿喷混凝土料，采用混凝土输送车送至湿喷机，在输送过程中要特别防止混凝土的离析。
基底表面处理和其它准备工作：
在喷射混凝土之前，应对基底表面的粉尘等其它附着物进行彻底的清理。
一般采用高压水冲洗，对于遇水易潮解、泥化的岩层采用高压风冲洗。
及时埋设控制喷射厚度的标志。
检查机具设备和风、水、电等管线，并试运转。
对有滴水、淋水、出水点等处的受喷面采用凿槽、埋管等方法进行引导疏干处理。
（3）喷射作业
①喷枪距离：
喷枪到工作面的距离一般为1.5～2.0m，其最佳距离，根据现场实验确定。
②喷射角度：
喷嘴应大致垂直于受喷面，并稍倾斜于喷附的砼面。
③工作压力：
工作压力应根据湿喷机性能、水灰比、软管长度、围岩条件，由现场实验确定。
④速凝剂投放：
速凝剂投放应保证计量准确，投放稳定。
（4）喷射工艺
①一般地段：
喷射作业应分段、分序、分层、由下而上，依此进行，如有较大凹洼时，应先填平，喷射时喷嘴要反复缓慢地作螺旋形转动，螺旋直径约为20～30cm，并遵循先墙后拱。
分层喷射逐次加厚时后一层应在前一层终凝后进行。
②钢筋网喷射混凝土：
除在土砂地层中开挖隧道外，钢筋网在喷射一层混凝土后铺挂；钢筋网应与锚杆或其它固定装置联结牢固；开始喷射时，应减少喷头至受喷面的距离，并调整喷射角度；喷射中加有脱落的岩块或混凝土被网住时应及时清除后再喷射。
D、钢筋网
挂钢筋网在砂浆锚杆施作后安设，钢筋类型及网格间距按设计要求施作。
钢筋网随被支护岩体的实际起伏状铺设，并在初喷混凝土后进行，与被支护岩面间隙约4cm，钢筋网与钢筋网连接处、钢筋网与锚杆连接处点焊在一起，使钢筋网在喷射时不易晃动。
岩面较平整时，钢筋网在加工厂加工成片，在洞内再焊接起来形成整体。
岩面不平时，钢筋网在洞内现场安设。
钢筋网施工工艺见“钢筋网施工工艺框图”。
E、钢架施工
钢架施工工艺见“钢架施工工艺框图”。
钢筋网施工工艺流程框图钢架施工工艺框图
钢架施工包括格栅钢架和工字钢钢架。
工字钢架采用冷弯机冷弯加工，在洞外按设计加工成型；格栅钢架在洞外按设计加工成型。
洞内安装在初喷砼之后进行，并与定位筋焊接。
测量定位：
按设计位置现场测量定位。
首先测定出隧道中线，确定高程，然后再测定钢架的纵向位置；钢架平面必须与隧道中线垂直。
现场准备：
运至现场的单元钢架分单元堆码，安设前进行断面尺寸检查，及时处理欠挖侵入净空部分，保证钢架正确安设，安设拱脚或墙脚前，清除垫板下的松碴，将钢架置于原状岩石上，在软弱地段，采用拱脚下垫钢板或槽钢的方法。
钢架安设：
在初喷混凝土后进行，置于稳固地层上，超挖部分用混凝土回填。
安装时备好风镐，随时剔除个别突出部位，保证钢架就位准确，受力可靠。
钢架与封闭混凝土之间紧贴，在安设过程中，当钢架与初喷混凝土面之间有较大间隙时安设垫块楔紧；两排钢架间沿周边一般每隔1m用φ22纵向钢筋联接，形成纵向连接系。
纵向连接筋“八”字型布置，拱脚高度不够时设置钢板调整，拱脚高度低于上半断面底线以下10cm，确保拱脚支撑稳定。
误差满足规范要求。
除纵向用钢筋连接外，与外露的锚杆头亦焊接牢固。
背部用混凝土垫块塞紧。
钢架落底接长根据围岩条件沿隧道两侧交错进行，如需立即封闭成环，则两侧同时进行，每次接长1个单元。
拱部钢架与边墙钢架的连接采用螺栓，有困难时，也可采用焊接。
钢架安装后，分层复喷混凝土，先喷钢架处，然后喷钢架之间的混凝土，直至喷够设计厚度，将钢架完全覆盖。
现场可用肉眼观察和锤击法进行检查。
四、防排水措施
隧道防排水一般地段采取“防、排、截、堵结合、因地制宜，综合治理”的原则。
对于隧道穿过岩溶、断裂破碎带，预计地下水较大，当采用以排为主可能影响生态环境时，根据实际情况采用“以堵为主、限量排放”的原则。
初期支护与二衬之间铺设防水层，防水层采用复合防水板加土工布缓冲层，二次衬砌施工缝间设置新型中埋式橡胶止水带；初期支护与二衬环向设F6040可维护塑纤透水管盲沟，边墙墙脚纵向设φ110mm可维护塑纤透水管，与环向盲管连通。
裂隙水比较发育、富水断层破碎带地段，两侧水沟间设2根φ100mm横向连接PVC管；防水混凝土抗渗等级不低于P10。
具体根据地质情况和水压、水量大小，按照设计图纸选择实施。
防排水施工前，测量放线，精确定出隧道中心，利用移动工作台车对作业面净空及喷射混凝土质量进行检查，合格后进行防排水项目施工。
防水等级：
满足《地下工程防水技术规范》（GB50108）规定的一级防水标准，衬砌表面无湿迹。
①隧道防水
a、隧道二次衬砌混凝土抗渗等级不小于P10；
b、隧道拱墙初期支护与二次衬砌之间敷设防水板加土工布，防水板厚1.5mm，土工布重量≥350g/m2；
c、环向施工缝：
隧道暗挖段拱墙、仰拱根据地下水发育情况设置中埋式橡胶止水带，遇水膨胀止水胶等措施。
d、纵向施工缝：
纵向施工缝处混凝土接触面涂以混凝土界面剂及遇水膨胀止水胶；
综合防排水系统断面示意图见图4-1。
图4-1隧道综合防排水系统示意图
五、施工方法施工要求及有关注意事项：
1、施工前安排专人对洞口围岩进行观察，对存在的安全隐患及时采取加固措施。
2、施工人员提前对洞口进行挂网防护，防止飞石危及周边村民。
3、施工过程中，加强施工管理。
4、安全施工保证小组对洞内外作业进行24h巡查，确保施工安全。
5、洞口场地采用围栏进行封闭防护，部分设全包防护网板，严防各种物件的坠落。
6、贯通距离剩余不足10m时，每循环钻眼时增加2～3个探眼，探眼深度5m，以探明具体的剩余距离，便于安全出洞。
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