隧道特殊地段施工方案Word格式文档下载.docx

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㈠、工程概况

1、基本情况

xxxx隧道于DⅡK1568+666～DⅡK1569+028处下穿xxxx河底，该段全长362m，与xxxx河道走向夹角为50°

，隧道穿越段河床宽210m左右，河堤高约8m，为素填土夯实填筑，坡岸为块石护坡。

河堤处隧道埋深30.5～36.9m，河底段隧道最小埋深为19.1m。

根据区域地质构造，下穿xxxx河底段属黄花向斜核部,穿越地层主要为弱风化泥质粉砂岩、砂质泥岩等遇水易软化岩层，属于Ⅴ级围岩。

过河段岩体相对较为完整，透水性差，渗透系数为0.00087～0.0164m/d，属不透水至弱透水，根据压水试验资料，洞身单位长度最大涌水量1.23m3/（d.m），该段最大涌水量为455m3/d，属中等富水区。

2、不良地质现象及特殊岩土

⑴不均匀风化

xxxx河底处于黄花向斜的核部，核部岩体积压破碎程度大于两翼，根据向斜形成的受力特征和目前掌子面的情况来看，向斜形成过程中，岩层层间滑动而形成一定空隙，空隙由石膏岩层充填。

越往河底石膏岩层厚度越大。

在地下水的长期侵蚀下，河底段岩体风化程度不一，局部有可能存在风化水囊。

⑵水平岩层

根据地质资料，过河段岩体呈水平走向，洞顶稳定性较差，在开挖过程中极易引起坍塌，掉块现象。

⑶膏盐

根据勘探成果和矿物鉴定结果，该段岩体中存在夹杂有薄层石膏、芒硝等矿物。

石膏、芒硝矿物造成地下水Cl－、SO42－等离子浓度增加，进而对混凝土结构产生腐蚀性，且石膏层易形成层间滑动面。

⑷强富水、透水地层

过河段隧道围岩虽然相对较为完整，并具有较好的阻隔水能力，但因局部含层状石膏，并存在侵蚀，节理裂隙发育，在施工过程中，极易因裂隙扩张，增大渗水量，引发透水事故。

xxxx隧道河底段纵断面图

㈡、施工方案

1、编制原则

xxxx隧道以较小埋深穿越xxxx河段及黄花向斜构造，在水压力作用下，围岩极易掉块、坍塌、失稳，导致涌水突泥的发生，造成灾难性事故。

为确保隧道安全快速穿越河底，在方案制定上，以开挖拱顶防坍塌，掌子面防失稳，防涌水为重点，施工中严格遵循“先预报、管超前、预加固、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的原则，积极应用新技术、新工艺（铣挖法）、新材料（玻璃纤维锚杆），制定并建立完善的应急预案体系，实现隧道快速、安全施工。

2、施工总体方案

根据设计所提供的地质、水文资料，结合现场的实际施工情况，考虑xxxx隧道的工期要求，下穿河底段以竖井工区为主、出口工区为辅，由两个工区共同承担施工。

⑴、施工之前，拱顶采用Φ108m管棚套打Φ42mm小导管进行超前支护，掌子面打设Φ25mm玻璃纤维锚杆。

根据两个工区的不同施工特点，其机械配备、施工方案分述如下：

竖井工区：

①配置水平钻机施作超前管棚，在水文地质情况较好、无渗水时，采用台阶法开挖，上台阶采用悬臂掘进机与弱爆破法相结合的“钻、掘、铣”综合方法，下台阶采用弱爆破法开挖，上台阶长度根据机械作业需要控制在20～25m，台阶高度控制在6.5m～7m。

悬臂掘进机配合门架式作业平台进行开挖，利用悬臂掘进机进行掏槽，形成4m（宽）×

3m（高）的超前中洞，其余部位利用门架式作业平台进行钻眼爆破。

每循环进尺为1.5～2m，中洞超前掌子面2m，如右图所示。

②在水文地质情况较差、出现较大渗水时，适当调整台阶高度，考虑采用三台阶法作为备用方案。

上台阶利用悬臂掘进机进行环向切槽，切槽宽度为0.8m，深度控制在1～1.5m。

切槽完成后及时架设钢架，喷射砼，施作初期支护。

核心土采用弱爆破法开挖。

上台阶长度控制在20～25m，中台阶长度控制在10m。

临时仰拱根据量测的变形情况，再决定是否进行设置。

对渗水部位径向打设3.0m注浆管进行堵水，并对局部出水点，在初期支护后背采用填充注浆。

出口工区：

采用专用钻机进行管棚施作，按照“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭”的原则组织施工。

台阶法施工，弱爆破法开挖，机械装运出碴，台阶设置要求同竖井工区主导方案。

在围岩破碎、出现渗水时，及时调整台阶高度，其中上台阶长度控制在3～5m，中台阶长度控制在20m左右。

设备配套模式按照钻（C6钻机）+挖（YT28风钻）+装（ZXIS330挖掘机）+运（15t汽车）进行配置。

⑵开挖后采用喷射砼对围岩进行封闭，并及时施作初期支护，以确保围岩稳定，利用工作平台进行钢架安装、锚杆打设及喷射混凝土作业。

喷射混凝土采用湿喷工艺，喷射料采用拌合站集中生产运输。

⑶隧道衬砌按照“先仰拱、后拱墙”的顺序组织施工，仰拱采用简易栈桥进行整体浇注，拱墙混凝土利用10.2m长的液压模板台车施工。

混凝土由拌合站集中拌制，输送车运输，泵送入模。

3、施工方法

⑴超前探水

施工前采用以探水为主的综合地质预报方法探明开挖面前方的地质及地下水情况。

预报采用红外探水和超前水平钻孔相结合的方法，钻孔深度50m，搭接长度不小于10m，探孔数量共3个。

其中竖井工区采用XY-1型专用水平地质钻孔进行钻孔，出口工区采用C6管棚钻机进行水平钻孔。

每循环开挖后及时进行地质素描。

⑵施作φ108mm超前长管棚

本隧道在下穿xxxx地段按设计采用φ108mm超前长管棚施工进行预支护。

考虑到机械调配以及出口围岩地质情况，竖井工区采用ZDY1900S型钻机进行管棚钻孔、出口工区采用专用C6管棚钻机进行钻孔。

管棚钢管长度18m，12m/环，两环之间搭接长度6m。

管棚设计参数为：

①钢管规格：

热轧无缝钢管及钢花管，外径108mm，壁厚6mm。

每节钢管两端均预加工成外丝扣，以便连接接头钢管。

②间距：

环向间距40cm，环向共45根。

③倾角：

外插角不大于9°

，具体可根据实际情况作调整。

④注浆材料：

水泥浆。

管棚施作前，首先在掌子面位置处架设1榀I20a工字钢架作为导向架，采用锚管进行固定，钢架中心按照钢管间距开孔。

然后在掌子面后方距导向架1.0m处再架设1榀I20a钢架，并与前一循环钢架联结固定。

根据管棚施作位置，钻机就位以后，按照设计的外插角度进行钻孔。

管棚施作完成后，在两榀钢架中间再增设1榀I20a工字钢架，以满足0.5m/榀的间距要求，并及时喷射砼封闭。

φ108mm管棚施作详图

⑶施作φ42mm超前小导管

超前小导管采用风动凿岩机钻孔、打设，设计参数为：

①超前小导管配合钢架使用，其纵向搭接长度≮1.0m，环向间距40cm，环向共45根。

②超前导管规格：

热轧无缝钢花管，长3.5m，外径42mm，壁厚3.5mm。

③外插角以10°

～20°

为宜，可根据实际情况调整，但不大于30°

。

④注浆材料为：

水泥浆液，注浆参数如下：

水泥浆液水灰比1：

1（重量比），注浆压力0.5～1.0MPa。

⑷施作φ25mm玻璃纤维注浆锚杆

为防止掌子面失稳，在开挖前采用φ25mm玻璃纤维注浆锚杆对掌子面进行全断面预加固。

玻璃纤维锚杆的特点是既能保证掌子面稳定，又便于机械开挖，其抗拉强度是抗剪和抗扭强度的3～5倍，竖井、出口工区分别采用ZDY1900S型、C6型钻机进行锚杆施作，其设计参数为：

①锚杆规格：

18m长Φ25中空玻璃纤维注浆锚杆。

②锚杆布置：

1.5m×

1.5m梅花型布置，主要布置于上、中台阶掌子面，共40根。

③纵向间距：

12m一环，搭接6m。

④倾角：

外插角1°

～3°

，可根据实际情况作适当调整。

⑤注浆材料为：

水泥浆液，水灰比1：

超前支护横断面示意图

⑸开挖及支护

①按照施工方案要求，在围岩地质较好时，上台阶高度控制在6.5m～7m采用中长台阶，长度控制在20～25m左右，开挖进尺控制在1.5～2.0m。

台阶法开挖示意图如下：

施工顺序：

Ⅰ、①部上台阶开挖：

竖井工区采用机械法与弱爆破法相结合的方式进行开挖，出口工区采用弱爆破法进行开挖。

Ⅱ、下台阶中部②部开挖，待上台阶支护完成20m时，即可开始中部拉槽的开挖作业。

Ⅲ、下台阶左侧③部开挖，待②部支护完成10m后，即开始左侧部分的开挖作业。

Ⅳ、下台阶右侧④部开挖，待③部左侧部分的支护完成5m后，即开始右侧部分的开挖作业。

Ⅴ、底部及仰拱⑤部开挖，下台阶支护成型后，即开始施作。

Ⅵ、仰拱施工必须紧跟，与底板开挖距离保持在10m左右。

②当围岩地质条件差、掌子面出现较大渗水时，及时调整台阶高度和长度。

因考虑到机械设备的作业高度，上台阶长度控制在20～25m，中台阶长度控制在10m。

上台阶长度控制在3～5m，中台阶长度为20m。

开挖法如下图所示。

施工顺序（各部距离以竖井工区为例）：

Ⅰ、①部上台阶开挖。

竖井工区，采用悬臂掘进机环形预切槽与弱爆破法相结合的方式进行开挖。

出口工区采用弱爆破法进行开挖，挖掘机出碴。

Ⅱ、中台阶中部②部开挖，待上台阶支护完成20m时，即可开始中部拉槽的开挖作业。

Ⅲ、中台阶左侧③部开挖，待②部开挖完成10m后，即开始左侧部分的开挖作业。

Ⅳ、中台阶右侧④部开挖，待③部左侧部分的支护完成5m后，即开始右侧部分的开挖作业。

Ⅴ、下台阶⑤、⑥、⑦部开挖，下台阶支护成型后，即开始施作，步序同中台阶施工。

Ⅵ、仰拱施工必须紧跟，与下台阶开挖距离保持在10m左右。

⑹3m径向注浆

根据下穿xxxx段水文地质条件，在围岩出现较大渗水时，考虑采用3m径向注浆。

①孔位设计参数：

φ50注浆管，梅花型布置，每环设24孔，孔口环向间距拱墙1.2m，孔底环向间距1.7m；

注浆孔纵向间距1.7m。

②注浆孔采用风钻机开孔，孔径为52mm，孔口管采用Φ50*3.5mm无缝钢管，孔口管牢固埋设，并于管身设置Φ8mm小孔作为浆液孔。

③注浆材料采用纯水泥，注浆压力控制在0.4～0.5Mpa。

④注浆效果检查：

隧道每延米涌水量≮2m3/24h，则判断注浆达到效果，否则应进行补注浆。

4、施工步序及关键工艺控制点

⑴、施工工序

第一步：

采用长、短距离的综合超前地质预报的方法，对隧道前方进行详细的地质探测。

采用钻机（竖井工区采用XY-1型水平地质钻机、出口工区采用C6管棚钻机）进行取芯验证，探明前方围岩岩性、强度、岩体完整程度、水文地质特征等，钻孔数量不少于3个，位于两侧拱腰，钻孔长度不小于50m，钻孔搭接长度不小于10m；

再采用红外线探水仪对掌子面前方10～20m范围内地下水进行探测，验明前方富水情况。

同时，在短距离探测过程中，进行掌子面地质素描，详细记录超前支护、预加固钻孔中反映的地质信息。

第二步：

施作超前支护及掌子面预加固。

为保证工序循环时间，对超前管棚与小导管、全断面预加固施工机械设备进行合理配置，使三项作业平行施工。

管棚设备出口工区采用C6钻机，竖井工区采用ZDY1900S型钻机打设并兼作玻璃纤维锚杆，小导管采用风动凿岩机施作；

当探测前方为富水地段，且全断面预加固工法无法保证注浆堵水要求时，可采用深孔预注浆堵水。

第三步：

采用台阶法进行上台阶开挖，通过优化工序循环，使各台阶之间实行平行作业。

第四步：

上台阶开挖完成后及时施作初期支护。

架立Ⅰ20钢架，钢架间距0.5m/榀，拱部环向打设Φ25中空注浆锚杆，锚杆间距1.0m×

1.0m，呈梅花型布置；

最后复喷C25钢纤维混凝土到设计厚度。

第五步：

根据超前支护搭接长度要求，施作下一循环的超前支护。

第六步：

下台阶采用弱爆破法开挖，先开挖中部拉槽，再分左右侧交错开挖边墙位置，循环进尺控制在2m以内。

第七步：

按照设计要求，及时施作初期支护。

边墙部位采用Φ22砂浆锚杆。

第八步：

在围岩较大渗水时，打设3.0m径向注浆管进行注浆堵水。

第九步：

对初期支护表面局部出水点，采用后背填充注浆，全面封堵地下水。

第十步：

开挖仰拱，施作仰拱防水板，绑扎仰拱钢筋，灌注仰拱砼。

第十一步：

灌注仰拱填充砼。

第十二步：

挂设防水板，绑扎钢筋，利用模板台车灌筑二次衬砌砼。

⑵、施工要点

①根据施工工艺及悬臂掘进机工作要求，上台阶采用中长台阶，长度控制在20～25m左右，上台阶高度为6.5～7.0m，下台阶3.5～4.0m。

②仰拱采用栈桥进行施工，每10m一组。

仰拱距下台阶距离不超过20m，衬砌距仰拱距离不超过20m。

③在围岩较好地段采用的5步法台阶施工中，左侧③部与右侧④部交错施工，错开距离不得大于5m，及时做好接长钢架及初期支护。

④在采用三台阶施工中，中台阶的左侧③部与右侧④部、下台阶的左侧⑥部与右侧⑦部的错开距离不得大于3m，及时做好接长钢架及初期支护。

㈢、施工组织安排

根据目前施工进度，竖井工区将于2007年11月底进入河底段施工，出口工区将于2008年3月中旬进入河底段施工。

xxxx隧道过河段平面及施工任务划分示意图

按照工序要求，结合现场实际施工情况，经过工序对比，通过均衡生产，严格工序、工艺标准；

严格管理，以循环为对象，以班组管理为单元，在2008年汛期来临前穿过xxxx隧道河底施工；

下穿河底段进度指标安排为35m/月，竖井向出口计划掘进224m，工期计划7个月，出口工区向竖井方向计划掘进118m，工期计划3.3个月。

开挖贯通日期为2008年6月底，贯通面里程为DⅡK1568+910。

其中出口工区滞后竖井约10天时间，当竖井工区开挖至贯通里程DⅡK1568+910时停止开挖，加快仰拱及施作，剩余15m开挖任务由出口工区承担施工。

衬砌到2008年9月底结束，其它工序按照xxxx隧道总体计划进行安排。

㈣、设备配置

根据施工组织安排以及工艺要求，开挖设备竖井配置一台EBZ160悬臂掘进机，装运碴设备竖井配置1台PC200挖掘机及4台15T自卸式汽车，出口配置1台PC200挖掘机、5T及15T自卸式汽车各4台。

管棚及钻孔设备出口配置1台C6钻机、竖井配置1台ZDY1900S型钻机，同时C6钻机兼作玻璃纤维锚杆、深孔预注浆及超前钻孔使用。

ZDY1900S型钻机兼作玻璃纤维锚杆及深孔预注浆。

竖井另配置1台XY-1型水平地质钻机。

喷射砼采用TKC-500湿喷机，衬砌采用10.2m的整体式模板台车。

1、悬臂掘进机

EBZ160悬臂掘进机主要适用于煤巷或半煤岩巷以及软岩的巷道掘进，能实现连续切割、装载、运输作业。

最大定位截割断面可达24㎡，截割硬度为80MPa，该机为电力驱动，电压为1140V，采用专用变压器。

该设备具有对地层扰动小、安全性高、适用性好等特点。

但移动困难，铣挖功效正面铣挖60m3/h。

EBZ160型悬臂掘进机

EBZ160悬臂掘进机主要性能参数表

序号项目单位参数

1整机参数M长16×

宽2.9×

高2.52

2截割范围M高2.4～4.8，宽3.2～5，面积24m2

3总重T48

4运输机为双链刮板式，运输能力4m3/min

5截割硬度Mpa≤80MPa

6截割效率m3/min2～3

7铲装能力m3/min3.5

2、C6钻机

该钻机主要用于出口工区超前管棚钻孔、玻璃纤维锚杆以及深孔预注浆钻孔等作业使用，钻机性能参数如下表所示。

C6钻机主要性能参数表

序号项目单位参数

1动力配置KW96

2行走速度Km/h2.2

3机体运输尺寸mm7712×

2250×

2767

4重量T12.7

5动力头最大扭矩KN.m13.55

6钻孔直径mm≤250

7最大水平钻孔高度mm3702

8单根钻杆长度m3

9最大推进力KN35

3、ZDY1900S型钻机

该钻机为煤矿用的全液压坑道钻机，主要用于竖井工区管棚、玻璃纤维锚杆以及深孔预注浆钻机作业。

ZDY1900S型钻机主要性能参数表

1回

转

装

置

额定转矩N.m1900～500

2额定转矩r/min85～300

3钻杆直径mm63.5/73

4钻头直径mm94/110

5最大钻孔深度m350/100

6主轴通孔直径mm75

7给进

装置最大给进力KN112

8给进速度m/h5～10

9泵站额定功率KW37

10整机钻机质量Kg2040

竖井工区主要设备配置表

序号设备名称型号数量备注

1开挖出碴悬臂掘进机EBZ16001

2挖掘机ZXIS3301

3DH60-71

4汽车5T3

515T2

6装载机GLC-8561

出口工区主要设备配置表

1开挖出碴挖掘机ZXIS3301

2DH60-71

3汽车5T3

415T2

5装载机ZL-501

其它设备配置表

1管棚钻机C61出口工区管棚、玻璃纤维锚杆、深孔预注浆钻孔及地质探孔

2钻机ZDY1900S1竖井工区管棚、玻璃纤维锚杆、深孔注浆钻孔

3水平地质钻机1竖井地质探孔时采用

4风动凿岩机YT-2830出口、竖井工区打设锚杆、

小导管

5注浆泵ZJB（BP）-30A4预注浆

6浆液搅拌机JZ3504拌合浆液

7其它设备超前预报仪TSP2031长距离超前预报

8地质雷达SIR-10B1短距离超前预报

9红外探水仪1探水

㈤、施工应急救援预案

项目分部成立以项目经理为组长，副经理及总工程师为副组长，各部门负责人为成员的应急救缓小组，小组办公室设在项目安质部。

1、组织机构

组长：

xxxx

二、副组长：

三、组员：

四、项目分部应急救援电话：

办公室：

xxxxxxx

调度室：

xxxxxxxxxxxxxxx

2、灾害的预测

xxxx隧道是我国第xx条穿河铁路隧道，具有很大的施工风险。

根据过河段的地质特征，导水裂隙可达河床底部，在施工过程中因裂隙扩张，极易发生坍方和涌水突泥。

3、灾害特点

①水源补给充足。

由于埋深浅，一旦发生塌方，便极易引起冒顶，与河水沟通，一旦形成通道，无穷无尽的河水就成为涌水的水源。

②水压力大。

由于隧道受到较大的水压力作用，在不良地质地段进行隧道施工，易发生坍方并引发涌水、突泥事故，增加了堵水难度。

③突发性。

隧道坍方引起的涌水事故具有突发性，因隧道开挖变形引起的围岩裂隙扩张、地下水压力突然增大等不定因素的影响，极易突发涌水现象。

④施救困难。

发生涌水事故后，影响的范围很大，施救的空间非常有限，救护难度大，而且具有很大危险性。

⑤严重影响工期。

由于工程难度很大，处理事故的程序极为复杂，需要很长的时间才能恢复施工。

⑥灾难性。

一旦发生涌水事故，其后果是灾难性的，将造成巨大的经济损失，甚至会造成重大的人员伤亡事故。

4、应急响应程序

⑴发现险情

由值班安全员或工班长或工作面第一发现人按响按钮，按“先撤离、后研究”的原则进行紧急撤离。

发生安全险情时，由值班安全员、工班长或工作面第一发现人根据现场的情况判断危险的等级，然后按响警报，施工人员按预定的逃生路线迅速撤离施工现场，到预定地点报到，清点人数，并立即报告应急领导小组。

警报联络图

洞内多工作面警报紧接洞口值班室，警报器采用同一报警系统，在洞内人员按下警报器或洞口值班室人员要求摄像头发现险情按下报警器时，应能起到洞内洞外同时报警作用，以使人员紧急撤离。

洞内警报器为200m一处，按钮位于隧道侧壁，并用红色作出醒目标记，便于在紧急状态下，能够迅速使用。

⑵启动应急预案

启动应急预案后，疏散协调警戒组立即进入现场，现场采取安全警戒线或隔离措施，防止其他人员进入危险区域，避免灾害损失的扩大。

启动应急预案后，应急领导小组对所有技术、管理档案进行控制。

启动应急预案后，疏散协调警戒组必须做好施工现场的交通秩序，无关车辆禁止通行。

无关人员XX不得进入事故现场。

当项目应急领导小组宣布应急取消时，方可取消保护程序。

⑶信息发布

事故的信息和新闻发布，由集团公司实行集中、统一管理，以确保信息准确、及时传递，并根据国家有关法律法规向社会公布。

5、灾害的预防和应急措施

⑴防坍塌、涌水预防措施

①认真作好地质核对工作，掌握地貌水文情况。

在地质预报方面，首先以探水为主，按照“长期预报与短期预报相结合、物探手段与钻孔直接预测相结合、区域性地质预报与掌子面地质预报相结合”的“三结合”原则，将地质预报工作贯穿全程。

及时判断围岩稳定情况，快速采取相应措施。

过河段受地下水影响，极易引起透水事故。

当探测到掌子面前方为富含水或存在水囊时，应立即停止上台阶开挖，将正台阶转化为全断面，然后采用掌子面深孔注浆进行堵水（如下图）。

深孔注浆堵水之后，按照设计要求施作Φ108mm管棚及Φ42mm小导管超前支护，再进行掌子面开挖。

深孔预注浆横、纵断