隧道Ⅳ级围岩开挖支护方案.docx
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隧道Ⅳ级围岩开挖支护方案
隧道Ⅳ级围岩开挖支护
施工方案
编制：
复核：
审核：
二〇一六年四月
1/48
1编制原则、依据0
1.1编制原则0
1.2编制依据0
2工程简介1
2.1工程概况1
2.2工程地质1
2.3地震动参数2
2.4气象特征2
2.5水文地质2
3隧道开挖施工2
3.1方案设计2
3.2施工工艺3
3.3超前小导管3
3.4台阶法6
3.5超前地质预报7
3.6爆破施工9
3.7出渣运输13
4监控量测13
4.1量测项目13
4.2
14
量测方法和要求13
4.3监测资料整理、数据分析及反馈
4.4监控量测质量保证措施15
5.1径向砂浆锚杆施工15
5.2钢架施工17
5.3钢筋网片施工20
5.4喷射混凝土施工21
6劳动力组织26
6.1采用架子队用工管理模式26
6.2劳动力进场计划26
7质量保证措施26
7.1控制措施27
7.2技术措施30
8安全保证措施31
8.1技术保证措施31
8.2隧道施工安全保证措施34
8.3环保、水保措施41
1编制原则、依据
1.1编制原则
遵循设计文件的原则。
在编制施工方案时，认真阅读核对施工图设计文件资料，了解设计意图，掌握现场情况，严格按设计资料和设计原则编制，满足设计标准和要求。
遵循“安全第一、预防为主”和“管生产必须管安全”的原则。
严格按照铁路施工安全操作规程，从制度、管理、方案、资源方面制定切实可行的措施，确保施工安全，服从建设单位指令，服从监理工程师的监督检查，严肃安全纪律，严格按规程办事。
遵循“科技是第一生产力”的原则。
充分应用“四新”成果，充分发挥科技在施工生产中的先导保障作用。
遵循标准化管理原则。
确保质量、安全、环境三体系在本项目工程施工中自始至终得到有效运行。
1.2编制依据
（1）国家的法律、法规和原铁道部、云南省的相关管理制度规定；
（2）《公路隧道施工技术规范》、《公路工程施工安全技术规范》、标准、规程、指南、验标、工法、定型图、通用图、标准图等；
（3）文新隧道用材料、机械设备、机具等相关规程、标准、质量文件；
（4）文新隧道采用的施工图、设计文件、技术交底、纪要等；
（5）当前隧道建设技术、装备和施工水平；
（6）与当前隧道建设有关的科学研究及试验成果。
2工程简介
2.1工程概况
**隧道位于**省***市**县***镇。
隧道为分离式双线隧道。
施工范围为文新1号隧道，隧道右洞里程为K148+423～K153+955，长5532m；左洞K148+425～K154+020，长5595m。
隧道出口段出洞口围岩以泥岩为主，洞身最大埋深725m，洞身纵坡为1.15%，K153+383.882～K154.020段落位于R=1100的平面曲线上，其余均位于直线段上。
我方负责从隧道出口大里程向小里程方向施工，预计施工终止里程约为K150+520，围岩里程及长度见下表：
序号
名称
IV级
长度
1
隧道右洞
K150+520～K152+870、
K153+070～K153+600
2880
2
隧道左洞
K150+520～K152+860、
K153+060～K153+600
2880
合计
5760
2.2工程地质
IV1级围岩以泥岩、砂岩夹粉砂岩为主，为中等风化，岩体较完整，围岩为块状砌体和块状镶嵌结构，岩体富水性弱，开挖时可能存在较小量的潮湿或点滴状出水现象。
IV2级围岩以粉砂质泥岩为主，为中等风化，岩体较完整，围岩为块状砌体和块状镶嵌结构，物探表面为高阻区，岩土体富水性弱，开挖时可能存在较小量的潮湿或点滴状出水现象。
本段无不良地质和特殊性岩土体，但需加强超前地质预报。
2.3地震动参数
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）及《云南省地震动峰值加速度和反应谱特征周期区划图》，隧道区地震基本烈度值为7度、地震动峰值加速度值为0.10g、地震动反应谱特征周期为0.45s，为中硬场地类型3区。
2.4气象特征本项目路线位于北回归线附近，属温带及亚热带、热带气候，大部分地区气候温和宜人，日照多霜期短；年平均气温18°，最高达42.3℃，最低极值为-0.2℃，雨量充沛，旱、雨季分明，年平均降雨量1112～1964.4mm，年平均蒸发量1515.6～2230.8mm，年平均相对湿度70-80%，绝对湿度13-21毫巴；80%雨量集中在6～9月，且多雾而潮湿，连续降雨日达20日以上，11月至次年4月为干季，降雨量小，气候干燥多风。
2.5水文地质根据地下水在岩石中的赋存条件、水力性质，并结合构造等因素，本段内地下水按其赋存形式有松散堆积层孔隙和及基岩裂隙水，主要受河水、大气降水所补给。
3隧道开挖施工
3.1方案设计隧道掘进按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则进行组织施工。
洞身Ⅳ级围岩采用台阶法开挖，在施工过程中应不断总结经验，优化工艺。
加强超前地质预测、预报，加强围岩监控量测管理。
根据量测结果，及时调整预留变形量及支护参数，适时施作二次衬砌，
确保隧道安全
3.2施工工艺
施工工艺示意图见图3-2-1：
3.3超前小导管
3.3.1超前小导管设计超前小导管配合型钢钢架使用，应用于隧道拱部超前注浆预支护，其纵向搭接长度不小于1.3～1.5m。
超前小导管设计参数：
图3-2-1施工工艺
定处理和反馈
1超前导管规格：
Φ42mm*4m；
2小导管环向间距30cm；
3倾角：
外插角5°～15°；
4注浆材料：
1:
1水泥净浆；
3.3.2超前小导管施工
施工工艺流程见图3-3-1。
3.3.3制作钢花管
小导管前端做成尖锥形，尾部焊接φ8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为8mm，尾部长度不小于100cm作为不钻孔的止浆段。
小导管构造见图3-3-2。
3.3.4小导管安装⑴测量放样，在设计孔位上做好标记，用凿岩机钻孔，孔径较设计导管管径大20mm以上。
⑵成孔后，将小导管按设计要求插入孔中，或用凿岩机直接将小导管从型钢钢架中部打入，外露20cm支撑于开挖面后方的钢架上，与钢架共同组成预支护体系。
3.3.5注浆
采用注浆泵加压注水泥浆。
注浆前先喷射混凝土5～10cm厚封闭掌子面，形成止浆盘。
注浆前先冲洗管内沉积物，由下至上顺序进行。
单孔注浆压力达到设计要求值，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时注浆方可结束。
注浆施工中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。
注浆参数应根据注浆试验结果及现场
情况调整
注浆参数可参照以下数据进行选择：
注浆压力：
一般为0.5～1.0Mpa浆液初凝时间：
1～2min水泥：
P.O42.5普通硅酸盐水泥
图3-3-1超前小导管施工工艺流程图
100cm
15cm
8mm加劲箍
小钢管普通焊
图3-3-2注浆小导管结构图
5/48
3.3.6注浆异常现象处理⑴串浆时及时堵塞串浆孔。
⑵泵压突然升高时，可能发生堵管，应停机检查。
⑶进浆量很大，压力长时间不升高，应重新调整浓度及配合比，缩短胶凝时间。
3.4台阶法施工顺序：
超前支护→上台阶开挖→支护→下台阶开挖→支护
→仰拱→仰拱填充→拱墙衬砌。
下台阶必须单侧错开开挖。
开挖方法：
采用光面爆破技术，进尺控制在1.2m以内,台阶高度5m左右。
SF4a、SF4b开挖二次衬砌和掌子面之间的间距控制在
台阶法施工工序横断面图3-4-1
台阶法施工工序纵断面图3-4-2
3.5超前地质预报
隧道超前地质预报的目的是通过地质调查、物探、超前地质钻探、超前导坑等综合手段，进一步查清隧道开挖工作面前方（含隧底）的工程地质与水文地质条件等信息，指导工程施工的顺利进行；降低地质灾害发生的机率和危害程度；为优化工程设计提供地质依据，保证隧道工程质量安全。
主要方法见下表：
预报方法
简介
地质调查法
隧道地表补充调查
根据已有勘察资料、地表补充地质调查资料和隧道内地质素描，通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分析、临近隧道内不良地质体的前兆分析等，利用常规地质理论、地质作图和趋势分析等，推测开挖工作面前方可能揭示地质情况的一种超前地质预报方法。
其适用于各种条件下的超前地质预报，具有综合和指导其他预报方法的作用。
隧道内地质素描
岩层岩性和层位预测法
地质体延伸预测法
超前地质
超前水平钻法
利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探，根据钻孔资料来推断隧道前方的地质情况。
钻探法
加深炮孔
利用风钻或者凿岩台车等在隧道开挖工作面钻小口径浅孔获取地质信息的一种方法，其适用于各种地质条件下隧道的超前地质预报探测
物探法
TSP系列隧道地震探测
利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧洞掌子面前方及周围临近区域的地质情况。
其探测距离长，准确性较高。
地质雷达技术
利用高频电测波以宽频带短脉冲的形式，由掌子面通过发射天线向前发射，当遇到异常地质体或介质分界面时发生发射并返回，被接收天线接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。
预报距离一般不超过30m。
红外探水法
当掌子面前方及周边介质单一时，所测得的红外场为正常场，当存在隐伏含水构造或有水时，他们所产生的场强要叠加到正常场上，从而使正常场产生畸变。
据此判断掌子面前方一定范围内有无含水构造。
预测范围一般为30m。
根据文新隧道的工程地质、水文地质特征，实施超前地质预报的原则如下。
1）对于地质条件复杂的段落
全段落采用地质素描、TSP、红外探水与地质雷达贯通，实施超前水平钻孔3孔贯通，每循环实施加深炮孔8孔。
2）对于地质条件较复杂的段落
全段落采用地质素描、TSP、红外探水与地质雷达贯通，实施超前水平钻孔3孔贯通，每循环实施加深炮孔8孔。
3）对于地质条件中等复杂的段落
全段落采用地质素描、TSP、红外探水与地质雷达贯通，实施超前水平钻孔1孔贯通，每循环实施加深炮孔6孔。
4）对于地质条件简单的段落
全段落采用地质素描贯通，必要时实施TSP、红外探水与地质
雷达探测
3.6爆破施工
（1）爆破器材主爆药采用爆炸性能、抗水性能、安全性能较好及环境污染小的膨化炸药或乳化炸药，规格为Φ32mm×200mm。
周边眼采用相同性能的直径Φ32mm的药卷。
装药结构用竹片绑扎，导爆管传爆，进行间隔装药，根据围岩情况，可对间隔距离和药量进行调整。
起爆材料采用1-15段的非电毫秒雷管起爆，电雷管引爆。
（2）整个爆破施工中，采取划区定人、定位、定眼数、定时间的岗位责任制，既有利于操作人员熟悉自己所担负的炮眼位置、深度、角度、雷管段位、网络联结等工作，提高施爆效率，也可避免忙乱和相互干扰。
按工序不同进行分类管理，可以提高施工效率。
表3-6-1光面爆破参数表
岩石类别
周边眼间距
E（cm）
周边眼抵抗线
W（cm）
相对距离
E/W
装药集中度q
（kg/m）
极硬岩
50～60
55～75
0.8～0.85
0.25～0.30
硬岩
40～50
50～60
0.8～0.85
0.15～0.25
软质岩
35～45
45～60
0.7～50.8
0.07～0.12
3）爆破作业工序流程图：
画线、标炮
钻孔
装药
联线
起爆
检查效
（4）布孔情况为了保证炮孔的布孔质量，每槽炮由分部测量组使用全站仪精确按设计图布设所有炮眼，布孔质量要求误差不得大于2cm。
1）上台阶围岩爆破参数表
表3-6-2IV级围岩上台阶爆破参数表
图3-6-2上台阶炮孔布置图
2）下台阶爆破参数表
表3-6-3IV级围岩下台阶爆破参数表（单侧数量）
起爆顺序
炮孔
名称
炮孔数量
炮孔深度（m）
雷管
段别
装药参数药量（kg）
备注
1
辅助孔
15
1
3
9
光爆炮眼痕迹率75%。
2
辅助孔
15
1
5
9
3
辅助孔
13
1
7
7.8
4
辅助孔
9
1
9
5.4
5
周边孔
12
1
11
3.6
6
底孔
13
1
13
9.75
合计
77
44.55
图3-6-3下台阶炮孔布置图
（6）钻孔质量
为了保证光面爆破的钻孔质量，是获得隧道平整、规则开挖轮廓的基本条件。
特别是对周边光爆孔，更应认真钻凿。
严格按照钻爆设计要求进行作业，对钻孔质量认真进行检查验收，对不合格的眼孔根据具体情况采取重钻，调整装药量和装药结构等措施处理。
尽可能保证光面爆破效果。
（7）装药及起爆
装药前对所有炮孔进行验收，检查炮眼位置和深度是否符合设计要求，并用风压进行清洗。
装药时在领工员的监控下严格按照设计装药量和装药结构进行认真装填，切不可错装雷管段位。
（8）爆破工程炮眼施工注意事项
1）打眼前应将周围的松动土清除干净，若用支撑加固时，应检查支撑是否牢固。
2）打眼人员必须精力集中，锤击要稳、准，并击钢钎中心，严禁互相面对打锤。
作业时戴安全帽和防护眼镜。
锤和钎要放在安全的地方，防止坠落。
3）应经常检查锤头与锤把连接是否牢固，严禁使用木质松软、有节疤、裂缝或腐朽的木把。
4）钢钎和铁锤要平整，不得有毛边。
5）炮眼位超过2m高者，操作人员必须配挂好安全带。
（9）爆破材料运输方法
1）装卸爆破材料时，轻拿轻放，不得产生摩擦、震动、撞击、抛掷、倒转、坠落，堆放应平稳，不得散装、改装或倒放。
2）不同性质的炸药、雷管、传爆线、导爆管等均不得在同一辆车内装运。
3）运输爆破材料在车内，应遮盖、捆紧，雨雪天运输时，必须作好防雨防滑等措施。
同时要有熟悉爆炸性能的专人押运，除押运人外，任何人不得乘坐。
4）运输爆破材料应使用专车，不得使用自卸汽车、拖车等不合要求的车辆运输，如用柴油车运输时，应有防止产生静电火花的措施。
5）汽车运输时，车厢内应清洁，不得放有铁器，装卸不得超过容许载重量的2/3，车速不许超过15km/h。
6）运输爆破材料的车辆，其相互间的最小距离，在平坦道路上，汽车50m，人力车5m，在上、下山坡路上，汽车500m，人力车10m。
7）运输爆破材料的车辆，禁止接近明火、蒸气、高温、电源、磁场以及易燃危险品。
严禁在衣袋中携带炸药和雷管等爆破材料。
（10）爆破材料储存方法
1）砌筑爆破器材专用库房，专用库房周围用砖围墙砌筑，设置
大门，专人看守，专用库房设置防盗门，专人保管门钥匙
2）爆破器材库报主管部门批准，并报当地县（市）公安机关审查同意后方可建库；库房建成并经验收合格发给“爆破器材储存许可证”后，方准储存爆破器材。
3）库房配备符合要求的专职守卫人员和保管员；具有健全的安全管理制度。
4）爆破器材单一品种专库存放。
库房建立后，任何单位不应在爆破器材库的危险区域内修建任何建筑物。
3.7出渣运输
隧道各工作面采用无轨运输，装载机装渣，以大型或小型自卸车运至指定弃渣场。
在开挖渣料的运输过程中，采取有效的防护和处理措施，确保路面清洁，不会引起路面扬尘；合理安排车辆运输时段，加强输导和道路管理工作，确保不影响交通。
为尽量减轻作业人员的体力劳动强度，根据隧道地质条件、主要工作面配备成套设备，开展机械化施工。
本着“实用先进、选型科学、着重工效、优化合理”的原则，布署机械化作业线。
4监控量测
4.1量测项目
根据本线隧道的特点，量测项目包括：
（1）洞内外观察、水平相对净空变化值的量测及拱顶下沉量测、地表下沉量测为必须进行的监控量测项目；
（2）根据施工需要，必要时增设围岩内部变形等量测项目。
4.2量测方法和要求
拱顶下沉、收敛量测起始读数宜在3～6h内完成，其他量测应在每次开挖后12h内取得起始读数，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。
测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严禁爆破损坏。
隧道浅埋地段地表下沉的量测点横向间距为2-5m，在隧道中线附近测点适当加密，纵向间距为5.0米，且宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。
测试中按各项量测操作规程安装好仪器仪表，每测点一般测读三次，取算术平均值作为观测值；每次测试都要认真做好原始数据记录，并记录开挖里程、支护施工情况以及环境温度等，保持原始记录的准确性。
隧道拱顶下沉及净空水平收敛量测频率见表4-1，变形管理等级见表4-2。
4.3监测资料整理、数据分析及反馈现场量测所取得的原始数据，不可避免的会具有一定的离散性，其中包含着测量误差。
因此，应对所测数据进行一定的数学处理。
数学处理的目的是：
将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确定量测数据的可靠性；探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化的规律，判定围岩和初期支护系统稳定状态。
表4-1拱顶下沉及净空水平收敛量测率表
序号
变形速度（mm/d）
量测断面距开挖面距离（m）
量测频率
1
≥5
（0～1）B
2～3次/天
2
1～5
（1～2）B
1次/天
3
0.5～1
（1～2）B
1次/2～3天
4
0.2～0.5
（2～5）B
1次/3天
5
∠0.2
>5B
1次/3～7天
说明
B表示隧道开挖宽度
表4-2变形管理等级表
序号
管理等级
管理位移
施工状态
1
Ⅲ
u0∠un/3
可正常施工
2
Ⅱ
un/3≤u0≤2un/3
应加强支护
3
Ⅰ
u0>2un/3
应采取特殊措施
注
u0-实测位移；un-最大位移
4.4监控量测质量保证措施
（1）将监测管理及监测实施计划纳入施工生产计划中，作为一个重要的施工工序来抓，并保证监测有确定的时间和空间。
（2）施工监测紧密结合施工步骤，监控每一施工步骤对周围环境、围岩、支护结构、变形的影响，据此优化施工方案。
（3）积极配合监理、设计单位做好对监测工作的检查、监督和指导，及时向监理、设计单位报告情况和问题，并提供有关切实可靠的数据记录，工程完成后，根据监测资料整理出标段的监测分析总报告纳入竣工资料中。
（4）量测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性。
量测仪器专人使用、专业机构保养、专业机构检校。
量测设备、元器件等在使用前均经过检校，合格后方可使用。
（5）测试完毕后检查仪器、仪表，做好养护、保管工作，及时进行资料整理及信息反馈。
5初期支护施工初期支护用所有材料均由材料厂工厂化加工，技术人员检验合格后使用。
5.1径向砂浆锚杆施工
依据设计文件，本线隧道IV级围岩采用砂浆锚杆，采用直径
22的螺纹钢筋制作，锚杆均设置垫板，呈梅花型布置，长度及间距
依据围岩级别进行确定
砂浆锚杆施工工艺流程见图5-1。
5.1.1锚杆施工前的准备⑴检查锚杆类型，规格，质量及其性能是否与设计相符。
⑵根据锚杆类型，规格及围岩情况准备钻孔机具。
5.1.2锚杆钻孔隧道锚杆采用风动凿岩机成孔。
锚杆钻孔利用开挖台阶搭设简易台架施钻，按照设计间距布孔；钻孔方向尽可能垂直结构面或初喷砼表面；锚杆孔比杆径大15㎜，深度误差不得大于±50mm；成孔后采用高压风清孔。
图5-1砂浆锚杆施工工艺流程图
5.1.3砂浆锚杆注浆及安装
砂浆锚杆作业程序是：
先注浆，后放锚杆，具体操作是：
先将水注入泵内，并倒入少量砂浆，初压水和稀浆湿润管路，然后再将已调好的砂浆倒入泵内。
将注浆管插至锚杆眼底，将泵盖压紧密封，一切就绪后，慢慢打开阀门开始注浆。
在气压推动下，将砂浆不断压入眼底，注浆管跟着缓缓退出眼孔，并始终保持注浆管口埋在砂浆内，以免浆中出现空洞，将注浆管全部抽出后，立即把锚杆插入眼孔，然后用木楔堵塞眼口，防止砂浆流失。
锚杆孔中必须注满砂浆，发现不满须拨出锚杆重新注浆。
注浆管不准对人放置，以防止高压喷出物射击伤人。
砂浆应随用随拌，在初凝前全部用完，使用掺速凝剂砂浆时，一次拌制砂浆数量不应多于3个孔，以免时间过长，使砂浆在泵、管中凝结。
锚注完成后，应及时清洗，整理注浆用具，除掉砂浆凝聚物，为下次使用创造好条件。
5.2钢架施工
隧道钢架支护分为型钢钢架和格栅钢架两种，IV级围岩SF4a采用钢拱架，SF4b采用格栅拱架，型钢钢架主要由I16工字钢弯制而成，格栅钢架主要由四根Φ22主筋和其它钢筋制成。
隧道各部开挖完成初喷砼后，分单元及时安装钢架，采用与定位锚杆、径向锚杆连接以及双侧锁脚锚杆固定，纵向采用钢筋连接，然后复喷混凝土到设计厚度。
钢架施工工艺流程图见图5-2。
5.2.1钢架加工
⑴型钢钢架加工：
加工场地用砼硬化，精确抹平，按设计放出加工大样。
钢架弯制结合隧道开挖方法采用型钢弯制机按照隧道断面曲率分节进行弯制，弯制完成后，先在加工场地上进行试拼。
各节钢架拼装，要求尺寸准确，弧形圆顺，要求沿隧道周边轮廓误差不大于3cm；型钢钢架平放时，平面翘曲小于2cm。
图5-2型钢钢架施工工艺流程图
⑵格栅钢架加工格栅钢架在现场设计的工装台上加工。
工作台为δ=20mm的钢板制成，其上根据不同断面的钢架主筋轮廓放样成钢筋弯曲模型。
钢架的焊接在胎模内焊接，控制变形。
按设计加工好各单元格栅钢架后，组织试拼，检查钢架尺寸及轮廓是否合格。
加工允许误差：
沿隧道周边轮廓误差不大于3cm，平面翘曲应小于2cm，接头连接要求同类之间可以互换。
格栅钢架各单元必须明确标准类型和单元号，并分单元堆放于地面干燥的防雨蓬内。
5.2.2钢架安装
根据测设的位置，各节钢架在掌子面以螺栓连接，连接板应密贴。
为保证各节钢架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下的虚渣及杂物。
同时每侧安设2根锁脚锚杆将其锁定，及时安设临时支撑，底部开挖完成后，底部初期支护及时跟进，将钢架全环封闭。
为保证钢架位置安设准确，隧道开挖时在钢架的各连接处预留连接板凹槽。
初喷砼时，在凹槽处打入木楔，为架设钢架留出连接板（和槽钢）位置。
钢架按设计位置安设，在安设过程中当钢架和初喷层之间有较大间隙应每隔2m用砼预制块楔紧，钢架背后用喷砼填充密实。
钢架纵向连接采用Φ20圆钢，环向间距
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