隧道安全管理经验交流材料(三台阶七步开挖法)1

安全管理经验交流材料---郑西客专指挥部二○○八年元月隧道三台阶七步开挖法施工技术工程概况我集团公司承建的郑西客运专线工程所承担的隧道施工主要工程量为隧道18座28.1km；其中列为铁道部重点工程的有：张茅隧道8483m、金银山隧道4004m、交口隧道4012m，下面谨以张茅隧道为例就隧道三台阶七步流水法施工的做法向各位领导做一简要汇报。重点工程项目第一标段张茅隧道位于河南省陕县境内，起讫里程DK218+207～DK227+090，隧道全长8483m。隧道分别于DK223+200、DK225+560、DK224+747线路前进方向右侧设置三个斜井，一号、二号斜井与线路平面夹角45度，三号斜井与线路平面夹角42.57度，一号斜井长246米，二号斜井长413米，三号斜井长108米。地形地貌集团公司管段内的隧道所在区域大多为低山丘陵及黄土台源地貌，张茅隧道进口端DK218+630～DK222+300段属于低山丘陵地貌，地形较陡，地面高程630～860m，相对高差200m以上。出口端DK222+300～DK227+080段为黄土台源地貌，黄土冲沟发育，多呈“V”字型，地形切割冲刷严重，地面高程640～740m，相对高差约100m。张茅隧道纵断面示意图出口段黄土、粗圆砾土；进口基岩为安山岩夹砂泥页岩和灰岩DK223+370附近发育一断层，破碎带宽度约50m。工程及水文地质里程长度（m）地质状况DK218+607～DK223+9005293安山岩夹砂、泥页岩，节理裂隙较发育，属Ⅳ级软石、Ⅴ级次坚石DK223+900～DK226+4902590Q2黏质黄土夹古土壤层，垂直节理发育，属Ⅲ级硬土DK226+490～DK227+090600粗圆砾土:安山岩、砂岩和砂岩质卵砾石占50～70%,其余为黄土和砂砾填充，属Ⅳ级软石安山岩夹砂泥页岩粗圆砾土Q2黏质黄土工程特点隧道洞身穿过多种不同地质情况的围岩，施工中工序转换多；隧道开挖断面大小差别较大，Ⅴ级黄土加强段为163.53m2，Ⅱ级岩石段为127.56m2，需采取各种不同的施工方法进行施工；工程合同工期为34.5个月(2005.9.25~2008.8.5),实际开工日期为2006.2.5，除去衬砌、水沟电缆槽、无碴轨道基础三个月施工期，实际工期只有30个月，按设计施工方法满足不了铁道部工期要求，施工中寻求快速掘进的施工方法是当务之急。施工情况施工情况张茅隧道进、出口及1、2、3号斜井正洞软弱围岩和黄土段采用“七步平行流水作业法”开挖日进尺：1.5～2.0m/d，月进度：45～60m/月。截止2008年1月16日，进口段完成掘进2408m；1号斜井完成正洞掘进3367m；2号斜井完成正洞上导掘进1185m；3号斜井完成正洞上导掘进541m；出口段完成上导掘进1000m；施工进展顺利。三台阶七步开挖法三台阶七步开挖法施工图“三台阶七步开挖法”采用三层短台阶，分步平行开挖，分步平行施作拱墙初期支护，仰拱超前施做,及时闭合构成稳固的初期支护体系。以保护围岩的天然承载力，减少对围岩的扰动。经量测监控信息化反馈指导施工，及时调整支护参数和混凝土衬砌施工时间，适用于不同跨度、多种断面形式及地质结构复杂多变的隧道施工中。施工工艺流程上部弧形导坑开挖，施作初期支护开挖上、中、下台阶预留核心土左右错开开挖中台阶，施作初期支护左右错开开挖下台阶，施作初期支护超前支护测量放样施作仰拱施作仰拱填充围岩稳定性评判、修正支护参数分段开挖隧底，施做初期支护断面检查否满足施工步骤图111234576-16-26-33m～5m2～3m2～3m2～3m2～3m4m～6m166623457核心土7542116-234m～6m30～40m2～3m2～3m2～3m2～3m3m～5m仰拱填充仰拱初期支护6-36-115～25m栈桥h1h2h3H注：1、上台阶开挖高度不小于上台阶开挖跨度的0.3倍，一般为3.0～4.0m。2、中、下台阶开挖高度为隧道总开挖高度(不含仰拱)减去上台阶开挖高度后平均分配，一般为3.0～3.5m。3、上台阶核心土长度(隧道纵向)3.0～5.0m,高度1.5～2.5m,宽度为上台阶开挖跨度的1/3～1/2。开挖步序图施工步骤第1步黄土隧道⑴预留核心土，环向开挖上部弧形导坑，上台阶开挖矢跨比必须大于0.3（f/L0.3）⑵开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，隧道周边部位预留30cm人工开挖，其余部位采用机械开挖。⑶核心土长度控制在3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。施工步骤岩石隧道⑴机械辅以人工开挖，最大进尺不得超过1.5m，严格控制超欠挖。⑵采用弱爆破时，严格控制装药量，减少围岩扰动。施工步骤第2、3步左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。施工步骤第4、5步左、右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。施工步骤第6步：上、中、下台阶开挖预留的核心土。⑴开挖进尺应同隧道开挖进尺一致，最大不得超过1.5m。⑵便于机械、人工作业方便，提供作业平台。施工步骤第7步，隧底开挖⑴每循环开挖长度控制在2～3m以内，完成两个隧底开挖、支护后及时施做仰拱，仰拱分段长度宜为4～6m。⑵仰拱采用栈桥施工，满足平行作业要求。超前支护（1）黄土隧道严格按设计要求施作超前支护，超前小导管沿线路纵坡布置于钢架外缘。（2）软弱破碎岩石隧道严格按设计要求施作超前支护，超前小导管沿线路纵坡布置于钢架外缘。（3）严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。初期支护初喷砼封闭掌子面软弱围岩各步序开挖后应立即初喷3～5cm厚混凝土封闭，避免围岩长时间暴露而导致失稳。施作系统锚杆⑴初喷后及时施做系统锚杆，锚杆必须设置垫板。⑵岩石隧道拱部系统锚杆必须带排气装置，采取沿锚杆孔进浆的施工工艺。⑶黄土隧道系统锚杆按设计要求选用。安装钢筋网、钢架⑴钢筋网随受喷面起伏铺设，保护层厚度不小于4cm。⑵软弱围岩钢架应架设在坚实基面上，严禁拱（墙）脚悬空或采用虚碴回填。喷射砼作业⑴二次复喷混凝土应分层喷射，每层厚度宜为5～6cm。⑵喷射表面应平顺、无空鼓、裂缝等。锁脚锚杆（管）施工（1）在钢架拱脚以30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆（管）。（2）锁脚锚杆（管）加工成“L”型。（3）锁脚锚杆（管）应与钢架焊接牢固，增强拱（墙）脚承载力，控制变形。仰拱初支施工⑴隧底开挖后，及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，初喷3～5cm厚混凝土封闭岩面。⑵按照设计要求安装仰拱钢架，喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。监控量测隧道监控量测工作紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，量测数据运用工程类比法及时分析反馈，必要时根据分析结果及时调整支护参数，以保证施工安全。量测项目可分为必测项目和选测项目，选测项目可结合工程实际情况，按照《铁路隧道监控量测技术规程》的规定选取。监控量测必测项目序号监测项目测量方法和仪表测量精度备注1洞内、外观察现场观察，地质罗盘仪2初期支护拱（墙）脚净空变化采用非接触无尺量测法，全站仪0.1mm3初期支护拱顶下沉采用非接触无尺量测法，全站仪0.1mm4地表沉降水准测量的方法，水准仪1mm浅埋隧道（H0≤2b）、洞口段、下穿高速公路（建筑物）段必测注：H0—隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。监控量测净空变化测点布置A隧道中心线B'BCC'D'D拱顶观测点量测基线上部弧形导坑开挖并施作拱部初期支护后，布设拱顶下沉测点A和第一条净空量测基线B—B’，在3～6h内取得初读数；净空变化量测测点布置和初读数的读取应符合下列规定中台阶开挖并施作上部边墙初期支护后，布设第二条净空量测基线C—C’，在3～6h内取得初读数；下台阶开挖并施作下部边墙初期支护后，布设第三条净空量测基线D—D’，在3～6h内取得初读数；其它量测项目在开挖后12h内取得初读数，最迟不得超过24h，且在下一循环开挖前完成；拱（墙）脚净空变化、拱顶、地表观测点布设在同一断面，便于分析、比较。监控量测频率各测点取得初读数据后，应按照位移速度和量测断面距开挖面距离选择量测频率,当出现异常情况时，应加大量测频率。量测频率位移速度距开挖面距离位移速度（mm/d）量测频率量测断面距开挖面距离（m）量测频率≥52次/d（0～1）B2次/d1～51次/d（1～2）B1次/d0.5～11次/2～3d（2～5）B1次/2～3d0.2～0.51次/3d＞5B1次/7d＜0.21次/7d注：1、B—隧道开挖跨度。2、当按照“位移速度”和“量测断面距开挖面距离”选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的实施。拱顶下沉量测围岩水平收敛量测⑴隧道进洞前，及时做好洞顶及洞口防排水系统。洞顶及洞口排水沟采用铺砌，用砂浆抹面，防止地表水及施工用水下渗，影响结构安全。施工安全控制要点⑵三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接。工序安排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳。施工安全控制要点1.初期支护应及时封闭成环，全断面初期支护闭合时间宜控制在15d左右；2.仰拱应超前施作，仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在30～40m。铺设防水板、二次衬砌等后续工作应及时进行。3.二次衬砌距仰拱宜保持2倍以上衬砌循环作业长度，但不得大于50m。⑶在满足作业空间和台阶稳定的前提下，尽量缩短台阶长度，核心土长度应控制在3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。施工安全控制要点⑷三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度，根据隧道围岩地质情况，合理确定循环进尺，张茅隧道土质地段每次开挖长度不超过1.0m；开挖后立即初喷3～5cm混凝土，以减少围岩暴露时间。⑸严格按设计要求施作超前支护，控制好超前支护外插角，严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。施工安全控制要点⑹隧道周边部位预留30cm人工开挖，其余部位采用机械开挖，中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右侧错开距离宜为2～3m。⑺钢架严格按设计及规范要求加工制作和架设。钢架应架设在坚实基面上，并加垫槽钢，严禁拱（墙）脚悬空或采用虚土回填。钢架应与锁脚锚杆焊接牢固。施工安全控制要点⑻隧道超挖部位必须回填密实，严禁初期支护背后存在空洞。必要时初期支护背后应进行充填注浆，保证初期支护与围岩密贴。⑼完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱（墙）脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低。当地层含水量大时，在上台阶开挖工作面附近开挖横向水沟，将水引至隧道两侧排水沟排出洞外。反坡施工时，设置集水坑将水集中抽排。施工安全控制要点⑽确保隧道施工的洞内通风，保证作业环境符合职业健康及安全标准。⑾应加强监控量测工作，根据量测结果，及时调整支护参数，确定二次衬砌施作时间，进行信息化施工管理。施工安全控制要点⑿应完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱（墙）脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低。当地层含水量大时，上台阶开挖工作面附近宜开挖横向水沟，将水引至隧道中部或两侧排水沟排出洞外。必要时应配合井点降水等措施，降低地下水位至隧道仰拱以下，确保施工顺利进行。反坡施工时，应设置集水坑将水集中抽排。⒀隧道施工应加强洞内通风，作业环境应符合职业健康及安全标准。施工安全控制要点谢谢大家请各位领导专家提出宝贵意见