关于吕梁山隧道穿越青银高速公路施工方案及施工预案措施

1关于“吕梁山隧道下穿青银高速公路方案”说明一、编制方案依据1、吕梁山隧道修改初步设计图。2、现行铁路、公路设计、施工规范及标准。3、投标书施工组织设计。二、工程概况1、概述吕梁山隧道是太中银铁路重点控制工程，该隧道全长20738m,为太中银铁路最长隧道，也是目前国内第二长隧。该隧道DK129+255至出口由中铁三局承担施工。本隧道设计为双洞隧道，两洞间距30米（净距21m）。单洞开挖断面(宽)8.92m×(高)10.77m，洞身按V级围岩加强地段设计。隧道出口段下穿青银高速公路。隧道洞顶至高速公路路面最小埋深为16米。左线隧道中线DK139+750与高速公路中线K40+286相交,下穿高速公路地段为DK139+810～DK139+690，长度为120m；右线隧道中线DK139+709与高速公路中线K40+246相交，下穿高速公路地段为DK139+795～DK139+650，长度为145m.详见“线路平面图”。2、下穿高速公路地段地质概况该段位于河流二级阶地，地层为新黄土、老黄土夹砂砾石层，散体状结构，属V级围岩，局部有微量地下水渗出。三、拟定方案的原则选用合理的隧道施工方案，确保高速公路的安全畅通。四、施工方案为保证高速公路的正常通行及隧道施工安全，设计采用如下施23工方案：1、在隧道下穿高速公路地段120m范围内，采用大管棚注浆超前支护，支护拱部140°范围围岩；管棚采用φ108mm钢管，每根长18m,环向间距3根/m，每15m一环，搭接长度为3m，并且在管棚内设钢筋笼，注水泥浆，提高管棚承载能力。2、初期支护采用φ42超前小导管进行超前支护，不注浆。每根长3米，环向间距3根/m,外插角10°～14°，纵向每1.5m一榀；并设置格栅钢架锚喷射混凝土加强支护，格栅钢架0.75m/榀。3、开挖采用短台阶加临时仰拱法开挖，并采用I20工字钢作临时支撑。上断面采用预留核心土环行开挖，以保持围岩稳定。开挖完成后及时施做初期支护、临时仰拱和临时支撑，衬砌紧跟。上台阶采用人工风镐开挖，下台阶采用挖掘机开挖，遇到孤石时，采用预裂爆破破碎。4、左右线不同时开挖，即左线开挖并进行衬砌封闭15m后,再进行右线开挖。5、及早封闭初期支护及早施作二次衬砌，同时初期支护强度满足要求及二次衬砌施工完毕，在二次衬砌背后充填注浆，控制地表沉降。6、施工监测。加强隧道监控量测和路面沉降位移量测，严格控制公路的沉降量，保证行车安全。加大量测频率，根据量测结果指导施工。五、施工方法该隧道下穿青银高速地段，属V级围岩加强地段。施工应严格按照“先预防、早治水、管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封4闭、快衬砌、勤测量、速反馈、控变形”的原则组织施工。为使初期支护及早形成封闭圈，防止衬砌下沉，仰拱超前衬砌施做，保证结构的整体稳定性。1、左线下穿高速公路施工方法（1）、超前大管棚施工1）注浆加固范围及大管棚布设在隧道的拱部140°范围内设置φ108mm的大管棚，每根长18m，环向间距3根/m，每15m一环，搭接长度为3m。管棚长度按120m设置。2）安装导向管管棚施工前,在管棚工作室掌子面洞身开挖轮廓线上方架设一榀拱架,用锚杆锁定,将φ127mm×1m的管棚导向钢管焊在拱架背部。然后挂网喷浆封闭掌子面,只露出导向管端头。考虑到下一循环管棚的开挖及钻具下垂等因素,导向管要加大外插角2°～5°(不包括线路纵坡)安装。安装时用经纬仪测量定位。3）钻孔钻孔是管棚施工的关键工艺环节,钻孔质量的优劣关系到管棚的整体质量。根据地质条件及场地条件,选用2台MK-5型液压钻机,该机具有体积小,扭矩大,操作灵活等优点,适于隧道内作业。钻孔主要采用翼片式硬质合金钻进工艺,施工顺序由下向上由两边向中间依次进行。用方木逐层搭建钻机平台。钻孔注意事项和防斜措施:a、对孔要精确,钻具轴线要与导向管轴线重合。b、钻机平台要搭建稳固,钻机要固定牢。c、钻具上安装扶正器。5d、钻进过程中要随时用罗盘测斜仪或经纬仪测量钻杆角度,发现偏差及时纠正。4)安装钢管由于该地质条件差,因此成孔后要及时顶进内设钢筋笼钢管。为便于顶进,第一根钢管前端加工成锥形。管棚钢管利用钻机动力头顶进,钢管间为内套管焊接连接。为了增强管棚的整体结构性能,相邻两孔钢管接头错开至少1m,同一断面钢管接头数≤50%。5）注浆为了避免围岩内孔隙水通过钻孔流出而引起地面沉降,必须及时注浆。采用KBY50/70型双液注浆泵,前进式注浆,钻一孔注一孔。注浆压力为1.0～1.5MPa。（2）、超前小导管施工1）小导管布设开挖时超前预支护采用φ42小导管进行超前支护，不注浆。小导管沿开挖轮廓线从格栅腹部穿过,环向间距3根/m,单根长3.0m,外插角10°～14°。布设范围在拱部140°范围内,纵向每1.5m打设一排小导管,两排小导管纵向搭接长度≥1.0m。2）小导管加工制作与安装超前注浆小导管采用φ42钢管加工制成，长度为3.0m，前端加工成锥形，以便插打。末端焊φ6环形箍筋,以防止采用气动锤振插小导管时端部开裂，插孔时用气动锤振入。对于砂类土,也可用φ20mm钢管制作风管,将吹风管缓缓插入土中,用高压风射孔,成孔后将小导管插入。（3）、隧道开挖6隧道下穿地段地质属于黄土地段，大管棚及超前小导管施做完毕后，先进行拱部环行开挖，预留拱部核心土.核心土长度不小于250cm。开挖完毕，及时进行初期支护、临时仰拱和临时支撑，临时支撑采用I20的工字钢。待上台阶开挖支护完成5.0m后，再进行下断面左、右半部的开挖。在下断面左、右半部开挖时，为防止初期支护拱脚悬空，引起下沉，在拱脚部位设置双排锁脚锚杆，同时下断面左右半部前后错开3米开挖，详见“开挖顺序示意图”。上断面采用人工风镐开挖，下断面采用挖掘机直接开挖，遇到孤石时，采用预裂爆破技术进行爆破施工。每循环进尺0.75m,同时每0.75m架设钢拱架一榀，每部开挖完后立即架设钢拱架，临时支撑，并初喷混凝土，然后打锚杆、挂网复喷混凝土。施工中，边墙设拱部设系统锚杆，边墙设砂浆锚杆，保证围岩稳定。（4）系统锚杆系统锚杆与钢架构成初期支护系统，且有较好的扩散半径可以在锚杆周边形成一个固结壳体，使锚杆之间的破碎岩体不会因不能固结而下漏，保证支护效果。钻孔采用凿岩台架风钻，孔径大于φ32mm。注浆浆液配比为：1∶1水泥砂浆，水灰比0.38～0.45。注浆后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。注浆过程中，注浆口最高压力控制每根注浆量在30L/min内。注浆用定量注浆，即每孔注入0.3m3浆液，但孔口压力已达到0.5Mpa时也结束注浆。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。（5）、边墙砂浆锚杆边墙砂浆锚杆仅在隧道边墙布置。采用锚杆长3.5m的砂浆锚杆，78纵向间距1.0m。钻孔采用YT-28型风钻，孔眼间距、深度和布置符合设计参数的要求，其方向垂直于岩层层面。锚杆钻孔深度应大于锚杆长度10cm,孔距允许偏差±15cm。锚杆的锚头制成Y字型，锚端头最大宽度与锚固剂直径相等，将锚杆的锚头安放在锚固卷底部，用TJ-9型风动搅拌机带动锚杆快速旋转，边旋转边推进，锚头在旋转与推进中强烈搅拌浸水后的锚固卷，使水泥浆获得良好的和易性，水泥浆如沿孔壁下滑，孔口用纸堵塞，施工过程要求迅速，时间不要过长。所有锚杆安装垫板，并与基面紧贴，锚杆插入长度不小于设计长度的95%。施工中，砂浆的强度等级、配合比应符合设计要求。锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实。锚固采用早强型锚固材料。（6）、喷射混凝土喷射混凝土前，检查开挖断面尺寸，清除开挖面的浮石和墙角的岩碴、堆积物。受喷面滴水部位埋设导管排水，导水效果不好的含水层可设盲沟排水，对淋水处可设截水圈排水。埋设控制混凝土厚度的标志。喷射混凝土应在开挖后及时进行。喷射作业采用湿喷机、喷射手进行作业。拌合料用混凝土运输罐车运至湿喷机前，通过湿喷机加上速凝剂后，喷至受喷面上。喷射顺序自下而上；在前一层混凝土终凝后进行复喷。喷射混凝土养护在终凝两小时后，采喷雾式养护,控制水量.防止喷水量过大而侵蚀围岩。喷射混凝土平均厚度大于设计厚度，最小厚度不小于设计厚度的2/3，表面平整度允许偏差为100mm。喷射混凝土表面应密实、平整度、无裂缝、脱落、漏喷、露筋、空鼓和渗漏水，锚杆头无外露。（7）、初期支护拱背注浆拱部开挖过程中，由于失水产生孔隙，易松动脱离，采用拱背9注浆充填，效果明显。拱背注浆孔间距根据现场检查结果布置，一般拱顶拱腰共布置3个孔为宜。待初期支护强度达到70％以后、在二次衬砌之前，利用预留注浆管进行注浆，对初期支护与围岩间孔隙进行充填，以控制地表下沉，改善隧道受力状态和封堵隧道渗漏水。注浆材料采用水泥—水玻璃双液浆，注浆压力0．2MPa左右。（8）、二次衬砌施工为确保隧道施工安全，二次衬砌施作时间应通过监控量测确定，在初期支护沉降基础稳定后及时进行二次衬砌，二次衬砌采用仰拱超前拱墙的方式进行。先施做防水层、安设止水条，然后安装模板台车，灌注混凝土。（9）、衬砌背后压浆填实衬砌背后压浆在衬砌强度达到70%后进行,及时对背后回填注浆，尤其二次衬砌顶板背后。如留存空隙，既不利于防水，又不利于初期支护与二衬共同承载。二次衬砌背后充填注浆宜采用压力灌浆法，压力0.25MPa。如压力太大，易使衬砌混凝土出现纵向裂隙。其施工工艺流程为:预埋管(衬砌时)→制浆→灌浆→检查→试验→补灌→验收封孔。压浆管在灌筑衬砌混凝土时在拱顶防水板处沿隧道纵向预埋一根塑料压浆管,视混凝土衬砌施工情况通过此管进行衬砌背后压浆填实。压浆材料为水泥砂浆,其配合比:水泥∶砂∶水=1∶3∶0.8。压浆时要密切监测衬砌混凝土的变形,若发现异常时立即降压或停止压浆。2、右线下穿高速公路施工方法右线下穿高速公路地段为DK139+795～DK139+650，长度为145m。施工中左、右线间距30米，为保证隧道施工安全，左线开挖并进行10衬砌封闭15m后,再进行右线开挖。六、安全保证措施1、施工现场监控量测为保证隧道的安全通过和公路行车安全,根据可能出现影响安全的因素,选择布置适当的监控方案,使其能客观地反映隧道通过高速公路时的安全状况。施工监测是该隧道施工下穿高速公路中非常重要的一个环节，合理、及时、准确的施工监测将为制定施工方法和保证施工安全提供可靠的科学依据，使施工过程完全处于信息化控制中。（1）、施工监测内容针对该隧道下穿高速公路的具体情况，保证隧道施工的安全及高速公路的正常通行，本隧道施工制定以下监测内容。高速公路路面沉降；拱顶下沉；洞内收敛；格栅钢架应力；（2）、测点的布置1）高速公路路面沉降为保证隧道下穿高速公路的施工安全,对高速公路路面的下沉进行监测和既有路面边坡进行观测是关键。隧道开挖引起的地层变形是从隧道结构拱顶逐渐向上传递的，直到地表。为了更好分析地层变形规律以及地表沉降与拱顶下沉的关系,监测不同地层的土体沉降,并在高速公路路面布置沉降观测点.地表沉降量测布置：每10m设一个量测断面，每断面设12～15个点.112）洞内收敛量测监测断面按每5m布设一个，每个断面布设2条测线。3）拱顶下沉量测每5m设一个量测断面，每个断面设1～3个测点，拱顶下沉量测断面与洞室收敛量测断面布设在同一里程处。4）围岩与初期支护间格栅钢架应力量测点布置本段地质条件差，5m设一量测断面，测点布设位置为：拱顶、拱腰、边墙及仰拱。（3）、监测精度要求变形测量精度要求为：变形点的高程中误差±0.1mm，水平位移变形点中误差±0.1mm。沉降观测采用二等水准测量标准，视线长度≤20m时，视线高度≥0.3m;视距累计差≤3.0m。（4）、监测方法1）高速公路路面下沉根据高速公路沉降量测的布置，测量观察使用NA2+GPM3精密水准仪和铟钢塔尺，量测点的量测应在开挖面前方（2～3）B（B为毛洞宽度）处开始进行，在距开挖面后方（3～5）B，沉降基本停止时结束。作好量测数据的记录，并绘制散点图。2）拱顶下沉、洞内收敛位移量测洞室的开挖，改变了围岩的初始应力状态，而由于围岩应力得以重新分布和洞室周边应力