晋祠隧道下穿环城高速公路施工方案

太原铁路枢纽西南环线XNHS-2标段晋祠隧道下穿环城高速公路方案中铁十五局集团有限公司太原铁路枢纽新建西南环线工程XNHS-2标项目经理部二架子队二0一0年十二月九日晋祠隧道下穿环城高速公路施工方案1工程概况1.1工程概述晋祠隧道起讫里程为DK12+425～DK21+265，全长8840m。设计为双线隧道，隧道线间距为4m～5m，设计旅客列车行车速度为120km/h。其中，DK18+400～DK19+500段为晋祠地下车站，车站采用侧式站台。晋祠隧道在DK12+515～DK12+635下穿环城高速(高速里程K766+800),长度120m。高速公路与线路走向成147度夹角，隧道结构顶距离高速公路路面为11米，主要穿越新黄土、粉质粘土、圆砾土，开挖断面131.76m²。晋祠隧道下钻高速段设计采取CRD法通过，玻纤锚杆加固掌子面，HW型钢钢架间距0.5m/榀。在隧道顶拱部140°范围采用双层Φ159mm（壁厚8mm）管棚，内外两排梅花型布置，排间距300mm，环向间距400mm。大管棚间打设Φ42mm，t=3.5mm小导管并注浆，环向3根/m，长度4m，搭接2m，施工外插角10º。边墙采取锚管注浆加固围岩，加强初期支护及二次衬砌背后注浆，锚管长4m，环向间距1.5m×1.5m，注浆采用1:1水泥浆。1.2主要技术标准线路坡度：纵坡7‰；路段旅客列车行车速度：120km/h；隧道建筑限界：隧限-2B，刚性接触网悬挂；隧道防震：Ⅷ度地震区设防；隧道衬砌：复合式钢筋混凝土。暗挖段为曲墙拱形结构；明挖段均为单跨拱形框架结构；轨道类型：采用弹性支承块式无砟轨道，结构高度为654mm。2工期工期：2010年10月1日至2011年04日30日。进度指标：每月进洞指标：20m/月。3施工组织3.1劳力安排表3-1劳力安排表序号名称工种单位数量备注1管理人员人82开挖支护班开挖支护工人203风枪工人84电焊工人45喷浆工人86机械运输班电焊工人47钢筋工人68电工人29机械运输班司机人1610混凝土班混凝土工人1211其它杂工人63.2机械表3-2主要施工机械表序号设备名称数量型号和功率产权进场时间1湿喷机4TK500自有2010.52侧卸式装载机ZL-502ZL-50160kw自有2010.43挖掘机2PC60租赁2010.94挖掘机1小松200自有2010.36发电机1P158LE250kw自有2009.107电动空压机5ZL-20/8-1自有2010.49风动凿岩机4YT-28自有2010.110插入式捣固器52B110-50自有2009.1111交流电焊机22XC-30自有2009.912闪光对焊机1ON-75自有2010.413钢筋弯曲机1WJ40-1自有2009.914钢筋切断机1QJ-40自有2009.915钢筋调直机1GT4-14自有2009.916自卸汽车2红岩金刚自有2009.917砂浆搅拌、注浆机1GZJB型；7kw自有2009.94施工方法隧道下钻环城高速段采取CRD法通过，玻纤锚杆加固掌子面，HW175型钢钢架间距0.5m/榀。在隧道顶拱部140°范围采用双层Φ159mm（壁厚8mm）钢管，大管棚内填充水泥浆。施工顺序：施工准备→测量放线→大管棚施工→CRD法施工。4.1施工准备2010年6月24日，晋祠隧道下穿环城高速公路（K766+800）施工方案通过专家评审，并于2010日10月27日拿到路政管理许可证（路政许（2010下穿）证字50245号）。现场各项进洞准备工作已完成。4.2大管棚施工隧道顶拱部140°范围采用双层Φ159mm（壁厚8mm）管棚，已按照设计完成。4.3超前小导管大管棚间打设Φ42mm，t=3.5mm小导管并注浆，环向3根/m，长度4m，搭接2m，施工外插角10º-15º。注浆材料：围岩富水段选用水泥水玻璃双液浆，水泥水玻璃按1:0.8体积比混合，非富水段选用水泥浆。4.3.1制作钢花管小导管采用φ42mm热轧无缝钢管，壁厚3.5mm，前端做成尖锥形，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为Φ6-Φ8mm的溢浆孔，尾部留设长度不小于60cm的止浆段。4.3.2小导管安装⑴测量放样，在设计孔位上做好标记，用风枪钻孔，孔径约50mm。⑵成孔后，将小导管按设计要求用风钻打入到设计深度，外露30cm焊接在后序架设的钢架上，与钢架共同组成预支护体系。4.3.3清孔采用吹管法清孔。注浆前，必须用高压风管输入高压风将孔眼土屑冲洗和吹净，以保证注浆效果。4.3.4注浆小导管安装完成后，应进行压水试验，压力不大于1.0Mpa。注浆材料：水泥：水：减水剂按1：0.712：0.01体积比混合。注浆压力控制在0.5Mpa-0.7Mpa。水泥浆液应采用拌合桶配制，配制水泥浆时，应防止杂物混入，拌制好的浆液必须过滤后使用。注浆应采用专用注浆泵注浆，并在规定时间内注完，随配随用。注浆顺序为由下至上，浆液先稀后浓、注浆量先大后小，注浆压力由小到大。单孔注浆压力达到设计要求值，浆液必须充满钢管及其周围的空隙。当压力达到设计注浆终压并持续10-15min且注浆量达到设计注浆量的80%以上时注浆方可结束。各注浆材料的性能要求均应满足设计及规范要求。4.4玻纤锚杆施工与普通砂浆锚杆相比，玻纤锚杆具有耐腐蚀、抗拉强度高（钢材的两倍）、不导电不导热、弹性模量稳定、重量轻（重量只有钢材的1/4）、可预制标准弯形及其他形状、热膨胀系数比钢材更接近水泥等优点。玻纤锚杆规格：FL30×7mm，垂直于掌子面打入，锚杆长度为12m，锚杆每环间距60cm，环间间距80cm。沿隧道纵向每8m一环，搭接4m。每环132根，总量198m，水泥浆2.6m³。4.4.1工艺流程玻纤锚杆施工采用先插锚杆后注浆的方法，施工工艺流程为：材料准备→钻孔→清孔→安装锚杆→注浆。4.4.2施工方法4.4.3材料准备锚杆：在标准节锚杆的基础上，丝接接长至设计长度12m。水泥：选用42.5#的普通硅酸盐水泥。4.4.4钻孔：钻孔采用锚杆机打孔，锚杆孔的位置、角度、深度都要满足设计图纸要求，并按梅花形布置，孔的直径应大于锚杆直径的1.5cm以上。4.4.5清孔：锚杆孔钻孔完毕进行清孔，清孔采用高压风进行，确保孔内无松碴、积水。4.4.6安插锚杆：玻纤锚杆插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。4.4.7注浆：注浆采用压浆机注纯水泥浆，水灰比为1∶1～1：1.5，采用425号水泥。水泥浆采用机械拌合均匀，随拌随用，一次拌合的浆液应在初凝前用完。注浆采用压力与注浆量双重控制：当单根锚杆注浆量大于0.326m³，注浆压力大于0.5MPa时结束注浆；当注浆压力大于1.2MPa，注浆量大于0.009m³时可结束注浆。4.5CRD法施工CRD工法又称交叉中隔壁法，是将大断面隧道分部分块开挖，纵向每步拉开短步序，环向初期支护步步成环的隧道开挖施工方法，一般适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩。初期支护采用HW175型钢钢架、挂网、喷混凝土柔性支护体系，及时施作，使断面及早闭合，以充分利用围岩的自承能力，控制围岩变形。建立一整套围岩支护结构监控量测系统，进行信息化施工管理，随时掌握施工过程中的动态变化，合理安排，调整施工工艺和设计参数，确保施工安全。4.5.1开挖面分部形式：将断面分成4块，按照1-2-3-4部顺序开挖，1-2部、3-4部间距3-5m，为了避免1、3部开挖初支进尺不在高速路同一行车道下，1-3部间距20m。各部均采取机械配合人工开挖，1、3部采取小挖机配合人工开挖，2、4部采取小松200大挖机械配合人工开挖、装载机装土，自卸汽车运输至弃土场。详见下图。图4-1隧道断面图图4-2交叉中隔壁法施工图4.5.2CRD法施工工艺4.5.2.1开挖1部。上台阶在拱部超前支护的保护下，弧形开挖拱部，预留核心土。核心土顶部距拱顶1.6-1.8m，便于人工施工初期支护，核心土尾部为1:0.75的斜坡，每次掘进1榀钢架间距。开挖、修整至设计轮廓后立即初喷65mm厚砼，及时铺设钢筋网、架设钢架，在钢架拱脚以上50cm处，紧贴钢架两侧按斜向倾角35-45º打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架采用U型钢筋牢固焊接，复喷砼至设计厚度。为方便1部出土，间隔4-5m留出一榀临时仰拱不施作。4.5.2.2开挖2部。2部落后于1部5m，施工时先开挖边墙（或中隔壁）一侧，再开挖中隔壁（边墙）的一侧，并错开2-3m的距离，避免上台阶的初期支护在同一位置同时悬空。每侧每次开挖长度为1-2榀钢架间距。开挖、修整至设计轮廓后立即初喷65mm厚砼，及时铺设钢筋网、架设钢架，在钢架拱脚以上50cm处，紧贴钢架两侧按斜向倾角35-45º打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架采用U型钢筋牢固焊接，复喷砼至设计厚度。超前地质预报测量放线左侧拱部超前支护左侧上部开挖、出渣左侧上部、上部中隔壁初期支护、临时仰拱施工，同时进行左侧下部开挖、出渣左侧下部初期支护拆除临时仰拱仰拱衬砌仰拱填充施工二次衬砌图4-3CRD法施工工艺流程图右侧拱部超前支护右侧上部开挖、出渣右侧上部、上部中隔壁初期支护、临时仰拱施工，同时进行右侧下部开挖、出渣右侧下部初期支护围岩监控量测围岩监控量测围岩监控量测仰拱初期支护前，应将隧道底部虚渣、杂物、泥浆、积水等清理干净，并用高压风将隧底吹洗干净，超挖应采用同级砼回填。4.5.2.3开挖3部。为了避免1、3部开挖初支进尺不在高速路同一行车道下，3部与1部间距20m，除核心土在中隔壁一侧不进行开挖外，其他工序同1部。4.5.2.4开挖4部。除中隔壁一侧不需开挖外，其他工序均与2部相同。4部落后于3部3-5m。4.5.2.5拆除临时支护。根据监控量测结果，中隔壁在仰拱浇筑前逐段拆除，每段拆除长度不一大于3m，必须一榀一榀拆除。拆除时采取氧气斜向45度烧割HW175型钢底部，机械配合人工轻轻落下取出，避免对拱架的扰动，减小高速公路变形。4.5.2.6施作仰拱衬砌。仰拱砼为C35砼，掺加一级粉煤灰+纤维素纤维。4.5.2.7施作仰拱填充。填充砼应在仰拱砼终凝后进行。仰拱填充砼强度达到5MPa后允许行人通行，达到设计强度的100%后允许车辆通行。4.5.2.8施作拱墙二次衬砌。砼采取10m长的全液压台车，一次浇筑成型。施工过程中，应认真做好围岩监控量测，及时掌握围岩变形趋势，合理确定二次衬砌施作时间。同时，为施工中调整围岩级别、修改支护参数和变更施工方法提供依据。各工序进度必须相互协调，初期支护锚杆和喷射混凝土必须紧跟开挖工序，并尽快成环。4.5.3注意事项4.5.3.1开挖时严格控制各分部之间的距离，各分部支护应及时封闭。4.5.3.2临时仰拱紧跟掌子面（以核心土为标准），临时仰拱必须满喷砼。4.5.3.3钢架间距严格按照设计要求控制（间距50cm），开挖一榀封闭一榀。4.5.3.4严格控制每循环进尺，及1、3部每次进尺一榀，2、4部每次进尺不得大于2榀。4.5.3.5超前小导管注浆要饱满。4.5.3.6型钢安装时，底部需支垫砼预制块，并置于可靠的地基上，减小拱顶下沉量。开挖1、3部时，中隔壁打设2根锁脚锚管。4.5.3.7临时仰拱、中隔壁型钢严格按照设计制作弧度。4.5.3.8喷砼时先喷射65mm，型钢立好后，再复喷至设计厚度。4.5.3.9严格控制超欠挖及初喷砼平整度，确保钢架背后与围岩密贴。4.5.3.10为确保初期支护背后密实，需严格按照设计回填注浆。初支背后注浆随开挖进度跟进，水灰比1:1，终压0.3MPa。注浆孔喷射砼前应以编织袋封口，以免喷射砼堵塞注浆孔。局部超挖、滑坍处可增设注浆孔。初支背后注浆分期进行，第一期在开挖1、3部完成以后；第二次在2、4部封闭成环后施作。施工时可根据拱顶下沉情况增加注浆次数。4.5.3.11为确保小挖机不回退压着临时仰拱，在施工完毕的临时仰拱处打入两根高1m的钢管，并拉上小彩旗。4.5.3.12中隔壁、临时仰拱拆除时，切不可数榀钢架同时拆除，防止隧道因体系转换应力过大，造成初期支护失稳。钢架拆除过程中，量测人员发现拱顶下沉异常时，暂停钢架拆除，并适当采取加固措施。特别异常时，立即发出警报，通知洞内人员立即