牛牿斗隧道施工方案 17页

广深港客运专线广州至深圳段ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道工程(DK89+664～DK89+781)施工方案中铁十七局集团广深港铁路客运专线ZH-2标项目二分部二00七年五月十九日 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案一、工程概况牛牯斗1#隧道全长117m，起讫里程分别为DK89+664和DK89+781，隧道分界里程分别为DK89+664和DK89+781。隧道纵坡坡度为14.0‰和-4.8%，在DK89+664～+781段设置圆曲线型竖曲线,竖曲线半径25000m。(一)地形地貌隧道洞身穿越地段为丘陵地貌区，植被主要为灌木夹少量乔木，山体自然坡度约20°，相对高差约50m，进出口附近均有一公路通过，交通较便利。(二)地层岩性隧道大部分通过白垩系中粒花岗岩地层。(1)第四系残坡积粉质土,棕黄色～土黄色,硬塑～坚硬状,厚2～9m;(2)下伏基岩燕山期早期中粒黑云母花岗岩，灰白,浅肉红色，较破碎，地表风化后呈带红色褐红色，全风化层厚约8～16m,强风化层厚2～5m。隧道围岩全部为Ⅴ级围岩。具体见隧道形象图(图2-1)和支护设计及辅助施工措施表(表2-1)。图2-1隧道形象图16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案表2-1支护设计及辅助施工措施表段落地质资料设计措施序号起讫里程长度围岩级别支护设计图号预支护措施施工方法1DK89+664～DK89+68117Ⅴ广深港隧参03-09明挖法2DK89+681～DK89+72140广深港隧参01-26φ108长管棚长40m双侧壁导坑法3DK89+721～DK89+76443广深港隧参01-26φ108长管棚长43m4DK89+764～DK89+78117广深港隧参03-09明挖法(三)水文地质条件场地内有少量基岩浅层裂隙水。根据《岩土工程勘察规范》(GB5002-2001)评价标准判定,地表水对混凝土具弱腐蚀性,对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性,地下水对混凝土及钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。二、施工方案根据本隧道工程的水文地质条件、围岩级别、断面设计及隧道分布，本隧道处在严重偏压和浅埋地段，拟定施工方法如下：(一)施工准备开工之后首先修筑临时施工便道，架设施工供电线路、修筑供水设施和铺设供水管道，砌筑洞顶截水沟，开挖洞口段土石方。洞口场地开挖完成后，安装和修建隧道供水、发电、混凝土生产、钢结构加工等设备与设施。洞门工程在隧道进洞施工正常后选择非雨季节及时安排施工。洞口开挖尽量避免大开挖，最大限度地保证山体自然坡的稳定。(二)施工测量施工前根据设计院和业主技术部门现场进行的交接测量控制桩橛点及办理的相关手续，组织测量人员对交接的导线网点和水准基点进行反复复核测量，复核导线点的坐标和水准基点高程的准确性，测量结果经16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案过平差后与所交的控制点结果进行对比，经监理复测完全无误后作为施工用控制点，方可进行洞口边仰坡开挖线及洞内控制测量。洞内控制测量：采用以下两种导线：①施工导线：在开挖面向前推进时，用以进行放样来指导开挖的导线，其边长为5～50m。②测量精度：水平角测量每站左右角各6个测回，圆周角闭合差小于二等导线限差2.0″；水准测量采用往返闭合环，每千米水准测量中误差小于2mm。(三)超前地质预测预报针对本隧道工程地质情况复杂的特点，成立专业的超前地质预测预报小组。提前掌握开挖地层的特性，确定合理的支护参数和施工方法，制定施工中可能出现的各种问题的处理预案，确保工程质量和施工安全。本隧道采用超前钻孔探测。(四)超前支护1.大管棚施工本隧道Ⅴ级围岩洞口段设计采用大管棚超前支护进出口分别为40米和43米的大管棚。大管棚采用Φ108钢花管，壁厚6mm，环向间距0.4m，长40和43m，外插角1～3度，环与环搭接长度不小于3m，压注水泥浆。钢花管上钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距188mm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段150cm。编号为双号的钢管不开孔。2.洞身开挖指导原则：按新奥法原理组织施工。软岩地段施工坚持“先预报、管超前、短进尺、控爆破、强支护、快封闭、勤量测”的原则。根据围岩级别(Ⅴ级)及周边环境采取双侧壁导坑法的开挖方式,并形成超前支护、开挖、初期支护、仰拱填充、二次衬砌、附属工程均衡生产、整体推进的施工格局，断层破碎带及其影响带地段初期支护及时成环，根据围岩量测结果及时施作二次衬砌。2.双侧壁导坑法16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案(1)双侧壁导坑法施工工艺流程见图4-4“双侧壁导坑法施工工艺流程图”,和图4-5“双侧壁导坑法作业线示意图”。16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案施工准备施作①部超前支护施作径向锚杆、复喷混凝土开挖②部②部导坑周边初喷4cm厚混凝土施作径向锚杆、复喷混凝土接长钢架、设锁脚锚杆开挖①部喷射8cm厚混凝土封闭掌子面施作①部导坑周边初期支护和临时支护施作③部超前支护施作径向锚杆、复喷混凝土开挖④部④部导坑周边初喷4cm厚混凝土施作径向锚杆、复喷混凝土接长钢架、设锁脚锚杆开挖③部喷射8cm厚混凝土封闭掌子面施作③部导坑周边初期支护和临时支护施作拱部初期支护开挖⑥部开挖⑦部开挖⑧部施作拱部超前支护开挖⑤部喷射8cm厚混凝土封闭掌子面灌筑Ⅸ部边墙基础及仰拱灌筑Ⅹ部仰拱填充灌筑Ⅺ部拱墙衬砌隧底周边初喷4cm厚混凝土施作隧底初期支护根据量测结果,拆除临时钢架及临时横撑图4-4双侧壁导坑施工工艺流程图16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案图4-5双侧壁导坑法作业线示意图自卸汽车自卸汽车16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案(2)双侧壁导坑法施工工艺流程文字说明首先进行超前支护及注浆加固地层，必要时封闭掌子面，先分部开挖左（右）侧壁导坑土体，并进行初期支护及临时支护；再分部开挖右（左）侧壁导坑土体和初期支护、临时支护，左、右两侧壁导坑前后相错15～20m；最后分部开挖中部土体，并进行初期支护及临时支护。在施作二次衬砌时，分段拆除临时支护，然后依次施作仰拱及拱墙二次衬砌混凝土。3.初期支护本隧道初期支护采用带排气装置的Φ25中空注浆锚杆、Ф22mm砂浆锚杆、钢筋网、型钢钢架、C25喷射（合成纤维）混凝土。依据围岩类别设计综合使用。支护紧跟开挖面及时施作，尽量减少围岩暴露时间，抑制围岩变形，防止围岩在短期内松弛剥落。钢架、钢筋网和锚杆在洞外构件厂加工，人工安装钢架，挂设钢筋网，锚杆台车或风动凿岩机施作系统锚杆，湿喷机喷射混凝土。(1)系统锚杆隧道拱部系统锚杆采用带排气装置的Φ25中空注浆锚杆，边墙及临时支护采用Ф22mm砂浆锚杆。锚杆施工要在初喷混凝土后进行，以保证锚杆垫板有较平整的基面。锚杆用的水泥砂浆，其强度不能低于M20。锚杆孔内灌注砂浆要饱满密实。水泥砂浆达到一定强度后才能上紧垫板螺母。①砂浆锚杆施工工艺流程见图4-6“砂浆锚杆施工工艺流程图”。②砂浆锚杆施工工艺流程文字说明锚杆孔眼间距、深度和布置符合设计参数的要求，其方向垂直于岩层层面。检查锚杆类型、规格、质量及其性能是否与设计相符。根据锚杆类型、规格及围岩情况准备钻孔机具。16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案图4-6砂浆锚杆施工工艺流程图锚杆的锚头制成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，用风动搅拌机带动锚杆快速旋转，边旋转边徐徐推进，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。锚杆施工完成后,经监理工程师检验合格后,方可进入下道工序。(2)钢筋网钢筋网预先在洞外加工成型。钢筋类型及网格间距按设计要求施作。钢筋冷拉调直后使用，钢筋表面不得有裂纹、油污、颗粒或片状锈蚀。安装搭接长度为1～2个网格，采用焊接。砂层地段先铺挂钢筋网，沿环向压紧后再喷混凝土。钢筋网随受喷面起伏铺设，与受喷面的间隙一般不大于3cm。与锚杆或其它固定装置连接牢固。开始喷射时，缩短喷头至受喷面的距离，并调整喷射角度，钢筋保护层厚度不得小于5cm。喷射中如有脱落的石块或混凝土块被钢筋网卡住时，须及时清除。该工序施工完成后,经监理工程师检验合格后,方可进入下道工序。(3)型钢钢架16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案钢架按设计预先在洞外加工成型，在洞内用螺栓连接成整体。钢架加工的焊接不得有假焊，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。每榀钢架加工完成后放在水泥地面上试拼，周边拼装允许误差为±3cm，平面翘曲小于2cm。钢架在开挖或喷混凝土后及时架设。安装前清除底脚下的虚碴及杂物。钢架安装允许偏差：钢架间距、横向位置和高程与设计位置的偏差不超过±5cm，垂直度误差为±2°。钢架拼装可在开挖面以外进行，各节钢架间以螺栓连接，连接板密贴。钢架采用Φ16mm定位钢筋，纵向采用Φ22mm的钢筋连接，锁脚钢管采用用Φ42mm的无缝钢管。沿钢架外缘每隔2m用钢楔或混凝土预制块楔紧。钢架底脚置于牢固的基础上。钢架尽量密贴围岩并与锚杆焊接牢固，钢架之间按设计纵向连接。见图4-7“型钢钢架安装工艺流程图”。中线标高测量清除底脚浮碴安装型钢钢架隐蔽工程检查验收复喷混凝土初喷型钢钢架加工质量检验型钢钢架组拼和锚杆焊接定位图4-7型钢钢架安装工艺流程图型钢钢架在初喷5cm后安装，确保主筋外缘有足够的混凝土保护层厚度，在安装过程中格栅和围岩之间的空隙内，设混凝土垫块。钢架安设前检查掌子面开挖净空，并挖除钢架底脚处虚碴，垫混凝土块或型钢进行高差调整。钢架校正后，沿拱部每隔2.0m用楔子将钢架与初喷面紧贴。不密贴的地方加混凝土块。钢架架设完毕后,经监理工程师检验合格,方可进入下道工序。(4)喷射混凝土喷射混凝土采用洞外自动计量拌合站拌合16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案，湿式喷射混凝土施工，湿喷混凝土可减少回弹量，降低粉尘，提高工作效率和施工质量。喷射支护前撬去表面松土和欠挖部分，用高压风清除杂物；遇开挖面水量大时，采取措施将水集中引排。喷前对设备进行检查和试运转；在受喷面、各种机械设备操作场所配备充足照明及通风设备。粗骨料加入拌合前要再次过筛，以防超径骨料混入，造成堵管。细骨料要堆放在防雨料库，以控制含水量。喷射纤维混凝土中的石子最大粒径不宜大于15mm，骨料级配宜采用连续级配；混凝土搅拌宜优先采用将纤维、水泥、骨料先干拌后加水湿拌的方法，且干拌时间不得少于1.5min。　　混凝土喷射机安装调试好后，在料斗上安装振动筛（筛孔15mm），以避免超粒径骨料进入喷射机。喷射方向与受喷面垂直；若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷咀稍加偏斜，但不宜小于70°。一次喷射厚度不宜超过5～10cm，过大会削弱混凝土颗粒间的凝聚力，使喷层因自重过大而大片脱落，或使拱顶处喷层与围岩面形成空隙；过小，则粗骨料容易弹回。分次喷至设计厚度，两层喷射的时间间隔为15～20min。影响喷层厚度的主要原因是速凝剂作用效果和气温。为提高工效和保证质量，喷射作业要分片进行。为防止回弹物附着在未喷岩面上影响喷层与岩面间的粘结力，按照从下往上施喷，呈“S”形运动；喷前先找平受喷面的凹处，再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动，保证混凝土层面平顺光滑。喷混凝土的原材料、配合比（包括速凝剂的添加量）不仅要满足要求，而且速凝剂的凝结时间、与水泥的相容性、对强度的影响都要达到要求。喷射混凝土的现场配比要适当提高其强度等级，以确保附着在围岩面上的喷混凝土层的设计强度。喷射混凝土紧跟开挖掌子面进行，围岩较完整、稳定时间较长时，初喷、锚杆、钢筋网等施工后即可进行开挖作业，待下一循环初期支护时间再复喷，可将设计厚度的喷层厚分两、三次完成，由于每层间隔为一循环时间，每层因爆破产生的裂纹在下一次喷混凝土时被填充，而新喷层距掌子面渐远，所受的爆破振动亦越小，使喷混凝土层的支护能力更强。湿喷混凝土施工工艺流程见图4-8“湿喷混凝土施工工艺流程图”。16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案筛网φ15mm（滤出超径石子）混凝土喷射机混混凝土拌合水泥砂石子水拌和时间≮1min混凝土运输车运送风压控制在0.45-0.7MPa液体速凝剂（水泥用量×4%）1.5-2m受喷围岩面30cm纤维图4-8湿喷混凝土施工工艺流程图(七)监控量测根据《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》（TB10108-2002）的要求进行监控量测，以量测资料为基础及时修正支护参数，使支护参数与地层相适应并充分发挥围岩的自承能力，达到确保工程质量、施工安全和进度的目的。在隧道正洞洞身支护完成后，尤其是仰拱施工完毕后，喷锚支护已闭合成环，及时进行全断面监控量测，随时掌握初期支护的工作状态，指导和确定二次衬砌施作时间。1.量测项目表4-2监控量测必测项目序号监测项目测试方法和仪表测试精度备注1洞内、外观察现场观察、地质罗盘2衬砌前净空变化隧道净空变化测定仪（收敛计、隧道激光断面仪、全站仪）0.1mm全站仪采用非接触观测法3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺1mm一般进行水平收敛量测16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案4地表下沉水准测量的方法，水准仪、塔尺1mm浅埋隧道必测（H0≤2b）5二次衬砌后净空变化隧道净空变化测定仪（收敛计）0.01mm6沉降缝两侧底板不均匀沉降三等水准测量1mm沉降缝两侧底板（或仰拱填充层面）沉降7洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测三等水准测量1mm洞口底板（或仰拱填充层面）与洞口过渡段的沉降注：H0—隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。2.量测断面间距施工中将按照设计文件设置量测断面并布点。本隧道初步拟定必测项目量测断面间距与每断面测点数量见表4-3。表4-3必测项目量测断面间距和每断面测点数量围岩级别断面间距（m）每断面测点数量净空变化拱顶下沉Ⅴ～Ⅳ5～101～2条基线1～3点Ⅳ10～301条基线1点Ⅲ30～501条基线1点注：1、洞口及浅埋地段断面间距取小值。2、各选测项目量测断面的数量，宜在每级围岩内选有代表性的1～2个。3、软岩隧道的观测断面适当加密。3.量测频率洞内观察分为开挖工作面观察和支护表面状况观察两部分。开挖工作面观察要16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案在每次开挖后进行，地质情况基本无变化时，可每天进行一次。对支护的观察每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的表面外观状况等。洞外观察包括边仰坡稳定、地表水渗透等观察。净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。量测频率见表4-4，实际量测频率从表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。表4-4量测频率表量测频率变形速度（mm/d）量测断面距开挖工作面距离2次/d≥5<1B1次/d1～5(1～2)B1次/2～3d0.5～1(2～5)B1次/3d0.2～0.51次/周<0.2>5B注：B为隧道开挖宽度。4.监测方法监测方法与要求见表4-5。表4-5监控量测方法及要求表序号监测项目测点布置监测方法及要求仪器1洞内外观察开挖及支护后进行目测：地质观察在爆破后初喷前进行，绘制地质素描图，填写开挖工作面地质调查记录表；检查喷射混凝土有无开裂及发展，锚杆有无松动，钢架支护状态等，并做好相须记录；地质罗盘16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案查看边仰坡有无开裂、起壳，地表有无裂纹；地表水位有无异常变化。2地表沉降监测隧道洞口进行地表沉降量测，横断面方向沿隧道中心及两侧间距2～5m处设地表下沉测点，监测范围在隧道开挖影响范围以外。地表下沉量测在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。精密水准仪、铟瓦尺3水平收敛量测内轨顶面以上2.5m，左右两侧对称布置量测点，量测断面间距根据围岩级别确定采用激光断面仪或收敛计进行量测，开挖后按要求迅速安装测点并编号，初读数要在开挖后12h内读取，测点须牢固可靠，易于识别并妥为保护激光断面仪、收敛计4拱顶下沉量测与水平收敛断面对应拱顶设量测点喷射混凝土后迅速在拱顶设点，采用激光断面和仪精密水准仪和收敛计铟瓦尺进行量测精密水准仪和收敛计、铟瓦尺5.监测资料整理、数据分析及反馈在取得监测数据后，及时由专业监测人员整理分析监测数据。结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形或应力～时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，及时向项目总工程师及监理工程师汇报。6.监控量测管理①监测控制标准16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案根据有关规范、规程、设计资料及类似工程经验，制定本工程监控量测变形管理等级见表4-6，据此指导施工。观察及量测发现异常时，须及时修改支护参数。一般正常状态须同时满足以下条件：净空变化速度小于0.2mm/d时，喷射混凝土表面无裂缝或仅有少量微裂缝，围岩基本稳定；位移速度除在最初1～2天允许有加速外，要逐渐减少。当净空变化速度持续大于5mm/d时，须加强初期支护；二次衬砌混凝土施作时间满足《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》要求。表4-6变形管理等级管理等级管理位移施工状态ⅢU2Uo/3停工，采取特殊措施后方可施工注：U为实测位移值；Uo为最大允许位移值。三、施工技术措施1、规范监控量测工作。制定监控量测计划和小组，鉴于目前还处于洞口加强段，量测的密度以5米一个断面进行控制，频率≥2次/天。通过对拱顶沉降的观测，以便确定预留沉降量。2、加强工字钢拱架细节控制。⑴规范拱架加工成品的验收程序。重新复核拱架放样线，对每个单元成品用标准样品进行对照验收，从线形、平面翘曲度进行重点验收。⑵加强拱架安装过程质量的监控。利用吊垂线和经纬仪定法线进行拱架垂直度控制，详细测定拱顶标高和拱脚标高，拱脚的平面位置，确保拱架的拱脚安装质量。⑶防止大型机械碰、刮。⑷发现拱脚翘曲等问题时，必须采取局部补强措施。严重时要割除后焊接接长。16 广深港客运专线ZH-2标二分部牛牯斗1#隧道施工方案3、加强拱架拱脚的施工控制。对拱架拱脚进行加强处理，防止拱架拱脚悬空或应力集中。每个拱脚均采用2根L=4m的注浆锁脚小导管。拱部系统锚杆必须进行注浆，边墙砂浆锚杆也要采取注浆，确保砂浆饱满。杜绝拱脚积水，及时进行引排抽排至洞外。另外，拱架拱脚用预制钢筋砼块垫住，加大拱架与地面的接触面积。4、加强洞内排水。及时进行排水，完善排水功能，形成完善排水体系，严禁拱脚泡水。5、加强初期支护断面的测量，防止初衬侵界问题。6、预留沉降值问题。预留沉降量设置在25cm，而后根据量测情况进行及时调整，其余地段的预留沉降量不小于设计值。7、保护隧道基底的技术措施基底承载力符合设计要求，对土质基底采用动力触探，击数标准经试验确定或设计给定；石质基底采用现场目测鉴别方法。基底须完整无损伤，边墙底与基底顺接须圆顺。基底底面无虚碴、积水及杂物。仰拱混凝土（或初期支护）施工完毕后，采用探地雷达对其进行检测，发现空洞及时采取基底注浆措施进行回填。8、在洞口段15米的范围内由设计拱架间距50cm调整到40cm，便于加强。9、及时将导向墙的基础落到位，防止开挖时沉降过大。10、防止围岩失稳和坍塌技术措施做好超前地质预报，加强施工监控量测，根据不同地质情况和开挖方式，采用超前小导管预注浆加固地层的超前支护措施，提高其自承能力，减少围岩松弛变形。对不同围岩，分别采取三台阶临时仰拱法、台阶法等开挖方法。开挖时，支护要及时闭合成环，每一环支护均施作锁脚锚杆，加强支护，防止拱脚下沉和内移，引起过大变形，导致拱部岩层坍塌。严格控制开挖工序，尤其是一次开挖进尺，杜绝各种违章施工。控制爆破装药量，减小对软弱破碎围岩的扰动，保证施工质量。16