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大独山隧道顺层偏压专项施工方案

大独山隧道顺层偏压专项施工方案

（2）《铁路混凝土工程施工技术指南》铁建设【2010】241号；

（3）《高速铁路隧道工程施工技术指南》铁建设【2010】241号；

某厂房钢结构工程吊装专项施工方案（5）《大独山隧道设计图第二册共四册》；

（6）《大独山隧道设计图第三册共四册》；

（7）《时速350公里双线隧道辅助施工措施及施工方法》；

根据设计图纸顺层偏压：D1K864+450～D1K864+654倾向线路左侧，隧道右侧边墙顺层。

根据现场施工揭示，需变更的也适用此编制方案。

工程地质概况:大独山隧道位于关岭～普安区间，起讫里程为D1K852+772～D1K864+654，全长11882m。全隧共设置2座横洞1座贯通平导，均采用无轨单车道。在D1K856+500线路左侧设置长约1043m的一号横洞，在D1K861+500线路左侧设置长约1361m的二号横洞，贯通平导长11829m，起讫里程为PD1K852+768～PD1K864+597，平行设置于线路前进方向右侧，与左线线路中线的距离为35m。

隧道洞身主要穿越白云岩、灰岩、泥岩、泥灰岩、泥岩夹砂岩等地层，其中可溶岩段长8753m。

顺层偏压：D1K864+450～D1K864+654段倾向线路左侧，隧道右侧边墙顺层。

D1K864+639～D1K864+654段为斜切洞门，明挖法施工。

D1K864+639～D1K864+480段为Vc型复合衬砌，台阶法加临时仰拱。Ⅴc级围岩初期支护：全环设置工22a的拱架，规格：工22a拱架，间距0.6m，拱部140°设置锚杆Ф25x7中空锚杆L=4.0m，间距为1.0mx1.0m，长度为4.0m/根，拱部140°以下设置Ф22砂浆锚杆L=4.0m，间距为1.0mx1.0m，长度为4.0m/根。拱部及拱墙部位设置Ф8的钢筋网片，网格间距为20cm×20cm。拱部及拱墙喷射混凝土厚度28cm的C30混凝土，仰拱喷射混凝土厚度为28cm的C30混凝土。暗洞处拱部设置Φ108大管棚，间距0.4m，共50根，每35m/根。拱部设置Φ42小导管L=4.0m，环向间距0.4m，共50根，纵向每2.4m/环，每35m/根。

D1K864+480～D1K864+450段为Vb型复合衬砌，台阶法加临时横撑。Ⅴb级围岩初期支护：全环设置工20b的拱架，规格：工20b拱架，间距0.6m，拱部140°设置锚杆Ф25x7中空锚杆L=4.0m，间距为1.2mx1.0m，长度为4.0m/根，拱部140°以下设置Ф22砂浆锚杆L=4.0m，间距为1.2mx1.0m，长度为4.0m/根。拱部及拱墙部位设置Ф8的钢筋网片，网格间距为20cm×20cm。拱部及拱墙喷射混凝土厚度28cm的C30混凝土，仰拱喷射混凝土厚度为28cm的C30混凝土。拱部设置Φ42小导管L=4.0m，环向间距0.4m，共50根，纵向每2.4m/环，每35m/根。小导管注浆采用水泥净浆1:1的水灰比。

浅埋段施工前需先进行地表处理后，才能进行暗洞施工。进、出口段需施工完成永久截水天沟、开挖边仰坡面及洞口预加固后方可进行暗洞施工。

在施工前由项目部总工组织全体技术人员及各级管理人员对浅埋段原地物、地貌以及裸露岩体进行实地踏勘，勘查结果与设计图纸进行比对，澄清有关技术问题。组织测量组对该浅埋段进行地形测绘，绘制地形图。并对参加的施工人员进行技术交底和培训。

通过施工放样，边仰坡边桩（地表处理区段中边桩）后，挖除不小于30cm保护土层，清除地表耕植土、植被草皮、淤泥等杂质，当原始地面坡度陡于1：5时，地表应开挖台阶，台阶宽度不得小于1m。

永久截水天沟在地表清理完成后进行，采用C20混凝土，为避免山洪冲刷，应在水沟入水口及出水口处采用M10浆砌片石铺砌。

边仰坡喷射C20混凝土12cm，设置砂浆锚杆4.5m/根，呈梅花型布置1.5*1.5m。

2、明洞与暗洞分界处大管棚设置：

超前支护管棚设计参数:导管规格：外径108mm，壁厚6mm；孔口管：热轧无缝钢管，外径133，壁厚5mm；管距：环向间距40cm；倾角：外插角1°～3°为宜，可根据实际情况作调整；注浆材料：1:1水泥浆或M20水泥砂浆；设置范围：拱部140°范围；管棚单根长度：根据施工图确定。管棚数量：50根一环。

管棚施工主要工序有施作套拱；搭钻孔平台、安装钻机；钻孔；清孔、验孔；安装管棚钢管；注浆。工序技术要求高，工艺复杂，施工工艺详见下图。

导向墙或管棚工作室施工

当为洞外开始施作管棚时，采用导向墙做为管棚施作平台。

导向墙采用C20混凝土，在开挖轮廓线以外拱部150°范围内施作，断面尺寸为1m×1m，导向墙内设2榀I18工字钢架，钢架外缘设φ133壁厚5mm导向钢管，钢管与钢架焊接。钢架各单元由连接板焊接成型，单元间由螺栓连接，接头处焊缝高度：腹板9mm，翼缘12mm。

孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用全站仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。导向墙布置图见附件。

当大管棚是在洞口施作，为保证大管棚施工的空间，需要开辟大管棚工作室。按单节导管长6米，钻机机身及主动钻杆共2.0m，则工作室的长度应为800cm，扩挖较设计设计断面大。

工作室开挖、支护完成后，继续向前开挖2榀比设计断面大25cm左右的断面，尽快初喷，封闭掌子面，厚度4cm，形成止浆墙，架设钢架，采用全站仪以极坐标法放样法，在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定导向管的外插角，将导向管焊接在钢架上。导向管与钢架高差可通过钢垫板实现调节。焊接应牢固，使钢架与导向管形成整体，并迅速喷射混凝土形成套拱。导向管长度1m，采用外径133mm、壁厚5mm热扎无缝钢管。

3）搭钻孔平台安装钻机

①钻机平台可用方木或钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由钻机从低孔位向高孔位进行。

②平台支撑要着实地，连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。

③钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

①为了便于安装钢管，钻头直径采用φ127mm。

②地质较好的情况下可以一次成孔；钻进时产生坍孔、卡钻，需补注浆后再钻进。

③钻机开钻时，可低速低压，待成孔1.0m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。

④钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。

⑤钻进过程中确保动力器，扶正器、合金钻头按同心圆钻进。

⑥认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。作为开挖洞身的地质预探预报，作为指导洞身开挖的依据。

①用地质岩芯钻杆配合钻头(Φ127mm)进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。

②用高压气从孔底向孔口清理钻渣。

③用全站仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角。

①钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻φ8出浆孔(靠掌子面4～5m的棚管不钻孔)；管头焊成圆锥形，便于入孔。

②棚管顶进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔(φ127mm)，然后可用10t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进；也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。

③接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。

⑵注浆材料：注浆材料为水泥浆或M20水泥砂浆。

⑶采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内，注浆压力一般为0.6～1.0MPa，具体浆液配合比和注浆压力由现场实验确定，当无吸浆量情况下，持压15min后停止注浆。

注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。

注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。

四、台阶法加临时仰拱(横撑）施工工艺

管段内大独山隧道出口之外浅埋顺层偏压段均采用台阶法加临时仰拱（横撑）方法进行施工，台阶法加临时仰拱（横撑）法施工工艺如下。

1）目前隧道的施工方法有多种多样，地质条件较好的隧道在施工方法选择上较为灵活，而地质条件较差的隧道在施工方法选择上有一定的局限性，主要体现在安全与效益的有机协调统一上。三台阶临时仰拱法主要应用于软弱围岩隧道中,从上而下分三个台阶进行开挖，各台阶成环受力的施工方法。

a.施工空间大。方便机械化施工，可以多作业面平行作业。部分软岩活土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高。

b.在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。

c.适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。

d.在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定。

e.当围岩变形较大突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。

f.各部开挖及支护自上而下，步步成环，及进封闭，各分部封闭成环时间短，临时仰拱（横撑）能有效阻止支护结构的水平收敛，减少隧道围岩变形。

3)工艺原理　　三台阶临时仰拱（横撑）法就是将大断面划分成自上而下三个小单元进行开挖，缩小开挖断面；采用临时仰拱（横撑）就是使每个小单元及时封闭成环，形成环向受力，有效地发挥初期支护整体受力效果，有效阻止支护结构变形。

在断层带、破碎带等自稳性较差地层和富水地层中，则采用大管棚和超前小导管预注浆固结、止水等辅助措施后，上部弧形导坑法短开挖施作拱部初期支护，再左右错位开挖及施作边墙初期支护；混凝土仰拱紧跟下台阶并及时施作尽早闭合成环受力。

a.工艺流程（详见工艺流程图）

1)、开挖（见图1，图2，图3）

a施作1部洞身结构的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架；

b钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，底部喷10cm混凝土封闭；

②上台阶施工至适当距离后，开挖2部台阶，接长钢架，施作洞身结构的初期支护及封底；

③开挖3部台阶，及时封闭初期支护；

④灌筑该段内IV部仰拱；

⑤灌筑该段内V部仰拱填充；

⑥利用衬砌模板台车一次性灌筑VI部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

图1三台阶临时仰拱（横撑）法工序横断面示意图

图2三台阶临时仰拱（横撑）法工序纵断面示意图
图3三台阶临时仰拱（横撑）法工序平面示意图

初期支护是由锚杆、钢筋网、钢架和喷射混凝土组成的一种联合受力结构。为保护围岩的天然承载力，初期支护要尽快施作，其施工流程见初期支护施工工艺流程。

图4初期支护施工工艺流程

a、初喷混凝土封闭岩面

用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉，如工作面有滴水或淋水，钻孔埋管做好引排水工作。

从拱脚或墙角向上堆喷，以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚（墙角）而不密实，以致强度不够，造成失稳；先将凹洼部分找平，然后喷射凸出部分，并使其平顺连接。沿水平方向以螺旋形划圈移动，喷头与受喷面垂直，喷嘴至受喷面距离0.6～1.0m。

喷射混凝土表面应大面平整并呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。

b、施作结构锚杆，挂设钢筋网

初喷混凝土后应及时施作锚杆，锚杆必须设置垫板。各台阶初期支护连接处左右均需设不少于2根锁脚锚杆，确保初期支护不失稳。

钢筋网为φ8mm的钢筋焊接而成，网格为20cm或25cm。钢筋网搭接1个网格，网片间采用焊接。

钢架是软弱围岩初期支护的重要组成部分，应严格按设计图及设计要求加工制作和架设。

钢架安装注意事项及要求：

①钢架拱（墙）脚应架设在稳固的基岩上或底部铺垫槽钢，以保证钢架基础稳固。安装前应清除基脚下的虚碴、虚土及杂物。

②钢架平面垂直于隧道中线，倾斜不大于2°；钢架的任何部位偏离铅垂面不大于5cm。

③为增强钢架的整体稳定性，应将钢架与纵向连接筋、锁脚锚杆焊接牢固。

④钢架连接接头要牢固。拱脚部位易发生塑性剪切破坏，故该部位接头除栓接外，还应四面帮焊，确保接头的刚度和强度。条件允许时，接头最好采用角钢连接板，便于混凝土全面握裹。

⑤钢架和初喷层间有较大间隙时要设骑马或楔形垫块顶紧；钢架与围岩的间距不应大于5cm。

d、施作拱部超前支护和二次喷射混凝土

拱部按设计参数施作下一循环超前支护，并把该支护尾端焊在钢架上。分层喷射混凝土到设计厚度，每层厚5～6cm；钢架保护层不小于2cm。整个喷射混凝土表面要平顺。

严格按设计要求进行拱顶下沉和周边收敛位移量测，通过监控量测的信息反馈，及时调整支护参数，以保证衬砌结构的安全。

监控量测项目及量测点布置：监控量测项目

结合本项目部隧道具体条件，确定开展监控量测的必测项目有：洞内外观察、拱顶下沉、净空收敛、地表沉降；选测项目包括：围岩内部位移、围岩压力、钢架内力、喷混凝土内力、二次衬砌内力、初期支护与二次衬砌间接触压力、锚杆轴力等。

1）洞内、外观察：开挖面地质描述，包括围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向、有无松散坍塌、剥落掉块现象、有无渗漏水等；初期支护状态包括喷层是否产生裂隙、剥离和剪切破坏、钢支撑是否压屈进行观察分析。详细描述、记录、并予以评估，作为支护参数选择的参考及量测等级选择的依据。

2）拱顶下沉、净空收敛：将拱顶下沉及净空收敛位移量测布置在同一个断面，断面间距为Ⅱ级为50m,Ⅲ级为30m，Ⅳ级为20m，Ⅴ级为10m。拱顶下沉量测测点布置在拱顶。净空收敛量测以量测初期支护上各点的绝对位移为目的，通过水平及斜向收敛量测，验证周边位移结果。净空收敛量测测点按设计或规范要求布设。

3）地表沉降：量测断面布置与洞内拱顶下沉量测断面在同一断面内，软弱围岩地段同时进行底板隆起量测，每个量测断面上测点间距为2～5m。下沉与净空水平收敛及拱顶下沉量测频率相同。地表下沉量测在隧道中线的量测范围不小于H0+B（隧道埋置深度+隧道开挖宽度）。

5）初期支护与二次衬砌间接触压力量测:采用振弦式双膜压力盒，频率接收仪进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。

6）钢架内力量测：采用钢筋计、应变计进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。

7)混凝土应力量测：采用埋入式混凝土应变计、频率接收仪进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。

8)变形量测：采用收敛仪和断面仪进行监测，每天量测一次，直至变形基本稳定为止。

9)裂纹观测：采用读数显微镜观察。

量测测点按设计和现行规范要求布置。

隧道拱顶下沉及周边收敛量测频率、地表下沉量测断面间距、变形管理等级、拱顶下沉及周边收敛量测间距等符合设计和现行规范要求。

洞顶地表下沉量测断面布置见图1。

洞内周边收敛量测布置见图2。

拱部下沉、底部上拱、填充面下沉量测布置见图3。根据开挖方法不同，拱顶下沉和底部上鼓点应采用不同的布置方式，采用其它开挖方法时，测点应根据施工情况进行合理布置，并能反映围岩、支护稳定状态，以指导施工。

净空变化，拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等监控必测项目，应设置在同一断面。

负责人：各施工作业面领工员及工班长。

观察内容：围岩变化，地下水变化，支护结构外观、地表是否变化。

方法：目测并记录于交接班记录本，重大变化记录于工程日志。

频率：每次爆破后及支护后。

2）拱顶下沉、净空收敛、地表沉降量测

采用TCRA1102无尺监测系统（下沉量测亦可采用精密水准仪进行量测），可及时埋点立即观测。

测点在复喷混凝土终凝后一小时内尽快埋设，洞外地表下沉测点提前埋设，保证开挖后12小时内读取初始数据。

方法：TCRA1102无尺监测系统自带计算软件并可输入比较值进行评估。对测点进行量测，每条线间的测试长度与初始长度之差为变化值，该变化值与初始长度之比为相对收敛值，据此计算收敛变化速度，来判断围岩的稳定性。

隧道开挖支护后，在测点位置打入锚杆，在锚杆头贴上返光片。返光片和棱镜的作用相同。用全站仪测出至各返光片的距离和角度，计算出测点之间的收敛值。

3）围岩压力、二次衬砌内力、锚杆轴力及钢架内力量测

使用应力计、钢筋计、压力盒分别对围岩、衬砌、锚杆及钢架内力进行量测。

应力计、钢筋计、压力盒的安装：根据测点应力计算值，选择钢筋应力计的量程，在安装前对钢筋计进行拉、压受力状态的标定。

安装时使钢筋应力计处于不受力状态。将应力计上的导线逐段捆扎在邻近钢筋上，引到初期支护结构外侧测试匣中。

现场量测数据及时整理，绘制量测数据与时间的关系曲线及量测数据与开挖面距离的关系曲线，进行数据处理或回归分析。

依据回归分析、预测位移、收敛、拱顶下沉及钢筋应力的最终值。

以位移～时间曲线为基础，根据位移、位移速率等分析、评定围岩和支护的稳定性。

当位移急骤增加，每天的相对净空变化超过10mm时，重点加强观测，并密切注意支护结构的变化；

当位移～时间曲线出现反弯点时，同时支护开裂或掉块，此时尽快采取补强措施以防坍方；

当位移、周边收敛、拱顶下沉量达到预测最终值的80～90％，收敛速度小于0.2mm/d，拱顶下沉速率小于0.15mm/d时，可认为围岩基本稳定，施作二次衬砌；

利用位移、应力（型钢主筋应力）反分析程序对围岩及支护结构的稳定性进行分析、评价；

综合以上综合分析、评价及时修正设计，调整支护参数，对施工及时提供建议和措施。

根据围岩与支护间应力量测结果，可知围岩压力在横断面的分布情况及围岩压力值随开挖时间变化的规律，与理论计算方法做比较，以取得较为合理的围岩压力计算方法，检算初期支护的受力情况（内力及位移），判别初期支护的工作状态、支护特点，并对初期支护进行安全评估。

根据地质条件、量测目的、施工进程，编制量测计划，组织专门检测队伍，由工程技术人员负责实施。

量测点埋设宜尽量靠近开挖工作面，要求不超过2米，并保证爆破24小时内及下一次爆破之前测读初读数。

采取措施保护好在施工中的各项量测元件、工具及仪器，及时做好各项测量原始记录。

与设计人员紧密配合，协调一致，及时研究和解决实施过程中出现的问题，确保施工安全。

监测工作本着准确、及时的原则实施。将监测数据、时间变形曲线、对结果的评估，在24h内报送监理工程师及现场配合设计人员。及时研究解决实施过程中出现的问题，保证隧道施工安全。

围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果按以下方法进行。

（1）按变形管理等级指导施工，见下表。

Uo/3≤U≤2Uo/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。

（2）根据位移变化速度判别

净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护。

水平收敛（拱脚附近）速度小于0.2mm/d，拱顶下沉速度小于0.15mm/d，围岩基本达到稳定。

在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用监控量测分析判别。

（3）根据位移时态曲线的形态来判别

当围岩位移速率不断下降时（du2/d2t＜0），围岩趋于稳定状态；

当围岩位移速率保持不变时（du2/d2t=0），围岩不稳定，应加强支护；

当围岩位移速率不断上升时（du2/d2t＞0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。

围岩稳定性判别是一项很复杂的也是非常重要的工作，必须结合具体工程情况采用上述几种判别准则进行综合评判。

大独山隧道出口浅埋顺层偏压段采取台阶法加临时仰拱、台阶法加临时横撑方法施工。各工法施工工艺如下：

说明：上图为台阶法加临时横撑施工工序高强耐磨耐火浇注料施工工艺，适用于IV、V级围岩硬质岩浅埋段及软质岩深埋地段。

1.在上一循环的超前支护防护下，弱爆破开挖1部，施作1部台阶周边的初期支护：初喷混凝土，架立钢架（设锁脚锚管、图中未示），铺设钢筋网，并钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度，架设1底部的I18型钢临时横撑（每2榀初支钢架设一处）。

2.弱爆破开挖2部，施做边墙初期支护：初喷混凝土，接长钢架（设锁脚锚管管，图中未示），铺设钢筋网，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

3.弱爆破开挖3部辽2002SJ206 柔性防水工程建筑构造(二).pdf，施做边墙初期支护，步骤及工序同2。

4.弱爆破开挖4部，施作隧底喷混凝土。

5.在4部施工完且清除虚渣后，立即灌筑V部仰拱与边墙基础。