坡头隧道专项施工方案(新奥法).doc

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坡头隧道专项施工方案1、工程概况本标段隧道工程包括坡头隧道（左线407m，右线422m），为分离式隧道，端墙式洞门。结合现场地形条件及工期要求，坡头隧道由出口向进口施工，左、右线两个隧道同时施工。本隧道按照新奥法进行施工。开挖后，以锚杆湿喷混凝土，钢筋网等为初期支护，并辅以钢架、超大管棚、注浆小导管等支护措施。开挖从出口进行，压入式通风。隧道内用水在山顶修筑蓄水池，接水管至隧道内掌子面。详见 “三管两线布置图”。隧道左线ZK124+333至ZK124+416段洞体为类围岩，ZK124+416至ZK124+614段洞体为类围岩，ZK124+614至ZK124+740段洞体为类围岩。隧道右线K124+306至K124+430段洞体为类围岩，K124+430至K124+608段洞体为类围岩，K124+608至K124+728段洞体为类围岩。2、洞口施工首先在仰坡刷坡线外10m外施作截水沟，以拦截地表水，避免地表水冲刷洞口边仰坡及洞门。截水沟用M7.5浆砌片石铺砌。为增加洞口及仰坡的稳定性，确保进洞安全，洞口边仰坡施工自上而下进行，及时对洞顶仰坡进行支护处理，采用喷、锚支护、封闭。采用22砂浆锚杆（间排距1.2m）、8（间排距0.2m）钢筋网，喷射砼厚10cm。开挖：隧道为分离式黄土隧道。黄土公路隧道应按照 “管超前、短进尺、少扰动、强支护、早成环、勤量测”的原则施工，采用无爆破施工。3、洞身开挖3.1 、类围岩开挖、类围岩岩石破碎，节理发育，有断层，承载力低，且自稳时间很短，规模较大的各种变形和破坏都可能产生。采用超前小导管及注浆管棚进行超前支护，钢拱架及锚喷作为初期支护；隧道按复合式衬砌设计，初期支护作为结构受力的一部分，施工中，通过加强对围岩和支护结构的监测，及时绘制时态曲线，判定支护是否处于稳定状态，为施工安全提供可靠的信息保障。在施工中，严格执行“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则。、级围岩采用台阶分部开挖法，预留核心土，上台阶长度控制在5-7m左右，下台阶与仰拱的间距控制在5-10m。下台阶与二次衬砌的间距控制：对于隧道洞口湿陷性黄土，以灰土换填为主。洞身施工作业流程如下：超前小导管上台阶开挖初喷拱部径向锚杆安设型钢钢架复喷开挖下台阶初喷立型钢钢架复喷墙拱砼浇注仰拱开挖仰拱支架仰拱砼浇筑仰拱填充。洞门施工：隧道进洞衬砌施工完成后及时施工洞门。洞门施工时，端墙和洞口挡墙同步砌筑，并在挡墙上每隔2m上下交错设置泄水孔，门墙应按10-15m设置沉降缝，缝宽2-3cm，自墙顶到基底，缝内用沥青麻筋填充。管超前：在工作面开挖前，以安装的钢拱架为支点，沿隧道拱部按设计要求打入超前管棚或超前小导管，起到超前支护的作用。严注浆：在打设超前管棚或超前小导管后进行双液注浆以加固地层，使松散、软弱的围岩胶结成整体，增强围岩的自稳能力。短进尺：每次开挖循环进尺要短，开挖和支护时间尽可能缩短，并使前后工作面保持较短距离，以便尽快完成工法转换（人工开挖软弱围岩采用短进尺，硬岩采用台车长进尺）。强支护：采用超前支护、钢拱架和锚网喷进行较强的初期支护。早封闭：开挖后的初期支护要尽早封闭成环，形成刚性结构，改善受力条件，控制围岩变形。勤量测：对施工过程中围岩及结构变化情况进行动态跟踪、监测，并根据监测数据，及时绘制时态曲线，根据时态曲线的特点，判断围岩和结构变化是否处于稳定状态，据此指导施工。施工作业程序如下图：3.2 类围岩开挖类围岩整体稳定,不会产生塑性变形; 施工中采用台阶法施工，拱部预留沉落量8cm。4超前管棚支护4.1施工工艺测量放线开挖工作面预埋孔口段钻机就位钻孔及接长钻杆钻杆退出顶进钢管接长钢管注 浆4.2 管棚参数(1)钢管布设在圆心角为180的隧道拱部；(2)钢管环向间距为45 cm；(3)倾角：仰角1(不包括路线纵坡)；(4)管棚长度为30 m，热轧无缝钢管 108 mm，壁厚6 mm，节长3 m、6 m；(5)孔口管为无缝钢管 150 mm，壁厚5 mm，节长2 m。4.3工艺说明管棚施工主要工序有开挖支护明洞边坡、仰坡；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，现分别叙述如下。4.3.1 明洞边坡仰坡开挖支护(1)明洞段开挖应在洞顶截水沟施工完成后进行，应尽量避开雨季施工。(2)边坡防护应与明洞开挖同步进行：及时施工明洞边坡的锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土及时封闭坡面。(3)对边坡渗水要及时排、引到坡面外，加强对坡面的防护。4.3.2 施作套拱 (1)混凝土套拱作为长管棚的导向墙，套拱在暗洞外廓线以外施作，套拱内埋设4榀20b工字型钢支撑，钢支撑与管棚孔口管焊成整体。 (2)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。 4.3.3搭钻孔平台安装钻机 (1)钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设，搭设平台应一次搭好，钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机与搭设平台时间，便于钻机定位。 (2)平台支撑要牢固，连接要稳定。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。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。 4.3.4 钻孔 (1)为了便于安装钢管，钻头直径采用 115 mm。 (2)岩质较好的可以一次成孔；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10 m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，并根据钻机钻进的线型及时判断成孔质量，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及指导洞身开挖的依据。 4.3.5 清孔验孔 (1)用地质岩芯钻杆配合钻头( 115 mm)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。 4.3.6 安装管棚钢管 (1)钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻20出浆孔(靠掌子面2.15m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( 150mm)，然后可用10 t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。 4.3.7 注浆 (1)安装好有孔钢花管后即对孔内注浆，注浆后再施工无孔钢管，无孔钢管可以作为检查管，检查注浆质量。 (2)注浆参数：30号水泥浆液水灰比11。 (3)采用HVF-50液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内，初压0.5 MPa1.0 MPa，持压15 min后停止注浆。注浆量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，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。 (4)注浆结束后及时清除管内浆液，并用30号水泥砂浆充填，增强管棚的刚度和强度。 4.4 质量控制 (1)钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角。并对每个孔进行编号。 (2)钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在115，钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右，并控制在20 cm30 cm。 (3)严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和交叉。 (4)经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限应封孔，原位重钻。 (5)掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。 (6)在遇到松散的堆积层和破碎地质时，在钻进中可以考虑增加套管护壁，确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。5、超前小导管5.1 工艺流程及技术要求5.1.1 超前小导管设计超前小导管配合型钢钢架使用，应用于隧道、级围岩拱部超前注浆预支护，其纵向搭接长度不小于1m。超前小导管设计参数：超前导管规格：热轧无缝钢花管，外径42mm，壁厚4mm；小导管环向间距35cm；倾角：外插角15，注浆材料：水泥浆液；水泥浆水灰比：1：1.注浆压力：0.51.0MPa。设置范围：拱部180范围。5.1.2 超前小导管施工施工工艺流程见图1。1) 制作钢花管小导管采用42mm热轧无缝钢管，壁厚4mm，前端做成尖锥形，尾部焊接6.5mm钢筋加劲箍，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，尾部长度105cm作为不钻孔的止浆段。小导管构造见图2。图2 注浆小导管结构图6.5mm加劲箍小钢管普通焊105cm15cm2) 小导管安装测量放样，在设计孔位上做好标记，用凿岩机或煤电钻钻孔，孔径较设计导管管径大20mm以上。 成孔后，将小导管按设计要求插入孔中，或用凿岩机直接将小导管从型钢钢架上部、中部打入，外露20cm支撑于开挖面后方的钢架上，与钢架共同组成预支护体系。3 )注浆采用HVF-50注浆泵压注水泥浆或水泥砂浆。注浆前先喷射混凝土510cm厚封闭掌子面，形成止浆盘。注浆前先冲洗管内沉积物，由下至上顺序进行。单孔注浆压力达到设计要求值，持续注浆10min后，进浆量仍达不到设计要求，注浆量时，也可结束注浆。注浆施工中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。注浆参数应根据注浆试验结果及现场情况调整。4 )注浆异常现象处理串浆时及时堵塞串浆孔。泵压突然升高时，可能发生堵管，应停机检查。进浆量很大，压力长时间不升高，应重新调整砂浓度及配合比，缩短胶凝时间。5) 一般项目超前小导管施工允许偏差应符合表1的规定。表1 超前小导管施工允许偏差序号项目允许偏差1方向角22孔口距50mm3孔 深+50，0mm 检查数量：施工单位每环抽查3根检查方法：仪器测量、尺量小导管注浆施工工艺流程见下图：水泥水附加剂剂拌合机动力压浆机机压浆孔孔6、锚杆锚杆采用22mm螺纹钢筋。施工前先检查锚杆类型、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。1）钻孔采用风钻，孔眼间距、深度和布置符合设计参数的要求。锚杆钻孔应符合下列要求：（1）钻孔机具应根据锚杆类型、规格及围岩情况选择；（2）应按设计要求定出位置，孔位允许偏差为150mm；（3）应保持直线，并宜与其所在部位的岩层主要结构面垂直；（4）深度及直径应与杆体相匹配。2）锚固材料拟采用早强型锚固卷。锚固卷浸水前上端扎35个小孔（孔径1mm）。浸水后通过滤纸进入锚固卷中的水占据锚固卷中的微小空间，原微小空间的空气被挤出，直到小孔不冒泡即浸水结束。可马上取出安装使用，浸水时间约为11.5分钟，浸水过少，水泥水化不完全，影响锚固力。浸水过多、水泥浆易流动，充实不足也影响锚固力。将打好的眼孔用高压风吹净，将浸好水的几个锚固卷装入眼内，用木棍送至眼底，将锚杆插入，其位置尽量居中，尾部外露长度为515cm。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，用风动搅拌机（或电钻改装）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，使锚固剂获得良好的和易性。为防止锚固剂沿孔壁下滑，将孔口用纸堵塞，施工以“快”为要点。锚杆安装应符合下列要求：（1）杆体插入锚杆时，应保持位置居中，插入深度应满足设计要求，插入困难时，可采用自钻式锚杆；（2）有水地段应先引出孔内的水或在附近另行钻孔，再安装锚杆；（3）砂浆锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实；（4）早强药包锚杆应先检查药包质量，受潮或变质者不得使用；（5）锚杆必须安装垫板，垫板应与喷砼面密贴。7、喷射混凝土在开挖完毕后即进行初喷，并封闭工作面，防止土层坍塌，初喷层厚不小于4cm。7.1喷射前准备工作检查受喷面轮廓尺寸，并修整，使之符合设计要求，若有松散，须清除干净。用高压风或水（土质不用）清洗受喷面。备好工作平台，防护用具。根据喷射量添加速凝剂，并转动计量泵转盘调节好速凝剂的用量。接好电源及风管、喷管、速凝剂管等。检查喷射机的转子、振动器、计量泵及安全阀、压力表是否完好，并进行试运转。向喷射机的料斗按配合比加入约半斗砂浆开动主电机将砂浆转入转子腔和气料混合仓。做好喷射混凝土配合比。7.2喷射作业7.2.1 工艺流程及技术要求1） 喷射混凝土设计隧道初期支护喷射混凝土围岩设计厚度24 cm,围岩设计厚度26cm，设计强度等级为C25。喷射混凝土配合比的设计应满足：不发生管路堵塞、能向上喷射至设计厚度的要求。2）喷射混凝土施工隧道初期支护喷射混凝土采用湿喷工艺。喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土搅拌运输车运至洞内，采用湿喷机喷射作业。在隧道开挖完成后，先喷射46cm厚混凝土封闭岩面，然后架立钢架、打设锚杆、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度。施工工艺见图1。3） 喷射前准备喷射前应对受喷岩面进行处理。一般岩面可用高压水冲洗受喷岩面的浮尘、岩屑，当岩面遇水容易潮解、泥化时，宜采用高压风吹净岩面。若为级岩面时应挂设细钢筋网（网格宜不大于2020mm），用环向钢筋和锚钉或钢架固定，使其密贴受喷面，以提高喷射混凝土的附着力。喷射混凝土前，宜先喷一层水泥砂浆，待终凝后再喷射混凝土。设置控制喷射混凝土厚度的标志，一般采用埋设钢筋头做标志，亦可在喷射时插入长度比设计厚度大5cm的铁丝，每12m设一根，作为施工控制用。检查机具设备和风、水、电等管线路，湿喷机就位，并试运转。选用的空压机应满足喷射机工作风压和耗风量的要求；压风进入喷射机前必须进行油水分离；输料管应能承受0.8MPa以上的压力，并应有良好的耐磨性能；保证作业区内具有良好通风和照明条件。喷射作业的环境温度不得低于5。若遇受喷面有涌水、渗水或潮湿的岩面，喷射前应按不同情况进行处理。大股涌水宜采用注浆堵水后再喷射混凝土。大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，如添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性能。4） 混凝土搅拌、运输湿喷砼搅拌采取全自动计量强制式搅拌机，施工配料应严格按配合比进行操作，速凝剂在喷射机喂料时加入。运输采用砼运输罐车，随运随拌。喷射砼时，多台运输车应交替运料，以满足湿喷砼的供应。在运输过程中，要防止混凝土离析、水泥浆流失、坍落度变化以及产生初凝等现象。5) 喷射作业喷射操作程序应为：打开速凝剂辅助风缓慢打开主风阀启动速凝剂计量泵、主电机、振动器向料斗加混凝土。喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不宜大于6m。喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。喷射混凝土分段施工时，上次喷混凝土应预留斜面，斜面上需用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土。分片喷射要自下而上进行,并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，使回弹料不致裹入最后喷层。分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量。喷射速度要适当，以利于混凝土的压实。风压过大，喷射速度增大，回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度。因此在开机后要注意观察风压. 喷射时使喷嘴与受喷面间保持适当距离，喷射角度尽可能接近90，以使获得最大压实和最小回弹。喷嘴与受喷面间距宜为1.52.0m；喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈，横向4060cm，高1520cm；若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加偏斜，但不宜小于70。如果喷嘴与受喷面的角度太小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷混凝土的质量。7.2.2 施工控制要点喷射混凝土原材料先检验合格后才能使用，速凝剂应妥善保管，防止受潮变质。严格控制拌合物的水灰比，经常检查速凝剂注入环的工作状况。喷射混凝土的坍落度宜控制在815cm，过大混凝土会流淌，过小容易出现堵管现象。喷射过程中应及时检查混凝土的回弹率和实际配合比。喷射混凝土的回弹率：侧壁不应大于30%，拱部不应大于40%，挂钢筋网后，回弹量限制可放宽5%。回弹物不得重新用作喷射砼材料。喷射混凝土拌合物的停放时间不得大于30min。必须在隧道开挖后及时进行施作。喷射混凝土严禁选用具有潜在碱活性骨料。喷混凝土厚度应预埋厚度控制标志，严格控制喷射砼的厚度。喷射前应仔细检查喷射面，如有松动土块应及时处理。喷射机应布置在安全地带，并尽量靠近喷射部位，便于掌机人员与喷射手联系，随时调整工作风压。喷射完成后应检查喷射混凝土与岩面粘结情况，可用锤敲击检查。同时测量其平整度和断面，并将此断面与开挖断面对比，确认喷射砼厚度是否满足设计和规范要求。当有空鼓、脱壳时，应及时凿除，冲洗干净进行重喷，或采用压浆法充填。在喷射侧壁下部时，需将上半断面喷射时的回弹物清理干净，防止将回弹物卷入下部喷层中形成“蜂窝”而降低支护强度。经常检查喷射机出料弯头、输料管和管路接头，发现问题及时处理。管路堵塞时，必须先关闭主机，然后才能进行处理。喷射完成后应先关主机，再依次关闭计量泵、震动棒和风阀，然后用清水将机内、输送管路内残留物清除干净。喷射混凝土冬期施工时，洞口喷射混凝土的作业场合应有防冻保暖措施；作业区的气温和混合料进入喷射机的温度均不应低于5C；在结冰的层面上不得进行喷射混凝土作业；混凝土强度未达到6MPa前，不得受冻。7.2.3 材料要求1) 水泥喷射混凝土应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度等级不小于42.5MPa。根据工点特点，必要时可采用特种水泥。2) 粗、细骨料粗骨料应采用坚硬耐久的碎石，严禁选用具有潜在碱活性骨料。当使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石料。3) 速凝剂喷射混凝土宜采用液体速凝剂。在使用速凝剂前，应做水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验，严格控制掺量。4 )水水质应符合工程用水的有关标准，水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。一般应采用饮用水。7.2.4 湿喷砼质量保证措施按照施工工艺施工，严格执行操作规程。请湿喷机厂家进行现场培训、指导，按照湿喷机操作方法进行严格执行。对于原材料进货，由试验部门进行进场前试验，不合格材料一律不得进场。制定质量保证体系，抓好每一环节、每一步骤的监控，并责任到人，狠抓落实。每次喷射作业前，做好人员、机具、物资、技术、测量、试验、运输等准备工作。施工技术人员对喷射作业环节进行认真检查（内容包括：喷层厚度、喷层与受喷面粘结情况、喷射作业中各种参数），严格把关。8钢架8.1 工艺流程及技术要求型钢钢架主要由工字钢弯制而成，级围岩采用20b型钢拱架。类围岩采用18型钢拱架。隧道各部开挖完成初喷砼后，分单元及时安装钢架，纵向采用22钢筋连接，钢架之间铺挂钢筋网，然后复喷混凝土到设计厚度，并及时进行围岩监控量测。钢架施工工艺流程图见附图。8.1.1 钢架加工型钢钢架加工：加工场地用砼硬化，精确抹平，按设计放出加工大样。钢架弯制结合隧道开挖方法采用型钢弯制机按照隧道断面曲率分节进行弯制，弯制完成后，先在加工场地上进行试拼。各节钢架拼装，要求尺寸准确，弧形圆顺，要求沿隧道周边轮廓误差不大于3cm，连接底板螺栓孔眼中间误差不超过5mm；型钢钢架平放时，平面翘曲小于2cm。初 喷定位锚杆施工中线标高测量清除底脚浮碴钢架加工、质量验收钢架预拼分部安装钢架与定位锚杆焊连定位加设鞍形垫块安装纵向连接筋挂钢筋网复喷混凝土围岩监控量测型钢钢架施工工艺流程图8.1.2 钢架安装钢架安装在掌子面开挖初喷完成后立即进行。根据测设的位置，各节钢架在掌子面以螺栓连接，连接板应密贴。为保证各节钢架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下的虚碴及杂物。底部开挖完成后，底部初期支护及时跟进，将钢架全环封闭。钢架按设计位置安设，在