隧道工程专项安全施工方案

1 重庆市涪陵 丰都 石柱高速公路 B2B2 标标 K66 000 K66 000 K86 800 K86 800 隧道工程专项安全施工方案 重庆涪丰石高速公路总承包部 第三工程处 2 隧道工程专项安全施工方案隧道工程专项安全施工方案 一 工程概况及风险分析一 工程概况及风险分析 本标段为重庆市丰都 石柱高速公路 B2 标段 起讫桩号为 K66 000 K86 800 路线 全长 20 8km 本标段主要位于重庆市丰都县境内 部分位于石柱县境内 K83 550 为丰 都 石柱县城交界处 路线起点 K66 000 位于丰都县兴义镇 近似南北走向 建汶溪特 大桥跨越长江一级支流汶溪沟至高家镇 设高镇互通与 303 省道相连 由 K67 800 路线 向东延伸 路线呈东西走向 修绿豆湾大桥 粉场坝大桥 朱家沟大桥 关田沟大桥 大店子大桥跨越常年冲沟 在 K72 990 处路基由整体式进入分离式 经石龙 建国场 至关田沟水库 设牛登坡隧道穿山至金家坪 修古家湾大桥 姜家院大桥 端公坡大桥 蒋家沟大桥跨越蒋家沟及其冲沟水系 至端公坡隧道 文庙隧道穿山至蒋家沟村 设方 斗山隧道穿山至本标段终点 K86 800 一 隧道总体概况 一 隧道总体概况 方斗山隧道为本标段的最长隧道 为全线的重点控制性工程 隧道进口位于丰都县 高家镇太运乡蒋家沟 出口位于石柱县下路镇罗林沟之间 隧道出口距下路镇约 4Km 有 乡村公路连通 交通较为便利 方斗山隧道为一座分离式特长隧道 进出口左右洞间距 较小约 18 20m 中部地段左右洞间距为 30m 出口段位于直线上和 R 2600m 左偏圆曲线与 直线段上 隧址区的不良地质现象主要有 危岩 采空区 岩溶 煤层 危岩分布于出口段陡 崖等处 主要为 K85 680 右 50m 危岩体 采空区主要分布于方斗山背斜西翼近轴部 距 隧道左轴线约 1 公里 为横梁煤矿煤层采空区 危岩及采空区对隧道基本无影响 隧道 区岩溶受地质构造及地层岩性控制 分布成带状 与岩层走向近一致 其发育区主要分 布于里程 K79 400 K82 900 段的地层 大的岩溶形态多分布在标高 700m 以上及地表 隧道轴线处路面设计标高位置属于 550 580m 的岩溶发育带 其岩溶规模一般不大 以 溶穴 溶孔 岩溶裂隙为主 岩溶管道高度一般小于 2m 故方斗山特长隧道穿越可溶岩 地层时遇到大的岩溶管道的可能性小 隧道穿越处煤层埋深约 450m 且路面设计标高低 于区内最低采空区标高约 400m 环境的封闭性较弱 方斗山特长隧道穿越煤层时存在发 生瓦斯事故的可能 即有煤尘爆炸危险性 初勘中未发现膨胀性岩层 但根据区域资料 方斗山特长隧道穿越地层 P1 中可能含有膨胀性岩层 进口洞轴线与岩层走向近于正交 洞口主要处于强风化泥灰岩中 岩体较破碎 均 匀性差 松散 稍密 岩层产状 306 30 其岩体中主要发育 50 81 173 3 80 两组节理 根据仰坡坡向 岩层产状与结构面组合关系分析 岩层产状形成外倾 面 且岩体因裂隙已被切割成独立的楔形体 其稳定性差 在进行仰坡开挖中将可能产 生沿基岩面顺层滑动 岩层产状与边坡大角度相交 边坡整体稳定性良好 隧道洞口边 坡开挖后不会产生整体大规模滑移现象 出口位于罗林沟谷坡底部 为顺向坡 洞轴线与岩层走向近于正交 洞口地面表层 覆盖崩坡积土层 厚约 0 00 2 40m 斜坡基岩大部出露 隧道斜坡顶部标高约 680m 处 存在危岩体 距隧道洞顶约 100m 洞口主要处于第四系崩坡积土层与强风化粉砂质泥岩 中 岩土均匀性差 松散 稍密 岩体受层面 136 58 裂隙 255 32 53 55 三组结构面的控制 根据仰坡坡向 岩层产状与结构面组合关系分析 岩层产状 形成外倾面 且岩体因裂隙已被切割成独立的楔形体 其稳定性较差 在进行仰坡开挖 中将可能产生沿基岩面顺层滑动 岩层产状与边坡大角度相交 边坡整体稳定性良好 隧道洞口边坡开挖后不会产生整体大规模滑移现象 遂址区地震基本烈度为 7 度 设计基本地震加速度值为 0 1g 设计特征周期 0 35s 牛登坡隧道位于丰都县高家镇建国场十一村关田沟水库东端 隧道穿越牛登坡山脉 进口段地势较缓 坡度约 15 与岩层走向斜交 覆盖土层较厚 为大片稻田和玉米地 与大店子大桥相接 出口位于一脊状山嘴中部 地势较陡 坡度约 36 植被茂密 冲 沟发育 以灌木为主 与牛登坡大桥相接 隧道最大埋深约 119m 出洞口段工程地质条件总体较好 洞口处于岩层强 弱风化界面附近 岩体裂隙较 发育 岩层产状平缓 强风化层破碎 可能发生掉块和洞口坍塌现象 但弱风化岩体较 完整 其整体稳定性较好 仰坡上部的第四系崩塌堆积覆盖层厚度不大 稳定性较差 可能产生沿不利结构面的崩塌破坏 地下水为第四系松散岩类孔隙水 基岩裂隙水两大 类 其地下水富水性差 水量贫乏 隧址区未发现瓦斯气体和其它有毒有害气体 无滑 坡 泥石流等不良地质 洞身围岩为 级 以 级为主 遂址区地震基本烈度为 6 度 设计基本地震加速度值为 0 05g 设计特征周期 0 35s 牛登坡隧道位于丰都县高家镇建国场十一村关田沟水库东端 隧道穿越牛登坡山脉 进口段地势较缓 坡度约 15 与岩层走向斜交 覆盖土层较厚 为大片稻田和玉米地 与大店子大桥相接 出口位于一脊状山嘴中部 地势较陡 坡度约 36 植被茂密 冲 沟发育 以灌木为主 与牛登坡大桥相接 隧道最大埋深约 119m 出洞口段工程地质条件总体较好 洞口处于岩层强 弱风化界面附近 岩体裂隙较 发育 岩层产状平缓 强风化层破碎 可能发生掉块和洞口坍塌现象 但弱风化岩体较 4 完整 其整体稳定性较好 仰坡上部的第四系崩塌堆积覆盖层厚度不大 稳定性较差 可能产生沿不利结构面的崩塌破坏 地下水为第四系松散岩类孔隙水 基岩裂隙水两大 类 其地下水富水性差 水量贫乏 隧址区未发现瓦斯气体和其它有毒有害气体 无滑 坡 泥石流等不良地质 洞身围岩为 级 以 级为主 遂址区地震基本烈度为 6 度 设计基本地震加速度值为 0 05g 设计特征周期 0 35s 端公坡隧道位于丰都县高家镇杂角岭村附近 隧道穿越端公坡所在山体的北面半腰 山脚下为蒋家沟河流 隧道进口段地势较缓 坡度约 17 覆盖土层较厚 为玉米地 与端公坡大桥相接 出口地势较陡峭 坡度约 38 植被茂密 以灌木为主 隧道最大 埋深约 35m 端公坡隧道设置为分离式隧道 起止桩号左线 ZK76 720 ZK76 850 长 130m 右线 YK76 700 YK76 875 长 175m 隧道左线进口位于 R 2500 的圆曲线上 出口位于直线 段上 纵坡 1 95 右线进口位于 R 3000 的圆曲线上 出口位于直线段上 纵坡 1 95 隧道左右线间距进口段由 16 3m 渐变至 21 5m 隧道进口采用削竹式洞门 出口 采用端墙式洞门 隧道进出口段交通不方便 需新修筑较长的施工便道 隧道进口段施 工场地较平缓 开阔 离村庄近 出口段施工场地狭窄 施工用水较方便 用电可利用 附近高压电线或设置专线 二 隧道施工工艺 详见施工组织设计 二 隧道施工工艺 详见施工组织设计 坚持 早预报 管超前 预注浆 短进尺 弱爆破 强支护 紧封闭 勤量测 快 反馈 紧衬砌 的原则 步步为营 稳步前进 隧道洞身开挖采用光面爆破 分离式隧道 级围岩段采用拱部环形留核心土开挖法 级 级围岩段采用上下台阶法开挖 小净距隧道 级围岩段采用 先行洞拱部环形 留核心土 后行洞单侧壁导坑 开挖法 级围岩段采用 先行洞上下台阶 后行洞拱 部环形留核心土 开挖法 级围岩段采用上下台阶法开挖 人工风镐开挖 必要时弱 爆破 人工手持风钻钻孔 人工扒碴到下台阶 循环进尺控制在 1 0m 之内或与格栅钢架 间距相适应 三 隧道安全风险分析 三 隧道安全风险分析 隧道施工中通过溶洞 富水区及断层时有可能产生突然涌水现象 需预防造成重大 地质灾害 另外隧道工程施工中 设计不合理 施工方法不当或偶遇不良地质条件等都 可能会引起隧道坍方 主要存在安全风险如下 5 1 隧道塌方 溶洞 地表沉陷 2 支撑系统失稳倒塌 3 突泥 涌水 4 电气设备故障 严重漏电 引起停电 5 施工火灾 爆炸 6 其他 二 隧道主要施工方案二 隧道主要施工方案 施工组织中把超前地质预报纳入施工工序 建立完善的超前地质预报系统 采用先 进可靠的预报方法 TSP 地震波法 红外探测 地质雷达和地质超前钻孔等 根据预报 结果采取相应的处理措施 制定可靠的处理方案和技术措施 科技攻关部进行科研攻关 专家组进行技术把关 借鉴我公司施工的八达岭青龙隧道施工中处理大规模的不良地质 的经验 及其他国内外类似工程的施工经验总结 准备好应对各种地质病害的预案 确 保在施工安全的前提下 实现隧道的快速掘进 施工中成立专业的地质作业队 每个工作面配备一名专职地质工程师和一名专职安 全员 做好地质预报及施工指导 监督工作 每个开挖工班均固定配一名工程师跟班值 班 进行 24 小时全过程监控 指导 保证各种措施 技术标准 技术交底的落实 确保 按操作规程标准化作业 安全顺利通过不良地质段 加强监控量测 地表加密布置量测点 当量测结果显示围岩和支护体系变形异常时 及时修正支护参数 必要时施作仰拱和二次衬砌 突发性灾害的处理预案 在充分进行地质超前预报探明前方地质情况后 对可能突水等地段进行帷幕注浆并 进行效果检查 采取强大的超前支护措施 并在开挖后及时初期支护 是不会出现大的 突水突泥的 但由于隧道地质复杂多变 各种地质预报方法都有一定的局限性 施工中 有可能在采取了完善的超前地质预报后 发生小型突发性地质灾害也是有可能的 因此应制定应急预案 成立管理机构 成立技术攻关组 工程抢险突击队 设置常 备抢险物资 抢险组织 现场设置逃生紧急通道 应急照明线路 主动力线路 突水 隧道内出现突水时 为保证围岩稳定 防止充填物流失造成地下水与地表直 6 接连通 对地表生态等造成损害 应及时在开挖面适当位置设置围堰 后方设置止水墙 止浆墙强度满足堵水要求时 首先逐个封堵预埋的排水管 然后进行回填细石混凝土和 砂浆 之后对前方进行钻孔注浆和必要的帷幕注浆 经检查孔检查达到固结效果 浆液 强度达到要求后 才能再次开挖 三 隧道信息化施工方案三 隧道信息化施工方案 一 监控量测 一 监控量测 监控量测是新奥法原理的重要组成部分 是隧道施工中不可缺少的重要环节 是判 定围岩稳定状况 选择支护时机以及评价支护效果的主要依据 1 监控量测计划 监控量测的项目 方法和频率及测点布置严格按设计图纸和有关规范要求进行 除 必测项目外 还备齐选测项目所用仪器 设备等 当监测工程师及设计代表认为有必要 时 立即实施选测项目 必测项目有地表下沉 拱顶下沉 周边位移收敛及锚杆拉拔力 等 必测量测点布置见下周边位移 拱顶下沉量测测线布置图和地表下沉量测测点布置 示意图 各监控量测项目采用仪器及量测频率详见下页 隧道监测项目表 1 量测项目 以洞内观察 水平收敛量测 拱顶下沉量测为必测项目 其它特殊地段可根据工程 需要要求进行 洞外在进口浅埋段地表布点 进行地表下沉量测 2 测量短面间距 在洞内按照 级围岩地段 50m 级围岩及断层破碎带地段 10m 布设量测断面 在施工过程中 围岩特性比较突出地段加设量测断面 每种岩层必须设置至少一个量测 断面 3 量测断面测点布设 测点布置 每个量测断面各布置拱顶下沉测点和一条水平净空收敛量测基线 台阶 开挖时 级围岩在拱脚以上 0 5m 加测一条 测点布置方法见图 5 3 25 4 量测频率 洞内观察分为开挖工作面观察和初期支护状态观察两部分 开挖工作面观察应在每 次开挖后进行 地质情况基本无变化时 可每天进行一次 对初期支护的观察也应每天 至少进行一次 观察内容包括喷射砼 锚杆 钢架的状况 洞外观察包括边仰坡稳定 地表水渗透等 净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率 量测频率见下表 实际量测频 7 分析地质勘察资料 制定监控量测资料 施 工 监 控 地表观 测 地质预测与 开挖验证 围岩支护结 构状态观测 围岩支护结 构受力形变 量测 修改支护参 数 综合分析判断 应急措施 施工是否完 成 结 束 否 否 是 是 率从下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 2 监控量测程序 监监控量控量测测程序程序图图 3 量测方法 1 量测仪器 采用高精度水准仪测量地表下沉量和拱顶下沉 采用 SWJ W 收敛 仪测量净空收敛 2 量测间隔时间 量测频率表量测频率表 表表 5 3 75 3 7 量测频率 变形速度 mm d 量测断面距开挖工作面距离量测频率 5 1B 2 次 d 1 5 1 2 B1 次 d 0 2 0 5 2 5 B1 次 d 5 B 1 次 周 8 现场监控量测是保证安全施工和及时了解地质情况的重要依据 依据详细的量测数 据可以及时修正围岩参数和指导现场施工 4 数据处理及要求 在取得量测数据后 将同一断面的各种量测数据互相印证 以确认量测结果的可靠 性 绘制位移 时间 位移速度 时间变化曲线 位移 工作面距离 位移速度 工作 面距离变化曲线 利用电子计算机进行数据处理 分析围岩变形的空间分布规律 了解 围岩的稳定性特征 以推算最终位移 掌握位移变化规律 变形管理等级见下表 可根 据等级表指导施工 变形管理等级变形管理等级 1 应及时对现场量测数据处理绘制位移 时间曲线和位移 空间关系曲线 2 当位移 时间曲线趋于平缓时 应进行数据处理或回归分析 以推算最终位 移和掌握位移变化规律 3 当位移 时间曲线出现反弯点时 则表明围岩和支护已呈不稳定状态 此时 应密切注意围岩动态 并加强支护 必要时暂停开挖 4 根据隧道周边实测位移值用回归分析推算其相对位移值 满足 监控量测标 准表 的要求 当位移速率无明显下降 而此时实测位移值已接近表列数值 或者喷层 表面出现明显裂缝时 应立即采取补强措施 并调整原支护设计参数或施工方法 5 建立管理基准 当围岩的予计变形量确定后 即可按规范的要求建立管理 基准 并根据管理基准 判断围岩的稳定状态 决定是否采取补强加固措施 表表 5 3 85 3 8 管理等级管理位移施工状态 U0 2Un 3 应采取特殊措施 Un 3 U0 2Un 3 加强支护 U0h 阻 按下式计算 h 阻 h 动 h 沿 h 局 4457pa 使用风管通风时 管口 h 动一般可考虑为 55pa 沿程压力损失系数 取 h 沿 ap1Q 需 2g s3 4002pa 式中 a 风管摩擦阻力系数 取 a 3 10 4kg s4 m3 1 风管长度 取 1700m p 断面的周界长 m Q 需 计算风量 1284 m3 min 21 4 m3 s g 重力加速度 取 9 8m s2 d 风管直径 1 3m 27 局部压力损失 按沿程压力损失的 10 进行估算 h局 h沿 10 400pa 3 通风方案的确定 经计算发现 供风距离越长 管道摩阻越大是困扰长距离隧道独头管道通风的难题 预选主风机风压为 5000pa 则其通风有效保证长度为 1947m 假设在距洞口 1800m 处串 联安装风压仍为 5000pa 风量为 1000 m3的接力风机 则完全满足要求 同时 为增快排烟速度 在洞内增设移动局扇进行压出式通风 4 通风设备选型和设置位置 通风机和风管选用如下表 方斗山隧道每工作面施工通风设备表表 5 3 9 风机型号风量 m3 全压 pa 功率 kw 数