隧道初支变形处理方案全解

中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 0 目 录 1.编制依据、编制范围及设计概况 .2 1.1 编制依据 .2 1.2 编制范围 .2 2.工程概况 .2 2.1 工程简介 .2 2.2.地质情况描述.3 2.3 设计基本参数 .3 3施工概况 .3 3.1 现场施工情况 .3 3.2 山体开裂及初支变形情况 .4 4.处理方案 .5 .5 .6 .6 .7 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 1 1.编制依据、编制范围及设计概况 1.1 编制依据 国家的法律、法规和铁道部、湖南省的相关管理制度规定； 本项目采用的标准、指南、验标、工法、定型图、通用图、标准图等； 沪昆铁路客运专线湖南有限责任公司下发的指导性施工组织设计； 沪昆铁路客运专线湖南有限责任公司关于项目建设管理的规章制度； 新建长沙至昆明铁路客运专线湖南段站前 CKTJ-1 标段施工承包合同； 客专用材料、机械设备、机具等相关规程、标准、质量文件； 新建铁路长沙至昆明铁路客运专线（长沙至玉屏段）施工图官家山隧 道设计图 ，图号：长昆客专施（长玉段）隧 004A-0106 、 长昆客专施 （长玉段）隧 004A-0708 、 长昆客专施（长玉段）隧变 004-1-0102 ； 2012 年 4 月 7 日由娄底建设指挥部组织设计、监理及施工单位的“官 家山隧道 DK44+065+150 段初支变形及地表开裂处理方案会议纪要” ； 现场踏勘调查的相关资料。 1.2 编制范围 新建铁路长沙至昆明铁路客运专线官家山隧道（DK44+065DK44+150） 工程。 2.工程概况 2.1 工程简介 沪昆客专长昆湖南段官家山隧道进口里程为 DK44+065，出口里程为 DK44+542，隧道全长 477m，其中暗洞长为 428m，明挖段长为 49 米（进口段 DK44+065+072 为明挖段） 。全隧位于直线上，全隧为 3.8的单面下坡。 本隧围岩级别为 IV、V 级软弱围岩，进口段为浅埋偏压，裂隙发育且不能确 定，岩体较破碎，地下裂隙水较发育，存在微弱发育岩溶。隧道总体风险等 级为中度复杂。 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 2 2.2.地质情况描述 官家山隧道地貌属低山丘陵区，山体多未见基岩出露，植被茂密，隧道 范围内据调查及勘探深度范围内所揭露的地层为第四系上更新统坡洪积层粉 质粘土，震旦系下统金洞家组砂质板岩。岩层呈单斜构造，岩层产状： 35545。隧道范围内岩石风化强烈、风化不均、围岩性差、节理裂隙无 法确定。未见地下水，基岩中含少量基岩裂隙水，水位和水量受季节降雨影 响较大。根据区域地质资料及物探测试结果，该隧道内有两条断层通过，其 中拟推断层 F1 与线路中线交于 DK44+480，与中线的夹角为 27，北东南西 走向，倾角近于直立，倾向大里程，破碎带及影响带宽度约 10m；推断断层 F2 与线路中线交于 DK44+372，与中线的夹角为 21，北西南东走向，倾角 较陡立，倾向大里程，破碎带及影响带宽度约 9m，该断裂构造对工程影响 较大。 隧道 DK44+065+132 段围岩为褐红色、青灰色，变余结构，板状结构， 节理裂隙发育，全风化强风化砂质板岩，岩体破碎，呈碎块状，且隧道洞 身位于山体半山腰中，左上方存在严重偏压（山顶最高点标高为 150.5m） ， 右下方是一陡坡。 2.3 设计基本参数 设计在 DK44+072+090 段右侧紧贴衬砌外缘施作挡土墙及护拱； DK44+095+120 段右线线路中线右侧施作 2.5m*2m 锚固桩 6 根，距离衬砌 外缘 4m，桩长均为 20m。 设计进口段 DK44+072+132 为 Vb 偏压，初支厚度 30cm，C30 喷混凝土， 采用 I22a 型钢，每榀间距 0.6 米，拱部采用 25 中空锚杆 L4m，边墙采 用 22 砂浆锚杆 L4m，1.2*1.0m（环纵） ；二衬厚度 50cm，C35 钢筋混 凝土；仰拱衬砌厚度 60cm，C35 钢筋混凝土，仰拱填充采用 C20 混凝土。 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 3 3施工概况 3.1 现场施工情况 官家山隧道由出口往进口掘进，2011 年 5 月 8 日开工，2012 年 2 月 14 日从 DK44+132 处施工，于 4 月 1 日在 DK44+072 设计明暗分界处出洞贯通。 到目前为止二衬已施作至 DK44+123.4（暗洞还剩 51.4m） ；仰拱已施作至 DK44+103（暗洞还剩 31m） ；中台阶已施作至 DK44+072（拱腰，初支按设计 施作并紧跟） 。 进口段锚固桩于 2011 年 10 月 21 日至 2011 年 12 月 24 日施工完成，挡 土墙于 2011 年 12 月 28 日至 2012 年 3 月 3 日施工完成，护拱于 2012 年 2 月 20 日至 2012 年 3 月 11 日施工完成。 本隧在施工过程中，由于地质情况有变化，在 DK44+435+445 及 DK44+132+368 段暗洞部分进行了变更。 3.2 山体开裂及初支变形情况 2012 年 1 月 23 日过后，官家山隧道在施工期间下雨天数达到 47 天。 2012 年 4 月 2 日上午雨中，安全员在 DK44+072 明暗交界处左侧仰坡发现有 一道裂缝，随即组织人员对隧道周边进行排查，发现： 裂缝自隧道中往左 40 度连接板再往下 1.5m 处向仰坡坡口线发展，坡口 裂缝点距离隧道中心 21.3m，仰坡处裂缝宽度约为 2cm。裂缝走向从坡口往 大里程基本平行于隧道走向发展，长约 40m，020m 裂缝宽度为 25cm，2040m 裂缝宽度从 2cm0cm 过渡。另在 DK44+090 处中往左 17.5m 处有一道裂缝，长度约 5m，宽度约 1cm。 发现裂缝后，于 4 月 2 日下午，在主裂缝处设置了 4 个水泥块裂缝观测 点，2012 年 4 月 2 日6 日水泥块监测点监测数据如下表（单位：mm）： 序 号 测点 位置 2 日3 日4 日5 日6 日 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 4 上午下午上午下午上午下午上午下午上午下午 1DK44+085布点555515151515 2DK44+090布点51015204550500 3DK44+095布点00005555 4DK44+100布点00000000 裂缝自监测起，变化最大为 DK44+090 左 32.25m 处裂缝，自布点起到 6 日增加至 50mm，加上监测点埋设前裂缝已张开至 50mm，裂缝总宽度已达到 100mm，特别是 4 日晚上大雨后一个晚上的变形量增加了 25mm。 洞内收敛量测自开挖至今 DK44+080+110 段左侧明显发生了围岩收敛 情况，DK44+097 典型断面中数据反映隧道左侧拱肩最大变形量往洞身收敛 45.5cm，扣除预留变形量 15cm 后，还侵入二衬净空 30.5cm，右侧拱腰最大 变形量为超挖 21.6cm 扣除 15cm 预留变形量，已外张 6.6cm。经观测，4 月 7 日至今变形已暂趋稳定。 4.处理方案 一、为稳住初期支护的变形，现场采取洞内临时仰拱及加设临时型钢支 撑加固措施，根据现场量测情况及初支变形情况，分为 3 种形式进行加设： （1）DK44+072078、DK44+079.2100.2、DK44+100.2114 段临时支撑 钢架，钢架采用 I22a 工字钢，纵向间距为 1.2m， “米”字型支撑；加固形 式如下图所示： 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 5 （2）DK44+078079.2 段临时支撑钢架，钢架采用 I22a 工字钢，纵向 间距为 0.6m，环形拱架加十字形支撑，采用电焊与原初支钢架焊接；加固 形式如下图所示： （3）DK44+072DK44+100.2 段采用增加临时仰拱及临时支撑为下阶段 换拱提供安全保障，临时仰拱采用 I22a 工字钢，纵向间距同初支钢架间距 0.6m，连接筋采用 22 钢筋，环向间距 1.2m，喷射 C30 混凝土封闭，仰拱 填充采用 C20 混凝土回填； （4）拱墙临时支撑钢架纵向间采用 22 螺纹钢连接，每根连接筋长度 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 6 L=1.5m，主要连接部位为竖向及横向钢架处，电焊焊接，钢架间节点处，采 用角钢焊接加固。 二、DK44+123.4DK44+114.5 段经实测局部初支面经凿除部分喷射砼后， 最大侵入 4cm，采用增加钢格栅骨架措施后进行该段二衬施工，格栅间距 0.6cm 一榀；施作后加紧跟进未侵限部分二衬施工。格栅加强形式见下图： 三、对 DK44+114+072 段从大里程逐环开始，按照先墙后拱的顺序对 每环初期支护侵限的拱架进行分段分部拆除进行置换，每次只能更换一榀拱 架。 四、上台阶换拱施作至 6m 后拆除该段临时仰拱，并施作此段下台阶初 支，下台阶初支完成 6m 后，紧跟仰拱初支及仰拱二衬混凝土施工，及时封 闭成环。换拱、下台阶初支、仰拱初支及仰拱二衬完成 9m（即二衬台车长 度）时，及时施作钢筋混凝土拱墙二衬进行封闭。 五、洞内换拱作业流程及工艺要求 （1 换拱工艺流程如下图所示： 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 7 换拱工艺流程图 （2）充分利用换拱台车长度，采用先墙后拱顺序开挖，且每次只能开 挖一榀，开挖主要以人工风镐开挖为主，尽量减少对围岩的扰动。开挖预留 变形量由设计的 15增加到 25。 （3）换拱段落初期支护参数：喷射混凝土厚 30cm，型钢钢架采用 I22a，纵向间距 0.6m，钢架每端脚部设 6 根锁脚锚管，长度 4m。 施 工 准 备 拆除套拱及钢支撑 凿除换拱部份喷射混凝土 切除连接筋及钢筋网片 拆 除 原 拱 架 凿除侵限部分围岩 安设拱架施作初期支护 拆除临时仰拱 下台阶开挖及支护 仰拱及二衬跟进施作 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 8 （4）拆除侵限初期支护施工注意事项： a. 风镐凿除喷射混凝土之前，必须先把喷射混凝土的凿除部份与不需 凿除部份在分界处切开分离，以防对不凿除部份混凝土造成损坏。 b. 不能大面积拆除初期支护，每循环拆除纵向长度为一榀钢架（0.6m） ， 防止塌方及冒顶。 c. 凿除喷射混凝土时如果锚杆垫板被破坏则需按设计要求更换。 d. 拆除后必须及时初喷。 （5）更换钢架施作要点： a. 钢架施工流程如下图所示 初 喷 台架上安装钢架 隐蔽工程检查验收 喷混凝土 定位锚杆施工 中线标高测量 和定位锚杆焊连定位 加设鞍形垫块 安装纵向连接筋 钢架预拼 钢架加工、质量验收 割除侵线钢架 清除欠挖 钢架施工工艺流程图 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 9 b. 喷射混凝土凿除后，拆除钢架，人工清除欠挖围岩土，初喷 4cm 混 凝土后施作定位锚杆，挂设钢筋网片。 c. 把加工好的钢架运至作业平台上拼装钢架，就位调整后定位，在钢 架与围岩的空隙处加设混凝土垫块，楔紧钢架。按设计要求焊纵向连接筋。 d. 喷射初支混凝土。 e. 钢架施工允许偏差需符合规范要求，钢架垂直于隧道中线，上下、 左右允许偏差5cm，钢架倾斜度不得大于 2。 （6）下台阶及仰拱、二衬施工 a. 上台阶换拱施作至 6m 后拆除该段临时仰拱，临时仰拱采用机械拆除。 b. 临时仰拱拆除后施作此段下台阶初支，下台阶左右两侧需错开施工， 左右错开间距不小于 3m，下台阶开挖支护每循环进尺不得超过 1.2m，即 2 榀型钢架。 c. 下台阶初支完成 6m 后，紧跟仰拱初支及仰拱二衬混凝土施工，及时 封闭成环。仰拱每循环浇筑长度不得超过 6m。 e. 换拱、下台阶初支、仰拱初支及仰拱二衬完成 9m（即二衬台车长度） 时，及时施作钢筋混凝土拱墙二衬进行封闭。 5、监控量测 （1）. 在隧道换拱的全过程中到二衬施工前，要求连续进行拱顶下沉量 测及水平净空收敛量测，以判断围岩动态和指导安全施工。 （2）. 施工前，在该段初期支护钢架上布置监控量测点，拱顶下沉及净 空收敛观测点按每 5 米一个断面进行布设，以观测围岩及初期支护结构的变 化，换拱作业需在围岩量测数据显示稳定后，进行逐榀更换。 （3）. 换拱施工完的初期支护上每 5 米设置一组观测点，并且在换拱施 工完 2 小时内进行第一次观测，观测频率为每天 2 次，直至二衬施作完成后 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 10 为止。 （4）. 根据现场量测数据绘制位移-时间曲线图，在位移-时间曲线趋于 平缓时进行回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律，回归分析为建 立下沉量（U）随时间（T）发展的时态函数，根据测点位移变化速率判断围 岩稳定状况，当隧道周边变形趋势有明显减缓趋势，则说明隧道变形基本处 于稳定状态，当变化速率过快、过大，或当位移-时间曲线出现反弯点时， 说明位移出现反常的急剧增加现象，表明围岩及支护已呈失稳状态，应及时 加强支护并停止换拱作业。 6、洞内施工安全保证措施 （1）. 安排专职人员对隧道状况进行每天两次以上巡视，观察拱部喷射 混凝土状态，具体包括洞身裂缝、掉块、异常情况，另外对山体变化状况进 行观测。发现异常状况的部位、形状、数量作好施工记录，并及时向上级部 门汇报。 （2）. 为了确保人身安全，除施工人员外，原则上不允许其他人员进入 该施工段内，并对洞内施工人员进行出入登记记录，全面了解洞内施工人员 情况。 （3）. 拆除拱架时不得使用爆破拆除，使用风镐进行人工凿除。拆除时， 要随时注意围岩情况，如发现围岩破碎及掉块现象，立即停止拆除，用喷射 混凝土封闭拆除面后进行径向注浆，以稳固围岩。 （4）. 风镐凿除混凝土时，下方严禁站人，割除连接筋、钢筋网以及清 理欠挖时，作业台车下严禁过往人员。 （5）. 钢拱架施工安全技术措施： 在钢拱架制作和搬运过程中，应将钢拱架构件绑扎牢固，以防止发生 整体构件或连接铁件碰撞伤人、车辆倾覆、构件坠落等事故。 钢拱架的架设应由专人按规定的信号进行指挥，随时观察围岩动态或 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经理部 沪昆客专长昆湖南段 CKTJ1 标官家山隧道进口初支变形处理方案 11 初喷射混凝土层的变化情况，防止落石或坍塌引起伤人事故。 架设时，应采用纵向连结件将相邻的钢拱架连结牢固，防止钢架倾覆、 掉拱或扭转、变位等造成安全和质量事故。 对钢拱架应经常检查，如发现扭曲、压屈等现象或征兆时，必须及时 采取加固措施。必要时应使其他人员迅速撤至安全地带，防止因坍塌造成伤 亡事故。 f. 喷射混凝土施工安全技术措施： 在喷射混凝土作业开始前，应详细检查围岩受喷面，彻底清理危石， 浮石。采用合适的降尘措施，控制施工现场空气中粉尘含量。对从事喷射作 业的人员，应定期进行健康检查。进行喷射作业时，必须配带防护用具（防 尘口罩、防护面罩、眼镜、胶皮手套、劳保雨鞋等） 。 在开始喷射作业时，应由专人仔细检查管路、接头等，防止喷射时发 生因软管破损或接头断开等引起的生产乃致工程质量事故。 当采用人工喷射时，应配备辅助喷射支架，防止在发生管路堵塞时因 喷嘴剧烈振动而引起的危害。当转移喷射地点时，必须首先关闭喷射机；在 有条件时应采用机械手喷射，在喷嘴前方不得站人。 在处理管路堵塞时，喷头应有专人看护，以防消除堵塞后，喷头摆动 喷射伤人事故。 在喷射混凝土施工时，为避免供料、拌和、运输、喷射作业之间的干 扰，应有统一的联络信号和联络方法，喷射作业应由班组长按规定的联络信 号和方法进行指挥，防止因喷射手和机械操作人员之间联络不佳造成事故等。 7应急预案 为最大限度地减轻因隧道坍塌事故造成的人员伤害、财产损失。使事故 应急处理工作迅速、高效和有序进行， 中铁二十五局集团沪昆客专长昆湖南段项目经