特殊地形隧道出口导洞出洞施工工艺参评工程师论文刘闯闯

1、特殊地形隧道出口导洞出洞施工工艺 单位：成兰铁路工程指挥部刘闯闯摘要：王登隧道出口段施工接近尾声，由于地形的限制，无法正常的从洞外进行导向墙、管棚施工等常规的进洞施工，根据成都铁路局、成都监督站相关领导现场调研指示，以及成兰建设指挥部总体要求。为加强现场施工安全管理，提高现场文明施工水平，全面确保安全生产目标的实现，针对性的进行王登隧道出口段的施工，本文根据现场实际情况，采用科研引导、稳扎稳打的方针，制定了详细的施工方案，顺利完成王登隧道出口的导洞施工工艺。1、 工程概况 1地形地貌王登隧道全长6601m，测区位于青藏高原东部边缘，群山林立，坡陡谷深，属构造剥蚀高中山地貌，位于四川省阿坝州松潘

2、县镇江关乡境内。线路沿岷江右岸逆流而上，距岷江100m1000m，属傍山隧道，地势左高右低，地面高程23503460m，相对高差400800m，最低点位于岷江河谷。区内山脉总体呈SN向展布，沿岷江右岸山脊与横向深切沟谷相间分部，地形跌荡起伏，自然坡度1560，地势普遍陡峻，部分地段为悬崖绝壁。其中王登隧道2#横洞工区起止里程为D1K209+970DK212+845，全长2175m。 2地层岩性上覆第四系全新统坡崩积层（Q4dl+col）细角砾土、碎石土、块石土，冲洪积层（Q4al+pl）粉质粘土（软塑）、粉质粘土（硬塑）、粗圆砾土、卵石土，泥石流堆积层（Q4sef）碎石土，坡残积层（Q4dl+

3、el）碎石土；下伏基岩为三叠系上统新都桥组（T3x）千枚岩夹砂岩，朱倭组（T3zh）砂岩夹千枚岩，中统杂谷脑组上段（T2Z2）砂岩夹板岩、千枚岩，杂谷脑下段（T2Z1）砂岩、板岩、灰岩、千枚岩。岩性主要以千枚岩、板岩为主砂岩、灰岩、页岩（含煤层）。 3出口概况隧道出口端基岩出露，但岩质软弱，需加强边仰坡防护。DK212+700+820段左上斜坡体较陡，发育有危岩，对隧道出口影响较大，隧道施工前先行清除斜坡体上的不稳定危岩，加强隧道出口端的防护措施，隧道出口仰坡高而陡，岩层强风化，力学性质差，为确保洞口开挖坡面的稳定，与线路左右侧各设置一根锚索桩，并与天沟外设置一道被动防护网。2、 方案比选针对

4、王登隧道2#工区关于出口贯通的诸多问题，成兰11标段施工人员进行讨论、研究，共制定三种施工方案。具体如下：(1)通过休整洞口便道、刷坡，进行边坡防护、截水天沟等施工，在洞口处休整5m左右宽度的管棚施工平台，进行洞外管棚施做。 (2)首先进行洞内管棚施做，使出口位置形成一个圆弧支护，接着进行小导洞出洞，主要目的是挖机和人员的顺利出洞，然后进行边仰坡的防护和截水天沟等工作。防护工作完成之后进行主洞的施工。 (3)在洞口适当的位置、角度，进行脚手架的施做，并人工进行刷坡等后续工作。边仰坡的施工完成后，人工进行休整5m左右宽度的管棚施工平台，进行洞外管棚施做。完成之后，进行从内向外进行主洞的施工。 针

5、对如上方案，我标段施工人员进行讨论、研究，通过分析如上三种方案的利和弊制定出适合王登隧道2#工区顺利、安全贯通的方案。针对方案（3），由于王登隧道出口位置紧邻岷江，并原有一条河边小道。施做脚手架的位置满足条件，但是由于出口的原地面是坡度约为50-70的半山腰，隧底的位置距河边小道的高度为34.7m。进行下一步的刷坡和管棚存在无法克服的难度：首先挖机不能准确安设在固定的位置。第二是在施做管棚前的导向墙时，由于罐车无法上料，距离过高，依然无法施工。第三管棚机无法安设在设计的位置。方案（1）和方案（2）都可以满足上述条件。故方案（3）首先排除。 针对方案（1），是进行洞口的便道休整，由于出口原地貌是

6、50-70的陡坡，高差在34.7m，考虑到罐车和挖机的行使方便。便道的坡度必须控制在10左右，便道的长度应该控制在350-400m左右。由于原地貌上在岷江和山体之间有一条小路。便道的一半在原有的小路边扩建，另一半再起坡，路程过远。在休整便道的同时，难免会破坏原地貌。根据现场的地形情况，只能在岷江上游进行休整便道。根据现场的观察和设计的水文地质情况，表皮存在0-5m的碎石土。便道的休整会破坏原有的承载能力，使之重新分配。增大了安全隐患。强风化的土层下面是强度较好的千枚岩夹砂岩，便道的休整肯定需要装药爆破。必须事先增加空压机和人员，并且高压电必须满足要求，费用过高。加上爆破效果存在较大的安全隐患，

7、进一步扩大了原有山体的承载力的分配。由于王登隧道2#工区出口有岷江村。进行便道休整和主体工程施做时，难免会给村民造成一些污染和噪音。引起村民和施工之间的矛盾。给下一步的施工造成一些不必要的影响。 针对方案（2）, 由于小导洞是在管棚施做完成之后进行，避免了围岩的不稳、岩层较差等影响。提高了安全系数。在山体表面增加主动防护网，避免山体的孤石的滚落，安全系数进一步提高。由于小导洞出洞之后进行边仰坡的防护等后续工作，对山体的破坏能力有所降低。对山体的自稳情况没有收到太多的破坏。使应力没有重新分配，起到很好的保护作用。通过激烈的讨论和认真的研究。我施工单位认为方案（2）在针对王登隧道2#工区的出洞方案

8、最有效、最直接、最安全。3、 出洞原则贯彻早进洞晚出洞的原则，出动前先清理洞顶仰坡，做好地表排水，封闭洞顶地表裂隙、夯填整平洞顶低凹、空洞等。当洞口山坡局部存在危岩落石时，应结合具体情况，采取清除、支挡等措施。隧道洞门应尽早尽快修筑，以确保洞口施工安全。边、仰坡开挖中，如果地质条件较差，应采取临时支护措施，保证边、仰坡的稳定，如采用喷锚支护。施工中应注意观察洞口段地质条件与洞外地表的变化，及时进行地表沉降观测，当发现异常时，应及时采取有效措施，以确保施工安全。隧道出口仰坡发育有危岩落石，施工前应对松动危石进行清除、支顶、嵌补，并于出口天沟外设置一道被动防护网。隧道出口紧邻桥台工程，施工中应合理

9、安排施工工序，避免施工干扰，确保施工安全。4、 施工工艺 1技术准备隧道出口端基岩出露，但岩质软弱，需加强边仰坡防护。隧道出口仰坡高而陡，洞口地形环境复杂，管棚无法从洞外施作，需从洞内往外施作。施工前对管棚施工方法、导洞出洞工艺、出口边仰坡的防护等技术要求进行详细的交底。 施工准备洞内管棚施工小导洞出洞边仰坡防护锚索桩施工 护拱施工正洞施工洞门施工桥台施工结束 施工工艺流程图 2 洞内管棚施工 2.1测量放线隧道洞口里程为D1K212+845，施工至D1K212+810时，抬高初支面，做出管棚工作室，测量组根据隧道纵断面设计线、隧道轴线，对初支断面进行顺接抬高40cm，考虑施做大管棚的角度等问

10、题，顺接抬高长度为3m。以便施做洞内导向拱和108大管棚。详见图如下：2.2布置导向管测量组检查开挖断面合格后，在距离初支拱架60cm处施做I20b导向拱架，共2榀。预留一定的倾角，保证导向管的角度控制到0-3。放出导向拱架上的具体位置、高度，并布置好桩点，采用114钢管作为导向管，安设在导向拱架上，焊接牢固。并用22连接钢筋与I20b型钢拱架牢固焊接为一整体,作好技术交底。2.3 搭设作业平台 钻机平台用碴土层层碾压，层层填筑，钻孔由1台钻机由高孔位向低孔位进行。 平台要支撑于稳固的地基上，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。 钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平

11、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轴线相吻合。2.4 钻孔为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性，钻杆连接套应与钻杆同材质，两端加工成内螺扣（钻杆首尾端外螺扣）。为防止钻杆在推力和振动力的双重作用下，上下颤动，导致钻孔不直，钻孔时，应把扶直器套在钻杆上，随钻杆钻进向前平移。钻孔前，精确测定孔的平面位置、外插角，并对每个孔进行编号。根据导向管的倾角和方向，利用钻杆的延伸和吊锤准确确定钻孔的方向，即可固定钻机。利用钻机的变角度油缸，参照导向管的倾角确定钻机的倾角，确保钻杆线与开孔角度一致，以达到钻进的导向作用。钻杆最大下沉量及左右偏移

12、量为钢管长度的1%左右，并控制在20cm30cm。钻机开孔时钻速不易过快，钻深20后转入正常钻速。第一节钻杆钻入岩层尾部剩余2030时钻进停止，用管钳人工卡紧钻杆,钻机低速反转，脱开钻杆,钻机沿导轨退回原位，人工装入第二根钻杆,并在钻杆前端安装好联结套,方向对准后联结成一体。钻孔达到深度要求后，按同样方法拆卸钻杆，钻机退回原位。换钻杆时，应注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，出风口是否顺畅等，不符合要求的应及时更换以确保正常作业。钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。认真作好钻进过程的原

13、始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报的参考资料，指导洞身开挖。2.5 清孔验孔用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。用高压风从孔底向孔口清理钻渣。用全站仪、测斜仪等检测孔深、倾角。2.6 管棚加工钢管在专用的管床上将导管四周钻设孔径1016mm的注浆孔，孔间距1520cm，呈梅花型布置。管头焊成圆锥形，便于入孔。根据管棚的长度，来确定下料长度，一般长度控制在3m或6m，采用114mm*6mm丝扣连接接长,丝扣长度30cm；为保证管棚相邻接头能错开，当管棚下管时，奇数孔第一节用3米长的钢管，偶数孔时第一节采用6米长的钢管

14、，以后每节均采用6米长钢管。每孔第一节端头加工成锥型，长为10cm，最后一节尾部焊10mm加强箍。在距孔口1米内不得加工注浆孔。2.7 安装管棚管棚顶进采用挖掘机和管棚机钻进相结合的工艺，即先钻大于管棚直径的引导孔，然后用挖掘机在人工配合下顶进钢管。每钻完一个孔便顶进一根钢管，各钻孔均应做好施工记录。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。钢管中增设钢筋笼以提高钢管的抗弯能力，钢筋笼由四根18钢筋和42钢管固定环组成。图2-7-1 钢管构造示意图图2-7-2 钢管注浆孔展示图(单位:mm)2.8 注浆安装好有孔钢花管、放入钢

15、筋笼后即对孔内注浆，浆液由高速制浆机拌制。注浆材料：注浆材料为M10水泥砂浆。采用注浆机将水泥浆注入管棚钢管内，初压0.51.0MPa，终压2MPa。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。单孔注浆结束标准：(a)、注浆压力逐步升高，当达到设计终压并稳定10min；(b)、注浆量不小于设计注浆量的80%；(c)、进浆速度为开始进浆速度的1/4。注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。 钻孔施工 管棚注浆3 小导洞出洞在洞内管棚施做完成后，上台阶D1K212+831-D1K212+841处施

16、做弧形小导洞，此时洞顶埋深为5.5米，小导洞宽6m，高5m，以便后期挖机等机械通过对洞门处进行边坡施工。 小导洞采用I16拱架，间距1m，拱架间采用22连接筋焊接牢固，环向间距1m。为保证拱架的稳定，拱脚处30cm处锁脚采用42无缝钢管，单根长4m，每榀2跟。由于出洞处危岩较为破碎，存在较大风险，拱部采用42超前小导管，环向间距为40cm，外插角为10-15，单根长度为3.5m，并进行注浆。采用C30喷射混凝土，喷锚厚度为23cm。保护层厚度为4cm。 4正洞出洞在导洞完成后，暗洞反向施做初期支护。逐榀拆除原有的小导洞支护，通过短进尺、若爆破的原理，进行正洞的正常施工。五、施工注意要点1管棚施

17、工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、钻孔外插角2为宜，工点应根据实际情况作调整。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13。施工中应严格控制钻杆下沉量及左右偏移量。3、管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。4、经常检查孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，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、大管棚必须在洞身开挖前完成。洞口开挖时应预留管棚施工台阶，搭设管棚施工工作室，钻机脚手架平台应支撑在稳固的地基上。在软弱围岩地段，立柱底应加设垫板或垫梁。7、在施作大管棚预支护的过程中应设置必要的监测

18、项目，根据监测反馈信息及时采取相应的措施以保证施工安全和施工质量。2小导洞施工1、小导洞施工必须以设计上台阶的拱脚处进行施做，拱部距设计初支轮廓线大于1m，保证导洞中的超前小导管不侵入设计初支轮廓线，后期进行拆除时减少安全隐患。2、小导洞的施工必须按照设计的内轨顶纵坡进行施做。及时进行测量放线，减少偏差。3、当隧道掌子面施工至距贯通面约10m时，每循环钻眼增加23个探眼，探眼深度5m，以探明具体剩余距离，便于安全出洞。六、施工所需设备设备机具配置表序号设备名称规格及型号单位数量备注1挖掘机Pc220台12装载机250kw台13潜孔钻进Y-90台14注浆泵2G3SNS台25电动空压机台16高速制浆机个17储浆桶个28型钢弯制机