三台阶法施工工艺111课件

1、在木寨岭隧道的运用中国中铁隧道股份有限公司 兰渝铁路LY-3标一工区三台阶法施工工艺第1页，共33页。目录 一、工程概况 三、总体施工思路四、施工方法及参数 五、监控量测 二、施工技术措施 六、劳动组织七、工序时间第2页，共33页。 一、工程概况 新建兰渝铁路木寨岭隧道位于甘肃省定西市漳县和岷县交界处，隧道全长19050m，全隧道共设8座辅助坑道，是全线控制性重点工程。 木寨岭隧道地质条件异常复杂，主要以二叠系下统的炭质板岩为主，砂岩及板岩多呈互层或夹层分布。隧道通过地段主要存在褶皱、断层、高地应力、地温等不良地质，受构造影响岩体破碎，工程在设计阶段风险评定为极高风险隧道。第3页，共33页。二

2、、施工技术措施 隧道质量取决于工艺质量，工艺质量取决于 开挖、初期支护及防排水质量等。隧道开挖工序是隧道施工的龙头，其施工质量直接影响着后序施工的质量及成本控制。根据木寨岭隧道地质复杂多变，进口段主要围岩以、围岩为主，岩体破碎，围岩自稳能力差，易产生坍塌和大变形等情况。 即现场采用了三台阶法施工，并且遵守“预支护、后开挖、短进尺、少扰动、强支护、弱爆破、勤量测、早封闭、快衬砌”的原则进行隧道施工。第4页，共33页。总体施工思路：以防坍塌为主、三台阶法施工、上台阶预留核心土、量测为依据、稳步推进。防塌主要以超前预支护为主、开挖以三台阶法施工，监控量测以洞内、地表量测数据为依据施工。1.超前地质预

3、报 为确保施工安全，在进行TSP连续超前地质预报的基础上，每循环开挖前沿开挖轮廓线施做深度5.0m的加长炮眼进行地质补探，如无异常则正常施工，如发现异常则采取补充注浆加固措施或采用3050m深地质钻孔进行补充超前地质探测，探明前方地质情况后再制定合理的施工方案。2.预支护 按照“预支护、后开挖”的原则进行施工，拱部120范围内施做42超前小导管进行超前支护，并注凝结时间较短的普通水泥水玻璃双液浆超前加固围岩，通过水泥水玻璃双液浆使破碎围岩相互胶接形成整体结构，提高围岩自稳能力，防止开挖后产生掉块、片帮、坍塌等事故。三、总体施工思路第5页，共33页。3.开挖初支施工 超前预支护完成后采用三台阶法

4、开挖，开挖过程中严格按照“短进尺、多循环、强支护、弱爆破、勤量测、早封闭、快衬砌”的原则施工。开挖完后及时进行初喷砼封闭围岩及掌子面，然后架立型钢钢架、临时仰拱钢架，并施做锚网喷初期支护及临时仰拱喷砼，封闭围岩并初期支护封闭成环、使围岩与初期支护形成整体受力结构。在中台阶开挖初支施工前，采取开挖中槽的方式将中台阶中部岩土挖除，保证上台阶施工时辅助施工机械有足够的作业空间，同时在两侧拱脚位置留宽度不小于1m的安全岩体，防止两侧拱脚悬空，保证施工安全。中台阶、下台阶采取左右错进的方式进行施工，保证两侧拱架脚板不同时悬空，减少中台阶、下台阶施工对已施工完成的上断面的扰动，防止掉拱等安全事故的发生。第

5、6页，共33页。4. 监控量测开挖初支施工工程中、仰拱衬砌施工前后，及时进行地表沉降、拱顶下沉、净空收敛等项目的监控量测，及时对量测结果进行回归分析，反馈指导施工，及时调整施工参数和施工方法，保证施工安全。5. 仰拱二衬施工拱墙开挖初支施工完成后，在保证下断面出碴的条件下，及时进行仰拱开挖和仰拱、衬砌砼施工，使拱墙、仰拱支护结构封闭成环，保证施工质量和安全。仰拱一次开挖长度不得大于3m，仰拱施工距离掌子面不得大于35m，衬砌施工距离掌子面不得大于70m。 第7页，共33页。四、施工方法及参数1.超前地质预报施工前采用TSP进行连续的超前地质预报，探明前方围岩情况后根据地质情况制定合理的施工方案

6、进行施工。每循环开挖前沿开挖轮廓线施做5个深度不小于5.0m的加长炮眼进行地质补探，如无异常则正常施工；如发现异常则根据情况采取补充注浆加固措施或采用3050m地质钻孔进一步探明前方地质情况后制定合理的方案进行施工。加长炮眼布置详见下图“5m加长炮眼布置横断面图”。 第8页，共33页。5m加长炮眼布置横断面图第9页，共33页。2.超前小导管预支护2.1.施工参数拱部120范围内设置42超前小导管预支护，小导管外插角510，小导管设计环向间距40cm，施工过程中可根据实际围岩情况和超前支护效果检查情况适当调整为3040cm；小导管设计长度为3.5m，纵向搭接长度为1.0m，结合现场施工情况将小导

7、管长度调整为2.5m，每施做2榀（1.3m）工字钢钢架施做1循环超前小导管。小导管施工横、纵断面尺寸详见下图。 第10页，共33页。小导管横断面布置图 小导管纵断面布置图小导管采用直径42mm、壁厚3.5mm的无缝钢管加工而成，前端加工成锥形以便于打入，管身加工成钢花管，间距20cm割直径68mm注浆孔，梅花型布置，尾端100cm范围内不割孔作为止浆段。第11页，共33页。 由于在拱架外侧施做超前支护时，会造成外插角过大，认为会造成小导管以下部位坍塌，所以可在拱架上割孔，减少外插角。小导管加工示意图第12页，共33页。2.2.施工方法 小导管采用钻孔打入法施工。首先在钢拱架腹板中心线按照设计间

8、距割50孔，钢架施工完成后采用50钻头沿孔向前钻孔，为保证小导管打入深度，钻孔深度不小于2.6m。钻孔完成后采用高压风进行清空，清空完成后采用风钻将小导管顶入孔内，尾端与钢架可靠焊接。2.3.超前预注浆加固 每循环超前小导管施工完成后对小导管注凝结时间较短的普通水泥水玻璃双液浆进行预加固。为提高浆液强度，采用水灰比W:C=0.61：1，水泥浆、水玻璃体积比C:S=2：1的双液浆，添加缓凝剂（Na2HPO4）调节浆液凝胶时间，注浆终压控制在1.21.5MPa。为提高注浆效率、缩短施工时间，注浆时采取35孔同时注浆的方法进行。 第13页，共33页。3.开挖及初支3.1. 开挖施工采用三台阶法施工，

9、上台阶施工过程中预留核心土，中台阶开挖前先开挖中槽；开挖前先施工拱部超前小导管预支护，开挖时采用人工开挖、挖掘机配合、修整至设计开挖轮廓，局部遇孤石时可采用小药量松动爆破，开挖后及时进行初喷砼封闭拱墙及掌子面。 第14页，共33页。1）开挖方法 小导管注浆使小导管与前方围岩形成棚架结构后采用短台阶法向前开挖，台阶长度控制在35m，循环进尺控制在1.4m（2榀钢架），如遇围岩条件太差初期支护变形较大则调整为0.7m（1榀钢架）；并在拱墙初期支护施工时在台阶底板安装临时钢架并喷10cm砼形成临时仰拱，使初期支护封闭成环。中台阶施工前先开挖中槽，两侧拱脚位置预留宽度不小于1m的安全岩体，然后再左右错

10、进开挖并施工初期支护；下台阶采取左右错进的方式直接进行施工；中台阶、下台阶左右错开距离不小于2m（3榀钢架），减少中台阶、下台阶施工对已施工初支的扰动。台阶法施工步骤详见“三台阶法施工步骤横断面图”、“三台阶法施工步骤纵断面图”、“三台阶法施工步骤平面图”。 第15页，共33页。 a、钻眼 钻眼前先由测量组在掌子面画出周边轮廓线和每个炮眼的位置，放样宜采用全站仪或其他类似的仪器，尽量减少人工操作，周边轮廓线的放样允许误差为 2cm。 炮眼的深度和斜度应符合钻爆设计，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度及装药量，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。 钻眼完毕，应按炮眼布置图进行检查并做好

11、记录对不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后方可装药。 b、装药 爆破工装药前，应与班组长、领工员对开挖工作面附近及炮眼等进行全面检查，对检查出的问题及时处理。 炮眼内岩粉应清理干净，装药作业与钻孔作业不能在同一开 挖工作面进行。所有装药的炮眼都堵塞炮泥，堵塞长度不宜小于30cm。 见附图：第16页，共33页。钻爆布孔图第17页，共33页。三台阶法施工步骤横断面图第18页，共33页。第19页，共33页。3.2.初支施工本段施工采取单工序作业，随开挖、随支护，支护紧跟掌子面。每循环出碴完成后及时施做喷-锚网-钢-喷初期支护，初期支护施工完成后再进入下一循环施工。本施工段拱墙设置20钢架，纵向间距1

12、榀/0.6m；上台阶拱架完成后在两侧拱脚各施做一组（两根）32锁脚锚管，长度3.5m；拱墙设砂浆锚杆，长度4.0m，间距1.2m1.0m（环纵）；拱墙设置8钢筋网片，网格尺寸20cm20cm，喷C30砼总厚度27cm。详见“级围岩加强段初期支护参数断面图”。 第20页，共33页。1）钢架安装 、拱部单元安装顺序，拱脚部位铺设槽钢垫板，施作定位锚杆对应拱部单元架设墙部钢架单元，布设纵向连接钢筋，钢架脚板处采用螺栓直接连接。 、加强钢拱拱（墙）脚锚杆（管），锁脚锚杆（管）与钢架牢固焊接，锁脚锚杆直径不小于22mm，长度不小于3.5米，以控制基脚变形。 、当拱脚标高不足时，不得用块石、碎石砌垫，而应

13、设置钢板进行调整，必要时可以用混凝土加固基础，混凝土强度不小于C20。 、钢架安装前应清除脚底下的虚碴及杂物，拱脚必须放在牢固的基础上。钢架安装允许偏差：横向和高程为5cm，安装间距为10cm， 垂直度为 2度。 、架立时测量人员全过程进行测量控制，及时调整拱架位置和高程，保证拱架的位置和高程符合要求。 、钢架与围岩的间隙，不得用片时回填，必须用喷射混凝土充填密实，钢架应全部被混凝土覆盖，保护层厚度不得小于4cm。 第21页，共33页。2）锚杆施作 本隧道主要施作三种锚杆： 砂浆锚杆 砂浆锚杆应按设计要求定位孔位，其允许偏差为15cm，钻孔应与围岩壁面或其所在部位岩层的主要结构面垂直。 锚杆安

14、装前必须除去杆上的油污、铁锈急杂质，其长度误差为1cm。 锚杆孔径应大于杆经15mm，锚杆钻孔深度应大于锚杆设计长度10cm，锚杆孔位深度允许偏差5cm. 锚杆插入孔内长度不得小于设计长度的95%，安装后外露长度不得大于10cm。 锚杆垫板尺寸为150*150*6mm，锚杆前端车丝长度大于510cm，上M16螺母。垫板应紧贴岩面，围岩不平要用M10砂浆抹平。 锚杆应垂直于开挖轮廓线布设。对层积岩，锚杆应垂直于岩面。第22页，共33页。 组合式中空锚杆 锚杆注浆料可采用纯水泥浆或1:1水泥砂浆，水灰比0.40.5，采用水泥砂浆时，砂子粒径不大于1mm。 注浆压力不得大于0.4Mpa，一般按单管达

15、到设计注浆量作为结束标准。当注浆压力达到设计终压不小于20min，进浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆，并保证锚杆孔浆液注满。 最后在综合检查判定注浆质量合格后，用专用螺帽将锚杆头封堵，以防浆液倒流管外。第23页，共33页。 自进式锚杆 首先按设计要求，在自进式锚杆安装前，应检查锚杆体中孔和钻头是否畅通。 锚杆体钻进至设计深度后，应用水或空气洗空，直至孔口返气或返水，方可将钻机卸下。 锚杆注浆料可采用纯水泥浆或1:1水泥砂浆，水灰比0.40.5，采用水泥砂浆时，砂子粒径不大于1mm。 注浆压力不得大于0.4Mp，一般按单管达到设计注浆量作为结束标准。当注浆压力达到设计终压不小于20min，进

16、浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆，并保证锚杆孔浆液注满。 最后在综合检查判定注浆质量合格后，用专用螺帽将锚杆头封堵，以防浆液倒流管外。第24页，共33页。3）钢筋网 拱墙设置8钢筋网，网格尺寸必须符合设计要求。 为了加快初期支护作业速度，钢筋网应在洞外预制成网片，网片制作采用焊接，必须要保证牢固。 钢筋网应随受喷面起伏铺设，与受喷面间隙控制在3cm左右，钢筋网保护层厚度不得小于1cm。 钢筋网搭接长度应为12个网格尺寸，搭接方式为焊接。4）喷射混凝土 喷射混凝土采用湿喷工艺，严禁采用干喷。 喷射前处理危石，检查开挖断面净空尺寸，当受喷面有涌水、淋水、集中出水点时，先进行引排水处理。 用高压

17、风水冲洗受喷面，设置控制喷砼厚度标志，喷射作业分段、分片、分层，由下而上进行，有较大凹洼处，先喷射填平。 喷嘴垂直于岩面，距受喷面0.81.2m，呈螺旋移动，风压0.50.7Mpa，液态速凝剂由自动计量在喷嘴处掺入。 最后复喷砼至设计厚度，出喷面平整圆顺。第25页，共33页。 5）隧道超欠挖控制 隧道开挖的超欠挖指开挖处至设计开挖轮廓线 的垂直距离，及该点到设计圆心的距离与设计半 径之差。开挖轮廓线的下限半径为:设计半径+预 留量（立拱架前的突变和拱架安设后的变形（按20- 30cm考虑）+二次衬砌模板变形加大量5cm。开挖轮廓线的上限半径：开挖下限半径+监控量测动态管理的预留沉降量。我们主要

18、采用悬高法和支距法进行超欠挖检测，这两种方法操作简单快捷。第26页，共33页。级围岩初期支护断面图第27页，共33页。4、仰拱施工 a、隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，为循环开挖长度宜控制在3m以内。当仰拱施工滞后下台阶开挖面3040m时应停止前方工作面开挖或者短距离跳段进行隧底开挖。短距离跳段的次数不得多于3次，每次跳段间距不得大于10m。 b、 隧底开挖后，应及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，立即初喷该开挖段，以致砼面及时封闭岩面。按照设计及时安装仰拱拱架，复喷砼至设计厚度，是初期支护及时封闭成环。 c、仰拱应超前拱墙衬砌，仰拱应用专用模板成型，分段全幅浇筑，一次成型，施工缝和变形缝设置防水结构。仰拱表面坡度应符合设计要求，应平顺，排水通畅不积水。第28页，共33页。 五、监控量测 围岩监控量测，通过施工现场监测掌握围岩和支护在施工过程中的力学动态及稳定程度，保障了施工安全。 根据本区段地质特点及要求，加强了现场量测，对评价和修正初期支护参数及对二次衬砌提供了信息依据。本隧道测量内容包括地质和初期支护情况观察，周边位移、拱顶下沉及变形收敛等五项内容，来监控隧道稳定状态和评价隧道变形特征。及时对现场量测数据绘制时态曲线和空间曲线，当位移时间曲线趋于平缓时进行数据回归分析，推