隧道初期支护侵限处理施工方案

XX隧道初期支护侵限处理方案1.编制范围和编制依据1.1编制范围适用于XX省张花高速XX隧道左线进口工程初期支护局部侵限范围。编制内容主要包括：工程概况，局部换拱施工方案及施工工艺，施工机械设备、劳动力组织、进度和质量、安全、文明施工等管理措施。1.2编制依据《XX隧道土建设计图》《公路隧道工程施工技术规范》业主、监控单位的相关技术支持文件我单位的相关施工经验2.工程概况2.1、隧道设计概况XX隧道位于XX省XX至XX高速公路XX段，本隧道为双洞单向分离式隧道，左线全长740.634米。右线全长680米，两线间距28.4m～31.9m隧道埋深为4.2m～102.98m，最大开挖宽度为12.54m，最大开挖高度为9.86m。隧道穿越地层围岩级别划分为Ⅳ～Ⅴ级，围岩由薄层状页岩、中～厚层状白云岩及断层破碎带内构造角砾岩等组成。隧道进口浅埋段围岩为页岩强风化，节理裂隙密集，岩体破碎，松散～碎裂结构，层间结合差。隧道深埋段围岩为白云岩中风化，节理裂隙发育，岩体破碎，块状结构，节理裂隙面结合一般。XX隧道进口左线ZK43+230～ZK43+380里程段（长150m），右线YK43+215～YK43+360里程段（长150m）为浅埋段。由设计图知，进口位于山丘前方斜坡上，隧道洞口处与地形线成约80°夹角，自然坡道约32°，洞口附近地表为碎石土质，岩性为强风化页岩，属软质岩，松散体～破裂结构，岩质较软，节理裂隙很发育主要结构面结合差。根据施工的地质调查，进口浅埋段为山体崩塌形成的超长堆积。2.2、施工过程中初期支护侵限情况左线隧道施工时，考虑到围岩为软质页岩，该围岩见水后无自稳能力，将设计的S5a支护形式变更为S5a加强型，即钢拱架由原来的80cm间距变更为50cm，但2010年3月8日，XX隧道左洞由于地质偏压的原因，地表先后出现了三条裂缝，裂缝宽度最大为4.5厘米，ZK43+237～ZK43+262段右侧和ZK43+272.3～ZK43+280.3左侧出现侵限，造成二衬厚度小于设计厚度，局部二衬厚度已成为负值，需进行拱部局部换拱处理。ZK43+235～ZK43+237的套拱需要拆除，长管棚保留。隧道内水平收敛最大值达280毫米。当隧道监控数据显示初期支护开始出现侵限后，及时采取了增设锁脚小导管、小导管引流、临时仰拱、附拱及横向工字钢支架、停止掌子面掘进，洞顶地表施作抗滑桩、集水井等措施进行了加固，确保了隧道施工安全。据监测显示隧道初期支护处于稳定状态，但在ZK43+237～ZK43+262段右侧和ZK43+272.3～ZK43+280.3段左侧初期支护侵限造成二衬厚度小于设计厚度，局部二衬厚度已成为负值，需进行局部换拱处理。由于ZK43+272.3～ZK43+280.3段侵限较小，已经进行了处理。ZK43+237～ZK43+262段需要换拱的部位见图一，ZK43+237～ZK43+262段拆换拱架部位(红色部位)。隧道测量断面及侵限图见附件一。3.换拱施工方案3.1、换拱方案总体说明2011年5月31日，张花公司总监办、张花公司聘请的中南大学教授、第二工作站、设计代表、监理处及施工单位到XX隧道左洞进洞口察看，考虑到已经施工完毕的抗滑桩、截水沟和集水井对土石方的抵抗作用，一致认为换拱条件成熟，可以进行换拱施工。新奥法施工的最基本理论是尽量不扰动土体的平衡状态，充分利用土体的自持能力和初期支护共同承受土体压力，现根据监控量测资料分析已重新稳定，如果大面积换拱再次大幅扰动土体，土体丧失了自持能力仅靠初期支护抵抗土体压力，结构安全和施工安全得不到有效保证，因此在确保施工安全和结构自身受力需要的前提下应尽量减少换拱范围，分三种情况进行处理：①初期支护侵入二衬不超过5cm的范围局部凿除初期支护表层3cm后按原设计图纸施工；②初期支护侵入二衬5～10cm段凿除表面初喷混凝土至拱架，进行二衬结构补强处理；③初期支护侵入二衬大于10cm的范围进行换拱处理。按此标准，ZK43+237～ZK43+262里程段内共需拆换拱架51榀。换拱时采用钢管支架作为工作平台，从大里程开始换拱，换拱时交替进行施工，减少扰动面。换拱时预留小导管进行排水处理，同时在隧道顶地表面开挖临时排水沟，防止换拱时雨水入侵。每榀拱架需拆换的部位不同，见隧道断面测量图，代表性的部位如图1所示：3.2、切槽换拱施工方案为确保施工的安全性,将仰拱以上的部位采用隧道弃方进行回填，回填到换拱的位置即起拱线位置，高度为2.11米。由于换拱前的初期支护已经稳定，证明围岩已经稳定，换拱时不再考虑12cm预留变形量，认为变形量为0cm。换拱时凿除原拱圈25cm喷射混凝土和侵限围岩,达到扩宽隧道内净空的目的，再新凿除的侵限围岩外进行素喷砼4cm，防止施工过程出现下雨天中的雨水对围岩的侵蚀作业。先安装钢拱架、连接板和钢筋网片后再进行换拱后的喷射砼作业。如此以来，一方面加固拱圈,另一方面在施工中扩大衬砌净空解决隧道侵限问题。3.2.1为了确保施工安全防止松散围岩在施工中脱落，在施工前先对此侵限段进行注浆加固处理，在此侵限段垂直于岩面每榀拱架呈环形布置注浆小导管，环向间距1米，布置10根，纵向间距50cm，成梅花形布置，注浆小导管规格：Φ42×4.5，水泥浆水灰比0.8～1,注浆压力0.5～1Mpa。共计50×10×4.5=2250米。该小导管不与钢拱架相连，单根管道注浆量为0.191m³，合计注浆量为95.5m³，具体的计算过程见附件二，小导管注浆量计算详见第20页，换拱注浆小导管施工图见图二。3.2.2待注浆凝固达到设计强度后对原初期支护拱架进行切割凿除，切槽宽度50cm。为防止相邻两榀拱架同时进行切槽而造成临空面过大，围岩自重过大，相邻切槽施工时拱圈内应力重分布导致的不利影响,所以在施工中应采取跳槽切割的方法进行施工，各槽之间的中心距应在100cm左右。用风枪、破碎锤凿除钢架初期支护，按设计开挖轮廓线人工修出欠挖部分围岩土，割除侵限部分工字钢拱架钢筋网片、连接筋，喷射4cm砼，按设计要求挂设钢筋网，换上新加工的钢架并进行可靠连接，连接板采用施工图中的200×200×10mm普通钢板，增加锁脚小导管，锁脚小导管采用Φ42×4.5注浆小导管，环向间距0.5米，布置8根，纵向间距50cm，成梅花形布置，水泥浆水灰比0.8～1,注浆压力0.5～1Mpa。共计50×8×4.5=1800米。然后喷射混凝土，完成一次换拱循环。单根管道注浆量为0.191m³，合计注浆量为76.4m³。具体的计算过程见附件二，小导管注浆量计算详见第20页。按此循环进行钢拱架的替换。锁脚小导管安装位置见下页图三3.2.3再凿除中间切槽之间的混凝土进行更换,以达到换拱的目的。用风枪、破碎锤凿除钢架之间的钢筋网、喷射砼，按设计开挖轮廓线人工修出欠挖部分围岩土，割除侵限部分钢筋网片、连接筋，按设计要求挂设钢筋网，喷射4cm砼，挂设钢筋网片，进行钢拱架之间的初期支护喷射砼。按此循环进行钢拱架之间的部分进行替换。利用3.2.1步骤中的注浆小导管作为径向锚杆，施工钢管网片时，网片与小导管相连接。3.3起拱线以下，仰拱以上部位的换拱，锁脚采用注浆小导管，布置按3.2.2条进行，但环向只布置4根，系统锚杆不再进行布置。3.4拆除侵限初期支护施工注意事项：3.4.1为确保施工安全，风镐凿除喷射混凝土之前，必须先把喷射混凝土的凿除部分与不凿除部分在分界处切开分离，每次只允许凿除一榀拱架，不能大面积拆除初期支护，防止塌方及冒顶。3.4.2已经拆换下来的拱架因为已经严重变形所以不得再使用，拆换下来的连接筋、钢筋网给予报废。3.4.3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。3.4.4拆除后必须及时初喷。3.4.5由于换拱中间存在砼等强的因素，施工速度计划每天更换1榀，考虑到其他因素，计划换拱工期从8月10日至10月6日。具体如下框图：8.14—8.15换拱前回填脚手架搭设第1、3榀侵限拱架凿除计算换拱长度并加工制作初喷4cm、挂网8.14—8.15换拱前回填脚手架搭设第1、3榀侵限拱架凿除计算换拱长度并加工制作初喷4cm、挂网安装焊接拱架喷射砼第2、4榀侵限拱架凿除计算换拱长度并加工制作初喷4cm、挂网安装焊接拱架喷射砼拆除脚手架清除垫方及弃渣8.10—8.118.12—8.138.16—8.17按照1、3，2、4榀步骤施工至51榀8.18—10.310.4—10.510.64.1、换拱前的垫方根据测量数据显示，ZK43+235～ZK43+262里程内需要换拱的地方均在隧道的右侧，为减少临空面，保证换拱安全，对仰拱以上至起拱线以下部分采用16吨自卸车进行运输隧道弃渣回填。回填高度为1.64+0.32+0.15=2.11米，回填时采用8吨振动型光轮压路机进行碾压，要求压实度不小于90%。回填方量为（262-235）×2.11×11.8+（276-262）×2.11×11.8=1020.82立方米。在钢拱架更换完毕后，采用卡特320挖掘机进行挖掘，连同换拱时凿除的砼和围岩采用16吨自卸车运回隧道弃渣场，运距约1公里。将回填弃渣清理完毕后，再按上述换拱施工方案中的相关叙述将仰拱以上至起拱线以下部分进行换拱施工。4.2、钢管支架的搭设为了便于人工凿除侵限的围岩，同时给换拱提供操作平台，在换拱前进行钢管架的搭设，钢管采用48mm直径，3.5mm壁厚的普通钢管。搭设长度为25米。搭设竖杆按纵向间距1.2米，横向间距0.6米布置，纵向水平杆按高度间距1.2米，横向间距0.6米布置，横向水平杆按高度间距1.2米，纵向间距1.2米布置，需要钢管数量为6480米，重量为24908公斤，碗扣2086个。碗扣计算单见附件三，第20页钢管架计算4.3更换侵限钢拱架侵限混凝土凿除后，确定侵限钢架长度，割除钢架，人工清除欠挖围岩土，初喷4cm混凝土，安装第一层钢筋网后按设计要求安装钢架。4.4换钢架施工方法4.4.1根据断面测量结果凿除侵限喷射混凝土，喷射混凝土凿除时钢架切割处需多凿除40cm，考虑到工字钢的宽度，切割宽度为50cm。换拱前预先在每榀钢架切割位置下方50cm处，每处打设1根锁脚小导管，锁脚小导管采用φ42×3.5mm，长度为4.5m，与3.2.2步骤相同，施工图为图三。4.4.2在钢架上确定侵限范围，量好切割拱架内弦长（即两点直线长度），沿半径方向切割钢架。4.4.3先按Ⅴ级围岩钢架设计要求制作好钢拱架，计算好下料长度，沿半径方向裁制已做好的钢架，备好焊接用连接钢板。4.4.4把焊好的钢架运至作业平台上拼装钢架，就位调整后定位。4.4.5换上的钢架与原钢架进行对接焊好后再分别在工字钢腹板和翼板上贴板加强焊接，焊缝高度8mm，接头采用螺栓连接。4.4.6在钢架与围岩的空隙处加设混凝土垫块，楔紧钢架。4.4.7按环向间距1米布设纵向连接筋，连接筋长度为62厘米，钢筋直径为22mmHRB335钢筋，连接钢筋两端配置30×2.5mm钢管作为纵向连接管。4.4.8喷射混凝土。4.5换钢架施工工艺要求4.5.1严格按设计图纸加工钢拱架，检查其尺寸、焊接等，要符合设计规范要求，所用钢材进场时按批量和型号分批试验、检验，内容包括：标识、厂家、品种、数量、外观等，并按规定的抽样做力学性能试验，符合要求后才能使用。4.5.2根据中线、水平、隧道断面和预留沉降量等将钢拱架架设在中线方向的垂直面上，并力求整齐，同时支护之间仍按设计要求设纵向连接筋，构成整体，并与围岩间用混凝土垫块顶紧。4.5.3新拱架与原拱架间焊接要牢靠、平顺。4.5.4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°。4.6钢筋网施工4.6.1钢筋网采用φ8㎜钢筋，网格尺寸为20×20㎝,搭接长度为20cm。4.6.2钢筋网铺设要符合下列要求：（1）在初喷4cm混凝土后进行钢筋网铺设。（2）使用前要清除锈蚀。（3）随喷浆面起伏铺设与受喷面间隙一般不大于3cm。（4）开始喷射时，减小喷头至受喷面的距离，并调整喷射角度，钢筋保护层厚度不得小于4cm。4.6.3换拱完成后，将垫方及凿除的弃渣全部采用挖掘机装入自卸车内，自卸车运到隧道弃渣场进行弃方处理，运距约为1公里。5、套拱的拆除套拱采用的是C25钢筋砼结构，凿除时采用卡特320挖掘机上安装机载式140型破碎锤，当凿除到有钢筋的位置，采用人工凿除，同时拆除套拱中的工字钢。6、施工注意事项6.1工程材料控制措施工程材料和辅助材料（包括构件、成品、半成品），都将构成建筑工程的实体。保证工程材料按质、按量、按时的供应是提高和保证质量的前提。因此，对采购的原材料、构件（配件）、半成品等材料，建立健全进场前检查验收和取样送检制度，杜绝不合格材料进入现场。6.2施工质量及工期保证6.2.1保证电焊施工质量，由专业的电焊工进行更换拱架的施作；6.2.2保证施工进度，逐榀更换钢拱架，每循环控制在8小时范围内，可2-3榀喷一次混凝土；6.2.3更换拱架时打设锁脚钢管并注浆，保证更换后的钢拱架牢固可靠；6.2.4在施工过程中做好监控量测工作，在施工过程中时时监控，保证换拱完成后初支断面的净空符合要求。7、施工安全注意事项7.1脚手架操作平台施工完毕后组织验收，确保脚手架的牢靠。7.2隧道顶开挖临时排水沟，对换拱段的地表水进行疏通，保证地表没有积水，在降雨的过程中雨水可以尽快的排走；7.3当侵限围岩凿除后，立即进行4cm的喷射砼，防止下雨天雨水对围岩的侵害；7.4施工径向42mm小导管，每环在底部多施工1根管道，不进行压浆，用于排水；防止有水从裂缝渗入；7.5现场施工时间专职安全人员在现场监视围岩变化，用哨声通知作业人员撤离。7.6施工期间，现场施工负责人会同技术人员对各部门支护进行定期检查。洞顶设计观测点，每天进行3次观测。根据量测数据分心结果，反馈指导施工，保证开挖及换拱绝对安全和质量。当发现量测数据有突变或异变时，立即通知现场负责人，采取应急措施或通知施工人员测力危险地段。7.7安全教育对所有现场人员进行全员安全教育，并进行安全技术交底，从思想上高度重视。监理安全领导小组，落实岗位怎人制。施工人员进行岗前培训，技术人员上课、现场知道。所有进入隧道工地的人员，佩戴安全防护用品，对隧道施工人员要坚持班前安全教育，严禁酒后上班。作业达到工作面时，先检查工作面是否处于安全状态，如有松动的岩石，立即加以支护或清除。7.8安全物资配足必要抢险物资，如砂子、灭火器、急救药品、强光电筒、安全标识、以及尽量保证一部车辆在工地等。7.9其它安全措施对地表裂缝每天进行观察，一发现有新的情况，立即采取措施，根据裂缝的大小，现场施工的情况，监控量测资料综合进行分析，在分析的结果出来后决定是否施工还是采取措施加固。8．换拱所需要机械设备、人员、施工材料情况8.1、机械设备的配备机械投入表机具名称规格单位数量备注挖掘机卡特320台2破碎锤140型台2电焊机台2压路机8t振动型光轮轮台1切割机台1凿岩机台2弯曲机50型台2退式高压风钻28梯把6全站仪台1空压机20M3台3装载机50侧翻台1自卸运输车16吨辆1喷浆机高压台1注浆机高压台18.2、施工现场人员的配备人员投入表工种人数职责备注电焊班2焊接钢筋、连连接板加工班4加工钢拱架、钢钢筋网片和和连接筋安装班6安装钢管架、钢钢筋网片和和连接筋喷射班4喷射砼普通2小工、杂活技术、测量2测量、交底及验验收司机4破碎锤、装载机机、运输车车试验1制取试件8.3、工程数量计算：8.3.1、凿除钢筋砼、围岩数量计算（6.2+5.72）×（240.979-235.85）/2=30.57立方米（5.72+5.75）×（245.55-240.979）/2=26.21立方米（5.75+6.40）×（250.19-245.55）/2=28.19立方米（6.40+7.47）×（254.55-250.19）/2=30.24立方米（7.47+6.83）×（259.05-254.55）/2=32.18立方米（6.83+0）×（262.00-259.05）/2=10.07立方米30.57+26.21+28.19+30.24+32.18+10.07=157.46立方米8.3.2、换拱工字钢数量计算（1）ZK43+262～ZK43+259.05换拱长度从0米到16.13米，平均长度为(16.13+0)/2=8.065米，换拱距离为2.95米，换拱数量为6榀，换拱长度为8.065×6=48.39米;（2）ZK43+259.05～ZK43+254.55换拱长度从16.13米到15.99米，平均长度为(16.13+15.99)/2=16.06米，换拱距离为4.5米，换拱数量为9榀，换拱长度为16.06×9=144.54米;（3）ZK43+254.55～ZK43+250.19换拱长度从15.99米到10.99米，平均长度为(10.99+15.99)/2=13.49米，换拱距离为4.36米，换拱数量为8榀，换拱长度为13.49×8=107.92米;（4）ZK43+250.19～ZK43+245.55换拱长度从10.99米到10.791米，平均长度为(10.99+10.791)/2=10.89米，换拱距离为4.64米，换拱数量为9榀，换拱长度为10.89×9=98.01米;（5）ZK43+245.55～ZK43+240.979换拱长度从10.791米到10.81米，平均长度为(10.81+10.791)/2=10.80米，换拱距离为4.571米，换拱数量为9榀，换拱长度为10.80×9=97.20米;（6）ZK43+240.979～ZK43+235.85换拱长度从10.81米到12.64米，平均长度为(10.81+12.64)/2=11.73米，换拱距离为5.129米，换拱数量为10榀，换拱长度为11.73×10=117.3米;合计长度为：48.39米+144.54米+107.92米+98.01米+97.20米+117.3米=613.36米，合计重量为613.36×24.1=14781.98公斤。注：工字钢每米重量为24.1公斤8.3.3、钢筋网片数量计算（1）ZK43+262～ZK43+259.05换拱平均长度为8.065米，换拱距离为2.95米，钢筋网片的面积为8.065×2.95=23.79平方米;（2）ZK43+259.05～ZK43+254.55换拱平均长度为16.06米，换拱距离为4.5米，钢筋网片的面积为16.06×4.5=72.27平方米;（3）ZK43+254.55～ZK43+250.19换拱平均长度为13.49米，换拱距离为4.36米，钢筋网片的面积为13.49×4.36=58.82平方米;（4）ZK43+250.19～ZK43+245.55换拱平均长度为10.89米，换拱距离为4.64米，钢筋网片的面积为10.89×4.64=50.53平方米;（5）ZK43+245.55～ZK43+240.979换拱平均长度为10.80米，换拱距离为4.571米，钢筋网片的面积为10.80×4.571=49.37平方米;（6）ZK43+240.979～ZK43+235.85换拱平均长度为11.73米，换拱距离为5.129米，钢筋网片的面积为11.73×5.129=60.16平方米;钢筋网片的面积为：(23.79+72.27+58.82+50.53+49.37+60.163)×2=629.88平方米，重量为629.88×4.74=2985.63公斤。注：钢筋网片为2层，每平方米重量为4.74公斤。8.3.4、喷射砼数量计算喷射砼面积与钢筋网片面积相同，厚度为25cm，方量为629.88/2×0.25=78.735立方米8.3.5、拆除除套拱的工工程量18型工字钢24996.1公斤，HRB3335钢筋549..7钢筋，C25砼31.2立方米，数数量来源于于隧道施工工图，图号号S5-4--7-1第二页。..8.3.6、连连接筋、钢钢板工程量量计算（1）ZK43+2662～ZK433+2599.05换拱平均均长度为88.0655米，换拱数数量为6榀，单榀榀连接筋数数量为9根，单榀榀连接板数数量4块;连接筋长长度为9*6**0.622=33..48米，连接钢钢板数量为为4*6==24块；（2）ZK43+2559.055～ZK433+2544.55换拱平均均长度为116.066米，换拱数数量为9榀，单榀榀连接筋数数量为16根，单榀榀连接板数数量5块;连接筋长长度为16*9*00.62==89.228米，连接钢钢板数量为为5*9==54块；（3）ZK43+2554.555～ZK433+2500.19换拱平均均长度为113.499米，换拱数数量为8榀，单榀榀连接筋数数量为14根，单榀榀连接板数数量5块;连接筋长长度为14*88*0.662=699.44米，连接钢钢板数量为为5*8==40块；（4）ZK43+2550.199～ZK433+2455.55换拱平均均长度为110.899米，换拱数数量为9榀，单榀榀连接筋数数量为11根，单榀榀连接板数数量4块;连接筋长长度为11*99*0.662=611.38米，连接钢钢板数量为为4*9==36块；（5）ZK43+2445.555～ZK433+2400.9799换拱平均均长度为110.800米，换拱数数量为9榀，单榀榀连接筋数数量为11根，单榀榀连接板数数量4块;连接筋长长度为11*99*0.662=611.38米，连接钢钢板数量为为4*9==36块；（6）ZK43+2440.9779～ZK433+2355.85换拱平均均长度为111.733米，换拱数数量为10榀，单榀榀连接筋数数量为12根，单榀榀连接板数数量4块;连接筋长长度为12*110*0..62=774.4米，连接钢钢板数量为为4*100=40块；连接筋长度为：：33.448+899.28++69.444+611.38++61.338+7