南峰寺隧道底瓦斯隧道并下穿南广高速公路施工方案

兰渝铁路南峰寺隧道下穿南广高速公路段（DK830+680～DK830+775）专项施工方案编制：胡小飞审核：崔宝林审批：中铁一局兰渝铁路LYS-13标项目经理部第三分部2010-2-25南峰寺低瓦斯隧道下穿南广高速公路专项施工方案1．工程简介南峰寺隧道位于广安市岳池县红庙乡境内，中心里程ID1K829+142.5,全长3545米，一般埋深65米，最大埋深155米，主要通过侏罗系中统沙溪庙组的泥岩、泥岩夹砂岩，埋深多较小，并以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主。本隧道为单线隧道，设计时速为160Km/h,同时，存在天然气逸出危害，为低瓦斯隧道。其中ID1K830+680～ID1K830+775段下穿南广高速公路，线路与南广高速公路的交角为22°24′43″，下穿段进口侧覆盖层32.28m，出口侧覆盖层2、编制原则根据招标文件、设计文件、规范及有关规定为依据，采用先进的施工组织管理技术，统筹计划，合理安排。根据工程特点，调集具有类似施工经验的专业队伍，选择先进的、成熟的施工工艺和先进的机械设备，科学配置生产要素，组建功能匹配、良性运作的生产线。做好环境保护，减少因施工对当地带来的一切干扰。施工安全和工程质量，按照“安全生产、文明施工、环保一流”的原则，精心组织。对施工现场实施动态管理和严密监控，建成本项目全优工程。3．下穿南广高速公路施工方案3.1高速公路上观测点的布置及量测频率3.1.1观测点的该段施工前于地表埋设检测点,测点垂直于线路沿公路路肩、隔离带及坡顶、坡脚布置，分部于隧道中线两侧，共31个地表测点，并于上跨高速公路拱桥两侧基地分别布置8个测点。接缝或烈缝观测点为石膏或砂浆贴片，监测点为反光点，施工期间对监测点进行监测变形，若发现路面或跨线桥基地出现较大变形，立即加强支护，提高监测频率并及时通知相关单位，以便处理。施工前确定地面高程和坐标初始值，并对既有高速公路路面、边坡、跨线桥进行现状调查，做好记录。下穿高速公路监控量测布置见下图。3.1.2各监测点在隧道每一循环开挖后30min内进行观测一次，且每天（24h）不少于12次。高速公路路面下沉控制标准、下沉曲率控制标准及预警值详见表一。高速公路上立交桥两桥台重点监测，严格控制其沉降。若桥台基础发生不均匀沉降，立即停止掘进，加强洞内支护并上报监理、局指及业主，进一步确定施工方案。表一：高速公路控制标准控制值警戒值沉降值30mm25mm路面平整度平整度仪2.5mm平整度仪2mm三米直尺5mm三米直尺3mm沉降平均速率1mm/d沉降最大速率3mm/d3.2开挖及初期支护施工方法3.2.13.2.1.1超前支护所用材料及下穿段开挖过程中，必须做好拱部120°范围内的超前支护，根据设计图纸，超前预支护采用φ60中管棚，中管棚2.4m一环，每环24根，每根长5m，超前中管棚布置图见图3.2.1.1－1及图3.2.1.1－2图3.2.1.1－1：φ图3.2.1.1－2：φ3.2.1.2超前中管棚超前中管棚注浆工艺流程见“图2.2.1.2－1小导管注浆施工工艺流程图”。封闭封闭工作面准备工作安装中管棚制作中管棚钻孔联结管路及密封管口机具设备检查压水检查达到要求拌浆注浆求结束否否是图3.2.1.2－1超前中管棚3.2.1.2.1浆液的选择浆液采用水泥砂浆，水灰比根据设计要求施工时由试验室选定。小导管注浆施工见“图2.2.1.2－2小导管注浆施工示意图”。图3.2.1.2－23.2.1.2.2注浆量为了获得良好的固结效果，必须注入足够的浆液量，确保有效扩散范围。注浆范围按开挖轮廓线外0.3～0.5m设计并且浆液在地层中均匀扩散。注浆压力与岩层裂隙的关系见“图2.2.1.2－3注浆压力与岩层裂隙的关系图”图3.2.1.2－3浆液单孔注入量Q和围岩的孔隙率有关，根据扩散半径及岩层的裂隙进行估算，其值为：Q=ηR2L(m3)式中：R—浆液扩散半径(m)；L—压浆段长度(m)；η—岩层孔隙率，砂土取40%，粘土20%，断层破碎带5%。3.2.1.2.3注浆压力注浆压力为0.5～1Mpa，施工中根据施工试验确定较合理的注浆参数。3.2.1.2.4止浆盘由于采用低压加固注浆，止浆盘为5～10cm厚喷射混凝土封闭，防止跑浆。3.2.1.2.5注浆注意事项注浆前检查注浆泵、管路及接头牢固程度，防止浆液冲出伤人。注浆时密切监视压力变化，发现异常及时处理。注浆时注意防止串浆和跑浆，若发生串浆和跑浆要停止注浆，分析原因随时解决。做好注浆压力、注浆量、注浆时间等各项记录。3.2.2下穿南广高速公路段开挖采用微台阶控制爆开挖施工，台阶长度不超过5.0m，开挖进尺不超过1.0m。由于隧道爆破在既有高速公路下进行，它对既有高速公路的影响和可能造成的破坏主要是爆破产生的地震波。因此对爆破振动的监测和控制，以及对高速公路的变形监测是确保下穿南广高速公路安全顺利进行的重要环节。3.2多年来一直采用质点最大振动速度(PPV)作为衡量爆破产生之振动的判据。对于一般建筑物和公用设施(既有高速公路、拱桥)，允许的最大振速为25mm／s。根据近年来隧道爆破的经验和专家评估，认为即使最大振速达到120mm／S也不会对地表设施造成任何破坏和不利影响。因此在下穿南广高速公路段施工中采取较为灵活的温存振速限制。下穿南广高速公路段，最小埋深为21米，振速只要不超过100mm／S都可以接受。为了监测爆破振动，每次爆破都在附近100m范围内地表处设置6—8个监测点。地表的监测点用便携式测振仪，该段隧道内设置固定的三维振动传惑器。每次爆破所测得的数据都输入电脑进行分析。其中最主要的分析是对振速一距离一单段最大药量之间的关系进行回归分析。回归分析采用多年来一直沿用的公式：PPV=K（R/Q1/2）-α式中：PPV为质点的最大的合成速度mm/S；R为爆破点到测振点之间的距离m；Q为单段延时的最大炸药量kg；K，α为反映周围岩石性质及爆破条件的常数。在采用以上公式计算每段延时的最大药量时，取95％的置信率，以确保安全。大量数据表明隧道爆破所产生的震动波在岩体内传播时(P波和s波)波幅随距离衰减远比露天爆破产生的震动波(表面波)要慢得多，即相对于露天爆破导出的方程式中K值要大很多倍。为了监测爆破作业是否对正运行中的南广高速造成破坏，施工前在南广高速路面地表埋设变形位移监测点和裂缝张合的监测点。测点垂直于线路沿公路路肩、隔离带及坡顶、坡脚布置，分部于隧道中线两侧，共31个地表测点，每日测取一次数据，并输人电脑进行分析。根据监测数据调整爆破所使用的炸药量，有效地控制爆破震动，保证施工中南广高速不受影响。3.2.23.2.2隧道爆破关键在于掏槽眼爆破后能否为其他其它炮孔的爆破创造出足够的第二自由面。为此掏槽孔的药量通常都大于其他炮孔之装药量。掏槽孔爆破产生的震动波幅通常比其他炮孔高出很多。因此改进爆破效果，降低爆破震动，改进掏槽方法是关键。在隧道开挖下穿南广高速公路时，采用直径100mm大钻头在掌子面中部先由上自下一字形排列，中心间距200mm，钻3个大孔，深度2—3m，然后在钻好的大孔中的插入一根直径95mm钢管，再在相邻的二孔之间钻100mm直径孔，钻孔完成后由五个大孔形成一个宽100mm高达500mm之空槽。掏槽孔和其他炮孔则以此开口槽为中心布置。这一开口槽为其他炮孔爆破提供了一个很好的第二自由面，不仅大大提高了爆破进尺，而且也有效地降低了爆破震动。3.2隧道开挖进行到下穿南广高速公路时，由于埋深较浅，且路面上有不定荷载通过，允许使用的炸药量很小。爆破时把上半断面分成2—3个区，先后爆破。先爆的部分为余下的部分创造了第二自由面，使其可用较小的药量爆下。同时缩小孔距，多打炮孔。为了实现单孔单段延时的效果，一次爆破的爆区再分成3—4个小区，小区之间用1、5、9、13ms时差间隔。下穿南广高速公路爆破方案之上部炮孔图3.2.3开挖完成后及时进行初期支护。初期支护采用喷锚支护。隧道开挖完成后初喷4cm厚C25混凝土，后安装I20b型钢架、钢筋网及系统锚杆，钢架间距0.8m/榀，钢筋网采用φ6钢筋，网格为20cm×20cm，拱部组合锚杆，边墙砂浆锚杆，锚杆长均为3.0米/根，间距1m×1m，梅花形布置。3.2.3.1锚杆下穿高速公路段拱部设置Ф22mm组合式锚杆（带排气装置），边墙采用全长粘结Ф22mm砂浆锚杆，锚杆梅花型布置，锚杆与混凝土受喷面垂直，且系统锚杆尾部均设置150×150×6mm垫板。锚杆屈服抗拉力≥127KN，极限抗拉力≥172KN，断后伸长率δ5≥17%，锚杆砂浆强度等级不小于M20。3.2.3检查锚杆类型、规格、质量及其性能是否与设计相符。根据锚杆类型、规格及围岩情况准备钻孔机具。3.2.3采用锚杆钻机或手持风钻钻孔，孔眼间距、深度和布置符合设计参数的要求，其方向垂直于岩层层面。3.2.3锚杆杆体使用前应调直，除锈、除油。钻孔完毕后，孔内积水、积粉及岩碴要吹洗干净。锚杆采用台架安设，锚杆端头安装垫板并与喷砼面密贴，设好孔口注浆塞。注浆采用单液注浆泵，边墙砂浆锚杆注浆时注浆管应先插到距孔底5～10cm处，并随水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出，随即迅速将锚杆插入，若孔口无水泥砂浆溢出，应将杆体拔出重新注浆，始终保持注浆管口埋在砂浆内，以免浆中出现空洞；拱部组合锚杆直接将输浆管道连接到注浆塞上注浆。施工工艺流程见“图3.2.3.1-1施工准备施工准备布孔钻孔清孔注入砂浆插入杆体加垫板、拧紧螺栓、固定杆体结束图3.2.3.1-13.2.3浆液配比：1:1水泥砂浆。注浆：用塑胶泥封堵杆体周围及孔口，工作面上的裂纹也用塑胶泥封堵塞。管端外露20cm，以便安装注浆管。注浆口最高压力控制每根注浆管注浆量在30L/min内。定量注浆，即每孔注入约0.3m33.2.3.2钢筋网钢筋网所用必须经试验合格，使用前进行除锈，在洞外分片制作，安装时搭接长度不小于一个网格20cm。人工铺设钢筋网，并贴近岩面铺设与锚杆和钢架绑扎牢固。喷混凝土时，减小喷头至受喷面距离和控制风压，以减少钢筋网振动，降低回弹。钢筋网喷混凝土保护层厚度不小于4cm钢筋网施工工艺流程见“图2.2.3.2-1钢筋网施工工艺流程图”。调直除锈、去油污绑扎运输安装图2.2.3.2-1钢筋网施工工艺流程图3.2.3.3I20b型钢架采用冷弯成型。钢架加工焊接不得有假焊，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。每榀钢架加工完成后放在水泥地面上试拼，周边拼装允许误差为±3cm，平面翘曲小于2cm。钢架安装工艺流程图见2.2.3.1-1图中线标高测量中线标高测量清除底脚浮砟安装钢支撑隐蔽工程检查验收复喷混凝土初喷和锚杆焊接定位支撑钢支撑组拼图3.2.3.3安装钢架前清除基底虚渣及杂物。钢拱架间距、横向位置和高程与设计位置的偏差不超过±5cm，垂直度误差为±2°，钢拱架拱脚打设锁脚锚杆，数量为2～4根。长度为4m/根。每榀钢拱架间连接采用Φ22纵向连接钢筋焊接连接，纵向连接钢筋环向间距1m。下半部开挖后钢架及时落底接长，封闭成环。钢拱架与喷混凝土形成一体，钢架与围岩间的间隙用喷混凝土充填密实；钢架全部喷射混凝土覆盖，喷射混凝土厚度不得小于27cm。3.2.3.4喷射混凝土为了减少粉尘、喷锚料回弹及提高初期支护的质量，喷混凝土采用湿喷技术，在洞外由混凝土拌合站拌好，通过混凝土搅拌运输车向洞内送料，空压机供风。喷射混凝土施工程序详见“图11.1.6-1喷射混凝土施工程序图”图3.2.3.43.2.3.4.1砂选用颗粒坚硬、干净的中、粗砂，符合国家二级筛分标准，细度模数大于2.5，含水率控制在5～7%；碎石选用坚硬耐久、最大粒径不大于15mm的碎石；水泥用42.5R普通硅酸盐水泥；使用外加剂主要有减水剂、防水剂、无碱速凝剂、膨胀剂及硅粉等。减水剂的主要作用是减少混凝土的用水量，由于湿喷混凝土坍落度指标的要求，使水灰比较大，这样水泥水化后多余的水要蒸发，使喷层出现“干裂”现象，从而降低了喷层强度和抗渗性，因此在拌合混凝土时一般要掺入高效减水剂，使湿喷混凝土在加水量较小的情况下，提高其和易性和流动性；防水剂在混凝土拌合物中能与水泥的水化产物作用生成不溶性凝胶，阻塞混凝土的毛细管道，同时该凝胶所产生的微膨胀性还可部分抵消混凝土硬化所产生的干缩；速凝剂的作用主要是当混凝土的料束粘到受喷面后必须尽快凝固，一方面可以防止由于混凝土物料的堆集而呈块状掉落，减少回弹量，从而增加喷层厚度，另一方面是为了发挥喷混凝土的早强作用，尽快形成支护能力，保证结构的安全，使用液态速凝剂；加入硅粉主要是提高混凝土的抗渗性和耐久性。速凝剂、减水剂、粘稠剂等外加剂均选择质优、性能优良的产品。速凝剂在使用前，要做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验，使用中初凝时间应小于5min，终凝时间小于10min。3.2.3.4.2根据设计要求和地质围岩状况，喷射混凝土分为：素喷、锚喷、格栅联合锚网喷，采用湿喷作业技术。混凝土喷射机安装调试好后，在料斗上安装振动筛（筛孔10mm），以避免超粒径骨料进入喷射机；喷射前首先要对岩面进行修整，清除松动岩块，对个别欠挖突出部分进行凿除、对个别超挖部分用喷射混凝土C25喷混补平；用高压水将岩面冲洗干净，对遇水易潮解的岩层，则用高压风清扫岩面；检查喷射机工作是否正常；要进行喷射试验，一切正常后可进行混凝土喷射工作。混凝土喷射送风之前先打开计量泵（此时喷嘴朝下，以免速凝剂流入输送管内），以免高压混凝土拌合物堵塞速凝剂环喷射孔；送风后调整风压，控制在0.45～0.7MPa之间，若风压过小，粗骨料则冲不进砂浆层而脱落，风压过大将导致回弹量增大。可按混凝土回弹量大小、表面湿润易粘着力度来掌握。喷射压力根据喷射仪表反馈的信息及时调整风压和计量泵，控制好速凝剂掺量。为保证喷射混凝土的厚度和质量，喷射混凝土分二次完成，即初喷和复喷。喷射混凝土以湿喷为主，含水量较大地段采用潮喷工艺。喷射料由洞外的混凝土拌和站拌和，混凝土输送车运输。初喷在刷帮、找顶后进行，喷射混凝土厚度4～5cm，及早快速封闭围岩，放炮后由人工在砟堆上喷护。复喷是在初喷混凝土层及加固后的围岩保护下，完成立拱架、挂网、锚杆工序的作业后进行的。采用湿喷工艺，由喷射机械手施工。采用湿喷工艺可以减小回弹量及粉尘，减少环境污染。喷射混凝土分段、分片、分层进行，由下向上，从无水、少水向有水、多水地段集中，多水处安放导管将水排出。施喷时喷头与受喷面基本垂直，距离保持1.5～2.0m。设格栅钢架时，钢架与岩面之间的间隙用喷射混凝土充填密实，喷射顺序先下后上对称进行，先喷钢架与围岩之间空隙，后喷钢架之间，钢架应被喷射混凝土所覆盖，保护层不得小于4cm。喷前先找平受喷面的凹处，再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径约30cm，力求喷出的混凝土层面平顺光滑。喷锚施工顺序见“图3.2.3.4-2喷锚施工顺序图”。一次喷射厚度控制在6cm以下，每段长度不超过6m回弹量的多少取决于混凝土的稠度、速凝剂的使用、喷射技术骨料级配等多种因素。施工时要将边墙部分回弹率控制在15%以内，拱部回弹率控制在20%以下。施工前制定相应的作业指导书并在施工中根据实际情况不断完善。在实际工作中尽快摸索掌握有关工作风压、喷射距离、送料速度三者之间的最佳参数值，使喷射的混凝土密实、稳定、回弹最小。必要时，在混凝土中掺加硅粉或粉煤灰，以增加混凝土的和易性而减少回弹。图3.2.3.4-24、质量保证措施为确保工程质量，争创优良工程，三分部建立三级质量管理体系，分部设质量安全监察部，配专职安全质量检查工程师，质量检查工程师直接对项目经理和总工程师负责，行使监督权、检查权和质量检查否决权。架子队设专职质检员，在施工过程中自下而上按照“跟踪检查、复检、抽检”三个检测等级分别实施检测任务。配齐人员做到职能相符。在严格内部“自检、互检、工序