偏压隧道洞门施工方案

偏压隧道洞门施工方案一、工程概况1.1隧道基本参数本隧道为分离式双向四车道高速公路隧道，左线起讫桩号ZK12+340～ZK14+560，全长2220m；右线起讫桩号YK12+320～YK14+580，全长2260m。洞门采用端墙式结构，左线洞门中心桩号ZK14+560，右线洞门中心桩号YK14+580，洞口段最大埋深35m，最小埋深5m，存在明显偏压现象。1.2地形地貌隧道出口位于剥蚀低山区，地形坡度25°～40°，地表植被发育，主要为灌木及乔木。洞门区域上覆第四系坡积层（Qdl）粉质黏土，厚2～5m，下伏基岩为燕山期花岗岩（γ53），中风化～微风化，岩体完整性系数0.65～0.85，饱和单轴抗压强度30～50MPa。1.3地质构造洞门区域受F1断层影响，断层走向310°，倾向NE，倾角65°，断层带宽2～5m，主要由碎裂岩及糜棱岩组成，岩体破碎，透水性较强。节理裂隙发育，主要发育两组节理：J1产状30°∠75°，间距0.5～1.5m；J2产状280°∠60°，间距1.0～2.0m。1.4水文地质洞门区域地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水及基岩裂隙水，补给来源为大气降水，排泄方式为地表径流及地下渗流。勘察期间测得地下水位埋深3～8m，对混凝土结构具弱腐蚀性。1.5偏压成因分析地形偏压：洞门区域地形左低右高，横向坡度30°，导致山体自重产生横向偏压力。地质偏压：F1断层通过洞门右侧，断层带岩体破碎，强度低，压缩性大，易产生不均匀沉降。构造应力：区域构造应力场以水平压应力为主，最大主应力方向NE-SW，与隧道轴线夹角35°，加剧了偏压效应。二、施工总体部署2.1施工原则遵循“先截排、后支护、短进尺、弱扰动、强监测、早封闭”的原则，确保施工安全。2.2施工顺序施工准备→2.截排水系统施工→3.洞口边仰坡防护→4.超前地质预报→5.管棚施工→6.洞门段开挖→7.初期支护→8.二次衬砌→9.洞门墙施工→10.附属工程施工→11.竣工验收。2.3施工平面布置在洞门左侧设置施工便道、材料堆场、钢筋加工场、混凝土搅拌站、机械设备停放区及生活区，占地面积约5000㎡。施工便道宽4.5m，采用C20混凝土硬化，厚20cm，设置错车道。2.4施工进度计划施工工序开始时间结束时间工期（天）关键线路施工准备2023.10.12023.10.1515否截排水系统2023.10.102023.10.2515否边仰坡防护2023.10.202023.11.1021是管棚施工2023.11.052023.11.3025是洞门段开挖2023.11.252024.01.1045是初期支护2023.12.012024.01.2050是二次衬砌2024.01.152024.02.2036是洞门墙施工2024.02.102024.03.0525否附属工程2024.02.252024.03.2025否竣工验收2024.03.212024.03.3010否三、施工准备3.1技术准备图纸会审：组织技术人员对设计图纸进行会审，熟悉设计意图、技术标准及施工要求，形成图纸会审记录。施工方案编制：根据设计图纸及现场实际情况，编制详细的施工方案，报监理工程师审批后实施。技术交底：对施工人员进行分级技术交底，明确施工工艺、质量标准、安全注意事项及应急预案。测量放样：采用全站仪按二级导线精度建立施工控制网，对洞门中心桩号、轴线、高程及边仰坡坡率进行精确放样。3.2现场准备场地平整：对洞口区域进行场地平整，清除地表植被及杂物，开挖截水沟及排水沟。临时设施搭设：搭建钢筋加工场、木工加工场、材料堆场、机械设备停放区及生活区，安装临时用水、用电设施。材料准备：提前储备水泥、钢筋、砂石料、外加剂等主要材料，进行抽样送检，确保材料质量符合设计要求。机械设备进场：投入的主要机械设备包括：挖掘机2台、装载机1台、自卸汽车5辆、混凝土搅拌站1套、注浆机2台、管棚钻机1台、锚杆钻机2台、喷射机2台、电焊机3台、钢筋弯曲机1台、钢筋切断机1台等，设备进场后进行调试，确保性能良好。3.3人员准备成立项目经理部，配备项目经理1人、项目副经理2人、总工程师1人、安全工程师1人、质量工程师1人、测量工程师1人、试验工程师1人、施工员5人、技术员5人、安全员3人、质检员3人、材料员2人、预算员1人、财务员1人，施工队伍配备掘进工20人、支护工15人、钢筋工10人、木工8人、混凝土工12人、机械工5人、普工15人，所有人员持证上岗，进行岗前培训。四、截排水系统施工4.1地表截排水截水沟：在洞门顶5m以外设置环形截水沟，采用M7.5浆砌片石砌筑，断面尺寸0.6m×0.8m（宽×深），沟底纵坡不小于2%，每隔10m设置一道沉降缝，缝宽2cm，填塞沥青麻筋。排水沟：在边仰坡脚设置排水沟，采用M7.5浆砌片石砌筑，断面尺寸0.5m×0.6m（宽×深），沟底纵坡不小于1%，与截水沟及天然沟渠相连。急流槽：在截水沟与排水沟交汇处设置急流槽，采用C20混凝土浇筑，断面尺寸0.5m×0.6m（宽×深），底部设置防滑台阶，台阶高度0.3m，宽度0.5m。4.2地下排水集水井：在洞门右侧设置集水井，尺寸2m×2m×3m（长×宽×深），采用M10浆砌片石砌筑，底部铺设30cm厚碎石反滤层。排水盲沟：在边仰坡坡脚设置排水盲沟，采用φ100mmPVC管，外包土工布，周围填充碎石，盲沟纵坡不小于2%，与集水井相连。井点降水：当地下水位较高时，采用轻型井点降水，井点管间距1.0m，深度6m，抽水设备采用真空泵，确保地下水位降至洞门底板以下1m。五、洞口边仰坡防护5.1边仰坡开挖采用挖掘机配合人工进行边仰坡开挖，自上而下分层开挖，分层高度2m，开挖坡率：仰坡1:0.5，边坡1:1.0，开挖过程中及时进行支护，严禁超挖。5.2喷射混凝土防护施工工艺：采用干喷法施工，喷射混凝土强度等级C20，厚度10cm，配合比（重量比）：水泥:砂:石:水=1:2.0:2.5:0.45，掺加水泥用量3%的速凝剂。施工要点：清理岩面，去除松动岩块及浮渣。铺设φ6.5mm钢筋网，网格间距20cm×20cm，钢筋网搭接长度不小于30d，采用点焊连接。喷射混凝土分两层进行，第一层厚度5cm，第二层厚度5cm，喷射方向与岩面垂直，距离0.8～1.2m，喷射顺序自下而上，先凹后凸。喷射混凝土终凝后2h开始洒水养护，养护时间不少于7d。5.3锚杆支护锚杆类型：采用φ22mm全长粘结式锚杆，长度3.5m，间距1.5m×1.5m，梅花形布置，与岩面垂直，倾角10°～15°。施工工艺：采用锚杆钻机钻孔，孔径φ42mm，孔深比锚杆长度大10cm。清孔后，将锚杆插入孔内，采用注浆机注入M30水泥砂浆，水灰比0.4～0.5，注浆压力0.3～0.5MPa，确保注浆饱满。锚杆安装后，待砂浆强度达到设计强度的75%后方可施加预应力，预应力值50kN。5.4锚索支护锚索类型：在偏压侧边坡设置锚索，采用φ15.24mm钢绞线，长度10m，间距2.0m×2.0m，梅花形布置，与岩面夹角20°～30°。施工工艺：采用地质钻机钻孔，孔径φ130mm，孔深比锚索长度大50cm。清孔后，将锚索体插入孔内，锚索体由3根钢绞线组成，每隔1.0m设置一个隔离架，端部设置导向帽。采用注浆机注入M35水泥砂浆，水灰比0.4～0.5，注浆压力0.5～1.0MPa，确保注浆饱满。待砂浆强度达到设计强度的80%后，采用千斤顶进行张拉，张拉控制应力1395MPa，分5级张拉：0→25%→50%→75%→100%→110%（持荷5min），然后卸载至100%锁定。六、超前地质预报6.1预报方法采用地质雷达与超前钻探相结合的方法进行超前地质预报，预报范围为洞门前10～20m。6.2地质雷达仪器设备：采用SIR-4000地质雷达，配置100MHz天线。测量参数：采样率512点/扫描，扫描速率20扫描/秒，时窗100ns。数据采集：在边仰坡表面沿隧道轴线方向布置测线，测线长度30m，点距0.5m。数据处理：采用RADAN软件进行数据处理，包括滤波、增益、反褶积等，分析雷达图像，判断前方岩体完整性、裂隙发育程度及地下水情况。6.3超前钻探钻孔布置：在洞门中心线上布置1个超前探孔，孔径φ91mm，孔深20m，钻孔方向与隧道轴线一致。钻进参数：采用金刚石钻头钻进，钻进压力5～10kN，转速100～200r/min，冲洗液量50～100L/min。数据采集：记录钻进速度、岩芯采取率、岩芯特征、地下水情况等，绘制钻孔柱状图。成果分析：根据地质雷达及超前钻探成果，编制超前地质预报报告，判断前方不良地质体的位置、规模及性质，提出施工建议。七、管棚施工7.1管棚设计参数管棚采用φ108mm×6mm热轧无缝钢管，长度15m，环向间距40cm，共设置30根管棚，外插角1°～2°，管棚内设置φ20mm加劲筋，管棚之间采用φ25mm连接筋焊接，形成整体结构。7.2施工工艺导向墙施工：在洞门开挖轮廓线外设置C25混凝土导向墙，厚度1.0m，高度2.0m，导向墙内设置2榀I18工字钢拱架，拱架间距0.5m，导向管采用φ127mm×8mm热轧无缝钢管，长度1.5m，与拱架焊接固定。钻孔：采用管棚钻机钻孔，孔径φ130mm，孔深15m，钻孔过程中采用测斜仪控制钻孔方向及外插角，确保钻孔精度。清孔：钻孔完成后，采用高压风清孔，清除孔内岩粉及杂物。下管：将管棚钢管分节下入孔内，节长3m、6m，采用丝扣连接，钢管两端各留100cm，以便连接。注浆：管棚下好后，采用注浆机注入M30水泥浆，水灰比0.5～0.6，注浆压力0.5～1.0MPa，注浆顺序由下至上，隔孔注浆，确保注浆饱满。封口：注浆完成后，采用M30水泥砂浆将管棚端口封堵。八、洞门段开挖8.1开挖方法采用CRD法（交叉中隔壁法）开挖，将洞门段分为6个导洞，分台阶开挖，台阶高度3～5m，循环进尺0.5～1.0m，具体开挖顺序如下：开挖①部导洞→2.施作①部初期支护→3.开挖②部导洞→4.施作②部初期支护→5.开挖③部导洞→6.施作③部初期支护→7.开挖④部导洞→8.施作④部初期支护→9.开挖⑤部导洞→10.施作⑤部初期支护→11.开挖⑥部导洞→12.施作⑥部初期支护。8.2开挖设备采用挖掘机配合人工开挖，软岩地段采用风镐开挖，硬岩地段采用浅孔爆破开挖，爆破参数：炮孔直径φ42mm，孔深1.0m，装药集中度0.3kg/m，采用毫秒微差爆破，控制单段起爆药量，减少对围岩的扰动。8.3出碴运输采用挖掘机装碴，自卸汽车运输至弃碴场，弃碴场设置挡碴墙及截排水设施，防止水土流失。8.4开挖注意事项严格控制开挖进尺，短进尺、弱扰动，避免超挖、欠挖。开挖后及时进行初期支护，封闭围岩，防止围岩失稳。加强围岩量测，根据量测结果调整开挖及支护参数。爆破作业时，严格控制爆破振动速度，确保周边建筑物及施工人员安全。九、初期支护施工9.1喷射混凝土材料要求：喷射混凝土强度等级C25，配合比（重量比）：水泥:砂:石:水=1:1.8:2.2:0.45，掺加水泥用量4%的速凝剂及1%的聚丙烯纤维。施工工艺：采用湿喷法施工，喷射混凝土分两层进行，第一层厚度5cm，第二层厚度5cm，喷射前清理岩面，去除松动岩块及浮渣，铺设φ8mm钢筋网，网格间距20cm×20cm，钢筋网搭接长度不小于30d，喷射顺序自下而上，先凹后凸，喷射距离1.0～1.5m，喷射角度与岩面垂直。养护：喷射混凝土终凝后2h开始洒水养护，养护时间不少于14d。9.2锚杆施工系统锚杆：采用φ25mm中空注浆锚杆，长度4.5m，间距1.0m×1.0m，梅花形布置，与岩面垂直，倾角10°～15°。施工工艺：采用锚杆钻机钻孔，孔径φ42mm，孔深4.5m，清孔后插入锚杆，采用注浆机注入M30水泥砂浆，水灰比0.4～0.5，注浆压力0.3～0.5MPa，锚杆安装后，待砂浆强度达到设计强度的75%后方可施加预应力，预应力值80kN。9.3钢拱架施工钢拱架类型：采用I20a工字钢拱架，间距0.5m，拱架之间采用φ22mm连接筋焊接，连接筋间距1.0m，拱架与围岩之间采用φ25mm锁脚锚杆固定，锁脚锚杆长度4.0m，每榀拱架设置8根锁脚锚杆。施工工艺：钢拱架在钢筋加工场分节加工，运至现场后进行拼装，拼装误差：拱架标高±3cm，拱架间距±5cm，垂直度±2°，拼装完成后与锚杆、钢筋网焊接固定，拱架与岩面之间采用喷射混凝土填充密实。9.4防水层施工材料要求：防水层采用1.5mm厚EVA防水板及400g/m2无纺布，防水板搭接宽度10cm，采用热熔焊接，无纺布搭接宽度5cm，采用搭接缝合。施工工艺：基层处理：对初期支护表面进行处理，去除尖锐棱角及突出物，平整度满足D/L≤1/10（D为初期支护表面相邻两凸面间的深度，L为相邻两凸面间的距离）。铺设无纺布：采用射钉枪将无纺布固定在初期支护表面，射钉间距1.0m×1.0m，梅花形布置。铺设防水板：采用无钉铺设工艺，将防水板铺设在无纺布上，采用热熔焊机焊接，焊接温度180～200℃，焊接速度1.5～2.0m/min，焊接完成后进行气密性检测，气压0.2MPa，保持30min，压力下降不超过10%为合格。十、二次衬砌施工10.1衬砌设计参数二次衬砌采用C30模筑混凝土，抗渗等级P8，厚度60cm，衬砌内设置φ22mm纵向钢筋及φ16mm环向钢筋，纵向钢筋间距20cm，环向钢筋间距25cm，箍筋采用φ8mm，间距25cm，形成钢筋骨架。10.2施工工艺模板安装：采用1.2m×1.5m钢模板，模板之间采用螺栓连接，模板支撑采用满堂脚手架，脚手架立杆间距0.8m×0.8m，横杆步距1.2m，扫地杆距地面0.2m，模板安装前进行除锈及涂刷脱模剂，模板安装误差：标高±5mm，轴线±10mm，平整度5mm/2m。钢筋制作与安装：钢筋在钢筋加工场集中制作，运至现场后进行安装，钢筋绑扎采用20#铁丝，绑扎点间距20cm，钢筋保护层厚度5cm，采用混凝土垫块控制，垫块强度等级不低于C30，数量每m2不少于4个。混凝土浇筑：采用混凝土搅拌站拌制混凝土，混凝土罐车运输，输送泵浇筑，浇筑顺序自下而上，分层浇筑，分层厚度30cm，采用插入式振捣器振捣，振捣时间15～30s，直至混凝土表面出现浮浆，不再下沉，无气泡溢出为止，振捣过程中避免碰撞钢筋及模板。养护：混凝土浇筑完成后，及时覆盖土工布洒水养护，养护时间不少于28d，混凝土强度达到设计强度的75%后方可拆除模板。十一、洞门墙施工11.1洞门墙设计参数洞门墙采用C30片石混凝土，片石掺量不大于20%，墙高8m，顶宽1.5m，底宽3.5m，墙面坡度1:0.3，墙背设置φ100mmPVC排水管，间距2m×2m，梅花形布置，排水管外倾5%，墙背铺设30cm厚碎石反滤层。11.2施工工艺基础开挖：采用挖掘机开挖洞门墙基础，基底标高低于洞门底板0.5m，基底宽度3.5m，长度15m，开挖完成后进行地基承载力检测，地基承载力不小于300kPa，如不满足要求，采用碎石土换填处理，换填厚度1m，分层碾压，压实度不小于93%。基础浇筑：基础采用C25混凝土浇筑，厚度0.5m，浇筑前铺设10cm厚碎石垫层，混凝土浇筑采用插入式振捣器振捣，养护时间不少于14d。墙身浇筑：洞门墙分两层浇筑，第一层浇筑至4m高度，第二层浇筑至设计高度，浇筑前设置沉降缝，缝宽2cm，间距10m，填塞沥青麻筋，片石强度等级不低于MU30，尺寸不小于30cm×20cm×15cm，片石表面清洗干净，均匀分布在混凝土中，片石之间间距不小于10cm，片石与模板之间间距不小于15cm。装饰工程：洞门墙表面采用M7.5浆砌片石镶面，片石尺寸统一，色泽均匀，勾缝采用1:1水泥砂浆勾平缝。十二、附属工程施工12.1排水沟及截水沟洞门区域设置排水沟及截水沟，与地表截排水系统相连，采用M7.5浆砌片石砌筑，断面尺寸0.5m×0.6m（宽×深），沟底纵坡不小于1%。12.2挡墙在洞门左侧设置重力式挡墙，采用M7.5浆砌片石砌筑，墙高3m，顶宽1.0m，底宽1.8m，墙面坡度1:0.25，墙背坡度1:0.1，基础埋深1.5m。12.3绿化工程洞门区域进行绿化恢复，采用乡土树种，如马尾松、杜鹃、夹竹桃等，成活率不低于90%，绿化面积500㎡。12.4交通安全设施在洞口设置限速标志、警示标志、轮廓标及照明设施，确保行车安全。十三、施工监测13.1监测内容地表沉降：在洞门顶及两侧设置地表沉降观测点，间距5m，共设置10个观测点，采用水准仪按二等水准精度进行观测，初始观测3次，取平均值作为初始值，施工期间每天观测1次，稳定后每周观测1次。洞内外收敛：在洞门段设置5个收敛观测断面，每个断面设置3对观测点，采用收敛计进行观测，初始观测3次，取平均值作为初始值，施工期间每天观测1次，稳定后每周观测1次。拱顶下沉：在洞门段设置5个拱顶下沉观测点，与收敛观测断面重合，采用水准仪进行观测，初始观测3次，取平均值作为初始值，施工期间每天观测1次，稳定后每周观测1次。围岩压力：在洞门段设置2个围岩压力观测断面，每个断面设置4个观测点，采用钢弦式压力盒进行观测，初始观测3次，取平均值作为初始值，施工期间每天观测1次，稳定后每周观测1次。锚杆轴力：在洞门段设置2个锚杆轴力观测断面，每个断面设置4个观测点，采用钢弦式锚杆测力计进行观测，初始观测3次，取平均值作为初始值，施工期间每天观测1次，稳定后每周观测1次。13.2监测数据分析与反馈数据处理：对观测数据进行整理、分析，绘制时间-位移曲线、位移-距离曲线，计算变形速率及累计变形量。预警值：根据设计要求，地表沉降预警值为30mm，洞内外收敛预警值为20mm，拱顶下沉预警值为25mm，当观测数据达到预警值的80%时，发出预警，采取加强支护措施；当观测数据达到预警值时，立即停止施工，分析原因，采取加固措施。反馈调整：根据监测数据及时调整施工参数，如开挖进尺、支护时机、支护强度等，确保施工安全。十四、质量保证措施14.1原材料质量控制材料进场检验：所有原材料进场时必须具有出厂合格证及检验报告，进行抽样送检，合格后方可使用。材料储存：水泥、钢筋、外加剂等材料分类储存，设置标识牌，防止混用，水泥储存期不超过3个月，过期水泥重新检验，合格后方可使用。配合比控制：混凝土及砂浆配合比由试验室根据原材料性能进行设计，现场严格按配合比施工，控制水灰比及坍落度。14.2施工过程质量控制测量控制：加强施工测量放样，确保洞门轴线、高程及尺寸符合设计要求，测量成果及时复核。工序控制：严格执行“三检制”（自检、互检、交接检），上道工序不合格，不得进入下道工序施工。试验控制：对混凝土、砂浆、钢筋焊接等进行现场抽样试验，确保施工质量符合设计要求。隐蔽工程验收：隐蔽工程施工完成后，及时报请监理工程师验收，验收合格后方可进行下道工序施工。14.3质量通病防治喷射混凝土空鼓、脱落：控制喷射混凝土配合比，确保速凝剂掺量准确，喷射前清理岩面，喷射过程中控制喷射距离、角度及压力，加强养护。锚杆锚固力不足：确保钻孔深度、孔径符合设计要求，清孔彻底，注浆饱满，控制注浆压力及水灰比。钢拱架安装偏差大：加强测量放样，确保拱架位置、标高、间距准确，安装时采用临时支撑固定，焊接牢固。混凝土裂缝：控制混凝土配合比，减少水泥用量，降低水化热，加强养护，避免混凝土早期受冻或失水过快。十五、安全保证措施15.1安全教育培训岗前培训：所有施工人员进行岗前安全教育培训，培训内容包括安全操作规程、安全技术交底、应急预案等，培训合格后方可上岗。特种作业人员管理：特种作业人员必须持证上岗，定期进行复审，严禁无证上岗或违章操作。安全技术交底：每道工序施工前，进行安全技术交底，明确安全注意事项及防护措施。15.2施工现场安全管理洞口防护：洞口设置防护栏杆，高度1.2m，采用φ48mm钢管搭设，栏杆刷红白相间警示漆，设置安全警示标志，严禁非施工人员进入。施工用电安全：临时用电采用“三相五线制”，设置漏电保护器，配电箱接地电阻不大于4Ω，电线架空敷设，高度不低于2.5m。机械设备安全：机械设备定期进行检查、维修及保养，确保性能良好，操作人员严格按操作规程施工，严禁违章操作。爆破作业安全：爆破作业由专业爆破队伍施工，严格控制爆破药量及起爆网络，爆破前进行安全警戒，爆破后检查爆破效果，排除哑炮。15.3应急预案成立应急领导小组：由项目经理任组长，项目副经理、总工程师任副组长，各部门负责