隧道工程试验段施工方案

隧道工程试验段施工方案一、编制依据1.《公路隧道施工技术规范》JTG/T3660-2020、《铁路隧道工程施工技术指南》TZ204-2008、《地下防水工程质量验收规范》GB50208-2011、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015（2017版）。2.本项目隧道工程初步设计、施工图设计文件、地质勘察报告、超前地质预报专项方案。3.建设单位下发的《项目施工管理办法》、《试验段施工实施导则》，设计单位技术交底文件。4.现场踏勘获得的地形、地质、水文、周边环境等实测数据，及本单位同类隧道工程施工经验。二、试验段选择及目的2.1试验段选择选定隧道左线ZK3+220~ZK3+320段为试验段，总长100m。该段地质为Ⅴ级围岩，上覆第四系残坡积粉质黏土，下伏中风化千枚岩，岩体破碎，节理发育，围岩基本质量指标BQ值为220，地下水发育程度为中等，设计初期支护参数为Φ25中空注浆锚杆长3.5m、间距1.0m×1.0m（环×纵），Ⅰ18型钢拱架间距0.6m，喷射C25混凝土厚度26cm，二次衬砌为C35钢筋混凝土厚度45cm，与后续大面积施工的Ⅴ级围岩段参数一致，具备试验代表性。2.2试验目的1.验证超前小导管注浆、台阶法开挖、初期支护、防排水、二次衬砌等施工工艺的适用性，优化各工序衔接参数，确定合理的循环作业时间。2.测定不同注浆压力、注浆配合比下的围岩固结效果，验证初期支护参数与设计要求的匹配性，确定实际施工的参数调整范围。3.验证周边收敛、拱顶下沉、地表沉降等监控量测数据的变化规律，确定Ⅴ级围岩段的合理预留变形量（设计预留值为12~15cm）。4.确定爆破参数（孔深、装药量、起爆顺序），降低爆破对围岩的扰动，控制超欠挖值在规范允许范围内（平均超挖≤10cm，最大超挖≤15cm，无欠挖）。5.梳理人员、机械配置的最优组合，形成可复制的标准化施工流程，为后续全段隧道施工提供技术、安全、质量管控依据。三、施工准备3.1技术准备1.完成试验段施工图会审，形成会审记录，由设计单位针对地质特征、支护参数、施工注意事项进行专项技术交底，交底覆盖所有管理、施工人员。2.完成C25喷射混凝土、C35模筑混凝土、中空锚杆注浆液、小导管注浆液的配合比设计并经监理单位批复：C25喷射混凝土：水泥P·O42.5，砂细度模数2.7~3.1，碎石粒径5~10mm，速凝剂掺量为水泥用量的4%，配合比为水泥:砂:碎石:水=1:2.2:1.8:0.45，28d抗压强度≥25MPa，1d抗压强度≥5MPa。C35二次衬砌混凝土：水泥P·O42.5，砂细度模数2.6~3.0，碎石粒径5~20mm，粉煤灰掺量15%，减水剂掺量0.8%，配合比为水泥:砂:碎石:粉煤灰:水:减水剂=1:1.7:2.6:0.22:0.38:0.008，坍落度160~200mm，28d抗压强度≥35MPa，抗渗等级≥P8。中空锚杆注浆液：水灰比0.8~1.0，必要时掺入5%微膨胀剂，28d抗压强度≥20MPa。超前小导管注浆液：采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆水灰比1:1，水玻璃模数2.8~3.2、浓度35Be°，水泥浆与水玻璃体积比1:0.8，初凝时间2~3min，28d抗压强度≥15MPa。3.完成测量控制点复核，在隧道洞口布设3个平面控制点（GPS静态测量精度±5mm）、2个水准基点（二等水准测量精度±1mm/km），完成试验段初始断面测量，布设地表沉降观测点（沿隧道轴线每5m1个，横向每3m1个，共布设3排21个点）。4.编制专项施工安全方案、应急预案，完成全员安全培训及考核，特殊工种（爆破工、焊工、起重工、架子工）持证上岗率100%。3.2物资准备1.超前小导管：Φ42×4mm无缝钢管，单根长4.5m，管壁每隔15cm钻Φ8mm溢浆孔，尾部留1.0m止浆段，共准备300根。2.中空注浆锚杆：Φ25×5mm中空锚杆，配套锚头、止浆塞、垫板、螺母，单根长3.5m，共准备1200根。3.型钢拱架：Ⅰ18工字钢，按设计分节加工，连接板厚度10mm，螺栓孔位偏差≤1mm，拱架弧度偏差≤2mm/m，共准备170榀。4.钢筋网片：Φ6.5mm钢筋焊接而成，网格尺寸20cm×20cm，单块尺寸1.5m×2.0m，共准备800块。5.防水板：厚度1.5mmEVA防水板，幅宽2m，断裂拉伸强度≥18MPa，扯断伸长率≥550%，共准备1500㎡；无纺布：重量≥300g/㎡，共准备1500㎡。6.其他物资：Φ110mm环向盲管、Φ160mm纵向盲管、Φ100mm横向排水管、止水带、止水条、炸药、雷管等按用量提前进场，所有物资进场检验合格并经监理验收。3.3机械准备配备设备如下，进场后完成调试、标定，保证完好率100%：1.开挖设备：凿岩机6台、三臂凿岩台车1台、挖掘机1台（斗容1.2m³）、装载机2台（斗容3m³）、自卸汽车4台（载重20t）。2.支护设备：湿喷机2台（生产能力≥5m³/h）、注浆泵2台（压力0~10MPa）、拱架安装台车1台、电焊机4台、钢筋弯曲机1台、钢筋切断机1台。3.衬砌设备：12m长液压自行式衬砌台车1台、混凝土输送泵2台（输送压力≥10MPa）、振捣棒8台（插入式，频率50Hz）、附着式振捣器16台（功率1.5kW/台）。4.辅助设备：通风机1台（功率110kW，风量≥1800m³/min）、空压机3台（排气量20m³/min/台）、污水处理设备1套、监控量测设备（全站仪1台、水准仪1台、收敛计1台、孔隙水压力计10个、应力计20个）。3.4人员准备施工人员按“三班倒”24小时连续作业配置，总人数126人：1.管理组：项目经理1人、技术负责人1人、施工员2人、质检员2人、安全员2人、测量员3人、试验员2人，负责现场调度、技术管控、质量检验、安全巡查。2.开挖班组：36人，每班12人，含爆破工2人、凿岩工4人、出渣司机6人，负责钻孔、爆破、出渣作业。3.支护班组：42人，每班14人，含注浆工3人、拱架安装工5人、喷混工4人、钢筋工2人，负责超前支护、初期支护作业。4.衬砌班组：24人，每班8人，含钢筋工4人、混凝土工3人、模板工1人，负责防排水铺设、钢筋绑扎、混凝土浇筑作业。5.辅助班组：10人，含电工2人、机械维修工3人、通风工2人、后勤3人，负责现场水电、设备维护、通风除尘等保障工作。四、施工部署及工期安排4.1施工顺序试验段施工按“超前地质预报→超前小导管注浆→上台阶开挖及支护→下台阶开挖及支护→仰拱施工→仰拱填充施工→防排水铺设→二次衬砌施工”的顺序流水作业，各工序间隔时间根据监控量测数据确定，初期支护封闭成环距离掌子面≤20m，仰拱施工距离掌子面≤35m，二次衬砌施工距离掌子面≤70m。4.2工序循环参数试验段计划总工期30日历天，各工序循环时间如下：1.超前小导管注浆：每循环施工长度4.0m，循环时间12h。2.上台阶开挖支护：台阶长度3~5m，每循环进尺0.6m（与型钢拱架间距一致），循环时间8h，日进尺1.8m。3.下台阶开挖支护：左右侧错开开挖，每侧开挖长度≤2.0m，每循环进尺1.2m，循环时间8h，滞后上台阶5~8m。4.仰拱施工：每循环施工长度6.0m，循环时间24h，滞后下台阶10~15m。5.二次衬砌施工：每循环施工长度12m，循环时间36h，滞后仰拱20~25m。4.3工期保证措施1.提前做好物资储备，保证每道工序开工前物资到位率100%，避免停工待料。2.实行工序交接验收制度，上道工序验收合格后立即进入下道工序，减少衔接等待时间。3.设备定期保养，配备易损件备件，故障维修时间不超过2h，保证设备连续作业。4.每日召开施工调度会，及时解决施工中的问题，优化工序安排，确保日进度达标。五、主要施工工艺及参数5.1超前地质预报每循环开挖前采用地质雷达+超前水平钻探组合预报：1.地质雷达探测：沿掌子面布设5条测线（水平3条、竖向2条），探测掌子面前方30m范围内的围岩破碎情况、地下水分布，预报精度≥0.5m。2.超前水平钻探：在掌子面中心及拱顶位置布设2个钻孔，孔深20m，孔径Φ75mm，取芯率≥80%，记录岩芯完整性、地下水出水量，判断前方围岩等级。3.预报结果与设计地质不符时，立即上报设计、监理单位，调整支护参数后方可继续施工。5.2超前小导管注浆施工1.小导管布设：沿拱部120°范围布设，环向间距40cm，外插角10°~15°，尾部与型钢拱架焊接牢固，相邻两排小导管的搭接长度≥1.0m。2.钻孔：采用凿岩机钻孔，孔径Φ50mm，孔深偏差≤50mm，孔位偏差≤30mm，清孔后插入小导管，孔口采用锚固剂封堵，长度≥30cm。3.注浆：采用分段注浆工艺，注浆压力初压0.5~1.0MPa，终压1.5~2.0MPa，稳压时间≥5min，单根注浆量控制在50~80L/min，当注浆压力达到终压且注浆量达到设计量的80%以上时可终止注浆。注浆完成后采用钻芯法检测固结体强度，达到10MPa后方可进行开挖作业，固结范围≥小导管周围0.5m。5.3台阶法开挖施工1.上台阶开挖：高度3.5m，宽度为隧道设计开挖宽度，采用光面爆破，周边眼间距40cm，最小抵抗线60cm，装药集中度0.2kg/m，采用不耦合装药（药卷直径Φ25mm，炮孔直径Φ42mm），起爆顺序为掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼，掏槽眼采用楔形掏槽，深度1.0m，装药量0.6kg/孔。开挖后及时清理危石，出渣采用挖掘机配合装载机转运，渣石堆放在指定弃渣场，严禁随意倾倒。2.下台阶开挖：左右侧错开开挖，每侧开挖高度3.2m，开挖时保留核心土，核心土长度≥3m，高度≥2m，严禁两侧同时开挖导致拱架悬空。下台阶开挖后及时接长拱架，拱架连接螺栓扭矩≥100N·m，连接板密贴，缝隙≤1mm。3.超欠挖控制：开挖后采用激光断面仪每1m检测1个断面，平均超挖值≤10cm，拱部最大超挖≤15cm，边墙最大超挖≤10cm，欠挖值≥5cm时必须进行补爆处理，严禁在初期支护背后回填虚渣。5.4初期支护施工1.钢筋网铺设：在初喷3~5cm混凝土后铺设，钢筋网搭接长度≥20cm，与锚杆、拱架焊接牢固，网片平整度偏差≤2cm，喷射混凝土时不得晃动。2.中空锚杆施工：按设计间距布设，钻孔孔位偏差≤30mm，孔深偏差≥50mm，清孔后插入锚杆，安装止浆塞、垫板，垫板与岩面密贴，注浆压力0.5~1.0MPa，注浆饱满度≥90%，注浆完成后按1%比例进行拉拔试验，拉拔力≥50kN。3.型钢拱架安装：拱架脚落于坚实基岩上，底部垫20cm厚混凝土垫块或槽钢，拱架垂直度偏差≤2°，拱架间距偏差≤50mm，拱架与岩面之间的间隙采用喷射混凝土填充，严禁用木块、石块回填。相邻拱架之间采用Φ22mm钢筋连接，环向间距1.0m，两端与拱架焊接牢固，焊缝长度≥10d（d为钢筋直径）。4.喷射混凝土施工：采用湿喷工艺，分2次喷射，初喷厚度3~5cm，在开挖后立即进行，复喷厚度21~23cm，在锚杆、拱架安装完成后进行。喷射时喷嘴与受喷面垂直，距离0.6~1.0m，喷射顺序自下而上，螺旋式移动，喷射混凝土表面平整度偏差≤2cm，2h后洒水养护，养护时间≥7d。5.5仰拱及仰拱填充施工1.仰拱开挖：采用分段开挖，每段长度≤6.0m，严禁超挖，基底虚渣、积水、杂物必须清理干净，地质较差时采用临时钢支撑加固基底，避免基底扰动。2.仰拱钢筋安装：钢筋规格、间距符合设计要求，主筋间距偏差≤10mm，箍筋间距偏差≤20mm，保护层厚度≥5cm，钢筋接头采用双面焊，焊缝长度≥5d，同一断面接头率≤50%。3.仰拱混凝土浇筑：采用C35混凝土，浇筑时从中间向两侧对称进行，插入式振捣棒振捣，振捣间距≤30cm，振捣至混凝土表面泛浆、无气泡冒出为止，浇筑完成后收面平整度偏差≤5mm，养护时间≥14d。4.仰拱填充施工：采用C20混凝土，在仰拱混凝土强度达到5MPa以上后施工，填充混凝土厚度30cm，施工时严禁在仰拱表面残留积水、杂物，填充表面横向坡度2%，与路面顺接。施工期间采用可移动仰拱栈桥跨越作业段，保证掌子面正常施工，栈桥载重≥50t，长度12m。5.6防排水施工1.基面处理：初期支护表面平整度偏差≤5cm，尖锐突出物切除后用砂浆抹平，渗水部位采用注浆或盲管引排，保证基面无明显积水、尖锐物。2.无纺布铺设：采用热熔垫圈固定，垫圈间距拱部0.5m、边墙1.0m、底部1.5m，无纺布搭接长度≥10cm，铺设松紧适度，预留10%~15%的余量。3.防水板铺设：采用热焊机双缝焊接，搭接宽度≥15cm，焊接温度控制在180~220℃，行走速度0.8~1.0m/min，焊接完成后采用充气法检测焊缝质量，充气压力0.25MPa，保持15min压力下降≤10%为合格。防水板破损处采用同材质补丁修补，补丁边缘超出破损部位≥10cm。4.排水系统安装：环向盲管沿初期支护表面每10m布设1道，地下水发育地段加密至每5m1道，采用无纺布包裹，与纵向盲管采用三通连接，纵向盲管坡度与隧道纵坡一致（本试验段纵坡2%），横向排水管每10m布设1道，接入中心水沟，所有接口密封牢固，严禁堵塞。5.止水带安装：二次衬砌环向、纵向施工缝埋设中埋式橡胶止水带，宽度30cm，厚度1cm，采用钢筋卡固定，埋设位置偏差≤20mm，中心与施工缝重合，止水带接头采用热硫化焊接，搭接长度≥10cm，不得有裂口、脱胶现象。5.7二次衬砌施工1.钢筋绑扎：二次衬砌主筋为Φ22mm钢筋，间距20cm，分布筋为Φ12mm钢筋，间距25cm，箍筋为Φ8mm钢筋，间距30cm，钢筋保护层厚度拱部≥5cm，边墙≥4cm，采用同强度混凝土垫块控制，垫块间距1.0m×1.0m，梅花形布设。2.台车就位：衬砌台车定位后采用全站仪校核，模板垂直度偏差≤2mm，高程偏差≤5mm，中线偏差≤5mm，台车底部采用型钢支撑加固，顶部预留2cm沉降量，模板表面涂抹脱模剂，接缝处粘贴海绵条，防止漏浆。3.混凝土浇筑：采用混凝土输送泵对称浇筑，左右侧混凝土面高差≤50cm，浇筑速度≤1.0m/h，插入式振捣棒振捣深度插入下层混凝土≥5cm，振捣时不得触碰防水板、钢筋、止水带，拱部采用注浆预留孔进行充填注浆，注浆压力0.2~0.3MPa，保证拱部混凝土密实。4.脱模及养护：混凝土强度达到8MPa以上后方可脱模，脱模后采用喷淋养护，养护时间≥14d，混凝土表面温度与环境温度差≤15℃，防止出现开裂。六、监控量测方案6.1监测项目及频率1.必测项目：拱顶下沉：每10m布设1个测点，开挖后12h内取得初始值，1~7d内监测频率2次/d，8~15d内1次/d，16~30d内1次/2d，30d后1次/周，直至变形稳定（变形速率≤0.1mm/d）。周边收敛：每10m布设1个断面，每个断面布设3条测线（拱脚、墙中、边墙下部），监测频率与拱顶下沉一致。地表沉降：试验段上方地表每5m布设1个断面，每个断面布设7个测点，开挖前取得初始值，开挖面距离监测断面≤2倍洞径时2次/d，2~5倍洞径时1次/d，＞5倍洞径时1次/周，直至变形稳定。洞内观察：每次开挖后对掌子面围岩、初期支护状态进行观察，记录围岩破碎情况、渗水情况、支护开裂情况。2.选测项目：围岩压力：每50m布设1个断面，每个断面布设8个压力盒，监测初期支护与围岩之间的接触压力。钢拱架应力：每个压力盒对应位置布设1个应力计，监测钢拱架的受力情况。二次衬砌应力：每50m布设1个断面，监测二次衬砌内外侧的应力变化。6.2预警值及处置措施1.预警值设定：拱顶下沉累计值≤100mm，日变形速率≤10mm/d。周边收敛累计值≤120mm，日变形速率≤10mm/d。地表沉降累计值≤80mm，日变形速率≤5mm/d。2.处置措施：当监测数据达到预警值的70%时，加密监测频率至2次/d，分析变形原因，调整施工工序，缩短初期支护封闭时间。当监测数据达到预警值时，立即停止掌子面施工，撤出人员，采取增加临时支撑、加密拱架、补打锚杆注浆等加固措施，待变形稳定后经监理单位验收方可复工。七、质量管控措施1.工序验收：每道工序实行“三检制”，班组自检合格后报施工员复检，复检合格后报质检员专检，专检合格后报监理单位验收，验收合格后方可进入下道工序，验收记录留存归档。2.原材料管控：所有进场原材料必须出具合格证、检验报告，按批次进行抽样检验，不合格材料严禁进场，已进场的立即清退出场。3.试验检测：喷射混凝土每10m取1组试块，二次衬砌每12m取2组试块，锚杆每100根做1组拉拔试验，注浆固