隧道初期支护施工方案

隧道初期支护施工方案1编制依据1.1现行规范标准《铁路隧道施工规范》TB10204-2020、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10753-2018、《公路隧道施工技术规范》JTG/T3660-2020、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，以及国家、行业现行安全生产、环境保护相关规定。1.2设计及基础资料本隧道工程施工设计图纸、工程地质勘察报告、现场实际踏勘数据、超前地质预报成果。2工程概况及支护设计参数本工程为双线高速铁路隧道，设计时速350km，隧道全长3246m，洞身穿越地层主要为中风化灰岩、泥质砂岩，断层破碎带2处，浅埋段长度180m，最大埋深385m，最小埋深12m。初期支护为复合式衬砌的核心承载层，遵循“超前支护、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的新奥法施工原则，针对不同围岩等级设计参数如下：（1）V级围岩（含洞口浅埋段、断层破碎带）：超前支护采用Φ108×6mm大管棚，间插Φ42×3.5mm超前小导管补强，初期支护采用H175型钢拱架，间距60cm，拱架间设Φ22纵向连接筋，间距60cm；Φ25组合中空注浆锚杆，长度4.0m，间距100×60cm；Φ8钢筋网片，网格尺寸20×20cm；喷射C25混凝土设计厚度28cm。（2）IV级围岩：初期支护采用Φ18主筋加工格栅拱架，间距80cm；Φ25水泥砂浆锚杆，长度3.5m，间距120×80cm；Φ8钢筋网片同V级参数，喷射C25混凝土设计厚度22cm。（3）III级围岩：采用Φ25水泥砂浆锚杆，长度3.0m，间距150×150cm，挂Φ6钢筋网片，网格25×25cm，喷射C25混凝土设计厚度12cm。3施工准备3.1技术准备完成隧道中线、高程复核，对现场施工人员进行三级技术交底及安全交底，明确各工序质量标准、安全要求；委托试验室完成C25喷射混凝土配合比设计，确定配合比（单位质量kg/m³）：P.O42.5水泥410、一级粉煤灰60、中粗河砂780、5-10mm连续级配碎石830、拌合水195、液体速凝剂18.8，水胶比0.42，砂率52%，坍落度控制12-16cm，初凝≤5min，终凝≤10min，满足湿喷工艺要求；提前完成超前地质预报，探明前方围岩状况、地下水分布，提前制定预案。3.2人员配置按专业化班组配置，设超前支护班1个（12人）、钢拱架加工班1个（8人）、初期支护架立班1个（15人）、锚杆作业班1个（10人）、喷射混凝土班1个（12人），配置现场技术员1名、专职安全员1名、专职质检员1名，所有特种作业人员均持证上岗。3.3机械设备配置配置XDY-1000型管棚钻机1台、YT28风动凿岩机6台、TK700型湿喷机2台、钢筋弯曲机2台、交流电焊机8台、注浆机2台、装载机1台、混凝土运输车3台、测量全站仪1台、监控量测水准仪1台、收敛计2台，所有设备进场前调试合格，备用易损配件储备到位。3.4材料准备所有原材料进场均按规范要求抽样复检，水泥、钢材、钢管、外加剂等质量证明文件齐全，复检合格后方可使用，钢筋、型钢、钢管按规格堆放在垫高30cm的硬化场地上，做好防雨防锈处理，水泥存储在防潮水泥罐中，失效水泥坚决清场。4主要施工工艺及方法本隧道初期支护严格遵循“开挖一段、支护一段、封闭一段”的原则，V级围岩单循环开挖进尺不大于60cm（单榀拱架间距），IV级围岩单循环进尺不大于80cm，开挖出渣完成后2h内完成初喷封闭围岩，12h内完成初期支护全环封闭，V级围岩开挖面与仰拱初期支护封闭距离不大于35m，IV级不大于50m，符合规范要求。4.1超前预支护施工超前预支护为初期支护的前置保障，用于提前加固围岩，防止开挖过程中坍塌。4.1.1大管棚施工适用于洞口浅埋段、断层破碎带V级围岩，设计参数：Φ108×6mm热轧无缝钢管，单根长度40m，外插角1°-3°，环向间距40cm，纵向相邻管棚搭接长度不小于1.5m，施工工艺如下：①施作混凝土套拱：在洞口开挖线外施作C25钢筋混凝土套拱，厚度100cm，套拱宽度超出隧道开挖轮廓线两侧各50cm，套拱内预埋Φ140×5mm导向管，导向管长度2m，按设计外插角固定，导向管位置误差不大于5cm，角度误差不大于0.5°，固定完成后浇筑套拱混凝土，养护到位达到强度后方可开钻。②钻孔作业：钻机对位调平，开孔采用低转速慢速钻进，进尺5m后调整为正常转速钻进，每钻进1m测量一次钻孔偏斜度，钻孔斜率偏差不大于1%，偏斜超差及时纠正，纠偏无效后回填重钻，钻孔深度满足设计要求后停止钻进。③清孔顶管：采用高压风清理孔内钻渣、石粉，检查孔深合格后顶入钢管，钢管采用丝扣连接，单节钢管长度4-6m，相邻钢管接头错开布置，错开长度不小于1m，同一截面接头数量不超过钢管总数的50%，顶进到位后封堵孔口缝隙。④注浆作业：采用1:1（重量比）纯水泥浆，注浆压力初压0.5-1.0MPa，终压2.0MPa，稳压5min后结束注浆，注浆顺序从下往上隔孔注浆，防止串浆，若发生串浆，关闭串浆孔孔口阀，待本孔注浆完成后再补注串浆孔，注浆完成后采用钻孔取芯检查注浆效果，围岩加固填充率不小于80%为合格，不合格区域进行补注。4.1.2超前小导管施工适用于V级围岩管棚间补强、IV级围岩破碎段超前支护，设计参数：Φ42×3.5mm热轧无缝钢管，单根长度4.5m，外插角10°-15°，环向间距40cm，纵向间距2.4-3.0m，相邻段小导管搭接长度不小于1.0m；钢管前端加工成10cm长尖锥状，管壁钻Φ8mm溢浆孔，孔间距15cm，梅花形布置，尾部焊Φ6mm钢筋箍防止漏浆。施工工艺：测量布孔→钻孔→顶入小导管→注浆，注浆采用水泥-水玻璃双液浆，水泥P.O42.5，水玻璃模数2.4、浓度35Be'，水泥浆与水玻璃体积比1:0.5，水泥浆水灰比1:1，注浆压力0.5-1.0MPa，终压1.5MPa，稳压3min结束，注浆顺序先注无水孔后注有水孔，检查注浆压力合格即可。4.2钢拱架加工与安装4.2.1加工工艺型钢拱架：原材料复检合格后，在钢筋加工厂按1:1放样制作大样胎模，采用冷弯工艺加工，禁止热弯，加工过程中逐段检查弧度，允许误差：弧长误差±2cm/m，全长累计误差不超过5cm，拱架翘曲度不大于2cm；接头采用10mm厚钢板连接板+M20螺栓连接，螺栓孔位置误差不大于1mm，孔直径比螺栓大1-2mm；加工完成后进行试拼，检查合格后按里程编号，堆放至指定场地。格栅拱架：采用Φ18主筋，Φ10箍筋焊接加工，主筋间距允许误差±5mm，箍筋间距允许误差±10mm，焊缝饱满无夹渣、虚焊，焊缝高度不小于6mm，加工完成后同样试拼编号。4.2.2现场安装开挖出渣初喷4-5cm混凝土封闭岩面后，测量放线定出拱架中线、高程位置，人工开挖拱脚基础，拱脚必须落在坚实基岩上，超挖或基底松软时，采用C25混凝土垫实，严禁用虚渣、片石回填，若拱脚承载力不足，增设2根4m长Φ42锁脚锚管加固，必要时施作拱脚混凝土桩提高承载力；架立拱架采用装载机配合人工就位，调整中线高程符合要求后，打设锁脚锚杆/锚管，V级围岩每拱脚设置2根4m长Φ42锚管，锚管尾部与钢拱架焊接牢固，注浆锚固；相邻拱架之间采用Φ22钢筋做纵向连接筋，环向间距1.0m，焊接在拱架两侧，保证拱架纵向整体性；拱架与岩面之间的间隙超过5cm时，设置C25混凝土楔块顶紧，每平方米不少于2块，严禁使用木块顶紧。钢拱架安装允许偏差：中线位置±50mm，高程±50mm，间距±100mm，垂直度偏差不大于2°。4.3锚杆施工V级围岩采用中空注浆锚杆，III、IV级采用砂浆锚杆，施工流程：测量布孔→钻孔→清孔→安装锚杆→注浆→上垫板拧紧螺母。测量布孔：孔位偏差不大于15cm，符合设计要求；钻孔采用YT28风钻，钻孔直径比锚杆直径大15mm以上，孔深允许偏差+50mm、-0mm，不得小于设计长度，钻孔倾斜率不大于5%；钻孔完成后用高压风清出孔内岩粉、积水，保证孔内清洁。中空锚杆安装：将锚杆体插入孔内，安装止浆塞、垫板，拧紧螺母，保证垫板与岩面贴合紧密，采用孔底返浆法注浆，注浆压力0.5-1.0MPa，待孔口流出浓浆后停止注浆，保证注浆饱满。砂浆锚杆安装：先向孔内注入配比为0.45-0.5（水灰比）的水泥砂浆，注浆饱满后插入锚杆，安装垫板拧紧螺母。锚杆拉拔力验收标准：V级围岩单根锚杆拉拔力不小于100kN，IV级不小于75kN，III级不小于50kN，每100根锚杆抽检3根，合格率不低于90%，最小拉拔力不低于设计值的90%，不合格加倍抽检，仍不合格的补强加固。4.4钢筋网片安装钢筋网片提前在钢筋加工厂加工成型，网片尺寸1m×2m，方便运输安装，钢筋调直除锈，网格尺寸偏差不大于±10mm；安装时紧贴初喷后的岩面布置，与锚杆焊接牢固，相邻网片搭接长度不小于20cm，搭接处绑扎牢固；钢拱架背后钢筋网必须贴合拱架轮廓，不得留有空洞，岩面凹凸不平处调整网片形状，保证网片与岩面间隙不大于3cm，喷射混凝土时无晃动。4.5湿喷混凝土施工全部采用湿喷工艺，禁止干喷，施工分段分层进行，分段长度不大于6m，喷射顺序从上到下，喷嘴与岩面保持垂直，距离岩面0.8-1.2m，风压控制0.4-0.6MPa，水压比风压高0.1-0.15MPa，喷嘴做螺旋形移动，一圈压半圈，保证喷射密实。初喷厚度4-5cm，封闭围岩防止风化掉块，待锚杆、钢拱架、钢筋网施工完成后复喷至设计厚度，一次喷射厚度：拱部5-8cm，边墙8-12cm，分层喷射时，前后层喷射间隔时间不小于1h，不大于2h，保证前层混凝土初凝后再喷后层。超挖处理：隧道超挖部分同步喷射混凝土填平，超挖深度大于50cm的部位，报监理设计单位确认后，采用C25同级混凝土回填，严禁回填片石等杂物。喷射完成后表面平整，无漏喷、离鼓、开裂、钢筋网外露，用2m直尺检查平整度，偏差不大于5cm；回弹率控制：拱部不大于15%，边墙不大于10%，回弹废料不得二次利用，统一清理运出洞外。养护：喷射混凝土完成2h后开始洒水养护，养护时间不少于7d，气温低于5℃时禁止洒水，采用保温棉被覆盖养护，防止受冻开裂。4.6初期支护背后回填注浆初期支护全环封闭完成10d后，进行初期支护背后回填注浆，填补初期支护与围岩之间的空隙，减少后期沉降。注浆孔沿拱顶环向布置，间距3-5m，梅花形布置，钻孔深度穿透初期支护进入围岩5cm，孔口埋设Φ50注浆管，注浆采用0.8:1-1:1纯水泥浆，注浆压力0.3-0.5MPa，缓慢升压，终压稳定10min后结束注浆，注浆完成后封堵注浆孔。5监控量测初期支护施工过程中必须持续开展监控量测，动态掌握围岩变形和支护受力情况，必测项目包括洞内外观察、拱顶下沉、净空收敛，浅埋段增加地表沉降监测。量测频率：开挖面距离量测断面小于1倍洞径时，1-2次/天；1-2倍洞径时，1次/天；2-5倍洞径时，1次/2天；大于5倍洞径时，1次/周。变形控制标准：V级围岩拱顶下沉允许累计值100mm，净空收敛允许累计值100mm；IV级围岩拱顶下沉允许累计值80mm，净空收敛允许累计值80mm；预警标准：单日变形速率大于5mm/d时，加密监测频率；单日变形速率持续大于10mm/d，或累计变形超过允许值80%时，立即停止开挖，撤出人员，分析原因后采取补强支护措施。当变形速率连续7d小于0.2mm/d，累计变形小于允许值，可判定初期支护稳定，具备二次衬砌施工条件。6质量控制标准（1）原材料质量：所有原材料进场必须出具质量证明文件，按规范要求抽样复检，不合格原材料全部清场，不得用于工程。（2）喷射混凝土强度：每10延米至少制作1组强度试块，强度合格率不低于90%，任意一组强度最小值不低于设计强度的85%，不合格部位采取补强注浆或换填处理；喷射厚度每10延米检查1个断面，平均厚度不小于设计厚度，最小厚度不小于设计厚度的2/3。（3）钢拱架安装：间距偏差不超过±10cm，垂直度偏差不大于2°，拱架与围岩间隙符合要求。（4）锚杆施工：锚杆拉拔力合格率不低于90%，最小拉拔力不低于设计值的90%，孔深偏差符合要求。7安全文明施工保障措施洞内采用压入式通风，洞内风速不小于0.15m/s，每月定期检测洞内有害气体浓度，符合作业要求；采用湿喷工艺降尘，出渣后洒水降尘，保证洞内粉尘浓度符合标准。洞内供电采用TN-S接零保护系统，三级配电两级保护，作业面照明电压不大于36V，成洞段不大于220V，配电箱上锁，由专人管理。施工前落实超前地质预报，开挖后及时观察围岩变化，发现围岩开裂、掉块等异常情况，立即停工撤出人员，处理合格后方可复工；拱部高空作业搭设操作脚手架，系安全带，临边设置防护栏杆。洞内设置连续排水沟，及时抽排积水，施工杂物分类