恭门隧道出洞施工专项方案汇总.docx

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恭门隧道出洞施工专项方案汇总

天平铁路TJ-2标

恭门隧道出口

施工专项方案

编制人：

高大彬

复核人：

步利民

技术负责人：

任懿

单位负责人：

吕福生

中铁十九局集团天平铁路第一项目部

二○一○年五月七日

恭门隧道施工专项施工方案

1.总体施工组织布置及规划

1.1.编制说明

1.1.1.编制依据

⑴新建铁路天水至平凉线工程招标文件、答疑书及设计文件、设计图纸等。

⑵国家、铁道部现行的铁路工程建设施工规范、验收标准、安全规则等。

⑶国家及甘肃省相关法律、法规及条例等。

⑷现场踏勘收集到的地形、地质、气象和其它地区性条件等资料。

⑸我单位近年来铁路、高速公路等类似施工经验、施工工法、科技成果。

⑹恭门隧道目前实际施工围岩及地质情况。

1.1.2.编制原则

⑴遵循招标文件的原则。

严格按照招标文件要求的工期、质量等目标编制技术标文件，使发包人的各项要求均得到有效保证。

⑵遵循设计文件的原则。

在编制施组时，认真阅读核对所获得的技术设计文件资料，了解设计意图，掌握现场情况，严格按设计资料和设计原则编制施组，满足设计标准和要求。

⑶遵循“安全第一、预防为主”的原则。

严格按照铁路施工安全操作规程，从制度、管理、方案、资源方面编制切实可行的施工方案和措施，确保施工安全。

⑷选择合理的施工方案、工艺，合理配置资源，遵循一切围绕“便于施工，少占耕地，减少投入，严格控制工程项目投资”的原则。

⑸遵循施工生产与环境保护同步设计，同步施工，同步投产原则。

⑹遵循贯标机制的原则。

确保质量、环境与职业健康安全综合管理体系在本项目工程施工中自始至终得到有效运行。

1.1.3.编制范围

新建铁路天水至平凉线工程TJ2标恭门隧道（里程IDK60+282～IDK61+485），隧道全长1203米。

1.2.工程概述

1.2.1.主要技术标准

铁路等级：

I级；

正线数目：

单线；

曲线半径：

隧道进口409.56m位于R=1000m的曲线上、出口120.72位于R=800m的曲线上、其余段位于直线上；

坡度：

进口601m为16.6‰的上坡、其余325m为16.4‰的上坡；

牵引种类：

电力；

机车类型：

近期采用SS系列；远期采用HXD系列；

牵引质量：

下行4000t，上行2000t；

到发线有效长度：

双机880m；

闭塞方式：

半自动闭塞。

建筑限界：

客货共线铁路（V≤160km/h）电力牵引建筑限界。

1.2.2.工程概况

恭门隧道位于张家川恭门镇境内，处在低中山区，地形起伏大，地形特征发育，沟梁相间，最大埋深约110m。

进出口交通相对便利；隧道起讫里程为IDK60+282-IDK61+485，全长1203m；洞身中部有203.67m在直线上外，进口端301.35m和出口端721.98m均处在R=800m反向曲线上，洞身范围内沿里程的方向线路处在15.4‰的上坡上。

1.2.3.地质特征

隧道经过范围出露地层岩性主要有第四系全新统洪积细角砾土、上更新统风成砂质黄土；基岩为第三系泥岩、砂岩、砾岩和华力西期闪长岩。

地层岩性按成因时代及颗粒大小详述如下：

1、细角砾土（Q[4]（pl6））：

局部分布于隧道顶部的冲沟内，厚约4.3m，青灰色，尖棱状，砾石成分以闪长岩为主，粒径:

大于20mm约占20％，20-10mm约占20％，10-5mm约占20％，5-2mm约占15％，余为杂质土充填，稍湿，稍密，Ⅱ级普通土，σ[o]=300kPa。

2、砂质黄土（Q[3]（eol3））分布于隧道出口段顶部和小冲沟中。

厚度约8～10m。

灰黄色、黄褐色、土黄色，土质较均。

具Ⅲ级自重湿陷性，湿陷土层厚约8m，稍湿，稍密-中密，Ⅱ级普通土，σ[o]=120kPa。

3、上第三系泥岩（N（Ms））：

棕红色，泥岩主要由黏土矿物构成，泥质结构，泥质胶结，成岩作用较差，锤击易碎。

强风化，Ⅲ级硬土，σ[o]=250kPa，弱风化，Ⅳ级软石，σ[o]=400kPa。

4、上第三系砂岩（N（Ss））：

褐红色，灰绿色，粗粒砂状结构，水平层理构造，成分以石英及长石等为主，且含粘土类矿物，成岩作用较差，强风化，Ⅲ级硬土，σ[o]=350kPa，弱风化，Ⅳ级软石，σ[o]=450kPa。

5、上第三系砾岩（N（Cg））：

灰绿色为主,砾状结构,成分以闪长岩颗粒等为主,含少量花岗岩颗粒,颗粒粒经2-20mm的约35%%%,20-60mm约为15%%%左右,大于60mm的约为10%%%,余为粘土类矿物,颗粒磨圆度一般,呈圆棱状,成岩作用差,泥质胶结,胶结差，强风化，Ⅲ级硬土，σ[o]=350kPa。

6、华力西斯闪长石（δ[4]）：

隧道洞身基本为华力西期闪长岩，肉红、青灰，伟晶质结构，块状构造，其内往往夹有石英岩脉和伟晶岩脉，节理较发育，岩体较完整，强风化层厚10～25m，Ⅳ级软石，σ[o]=600kPa，弱风化，Ⅴ级次坚石，σ[o]=1200kPa。

1.2.4.地质构造

隧道区属关山褶皱带，关山褶皱带位于通渭—清水断层（F3）和庄浪—固关断层（F4）之间，为一地槽构造隆起带。

受构造影响，带内地形切割剧烈，沟谷发育，地形崎岖；隧道范围内未见构造形迹。

1.3.水文地质特征

1、地表水特征：

工点范围除雨季有少量坡面面流及各黄土冲沟有较大地表径流外，基本无地表水，隧道进出口，地表冲沟内平时亦无地表水，侧沟内在雨季有暂时性流水，水量在瞬间可能较大。

2、地下水的类型、埋藏情况及其变化特征：

隧道工程位于天河峡谷区左岸，隧道工程区地形起伏较大；由于隧道所在高程高于河流高程，故河水对隧道洞身没有直接影响。

隧道洞身主要为基岩裂隙水，受大气降水补给，含水层储水和排泄条件差，水量小且不稳定。

隧道通过区闪长岩节理裂隙较发育，因此本区基岩裂隙水水力联系一般，分布不均匀，水量一般不大，多受节理裂隙发育及大气降水控制，以下降泉形式渗出，排泄于沟谷中。

该区地下水及地表水水质良好，无侵蚀性；隧道内正常涌水量为550m（3）/d，最大涌水量为1460m（3）/d。

1.4.不良地质及特殊岩土问题

隧道范围内未发现不良地质；工程范围内分布的第四系砂质黄土，具Ⅲ级自重湿陷性，湿陷土层厚约8m；洞身通过第三系泥岩，据附近钻孔的岩石膨胀性试验资料显示，泥岩为膨胀岩，自由膨胀率为54%，阳离子交换量为148mmol/kg，蒙脱石含量为27.8%。

1.5.地震烈度及气象资料

1.5.1.地震烈度

根据《中华人民共和国国家标准》（GB18306-2001）公布的《中国地震动峰值加速度区划图》及《中国地震动反应谱特征周期区划图》，本区地震动峰值加速度0.20g（相当于地震基本烈度八度），地震动反应谱特征周期0.45s。

1.5.2.气象资料

据张家川气象站气象资料显示：

线路所经地区属温带半干旱气候区。

年平均气温7.4℃，极端最高气温34.4℃，极端最低气温-25.5℃，最热月平均气温19.8℃，最冷月平均气温-3.2℃；年平均降水量568.5mm，年最大降水量824.4mm，年最小降水量382.0mm；年平均蒸发量1344.9mm，年最大蒸发量1570.9mm；平均风速2.3m/s（主导风向SW、SSW），最大瞬时风速为19.2m/s（主导风向NE），年最大积雪厚度17cm；土壤最大冻结深度79cm。

1.6隧道出口浅埋段情况介绍

该隧道目前施工自IDK61+470,原设计出口桩号:

IDK61+500,考虑到浅埋问题,设计优化减短15m隧道,即出口桩号为:

IDK61+485,目前尚差15m出洞，隧道出洞段目前最大浅埋9m，为确保隧道出口安全，特制定以下措施。

2.施工总体方案

隧道出洞前，首先建立洞外地表沉降观测系统和洞内收敛观测系统，然后严格按照设计图纸施工,开挖按三台阶法进行，剩余10m导洞出洞，导洞按2m*2m城门洞型进行施工，导洞贯通后，然后进行边仰坡开挖、支护，待支护完成后，然后进行上导扩挖。

最后仰拱、二衬紧跟，安全出洞。

2.1隧道出口浅埋段沉降观测系统建立

2.1.1洞外观测

2.1.1.1地表变形观测

地表变形观测由水平位移观测和沉降观测组成，计划在浅埋段洞顶硬化场地布设15个测点，垂直监测点采用带钢筋混凝土的标准墩，平面监测点有用带引制对中盘的标准墩。

计划利用施工区交桩的控制点形成控制监测网，水平位移采用视准线法观测，垂直位移采用三等水准观测。

2.1.1.2地表变形观测仪器指标

地表变形观测主要采用LeicaTCA2003和LeicaDNA2003数字水准仪或最新系列相当性能的产品以及强制对中基座、水准标志,以保证测量精度，其监测仪器设备的主要技术指标如下：

（1）全站仪

1）其仪器相应技术标准如下：

a.测角精度：

0.5″；

b.测距精度：

1mm+1ppm；

2）配套软件技术要求如下：

a.包括机载软件和后处理软件；

b.可对一维网、二维网、三维网进行各种闭合差检查、平差计算及统计检验。

一维网包括水准网、三角高程网，高程导线网；二维网包括测角网、测边网、边角网、导线网；三维网包括水准三维网、天顶距三维网；

c.各种测量的闭合差的检查功能；

d.平差计算方法，附合网平差、经典自由网平差；

e.按测点设计精度要求预置各项监测质量控制参数；

f.测量控制参数可由用户灵活输入；

g.内置变形监测网内所有基准点及监测点的概略坐标数据库；

h.根据预置数据库选择设站安置仪器；

i.控制全站仪进行自动多测回监测；

j.实施质量控制；

k.监测数据自动记录；

l.数据文件直接与计算机变观数据处理软件接口。

（2）水准仪

具有自动识别和照准目标、自动观测记录、自动检测各项限差等功能。

推荐建议使用与LeicaDNA03数字水准仪或最新系列相当性能的产品，以保证测量精度。

数字水准仪设备组成：

主机、2m和3m条码尺、脚架、尺垫等。

技术要求：

每公里高差测量中误差≤±0.45mm/km。

（3）强制对中基座

用于全站仪和各类照准觇标，安装在钢筋混凝土观测墩上。

技术要求：

a.最大对中误差小于0.1mm；

b.外型尺寸190mm×190mm；

c.材料：

全不锈钢。

（4）水准标志

包括标芯和保护盒。

标芯技术要求：

a.外型尺寸Φ50mm×70mm;

b.材料：

不锈钢或铜；

2.1.1.3地表变形仪器设备的安装埋设

（1）平面监测基准网选点定位

1）平面监测基准网选点定位前先依据设计图纸要求分别进行监测基准网精度估算及可靠性检验。

2）按设计图纸概略坐标及技术要求进行平面监测基准网点定位时，可根据地形和地质情况以及通视条件实地调整，并进行精度估算、可靠性检验，编制选点报告,经监理审批、设计复核后方可实施。

（2）垂直监测基准网选点定位

1）垂直监测控制网选点定位依据设计图纸要求进行。

2）按设计图纸概略位置及相关技术要求进行水准监测控制网点定位时，可根据地形和地质情况实地调整，为便于观测，水准网点在满足相关技术要求下尽可选在通行方便的地方。

（3）平面监测基准点、监测点安装

1）平面监测基准网点的建造，应开挖至新鲜基岩或地面以下2米深的原生土层中，按图纸要求，通过人工运输浇筑钢筋砼底座和柱身，用锚筋和基岩连接成整体。

2）监测点基础应与被观测体牢固结合。

3）标墩顶部设置强制对中基座，基座对中精度应小于0.1mm；标墩底盘表面设置水准标志；

4）埋设时，强制对中基座应调整水平，其倾斜度不得大于4’。

（4）水准标点土建安装

水准标点包括水准测点和、水准工作基点及水准控制网点。

1）水准测点的安装

因安装位置不同，拟采用以下几种形式：

在监测观测墩的基础上，埋设不锈钢（或铜）水准标点。

2）水准工作基点的安装

水准工作基点的基坑，应开挖至新鲜基岩或原生土层中，按图纸要求埋设水准标点。

其安装方法与水准测点类似。

2.1.2洞内观测

洞内观测主要采取在初支中预埋水平与沉降观测点,水平收敛观测主要是采用水平收敛仪进观测读数,拱顶沉降观测主要是采取水平仪与挂尺进读数,读数频率严格按照规范要求进行,同时及时进行回归分析,以指导施工。

2.2隧道出口边仰坡开挖及支护

（1）边坡开挖前，与项目部测量班联系作好原始地形测量及边仰坡工程量收方工作；

（2）洞口边仰坡处理，针对洞口现场实际状况，首先应将洞口边仰坡位置的地表植被以及覆盖土清除掉，洞顶处的孤石应采取人工辅以撬棍或小型爆破对仰坡松动岩体、浮石、孤石进行爆破或清撬处理，避免施工时产生危险。

（3）边仰坡开挖、支护

边坡开挖应严格按照自上而下的顺序进行分层（层高1.5m左右）开挖，并随挖随护，防止边坡失稳，引起山体滑塌。

（4）恭门隧道出口洞口采用锚喷防护，坡面临时防护采用喷射C20混凝土厚10㎝，采用Φ22砂浆锚杆，锚杆间距为1.2m×1.2m梅花型布置，长度为2.5米；Φ6单层钢筋网片，网格尺寸为20cm×20cm；

（5）截水沟施工

边仰坡开挖前，首先按照洞门设计图纸要求，对截水沟进行施工放样，采取人工辅以小型设备进行截水沟开挖，然后按照图纸要求的水沟类型进行浆砌或砼浇筑施工，排水沟至少应远离开口线5m-10m，对沟底应进行夯实处理，并按每10m长度布置一道2cm宽伸缩或沉降缝，缝内填塞沥青大麻，如若为浆砌水沟，要求对砌块进行勾缝处理，勾缝为2cm宽皮带缝（统称凸缝），要求水沟保证设计最小过水断面，线型圆顺，外型美观。

2.3洞身开挖

该段围岩级别为V加级围岩，开挖方法严格按照设计要求采取台阶法进行施工。

严格控制一次开挖长度，不允许超过两榀；贯通距离不到10米时，按照每个循环进尺一榀的进度进行施工。

2.4洞身支护

（1）钢架：

支护钢架为工16型钢，钢架间距为0.8米/榀，钢架之间采用φ22螺纹钢作为纵向拉杆焊接在一起，拉杆环向间距1米。

钢架应在初喷混凝土后及时架设，沿钢架外缘每隔2米应用钢楔或混凝土预制块楔紧。

钢架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于40㎜，上、下台阶使用钢架时，应施做锁脚锚管防止拱部下沉变形。

（2）锚杆：

拱部打设φ25中空注浆锚杆，长度为3米，锚杆间距（环×纵）为1.2×1.0米；边墙打设φ22砂浆锚杆，长度为3米，锚杆间距（环×纵）为1.2×1.0米。

系统锚杆应与钢架焊接牢固，同时在施工系统锚杆时，垫板要设置好。

（3）拱部设φ42超前小导管进行支护，小导管长4m，环向间距40cm，外插角5°～10°，搭接长度不小于1m。

超前小导管施工详见《趄前小导管设计图》（天平隧施102-36）。

（4）拱部150°范围内设φ108大管棚，内设浆液，共设一环，环向间距40㎝。

超前大管棚施工详见《趄前长管棚设计图》（天平隧施102-37、38）。

3.钻爆设计与施工

由于隧道出口围岩较差，计划采用上赵家隧道出口成功试验的弱震爆破进行爆破作业，其爆破参数如下：

3.1爆破要求

根据现场实际情况，浅埋段爆破避免对地表的安全影响，保证隧道出口桥梁尽可能最小震动，同时避免浅埋段爆破引起泥岩液化及塑性变形，导致隧道塌方，产生安全事故。

按照建筑级别，查《爆破安全规程》，该学校爆破震动波速应控制在2.3-2.8cm/S,炮孔残留率控制在70%以上,隧道平均线性超挖控制在5cm,最大线形超挖控制在10cm。

3.2钻爆设计原理

3.2.1以地面建筑物基底至爆源中心距离（R）为安全控制半径，按照经验公式：

V=k（Q1/3/R）a，Q是分段起爆最大药量（Kg），k、a分别是场地系数和衰减指数，并以质点振动波速限值（2.8cm/S）作为控制标准，按照岩石级别，K取250-350，a取1.8-2.0,对各部分的允许单段用药量进行反算，以取得合理的爆破参数如下:

控制爆破参数计算V=k（Q1/3/R）a

分类

震动波速V

2.3-2.8（cm/s）

场地系数K

250-350

安全距离R（m）

衰减指数a

1.8-2.0

分段起爆药量Q（Kg）

1

2.8

250

22.5

1.8

6.39

2

2.8

250

22.5

2

13.5

3

2.8

350

22.5

1.8

3.64

4

2.8

350

22.5

2

8.15

3.2.2实施台阶法开挖,减小一次开挖断面;

3.2.3实施多段爆破,尽可能减小单响药量,避免震动波叠加或产生较大共振;

3.2.4按照设计钢架间距（1.0m）,每次爆破进尺控制在1.2m以内，满足一榀钢架间距要求；

3.2.5严格控制孔距，按照密孔浅眼布置原则，有效控制单孔药量；

3.2.6在下断面及仰拱开挖中，利用机械或液压设备进行开挖，尽可能不实施爆破。

3.3钻爆设计

3.3.1弱震爆破方法

本工程采取分断光面爆破弱震工艺，周边眼密布孔，间隔预留空孔，增打减震孔和多段爆破控制单响药量等综合措施，实现了弱震爆破作业。

3.3.2爆破参数的选定

（1）炮眼深度（L）

以设计初期支护钢架间距1m为依据，考虑到初支网片、钢架连接筋搭接因素，最大爆破进尺控制在1.2m，不足进尺，人工辅以风镐进行修整。

（2）炮眼布置

周边眼按经验公式和工程类比法确定，炮孔间距a=8-12d（d为钻孔直径），抵抗线a=0.8W,根据现场实际爆破试验,a取值50cm,抵抗线为62.5cm，单孔装药集中度0.1Kg-0.15Kg/m。

爆破采用楔形掏槽，掏槽角度为300-350。

（3）周边眼装药量计算

周边眼装药按照Q=Kawlλ计算，

式中Q—单孔装药量；K—炸药单耗（kg/m3）；W—炮眼方向抵抗线；L—炮眼深度；λ—炮眼部位参数；

（4）炮眼堵塞

炮眼堵塞长度不小于孔深1/3，有用风化泥岩袋装土进行堵塞；

（5）炮眼钻孔及爆破网络图

（6）爆破材料选择

爆破作业选用2#岩石膨化硝铵炸药,直径25mm和32mm两种，周边孔采用小药卷，其他孔采用32mm药卷;由于该段泥岩不存在渗水现象，同时考虑到泥岩遇水软化等因素,施工钻中不考虑水钻降尘问题，因此未采取乳化炸药。

雷管采用电雷管引爆，爆破孔引爆雷管采用非电雷管（1-13段），为预防爆破震动波叠加问题，非电雷管采用间隔75mm的非电雷管段别。

周边眼采取导爆索和隔孔装入导爆管引爆，避免各孔安装非电雷管增加爆破能量。

4.安全保证措施

4.1隧道爆破作业时，隧道六队项目部管理人员要与出口处路基队项目部管理人员采取定人、定岗、定责任的管理模式，保持信息的畅通；爆破作业时，靠近洞口处路基200米范围内严禁停放车辆以及行人。

4.2注重测量控制，确保按精度贯通；严格控制隧道中线的偏差在允许范围之内。

4.3在贯通完成之前要特别注意安全措施的防范，防止员工产生麻痹思想。

4.4加强职工的安全意识，按步就班的进行施工，切忌追求进度。