隧道初期支护首件工程工艺性方案01Word格式.docx
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隧道起讫里程DK105+695.38～DK106+331.75，隧道全长-----m，隧道最大埋深40m,整座隧道位于L=2150的5.5‰的上坡，洞身均位于直线上，本隧道采用单头掘进，自进口掘进至出口贯通。
隧道DK105+709～+733（24m）位于与隧道进口段，主要穿越Q2黏质黄土地层，属于Ⅴ级围岩，隧道采用复合式衬砌结构，初期支护采用喷锚支护，喷混凝土采用湿喷工艺，衬砌类型为Ⅴe型衬砌。
2.3自然条件
2.3.1工程地质特征
该隧道主要穿越地层为第四系上更新统风积黏质黄土，中更新统风积黏质黄土，岩性详述如下：
黏质黄土（Q3eol3），分布于黄土梁的顶部，厚5～12米，浅黄、淡黄色，土质较均匀，结构致密，具孔隙，底部一般分部一层厚2～4m的棕红色古土壤层，硬塑，②级普通土，σ0=150kpa。
黏质黄土（Q2eol3）分布于上更新统风积黄土之下，厚度大于40m，棕黄色，棕红色，成分以粉粒为主，土质较均匀，结构较致密，见针状空隙及树枝状菌丝，土层中局部夹有多层薄层状姜石层，厚度0.3～1.5m，姜石粒径2～120mm,硬塑为主，局部有软塑层，厚2～3m，上部具湿陷性，③级硬土，σ0=180kpa。
2.3.2工程地质构造
该隧道区段内主要构造特点是断裂少见，褶皱发育，背、向斜构造南北相间成排，褶皱形态以宽缓型-缓波状背斜及槽状，平缓状向斜为特征，工点处为厚层第四系风积黄土覆盖，地质构造对工程的影响较弱。
2.3.3水文地质特征
地表水主要为黄土梁两侧冲沟内的季节性流水，其位置低于隧道洞底高程，对隧道影响较小。
在多雨季节和农田灌溉时，由于地表水的下渗，在隧道埋深较浅段落，施工时可能产生渗水和滴水现象。
本工点范围内水和土无侵蚀性和腐蚀性。
2.4地震动参数区划
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）,结合线路工程地质条件及水文地质条件和工程设置的实际情况，该区地震动峰值加速度0.1g（相当于地质基本烈度七度），地震动反应谱特征周期为0.45s。
2.5计划施工时间
该段首件工程计划施工时间2016年11月11日至2016年11月30日，施工周期20天。
3.工艺性施工目的
通过首件工程施工，总结施工技术，全面、客观分析影响工程质量的各种因素，对各项施工工艺、技术和质量指标进行综合评价，为后续开展隧道样板工程引路，进而指导隧道大面积施工。
以隧道初期支护首件施工，对全隧道初期支护施工进行综合规划，为组织施工力量和技术，保证物资资源的供应提供依据。
通过首件施工判断初期支护施工工艺是否合理，综合评价初期支护施工质量控制效果，同时检测现场人员、机械设备的组合、配合情况，确定每循环施工时间，为后续初期支护施工提供控制指标及试验检测数据。
4.施工方案
4.1施工准备
4.1.1驻地建设
----隧道共设置一个施工架子队即隧道进口架子队，架子队驻地位于DK105+709左侧80m，占地面积3亩，驻地采用租地新建的方式建设，生活区、生产区分开布置，隧道进出口驻地均位于永寿县干堡村，村路路网发达，交通便利。
4.1.2施工便道
根据工程具体位置及沿线道路情况，隧道进口施工便道永寿县干堡村村内道路接引，干堡村村内道路全部硬化，作为施工主干道，在DK105+835左侧100米处沿----隧道进口左侧崖边修筑至隧道进口，便道共计长度500米，采用泥结碎石处理后混凝土硬化路面。
4.1.3施工供水供电
施工用水方面：
隧道进、出口生活用水及施工用水均采用蓄水池拉水供应，隧道洞口设置高压水池，为洞内提供高压用水。
施工用电利用铁路专用电网“T”接接引，隧道进口从铁路专用电网引接至洞顶右侧变压器处，进口设630KVA变压器一台；
隧道出口与干堡村大桥、----隧道进口共用一台630KVA变压器，满足洞内施工用电需求。
4.1.4工程试验准备
架子队设试验人员、设备、仪器由项目部中心试验室统一协调、配备，以保证现场施工需要。
进场后及时组建工区工地试验室，包括设备的安装、调试、标定，并取得工地试验室资质后投入使用。
4.1.5工程测量
设置专门测量组，由工区总工程师为组长，工程部测量主管为组员的测量组。
负责全管段的测量工作。
在开工之前，由项目总工程师组织，会同业主、设计、监理进行测量交接桩工作。
后项目部组织交接桩的平面、高程复核，并形成复测成果报设计院备案。
施工过程中对重要结构物进行复测，按要求进行隧道监控量测，每半年进行一次管段内控制点的复测。
测量组人员：
组长：
----
组员：
--------------------------------
序号
姓名
职务
组内职务
联系方式
1
工区总工
组长
2
测量主管
组员
3
测量员
4
5
6
4.1.6技术准备
技术准备工作分为内业技术准备和外业技术准备。
内业技术准备主要包括：
认真阅读、审核施工图纸和施工规范，编写审核报告，对图纸存在的问题及实施过程中可能出现的问题一并在图纸交底时解决，尽量减少联系单。
组织有关人员对施工图纸和资料进行学习和自审，做到心中有数，如有疑问或发现差错在设计交底和图纸会审中提出，请上级给予解答。
设计交底和图纸会审中，着重解决以下几个问题：
a、设计依据与施工现场的实际情况是否一致，b、设计中所提出的工程材料、施工工艺的特殊要求，能否实现和解决，c、图纸上的尺寸、高程、轴线和工程量的计算有无差错、遗漏和矛盾。
进行临时工程设施的具体设计；
编写实施性施工组织设计（含质量计划）；
编写各种针对性的质量、安全保证措施；
结合工程施工特点，编写技术管理办法和实施细则，编写施工技术交底、安全交底和作业指导书，备齐参考图、标准图、施工规范、验收标准、施工手册等必要的参考资料。
编写施工安全手册，施工人员岗前技术培训。
外业技术准备主要包括：
现场详细调查与地质勘探；
现场桩橛交接埋设与复测；
进行地材调查、室内试验；
各种检测仪器设备的标定，办理计量合格证书；
各种砼、砂浆配合比的配制选定；
施工作业中所涉及的各种外部技术数据。
技术准备工作做到“准备项目齐全，执行标准正确，内容完善齐备，超前计划布局，及时指导交底，重在检查落实”。
4.1.7环评、水保及文物保护协调
项目建设严格执行环评、水保与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用的制度，严格落实环评水保措施；
主动与当地环保部门联系沟通，督促落实环评水保措施，施工期间按规定主动接受各级部门环评水保监督检查。
征地红线范围划定后，主动与省文物考古部门联系，及时函告省文物考古部门，以便在施工开始前完成沿线征地红线范围内地下文物的勘查工作。
4.2总体方案介绍
洞身施工按新奥法原理组织施工、采用无轨运输、机械开挖掘进，装载机装砟，自卸汽车运砟。
以大型专用设备为主，形成超前地质预报、开挖、支护、装运、辅助、防水衬砌等多条主要生产作业线，实现机械化施工。
施工方法根据工程地质和水文地质条件，开挖断面大小、衬砌类型、埋深、隧道长度、工期要求及环境制约等因素综合研究确定：
本工程全为Ⅴ级围岩，采用三台阶临时仰拱法或三台阶预留核心土法施工。
施工时加强地质超前预报，提前采取各项开挖方法和支护措施。
初期支护：
洞内采用多功能作业台架风钻造锚杆孔，人工安装锚杆、铺设钢筋网，架立型钢支撑，喷射机械手湿喷混凝土。
隧道初期支护形式如下：
Ⅴ级围岩段（Ⅴe）：
边墙22砂浆锚杆，L=4.0m，梅花形布置，间距，环1.2m×
纵1.0m；
双层φ8钢筋网20cm×
20cm；
工25型钢钢架，间距0.6m；
C25喷射混凝土厚35cm;
超前支护、初期支护是保护围岩和加固围岩的主要方法，是维护开挖后围岩稳定的主要手段，超前支护可使松散围岩固结和阻止地下水进入开挖范围，初期支护可使围岩在开挖后的变形得以极早地受到约束，能尽早地形成安全的洞室结构，实现设计支护的作用，在施工中按早支护组织支护施工作业。
本隧道施工支护采用洞口超前长管棚和部分围岩段洞身长管棚、超前小导管、砂浆锚杆、钢架、钢筋网、喷混凝土联合支护施工。
隧道复合式衬砌支护参数见表5.2-1，超前支护及注浆施工参数见表5.2-2。
表4.2-1隧道复合式衬砌支护参数表
围岩级别
初期支护
喷射砼
φ22砂浆锚杆
钢筋网
钢架
厚度
位置
长度
间距
钢架
类型
cm
m
（环×
纵）m
1榀
Ⅴ
35
全环
边墙
边墙：
1.2×
1.0
拱墙
20
0.6m
I25a
表4.2-2超前支护施工参数表
方案
项目
作业方式
主要设计参数
适用条件
设计方案
洞口段长管棚
与钢架组合成预支护系统，加固周边一定范围围岩，防止洞口软弱围岩坍塌，创造进洞条件
φ108热轧无缝钢管，设置角度140°
范围，环向间距0.4m，外插角0～1°
，30m长。
隧道进出洞口
超前小
导
管
与钢架组合成预支护系统，加固周边一定范围围岩，控制软弱围岩变形量
φ42热轧无缝钢管，每环长4.0m，设置角度140°
范围，外插角10～15°
，搭接长度≮1m。
暗洞全长
4.3施工方法
4.3.1超前小导管施工
图4.3-1小导管加工图
小导管安装：
采用YT-28型风枪钻设锚杆孔后，将小导管从型钢钢架中部打入，外露端支撑于开挖面后方的钢架上，与钢架焊接共同组成预支护体系。
（2）施工工艺
小导管采用热轧无缝钢管，管径42mm，管长按设计要求制做，钢管应沿隧道开挖轮廓线环向布置并向外倾斜，其倾斜角一般为10～15°
左右。
小导管安设一般采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，钻孔直径比管径大3~5mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻孔顶入。
导管加工由现场专业车间进行，尾部加焊Φ6.5管箍，并经质检人员检验合格方可交付使用。
钻孔、插小导管：
导管孔钻打前，进行孔位测量放样，孔位测量做到位置准确，钻孔要按放样进行，并设方向架控制钻孔方位，使孔位外插角度符合设计要求。
钻孔完成后，要用高压风、水清洗，吹干净孔内砂尘及积水，所有钻孔完成均要进行检验。
图4.3-2小导管施工工艺流程
图4.3-3超前小导管纵向搭接示意图
图4.3-4超前小导管正面设计图
4.3.2洞身开挖施工
（1）开挖工法选择：
开挖工法需严格按照设计施工图划分的里程实施，但施工过程中若遇到地质和设计地质不符时，可变更支护方法。
隧道开挖严格按照“管超前、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的原则进行组织施工。
----隧道洞身围岩等级V级，进洞段洞身开挖施工采用三台阶临时仰拱法施工。
4.3.2.1三台阶临时仰拱法
第一步：
（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。
（2）分部开挖①部，同时，每循环进尺一次，掌子面喷4cm厚混凝土封闭。
（3）分部施作①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架，施作锁脚锚管。
（4）导坑底部铺设I18轻型工字钢，喷18cm厚混凝土，施作①部临时仰拱，必要时封闭掌子面。
（5）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
必要时在①部中间设置竖向支撑。
第二步：
（1）在滞后于①部一段距离后，开挖②部。
（2）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，架立钢架，并设锁脚钢管。
（3）施作②部临时仰拱。
（4）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
第三步：
（1）在滞后于②部一段距离后，开挖③部，分侧开挖下部台阶，分侧接长钢架，施作洞身结构的初期支护。
（2）周边部分初喷4cm厚混凝土，施作支护，喷混凝土至设计厚度。
（3）隧底周边部分喷混凝土至设计厚度。
第四步：
开挖④部仰拱处台阶，及时封闭初期支护，灌筑该段内Ⅴ仰拱，仰拱处台阶开挖后仰拱紧跟施工。
灌筑该段内VI部隧底填充。
第五步：
根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性浇筑VII部衬砌（拱墙衬砌一次施作）
图4.3-5三台阶临时仰拱法施工工序横断面图
图4.3-6三台阶临时仰拱法施工工序纵断面图
图4.3-7三台阶临时仰拱法施工工序平面图
三台阶临时仰拱施工的核心要点是控制台阶开挖长度，初期支护及早封闭成环，仰拱紧跟，二衬及时施作。
应着重按以下要求施工：
①隧道施工应坚持“管超前、短开挖、强支护、勤测量、早封闭”的原则。
②上台阶每循环开挖支护进尺：
Ⅴ级围岩不应大于1榀钢架间距。
③边墙每循环开挖进尺部不大于2榀钢架间距。
④隧道开挖后初期支护应及时施作封闭成环，Ⅴ级围岩封闭位置距离掌子面不得大于35m。
⑤仰拱施作应跟紧：
仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚管并灌注饱满，Ⅴ级围岩仰拱每循环开挖进尺不得大于1.5m，仰拱掌子面的距离不得大于35m。
⑥二次衬砌距离掌子面的距离：
Ⅴ级围岩不得大于70m。
⑦钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固。
⑧施工中，按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌注二次衬砌提供依据。
4.3.2.3开挖一般要求
----隧道为黄土隧道，施工中应按以下要求组织施工。
（1）施工过程中坚持“管超前、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
（2）开挖作业应尽量减少对围岩的扰动，保护围岩的自稳能力，宜采用机械开挖。
（3）隧道开挖断面应符合设计要求，开挖断面应以包括预留变形量在内的设计轮廓线为基准，本隧道采用三台阶临时仰拱法施工的为Ⅴe衬砌，预留沉降量按15-20cm预留。
（4）开挖轮廓线应采用隧道激光断面仪、全站仪等测量仪器进行有效控制。
（5）Ⅴ级围岩上台阶每循环开挖进尺不得大于1榀，边墙每循环开挖不大于2榀，仰拱每循环开挖不得大于1.5m。
仰拱初支施工前需清除基底虚渣、杂物，严格控制隧道超欠挖，严禁欠挖，超挖处采用同级混凝土回填密实。
（6）施工中按有关规范及标准图的要求进行监控量测及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌注二次衬砌的时机提供依据。
（7）隧道开挖应严格控制超挖和欠挖。
允许超挖值应符合表5.3－1要求。
表4.3－1隧道允许超挖值（cm）
开挖部位
Ⅳ
拱部
平均线形超挖
15
10
最大超挖
25
边墙平均线形超挖
仰拱、隧底
4.3.3初期支护施工
----隧道初期支护采用锚网喷+型钢钢架组合式初期支护，C25喷射砼35cm厚；
拱墙Φ8双层钢筋网片，间距20cm*20cm；
边墙Φ22砂浆锚杆，长4m，间距1.2m（环）*1.0m（纵）；
型钢钢架工25a，间距0.6m。
图4.3-11初期支护施工工艺流程图
4.3.3.1砂浆锚杆施工
⑴砂浆锚杆施工方法
适用于洞身边墙支护。
锚杆采用HRB400Φ22螺纹钢制作，长度4.0m，按照设计间距梅花形布置，采用切割机按照长度下料，外露端加工成螺纹状，并配备垫板和螺母，材料运至洞内进行安装。
锚杆钻孔利用简易台架风枪钻孔，下按照设计间排距，尽可能垂直结构面打入，高压风清孔。
用注浆泵将孔内注满早强砂浆，将锚杆送入孔内，并使杆体位于孔位中央，然后安装锚杆垫板，垫板必须用螺帽紧固在岩面上，增强锚杆与喷砼的综合支护作用。
钢支撑定位锚杆的尾端焊接在钢架上，以便共同受力。
锚杆施工完毕后，应抽样进行锚杆抗拔力试验，抽检率不小于3％。
⑵砂浆锚杆施工工艺
图4.3-12砂浆锚杆施工工艺框图
⑶砂浆锚杆施工工艺说明
1钻孔
施工时采用风枪、螺旋钻杆钻孔。
孔位偏差应不大于10mm，孔深偏差不大于50mm，采用“先注浆后安装锚杆”的程序施工，钻头直径应大于锚杆直径15mm。
锚杆在围岩开挖和初喷混凝土后打设，钻孔时确保孔口岩面整平，使岩面与钻孔方向垂直，局部随机锚杆的孔轴方向应与可能滑动面的倾向方向相反，其与滑动面的交角应大于70°
，间距1.2*1.0m，梅花形布置。
2锚杆埋设
锚杆埋设前，先对锚孔进行检查，孔位、孔深、沿直度、孔径、方向必须合格。
同时应用高压风、水清孔，使孔干净无积水残碴。
此外要检查锚杆钢材、直径、长度应符合设计要求，锚杆端头应加工螺纹长度不小于10cm。
锚杆埋设采取先注浆后插杆方法施工，砂浆强度不少于20Mpa，配比试验选定，用羊角气泵胶管从孔底倒插式注浆，浆满后快速插入锚杆到埋设长度，然后用半干硬砂浆封实孔口，用楔子固定锚杆，并安设垫板，上好螺帽。
锚杆埋设后24h以内不许碰撞，锚杆砂浆掺膨胀和早强剂，以提高其早期强度，埋设24h后，拧紧螺母，使垫板紧贴岩石。
4.3.4钢拱架施工
钢架是围岩破碎隧道增强初期支护强度的有效手段，它与超前管棚或超前小导管一起形成超前支护体系。
----隧道洞身Ⅴ级围岩，采用型钢钢架加强支护，断面代号为Ve,钢架间距0.6m设置。
钢架在钢构厂集中加工，出厂前应进行检验，钢架依开挖方法分节加工制作，节与节间以钢板高强螺栓连接，为了使左右侧支护上部拱架便于与下部连接，安装拱部钢架时在拱脚处垫上垫板和混凝土垫块并用锁脚锚管锁固。
安装好的拱架用纵向连接筋连成一体。
（1）施工工艺
图4.3-13施工工艺流程图
（2）钢架安装：
根据测设的位置，各节钢架在掌子面以连接板高强螺栓连接，连接板密贴。
为保证各节钢架在全环封闭前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下的虚渣和杂物。
同时每侧安设4根Φ42锁脚锚管将其锁定，锚管与钢架间采用“L”型Φ22钢筋满焊连接。
在安设过程中当钢架和初喷层间隙较大时应每隔2m用同标号砼预制块楔紧，钢架背后用喷砼填实。
钢架纵向连接采用钢筋进行连接，环向间距1.0m。
4.3.5锁脚锚管施工
钢架安装施工时，拱脚位置均设置锁脚锚管，锁脚锚管采用Φ42mm*3.5mm热轧无缝钢管，单根长4m，端头部位20cm打尖，每处拱脚设置2根，全断面12根/榀。
施工工序：
钢架安装完成→钻孔，安装锁脚锚管→锁脚锚管与钢架焊接加固
（1）钻孔，安装锁脚锚管
采用风枪钻设锁脚锚管孔，孔深不小于4m，孔径不小于42mm，45度倾斜向下钻进。
钻进时注意钻孔与钢架间距离，应保证锁脚锚管安装时与钢架密贴。
（2）安装、连接加固
锁脚锚管采用人工配合机械安装，安装时与钢架搭接外漏≯30mm，安装完成后，采用Φ22L型连接钢筋将锚管与钢架连接加固，L型钢筋与钢架及锁脚锚管连接处采用满焊。
图4.3-14锁脚锚管正面图
图4.3-15锁脚锚管详图
图4.3-16锁脚锚管侧面图
4.3.6挂网喷浆
钢支撑施工完毕后进行钢筋网的安设，钢筋网纵向采用φ8mm钢筋，网格间距为20×
20cm，钢筋网贴钢支撑外弧进行布设，搭接长度应为1～2个网格，钢筋网必须和工字钢焊接牢固。
喷射混凝土采用湿喷工艺，配合比需符合混凝土强度，坍落度为8～12cm。
喷射混凝土前，用高压风将岩面粉尘和杂物进行清洗，喷射作业分段、分片、由下而上顺序进行，喷头距离受喷面的距离宜为0.6~1m，严格按照喷射混凝土的施工规范进行混凝土的喷射。
初喷混凝土厚度4cm。
锚杆、钢筋网、钢架等安装完后进行复喷混凝土作业，喷至设计厚度。
喷射作业：
（1）喷射混凝土施工前应对喷射砼厚度进行标志，在喷射部位预埋钢筋头，钢筋头与最终喷射表面齐平，从而控制喷射砼厚度。
钢筋头纵向1m一道，环向1.5m一道。
（2）喷射操作程序应为：
打开速凝剂辅助风→缓慢打开主风阀→启动速凝剂计量泵、主电机、振动器→向料斗加混凝土。
（3）喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不宜大于6m。
喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。
①喷射混凝土分段施工时，上次喷混凝土应预留斜面，斜面宽度为200～300mm，斜面上需用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土。
②分片喷射要自下而上进行并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。
边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，使回弹不致裹入最后喷层。
③分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风清洗喷层表面。
一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量。
边墙一次喷射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持喷层厚度均匀。
顶部喷射混凝土时，为避免产生堕落现象，两次间隔时间宜为2～4h。
（4）喷射速度要适当，以利于混凝土的压实。
风压过大，喷射速度增大，回弹增加；
风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度。
因此在开机后要注意观察风压，起始风压达到0.5MPa后，才能开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压。
黄土隧道喷射混凝土时喷射机的压力一般不宜大于0.2MPa。
（5）喷射时使喷嘴与受喷面间保持适当距离，喷射角度尽可能接近90°
，以使获得最大压实和最小回弹。
喷嘴与受喷面间距宜为0.6～1.8m；
喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈，横向40～60cm，高15～20cm；
若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加偏斜，但不宜小于70°
。
如果喷嘴与受喷面的角度大小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷混凝土的质量。
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