软弱围岩隧道台阶法五步开挖施工工法参考模板.docx
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软弱围岩隧道台阶法五步开挖施工工法参考模板
软弱围岩隧道台阶法五步开挖施工工法
1、前言
隧道通过软弱围岩地段时，由于围岩的整体强度低，自稳能力差，隧道开挖后自稳时间短，甚至没有自稳时间，隧道开挖后拱顶及局部应力集中过大易出现坍塌冒顶，隧道结构极易失稳，给施工带来极大的困难。
我局在恩施凤凰山隧道施工过程中，结合施工能力和现场实际地质条件，依据新奥法原理改进施工方案，采用上下台阶预留核心土分五步进行开挖支护，拱部和边墙分别采用组合模板台车衬砌。
该施工工艺具有以下特点：
1、减少了对周边围岩的扰动，且台阶之间可平行穿插作业；2、开挖面稳定，作业较为安全；3、机械利用率高，施工周期短。
通过四川凉山州官地水电站对外交通公路E标段煤炭沟隧道、杭瑞高速鸡口山隧道等软弱围岩隧道的施工，总结了成功的经验，取得了良好的经济效益的社会效益，并形成本工法。
2、工法特点
2.0.1将监控量测技术、数据处理和信息反馈技术应用于施工，动态调整施工方法和支护，确保施工安全；
2.0.2运用上下台阶预留核心土法进行开挖支护，拱部边墙先施做系统锚杆注浆，分部封闭成环，初期支护为网、锚、喷加型钢钢架，二次衬砌为钢筋混凝土结构；
2.0.3采用五步开挖作业简便，无需使用特殊施工机械，容易推广应用；
2.0.4边墙与拱部采用一套组合模板台车，具有费用低、效率高、
混凝土外观质量好的优点。
3、适用范围
3.1．1本工法适用于新奥法指导施工的较大跨度软弱围岩隧道。
3.1．2本工法适用于各种埋深Ⅳ-Ⅴ级围岩公路隧道和类似跨度与其他级别围岩的隧道工程。
4、工艺原理
4．0．1采用上下台阶预留核心土法施工较大跨度的隧道，其机理是将洞室断面分为上部环形拱部、上部核心土、下部弧形拱部、下部核心土以及仰拱，由于上下部有核心土支挡着开挖面，而且能及时施做拱部初期支护，开挖工作面稳定性好，施工安全有保障。
上下台阶预留核心土法施工示意图：
见图4．1。
图4．1
4．0．2以岩体力学理论为基础，监控量测为依据，采用新奥法原理和控制爆破技术，及时喷锚进行初期支护，针对围岩软弱的特点，经监控量测数据反馈，合理确定工序间的关系。
4．0．3利用监控位移反分析及初支锚杆轴力、围岩应力、二衬接触应力的量测结果指导施工。
5、工艺流程及操作要点
5.1工艺流程（见图5.1）
图5.1
5.2操作要点
5.2.1施工准备
⑴熟悉设计图纸，制定详细的施工方案
⑵地表布置监测桩点，并进行原始数据测量
⑶分析洞内的地质情况和稳定与否，制定进洞前辅助加固措施
⑷准备施工队伍和设备，培训施工人员，组合所需的材料。
5.2.2施作超前小导管
⑴在1步开挖前，按照设计文件在拱部120.范围内布设φ42mm,L=3.5m，a=0.3m超前小导管施做超前支护。
小导管的搭接长度为30~50%、型钢间距为0.6m；
⑵钻孔、插入小导管：
采用φ60mm钻机钻孔,孔径为,延开挖轮廓线向外倾斜α角（外插角控制在5。
-10。
）。
孔位检查合格后，插入小导管，小导管的后端焊接在钢架上然后进行注浆，注浆采用单浆水灰比为：
W/C=1.0，注浆的初始压力0.5MPa-1.0MPa，终结压力控制在2.0MPa。
注浆料的配合比及压力要通过试验参数调整确定。
5.2.3开挖与支护
⑴开挖顺序：
1部先行开挖，随即依次开挖2步→3步→4步→5步。
1、3部采用光面爆破后装载机出土至下台，2、4、5部采用挖掘机开挖，15T自卸汽车运输。
上下台阶间距控制在15-30m之间。
开挖分步见图5.2.3-1：
5.2.3-1五步开挖示意图
开挖循环进尺与设计型钢间距相同，即每次开挖进尺与型钢钢架的间距相同：
0.8m。
⑵初期支护为：
C20喷射混凝土厚20cm，Ⅰ18工字钢钢架间距为0.8m，单层HPB235钢筋网以及法向系统注浆锚杆，每两榀钢架之间设φ25纵向连接钢筋，环向间距为0.6m。
⑶喷射混凝土采用湿喷工艺，可大幅度减低粉尘浓度和回弹率，增大一次喷层厚度，提高生产效率，保证工程质量。
A、将满足要求的水泥、砂、碎石、水、外加剂按配合比加入搅拌机，拌好后的混凝土加入喷射机的料斗，根据喷射机的操作规程进行喷射，喷射工艺流程如图5.2.3-2：
5.2.3-2湿喷工艺流程图
B、设备。
500L混凝土搅拌机一台、20m3电动空压机一台、3m3混凝土罐车两台、TK96-1型湿喷机一台。
C、人员。
湿喷机司机1人、喷射手2人、上料3人、运料4人、搅拌3人、电工1人、班长1人，共计15人。
D、材料。
细度模数大于2.77的中粗砂、碎石最大粒径10mm、PO.42.5级普通硅酸盐水泥、SDJY型高效液态速凝剂、饮用水、高效减水剂。
E、注意事项
①混凝土材料和易性好，坍落度控制在8-15cm；
②风压控制在0.1MPa左右，风量10m3/min；
③喷射手要注意喷嘴的方向控制。
⑷施作工序
A、在台阶上部测量划出开挖轮廓线，沿轮廓线搭设超前小导管并注浆；采用正台阶法开挖，1部采用光面爆破配合人工出渣，单循环进尺0.5-0.8m；周边初喷混凝土厚5cm，架立钢架，挂网焊上连接杆。
钢架
0.8m/榀；在周边钻锚杆孔，安装系统径向锚杆并注浆；周边复喷混凝土至设计厚度。
B、待1部进尺2-3m时，进行2部开挖。
4、5步开挖采用挖掘机配合15T载重汽车出渣。
C、上下台阶之间间隔15-30m。
开挖下台阶前确定3步开挖的轮廓线，
3步开挖开挖采取马口交叉施工，两边不得同时开挖，错开最小间距为3m。
开挖采用人力及风镐，周边初喷混凝土厚5cm，架立钢架挂网焊上纵向连接杆，钻孔布设径向系统注浆锚杆，钢架之间的横向连接采用钢板和连接螺栓，并采取焊接作为加强措施。
钢架的底部、背部垫设混凝土垫块，周边复喷混凝土至设计厚度。
D、待3步开挖6-8m时，开挖4步、5步，开挖采用挖掘机配合15T自卸汽车出渣，开挖长度控制在10-12m,灌注隧底仰拱及矮边墙砼，矮边墙预留接茬钢筋，每循环12米。
5.2.4二衬施工
隧道施工工序繁多，施工干扰因素多，如果采取人工立模加横撑进行二次衬砌施工，对前方开挖出渣进料造成不利影响。
从作业循环时间和施工进度考虑，人工立模衬砌速度缓慢。
隧道断面衬砌跨度大，立模加固困难，衬砌外观质量难以保证。
因此衬砌施工方案如下：
砼在洞外自动计量拌合站拌制，砼运输，输送泵泵送入模，边墙、拱部采用模板台车衬砌。
如图5.2.4所示：
5.2.4模板台车
A、要求。
液压动作，自动行走，拱架配组合钢模，拱架可上下左右动作，内净空可通过ZLC-50装载机。
B、参数选定。
轨距5340mm，钢轨43Kg/m,轨枕槽钢160×160；门架高度7126mm，液压系统：
系统压力16MPa，泵排量20ml/r.
5.2.5施工监测项目
监控量测项目主要根据隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型等综合条件确定，具体项目、测点布置、量测频率和周边允许相对位移值见表5.2.5-1、5.2.5-2、5.2.5-3、。
表5.2.5：
监测项目表
序号
监测项目
测试工具及仪表
备注
1
岩性，结构面产状及支护裂隙
放大镜
必测
2
地表下沉
水准仪
必测
3
拱顶下沉
精密水准仪
必测
4
周边位移
收敛机
必测
5
围岩应力
压力盒、水准仪
必测
6
锚杆轴力
应力计
必测
7
衬砌内应力、表面应力及裂隙量测
压力盒
必测
表5.2.5-2：
测点布置表
围岩级别
侧点间距
水平收敛
拱顶下沉
表面位移
Ⅴ
10-20m
5
3
2
Ⅳ
15-30m
5
3
2
表5.2.5-3：
量测频率
位移速度（mm/日）
距工作面距离
量测频率
＞10
0-1B
1-2次/日
5-10
1-2B
1次/日
5-1
2-5B
1次/2日
＜1
＞5B
1次/周
注：
B为隧道开挖宽度
根据位移变化速率判别，当净空变化速率连续三天大于1mm/d时，需加强支护系统；当拱顶下沉速度小于0.07~0.15mm/d，或周边位移速率小于0.1~0.2mm，则认为围岩基本稳定。
5.2.6注意事项
上下台阶预留核心土法施工应坚持“管超前，短进尺，弱爆破，强支护，勤量测，早封闭”的原则
5.2.7、劳动组织
劳动力组织人员配备表见表5
表5.2.7：
劳动力组织人员配备表
开挖
人数
衬砌
人数
测量（含监测）
8
防水板铺设
6
钻孔（含锚杆安装及爆破）
20
混凝土生产
12
出渣
15
输送泵
6
喷射混凝土（含架立钢架）
15
混凝土运输及振捣
12
排水、通风道路维护
8
立模定位
14
电工
3
钢筋绑扎
10
合计
69
合计
60
6、机具设备
6.1施工机械设备配备见表6.1
表6.1：
施工机械设备配备表
序号
机械设备名称
型号
数量
1
轮式装载机
龙工ZLC50
2
2
挖掘机
卡特320
1
3
自卸汽车
15T
5
4
电动空压机
20m3/135kw
2
5
凿岩机
YT28
8
6
潜孔钻
2
7
搅拌站
350L
1
8
输送泵
HBt60a
1
9
混凝土搅拌机
Js750
2
10
混凝土运输车
vr350
1
11
湿式喷射机
TK96-1
1
12
水泥净浆搅拌机
200a型
1
13
模板台车
1
14
抽水机
147×106
3
15
电焊机
Xj-600
5
16
切断机
GJ32
2
17
发电机
250KW
1
18
变压器
500KVA
1
19
轴流式风机
55kw
2
7、质量控制
本工法除执行施工设计图纸等文件的有关技术要求，执行《公路隧道施工及验收规范》《钢筋混凝土工程施工及验收规范》外，还应注意以下质量标准：
7.0．1、超前小导管钻孔要严格控制外插角，注浆应饱满
7.0．2、钢支撑应严格测量检查，准确定位，连接良好，拱脚不悬空；
7.0．3、锚杆应确保眼深，注浆饱满，抗拔力达到设计要求
7.0．4、喷射混凝土达到设计厚度，强度合格。
8、安全措施
施工过程中除严格遵守国家和部颁有关隧道施工安全技术规则外，还要注意以下事项：
8.0．1、设专职工程技术人员做好地质描述和超前地质导报，并根据监控量测的结果，调整支护参数，确保施工人员、设备的安全
8.0．2、隧道采取光面爆破，严格按爆破设计和《爆破规程》操作施工，严格控制药量，做好软岩的防塌，光爆成形工作
8.0．3、洞内严格控制进尺，严格按设计和施工方案进行超前小导管注浆，在上一环初期支护没完成以前，不得进入下一环开挖作业。
8.0．4、结构应及时封闭成环
8.0．5、拱部开挖支护完成，在架设临时竖向支撑后，方可拆除导洞内壁上部的临时支护钢架。
9．环保措施
9.1永久性用地范围内裸露地表用植被覆盖。
工程完工后，拆除一切临时用地范围内的临时设施和临时生活设施，搞好租用地和弃碴场复耕，绿化原有场地，恢复自然原貌。
退场时的场地清理，达到地方政府、群众及相关其他单位的满意，并取得有效的证明文件。
合理布置施工场地，生产、生活设施尽量布置在征地线以内，少占或不占耕地，尽量不破坏原有植被，不随意砍伐树木，并在其周围植草或植树绿化，创建美好环境。
9.2水土保持措施
为了保护环境和洞外水源不受污染，在洞口设污水处理系统，采用隔油沉淀池、气浮设备和二级生化处理设施对施工污水进行处理。
控制施工注浆使用的水泥及其他浆液泄漏，严格按照设计要
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