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