24大变形试验段作业指导书.docx
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24大变形试验段作业指导书
丽香铁路Ⅳ标段隧道工程
编号：
隧--024
隧道大变形试验段作业指导书
单位：
编制：
审核：
批准：
2015年08月01日发布2015年08月01日实施
丽香铁路隧道工程
大变形试验段作业指导书
一、施工参数
1、适用范围
本作业指导书适用于丽香铁路四标隧道软弱围岩。
2、试验段施工参数
衬砌
类型
预留变形量（cm）
初期支护
二次衬砌（cm）
超前支护
喷砼厚度（cm）
锚杆（m）
钢筋网
钢架
拱墙
仰拱
主筋
拱墙
仰拱
部位
长度
环向间距
纵向间距
部位及型号
网格间距（cm）
部位及类型
间距
大变形Ⅰ型
30
25
25
拱墙
3.5
1
1
拱墙φ8
20*20
全环
I18
0.5
45*
45*
20@250
φ42小导管
大变形Ⅱ型
40
27
27
拱墙
4.0
1
1
拱墙φ8
20*20
全环I20b
0.5
50*~
80*
55*
20@200
φ42小导管
大变形Ⅲ型
50
27
27
拱墙
4.5
1
1
拱墙φ8
20*20
全环格栅/I20b
0.5
55*~
105*
60*
22@200
φ42小导管
注：
上表中“*”代表二次衬砌采用钢筋混凝土，
二次衬砌纵筋采用φ10，箍筋采用φ8（Ⅰ型间距333mmm，Ⅱ型及Ⅲ型间距250mm）
大变形隧道内轮廓不变，预留变形量30-50cm，开挖轮廓线边墙曲率加大。
全环采用I20b（I18）钢架，间距0.5m/榀，钢架间纵向连接钢筋采用φ25钢筋，"Z"形布置，设于钢架内侧（靠二衬侧），钢筋纵向接头应相互错开,锁脚采用φ42锁脚锚管，3.5~4.5m每根，与钢架焊接牢固；同时加强各台阶底部钢架纵向垫槽钢的施工工艺，确保钢架系统整体稳定性；拱部设φ42超前小导管，每根长3.5m，环向间距0.4m，纵向间距2m，系统锚杆采用药包锚杆，长度3.5-4.5m，非对称性施工。
施工采用三台阶法，下台阶与仰拱一次开挖成形并及时封闭成环，从上台阶开挖到仰拱初支封闭成环时间控制在12天左右。
二、开挖方法
采用三台阶施工方法，台阶高度确定为上台阶高度2.5m，中台阶高度4m，下台阶带仰拱高度4.02m。
上台阶长度3～5m，中台阶长度5m。
由于现场围岩较为破碎确定采用挖掘机带破碎头开挖为主，弱爆破为辅的开挖方法。
开挖进尺控制在1榀拱架间距之内（即50cm）。
施工工艺流程及施工工序见下图。
图1台阶法施工工艺流程
三台阶法施工示意图
台阶法施工工序说明：
第1部：
开挖上台阶后，用挖机将上台阶扒渣到中台阶，扒渣后立即初喷4cm后C25砼封闭开挖面。
第2部：
上台阶立拱架、打锚杆、超前支护等，同时进行中台阶出渣、开挖。
第3部：
中台阶立拱架、打锚杆，上、中台阶喷射混凝土，喷射混凝土完成后进行下台阶带仰拱开挖、出渣。
第4部：
下台阶、仰拱立拱架，喷射混凝土，仰拱钢架滞后下台阶钢架4榀。
3、开挖前准备工作
开挖前，提前半个小时通知测量人员，对掌子面开挖轮廓线进行放样，并用油漆标识，周边眼间距控制在35~50cm，根据实际爆破效果，现场进行参数调整。
本隧道岩性差，为了防止超挖，放样时，距开挖轮廓线5~10cm进行标识点位。
如下图：
三、超前地质预报
本隧道地质情况复杂，主要以炭质板岩为主，并存在低瓦斯、溶洞、断层和断层破碎带等不良地质，必须提前做好超前地质预报工作，确保隧道安全通过。
针对隧道具体的工程特点，采用地貌、地质调查与地质推理相结合的方法，进行定性预测。
具体采取的措施有：
对开挖全过程进行综合预测、预报，方法有地质素描法（常规地质法）、超前探孔近距离预报、地质雷达中短期预报、TSP长期预测预报、红外线探水等。
施工中应该将几种预报手段综合运用，取长补短，相互补充和印证。
综合监测结果，及时提出对不良地质的处理措施，以降低施工风险，确保工程质量和运营安全。
超前地质预报若发现前方地质情况与设计不符时要及时通知设计单位到现场核实，以便及时采取有效的设计变更方案。
①地质素描及加深炮眼
地质素描主要为观测及量测，对在掌子面前方5m-10m的地质条件进行预测预报，在资料上填写预测信息，并绘制实施地质图。
利用炮眼加深超前探测前方是否存在瓦斯、天然气等气体，每个断面加深炮眼个数不小于5个，均匀分布在掌子面上，角度控制在30-45°之内，炮眼长度不小于3m，然后把实际操作里程及探测等情况填写在资料上。
②超前水平钻孔
超前水平钻孔一般V级围岩钻2-3个孔，IV级围岩钻2个孔，III级围岩钻1个孔，角度控制在1-3°，每个孔深30m，每循环搭接5m，根据钻孔的情况确定前方岩质及地下水发育情况，认真填写钻孔台账。
③地质雷达、红外探水、TSP
地质雷达、红外探水、TSP由湖南科技大工程检测中心对各洞口掌子面地质情况进行检测，地质雷达、红外探水每次检测30m，搭接5m，TSP每次检测100m，搭接20m，现场管理人员建立好台账，施工至检测搭里程时，及时通知检测人员。
四、超前小导管施工
1、适用范围
Ⅳ级及以上围岩，尤其在V级围岩，地下水较发育地段使用效果较好。
2、超前小导管的作用
（1）小导管一端焊接于钢拱架上，一端插入掌子面前面的岩体中，形成一个简支受力体系，承担上部荷载。
（2）通过小导管注浆，在一定的注浆压力下，浆液向周边岩体的裂隙渗透，使围岩通过浆液连成一个整体，在扩散半径范围内形成一个承载拱，加固围岩，保护施工人员的安全。
（3）通过注浆充填围岩的裂隙，截断地下水的通道，起到止水的作用。
3、小导管注浆施工顺序
1、施工参数
（1）选壁厚为3.5mm的φ42无缝钢管，管长3.5m，每环28～31根。
（2）钢管沿隧道开挖轮廓线布置，外插角5°～10°，环向间距40cm，纵搭接长度不小于1.5cm。
（3）单液注浆：
水泥浆水灰比为0.5～1.0，浆液由稀至浓逐级变换。
（4）注浆初压为0.5Mpa，终压为1.0Mpa。
2、小导管加工
小导管长3.5m，前端做成尖锥形，前段管壁上每隔15-20cm梅花型交错钻眼，眼孔直径8mm。
后端不小于1m内不要钻眼。
如下图：
3、小导管施工技术措施
（1）小导管注浆前先喷射砼5cm封闭掌子面，以防注浆时从围岩裂隙中跑浆。
（2）钻孔时每循环从拱架外弧平行于隧道中线施钻，直接从拱架外弧打设，但要注意控制小导管仰角。
（3）钻孔完成后应用高压风清孔，以防止拔出钻杆时孔内掉石堵塞钻孔造成小导管无法安装。
（4）小导管安设完成后与钢拱架焊接成整体。
（5）用锚固剂封堵钻孔与小导管管壁之间的空隙以防注浆时从空隙中跑浆而无法保证注浆质量。
（6）超前小导管注浆应符合下列规定：
①浆孔的布置角度允许偏差+2。
。
孔口位置与设计位置的允许偏差为+5cm；孔深允许位置偏差为0，+5cm。
②注浆钻孔应做到：
孔壁圆，角度准，孔身直，深度够，岩粉清洗干净。
当出现严重卡钻、孔口不出水时应停止钻孔，在旁边另外重新钻孔。
③钻孔结束后应掏孔检查，在确定无塌孔和探头石时，才可安设注浆管。
④注浆前应平整注浆所需场地，检查机具设备，作好止浆墙，并准备注浆材料。
⑤钢管顶入钻孔长度不应小于管长的90%。
⑥注浆顺序为应先注无水孔再注有水孔，从拱顶顺序向下进行。
如遇窜浆或跑浆，则可间隔一孔或数孔灌注。
注浆结束后，应利用止浆阀保持孔内压力，直至浆液完全凝固。
五、砂浆锚杆施工
1、锚杆施工一般规定
（1）隧道工程洞室开挖后，应尽快安设锚杆；
（2）一般宜先喷射混凝土，再钻孔安设锚杆；
（3）锚杆的孔位、孔径、孔深及布置形式应符合设计要求；
（4）锚杆杆体露出岩面的长度，不应大于喷层的厚度；
2、锚杆孔施工要求
（1）锚杆位置：
钻孔前应根据设计要求定出孔位，作出标记，同时锚杆间距与排距符合设计要求；
（2）孔位允许偏差：
孔位应根据设计要求和围岩情况作出标记，孔位允许偏差为±15㎜；
（3）钻孔方向：
宜沿隧道周边径向钻孔，钻孔方向应尽量与围岩壁面和岩层主要结构面垂直；
（4）钻孔深度技术要求
锚杆的钻孔深度，应符合下列规定：
①砂浆锚杆孔深度应大于锚杆长度10cm；
②锚杆钻孔应保持直线型。
3、φ22砂浆锚杆
1、施工要点
①采用Φ22药包锚杆（锚固剂），不能成孔时可考虑采用自进式锚杆。
锚杆长4.5m，间距纵向1.0m×横向1.0m。
②锚杆及锚固剂材料应符合设计要求，锚杆应按设计要求的尺寸截取，并整直、除锈和除油；
③先将锚固剂送入孔内后，应立即迅速插入杆体，可用锤击或通过套筒用风钻冲击，使杆体强行插入钻孔；
④杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%，实际粘接长度亦不得短于设计长度的95%；灌入的锚固剂是否饱满，可根据孔口是否有锚固挤出来判断，若孔口无锚固剂流出，应将杆体拔出重新注浆；
⑤杆体到位后要用木楔或小石子在孔口卡紧，防止杆体滑出。
2、安装要点
①锚杆安装时需上垫板，并用螺母上紧垫板。
②普通砂浆锚杆必须根据设计预先加工，外露端必须机车丝扣，丝扣长度不得大于锚杆长度的5%，每根锚杆至少配套一个螺母，一块垫板，垫板尺寸必须满足不低于150㎜×150㎜×6㎜的要求。
同时严格控制锚杆的数量和方向，并保证垫板与基岩面密贴。
③锚杆插入钻孔长度不得小于设计长度的95%，尾端必须加垫板，垫板应与喷层面紧贴，拧紧螺母。
3、质量检验
锚杆拉拔力测试
①根据试验目的，在隧道围岩指定部位钻锚杆孔。
孔深在正常深度的基础上稍作调整，以便锚杆外露长度大些，保证千斤顶的安装；或采用正常孔深，将待测锚杆加长，从而为千斤顶安装提供空间。
②按照正常的安装工艺安装待测锚杆。
用锚固剂将锚杆口部抹平，以便支放承压垫板；
③根据锚杆的种类和试验目的确定拉拔时间；
④在锚杆尾部加上垫板，套上中空千斤顶，将锚杆外端与千斤顶内缸固定在一起，并装设位移量测设备与仪器。
六、钢筋网片施工
1、钢筋网设计
本隧道初期支护钢筋网采用Φ8钢筋，网格尺寸为20cm×20cm全断面布设。
2、钢筋网施工
（1）成品的存放
制作成型的钢筋网片必须轻抬轻放，避免摔地产生变形。
钢筋网片成品应远离加工场地，堆放在指定的成品堆放场地上。
存放和运输过程中要避免潮湿的环境，防止锈蚀、污染和变形。
（2）挂网
按图纸标定的位置挂设加工好的钢筋网片，钢筋片随初喷面的起伏铺设，绑扎固定于先期施工的系统锚杆之上，再把钢筋片焊接成网，网片搭接长度为1～2个网格。
3、施工控制要点
（1）钢筋网格尺寸应符合设计要求。
（2）铺设钢筋网按照以下要求执行：
①钢筋网在初喷混凝土4cm以后铺挂，且保护层厚度不得小于2cm。
②人工铺设贴近岩面，与锚杆和钢架绑扎连接（或点焊焊接）牢固
③钢筋网应随初喷面的起伏铺设，与受喷面的间隙一般不大于3cm，与锚杆（锚杆安装3d后）或其它固定装置连接牢固。
④钢筋网和钢架绑扎时，应绑在靠近岩面一侧，确保整体结构受力平衡。
⑤喷射中如有脱落的石块或混凝土块被钢筋网卡住时，应及时清除后再喷射混凝土。
七、工字钢钢架施工
本隧道钢架支护使用的型钢主要由I20b工字钢弯制而成，隧道设计Ⅴ级围岩为全断面支护。
隧道各部开挖完成初喷砼后，分单元及时安装钢架，采用与定位锚杆、径向锚杆以及双侧锁脚锚管固定，纵向采用Φ25钢筋连接，钢架之间铺挂钢筋网，然后复喷混凝土到设计厚度。
钢架施工工艺流程图见图1。
1、钢架安装
钢架安装在掌子面开挖初喷完成后立即进行。
根据测设的位置，各节钢架在掌子面以螺栓连接，连接板应密贴。
为保证各节钢架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下的虚碴及杂物。
同时每侧安设2根锁脚锚管将其锁定，底部开挖完成后，底部初期支护及时跟进，将钢架全环封闭。
钢架基脚处设槽钢以增加基底承载力。
图1型钢钢架施工工艺流程图
架立钢架后应尽快进行喷砼作业，以使钢架与喷砼共同受力。
喷射砼分层进行，先从拱脚或墙角处由下向上喷射，防止上层喷射料虚掩拱脚（墙角）不密实，造成强度不够，拱脚（墙角）失稳。
（1）隧道防止钢架下沉的措施
拱部开挖安装型钢拱架后，由于隧道围岩的自稳性较差以及各部开挖拉开了一定距离，钢架短时间内不能全断面闭合，有可能会出现拱顶钢架下沉，导致围岩失稳或侵入衬砌界限，因此在施工过程中需加强对钢架安装以后的监控量测，必要时采取有效措施进行加固，以防止拱顶钢架下沉。
具体措施如下：
①加强对钢架的锁脚固定措施
由于采用分部开挖方法，拱部钢架安装后，钢架暂时不能全断面封闭成环，钢架必须采取锁脚措施，将钢架两底脚牢固锁定，以防止钢架下沉或两底脚回收，钢架锁脚采用两根L=4.0m的Φ42锁脚锚管锁定，锚管采用钢花管，压注水泥浆液进行锚固。
②及时喷射混凝土进行覆盖
钢架安装完成后，及时进行喷射混凝土，喷射时分层、分段进行，钢架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于40mm。
③防止施工过程中的碰撞和损坏
机械开挖时，为防止挖掘机等大型机械对已支护好钢架进行碰撞和冲击，造成钢架损坏，因此，开挖时，要委派专人对开挖作业进行指挥，严格限制机械作业界限，以防止碰撞钢架。
2、施工要点
（1）钢架之间必须用钢筋纵向连接，并要保证焊接质量。
当钢架与围岩之间有较大的空隙时，沿钢架外缘每隔2m应用混凝土预制块楔紧。
（2）钢拱架的拱脚采用锁脚锚管等措施加强支承。
（3）钢架应尽可能与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支护的效应。
（4）喷射混凝土时，要将钢架与岩面之间的间隙喷射饱和达到密实。
（5）喷射混凝土应分层次分段喷射完成，初喷混凝土应尽早进行“早喷锚”，复喷混凝土应在量测指导下进行，即“勤量测”的基本原则，以保证喷射混凝土的复喷适时有效。
（6）型钢钢架应采用冷弯成型，钢架加工的焊接不得有假焊，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。
（7）每榀钢架加工完成后应放在水泥地面上试拼，周边拼装允许误差为±3cm，平面翘曲应小于2cm。
（8）钢架应在初喷混凝土后及时架设,各节钢架间以螺栓连接，连接板必须密贴。
（9）钢架安装前应清除底脚下的虚碴及杂物,钢架底脚应置于牢固的基础上。
3、质量要求
钢架安装允许偏差的检验应符合下表的规定：
钢架安装允许偏差
序号
项目
允许偏差
1
间距
±100mm
2
横向
±50mm
3
高程
±50mm
4
垂直度
±2o
5
保护层和表面覆盖层厚度
-5mm
检验数量：
每榀钢架检查一次。
检验方法：
测量、尺量。
八、试验段结构受力测点埋设
1、测试里程与内容
根据长坪隧道进口工区正洞目前施工进度，长坪隧道进口工区正洞大里程试验段里程为DK52+693～DK52+723，掌子面大里程DK52+690。
在长坪隧道进口工区正洞大里程埋设3个内部结构受力断面（长坪斜井工区正洞不设应力测试）。
每隔10米一个断面测试内容包括初支位移、隧道初支围岩压力、初支钢架内力、初支与二衬接触压力、二衬钢筋应力、二衬混凝土应变、锚杆轴力，具体如表6-1所示
表6-1结构受力测试内容
项目
测点位置
测点埋设里程（暂定）
测试仪器/元器件
总计断面数
初支位移
初支结构
长坪隧道进口工区正洞大里程里程DK52+693～DK52+723
全站仪
3个断面
围岩压力
压力盒
钢架内力
钢筋计
锚杆轴力
钢筋计
接触压力
二衬结构
压力盒
钢筋应力
钢筋计
混凝土应变
应变计
注：
根据监测情况，里程及断面数视情况增加，以上为预计。
2、测试仪器、元器件数量及要求
为了满足对结构受力进行长期测试，测试仪器、元器件的数量要求如表6-2所示。
表6-2测试仪器、元器件的数量
序号
名称
数量
测试精度
备注
1
压力盒
70个
精度≤0.5%F.S
要求元器件精确度要高，寿命期长，至少能达到半年以上，能长期观测。
压力盒、钢筋计、应变计各考虑富余10个。
2
钢架及二衬钢筋计
130个
精度拉伸≤0.5%F.S，压缩≤1.0%F.S
3
锚杆钢筋计
70个
精度拉伸≤0.5%F.S，压缩≤1.0%F.S
4
应变计
70个
精度±0.1%F.S
5
振弦式频率读数仪
3个
注：
为测量锚杆受力，需向厂家定制4.5m锚杆，每根锚杆分别在1m、2m、3m、4m处分别安设4个钢筋计，钢筋计量程同上表，定制锚杆数量为15根。
3、测点布置
（1）初支结构受力测点布置
初支结构受力分别试验段里程埋设3个结构受力断面，每个量测断面分别在拱顶、上台阶、中台阶、下台阶和仰拱共计布置10个测点，每个测点布设1个压力盒、2个钢筋计（在拱架两侧各布置一个），如下图所示。
埋设时，务必先对围岩表面进行初喷使围岩表面平整，确保压力盒测试数据的有效性，同时也保证测点埋设时人员的安全。
图6-1隧道初支结构受力测点布置
锚杆轴力测点布置，每个测量断面分别在上台阶、中台阶、下台阶布置5个测点，测量锚杆长4.5m，每根锚杆上等距离（1m、2m、3m、4m处）布置4个钢筋计，如图6-2所示。
每根锚杆等距布设4个钢筋计
图6-2隧道锚杆受力测点布置
（2）二衬结构受力测点布置
二衬结构受力埋设3个受力断面，每个量测断面分别在拱顶、上台阶、中台阶、下台阶和仰拱共计布置10个测点，每个测点布设1个压力盒、2个钢筋计（内外层钢筋各一个）和2个混凝土应变计（内外层钢筋附近），如下图所示。
图6-3隧道二衬结构内部受力测点布置
九、湿喷砼施工
1、施工工艺
喷射混凝土作业，分初喷和复喷二次进行。
初喷在开挖（或分部开挖）完成后立即进行，以尽早封闭暴露开挖面，防止表层风化剥落。
复喷混凝土在系统锚杆、钢筋网、钢架安装施作后进行，尽快闭合支护整体受力，以抑制围岩变位。
钢架间用混凝土复喷平整，并有足够的保护层。
2、喷射前的准备工作
（1）喷射支护前撬去表面危石和欠挖部分,用高压水、高压风清除杂物,用高压水冲洗岩面。
（2）遇表面有少量水时，加速凝剂，减少掺水量或不加水，强制堵水；水量大时，增设排水管，连排水管一起喷进去，形成永久性排水孔。
（3）控制喷层厚度标志的设置：
按照设计厚度利用原有部件如锚杆外露长度等，也可在岩面上打入短钢筋，标出刻度，做为标记。
3、喷射方法及注意事项
（1）上料速度要均匀、连续、适中，始终要保持湿喷机进料斗中有一定的贮存量，并及时清除振动筛上大粒径粗骨料和杂物。
（2）喷射过程中，喷射手后方的助手应及时协助喷射手理顺砼管，避免喷射手在更换方向时，使砼管产生急拐弯憋劲现象，引起堵管。
（3）喷射手在操作喷嘴中，应尽量使喷嘴与受喷面垂直，距离1.5～2m。
喷射压力保持在2～5kg/cm2左右，才能保证有效施工。
喷砼应分片自下往上喷射，喷嘴均匀地呈螺旋形转动。
喷射作业时，喷射手要时刻注意观察喷嘴情况，一旦堵管，要让助手立即与操作司机联系，停机、关风，检查管路是否畅通。
（4）当岩面凹凸不平，喷射砼先喷射岩面上的凹坑处，此时砼中的水泥、砂浆首先粘在岩石裂隙、凹坑中，而粒径较大（>5mm）的石子都会被回弹落地，这时的回弹量最大，随着喷射作业的延续和速凝剂的作业，在岩面上很快形成一层厚约5mm的砂浆垫层，喷向受喷面的砂浆垫层厚度不断增加，回弹明显减小，在高压风的推动下，砂粒、石子象子弹一样被“射”进不断增加的砂浆层中，砼的附着力增加，回弹就更加减小。
喷射时，液态速凝剂在喷嘴处被雾化后能与物粒混合并充分发生反应，喷在受喷面上的砼能在2～3min内初凝，10min终凝。
（5）在喷射作业时，坍落度要根据实际情况进行调整，喷拱时，坍落度控制在8cm，喷边墙时，坍落度控制在12cm。
对于岩面超挖凹坑处，要具体情况分别对待，拱部超挖处，第一次喷层约7cm，20min后进行二次补喷；边墙超挖处，第一次喷约10cm，15min后进行二次补喷。
（6）在施工喷射混凝土时，侧墙壁由下至上，顶拱部由一侧末端开始向另一侧延续。
（7）在喷射混凝土时，钢筋、钢支撑及挂网的后部不留空隙。
（8）反弹至在地上的喷浆混凝土，要在固结以前除去。
4、湿喷砼质量保证措施
（1）每次喷射作业前，做好人员、机具、物资、技术、测量、试验、运输等准备工作。
（2）在喷射混凝土之前，沿岩面间距2m埋设长度满足设计喷射厚度的钢筋头，以保证喷射混凝土厚度，同时也保证了喷射砼的平整度。
（3）施工技术人员对喷射作业环节进行认真检查（内容包括：
喷层厚度、喷层与受喷面粘结情况、喷射作业中各种参数），严格把关。
5、喷砼质量的检验方法
（1）喷砼厚度
检验的平均厚度要达到或超过设计厚度。
检测得到的最小厚度，要在设计厚度的75%以上。
检验方法：
钻破检测孔实行或用地质雷达检测，用钻破检测孔对隧道每长10m，顶部5处，侧壁部左右各1处。
检测孔：
用冲击式凿岩机或钻石钻孔机钻孔，钻孔直径应在32mm以上。
（2）受喷面粘结强度
符合设计及规范要求。
检验方法：
锤击法、砼硬化后钻取岩蕊法、钻取或凿取试件劈裂法。
（3）喷混凝土平整度
混凝土表面应平整，无空鼓、裂缝、松酥。
平整度用2m靠尺检查，允许偏差为100mm。
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