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槽箐头隧道实施性施工组织设计

沪瑞国道主干线（贵州境）镇宁至胜境关高速公路（新胜段）

第三十七合同段

槽箐头隧道

实施性施工组织设计

贵州省镇胜高速公路第37合同段项目经理部

二○○四年十二月红果

1编制依据

一．沪瑞国道主干线（贵州境）镇宁至胜境关公路项目土建工程施工第37合同段招标文件、两阶段施工图设计及其附件。

二．现场考察资料。

三．国家、交通部颁发现行的各种有关设计、施工规范及验收标准。

2工程概况

2.1工程位置及范围

槽箐头隧道位于沪瑞国道主干线（贵州境）镇宁至胜境关公路项目第三十七合同段内，左幅隧道长3810m，中心里程为ZK188+510；右幅隧道长3790m，中心里程为ZK188+520。

2.2地形、地貌

隧道进出口地形切割强烈，分布高程相对较低，洞身段地形起伏不大，所经地段高程1912.36~2190.45m，相对高差约278m。

隧道地貌类型属溶蚀、侵蚀为主的中山或低中山地貌。

隧道进口处为岩溶冲沟边缘的缓坡台地，地面高程1944.96m，出口处为一陡崖过渡至缓坡地形，出口地面高程1912.36m。

2.3地质情况

隧道通过地层由可溶性较大的茅口组（P1m）灰岩和可溶性较小的栖霞组（P1q）泥灰岩及非可溶的栖霞组（P1q）泥岩组成，据地表地质测绘及钻探资料分析判断，水塘子断层（F1）分布在：

左幅K187+580、右幅K187+550桩号，为正断层。

断层产状257°∠70°，断距20~25m，破碎带9~12m，破碎带物质呈钙质胶结，断层影响宽度35~40m。

上下盘地层为茅口组（P1m）灰岩和栖霞组（P1q）泥灰岩夹泥岩，断层走向与洞轴线交角较大。

槽箐头向斜轴部位于：

左幅K189+420、右幅K189+370桩号位置，为宽缓向斜，轴线方向N15°E，与洞轴线交角45°左右。

白沙地断层（F2）分布在：

左幅K190+162、右幅K190+124桩号，为逆断层，断层产状100°∠65°，断层破碎带20~25m，破碎带物质呈钙泥质及铁质胶结，断层影响宽度50~60m，上盘地层为茅口组（P1m）厚层灰岩，下盘地层为飞仙关组第一段（T1f2）紫红色、灰绿色泥质粉砂岩与泥页岩，岩层走向与洞轴线交角较大。

2.4气象、水文情况

本地区属亚热带季风气候区，具有热量足够，雨量充沛，雨热基本同季，光照充足的特点。

区内气候变化较大，每年11月至次年3月为霜降期，5～8月气候比较炎热，9～11月雨水充沛，多年平均气温15.2℃，最高气温可达36.7℃，最低气温可达-7.9℃，年平均降雨量1661.8mm，年平均相对湿度77%，区内年日照时间在1594.3小时。

2.5主要技术标准

公路等级：

四车道高速公路；

洞内计算行车速度：

80km/h；

隧道建筑限界：

净宽10.5m、净高5.0m；

隧道直线段路面横坡：

2%的单面破；

隧道内最大纵坡：

〈3%；

设计荷载：

汽超-20，挂-120。

2.6主要工程数量

槽箐头隧道主要工程数量表

序号

工程项目

单位

左线

右线

备注

洞口工程

开挖

土

2320

2600

石

2300

2600

洞口圬工及防护工程

C20钢筋砼

206

Ⅱ级钢筋

14056

Ⅰ级钢筋

3164

M5浆砌块石

M5浆砌片石

198

护坡

M5浆砌片石

208

天沟

回填土石

736

植草皮

940

C20喷射混凝土

φ22砂浆锚杆

kg/m

1863/625

1398/469

钢筋网

1302

977

开挖

Ⅰ类围岩

4743

Ⅱ类围岩

28454

34880

洞身工程

Ⅲ类围岩

88269

89236

Ⅳ类围岩

56391

46650

Ⅴ类围岩

155876

151643

初期支护

20号喷射混凝土

11060

10931

钢筋网

112576

111725

φ25中空注浆锚杆

m/根

149725/50386

153606/50769

φ25自钻式锚杆

m/根

9261/2646

格栅钢架

榀

716

773

工字钢钢架

榀

574

642

20B工字钢

105003

18号工字钢

309836

351808

Ⅱ级钢筋

198496

214455

Ⅰ级钢筋

42538

45924

连接钢材

52815

57530

Ⅱ级钢筋连接钢筋

60410

66506

橡胶垫板

109

φ108大管棚

kg/m

22750/1980

26887/2340

φ42小导管

kg/m

101598/30524

110390/33172

φ152钢管

1414

φ22超前水平锚杆

kg/m

123223/41349

133032/44641

预注水泥浆

618

639

注水泥砂浆

洞身圬工

C20混凝土

29337

25723

C20钢筋砼

9201

12763

C10回填混凝土

12732

13122

超挖回填混凝土

17293

16459

1/2预留变形量

1766

1861

钢筋

Ⅱ级钢筋

615904

809096

Ⅰ级钢筋

53680

68218

车行横洞处电缆槽盖板钢材

5749

电缆槽

槽身

C20混凝土

2216

2226

C20钢筋砼

1023

1017

Ⅰ级钢筋

107526

106159

盖板

C20钢筋砼

788

784

盖板钢筋

Ⅰ级钢筋

99030

98507

横道洞门

砖

块

8602

钢质防火卷帘门

356

防排水工程

洞身防排水工程

防水板

101001

95677

无防布

91819

86979

HDPE116打孔波纹管

8260

7534

SH-50软式透水带

1515

1507

背贴式止水条

8832

8801

防排水工程

洞身防排水工程

带注浆管的膨胀止水条

8832

8801

注浆嘴

个

2651

2637

铸铁篦子38×34

个

379

377

MF12塑料盲沟

7174

6818

25PVC管

151

路面工程

隧道

C35混凝土（26cm）

32909.5

32739.5

车行横洞

C35混凝土（16cm）

702

钢筋

Ⅱ级钢筋

13613

Ⅰ级钢筋

2993

洞内装饰

防火涂料

75384

74990

装饰面层

75384

74990

2.7施工条件

2.7.1交通

隧道进口段距盘县红果镇至火铺镇乡道（泥结碎石路面、宽度6.0m）3.0km。

隧道出口段由320国道K2491处右转，经3.8km乡村道路可达。

2.7.2水源

隧道进口端在合同段范围内无水源，经考察，选定的取水点位于叫天龙水库；隧道出口取水方便，有山溪流经。

2.7.3电源

隧道进出口距35kV供电线路均较远。

2.7.4通讯

隧道进出口均可使用移动电话，距有线电话网均约2km。

2.7.5地材资源

设计选择的石料场位于320国道K2487处，为已开采料场。

3施工总体方案

槽箐头隧道为上下行分离的四车道高速公路特长隧道，左幅隧道长3810m，右幅隧道长3790m，进口位于不设超高的单曲线上，出口位于直线上。

左幅隧道为下坡0.83%，右幅隧道为下坡0.82%。

隧道最大埋深263m。

总体上看，本隧道地质条件不复杂，岩性较单一，发育有两条断层，地下水均位于隧道底板以下。

本隧道按新奥法原理组织施工，安排左右幅隧道进出口各一个作业口共四个作业口平行作业，开挖采用钻爆法施工，无轨运输，衬砌待围岩收敛变形周边位移速率小于0.1~0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07~0.15mm/d时，采用整体衬砌台车进行二次衬砌。

3.1洞口Ⅱ类围岩段施工措施

隧道进口围岩为强中风化中厚层灰岩，出口围岩为强风化砾岩，均呈松散结构，岩体稳定性极差，裂隙发育，为Ⅱ类围岩。

左右幅进出口采用Φ108大管棚超前预注浆支护，其余地段采用Φ42小导管超前预注浆支护，并设型钢钢架加强支护，保证洞口的稳定、安全进洞展开后续工序。

3.2F2断层施工方案

F2断层破碎带出露于左幅ZK190+173～+195、右幅YK190+122～+144段，围岩呈散体结构或角（砾）碎（石）状松散结构，岩体极破碎，无自稳能力，为Ⅰ类围岩。

F2断层强烈影响带位于其两端各20m范围，为Ⅱ类围岩。

根据现场超前地质预报的结果，于断层破碎带及其两端共30～40m范围采用全断面超前预注浆加固围岩后，再采用Φ42mm小导管超前预注浆支护。

其余Ⅱ类围岩段采用Φ42小导管超前预注浆支护。

在支护下采用CD法实施掘进，并设型钢钢架加强支护。

3.3正洞掘进

一．开挖

Ⅰ类围岩断层段采用深孔注浆加固围岩后，在Φ42mm小导管预注浆超前支护下采用CD法分部非爆开挖，每循环进尺0.5m。

Ⅱ类围岩段在Φ108大管棚或Φ42小导管预注浆超前支护下采用台阶法分部（即环形开挖留核心土法）非爆开挖，台阶长度5～8m，每循环进尺0.8m。

Ⅲ类围岩段在水平锚杆超前支护下采用正台阶开挖，光面爆破，台阶长度3～5m，循环进尺为1.2m。

Ⅳ、Ⅴ类围岩段采用全断面开挖，光面爆破，循环进尺：

Ⅳ类围岩段为2.6m、Ⅴ类围岩段为3.0m。

Ⅲ类围岩段上台阶采用人工钻孔，下部采用简易凿岩台架钻孔。

Ⅳ、Ⅴ类围岩段为全断面开挖，凿岩台架钻孔，炮眼布置及钻爆参数见钻爆设计图。

二．出碴

出碴采用ZLC50B侧卸装载机装碴，挖掘机辅助，15t自卸汽车运输。

三．支护

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩段采用小导管或水平锚杆作为超前支护，开挖后安设型钢钢架或格栅钢架，设钢筋网，C20喷射混凝土，径向锚杆采用Ф25中空注浆锚杆。

Ⅳ类和Ⅴ类围岩地段开挖后先进行初喷，出碴完后在进行钻爆时，再进行锚杆和复喷混凝土作业。

锚杆采利用自制台架人工钻眼施工。

喷混凝土采用湿喷机作业。

3.4辅助洞室掘进

辅助洞室在不影响主洞施工的情况下采用人工手持风钻进行钻爆开挖。

初期支护手段与相应类别围岩的支护相同。

辅助洞室施工前对洞室口周围加强支护。

3.5二次衬砌施工方案

仰供及填充、路面调平层超前于拱墙衬砌施作。

为减少对车辆通行的影响，仰拱采用搭设型钢栈桥分段施工，每次施作长度6m；拱墙采用自行式全断面液压衬砌台车作衬砌模型，每环长度12m。

拱墙衬砌初期进度指标72m/月，最高进度指标211m/月。

紧急停车带采用自制台架安装大块钢模（1.5m×1.0m）施工。

人行及车行通道衬砌所采用模板均按设计尺寸及半径加工成定型钢摸板，模板长度为1.5m，台架用工字钢冷弯而成，每次施作长度视实际情况确定。

3.6路面施工方案

路面整平层超前于二次衬砌施作，路面面层从隧道中心向两端施工，用人工配合振动梁等机具摊铺、振捣，每次施工长度不少于50m。

模型采用和路面等厚的槽钢，在底板钻深20cm孔，插Φ22钢筋作支撑。

4施工工艺及方法

4.1洞口施工

4.1.1土石方

一．开挖前，清除树木，杂草，修建便道至洞口边仰坡线位，作好边坡截排水沟。

人工手持风钻钻眼爆破，分层开挖，严格控制装药量，尽量减少对原地层的扰动。

二．清除边仰坡上的虚碴、危石，使坡面顺平，及时锚喷砼封闭开挖面。

三．当土石方开挖至洞口工作面时，核查地质情况，创造作业平台，进行进洞前的超前支护施工。

四．松软地层的边坡、仰坡开挖，采取随开挖随支护的方法，加强防护，随时监测，检查山坡的稳定情况。

4.1.2防排水

洞口土石方开挖前先做好天沟、截水沟等排水工程，并使之与路基水沟或涵洞等排水系统顺接畅通。

土质沟采用人工开挖，石质沟采用小孔、少量炸药爆破开挖。

4.1.3洞门

一．二次衬砌达至设计强度后，及时施作洞门墙。

施工放样位置准确，基础置于稳固的地基上，做好防排水，及时清除基底废碴、杂物。

二．洞门墙采用整体式混凝土结构，并且与临近3m范围内的衬砌与挡护墙同时施工，接缝间采用短钢筋连接增强整体抗震能力。

确保洞顶截水沟和墙顶排水系统与路堑排水系统的完整与畅通。

4.2F2断层全断面超前预注浆

4.2.1注浆设计

根据围岩地质特征和注浆方案要求，全断面超前预注浆加固范围为隧道周边以外8m，钻孔深度30～40m，采用分段扫孔钻进的方式钻孔。

4.2.2注浆参数

采用水泥—水玻璃双液浆（C-S浆），浆液配合比：

W∶C=0.6∶1～0.8∶1、C∶S=1∶0.3～1∶1，水玻璃浓度30～35Be＇。

浆液扩散半径1～1.5m，凝胶时间30s～3min，注浆速度10～110L/min，注浆终压1～2MPa，注浆分段长度3～5m。

见下图。

4.2.3注浆施工

采取分段式多次扫孔逐段注浆工艺施工，按照定量定压标准进行注浆控制。

注浆过程中随时检查注浆效果，及时分析P-Q-t曲线，根据检查和分析结果及时调整注浆参数。

4.3超前支护

4.3.1大管棚超前预注浆

隧道四个洞口端均设超前管棚支护，其起止桩号及长度为隧道进口：

左幅K186+629~+659，长30m，右幅。

K186+629~+664，长35m；隧道出口：

左幅K190+386~+411,长25m，右幅K190+361~+391,长30m。

一、套拱

套拱作为管棚的定位措施，采用C20混凝土现浇，套拱内预埋φ152mm管棚孔口定位管，通过Φ12的钢筋焊接在套拱内工字钢拱架上。

二、管棚

大管棚施工采用KR803-1C型覆带式锚固钻机成孔，DL40/5型注浆机注浆，管棚采用φ108mm，壁厚4.5mm的热轧无缝钢管，环向间距40cm，纵向外插角1°，每环布置36根，见大管棚布置示意图。

三、注浆

注浆采用后退式注浆，浆液为水泥浆，注浆顺序由最低孔位向最高孔位进行，注浆压力由小到大缓慢升高。

在注浆压力达到终压后稳定1～5min，然后逐渐减压。

最后同时保证管棚内注浆饱满及达到浆液扩散范围。

四、施工工艺

1、开挖洞口土石方至大管棚孔口桩号，（进口左、右幅为K186+629；出口左幅K190+411，右幅K190+391），宽13.2m的管棚钻机平台，高度为路面上3.4m。

（2）、按设计施作天沟及仰坡刷坡支护。

根据隧道地质特征，采用KR803-1C锚固钻孔，跟管钻进工艺施工，φ108无缝钢管，环向间距0.4m，纵向外插角为1°。

2、洞口刷边仰坡及防护

开挖洞口土石方至管棚孔口桩号，平整施工平台（标高为路基面以上3.4m），清刷边仰坡，其坡度不小于1：

0.3，边仰坡及洞身开挖轮廓线以外的坡面采用锚网喷砼防护，喷砼厚8cm，钢筋网采用φ6.5钢筋，网格间距20cm，锚杆采用Φ22砂浆锚杆，长3m，间距1.2m梅花形布置。

3、测设衬砌外套拱位置

在隧道中线方向，测设套拱开挖轮廓线与地面线的方向桩，套拱衬砌长1.5m，应以孔口桩号定位，向洞外方向延长1.5m。

4、钢拱架及孔口套管加工

以R=6.65m为外弧半径，用20b工字钢制作型钢支撑拱架4榀，用φ152无缝钢管加工L=1.5m的孔口套管36根。

5、架立套拱钢拱架及安装孔口管

（1）四榀钢拱架按0.45m间距设置，并准确定位。

安装前在每榀钢拱架左右脚位置各挖一个0.3×0.3m，深0.5m的预埋孔（孔的深度根据现场情况确定，并以此为依据调整工字钢的单元长度），孔底先铺砂5cm厚，再铺设5cm厚木垫板（比设计标高高3cm），安装钢拱架，再铺砂或粘土厚20cm后浇注砼填满预埋孔，捣固密实（基岩可视具体情况省略该工序），沿拱脚左右两侧分别设置4根锁脚锚杆并焊接于型钢支撑上，一榀钢拱架即安装完毕，并依次由洞内向外安装剩余三榀，钢拱架纵向用Ф22钢筋连接。

（2）孔口管的布置及安装

先在洞外已安装好的第一榀钢拱架顶面按间距0.398m用油漆标记36个点，孔口管位置确定。

孔口管安置，一端用φ12的钢筋固定于洞外一榀上，沿中线方向布设，另一端用钢板垫块在洞内第四榀上垫高2.6cm，以控制大管棚施工时的外插角1°，同样用φ12钢筋固定于型钢上，钢筋及钢板垫块均用焊接与型钢固定，一根孔口管安装完毕，依次安装剩余35根。

6、安装套拱模板

按R=6.25m，I18工字钢加工模板拱架2榀，分别安装于两端，用Ф22钢筋纵向连接，并依次安装内模，挡头板及外模，内外模用组合钢模板，挡头板采用木模板内贴5mm的PVC板按断面加工成型。

7、灌注套拱砼

套拱采用C20砼，外加早强剂，捣固密实。

8、安装有孔钢花管、注浆

待套拱砼强度达到设计强度的80%，施作管棚，钻孔顺序由拱顶向两侧进行，钻孔采用跟管钻进的方法。

按设计图加工φ108无缝钢管，3m、6m长各18根的有孔钢管，采用φ150钻头钻孔，管棚施工先打一根3m长的有孔管，再连续打6m长的有孔管，另一根先打6m长的有孔管，再连续打6m长的有孔管，按此方法打完36根，钻孔顺序由拱顶向两侧进行，打完一根及时注浆。

注浆参数：

终压1~2Mpa，压力稳定时间1~5分钟，浆液为30#水泥浆，W:

C=0.6:

1~1:

1，所有参数根据试验确定。

4.3.2小导管超前预注浆

用于隧道I、II类围岩地段。

超前小导管采用直径为Ф42mm、壁厚3.5mm的热轧无缝钢管加工而成。

I类围岩F2断层地段每根导管长500cm，导管端部450cm范围内钻Ф6mm注浆孔，间距15cm交错布置。

水平小导管每排47根，环向间距35cm，纵向间距240cm，外插角10°，斜向小导管每排25根，环向间距80cm，纵向间距120cm，外插角60°；II类围岩地段每根导管长400cm，到管端部350cm范围内钻Ф6mm注浆孔，间距15cm交错布置。

每排小导管35根，环向间距40cm，沿纵向每2.4m一环，外插角10°。

小导管用手风钻钻孔打入，导管尾端支撑于型钢钢架上或焊接于系统锚杆的尾端，每环钢管注浆完成并达到强度后，进行开挖及初喷砼、架设钢架支撑。

注浆前喷射5～10cm厚混凝土封闭工作面，以防漏浆。

注浆浆液采用水泥浆，水灰比为0.6∶1~1∶1。

超前小导管注浆压力为1MPa，斜向小导管注浆压力为2MPa。

4.3.3超前砂浆锚杆

用于Ⅲ类围岩地段。

采用外径Ф22的砂浆锚杆。

锚杆环向间距40cm，沿纵向每2.0m一环，以10°外插角用手风钻钻孔打入。

锚杆保持≮1.0m的搭接长度。

锚杆尾端支撑于格栅钢架上，若不能支撑于钢架上时采用焊接于系统锚杆的尾端连成整体。

4.4开挖

4.4.1F2断层Ⅰ类围岩段

本段采用全断面超前小导管及斜向小导管注浆加固围岩后，采用CD法分部开挖，每循环进尺0.5m。

开挖支护顺序见下图。

4.4.2Ⅱ类围岩段

在大管棚或小导管超前支护下采用台阶分部开挖法（即环形开挖留核心土法）施工，台阶长度为5～8m，上部环形开挖采用手持风钻钻孔，中部留核心土；下半断面先相互交错开挖马口，依次循环，每循环进尺0.8m；最后开挖中槽及仰拱。

环形导坑及马口采用风镐开挖；核心土、中槽及仰拱用挖掘机开挖。

开挖支护顺序见下图。

4.4.3Ⅲ类围岩段

在水平锚杆超前支护下采用正台阶开挖，上部开挖采用手持风钻钻孔，下部采用凿岩台架钻孔，台阶长度3～5m，孔深控制在1.5m，循环进尺为1.2m。

采用光面爆破。

开挖支护顺序见下图。

4.4.4Ⅱ、Ⅲ类围岩施工工况

4.4.5Ⅳ、Ⅴ类围岩段

开挖采用全断面开挖，凿岩台架钻孔，Ⅳ类围岩段孔深控制在3.0m，循环进尺为2.6m，Ⅴ类围岩段孔深控制在3.5m，循环进尺为3.0m，均采用光面爆破，直眼掏槽，掏槽及掘进药卷采用Ф40、Ф35约卷，周边用Ф32、Ф25光爆药卷。

III类钻爆设计图

IV类钻爆设计图

V类钻爆设计图

4.5施工通风

4.5.1通风能力分析

一．风量计算

（一）按同一时间洞内最多工作人数用风量计算：

Q1=k×m×q

式中：

k——风量备用系数，k=1.25；

m——同时最多工作人数，取150；

q——每人所需新鲜风量q=3m3/min人；

则Q1=1.25×150×3=563m3/min。

（二）按同一时间内最大炸药量用风量计算：

Q2=Q压入=7.8×（A×S2×L2）1/3/t

式中：

A——同一时间爆破药量。

按正洞全断面每掘进循环进尺4.5m计，开挖量约389m3，炸药用量1.2kg/m3，则A=467kg；

t——通风时间；取30min；

L——炮烟抛掷区域，取150m；

S——隧道断面积。

则Q2=7.8×（467×702×1502）1/3/30=967m3/min

（三）按洞内允许最小风速计算：

Q3=60×S×V

式中：

V——允许最小风速，取0.15m/s。

则Q3=60×70m2×0.15m/s=630m3/min

（四）按设备功率计算：

Q4=P×Qs

式中：

P——设备总功率。

（最大功率按1台装载机和2台汽车在工作面考虑，P=601kW）；

Qs——柴油机单位功率需风量指标，取3（m3/min）/kW

则Q4=601kW×3m3/min/kW=1803m3/min

（五）按每2小时将洞内空气置换一次算：

Q5=S×L/t

Q5=70×2349/120=1370m3/min

由以上计算可知：

所需最大供风量为Qmax=Q4=1803m3/min=30m3/s。

二．阻力计算

采用PVC拉链式软风管，直径D=1.5m，管节长100m。

风流在管道中呈完全紊流，管壁光滑取k=0.001，则α=λ·ρ/8，式中λ=1/［1.74+ln（D/k）］2、ρ=0.122kgf·s2/m4得出α=0.000186。

通风机送风管最大长度L=2549m，风管周长U=4.71m，S=π×D2/4=1.77m2。

由h摩=α·L·U·Q2/S3

得h摩=0.000186×2549×4.71×302/1.773=362mmHg

三．风

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