高铁大断面隧道初支侵限换拱拆换施工方案doc.docx
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高铁大断面隧道初支侵限换拱拆换施工方案doc
***隧道进口换拱施工方案
（DK154+017-DK154+045）
一、工程概况
***隧道位于西秦岭低中山区，DK154+017～DK154+045段地层为断层破碎带，灰黑色，受构造挤压影响很严重，岩体多被挤压呈碎石状，泥砾状,围岩自稳能力差，线左掌子面有股状渗水,右侧无明显渗水,现场会勘判定为Ⅴ级围岩。
二、原设计情况
***隧道DK154+017-DK154+045段原设计为二叠系下统石灰岩，Ⅲ级围岩。
衬砌结构为Ⅲ级围岩复合式衬砌结构，按“**施隧参Ⅰ-100-16～17”图施工。
三、变更设计情况
在开挖过程，实际揭露围岩与设计围岩不符，隧道掌子面地层为断层破碎带，灰黑色，受构造挤压影响很严重，岩体多被挤压呈碎石状，泥砾状,围岩自稳能力差，易坍塌,无渗水,局部有股状渗水，岩体遇水较易产生软化，对围岩整体稳定不利。
2012年07月29日经四方变更设计现场会堪，DK154+017～DK154+040段围岩级别由原设计Ⅲ级变更为Ⅴ级，按Ⅴ级一般复合式衬砌结构施工。
DK154+017～DK154+040变更设计后支护参数
预留变形量（cm）
初期支护
二次衬砌
C25喷射混凝土部位/厚度（cm）
锚杆
钢筋网
钢架部位/类型/间距（m）
拱墙厚度（cm）
仰拱厚度（cm）
设置部位
长度（m）
间距（环×纵）（m）
设置部位
网格间距（cm）
钢筋规格
30
拱墙27
仰拱25
拱墙
4.0
1.2×1.0
拱墙
20
ф8
全环工20b型钢@0.8m
50
55
2012年08月14日经四方变更设计现场会堪，DK154+040～DK154+060段围岩级别由原设计Ⅲ级变更为Ⅴ级，按Ⅴ级加强复合式衬砌结构施工。
DK154+040～DK154+060变更设计后支护参数
预留变形量（cm）
初期支护
二次衬砌
C25喷射混凝土部位/厚度（cm）
锚杆
钢筋网
钢架部位/类型/间距（m）
拱墙厚度（cm）
仰拱厚度（cm）
设置部位
长度（m）
间距（环×纵）（m）
设置部位
网格间距（cm）
钢筋规格
30
拱墙27
仰拱25
拱墙
4.0
1.2×1.0
拱墙
20
ф8
全环工20b型钢@0.6m
50
55
2012年09月04日经四方变更设计现场会堪，对DK154+017～DK154+045段采取换拱处理措施，详见附件“2012年09月04日变更设计现场会堪纪要”。
四、初期支护变形情况
DK154+017～DK154+045段由原设计Ⅲ级围岩变更为Ⅴ级围岩，按Ⅴ级围岩一般（加强）复合式衬砌。
采用三台阶七步法施工，经围岩量测，该段每天平均沉降量2cm，8月19日～22日突降大雨，隧道出水量有明显增大，初支出现混凝土严重开裂、钢架扭曲，其中DK154+030处拱顶26天累计沉降580mm，最大沉降量46mm/天；DK154+035处拱顶23天累计沉降470mm，最大沉降量61mm/天；DK154+040处拱顶20天内沉降613mm，最大沉降量108mm/天；DK154+045处拱顶16天内沉降371mm，最大沉降量61mm/天。
由于隧道围岩情况较差，通过监控量测发现该段的拱顶沉降及收敛变形较大，在施工过程中增设套拱、锁脚锚杆、径向注浆等措施，确保了施工安全。
但由于变形，目前二衬厚度少于设计厚度，为确保施工质量，对该段进行换拱处理。
五、换拱施工方案
1.施工准备
⑴制定换拱施工方案，并报监理单位审批后实施换拱。
⑵进行人员、机械、设备及换拱所需材料的准备工作。
⑶对换拱工班进行安全培训和技术交底。
2.换拱里程、范围及预留沉落量
换拱里程:
DK154+017～DK154+045
换拱范围:
DK154+017～DK154+045拱墙
预留沉落量:
40cm
3.换拱施工工艺流程图
换拱施工工艺流程图
4.换拱施工方案
在换拱前，对初期支护钢拱架施做套拱支撑，避免压浆或置换过程中原初期支护钢架失稳；采用Φ42环向小导管对岩体进行径向注浆；置换顺序：
利用换拱台架从洞外向洞内逐榀进行，对每环的拱架置换应遵循先墙后拱的原则；开挖采用以爆破配合人工利用风镐开挖方式;采用Φ42超前小导管预支护（按纵向间距2.4m一环布置）；对已换拱段，必须及时、分段进行衬砌。
⑴套拱支撑
对DK154+017～DK154+045换拱段落拱墙加设套拱加固支撑，套拱采用I20b型钢钢架，钢架间距0.8m/1榀，φ8钢筋网，网格尺寸20×20cm，纵向采用Ф22螺纹钢进行连接，纵向连接筋环向间距1m；套拱钢架锁脚锚管为每榀12根Φ42导管，长4.0米，并注1：
1水泥浆。
由于拱顶沉降造成初支混凝土形状不规则，套拱不能与初支混凝土完全接触，两者之间的空隙应采用方木进行塞垫或喷射混凝土。
套拱安装完毕后，使用φ22钢筋作为纵向连接筋将相临套拱连接在一起，使拱架形成整体。
⑵小导管径向注浆
①洞内支撑加固完毕后对DK154+017～DK154+045段拱墙进行径向注浆加固，拱墙设置Φ42径向注浆小导管，对初期支护背后围岩进行加固处理。
②注浆管采用Φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长4.0m（详见：
小导管加工图），管口应埋设牢固，并有良好的止浆措施。
注浆孔按梅花型布置，孔口环向间距约120cm，纵向间距120cm。
注浆孔采用风机钻开孔，注浆材料采用1：
1水泥浆（注浆小导管布置如下图所示）。
注浆压力：
设计注浆压力（终压值）一般参考注浆处静水压力加上0.5～1.0MPa进行。
③注浆结束标准：
达到设计终压并稳定10min，且进浆速度为开始速度的1/4或注浆量达到设计注浆量的80％，如在注浆过程中出现冒浆，可提前停止注浆。
⑶置换原则及拆换前准备工作
利用换拱台车从洞外至洞内逐榀进行，对每榀的拱架置换应遵循先墙后拱的原则。
①测量班对初支变形地段每榀拱架进行断面净空检查，并绘出超欠挖断面图。
②根据隧道断面检测的结果，变形段内需要换拱处治的部位用红油漆标示出来。
标示必须清晰、准确。
断面图所反映出的隧道超欠挖的里程、部位，综合研究确定出每段合理的换拱部位。
③根据各段不同的换拱部位采取出有针对性的换拱方案，并进行技术交底。
④测量班根据技术交底在现场用油漆标出换拱的起止里程、部位，方便现场换拱施工。
⑷开挖及钢架拆除
注浆完成后，经过注浆效果控制达到要求且围岩变形稳定的情况下方可对变形超限部位初期支护分单元进行拆除，从已施工二衬段向掌子面逐榀拆换，拆除采用爆破辅助风镐进行，拆除顺序一般采用从下向上、先墙后拱的顺序进行拆换，拆除一段，支护一段。
注意事项：
①风镐凿除喷射混凝土之前，必须先把喷射混凝土的凿除部分与不凿除部分在分界处切开分离，以防对不凿除部分混凝土有损伤。
②根据已加工好钢架，在现场初期支护标注侵限换拱部位，确定拱部与边墙分步凿除分割点。
③根据断面测量结果凿除侵限喷射混凝土，喷射混凝土凿除时钢架切割处需多凿除50～60cm，换拱前预先在每榀钢架切割位置上方50cm处，每处左右两侧各打设2根锁脚锚管，锁脚锚管采用φ42，长度为4m。
④每次只能开挖一榀，不能大面积拆除初期支护，以防塌方及冒顶。
⑤凿除喷射混凝土时如果锚杆垫板被破坏则需按设计要求更换。
⑥换拱过程中由于围岩破碎，开凿后容易产生垮塌，因此应及时进行初喷混凝土封闭开挖面。
⑸超前支护
采用L=4.0米超前小导管预支护,小导管按纵向间距2.4m一环,环向间距0.4m,并将置换后钢架与注浆环向小导管焊接以增加稳定性,确保施工安全。
⑹置换
开挖前要将制作好的Ⅰ20b钢架及钢筋网运至现场，喷浆机等设备调试好，开挖拆除原初期支护钢架完成后立即对岩面进行初喷，架设新钢架，并铺钢筋网片，同时利用注浆的小导管将钢架与钢筋网焊接固定，完成后立即进行C25喷砼作业，待喷砼强度达到设计强度后方可进行下一循环开挖。
置换钢架施工方法
①换拱前预先在每榀钢架切割位置上方50cm处，每处左右两侧各打设2根锁脚锚管，锁脚锚管采用φ42，长度为4m。
②先按Ⅴ级围岩钢架设计要求制作好I20b钢拱架，计算好下料长度，沿半径方向裁制已做好的钢架，备好焊接用连接钢板。
③把焊好的钢架运至作业平台上拼装钢架，就位调整后定位。
④在钢架与围岩的空隙处加设混凝土垫块，楔紧钢架。
⑤按设计要求焊纵向连接筋。
⑥喷射C25混凝土。
置换钢架要点
①安装前应清除拱脚虚碴和杂物，超挖部分用C25混凝土填充。
②安装允许偏差值横向和高程均为±5cm，垂直度允许偏差为±2°。
③钢支撑在换拱作业面前人工组装，各节钢架用螺栓连接,连接板接缝三面满焊。
④沿钢架外缘每隔2m用混凝土楔子临时楔紧。
⑤为减小拱顶下沉，钢支撑落底必须落到实地，锁脚钢管必须严格按照设计施工。
⑥对于拱顶因为垮塌产生的空洞，采用喷射混凝土进行回填，或在拱架安装时预留输送泵管，以后浇筑混凝土回填。
7对已换拱段，必须及时、分段进行衬砌。
⑻换拱施工控制要点
①在换拱之前，为确保施工安全，必须先施工临时支撑，确保结构安全。
②换拱必须在临时支撑全部架设完毕且注浆完成并达到设计效果后方可施工。
③换拱必须一榀一榀，逐榀进行拆换，严禁两榀换拱同时施作。
④侵限部位必须清除到位，杜绝二次侵限。
⑤锁脚锚杆打设牢固，并注意设计所有系统锚杆对拱架的锁固作用。
⑥预制砼块将底部垫实。
⑦换拱必须半幅进行，待喷射混凝土稳定后方可进行另一半幅的换拱施工。
⑼换拱施工参数
DK154+017～DK154+045段换拱支护参数如下：
1钢架：
I20b型钢钢架，钢架间距60cm。
2纵向连接筋：
采用Φ22钢筋对钢架进行纵向连接，全拱范围内连接筋环向间隔1米设置，连接筋与钢架重叠部分满焊连接。
3锁脚锚杆：
采用12根长4.0mΦ42导管对每榀钢架进行锁脚。
锁脚锚杆应现场做好锚固作业，锚管端部采用＂L＂型Φ22钢筋与钢架焊接牢固。
4系统锚杆：
拱部设Φ22组合中空锚杆，边墙设Φ22全螺纹砂浆锚杆，长度4.0m，间距1.2×1.0m（环×纵）。
5钢筋网：
φ8钢筋网，网格尺寸20×20cm，搭接应不低于一个网格尺寸，钢筋网与初喷面应密贴。
6超前小导管：
Φ42注浆导管，单根长4.0m，环向间距40cm，每环37根。
7喷射混凝土：
全环喷射C25混凝土，拱墙厚27cm，仰拱厚25cm。
8预留沉降量：
按40cm设置。
⑨二次衬砌采用C35钢筋混凝土，拱墙厚度50cm，仰拱厚度55cm；其余支护参数及断面尺寸见“**施隧参Ⅰ-100-34～39图”。
5.监控量测
⑴测点布置及观测
在换拱过程中，严格进行拱顶下沉量测、水平净空收敛量测项。
拱顶下沉点在换拱施工完的初期支护上每5米设置一个点，并且在换拱施工完2小时内进行第一次观测，仪器采用高精度水准仪，观测频率为每天两次，直至二衬完成后为止。
净空收敛观测点，在拱顶下沉观测点同一断面设置，仪器采用高精度收敛仪，观测频率同拱顶下沉观测。
⑵量测整理及分析
通过对量测结果整理与分析，及时安排施做衬砌的时间，是控制隧道下沉，保证隧道施工安全与净空的重要一环。
根据现场量测数据绘制位移-时间曲线图，在位移-时间曲线趋于平缓时进行回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律，回归分析为建立下沉量（U）随时间（T）发展的时态函数，根据测点位移变化速率判断围岩稳定状况，当隧道周边变形趋势有明显减缓趋势，则说明隧道变形基本处于稳定状态，当变化速率过快、过大，或当位移-时间曲线出现反弯点时，说明位移出现反常的急剧增加现象，表明围岩及支护已呈不稳状态，应及时加强支护并停止作业，并根据现场及施工情况进行分分析。
⑶加强监控量测工作
由于换拱段情况复杂，必须对其加强量测。
量测分为对未换段沉降量测和对已换段沉降收敛量测。
如果数据异常，应及时采用支撑加固措施或加强换拱支护参数。
①监控量测不仅对原初期支护钢架变形进行观测，对置换后的拱架同样要加强观测，量测人员应及时对测量结果进行分析。
②开挖过程中注意观察初期支护状态包括喷砼层是否产生裂缝、剥离和剪切破坏、支撑是否压屈变形进行观察分析。
对以上情况进行详细描述、记录，并予以评估，作为及时采取支护参数选择的参考及量测等级选择的依据。
③量测方法及频率现场量测时根据开挖、换拱各工序作业持续时间加大测量频率。
六、施工组织安排及人员配置
㈠施工总体目标
1.安全目标杜绝职工因工死亡事故，杜绝工伤事故，杜绝火灾、爆炸事故；无机械伤亡事故。
2.质量目标达到设计和验收标准要求，一次验收合格率100%。
㈡施工组织机构、队伍部署和任务划分
1.施工组织机构
项目经理部成立侵限处治专项工作领导小组,全面负责侵限处治工作，由项目经理王双任组长，项目总工程师刘中海任副组长，成员由各职能部门负责人（佟力、陈浩、冯守兴、万荣康、邹大军）组成。
领导小组下设专项工作组，具体负责现场侵限处治工作，副经理林子清任组长，总工程师刘中海任副组长，现场施工员、技术员、安全员、材料员、试验员、工班长为成员。
施工过程中，专项工作组成员轮流24小时现场值班。
2.队伍部署和任务划分
⑴队伍部署
根据施工需要和现场工程数量，现场侵限处治施工共设置加工班、支护班、注浆班、开挖班、运输班、综合班六个作业班组。
⑵任务划分
①加工班：
负责钢支撑、钢拱架、连接筋、钢筋网、锁脚钢管、小导管的加工制作。
②支护班：
负责临时钢支撑的加固、拆除，侵限段初期支护拆除后钢拱架、连接筋、钢筋的安装，喷射混凝土等结构施工作业。
③注浆班：
负责径向小导管注浆浆液的拌制、灌注作业。
④开挖班：
负责侵限段初期支护的拆除、小导管、锁脚钢管的打孔、安装作业。
⑤运输班：
负责洞内弃碴装运、混凝土运输。
9合班：
负责现场综合保障。
㈢施工作业人员及机械配备表
施工作业人员表
序号
工种
数量
序号
工种
数量
1
钻孔工
8
8
测量工
2
2
注浆工
6
9
领工员
2
3
钢筋工
8
10
安全员
2
4
支护工
14
11
技术员
3
5
电焊工
4
12
试验员
2
6
杂工
8
13
材料员
2
7
司机
5
合计:
66人
机械设备配备表
序号
机械名称
规格型号
单位
数量
1
台架
自制
台
1
2
风钻
YT－28
台
6
3
风镐
G10A
台
4
4
空压机
LWJ-20/8
台
4
5
装载机
XG951-III
台
1
6
自卸汽车
双桥
台
4
7
挖掘机
SH210-5
台
1
8
湿喷机
SKP-30
台
2
9
注浆机
台
1
10
砼搅拌站
JS750
台
1
11
轴流通风机
SDF-13
台
1
12
电焊机
台
3
13
冷弯机
台
1
14
钢筋切断机
台
1
15
钢筋调直机
台
1
16
混凝土运输车
8m3
台
6
七、安全措施
1.拆换拱处理原则必须遵循“拆换拱应坚持先支顶后拆换的原则，即先从外向里支顶，确保安全，然后再从外向里逐榀拆换”的要求。
2.拆换拱前，严格按照四方纪要确定的措施，进行临时加固，规范监控量测工作。
3.换拱过程中应做好安全防护工作，确保施工安全。
4.换拱必须逐榀拆换，严禁多榀换拱同时施作。
5.换拱施工时,专职安全员跟班作业。
发现不正常施工现象应及时制止，有危险预兆应及时停止作业，疏导作业人员撤离工作现场并及时向上级汇报现场情况。
6.初支混凝土凿除后应及时初喷混凝封闭开挖面。
7.换拱时应按照测量班所测数据进行开挖换拱，不宜超挖，严禁欠挖。
8.换拱各工序应连续进行，如换拱施工未完成一个工作循环而被迫中断时应视现场情况做好各项安全防护工作。
9.加强监控量测，并对监控量测资料及时进行分析，如发现异常应及时通知参建各方，并应立即采取应急预警措施，以确保施工安全。
10.对已换拱段，必须及时进行二次衬砌。
拆换拱完成、二衬施工前由陇南指挥部组织设计、监理单位进行评估，符合要求后方可进行二衬施工。
11.做好洞内防排水，防止浸泡墙脚，确保拆换拱安全。
12.换拱期间爆破必须征得换拱现场负责人的同意，并提前撤出换拱作业人员。
13.拆换拱人员必须经过岗前安全教育培训考试合格后方可上岗。
14.根据《关于进一步规范三员带班制度有关要求的通知》（**铁陇南指〔2012〕041号）文件要求，隧道初期支护变形拆换拱作业时，安全总监或安质部长必须亲自跟班作业，同时领工员、技术员、安全员跟班作业，确保施工安全。
15.在换拱施工前完成风险源识别。
拆换拱过程中，专职安全员必须全过程跟班作业，领导和技术管理干部进行带班作业，必须单侧进行，不允许两侧同时拆换，确保拆换拱现场作业人员的施工安全，完善现场逃生措施，拆换拱段设置直径600mm的逃生管道，长度不小于20m。
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