级围岩段三台阶法施工方案.docx
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级围岩段三台阶法施工方案
新建京沪高速铁路隧道工程
Ⅴ级围岩段三台阶法
施工方案
编制:
审核:
批准:
中国水电建设集团京沪高速铁路
土建工程三标段项目经理部
二00八年八月
Ⅴ级围岩段三台阶法施工方案
1、概述
由我工区承建的张夏隧道和西渴马二号隧道出口段,隧道洞身围岩为Ⅳ、Ⅴ级。
原设计Ⅳ级围岩段采用台阶法、Ⅴ级围岩段采用双侧壁导坑法进行开挖,在施工的过程中发现两隧道Ⅴ级围岩段的地质条件较原设计好,但双侧壁导坑法施工存在工艺复杂、进度缓慢的弊端。
根据2008年8月3日隧道施工研讨会的会议精神,我部拟对剩余的Ⅴ级围岩段部分采用台阶法开挖,并编制三台阶法施工方案。
2、工艺原理及特点
将隧道分成三部分开挖,施工时先开挖上台阶,待开挖到一定长度后再同时开挖中台阶及下台阶,形成上、中、下三台阶同时并进的施工方法。
将隧道断面分上中下台阶开挖,爆破施工分三次进行,可以减小爆破对围岩的扰动,保护围岩,上台阶开挖后中下台阶的开挖创造临空面,降低炸药消耗,同时三台阶开挖可减小隧道开挖后的空间效应,初期支护能尽早施工,可充分发挥围岩的自稳、自承能力,获得安全的地下空间。
3、施工工艺
3.1开挖步骤
三台阶法开挖施工工艺流程如下图所示;
施工步骤如下图所示;
第1步,上部弧形导坑开挖:
在拱部超前支护后进行,开挖高度为5.5米;循环进尺根据设计钢架间距控制,但最大进尺不超过1.5m;开挖后立即初喷3~5cm厚混凝土;及时进行锚、网、喷系统支护;架设钢架,在钢架拱角以上30cm高度处,紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁角锚管,锁角锚管与钢架牢固焊接,复喷混凝土至设计厚度。
第2、3步,左右中台阶开挖:
开挖高度为5.5米;开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过2m;左、右侧台阶错开4~5m;开挖后立即初喷3~5cm厚混凝土;及时进行锚、网、喷系统支护;接长钢架,在钢架拱角以上30cm高度处,紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁角锚管,锁角锚管与钢架牢固焊接,复喷混凝土至设计厚度。
第3、4步,隧底开挖:
开挖至设计仰拱标高;开挖循环进尺为3~4m;左、右侧台阶错开3~4m;开挖后及时施做仰拱初期支护,完成另个隧底开挖、支护循环后,及时施做仰拱,仰拱分段长度为6m。
3.2施工要点说明
(1)超前支护
施工上台阶开挖前,先进行超前支护,超前支护采用Ф108大管棚和Ф42注浆小导管。
小导管采用Φ42热轧钢管,每环42根,环向间距0.4m,施工外插角3°~5°。
导管长3.5m,纵向搭接长度不小于1m。
结构件在加工厂提前制作,前端做成尖锥形,除尾部30~50cm不布眼作为止浆段外,其余均在管壁上每隔15cm交错钻眼,眼孔直径8mm,注浆工艺及钢花管结构见下图。
钢花管示意图
注浆材料采用水泥浆或水泥-水玻璃双浆液,水泥浆液水灰比1:
1(重量比),水泥水玻璃体积比1:
0.8,注浆压力0.4~0.6MPa。
钻孔注浆采用注浆机施工,采用凿岩机钻孔,钻头采用Φ50大钻头
将小导管插入钻孔内,外露35cm,小导管尾部应穿过钢架与钢架焊接,与钢拱架共同组成支护体系。
长管棚采用Φ108热扎无缝钢管,每环41根,外插角≯12°;注浆采用水泥浆液或水泥砂浆。
长管棚施工工作面钻孔采用两台电动钻机,采用注浆泵灌注。
施工时运用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度,保证钻孔方向准确。
为使钢管接头错开,编号为奇数的第一节钢管采用3m长钢管,编号为偶数的第一节钢管采用6m长钢管,以后每节均采用6m长钢管,避免钢管接头在同一断面。
注浆压力达到设计终压并继续注浆10min以上方可结束注浆。
施工程序见长管棚施工流程框图见下图。
长管棚施工流程框图
下一根下一根管棚钻进
长管棚钢管采用Φ108热扎无缝钢管,管上钻注浆孔。
注浆孔孔径10~16mm,孔间距为150~200mm,呈梅花型布置尾部留不钻孔的止浆段,止浆段长度为150cm。
(2)初期支护
掌子面放炮后,迅速进行初期支护,初期支护主要采用一下形式:
型钢(格栅)支撑、系统锚杆、挂设钢筋网、施喷混凝土四种形式联合作用,其施工顺序见下图:
初期支护施工流程图
①中空注浆锚杆
中空注浆锚杆采用风钻钻孔,将锚杆用风钻顶入。
用TBW系列注浆泵压注水泥砂浆。
上仰孔设止浆塞和排气管。
②砂浆锚杆施工
锚杆材料的品种应符合设计要求,并应进行以下检验:
外观质量检验:
杆体直径要均匀、一致,无严重锈蚀、弯折。
抗拉强度试验应满足工程要求。
加工后的锚杆的杆体尺寸应符合设计要求,车丝部分无偏心。
锚杆使用前,应在现场进行工艺、力学试验。
锚杆预先在洞外按设计要求加工制作,施工时锚杆钻孔位置及孔深必须精确。
锚杆要除去油污、铁锈和杂质。
用高压风清除孔内岩屑,用注浆泵将水泥砂浆注入孔内,然后将加工好的杆体插入孔内,并将锚杆与钢筋网焊结为整体。
上仰孔若采用注浆器压注锚固砂浆时应设止浆塞和排气管。
待孔内砂浆终凝后按规范要求抽样进行锚杆抗拔试验。
宜采用中细砂,粒径不大于3毫米,使用前应过筛;砂浆配合比:
水泥比砂为1:
1~1:
2(重量比),水灰比宜为0.38~0.45。
砂浆锚杆施工工艺流程为:
钻孔→清孔→注浆→插入杆体
③型钢钢架
工字钢架采用冷弯机冷弯加工,在洞外按设计加工成型。
洞内安装在初喷砼之后进行,与定位筋焊接。
测量定位:
按设计位置现场测量定位。
首先测定出隧道中线,确定高程,然后再测定钢架的纵向位置;钢架平面必须与隧道中线垂直。
现场准备:
运至现场的单元钢架分单元堆码,安设前进行断面尺寸检查,及时处理欠挖侵入净空部分,保证钢架正确安设,安设拱脚前,清除垫板下的松碴,将钢架置于原状岩石上,在软弱地段,采用拱脚下垫钢板或槽钢的方法。
钢架安设:
在初喷混凝土后进行,置于稳固地层上,超挖部分用混凝土回填。
安装时备好风镐,随时剔除个别突出部位,保证钢架就位准确,受力可靠。
钢架与封闭混凝土之间紧贴,在安设过程中,当钢架与初喷混凝土面之间有较大间隙时安设垫块楔紧,垫块数量不少于10个,两排钢架间沿周边每隔1m用φ22纵向钢筋联接,形成纵向连接系。
拱脚高度不够时设置钢板调整,拱脚高度低于上半断面底线以下10cm。
钢架各单元之间用螺栓联接,钢架纵向间距符合设计,误差±100mm。
除纵向用钢筋连接外,与外露的锚杆头亦焊接牢固。
背部用混凝土垫块塞紧。
钢架落底接长根据围岩条件沿隧道两侧交错进行。
钢架安装后,即挂网、分层复喷混凝土,先喷钢架处,然后喷钢架之间的砼,直至喷够设计厚度,将钢架完全覆盖。
现场可用肉眼观察和锤击法进行检查。
④钢筋网
钢筋网在锚杆施作后安设,钢筋类型及网格间距按设计要求施作。
钢筋网随被支护岩体的实际起伏状铺设,并在初喷混凝土后进行,与被支护岩面间隙约3cm,钢筋网与钢筋网连接处、钢筋网与锚杆连接处点焊在一起,使钢筋网在喷射时不易晃动。
钢筋网在加工厂加工成片,在洞内再焊接起来形成整体。
⑤喷射砼施工
A)喷射混凝土施工要点
配料拌合:
按实验确定的配合比准确计量砂、石料、水泥、水、减水剂及防水剂投入拌合设备。
搅拌时间应根据实验确定,且不小于2min。
石料、砂、水泥、减水剂、防水剂、水的计量误差不得大于规范要求。
拌合料输送:
拌合好的湿喷混凝土料,采用混凝土输送车送至湿喷机,在输送过程中要特别防止混凝土的离析。
基底表面处理和其它准备工作:
在喷射混凝土之前,应对基底表面的粉尘等其它附着物进行彻底的清理。
一般采用高压水冲洗,对于遇水易潮解、泥化的岩层采用高压风冲洗。
及时埋设控制喷射厚度的标志。
检查机具设备和风、水、电等管线,并试运转。
对有滴水、淋水、出水点等处的受喷面采用凿槽、埋管等方法进行引导疏干处理。
B)喷射作业
(A)喷枪距离:
喷枪到工作面的距离一般为1.5~2.0m,其最佳距离,根据现场实验确定。
(B)喷射角度:
喷嘴应大致垂直于受喷面,并稍倾斜于喷附的砼面。
(C)工作压力:
工作压力应根据湿喷机性能、水灰比、软管长度、围岩条件,由现场实验确定。
(D)速凝剂投放:
速凝剂投放应保证计量准确,投放稳定。
C)喷射工艺
(A)一般地段:
喷射作业应分段、分序、分层、由下而上,依此进行,如有较大凹洼时,应先填平,喷射时喷嘴要反复缓慢地作螺旋形转动,螺旋直径约为20~30cm,并遵循先墙后拱。
分层喷射逐次加厚时后一层应在前一层终凝后进行。
(B)富水地段:
对有涌水、渗水或潮湿的岩面喷射前应按不同情况进行处理:
大股涌水宜采用注浆堵水后再喷射混凝土。
小股水或裂隙渗漏水宜采用岩面注浆或导管引排后再喷射混凝土。
大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土,如添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性能。
(C)钢筋网喷射混凝土:
钢筋网在初喷一层混凝土后铺挂;钢筋网应与锚杆或其它固定装置联结牢固;开始喷射时,应减少喷头至受喷面的距离,并调整喷射角度,钢筋保护层厚度不小于4cm;喷射中加有脱落的岩块或混凝土被网住时应及时清除后再喷射。
(3)仰拱及填充超前施作
下台阶开挖支护后,采用仰拱作业桥进行仰拱及填充混凝土的施工。
(4)二次衬砌
拱墙衬砌砼采用液压模板衬砌台车全断面浇筑成形,采用砼输送车及混凝土输送泵运送砼,插入式振动器捣固,附着式振动器配合。
超挖回填采用同级配砼,衬砌砼每一板长12m。
砼浇筑时对称分层浇筑,两侧高差控制在0.5m以内。
纵向工作缝竖直,相邻段浇筑时,先对已浇砼端头凿毛冲洗干净后再浇筑砼。
砼浇筑必须连续施工,当间歇时间大于1.5小时,必须作停工处理,并留置施工缝。
所有施工缝、变形缝均按设计安置止水带、止水条作防水处理。
液压模板台车应准确对位,支撑牢固,保证刚度,浇筑中不变形,不走移。
拆模时,混凝土强度不小于8MPa。
落模后及时养护,养护时间不少于14天。
(5)围岩量测及信息反馈
严格按照围岩监控量测方案要求进行围岩变形观测,拱顶下沉及周边收敛的量测,及时进行数据处理分析。
反馈指导施工,为支护参数调整和衬砌时机提供依据。
3.3注意事项
(1)施工中一定要注意采用弱爆破、紧支护的原则,每循环进尺控制在1.5m以内。
(2)对局部极软弱部位要加强支护,尽量减少对围岩的扰动。
(3)钢支撑一定要坐落在基岩上,由于是分部开挖,特别注意上下台阶钢支撑的连接。
(4)下台阶距离衬砌端头不宜过长,一般控制在40m左右。
4、机械设备
单口施工机械配置一览表
编号
设备名称
规格型号
单位
数量
备注
1
凿岩机
YT-28
台
30
2
电动空压机
20m3/min
台
4
3
风镐
G10
台
6
4
管棚钻机
PG-115
台
2
5
湿喷机
TK961
台
4
6
挖掘机
CAT320
台
2
7
装载机
ZLC50C
台
2
侧斜式
8
通风机
SDDY-Ⅱ12.5
台
1
轴流式
9
作业台车
台
2
自制
10
仰拱栈桥
L=12
台
1
自制
11
砼拌合站
HLS120
台
1
12
衬砌台车
液压12m
台
1
13
砼输送泵
HBT60C
台
2
14
砼罐车
AH5253GJB
台
4
15
自卸汽车
20T
台
8
16
变压器
630KVA
台
1
17
变压器
350KVA
台
1
18
地质钻机
XU-300-2A
台
2
19
柴油发电机
250KW
台
1
20
注浆泵
KBY-50/70
台
2
21
灰浆搅拌机
TBW50/15
台
2
22
砼振捣器
HZ6×70
台
20
5、劳动力安排
劳动力安排一览表
编号
工种
人数
备注
1
风钻工
25
2
支护工
15
3
运转工
6
4
炮工
4
5
司机
12
6
电工
2
7
起重工
2
8
电焊工
8
9
修理工
4
10
模板工
15
11
钢筋工
16
12
砼工
10
13
水泵工
4
14
普工
20
15
测量工
4
16
质检员
4
17
试验员
4
18
技术员
4
19
管理员
4
合计
165
6、循环用时
每循环用时计算表
序号
项目
工程量
耗时
备注
1
测量
1
1
加施工前准备
2
开挖
76m3
3
加通风
3
出碴
76m3
2.5
加排险
4
初喷砼
1.2延米
1.5
5
钢架安装
2榀
1.5
加超前
6
锚网及超前
1.2延米
4
7
复喷砼
1.2延米
3
合计
16.5
说明:
以上统计根据上台阶开挖以每循环1.2m计算;中、下台阶施工时间为上台施工间隙,穿插施工,不单独计时。
7、施工安全措施
(1)加强全员安全意识教育,认真执行安全施工规范与安全操作规则。
(2)所有机械操作人员及爆破工必须经过专业培训持证上岗。
(3)加强对火工品的管理,坚持用多少发多少,用不完的立即交回。
(4)定期不定期的进行安全大检查,查出隐患及时消除,各项指标与安全挂钩,并确立安全一票否决制。
(5)加强对机械设备维修保养,杜绝机械事故隐患。
8、质量要求
(1)首先制定明确的质量目标及建立相应的质量保证体系。
(2)层层鉴定质量包保责任制,从原材料基础工序开始抓好质量工作。
(3)成立质量检查小组,严格质检程序,奖罚分明,坚持实行三检制。
(4)加强围岩量测工作,及时反馈信息,指导工程施工,杜绝质量后遗症。