隧道初期支护侵限换拱施工方案.docx
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隧道初期支护侵限换拱施工方案
一编制依据、编制范围及设计概况
（一）编制依据
1.国家法律、法规和河南省交通厅规章制度；
2.河南省高速公路采用的标准、规范、规程等；
3.2011年06月01日玉皇庙隧道初期支护异常变形施工方案评审会议纪要；
4.2011年07月01日玉皇庙隧道出口端浅埋段施工专家意见。
（二）编制范围
玉皇庙隧道左线初期支护变形侵限段F2K60+742～F2K60+695,右线初支变形段F2K60+738～K60+716,左线F2K60+683、右线F2K60+713开挖掘进。
（三）设计概况
玉皇庙隧道出口端范围地质情况为：
山体顶部被第四系地层覆盖，表层为褐红色粉质粘土，山体为红褐色夹灰褐色强风化安山岩，节理裂隙非常发育，同时还存在浅埋、偏压，该段隧道埋深在11m～15m。
该范围设计采用Ⅴ级围岩加强复合式衬砌结构（洛阳至嵩县高速公路施工图设计No.9）。
设计开挖建议采用三台阶+预留核心土法，Φ42超前小导管2.4m/环，I20a工字钢架，间距0.6m。
该范围设计值支护参数见下表。
该段侵限加固建议方案已于2011年06月01日下发。
玉皇庙隧道出口端设计支护参数表
预留变形量（cm）
初期支护
二次衬砌
C25喷射混凝土
部位/厚度（㎝）
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
12
拱墙25
仰拱25
拱墙中岩壁
3.5
4.5
1.0×0.6
拱墙
20×20
φ8
全环
工20a型钢@0.6m
45*
45*
二工程概况
（一）工程概述
玉皇庙隧道为山岭区高速公路上下行分离四车道双洞小净距隧道+独立双洞隧道；设计行车速度为100km/h；隧道限界净宽：
10.75m，限界净高：
5.0m；隧道最小间距为15.2m，左线长815m，右线长809m。
左右线位于直线、缓和曲线和R=1000m的圆曲线上。
路线纵坡采用单向坡，右线设计纵坡为-2.5%、-2.99%，左线设计纵坡为-2.7%、-3.0%。
目前玉皇庙隧道左线出口已开挖至F2K60+683，仰拱施工里程到F2K60+703，二衬施工里程到F2K60+742。
初期支护侵限段临时护拱里程F2K60+726～F2K60+714，临时仰拱里程F2K60+700～F2K60+693。
已完成开挖及初期支护100m，仰拱及填充80m，二次衬砌41m，已施工段均处于Ⅴ级围岩段。
玉皇庙隧道右线进口已开挖至K60+713，仰拱施工里程到K60+724，二衬施工里程到K60+743。
已完成开挖及初期支护66m，仰拱及填充55m，二次衬砌36m，已施工段均处于Ⅴ级围岩段。
（二）病害情况
2010年11月2日至2011年05月28日，玉皇庙隧道出口F2K60+742～F2K60+695段初期支护出现变形超限，局部侵入二次衬砌结构，且隧道上方山体出现裂缝，裂缝宽度最大8cm，深度约2m。
2011年06月01日，嵩阳公司组织设计、监理、监控量测、施工单位四方共同查勘了现场，并查阅了有关施工和技术资料，召开四方会议，决定对该段变形超限段采取加固处理措施；2010年07月01日，嵩阳公司组织召开玉皇庙隧道出口端浅埋段专家会议。
玉皇庙隧道出口端按照设计Ⅴ级围岩加强复合式衬砌结构进行了开挖和初期支护施工，但由于围岩变形较大，经现场测量因变形侵限的左线里程段为F2K60+742～F2K60+695，局部最大侵限42.8cm，因变形侵限的右线里程段为K60+738～K60+716，局部最大侵限32.9cm。
玉皇庙隧道初支断面检测结果汇总表
编号
隧道
断面里程
拱顶处侵限厚度（cm）
最大侵限厚度（cm）
侵限部位
1
玉皇庙
隧道
左线
F2K60+742
10.45
16.01
拱顶、拱肩
2
F2K60+740
10.21
17.21
拱顶、拱肩
3
F2K60+738
12.69
19.47
拱顶、拱肩
4
F2K60+736
9.63
19.86
拱顶、拱肩
5
F2K60+734
11.62
19.17
拱顶、拱肩
6
F2K60+732
11.71
13.28
拱顶、拱肩
7
F2K60+728
13.6
20.2
拱顶、拱肩
8
F2K60+726.9
11
9
F2K60+724.6
8
10
F2K60+719
39.2
42.8
拱顶、拱肩
11
F2K60+713.6
45
12
F2K60+710.0
25
13
F2K60+709
26.7
37
拱顶、拱肩
14
1
F2K60+708.8
25
15
F2K60+707.2
26
16
F2K60+705.8
27
17
F2K60+703.6
20
18
F2K60+701.3
25
19
F2K60+700.0
20
20
F2K60+697.6
7
21
右线
K60+738
5.8
9.6
拱顶、拱脚
22
K60+736
23.7
23.7
拱顶、拱肩
23
K60+734
31.7
32.9
拱顶、拱肩
24
K60+733
22
25
K60+732
25.5
30.1
拱顶、拱肩
26
K60+730.3
22
27
K60+729
14.4
23.1
拱顶、拱肩
28
K60+728.41
21
29
K60+727
8.4
17.7
拱顶、拱肩
30
K60+726.44
19
31
K60+725
4.1
9.5
拱顶
32
K60+722.44
19
33
K60+719.65
5
34
K60+716.88
4
三变形段处理及后续施工总体规划
1、暂停掌子面的掘进施工，先对初期支护侵限段按照2011年6月1日会议纪要（纪要附后）进行临时加固。
2、在护拱上安设监控量测点，通过监控量测掌握加固后的初期支护的变形情况。
3、若变形量较小或者变形趋于稳定，则严格按照设计及规范要求继续掌子面的掘进及仰拱、二衬施工，待隧道贯通后再对变形段进行换拱处理。
在施工的同时，做好地表沉降观测和洞内监控量测工作，并做好超前地质预报。
4、若变形量较大或者出现突变情况，则立即对变形段进行加固，然后着手换拱施工，并施作二次衬砌封闭该段。
四施工方案
（一）初期支护侵限段的临时加固方案（对应2011年6月1日会议纪要）
1、对应初期支护工字钢安设临时护拱，护拱采用18工字钢，纵向间距60cm布置，与该段初期支护钢拱架形成“拱对拱”支撑。
2、护拱钢架纵向采用Φ22螺纹钢连接，环向间距1m，将临时护拱各钢架进行有效连接，并在护拱与护拱之间喷射10cm厚C25喷射混凝土。
3、临时护拱拱脚采用厚50cm、宽80cm的C20混凝土条形基础整体固定。
（二）继续开挖方案
采用三台阶临时仰拱+预留核心土法
1、各部开挖及支护自上而下分成三个小单元进行开挖缩小开挖断面，步步成环，及时封闭。
各分部封闭成环时间短，有效发挥初期支护整体受力效果，临时仰拱能有效阻止支护结构变形，减少隧道围岩变形。
2、工序详见“隧道三台阶临时仰拱法施工作业程序图”。
3、三台阶临时仰拱法施工工序
（1）Ⅴ级围岩分部开挖法开挖
采用分部开挖法开挖，如图所示，施工工序如下：
第一步：
利用上一循环架立的钢架施作隧道超前小导管；
第二步、第三步：
开挖上部台阶，上台阶核心土高度离已初期支护钢架不得大于1.8米，长度不得小于5米，每循环进尺控制在0.6米左右；施作②部洞身结构的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立20a钢架，并设锁脚锚（管）杆；钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，如为注浆环节，则在掌子面喷10cm混凝土封闭
第四步、第五步：
上台阶领先中台阶3.6米时，开挖中部左侧台阶，每循环进尺控制在1.2米左右；架立20a钢架，并设锁脚锚（管）杆；钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，完成中部左侧台阶初期支护；
第六步、第七步：
中部左侧台阶领先右侧台阶3.6米时，开挖中部右侧台阶，每循环进尺控制在1.2米左右；架立20a钢架，并设锁脚锚（管）杆；钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，完成中部右侧台阶初期支护；
第八步：
开挖中部核心土，施作中台阶临时仰拱；
第九步、第十步：
开挖下台阶，每循环进尺不大于1.2米，完成下台阶初期支护及仰拱初期支护；
第十一步：
浇筑仰拱混凝土及仰拱填充；
第十二步：
根据量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性灌筑二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。
（2）施工注意事项
①由于以上施工方法把断面分部施工，作业面相对狭小，故需特别注意施工安全，洞内设值班人员统一调度指挥。
②如到达各种预埋洞室及预埋件安设位置，根据实际情况可以不预留，待初期支护在本断面范围内完成或二次衬砌前另行开挖或预埋。
③工序变化之处钢架（或临时钢架）应设锁脚锚杆，以确保钢架基础稳定。
④钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固，钢架拱脚必须采用5cm厚木板增大接触面积。
（三）监控量测方案
由于目前玉皇庙隧道左右洞出口均属于浅埋地段，故下一步监控量测工作将分为地表沉降观测和洞内监控量测。
1、地表沉降观测
在隧道开挖前布设点位，地表沉降观测点与隧道内测点布置在同一断面里程，地表沉降观测点按照下表要求布置。
隧道埋深与开挖宽度
纵向测点间距（m）
2B＜H＜2.5B
20-50
B＜H≤2B
10-20
H≤B
5-10
地表沉降观测点横向间距为5米，在隧道中线附近适当加密，隧道中线两侧量测范围不小于（隧道开挖宽度+隧道埋深），其测点布置如图：
2、洞内监控量测
（1）对未衬砌地段布置监控量测点，建立测量台账，填写《隧道在测断面统计表》（见附表1），测点断面间距V围岩保证5至10米一个,测量频次一天两次。
点位布置如图;
（2）、画出隧道在测断面周边收敛—时间曲线图、拱顶下沉—时间曲线图。
如下图所示（下图仅为示意）：
XXX断面周边收敛（拱顶下沉）-时间曲线图
（3）、填写在测断面测量数据，包括隧道周边收敛测量值以及拱顶下沉值，并判定隧道稳定性（填写表格见附表2。
）
（四）变形超限地段加固、换拱方案
若变形量较大或者出现突变情况，需进行换拱施工的，按以下方法施工。
1、变形超限处治原则
变形段超限处治后必须保证结构稳定和原设计净空断面尺寸，处治过程中，保证施工安全。
2、变形超限处治方案
（1）临时钢支撑加固
对未施做仰拱段、已施工三台阶开挖中上台阶部分、已开挖三台阶上下台阶部分现场进行临时支撑架设。
对未施工做仰拱闭合段每榀拱架每侧加设一根Φ50，L=5米锁脚钢管；
对已施工仰拱段拱架加设扇形支撑；对已施工三台阶开挖上台阶部分利用核心土上架设支撑；对已开挖三台阶中、下台阶部分，采用扇形支撑；对台阶底部基础不实的部位采用注浆加固的形式对基础进行处理。
浆液采用水泥浆。
水灰比1:
1，注浆孔间距1.7m，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0.5～1.5MPa进行。
注浆加固后土体抗压强度不小于2MPa。
施工顺序由洞内向洞外施工。
临时支撑加固具体方案如下：
未施做仰拱段上台阶临时支撑加固方案如下所示：
上台阶施工采用环
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