广塔隧道出口换拱专项方案修改教学提纲.docx
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广塔隧道出口换拱专项方案修改教学提纲
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（2）物品的独一无二
（2）物品的独一无二
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中交第二航务工程局有限公司玉磨铁路项目经理部
广塔隧道出口换拱施工方案
编制：
年月日
审核：
年月日
审批：
年月日
中交第二航务工程局有限公司玉磨铁路项目经理部
二零一六年十一月
广塔隧道出口换拱专项方案
一、编写依据
（1）广塔隧道设计图（玉磨铁路施隧-65）
（2）《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）
（3）《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2003）
（4）《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》（TZ231-2007）
（5）玉磨铁路隧道施工图参考图；
（6）中交二航局玉磨铁路实施性施工组织设计；
（7）新建玉溪至磨憨铁路招标文件、站前澄清、站前二次澄清和甲供清单。
（8）《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009）；
（9）《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（2007）200号；
（10）本公司所拥有的技术力量、机械设备状况、管理水平、工法及科研成果和多年积累的工程施工经验；
（11）国家、铁路总公司和地方政府关于安全生产和环境保护的法律法规。
二、工程概况
广塔隧道位于勐养～西双版纳区间，进口里程DK359+085，出口里程为DK361+161，全长1076m，为双线隧道，左右线间距为4.2m～4.306m，隧道线路纵坡：
进口段115m位于平坡段，出口段961m位于10%0上坡。
线路平面：
全隧除DK359+758.645～出口DK360+161段位于半径R=3000的左偏曲线上外，其余地段均位于直线上，隧道进口紧邻景洪澜沧江双线大桥桥台。
隧道洞身最大埋深约87m，最小埋深约9m。
三、设计地质描述
3.1、顺层偏压
广塔隧道穿越三叠系上统小定西组下段（T[3]x
（1））泥岩、砂岩地层，岩层产状为N80°E/40°SE，岩层走向与线路夹角34°，倾向线路左侧，横断面视倾角35°，隧道右侧存在顺层偏压。
隧道进口路堑右侧边坡存在顺层问题，边坡开挖时可采用顺层清方等措施。
3.2、砂土液化
根据《铁路工程抗震设计规范》（GTJ004-2006）、《建筑抗震设计规范》（GBJ11-2010）及《铁路工程地质原位测试规程》（TB10018－2003），DK360+250～DK361+500段20m以上<5-8>粉土、<5-9>细砂层为轻微液化土层。
3.3、膨胀土
DK360+250～DK361+686.39段分布四系全新统冲洪积（Q[4]（al+pl））层粉质黏土<5-7>具弱～中等膨胀性，测区段落针对粉质黏土<5-7>取土样176组，其中54组具有膨胀性，其自由膨胀率为36～83%，蒙脱石含量M＝7.17～25.25%，阳离子交换量CEC（NH[4]（+））＝113.5～307mmol/kg。
DK359+650～DK360+250段分布四系全新统坡洪积（Q[4]（dl+pl））层粉质黏土<4-7>具弱～中等膨胀性，测区段落针对粉质黏土<4-7>取土样9组，其中7组具有膨胀性，其自由膨胀率为40～81%。
膨胀土土体随环境的干湿变化，具有显著膨胀、软化、崩解和失水急剧收缩、开裂、硬结现象，并能产生往复膨胀变形，对路堑挖方边坡影响较大，路堑边坡开挖应加强防护措施。
施工中做好防排水措施。
测区膨胀土大气影响深度为4.0m，大气影响急剧层深度为1.8m。
DK360+145～DK360+090段围岩设计为Vpzk,施工方法为三台阶法。
其中DK360+145～DK360+115段设计φ108大管棚超前支护、DK360+115～DK360+090设计φ76中管棚超前支护。
四、隧道施工情况描述
广塔隧道出口目前掌子面里程为DK360+110，仰拱端头里程为DK360+125，二衬端头里程为360+145（明暗交接）。
DK360+133～DK360+113段施工日期为2016年10月18日至2016年11月8日。
施工工法：
DK360+133～DK360+115计φ108大管棚超前支护向设计47根。
环线间距0.4米。
钢架采用I22b型钢支护间距0.5米。
拱部采用φ25组合中空锚杆、边墙采用φ22砂浆锚杆间距均为2*1（环*纵），φ8钢筋网片，采用C25耐腐蚀混凝土，喷射厚度为29cm.初期支护完成后，对DK360+133～DK360+113段进行长时间连续的沉降观测每天均有3～5mm的匀速沉降及周边收敛。
在2016年11月7日至9日该地区有连续的大雨天气，雨水渗透地表覆盖层（浅埋段5～7m）,初支断面出现掉块、拱架开裂，进过测量发现变形量已经超过初期支护预留量，部分已侵入二衬厚度。
五、换拱原因分析
DK360+133～DK360+113段围岩为顺层偏压膨胀土，膨胀土体随环境的干湿变化，具有显著膨胀、软化、崩解和失水急剧收缩、开裂、硬结现象，并能产生往复膨胀变形。
由于洞口段为浅埋段，进过长时间的雨水渗透，遇水承载力急剧下降，开挖后，自稳时间短，围岩收敛过程长，沉降量偏大，导致拱顶下沉形成侵限欠挖。
六、变形段处理原则
2016年11月11日经过设计院、监理、施工单位一起勘察现场后，确定处理意见：
1.洞内加固处理
（1）掌子面停止掘进，封闭掌子面；
（2）DK360+136~+113段初支拱架每节增设2根锁脚锚管，锚管采用φ42小导管，长度5m;
（3）DK360+136~+113段拱墙进行φ42小导管注浆加固处理，采用1:
1水泥浆，间距为0.5m（环）*0.8（纵），长度5m,注浆压力0.5~0.8MPa.
2、地表处理
地表及截水天沟开裂处采用砂浆进行封堵，DK360+120~140段地表采用锚网喷进行封闭；喷C25耐腐蚀砼，厚12cm,φ8钢筋网，网格间距20cm*20cm,封闭宽度26m.
3、加强地表、洞内变形观测，加固处理完，待变形稳定后进行断面净空测量。
七、换拱方案
鉴于DK360+133～DK360+113段部分初期支护已侵入二衬,为满足设计拱墙衬砌厚度要求，在确保安全及质量的前提下必须对该段隧道初期支护做换拱处理。
根据现场测量结果，确定处理方式：
1对于侵入二衬砌厚度H≤3cm,人工用风枪凿除部分初支表面砼，确保拱墙衬砌满足设计要求。
2对于侵入二衬砌厚度H＞3cm部位，人工或采用挖机炮锤开槽拆除侵限位置钢架，重新设置钢架，确保拱墙衬砌满足设计要求。
7.1施工计划安排
根据现场施工情况对广塔隧道出口换拱段做以下施工进度计划安排：
DK360+133~DK360+113：
2016.12.03～2016.12.31
图7.1-1广塔隧道换拱施工横道图
工作内容
开始时间
完成时间
2016年
12上旬
12中旬
12下旬
初支换拱
2016年12月03日
2016年12月31日
7.2施工准备
⑴制定换拱施工方案，并报监理审批后实施换拱。
⑵进行人员、机械、设备及换拱所需的材料的准备工作。
⑶对换拱工班进行安全培训和技术交底。
7.3人员及设备安排
表1广塔隧道领导小组人员
序号
班组
人数（人）
备注/范围
1
项目经理
1
方刚
2
总工
1
吴忠仕
3
项目副经理
3
罗德、薛涛、周君（兼安质经理）
4
项目副总工
1
周洋
5
工程部
3
裴小刚、赵瑶、王瑶
6
安质部
4
涂家林、周君、王建营、靳伟光
表2换拱作业人员安排表
序号
职务
人数
分工
1
队长
1
负责全面协调
2
技术主管
1
负责技术指导工作
3
测量员
2
负责换拱期间监控量测
4
安全员
2
负责安全指导和安全值班
5
工人
9
负责凿除、换拱等工作
表3换拱机械设备安排表
序号
设备名称
型号
数量
备注
1
挖掘机、炮捶
PC220
1
自有
2
装载机
LG856
1
自有
3
空压机
20立方
2
自有
4
风动凿岩机
天水YZ-28型
2
自有
4
风镐
\
2
自有
5
电镐
\
2
自有
6
台架
\
1
自有
7
湿喷机
耿力≥7m3/h
1
自有
7.4、加强监控量测工作
本工程按照《铁路隧道监控量测技术规程》（Q∕CR9218-2015）的有关要求进行监控量测。
新奥法隧道施工的特点是，借助现场量测对隧道围岩进行动态监测，据此指导隧道的开挖作业，使支护结构的设计与施工进一步优化。
现场监控量测不仅监测各施工阶段围岩和支护动态、确保施工安全，而且是调整初期支护设计参数、确定二次衬砌和仰拱的施作时间的依据。
隧道监控量测工作紧跟开挖面进行，在隧道换拱喷砼完成后，及时进行监控量测，随时掌握初期支护的工作状态，指导和确定二次衬砌施作时间。
监控量测不仅对原初期支护变形进行观测，对换拱后的的初期支护同样要加强观测，对换拱前后拱顶下沉及围岩收敛观测每天2次，测量人员应及时对测量结果进行分析，汇总并上报工程部。
换拱过程中注意观察初期支护状态包括喷射混凝土层是否产生裂缝、剥离和剪切破坏、支撑是否变形进行观察分析。
对以上情况进行详细描述、记录，作为及时采取支护参数选择的参考级量测等级选择的依据。
现场量测根据开挖、换拱各工序作业持续时间加大测量频率。
7.5、监控联测项目及测点布设
结合本隧道具体条件，确定开展的必测监控量测的项目有:
洞内外观察、拱顶下沉、周边位移、收敛以及浅埋段的地表下沉,选测项目暂定为围岩应力量测和格栅应力量测，量测项目、方法及布置见表5.3.1-1。
地表沉降横向测点布置示意图见图1-1，台阶法围岩量测监控点布置示意图见图1-2。
图1-1地表沉降横向测点布置示意图
图1-2三台阶围岩量测监控点布置示意图
7.6换拱前准备工作和加固措施
⑴初期支护未侵限的，在拱顶下沉和围岩收敛基本稳定后，加紧隧道二衬施工，尤其是仰拱混凝土要及时施做。
二衬施做由大里程向小里程方向施做，待换拱完成稳定后，立即施做换拱段二衬。
⑵换拱前，应该对换拱段拱墙部位进行注浆固结，注浆孔按梅花形布置，孔口环向间距为0.8m,纵向间距0.5m,注浆管采用钢花管，钢花管制作采用φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长5.0m,
注浆管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。
注浆采用水泥浆，注浆压力1.0～2.0MPa，浆液水灰比1：
1（重量比）。
⑶初期支护侵限处理需要破除原有的喷射混凝土，打开拱架连接板，
此时隧道原有的平衡状态将会遭到破坏，拱架会在自重及偏压作用下发生坍塌。
为了避免此种情况发生，确保施工安全，在拆除初期支护前，必须对两侧原有的支护系统设立临时支撑，使隧道两侧拱架单元与临时支撑形成稳定的支撑体系。
临时支撑采用I20a型钢加工制作成支撑排架，其顶端与初支钢架B单元顶端周边焊接牢固，底角埋入底座混凝土中。
底座采用宽60cm，厚30cm的混凝土现场浇筑于仰拱填充面上。
临时支撑样式见图1I20钢临时支撑示意图及图2广塔隧道出口换拱示意图。
图1I20钢临时支撑示意图
广塔隧道出口换拱示意图
7.7换拱具体实施步骤
先进行隧底开挖、仰供及填充施做，初支闭合成环。
对于径向注浆施工完毕且龄期3d的初期支护进行换拱作业。
从距二衬端头2榀拱架的位置开始凿除初期支护混凝土，初支混凝土的凿除采用风镐或者炮锤进行，凿槽深度以达到设计断面半径加沉降预留量30cm考虑；置换顺序：
利用换拱台车从大里程逐环进行，对每环的拱架置换应遵循先墙后拱的原则，每段长度为一榀拱架的间距（50cm）.
（1）边墙范围内初期支护处理
处理边墙钢拱架时左右两侧错开3～5m进行，当选择从右侧开始时，按照如下步骤进行：
右侧边墙钢拱架初期支护拆除前，需先对右侧临时支撑进行拆除。
临时支撑拆除采用风镐凿除混凝土，割断临时支撑与钢拱架间的连接。
人工手持风镐对右侧边墙钢拱架部分进行凿出至设计断面，松开
处连接板连接螺栓，然后调整边墙钢拱架至设计位置，连接好②处的连接螺栓，重新拧紧①处连接螺栓，挂设钢筋网，按设计要求打设锚杆及锁脚锚管并按要求注浆，喷射混凝土至设计厚度。
左侧初期支护侵限处理滞后右侧3～5m进行，施工方法参照右侧初期支护侵限处理步骤进行。
新处理的初期支护封闭成环后，及时进行二次衬砌施工，确保结构的稳定。
（2）拱部范围内初期支护处理
拱部范围内断面凿除至预留沉降为30cm开挖轮廓线后，先初喷一层混凝土封闭开挖面防止拱部掉块。
然后打开接头③处连接板，同时打开接头②、⑤处连接板，将钢拱架抬高并加宽至设计位置。
现场加工预留沉降为30cm的钢拱架，把加工好的钢拱架安装至打开的接头③位置。
此时拱部与边墙单元间的连接连接板将会错位，因此要在②、⑤接头处打设锁脚锚管固定拱架。
然后施作锚网喷支护，打设超前小导管，小导管采用Ф42m，壁厚3.5mm热轧无缝钢管，钢管长5m，环向间距0.8米，纵向0.5m一环。
小导管注浆采用水灰比0.5～1.0（重量比）的水泥砂浆，注浆压力0.5～1.0MPa。
然后喷射混凝土至设计厚度。
7.8施工工艺
7.9换拱注意事项
⑴凿除初支混凝土时主要以风镐为主，严禁采用爆破作业，且每次只能换一榀，刻槽时注意预留沉降量不小于30cm。
⑵监控量测点的布设要与换拱作业同步进行，按要求布设好监控量测点，加密量测断面间距不大于5米并根据现场实际加密观测频率，采用每天定时与不定时相结合的方法进行监控量测（每24小时不得少于2），并及时分析数据，发现问题及时采取处理措施；监控量测观测项目包括：
未拆除段的拱顶下沉、周边收敛；已拆除置换段的拱顶下沉、周边收敛；变形段的洞外山体下沉、位移等。
并认真做好记录和数据处理工作，据以修正支护参数，保障施工安全。
并派专人在洞外对山体进行观测，如有异常，及时上报。
1已换拱段，必须及时进行二次衬砌，每段二衬按照12米考虑。
2拱部换拱时对不侵限阶段进行锁脚锚管加固，以防止出现掉拱情况。
八、安全保障措施
8.1组织措施
项目部成立以项目经理为组长，书记、总工和副经理为副组长，工程部、安质部和架子队参加的换拱施工应急领导小组。
领导小组负责方案调整、技术交底、现场协调、监控量测和安全监控工作；
施工队：
组织有经验的专业施工队伍，施工前对所有施工人员进行安全交底，严格按照换拱方案及有关技术要求进行施工，现场必须听从技术及管理人员的指导。
（1）实行领导包保制度，实行定期值班制度，确保在换拱期间项目部至少有一名领导在现场值班，确保施工进度和安全；
（2）启动应急保障预案，在隧道两端设置专人负责安全监控；
（3）施工前，就换拱注意事项、风险源、风险因素及劳动纪律进行再交底，提高各级人员的质量安全意识。
8.2具体措施：
⑴险情应急处理
现场施工时间专职安全人员在场监视围岩变化，用哨声通知作业人员撤离，在换拱台架的前后各堆放沙堆，在极度危险的情况下，人员可以跳到沙堆上迅速撤离。
施工期间，现场施工负责人会同技术人员对各部支护进行定期检查。
当发现量测数据有突变或异变时，立即通知现场负责人，采取应急措施或通知施工人员撤离危险地段。
加强围岩开挖后变形量测，根据量测数据分析结果，反馈指导施工，保证开挖及换拱的安全和质量。
施工中，指定专人对洞内围岩及地面位移变形情况进行观测，出现异常情况立即停工处理。
⑵安全教育
对所有现场人员进行全员安全教育，并进行安全技术交底，从思想上高度重视。
建立安全领导小组，落实岗位责任制。
施工人员进行岗前培训，技术人员上课、现场指导。
所有进入隧道工地的人员，佩戴安全防护用品。
对隧道施工人员要坚持班前安全教育，严禁酒后上班。
作业到达工作面时，先检查工作面是否处于安全状态，如有松动的岩石，立即加以支护或清除。
⑶安全物资
配足必要抢险物资，如砂子、工字钢、方木、灭火器、急救药品、纱布、强光电筒、安全标示、救援管道及食品以及一部车辆在工地等。
九、防止侵限措施
⑴加强过程监控量测工作，并及时将量测数据反馈到决策部门，根据沉降量，定出合适的预留变形量。
⑵根据预留变形量，预制支护拱架。
⑶加强单元拱架连接处之间锁脚锚管锚固力度。
⑷利用混凝土预制块，垫平拱架脚底处，减小拱架下沉量。
⑸开挖后，初期支护及时施做，并封闭成环。
⑹及时进行仰拱及填充混凝土施作。
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