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隧道工程施工方案

隧道工程施工方案

1工程概况

京张铁路正线隧道集中在山高谷深地段，交通、生活不便，架设施工电力、修筑施工便道及物资运输困难，地方道路利用等级低，长大隧道多，具有不良地质条件多、施工场地狭窄、弃碴条件困难等特点。

全线Ⅰ级风险隧道7座，Ⅱ级风险隧道9座；含有炭质页岩隧道18座；可能有页岩气危害的隧道29座；与在建黔张常铁路、京张铁路、既有焦柳铁路、永吉高速、包茂高速共立交14处；共设辅助导坑23座，总长27363m；桥隧相连及桥台进洞117处。

2工程数量

全线正线隧道共118座，总长165.982km，占正线长度的67.06%。

其中小于1km的隧道30.848km/73座，1～3km的隧道50.285km/30座，3～6km的隧道53.706km/12座，大于6km的隧道31.143km/3座，最长为吉首隧道。

全线长度大于6km的隧道分别为吉首隧道（12162m）、永顺隧道（12083.27m）、天桥山隧道（6905m）。

3施工方法

施工中积极推广应用国内外隧道施工新技术、新工艺，投入大型隧道施工专用机械设备，组成开挖、装运、锚喷、二衬等机械化作业线，实现机械化快速、安全施工，以装备的技术进步促进施工的技术进步。

根据施工组织设计合理安排施工作业面施工，满足架梁通道及铺轨工期要求。

各工作面按设计要求采用机械化配套，开挖采用凿岩台车或多功能作业台架，初期支护采用混凝土湿喷机械手，仰拱混凝土施工采用仰拱栈桥及配套小型工装，衬砌采用液压衬砌台车及配套小型工装，衬砌混凝土养护采用养护作业台架，水沟电缆槽采用自行式水沟电缆槽移动框架。

形成预报超前、开挖支护、仰拱（底板）、填充、防水二衬、附属工程均衡生产整体推进的施工格局。

工程实体质量缺陷排查、检测、整治工作与施工同步进行。

⑴超前地质预测预报

将超前地质预报纳入工序进行管理，按照“物探长探超前、加深炮孔紧跟、动态调整分级、中短距离详探、水纹监测及时、素描导洞辅助、有掘必探，先探后掘”的原则组织实施。

采用配套技术进行地面及洞内工程地质及水文地质调查，结合勘察设计资料拟定预报分级管理标准，划分重点不良地质区段；采用多源协同预报的思想与方法将地质调绘与洞内物探、钻探相结合，对开挖面前方岩溶、可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带、节理裂隙、地层含水性以及岩性等进行预报。

各标段应综合采用地质素描、TSP203、地质雷达、红外探水、直流电法等物探方法，结合超前水平地质钻探、超前加深炮孔及有害气体监测、相关水文（环境）监测等工作建立超前地质预报体系，确保检测人员和设备数量满足预报工作需要。

超前地质预报的结果应及时分析、判释、处理并反馈相关各方，设计单位应及时根据超前地质预报成果确定是否修正隧道设计措施，施工单位应及时利用超前地质预报成果指导施工，减少施工盲目性和安全风险。

⑵控制测量及监控量测

①控制测量

由设计单位布设GPS点、导线控制点以及水准基点，并形成洞外控制精测网络。

施工单位在交接桩和施工前要对所交的桩点进行复核确认，施工时还要进行加密控制。

在隧道施工过程中，建立洞内外控制系统，洞内按要求布设主副导线。

测量精度要符合《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）的要求。

隧道平面控制测量结合隧道长度、平面形状、辅助导坑位置及线路通过地区的地形和环境等条件，采用GPS测量、导线网测量、三角形网测量及其他综合测量方法。

高程控制测量可采用水准测量、光电测距三角高程测量。

测量精度要符合《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）的要求。

②监控量测

监控量测应作为关健工序纳入隧道施工组织。

施工单位应根据监控量测设计及工程特点编制监控量测实施细则、作业指导书，并落实到工艺控制过程中，根据铁路总公司要求建立监控量测信息化管理系统，及时埋点进行监控量测并上传数据，接到预警提示后及时采取相应措施。

隧道监控量测工作执行《铁路隧道监控量测技术规程》（Q/CR9218-2015）、《关于开展铁路隧道监控量测信息系统推广应用的通知》（工管办函【2014】98号）等文件的规定。

施工监测后及时根据监测数据绘制拱顶下沉、水平位移等随时间及工作面距离变化的时态曲线，了解其变化趋势，并对初期的时态曲线进行回归分析，初步判断围岩和支护结构的稳定性。

收集可反映施工过程中围岩动态变化的信息，据以判定隧道围岩的稳定增长状态，以及所定支护结构参数和施工的合理性，根据收集信息指导隧道安全施工。

⑶洞口工程施工

明洞一般采用明挖法施工，首先应对洞口上方陡峭山坡或破碎的危岩落石进行清除，后按设计要求施作洞顶截水沟、天沟以及排水沟，然后按照设计坡度刷坡。

仰坡开挖应逐级进行边，做到开挖一级，防护一级。

按设计施作洞口大管棚后按设计工法进行隧道暗挖施工，初期支护随开挖同步进行，使初期支护及早封闭，形成较好的支护状态以减少围岩的沉降。

二次衬砌紧跟开挖同步施工。

隧道进洞6个月内完成洞门、永久边仰坡防护及绿化工程施作。

⑷超前大管棚

超前大管棚沿隧道周边布设，外插角0～3°，用长管棚钻机钻孔，开孔径向误差不大于5cm。

钻进过程经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，及时纠正。

管棚接头采用丝扣连接，隧道纵向同一截面内接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少应错开1m。

管棚注浆初压力符合规范要求。

⑸洞身开挖施工

隧道开挖一般采用钻爆法开挖，特殊地质及特殊条件下根据设计要求采用非爆施工技术。

钻爆施工中坚持"弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测"的原则。

隧道开挖严格按照设计工法施工，施工前编制作业指导书。

⑹初期支护及临时支护

拱部系统锚杆为组合中空注浆锚杆、边墙为mm砂浆锚杆；喷射混凝土为C25喷射混凝土；钢架主要采用格栅钢架、型钢钢架。

初期支护严格按照设计围岩支护参数进行施工，施工前编制作业指导书。

⑺结构防排水

隧道防排水采取“防、堵、截、排结合，因地制宜，综合治理”的原则。

采取切实可靠的措施,达到“防水可靠,排水顺畅,经济合理.不留后患”的目的，隧道防水等级满足《地下工程防水规范》（GB50108-2008）规定的一级防水标准，隧道二次衬砌混凝土抗渗等级不小于P10。

防水施工工艺符合《铁路隧道防水板铺设工艺技术规定》要求，防水板采用多功能作业台架挂设、超声波焊接机焊接固定、热合焊机双缝焊接、充气法检查焊接质量；止水带采用定位卡具定位安装。

在铺板前必须对基面进行处理检查，确保基面平整、无凸出铁件等异物。

⑻仰拱、填充施工

仰拱浇筑采用移动栈桥+全环弧形模板同时配备小型工装施工，台车栈桥两侧安装可收缩液压+丝杆连接的仰拱弧形模板，后方填充施工段栈桥下安装可横向移动中心水沟模板，仰拱端模、填充端模均安装在栈桥下方。

每次施作12m仰拱、12m填充，仰拱弧形模、中心水沟模板、仰拱及填充端模均与栈桥刚性连接，实现仰拱与填充分开平行快速施工，模板不用搬运及重新组装。

仰拱施工时首先将仰拱模板台车行走至仰拱施工位置，利用手拉葫芦将仰拱弧形模板准确就位，然后安装仰拱端头模板、利用螺旋千斤加固仰拱弧形模板，最后浇筑仰拱砼，仰拱砼强度达到8Mpa后脱模并将液压栈桥行走12m长度，此时中心水沟模板刚好到达已完成仰拱浇筑的部位，在仰拱边墙上标注填充面标高后即可浇筑填充砼，下组仰拱按照以上方法同时施工，形成了仰拱与填充的平行作业。

⑼二次衬砌施工

仰拱、填充（铺底）先行施工，二次衬砌跟进，两工作面间距控制在2～3个循环长度内,营造良好的施工环境。

二次衬砌采用全断面钢模整体式液压衬砌台车（配钢端模），混凝土输送泵泵送作业，由下向上，分仓对称分层，先墙后拱灌筑，入模倾落自由高度不超过2m,机械振捣。

拱顶回填注浆采用带模注浆，在衬砌脱模前完成拱顶回填注浆。

二次衬砌完成后采用人工敲击、地质雷达法、钻孔取芯等方式对二衬质量进行检查，发现问题及时处置。

⑽施工排水

顺坡排水施工地段在洞身两侧挖排水沟，利用自然坡度排水至洞外污水处理池，经处理后达到排放标准后排放。

反坡排水在洞内一侧布置一个集水坑，集水坑之间按设计涌水配制抽水设备，将洞内污水抽排到洞外污水处理池，经处理后达到排放标准后排放。

如隧道内含碳质岩、反射物质，应在洞口加设污水处理设施，经处理后达到排放标准后排放。

4隧道缺陷整治

依据铁总建设函【2014】637号《关于进一步加强铁路隧道工程质量检测工作的通知》、工管桥隧函【2015】199号《铁路隧道二次衬砌预防拱顶空洞实施意见》的要求，各单位要将隧道质量检测和问题整治作为阶段工序纳入施工管理。

隧道工程质量检测和问题整治在二次衬砌完成后、轨道工程和电气化等站后专业施工前进行。

工作程序为：

施工单位自检→建设单位组织检测→质量问题分类归类建立台账→制定整改方案→实施质量问题整治→整治效果验收。

检测发现的问题未全部整治完毕，不得开展后续工序施工。

项目部应成立专门的组织机构。

以项目经理为组长，生产经理、总工程师为副组长，系统部门负责人和现场负责人为组员的缺陷整治领导小组，负责缺陷整治的各项准备工作，全面开展质量问题排查和自查自纠活动，并成立观感质量、工程实体、结构测量等专业排查小组。

隧道整治的重点是：

隧道底板、仰拱底部虚渣，衬砌背后脱空或不密实，衬砌钢筋、钢架布设间距超标，钢筋保护层不足，二次衬砌、仰拱、填充层混凝土强度、厚度不符合要求，二次衬砌裂纹，施工缝、变形缝及止水带安装不符合设计要求，隧道渗漏水，预埋件漏埋、超出允许偏差、外露部分锈蚀等质量问题。

主要检测方法有雷达检测、敲击检测、衬砌取芯检测

敲击检测必须由工区主任或总工负责组织带队,敲击人员必须是员工,敲击人员必须固定位置，并建立管理台帐备案（结构位置、里程、缺陷类型）。

对敲击人员每发现一处缺陷应给予相应的奖励,工区应及时上报项目部安全总监审查后,每月进行奖励。

施工单位自检合格后及时组织第三方检测，10天内完成中间检测报告，在现场标识缺陷位置并提供缺陷形态，施工单位按相关程序及时进行缺陷整治。

整治工期要纳入隧道主体工期内一并考虑，不得影响站后专业的施工组织安排。

5施工装备

根据《铁路隧道工程施工机械配置技术规程》（Q/CR9226-2015）对隧道机械化施工的要求。

为提高铁路隧道施工机械化水平，保障施工质量和人身安全，根据本线隧道的长度、地质条件、施工场地和工期要求等情况，全线6个隧道工点采用一级机械化配套，其余隧道工点采用二级机械配套，施工机械配置方案要纳入实施性施工组织设计。

隧道一、二级级机械化配套要求见表6.6、表6.7。

表6.6双线隧道一级机械化设备配套表（每工作面）

序号

作业线

设备名称

规格

数量

1

开挖作业线

凿岩台车

2台

2

移动式空压机

2台

3

风钻

10把

4

锚喷支护作业线

多功能作业台架

1台

5

湿喷混凝土机械手

≥20m3/h

1台

6

注浆设备

≥100L/min

2台

7

钢拱架安装机

1台

8

混凝土运输车

≥10m3

3台

9

混凝土拌合站

≥90m3/h

1台

9

仰拱填充（铺底）作业线

液压移动栈桥+全环弧形模板

≥28m

1台

11

挖掘机

1m3

1台

12

混凝土运输车

≥10m3

2台

13

装碴运输作业线

装载机

≥3m3

3台

14

自卸汽车

≥15t

6台

15

挖掘机

1m3

1台

16

防水层作业线

多功能作业台架

1台

17

热合焊机

自动调温

2台

18

防水板超声波焊接机

2台

19

止水带定位装置

2套

20

衬砌作业线

液压模板台车+夹止水带钢端模

≥12m

1台

21

混凝土输送泵

60m3/h

1台

22

混凝土运输车

≥10m3

3台

23

混凝土搅拌站

120m3/h

1台

24

二衬养护、敲击、注浆作业线

注浆泵

2台

25

二衬养护喷淋台车

1台

26

多功能敲击检测作业台架

1台

27

沟槽施工作业线

水沟电缆槽移动框架

2套

28

混凝土运输车

≥10m3

2台

29

辅助作业线

多功能地质钻机

≥10m/h

1台

30

抽水机

根据水量确定

31

通风机

通风设计选型

32

全站仪

2台

33

推土机

1台

34

雾炮车

≥40m

1辆

表6.7双线隧道二级机械化设备配套汇总表

序号

作业线

设备名称

规格

数量

1

开挖作业线

多功能作业台架

1台

2

空压机

6台

3

风钻

40把

4

锚喷支护作业线

湿喷混凝土机械手

≥20m3/h

1台

5

注浆设备

≥100L/min

2台

6

钢拱架拼装机

1台

7

混凝土运输车

≥10m3

3台

8

仰拱填充（铺底）作业线

液压移动栈桥+全环弧形模板

≥28m

1台

11

挖掘机

1m3

1台

12

混凝土运输车

≥10m3

2台

13

装碴运碴作业线

装载机

≥3m3

3台

14

自卸汽车

≥15t

6台

15

挖掘机

1m3

1台

16

防水层作业线

多功能作业台架

1台

17

热合焊机

自动调温

2台

18

防水板超声波焊接机

2台

19

止水带定位装置

2套

20

衬砌作业线

液压模板台车+夹止水带钢端模

≥12m

1台

21

混凝土输送泵

60m3/h

1台

22

混凝土运输车

≥10m3

3台

23

混凝土搅拌站

120m3/h

2座

24

二衬养护、敲击、注浆作业线

注浆泵

2台

25

二衬养护喷淋台车

1台

26

多功能敲击检测作业台架

1台

27

沟槽施工作业线

水沟电缆槽移动框架

2套

28

混凝土运输车

≥10m3

2台

29

辅助作业线

多功能地质钻机

≥10m/h

1台

30

抽水机

根据水量确定

31

通风机

通风设计选型

32

全站仪

2台

33

推土机

1台

34

雾炮车

≥40m

1辆

Ⅰ级机械化配套工区凿岩台车配2台；多功能地质钻机全线配1台（暂定由隧道专业标段配置）；拱架安装机、隧道激光扫描检测系统作为试点使用；锚杆钻机每个标段配1台（不含专业桥梁标段）。

Ⅱ级机械化配套，除钻爆作业线采用多功能台架配凿岩机打眼、捡底作业线采用栈桥挂弧形模板外，其它作业线机械配置与一级机械化配套一致。

6劳力配置

由隧道架子队担负施工任务。

单作业面施工各工班劳动力安排如下表，多作业面施工时人员相应增加。

单口开挖劳力组织及分工表

序号

名称

人数

职责

1

工班长

3

负责施工组织指挥工作

2

安全员

3

负责安全工作，发现和排除事故苗头

3

电工

3

4

钻孔

25

负责钻孔工作

5

爆破

10

负责制做起爆药卷、运送炸药、装药、联线、起爆

6

装碴

6

负责装碴

7

扒碴（洞内）

6

负责洞内扒碴

8

支护

15

负责支护、喷砼、注浆堵水加固地层等

9

守库员

2

看守雷管、炸药库、保管发放火工材料

10

司机

12

负责洞内出碴运输

11

修理工

2

12

辅助工

3

合计

90

单口衬砌劳力组织及分工表

序号

名称

人数

职责

1

工班长

2

负责施工组织指挥工作

2

砼泵司机和辅助工

4

操作砼输送泵及装拆管

3

防水板和钢筋工

12

安设防水板铺设盲沟、安装衬砌钢筋

4

砼振捣工

4

捣固砼

5

模板工

2

避人、车洞模板、堵头模板架立

6

修理工

2

负责设备维修

合计

26

单口风、水、电及设备保障劳力表

序号

名称

人数

职责

1

工班长

2

负责组织指挥

2

风水电

4

高压风水电的供给管理，高压风水管的安装

3

通风排烟等

3

通风机、风管、排水管路安装维修

4

机加工

9

作业区的所有机加工工作

5

电焊工

4

焊接作业

6

洞外辅助工

4

合计

26

混凝土工班劳力安排表

序号

名称

人数

职责

1

工班长

2

负责组织指挥

2

拌和站司机

4

负责砼拌合

3

输送车司机

4

负责混凝土运输

4

电工

2

负责拌和站供电

5

维修工

2

负责机械保养、维修

6

上料辅助工

12

上砂石料

合计

26

综合工班设10人，管理人员10人。

合计每队人员188人。

7施工顺序和作业组织方式

施工顺序：

根据架梁工期要求，对有条件的隧道可安排单口掘进。

利用隧道弃砟填筑路基的隧道，施工安排与相邻路基施工同步进行；重点长大隧道先期安排施工；一般短隧道工期条件具备时可在相邻区段内安排流水均衡作业。

架梁通道需通过隧道时，隧道工期应满足预制梁运架的需要，不过架桥机的隧道满足铺轨工期要求。

作业组织：

隧道架子队担负施工任务。

设掘进、砼生产、衬砌、机修、综合五个班。

掘进班负责隧道开挖、支护及洞内出碴；衬砌工班负责隧道衬砌，机修班负责风、水、电及设备维修保养；洞外的出碴运输，场外材料的二次倒运等工作由综合工班负责。

首件工程需遵循公司有关文件规定安排施工。

隧道所需的钢格栅、型钢拱架等，需集中在钢构件综合加工厂集中加工。

8工期安排

⑴隧道施工进度指标

表6.8隧道综合施工进度指标

指标（m/月）

项目

Ⅱ级

围岩

Ⅲ级

围岩

Ⅳ级

围岩

Ⅴ级

围岩

预注浆

Ⅳ级

围岩

Ⅴ级

围岩

双线隧道

进、出口单向施工正洞

开挖及支护

160

120

70

40

30

30

单车道斜井、平导单向施工正洞

开挖及支护

145

110

60

40

30

30

双车道平导单向施工正洞

开挖及支护

145

120

70

40

30

30

双车道斜井、横洞双向施工正洞

开挖及支护

130

100

55

40

30

30

单线隧道

进出口单向施工正洞

开挖及支护

150

120

60

35

30

30

双车道斜井、横洞双向施工正洞

开挖及支护

130

110

60

35

30

30

辅助坑道

斜井

开挖及支护

230

200

150

90

平导及横洞

开挖及支护

250

200

150

90

⑵有关要求

①正洞及辅助坑道施工准备一般为3月，重点控制性隧道必须在3个月内完善开工十二项工作。

②隧道施工最长工期必须控制在33个月内。

③缆槽2020.10.31前贯通并交付给信号专业。

④重点隧道施工组织设计方案

表6.9重点隧道施工组织设计方案

序号

隧道名称

全长（m）

辅助坑道设置方案

施工工区

工期

1

白竹界隧道

4315

斜井采用无轨运输双车道，斜井长564.27.m，综合坡度7.46%。

进口、出口、斜井三个工区，四个工作面

25.6

2

新华山隧道

5928.84

杨柳平导用无轨运输单车道，斜井长1158m；川岩坪横洞采用无轨运输单车道，长777m，综合坡度-0.3%。

进口及平导、横洞、出口三个工区，六个工作面

31

3

邓家坡隧道

5733.14

1#和平横洞：

斜长710.658m。

综合坡度-4.26%。

采用无轨运输方式，按双车道衬砌断面。

2#郑家横洞：

斜长L=790.05m，综合坡度i=-1.1％。

采用无轨运输方式，按双车道衬砌断面。

进口、1#横洞、2#横洞、出口、斜井四个工区，六个工作面。

30

4

边岩隧道

3475

欧家横洞：

长527.002m，综合坡度-0.3%，采用无轨单车道运输。

进口、横洞、出口三个工区，三个工作面

31.7

5

永顺隧道

12083.27

1#卡坝横洞：

长444.54m，采用无轨运输双车道，综合坡度为-9.40%。

2#青山横洞：

长392.03m，采用无轨运输双车道，综合坡度为-9.96%。

贯通平导：

长12109.32m，采用无轨运输单车道加错车道断面。

进口工区，卡坝横洞工区、青山横洞工区和出口平导（4、11、13、17、21#横通道）工区共计四个工区，九个工作面

31

6

兰花隧道

4413

大龙村横洞：

长73.01m，综合坡度-2%，采用无轨单车道运输。

进口、出口、横洞三个工区，三个工作面

28

7

古丈隧道

4880.68

杜家坡横洞：

长1207.54m，采用无轨单车道运输，综合坡度-5.58%。

杜家坡横洞、出口两个工区，三个工作面

30

8

南山隧道

3506.42

进口、出口两个工区

22.6

9

宋家村隧道

746

进口工区

13

10

天桥山隧道

6898

爬佑斜井：

斜井长823.33，综合坡度5.35%，采用无轨双车道运输。

默戎横洞：

横洞长618.5m，综合坡度-0.39%，无轨双车道运输。

进口、爬佑斜井、横洞四个工区，五个工作面

33

11

已戎村隧道

3418.4

九龙横洞采用无轨运输单车道+错车道，斜长95.171m，综合坡度-6%。

进口、横洞两个工区，三个工作面

28

12

吉首隧道

12162

白岩平导采用无轨运输单车道+错车道，斜长2354m，综合坡度1%，设6处横通道；1#斜井采用无轨运输双车道，斜1109.43m，综合坡度7.48%；2#马哲路斜井采用无轨运输双车道，斜长753.15m，综合坡度8.5%；下寨坪横洞采用无轨运输单车道+错车道，斜长513.01m，综合坡度-0.59%。

进口、1#葛藤寨斜井、2#马哲路斜井、下寨坪横洞四个工区，九个工作面

42

13

竹山坡隧道

2030.19

竹山坡横洞采用无轨运输单车道，斜长106.005m，综合坡度-1%.。

进口、横洞两个工区，三个工作面

20

14

凤凰隧道

4375

进口、出口两个工区

33

15

官田隧道

3777.27

进口、出口两个工区

26

16

丁王隧道

5563.27

梁家院横洞：

斜长580.256m。

综合坡度-1.1%，采用无轨双车道运输。

进、出口、横洞三个工区，四个工作面

32

17

毛冲二号隧道

424

进口工区

15

18

黄家山隧道

786

进口工区

19

9施工难点和应注意事项

全标段共有Ⅰ级风险隧道7座，分别为永顺隧道、吉首隧道、古丈隧道、新华山隧道、邓家坡隧道、兰花隧道、边岩隧道；Ⅱ级风险隧道9座，分别为丁王隧道、天桥山隧道、土峪隧道、古阳隧道、南山隧道、宋家村隧道、已戎村隧道、白垅田隧道、毛冲二号隧道。

主要存在岩溶段突泥涌水、围岩失稳坍塌、浅埋塌方冒顶、顺层、滑坡、危岩落石、高地应力和采空区等主要工程地质问题。

施工过程中结合地勘成果对隧道的风险管理等级进行适当调整，并应按照《铁路隧道工程风险管理技术规范》有关要求，进行施工过程的风险评估工作，对岩溶发育和地质复杂的隧道、施工中可能造成地表失水引发较大环境风险的隧道应在风险评估的基础上，采取针对性、切实可行的降低风险的措施。

1要工程地质及施工难点