褚家营隧道开挖专项方案.docx

1、褚家营隧道开挖专项方案西宁站改及相关工程施工QZXNZG-2标褚家营隧道洞身开挖专项施工方案1、编制依据、编制目的及编制范围1.1 编制依据（1）合同文件（2）设计图纸及相关参考通用图（3）国家和铁道部相关规范、标准（4）总体施工组织设计1.2 编制目的（1）通过编制隧道开挖方案，针对隧道不同围岩的开挖方法进行布置，指导现场施工，确保施工安全。（2）通过编制隧道开挖施工方案，保证隧道开挖质量，控制隧道超欠挖。1.3 编制范围本专项施工方案适用范围为中铁五局西宁站改造及相关工程指挥部隧道二项目部承担的褚家营隧道洞身开挖工程。2、工程概述2.1 工程概况褚家营隧道工程为单洞双线隧道，设计时速120

2、km/h。起讫里程为HDK172+650HDK175+780，总长3130m。其中洞身围岩全部为级和级。该隧道位于西宁站北面，货线自西宁货站引出后，先后下穿联络线、走行线左线、兰新第二双线、走行线右线，隧道下穿湟水河二阶地基北山低中山区，地面高程在22112394m之间，相对高差约180m。二阶地，地势平缓，部分地段民宅密集，并辟为林区；低中山区，地形起伏，冲沟发育，冲沟两侧及陡壁大多基岩裸露，山顶覆盖有风积砂质黄土，植被较差，山前坡麓地带分布有滑坡、岩堆、防空洞等，多辟为林区。隧道HDK172+650HDK172+972.26段位于半径500m的曲线上；HDK173+030.75HDK175

3、+305.20段位于半径1400m的曲线上，余均位于直线上；线路坡度依次为3、6.5、11.6的单面上坡。隧道穿行湟水河阶地和北山山体，埋深约0160m，隧道进、出口有高速公路、水渠，出口段洞顶为居民房（大部分已拆除）、水渠等建筑物，工程设置条件复杂。本隧道工程地质条件复杂，进、出口洞身为第四系地层，出口约400m通过岩堆，浅埋段落较长（约1400m），且进、出口下穿高速公路，施工时存在一定的干扰因素。2.2 地区地形、地质、水文特征2.2.1地层岩性隧道及斜井洞身地层主要为第四系全新统杂填土、填筑土，冲积砂质黄土、粉砂、细砂、砾砂、细圆砾土、粗圆砾土、卵石土；坡积、砂质黄土；洪积及崩积细角砾

4、土，上第三系中新统泥岩、石膏岩及泥岩夹石膏岩。2.2.2地质构造本区位于祁连地槽褶皱系和松（松潘）甘（甘孜）地槽褶皱系两个构造单元间的结合地带，为祁连山“中间隆起带”、拉脊山加里东地向斜褶皱单元的一部分。地史上各期构造运动对本区均有影响，其中加里东期和燕山期运动较为明显。工点范围内地质构造不发育，未发现明显地质构造痕迹。2.2.3水文地质特征隧道部分地段为林区，并有灌溉水渠通过，附近冲沟发育，雨季有地表水通过，在地表水下渗的作用下，部分地段存在土的含水量或地下水位较高的现象。隧道进、出口端二级阶地中发育有第四系孔隙潜水，主要含水层为粉、细砂，卵、砾石土及细角砾土，地下水位埋深624.5m，主要

5、受大气降水、地表水及基岩裂隙水补给，年变化幅度0.51m。斜井进口端山前斜坡地带，发育有第四系孔隙潜水，主要含水层为砂质黄土，地下水位埋深3.56.6m，主要受大气降水、树木灌溉及基岩裂隙水补给。根据涌水量计算，预测隧道稳定涌水量为1017.76m3/d；最大涌水量为4412.53m3/d。在部分冲沟及山坡上的泥岩夹石膏岩中发育有基岩裂隙水。隧道及斜井洞身局部有渗水或小股涌水。地下水对混凝土具有硫酸盐和氯盐侵蚀性，环境作用等级分别为H1H3和L1L2。2.2.4不良地质及特殊地质对本工程有影响的不良地质主要为岩堆。（1）HDK173+390+600、HDK175+015+270段的坡麓上，为泥

6、岩夹石膏岩崩积形成的岩堆，成分为角砾土和砂质黄土，厚145m，隧道以浅埋穿岩堆通过，易出现坍塌、变形现象。（2）HDK174+195+430（斜井X0+287+315段）段的坡麓上，为泥岩夹石膏岩崩积形成的岩堆，成分为角砾土，厚115m，隧道在岩堆体下部的基岩中穿过，对工程无影响，但斜井在岩堆体下部穿过，对工程有一定影响，易出现坍塌、坡面溜塌现象。本隧道特殊岩土主要有杂填土、湿陷性黄土、膨胀岩、石膏岩等。褚家营围岩情况一览表序号分段里程长度（m）围岩级别施工工法备注起始里程终止里程1HDK172+650HDK172+935285明洞明挖法、矩形明洞明挖320m2HDK172+935HDK172

7、+97035明洞明挖法、拱形明洞3HDK172+970HDK173+100130下穿双侧壁导坑法130m4HDK173+100HDK173+320220明洞明挖法、拱形明洞明挖220m5HDK173+320HDK173+456136土质三台阶临时仰拱法180m6HDK173+456HDK173+50044石质7HDK173+500HDK173+700200加强三台阶法1570m；斜井从HDK174+650进入正洞8HDK173+700HDK174+5898899HDK174+589HDK174+720131加强10HDK174+720HDK174+95023011HDK174+950HDK17

8、5+070120加强12HDK175+070HDK175+09525石质三台阶临时仰拱法307m13HDK175+095HDK175+377282土质三台阶临时仰拱法14HDK175+377HDK175+590213明洞明挖法、拱形明洞明挖403m15HDK175+590HDK175+780190明洞明挖法、矩形明洞褚家营隧道：围岩共计1570m（50.2%），围岩共计1560m（49.8%）。按施工工法统计，明挖943m（30.1%），暗挖2187m（69.9%），其中暗挖双侧壁导坑法130m（4.1%），三台阶临时仰拱法487m（15.6%），三台阶法1570m（50.2%）。土质、下穿围

9、岩共计548m（17.5%）需要打设大管棚。3、不同围岩的开挖方法隧道施工的方法应根据地质条件、断面大小、结构形式、机械配备、周围环境的需要、综合经济效益等因素而确定。本隧道开挖全部采用新奥法原理组织施工，隧道开挖采用光面爆破。针对不同的围岩、不同的地段，开挖按下述施工方法进行：隧道级围岩段采用三台阶临时仰拱法或双侧壁导坑法施工；隧道内级围岩地段采用三台阶法。3.1 级围岩开挖：本隧道级围岩采用三台阶法开挖，采用人工风镐铲凿岩或弱爆破，分台阶开挖成型。根据断面情况采用机械出砟，由自卸车运弃至洞外弃砟场。上台阶超前中台阶5m8m；中台阶左右两侧错开3m5m，中台阶超前下台阶510，下台阶左右错开

10、35m以上。开挖采用风钻钻孔，微振松动爆破，周边全部采取光面爆破控制成形。上、中台阶出碴利用挖掘机扒碴至下台阶，下台阶利用装载机装碴，自卸汽车运碴至指定的弃碴场地。喷砼采用湿喷机作业，风钻或台车钻锚杆孔，机械配合人工安装锚杆、拱架和钢筋网。（1）施工工序1）在开挖上部台阶之前施工超前小导管。2）开挖上部台阶：施作上部台阶洞身结构的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，底部喷10cm混凝土封闭。3）上台阶施工至适当距离（一般为58m）后，开挖中部台阶，接长钢架，施作洞身结构的初期支护及封底，可参照工序1）进行。4） 中台阶施工至适当距离（一般为510m）后

11、，开挖下部台阶，及时封闭初期支护。灌注该段内仰拱，灌注该段内仰拱填充。5）利用衬砌模板台车一次性灌注部二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。（2）施工注意事项1）隧道施工坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。2）如有超前支护等施工辅助措施，首先利用上一循环架立的钢架施作完毕，再开挖。3）开挖方式均采用弱爆破。爆破时严格控制炮眼深度及装药量。4）设置锁脚小导管，以确保下台阶施工的安全。5）各步台阶一次开挖长度宜在2榀钢架间距，下台阶开挖后仰拱紧跟。6）施工中，按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌注二次衬砌的时机提供依据。3.2.级

12、围岩开挖：3.2.1.三台阶临时仰拱法本隧道级围岩一般段采用三台阶临时仰拱法开挖，采用人工风镐铲凿岩或弱爆破，分台阶开挖成型。根据断面情况采用机械出砟，由自卸车运弃至洞外弃砟场。上台阶超前中台阶5m8m；中台阶左右两侧错开3m5m，中台阶超前下台阶510，下台阶左右错开35m以上。开挖采用风钻钻孔，微振松动爆破，周边全部采取光面爆破控制成形。上、中台阶出碴利用挖掘机扒碴至下台阶，下台阶利用装载机装碴，自卸汽车运碴至指定的弃碴场地。喷砼采用湿喷机作业，风钻或台车钻锚杆孔，机械配合人工安装锚杆、拱架和钢筋网，为确保施工安全量测及时进行，具体工艺流程见“三台阶临时仰拱法施工工艺流程图”。施工工序:

13、（1）开挖施工上台阶：1）施做拱部超前支护，注浆加固拱部周围地层。2）先开挖上台阶1部土体，施做上台阶初期支护，施作钢架锁脚锚管。（2）开挖施工中台阶： 1）上台阶施工至适当距离后，开挖中台阶2部土体，施作初期支护，施做钢架锁脚锚杆，以控制拱部沉降变形。2）架设中台阶临时横撑。（3）开挖施工下台阶：中台阶施工至适当距离后，开挖下台阶3部土体，施做下部边墙初期支护，施做钢架锁脚锚杆。（4）开挖仰拱、施工仰拱、仰拱填充、二次衬砌： 1）开挖仰拱4部土体，施做仰拱初期支护。 2）初期支护封闭后，施做该段仰拱及灌筑该段隧底填充。 3）拆除中台阶临时横撑。 4）利用衬砌模板台车一次性灌筑二次衬砌（拱墙衬

14、砌一次施做）。施工注意事项: （1）隧道施工应坚持短进尺、强支护、早封闭、勤量测的原则。 （2）超前支护等辅助施工措施，应首先利用上一循环架立的钢架施作完毕，再开挖。 （3）各台阶的钢架架立施作完毕后，应及时施做锁脚锚管。 （4）上台阶每循环开挖支护进尺不应大于1榀钢架间距，边墙进尺不得大于2榀钢架间距，仰拱一次开挖长度不得大于3m，仰拱开挖后应及时封闭初期支护和施做仰拱。 （5）施工中，应按有关规范和规定的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据。3.2.2.双侧壁导坑法下穿高速公路采用双侧壁导坑法施工，人工配合机械开挖，不进行爆破作

15、业。本隧道级围岩下穿高速公路段采用双侧壁施工，采用人工开挖。隧道施工坚持管超前、短开挖、强支护、早封闭、勤量测的原则。各部每次开挖支护的长度控制在0.5m，二次支护一个循环为2.5m，开挖支护达到一个衬砌循环后，应停止掘进，待施做完衬砌后再开始下一循环施工。二衬按照6m为一个循环，距离掌子面距离50m，具体情况根据监控量测确定。（1）施工工艺流程图（2）施工步骤第一步：利用上一循环架立的钢架施作隧道超前管棚支护及导坑侧壁水平锚杆超前支护人工开挖先开挖部喷混凝土封闭掌子面施作部导坑周边的初期支护和临时支护，架设钢架和临时钢架，并设锁脚锚杆，安设I20a横撑导坑内侧钻径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度

16、。当初期支护达到2.5m时，施作二次支护。第二步：人工开挖部喷混凝土封闭掌子面导坑周边部分初喷4cm厚混凝土接长钢架和临时钢架，并设锁脚锚杆，复喷混凝土至设计厚度。当初期支护达到2.5m时，施作二次支护第三步：人工开挖部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及施工工序同第二步。第四步：人工开挖部。第五步：利用上一循环架立的钢架施作隧道自进式锚杆超前支护，人工开挖部喷8cm厚混凝土封闭掌子面施作部导坑周边的初期支护，架设钢架和临时钢架。第六步：人工开挖部。第七步：人工开挖部。第八步：仰拱超前浇注。第九步：拱墙一次衬砌。4、围岩爆破方案设计围岩钻爆设计资料附后。5、仰拱开挖 在正洞施工中，仰拱应

17、超前，并一次灌注成型，仰拱距离掌子面宜控制在30米以内（能保证出渣设备有足够的停放装渣位置即可）。仰拱开挖采用全幅施工，为防止边墙拱脚处变形过大，造成喷射砼面开裂等病害，开挖长度控制在每次35榀拱架最为安全，仰拱开挖后，立即初喷46cm喷射砼封闭围岩（如基底渗水严重，可喷厚至1520cm）后安装仰拱拱架并喷射砼达到设计厚度，使初期支护及时封闭成环，当仰拱初期支护连续有46米长时，开始在仰拱初期支护上安装仰拱钢筋，施作隧道结构防排水，浇注仰拱混凝土。待仰拱混凝土初凝后浇注仰拱填充。6、现场监控量测监控量测是信息化设计与施工的重要内容。本隧道严格按照铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-200

18、7）的有关要求进行监控量测。通过施工现场的监控量测，为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，二次衬砌合理施作时间，以及修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据，指导日常施工管理，确保施工安全和质量。隧道监控量测主要包括隧道洞口段、浅埋和偏压段地表沉降监测、围岩及支护状态观察、拱顶下沉、周边位移及收敛、锚杆抗拔力、隧道内分段涌水量和水压、涌水含砂量与含泥量观察、地表水水位观察等监测项目。施工中的监控量测是施工安全的保障，在施工过程中按要求进行此项工作，并将结果做系统处理后及时反馈指导施工。监控量测工艺流程见下面“隧道监控量测工艺流程图”。6.1监测量测内容、方法和仪器6.1.1地质和支护

19、状况信息的观察观察记录工作面的工程地质与水文地质情况，作地质素描。观察开挖面附近初期支护状况，判断围岩、隧道的稳定性和初期支护的可靠性。由工区地质组进行，其它技术人员协助。范围：工作面及初期支护后的地段进行观察。监测仪器：地质罗盘仪等。6.1.2隧道洞口段、浅埋和偏压段地表沉降监测洞口段覆盖层薄，开挖后围岩难以自稳成拱，地表易沉陷，为了确保洞口浅埋段的施工安全，进行地表沉降监测。HDK175+125+377、HDK173+320+447段洞口浅埋段地表下沉为必须进行的量测项目。布点原则为：地表沉降观测点横向间距为5m，在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线量测范围不应小于H0+B，地表有控制性

20、建（构）筑物时，量测范围因适当加宽。明挖段监测点纵向间距5m。其测点布置示意图如下所示。监测仪器为：精密水准仪，全站仪等。6.1.3拱顶下沉及收敛量测拱顶下沉及净空变位收敛量测, 根据围岩类别、隧道尺寸和埋深等，沿隧道纵向在拱顶和墙中布设测点，测点间距一般级围岩为5m，级围岩为10m。净空变位量测在开挖后尽早进行，初读数在开挖12小时内且在下一循环开挖前读取，采用无尺量测法。浅埋地段洞内外量测点布设在同一横断面内。6.1.4仰拱底部的监测级围岩开挖地段在底部设测点，每10m设一点与拱顶下沉量测点同断面布设、水准仪测量。6.1.5锚杆抗拔力量测锚杆拉拔是锚杆施工过程控制中质量检验的常规项目，可检

21、验锚杆锚固效果和锚杆强度，每300根检查一组,每组做3根锚杆拉拔力检验；或根据实际情况及监理指令加设检验项目。监测仪器：电测锚杆、锚杆抗拔器等。6.1.6锚杆轴力量测锚杆轴力主要是量测锚杆的在不同时期的受力状况。方法：在软岩变形段及断层破碎带变形段各设置12组进行测试,每组设5根锚杆进行轴力测试。监测仪器：电测锚杆、锚杆轴力计等。6.1.7围岩压力及支护拱架应力量测主要量测围岩与初期支护结构之间的相互作用力及初支结构拱架主力筋受力情况，以此评价支护结构的受力状况及合理性。方法：在断层破碎带及其影响带（级围岩中进行）510m各设置断面，每断面上测点对称布置24个。同时初期支护的格栅主筋应力量测点

22、与围岩与初期支护的接触应力点设置在同一断面上，对称布置，每断面布设1520测点。监测仪器：采用土压力盒、钢筋应力计及频率接收仪量测。6.1.8隧道涌水量及涌水含泥量与含砂量观察内容在隧道排水沟内每50200米设置一个涌水量监测点，对隧道涌水量进行测试和评估，以此指导隧道结构防水堵排对策，从而达到隧道结构防水的“限量排放”的目的。同时为了保证隧道排水系统的畅通，不定期的对隧道初期支护段涌水进行取样分析测试其含泥量和含砂量，根据其水质状况采取必要的堵排措施，防止排水导致隧道排水系统的堵塞和淤积现象发生。方法：涌水量采用三角形围堰法或浮标进行测试，而含泥量与含砂量则采用烘干后秤取重量法进行测试。6.

23、1.9地表水力联系观察项目为确切了解隧道涌水排水对地表水系的影响，进一步弄清隧道排水与地表水的水力联系，为制定隧道堵排水方案提供依据，在隧道内发生大的涌水和突水时，则有必要对地表水系进行观察。主要设置的项目有相关区域内的井泉水位状况的观察。6.2量测频率与结束标准6.2.1量测频率量测频率根据监测数据的变化情况定，一般按“量测频率表”进行。6.2.2监测结束标准根据收敛速度判别：一般地段：收敛速度5mm/d时，围岩处于急剧变化状态，加强初期支护系统；收敛速度0.2mm/d时，围岩基本达到稳定。特殊地质地段：加强初期支护强度和刚度，严格控制过大变形。各量测项目持续到变形基本稳定后2周结束，断层破

24、碎带地段位移长时间不能稳定时，延长量测时间并采取加强措施。量测频率表项目量测仪器设备量测时间间隔115天1630天13月3月以上围岩及支护状态观察目测、数码相机、地质罗盘等开挖面每次开挖后进行已施工地段喷混凝土、锚杆、钢架1次/天地表沉降精密水准仪，铟钢尺开挖面离量测面2B时，2次/天开挖面离量测面5B，1次/2天开挖面离量测面5B时，1次/周拱顶下沉水准仪，挂尺2次/天1次/2天12次/周2次/月周边收敛坑道收敛计同上围岩与支护间压力压力盒，频率接收仪1次/天1次/2天12次/周2次/月格栅主筋内力钢筋应力计，频率接收仪1次/天1次/2天12次/周2次/月结构混凝土裂缝观察读数显微镜，钢尺根

25、据需要进行锚杆轴力锚杆轴力计根据需要进行其它根据实际情况和要求进行6.2.3监测数据的统计分析与信息反馈工程监控量测作为施工组织的核心内容之一，置于动态管理体系之中，具体包括监测、数据的整理分析和信息反馈等几个主要方面。(1)量测数据的整理、分析数据整理：把原始数据通过一定的方法，如大小顺序，用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征计算以及离群数据的取舍。回归分析和曲线拟合：绘制量测数据的时态变化曲线图（即“时态散点图”所示）和距开挖面关系图。在取得足够的数据后，根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值或应力值，预

26、测结构和建筑物的安全状况，防患于未然。还可通过插值法，在实测数据的基础上，采用函数近似的方法，求得符合测量规律而又未实测到的数据。(2)建立监测管理等级基准建立监测变形管理等级标准，管理等级分三等，其等级划分及相应基准值见“变形管理等级标准表”。通过对监测结果的比较和分析来判定支护结构的稳定性和安全性，并指导施工。变形管理等级标准表管理等级管 理 位 移施工状态U0Un3正常施工Un3U02Un3加强支护U02Un3采取特殊措施注：U0 为实测变形值，Un允许变形值见“结构允许相对位移表”。Un的确定：Un的确定考虑围岩类别、隧道埋置深度等因素并结合现场条件选择。(3)建立快速信息反馈渠道为确

27、保监测结果的质量，加快信息反馈速度，建立快速信息反馈平台。监控量测设置洞内和地表两个监测小组，每个小组的监测数据均由计算机管理，并与项目总工计算机通过局域网进行内部快速传递，从而作到每日监测结果的及时上报。如有变形超过管理标准，则由总工根据相关要求制定对策，通过调度命令直接传达到工区执行，并同时通过电话及其它方式通知监理及设计单位。周报、月报则通过书面形式上报项目总工，由项目部按期向施工监理、设计单位和业主单位提交监测报告，并附上相对应的测点位移或应力时态曲线图，和对施工情况进行评价并提出施工建议。(4)监测信息反馈程序监控量测与信息反馈程序见“监控量测与信息反馈程序图”。(5)信息反馈设计的

28、主要内容施工方法变更的建议；施工工序的更改；预留变形量的修改或确认；设计参数的修改或确认；辅助施工措施的选择与变更；周边环境的影响评估及辅助施工措施建议。结构允许相对位移表（%）埋深围岩级别50m50300m300m500m拱脚水平相对静空变化值0.290.720.582.882.594.320.140.430.291.151.001.730.040.140.120.580.430.860.010.040.010.12拱脚水平相对静空变化值0.120.230.201.581.152.020.090.140.060.120.431.150.040.090.060.220.170.430.040.

29、090.070.17注：硬岩取下限，软岩取上限。拱脚水平相对净空变化指两侧点间净空水平变化值与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.21.3后采用。7、特殊围岩地段处置方法7.1超前地质预报隧道施工中的地质预报方法，主要是根据地表和已开挖的隧道地段的地质调查和各种探测方法取得的资料，以及地质推断法预测开挖工作面前方一定长度范围内(一般每次预测长度为1020m)围岩的工程地质和水文地质条件。7.1.1 地质预报内容超前地质预报内容如下：（1）隧道穿越不稳定岩层较大断层预测；（2）出现岩溶地段预测；（3）出现涌水地段预测；（4）软岩出现内鼓、片劈掉块地段预测；（5）岩体突然开裂或原裂隙逐渐增宽等危害性预测；（6）位移变形加快影响围岩稳定预测；（7）可能出现塌方、滑动影响预测；（8）浅埋段下沉裂缝对隧道稳定预测；（9）地质条件变化对施工影响程度预测；7.1.2 超前地质探测和预测方法 （1）根据开挖工作面前推法预测；（2）用相似比拟法对隧道涌水预测；（3）根据超前炮眼钻孔对涌水量预测；（4）开挖工作面浅孔钻探预测；（5）必需时采用声波探测进行地质预报。7.1.3 在接近设计提供不良地质地段时，加强地质预报。采用开挖工作面进行浅孔钻探(每工作面两个钻孔)，用于探明前方地质，发现地