马头塘隧道F2F8断层破碎带开挖支护施工技术方案.docx

1、马头塘隧道F2F8断层破碎带开挖支护施工技术方案二广高速公路怀集至三水段第十一合同段（YK42+750YK44+820）马头塘隧道F2、F8断层破碎带开挖、支护施工技术方案编 制：复 核：中铁四局集团第四工程有限公司二广高速公路怀集至三水段十一标段项目经理部日期：2007年12月20日目 录一、编制依据 - 2 -二、工程概况 - 2 -三、施工管理组织机构 - 2 -四、断层破碎带的分布 - 3 -五、施工进度计划安排 - 4 -六、主要机械设备、仪器配置 - 5 -七、人员配置 - 5 -八、主要施工方法 - 6 -九、质量保证措施 - 17 -十、施工安全保证措施 - 18 -十一、安全

2、应急预案 - 19 -十二、环境保护与文明施工 - 20 -一、编制依据1、公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）；2、公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）；3、公路工程施工安全技术规程（JTJ076-95）；4、施工图设计；5、实施性施工组织设计；6、已开挖段揭露的现场施工调查；7、我公司的施工能力和类似工程施工经验。二、工程概况马头塘隧道为上下行大跨度分离式隧道，进口位于四会市石狗镇田心屋村，出口位于石狗镇马头塘村，最大埋深约103m。隧道左线：ZK42+905ZK43+940，长1035m，为长隧道。隧道右线：YK42+915YK43+867，长952m，为中隧道

3、，左右线间距30m。其左、右线内均分布有F2和F8两处断裂，均为V级围岩，岩体较为破碎，稳定性差，处理不当会发生坍塌或涌水，设计均为S5b衬砌结构。三、施工管理组织机构框图隧道专业工程师李根深四、断层破碎带的分布1、断层破碎带的分布如表1所示表1 马头塘隧道断层破碎带分布一览表里 程地质特征描述围岩等级支护类型备 注隧道左线V级围岩96mZK43+122ZK43+170弱风化变质砂岩受断裂带影响严重，岩体破碎，呈角砾状松散结构，顶部及侧壁均不稳定，有雨季渗水或沿宽大裂隙涌水VS5bF2断裂带，48mZK43+690ZK43+738弱风化变质砂岩受断裂带影响严重，岩体破碎，围岩稳定性差，有雨季渗

4、水或沿宽大裂隙涌水VS5bF8断裂带，48m隧道右线V级围岩98mYK43+102YK43+150弱风化变质砂岩受断裂带影响严重，岩体破碎，呈角砾状松散结构，顶部及侧壁均不稳定，雨季沿裂隙有涌水现象VS5bF2断裂带，48mYK43+698YK43+748弱风化变质砂岩受断裂带影响严重，岩体破碎，呈角砾状松散结构，顶部及侧壁均不稳定，雨季有涌水现象VS5bF8断裂带，50m2、支护参数1）、设计支护参数施工方法：双侧壁导坑开挖超前支护：初支为42超前注浆小导管，壁厚3.5mm，长4.5m，环间距40cm，注浆参入5%水玻璃；导坑为22超前药卷锚杆，长4.5m，环间距40cm；外插角均为1015

5、。锚杆支护：D25中空注浆锚杆，长4m，10075cm（环纵），梅花型布置；喷射混凝土：C20，厚26cm；钢筋网片：8钢筋，规格2020，双层；钢 支 撑：I20b冷弯加工，安装纵间距75cm，采用22连接钢筋，沿纵向按环间距1m连接成为整体。2）、拟调整的参数施工方法：调整为多台阶开挖，取消双侧壁临时支护；超前支护：初支部分调整为双层42超前注浆小导管；锚杆支护：调整为42径向注浆小导管，壁厚3.5mm，长4m，10075cm（环纵），梅花型布置；其它各项施工方法和施工参数不做调整。3、V级围岩每延米工作量表如表2所示表2 每延米工作量表衬砌类型每延米主要工作量备注开挖C20喷砼（m3）8

6、钢筋网（2020）（Kg）42径向注浆管（m）I20b工字钢 （Kg）42超前小导管（Kg）S5b150.5611.56219.38154.671811.1945五、施工进度计划安排马头塘隧道区域内F2、F8两条破碎带，围岩地质情况复杂，现将各段工期安排如下：1、隧道左线：ZK43+122ZK43+170段：共长48m，计划开工日期：2007年12月21日，计划完工日期：2008年1月30日；ZK43+690ZK43+738段：共长48m，计划开工日期：2007年12月30日，计划完工日期：2008年2月8日；2、隧道右线：YK43+102YK43+150段：共长48m，计划开工日期：2008

7、年2月21日，计划完工日期：2008年3月30日；YK43+698YK43+748段：共长50m，计划开工日期：2008年1月27日，计划完工日期：2008年3月5日；3、断层破碎带拱部开挖施工循环进尺75cm（两榀拱架间轴间距），每天完成两个作业循环，施工各主要工序耗时如表3所示：表3 施工工序耗时表序号主要工序时间1234567891011121超前支护2钻孔爆破3出碴4拱架网片支护5锚喷支护六、主要机械设备、仪器配置表4 主要机械设备、仪器表序号设备名称设备规格设备数量备 注1挖掘机PC2001台开挖、装车及找顶2装载机ZL-504台装车及上料3拌和站自动计量1套喷射混凝土拌制4载重自卸

8、汽车15T以上6辆运土5推土机140KW1台弃土平场6空压机20m3/min4套供送高压风7混凝土喷射机HP402套喷射混凝土8注浆机液压式2套注浆施工9运输汽车5T2辆运输材料及喷砼料10作业台架自制4套钻孔及喷砼平台11轴流通风机110KW1套作业面通风12风镐4套开挖及修整13手持风钻YT2822把造孔（含备用）14全站仪索佳1套测量放样及检查15精密水准仪苏光DSZE+FSE平板测微器1套量测拱顶下沉及地表下沉16收敛仪JSS30A型数显式1套量测水平收敛注：以上为单洞单循环所需仪器、机械设备。七、人员配置断层破碎带开挖作业采用工序循环，一个开挖支护作业循环（开挖开始初支结束）的人员配

9、置如表5所示表5 每作业循环施工人员配置表序号岗位数量（人）备注1施工员1施工组织2质检员1质量检查3试验员1试验控制4安全员1安全管理5旁站记录员1旁站记录6测量员4放样及量测7队 长1现场负责8班 长4现场管理9风钻工1810爆破工3风钻工配合11砼喷射工1212电 工213焊 工414钢筋工815司 机1416杂 工5合计80注：以上为单洞单循环所需施工人员。八、主要施工方法 按照调整后断层破碎带开挖支护施工方式和支护参数要求，必须尽快使初期支护落地封闭，以尽早形成初期支护的承载能力。由于S5b衬砌结构形式是按照承载结构设计，因此当围岩基本趋于稳定，周边位移量和拱顶下沉量达到要求后，二次

10、衬砌按设计要求及时施作，二衬与掌子面不超过80m，注意在初期支护落底后及时施作仰拱和仰拱填充。主要工作包括超前地质预报、超前支护施工、上台阶拱部开挖与支护、上台阶拱部核心土开挖；中部拱肩左、右侧壁开挖支护；中部拱肩核心土开挖、拱腰部及拱脚左、右侧壁开挖与支护、拱腰部及拱脚核心土开挖，仰拱开挖与支护和监控量测等。1、洞口平面布置及风、水、电供应在进、出口各设置4台20m3/min电动空压机，提供洞内施工的高压风，用150mm无缝钢管送至掌子面；在左线洞口左侧、右线洞口右侧各10m处安设1台110KW轴流通风机，挂设1200mm通风筒，向洞内压入新鲜空气。在山坡高出进出口洞口55m左右，用浆砌片石

11、各砌筑1个50m3的高山水池，用高压水泵抽取山底集水坑内水至水池；从水池至洞口用150钢管；从洞口至掌子面用100钢管。将10kV高压线路接至洞口，在隧道两端各设置1组500kVA+400kVA变压器组，采用三相五线制供电系统，在变压器输出端设总动力箱，施工点设分动力箱，另设2套250kW发电机组备用。洞内动力供电线路采用三相五线橡皮套电缆线，照明供电系统采用铝芯橡皮缘线。洞内每20m布置一盏200W照明灯，未衬砌地段采用36V低压电。施工风、水、电等管路布置如下图1所示。在进、出口端各租用一块耕地设置二套混凝土拌和站，各设1台HZS1000搅拌机，供应隧道喷射混凝土等，并在拌和站附近和洞口适

12、当位置设置材料库、临时堆料场、钢筋棚、木工房、防水卷材焊接场等。2、施工工序流程2.1、施工工序如图2所示2.2、施工工艺流程如图3所示图3 施工工艺流程图3、施工测量3.1、测量前检查测量仪器，复核各控制点，满足设计及规范要求后方可使用。3.2、拱部开挖前测放导坑开挖轮廓线，开挖后测放拱架位置控制点。3.3、拱肩部位左、右侧壁开挖前，测放开挖轮廓线和台阶分界线，开挖后测放拱架位置控制点。3.4、拱腰左、右侧壁及拱脚开挖前，测放开挖轮廓线和台阶分界线，开挖后测放拱架位置控制点。3.5、测量放样仰拱开挖控制点，开挖后测放仰拱拱架位置控制点。4、超前地质预报及监控量测4.1超前地质预报开挖施工前，

13、组织进行短期地质钻探，对拱部及侧壁进行更为详尽的探测工作。拱部和侧壁开挖施工过程中，配置专人加强地质素描工作，尽可能推测出各部保留岩体的地质产状、构造类型，结构组成等详细信息，为提高施工质量、保证施工安全提供支持，为下步开挖施工的合理时机抉择提供参考，以尽可能加快施工进度。4.2、监控量测在隧道整个开挖掘进过程中，必须严格按照设计图纸、隧道施工技术规范和已批复的监控量测及超前地质预报方案进行隧道现场监控量测，并根据施工现场的实际施工情况适当调整如下：1)、拱部开挖时，其内量测断面间距调整为每10m一个监测断面，埋设拱顶下沉量测点。以密切监视围岩及拱部支护体系变形，并以此监测数据作为选择左、右侧

14、岩体挖除合理时机及其开挖方式的科学依据。2)、拱部核心土开挖后，在拱顶下沉监测点对应位置，埋设一组水平收敛监测点，形成隧道拱肩水平收敛第一测线。以此监测数据作为左、右侧边墙开挖的合理时机选择的依据。3)、左、右侧壁开挖支护完成，埋设第二组水平收敛量测点，下部核心土挖出后形成水平收敛监测第二测线，经数据采集及分析，对隧道围岩稳定性及现有支护结构的可靠性作出评价并为确定隧道仰拱及二次衬砌施工的合理时机提供参考。4)、监测点布置如下图4所示5)、监控量测必须注意，每组监测断面上的同一组监测点，要布置在同一断面位置，监测点必须在规范规定的时间内埋设并读取初读数；并严格按照规范规定的频率进行数据采集；每

15、天均要分析量测数据，通过v-t曲线体现的v值，判定围岩的稳定性及支护体系的可靠性。当量测数据明显收敛，显示围岩及支护体系趋于稳定时，及时进行监测数据回归分析，以推测支护变形的最终变形量，和支护结构的最终稳定时间。6)、每天安排经验丰富的专业工程师，对侧壁导坑和隧道初支进行观察，了解支护表面的裂缝产生和开展情况，并及时指导施工现场； 7)、配合第三方监测，做好隧道监控量测必测项目中，重点监测断面的监督复核工作，并配合其进行各项选测项目的监测工作，给施工现场的施工以指导，给变更设计和调整施工参数，选用合理的施工方法以科学依据。5、超前支护断层破碎带开挖施工前，必须首先完成拱部的超前小导管施作，形成

16、承载拱以保证隧道开挖及支护施工安全，并注浆将部分岩体内的裂隙封闭，缓解洞内渗漏水。1)、超前小导管的布置形式如图5所示：2)、施工方法超前小导管超前支护施工必须在隧道开挖前施作，其主要施工工序为：超前钢管加工钢支撑安装（腹部留孔）钻孔下管注浆超前支护的施工方法及其注意事项详见已批复的超前支护专项方案。6、拱部开挖拱部开挖，作为该段隧道开挖的先行导坑，采用双层钢筋网、C20喷射混凝土及42径向注浆小导管，结合工字钢钢拱架组成初期支护体系。开挖必须在超前支护保护下进行，首先完成隧道轮廓线上的超前小导管(42mm，壁厚3.5mm，长4.5m钢花管环间距30cm) 施作。拱部开挖大面采用挖掘机直接开挖

17、，边角采用人工持风镐修整。遇坚硬岩石，尽量采用机械挖出；若必须爆破，须严格控制装药量，爆破施工详见本节第10点所述。开挖进尺75cm，即以两榀钢拱架轴间距为准，第一循环增加510cm，作为施工空间。7、侧壁开挖7.1、拱肩部位开挖拱部掘进并完成初期支护(含锁脚锚杆)形成承载结构后，挖除拱部核心土，监控量测数据分析显示初支结构基本趋于稳定，进行拱肩部位左、右侧壁土体的挖除，并及时完成初期支护，每循环开挖进尺同拱部施工。隧道侧壁开挖时，选择覆盖层较薄弱的隧道一侧进行，逐层从上向下削土开挖，严禁从下部掏洞。沿隧道周边轮廓线采用风镐逐层开挖，以避免造成大的超挖。先开挖侧支护完成并基本稳定后，进行另侧开

18、挖。两侧支护区域稳定后，将拱肩核心土一次性挖出。7.2、拱腰侧壁及拱脚部位开挖、支护待拱部及拱肩侧壁开挖掘进10m，初支形成受力体系，监控量测显示支护结构变形已趋收敛，且支护结构体系未发生异常时，部分挖除中部核心土，并进行拱腰右侧边墙的开挖支护施工。完成后即进行拱腰部位左侧壁的开挖支护施工。左、右侧壁开挖以机械开挖为主，辅以爆破开挖和人工开挖，开挖后及时施作钢支撑，以使其尽快落底，尽早形成受力结构，并严格安照设计参数施作锁脚锚杆。7.3、下部核心土及仰拱开挖隧道下部核心土开挖根据围岩支护结构体系稳定情况确定，核心土可单独开挖，也可与其下仰拱一同开挖。仰拱采用纵向分段，全幅一次性开挖成形的方法施

19、工，为尽量减小对掌子面开挖施工的负面影响，仰拱施工期间采用栈桥跨越处理。仰拱开挖以机械开挖为主，辅以爆破（松动爆破）和人工修整的方式进行，仰拱基础经检验合格后，及时封闭仰拱部位的型钢拱架等初期支护结构，尽早形成封闭的环状承载体系。7.4、开挖注意事项1)、开挖方式以人工配合挖掘机开挖为主，局部须爆破施工时，严格控制装药量，爆破施工详见第八.9点。2)、隧道初期支护，必须紧跟开挖及时进行，以尽早形成初期支护承载体系。3)、开挖施工中必须重视并加强超前地质预报和监控量测工作，并要及时收集，整理和分析现场数据，及时反馈监测信息，以指导现场施工。8、初期支护调整后的初期支护参数如第四.2所示。8.1钢

20、支撑1)、加工形式：钢支撑采用分段加工，现场组装的方法施作钢支撑，将整个钢支撑分解成13段，其中仰拱部分4段，拱墙部分9段。2)、加工方法：钢支撑按各段按测量放样分别用冷弯机顶推加工成型，两端设规格为22022015mmA3连接钢板，钢板四角用电钻钻24mm螺栓孔，孔心间距为16cm。钢支撑与连接板之间采用双面满焊，焊缝厚度不小于4mm，钢支撑结构加工详见图6所示图6 断层破碎带S5b钢支撑结构示意图 3)、钢支撑安装：初喷后，测放拱架安装控制线，装载机配合人工安装钢支撑，各段钢支撑间通过连接钢板采用四颗M22100GB30-66螺栓与AM221GB52-66螺母连接。钢支撑纵向间距为75cm

21、。纵向相邻两榀钢支撑间，采用22纵向钢筋焊接连接，环向间距1.0m。每台阶开挖完成，安装钢支撑时，拱架均必须安装在坚实的基础上，拱脚基础标高不足时，设置钢板或浇筑强度不小于C20的混凝土予以调整。钢支撑尽量靠紧围岩，但应与围岩留有23cm间隙，用喷射混凝土填实，当拱架与初喷面间间隙过大，用混凝土块顶紧，严禁用片石回填，必要时加大拱脚或增设锁脚锚杆固定。8.2、钢筋网片1）、网片制作、为加快进度，先在洞外加工场制作成网片，上层钢筋两侧点焊于下层钢筋上。、盘条钢筋采用调直机调直除锈，用截断机截断。、钢筋网片施工不得使用严重锈蚀材料，少量锈蚀采用机械方法予清除，严禁使用化学或高温方法除锈。、钢筋网片

22、规格与隧道支护类型有关，网片宽度为拱架间距加上两端搭接长度，施工中取150100cm。、钢筋网片加工采用定型工作台，工作台按设计网格间排距设计，保证网片成品质量。2）、网片安装、挂网作业有拱架时，在拱架支立固定后，径向小导管施工前进行。、网片间的搭接宽度不小于一个方格，即20cm，横向帮扎或焊接连接牢固。、钢筋网片与径向注浆小导管外露端焊接成整体，喷射混凝土时不得晃动。、双层钢筋网片安装，首层钢筋网在钢支撑支立固定后铺设，之前初喷一层2cm混凝土，网片从初喷面与拱架间的间隙植入，并沿初喷面起伏密贴铺设，并与钢支撑背面翼缘焊接牢固，喷射混凝土时不得晃动；再分层喷射混凝土至距离钢拱架内侧翼缘5cm

23、左右，再铺设第二层钢筋网片，网片与钢拱架焊接于内侧翼缘的背面，焊接固定牢固。再次复喷混凝土至满足设计要求。8.3、径向小导管左、右线隧道断层破碎带均为S5b衬砌结构，将D25注浆锚杆调整为42径向注浆小导管，以增强对周边岩体的注浆效果，尽量将围岩固结并将地下水封堵在隧道外。1）、小导管加工：42注浆小导管规格参见第四.2，加工方法参见第八.5超前小导管。2）、小导管规格：42 mm，壁厚3.5mm，单根长度4m，10075（环纵）梅花形布置。3）、小导管施工、径向注浆小导管施工在初喷砼完成后及时进行，施工时先在岩面上布设出需要施设注浆小导管孔的点位，用YT28手持风钻，配以50钻头成孔，再用高

24、压风枪彻底清孔。、按设计要求及时安设注浆小导管，采用先锚固后灌注的方式施工，先插入注浆小导管锚固，再安设止浆塞并填塞注浆管与围岩间的缝隙，最后高压注浆。通过对围岩的高压注浆，使水泥浆液充填于围岩裂隙中。、注浆采用p.o32.5R水泥浆（外加5%水玻璃）注浆，直到注浆小导管尾端流出浆液且注浆压力达到设计值2.0MPa为止。、注浆完成后及时进行混凝土复喷施工。8.4、喷射混凝土1）、喷浆料与速凝剂按设计配合比拌和均匀。2）、喷射作业先从拱脚或墙脚自下而上、分段、分片、分层喷射至设计厚度。3）、喷射混凝土用砂石料严格控制其含泥量和石粉含量，以保证喷砼强度，减小回弹。4）、砼料由洞外强制式自动拌和站集

25、中拌制，砼输送车运到掌子面。5）、喷浆料以及喷浆料与速凝剂必须拌和均匀，喷枪口距离岩面60100cm，喷射角度尽量与受喷面垂直，钢拱架背面或受钢筋网阻挡处可适当倾斜，但喷射角度不小于70以控制回弹量。6）、设计喷混凝土厚度满足各支护类型设计厚度要求，开挖成形后，首先喷射一层不小于4cm的初喷层。单层钢筋网时，密贴初喷面铺设第一层钢筋网片，再复喷混凝土至设计厚度；双层钢筋网时，初喷一层2cm的初喷层，拱架安装完成，在拱架背面，密贴初喷面铺设第一层钢筋网片，铺设完成后再分层复喷混凝土，在内侧翼缘背面安装第二层钢筋网片，最后喷射混凝土至设计厚度。7）、喷射混凝土速凝剂掺量为水泥重量比的4%，掺入时必

26、须准确计量并拌和均匀。8）、喷射完成后，喷射混凝土表面应平顺，无钢筋网片外露现象。9）、喷射混凝土施工完成2小时后，及时洒水养护，养护时间不小于7天。10）、特殊部位的喷射处理、欠挖部位：边墙、边墙与仰拱交接部位及循环交接部位较常出现欠挖，原则上应首先处理欠挖后再喷射混凝土覆盖；当围岩较破碎不能长期暴露时，开挖完成后，可先喷射混凝土尽早封闭，待围岩稳定后，做欠挖处理，处理完成后在喷射混凝土修补平整。、超挖部位：出现少量或小面积超挖时，可在初喷混凝土时予以找平；当超挖面积较大时，初喷时沿岩面起伏喷射，尽早封闭围岩，再铺挂钢筋网，再分层喷射至设计厚度，分层厚度46cm，且表面应平顺；当超挖严重时，

27、初喷混凝土后铺挂钢筋网片，再分层喷射，并根据超挖厚度增设铺挂钢筋网片，最后喷射混凝土至设计位置且表面平顺。、表面分散出水：当受喷面分散出水时，可直接用喷射混凝土予以封闭，适当降低混合料的湿度，并适当增加速凝剂的掺量。喷射时，从出水点四周向中间逐步逼近，直至封闭。、有无压集中出水点时，可在岩壁安设透水盲管，将水顺盲管引排至边墙脚排出。喷射时，从四周向出水点喷射，将水逐渐约束至盲管部位，再封闭。、当存在有压集中出水点时，可在出口点打孔，降低地下水位，再埋设排水管引排，再从四周向埋管方向喷射，将水约束至排水管集中排除。、拱部出现坍方，但坍腔已稳定时，可采用第条相同方式予以喷射封闭。喷射时从坍腔四周向

28、中部逐渐集中直至封闭，铺挂钢筋网后再分层喷射至表面平顺，不可将高压风枪，正对坍腔喷射，避免引发更大坍塌。坍腔未稳定时，首先从已稳定部位开始喷射。8.5、各项初期支护施工方法详见已批复的隧道复合式衬砌专项方案。8.6、初期支护施工必须注意以下问题1)、钢筋网必须在处喷砼后施工，随受喷面起伏铺设，与受喷面的间隙一般不大于3cm。2)、钢筋网必须与径向注浆小导管及钢拱架连接牢固，在喷射混凝土时不得晃动。3)、钢筋网片铺设必须连续，不得漏铺。4)、钢筋网片不得受到油料等有机物污染。5)、钢支撑连接钢板的焊接必须使用(结)J506结构钢焊条。6)、钢支撑加工时，严格控制不得有过大的侧向变形。7)、拱架加

29、工成型，安装前进行预拼装，发现不匹配立即修正。8)、钢支撑安装时，必须置于坚实的基础之上，如果存在基底高度不够，用浇筑混凝土基座或用钢垫板支垫。9)、钢支撑要垂直隧道中线，安装垂直度偏差不超过2%，纵向偏差不超过50mm。10)、现场拱架拼装连接螺栓必须拧紧，连接板间不能存有大的缝隙，否则用满焊加强处理。11)、钢支撑与径向注浆小导管外露端焊接成整体。12)、洞内安装在初喷混凝土之后进行，每段初期支护钢支撑的安装均必须严格测量控制钢支撑两端在同一断面里程位置，避免出现环向闭合时产生错位，造成闭合时连接困难。13)、当钢支撑和围岩之间间隙过大时设置混凝土垫块固定，用喷混凝土喷填，钢支撑间以喷混凝土填平。14)、断层破碎带的软弱围岩中施作径向注浆小导管时，可环向隔开一定距离隔孔钻进，以避免因向岩体注水太多而引起岩面坍滑。15)、施工径向注浆小导管时必须严格控制其打入角度，特别是拱部范围内的施打角度尽量沿径向打入，并经量多地穿透有利岩层。16)、水泥浆严格按配合比配制，严格控制拌合物水灰