孟家湾隧道施工组织设计.docx

1、孟家湾隧道施工组织设计孟家湾隧道施工组织设计1 编制依据（1）新建武汉至宜昌铁路工程施工总承包招标文件、招标图纸、工程量清单及补遗（答疑）书等。（2）国家及相关部委颁布的法律、法规和铁道部颁布的现行设计规范、铁路工程质量验收标准及其它有关文件资料。（3）工地现场调查、采集、咨询所获取的资料。（4）中国葛洲坝集团股份有限公司、中铁四局集团有限公司联合体各公司类似工程施工积累的施工经验及设备。（5）依据中国葛洲坝集团股份有限公司、中铁四局集团有限公司联合体各公司的GB/T19001-2000质量标准体系、GB/T24001-2004环境管理体系和GB/T28001-2001职业健康安全标准建立的质

2、量、环境和职业健康管理体系和程序文件。2 编制范围孟家湾隧道开挖、支护、出碴、防排水、衬砌、隧道超前地质预测预报、监控量测及测量及附属工程等。3 工程概述3.1 主要技术标准 设计线路主要技术标准如下：铁路等级：级。正线数目：双线。最小曲线半径：5500m，枢纽内适当降低。限制坡度：9。牵引种类：电力。机车类型：客车采用动车组，货车采用和谐型机车。到发线有效长度：850m。牵引质量：3500t。闭塞类型：自动闭塞。列车指挥方式：调度集中。建筑限界：满足开行双层集装箱列车。3.2 工程概况孟家湾隧道全长744米，隧道起讫桩号为DIIK285+353DIIK286+097，隧线分界里程分别为：DI

3、IK285+350、DIIK286+097。隧道平曲:本隧道位于曲线上。隧道纵坡：DIIK285+360-DIIK285+400为平破段，DIIK285+400-DIIK285+097为当面下坡，坡度为千分之8.85。工程地质（概述）：隧道在湖北省宜昌市以东，属剥蚀缓丘区，地形起伏，植被很发育，交通非常不便；丘坡表层为Q4EL+EL粉质粘土，黄褐色，硬塑，厚4-5米。下付21砾岩，灰白色，巨厚层状，砾岩成分主要为灰岩，少量砂石及石英砂岩等，强弱风化强分化层厚0-16.6米，下为弱化层，产状20210.基层为砾岩，砾石的主要成分为灰岩，占80以上，因此局部可能发育岩溶。DIIK285+580-+

4、595，+734-+55为物探低阻异常，综合钻探资料分析低阻异常分析低阻异常范围内可能存在溶蚀现象，DIIK285+770-+810,DIIK286+080-+110电阻率显著变化，物探推测为断层。根据中国地震动参数区划图（GB306），地震动峰值加速度为0.05g，地震反应谱特征周期为0.35s.水文地质条件：丘坡地表水发育不良，地下水部发育，主要为雨季浅层滞水。根据化验资料，地下水，地表水对混凝土；均无侵蚀性。施工中应加强地表水及地下水的取样与水质分析工作。本隧道环境作用等级为12 级，有关混凝土原料选择，配合比，施工要求按铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定及铁路混凝土与砌体工程施工规范（T

5、B210-2001）办理。地质特征隧道地质条件差，围岩级别低，局部断层、岩溶发育；地表水不发育，地下水不发育，主要为雨季浅层滞水，地震动峰值加速度为0.05g，地震反应谱特征周期为0.35s；隧道开挖断面大，内轮廓轨面以上净空面积采用92m2。 3.3气候水文沿线属亚热带季风气候区，冬季受欧亚大陆冷高压影响，夏季受西太平洋副热带高压影响，气候具有明显的季节性，冬有严寒，夏有酷暑，四季分明，日照充足，雨量充沛。本段线路所经过的地区为亚热带季风气候区，冬季受欧亚大陆冷高压影响，夏季受西太平洋副热带高压影响，气候具有明显的季节性，冬有严寒，夏有酷暑，四季分明，日照充足，雨量充沛。6、7、8三月以东南

6、风为主，间有东北风及西南风，最大风力7至8级。其余各月以北风及北北东风为主，最大风力9级，多发生在9月。全年平均气温16.6；一月份平均最低气温3.5；七月份平均最高气温28.9；极端最高气温41.3（1934.8-8-10）；极端最低气温-18.1（1977 -1-30）；年平均降雨量1270mm。雷暴日数平均每年36天，近20年最大积雪厚度17cm。3.4 隧道工程施工方案、施工方法隧道集中在湖北省宜昌市以东，属剥蚀缓丘区，地形起伏，植被很发育，交通非常不便；隧道地质条件差，围岩级别低，局部断层、岩溶发育；地表水不发育，地下水不发育，主要为雨季浅层滞水，在罗家湾隧道范围内地下水有二氧化碳侵

7、蚀，化学环境作用等级为H1；地震动峰值加速度为0.05g，地震反应谱特征周期为0.35s；隧道开挖断面大，内轮廓轨面以上净空面积采用92m2；防水标准较高，隧道采用复合式衬砌，二衬混凝土抗渗等级要求高，一般隧道混凝土抗渗等级要求不小于P8，特殊隧道（罗家湾隧道）混凝土抗渗等级要求不小于P10。3.4.2 施工方案本标段运架梁要通过隧道，为确保不影响运架梁的情况下，隧道要及早安排组织施工，孟家湾隧道采用双向掘进。隧道施工组建三支实力较强的施工队伍，隧道一队负责孟家湾隧道，施工具体安排如下（小桩号为进口端）：隧道一队：孟家湾隧道进、出口各设1个作业面相向施工，配备两台液压钢模台车衬砌施工。隧道开挖

8、碴土弃至弃碴场或用做路基填料。隧道开挖的基本原则是在保证围岩稳定，或减少对围岩扰动的前提条件下，选择恰当的开挖方法或掘进方式，并尽量提高掘进速度。明洞施工按照“分段开挖、仰拱先行、支护紧跟、加强监测”的方案，施工前做好坡顶外截水天沟，并清除危石。超前大管棚采用潜孔钻钻孔，超前小导管采用风动凿岩机钻孔，双液高压泵压浆。具体施工进度安排见表2.5-2。3.4.2.1 隧道开挖方案3.4.2.1.1 洞口开挖方案洞口段按设计要求施做超前大管棚或超前注浆小导管后，采用三台阶七步开挖法或双侧壁导坑法进洞，开挖采用人力风镐和小型挖掘机为主，辅以控制弱爆破。3.4.2.1.2 明洞开挖方案明洞段土方采用挖掘

9、机开挖，石方部分采用分台阶浅眼爆破法开挖，纵向分段逐层进行，每层开挖后及时进行边坡锚、网、喷防护。3.4.2.1.3 洞身开挖方案洞身开挖采用新奥法原理组织施工，采用YT28型凿岩机与钻孔台架配合钻孔。采用非电毫秒雷管起爆、光面爆破技术，严格控制超欠挖，围岩软弱地段采用微震光面爆破技术或非爆破开挖，以减轻对围岩的扰动和破坏。级围岩采用台阶法，级围岩采用三台阶七步开挖法，级围岩采用三台阶七步开挖法和双侧壁导坑法。3.4.2.2 隧道支护方案3.4.2.2.1 超前支护方案（1）洞口超前长管棚注浆预支护，采用1086mm无缝钢管。洞身超前长管棚注浆预支护，采用896mm无缝钢管；（2）50超前双层

10、小导管注浆预支护，小导管长度5m，纵向间距2.0m一环； （3）42超前小导管注浆预支护，小导管长度4.5m，纵向间距2.4m一环；（4）22超前锚杆预支护，长度4.5m，纵向间距3.0m一环。 3.4.2.2.2 初期支护方案初期支护在开挖完成后及时施工，紧跟开挖面。（1）拱部系统锚杆采用带排气装置的中空注浆锚杆，边墙采用22mm砂浆锚杆；（2）喷射混凝土（素喷混凝土、网喷、改性聚酯纤维混凝土）采用湿喷法施工；（3）钢架采用格栅钢架及工字钢架，纵向间距格栅钢架1.0m一榀，工20a工字钢架纵向间距0.6m一榀。工22a工字钢架纵向间距0.5m一榀。3.4.2.3 隧道出碴方案出碴全部采用无轨

11、运输方式进行施工。3.4.2.4 隧道防排水方案3.4.2.4.1 防排水原则对于与地表水存在良好水力联系、地下水发育、具有较强富水性的断层破碎带地段及水文环境有严格要求的地段采用“以堵为主，限量排放”的原则；其它地段采用“防、排、堵、截结合，因地制宜、综合治理”的原则。3.4.2.4.2 防水方案（1）暗洞：一般隧道混凝土抗渗等级要求不小于P8时，初期支护和二次衬砌间拱墙背后设土工布和防水卷材，防水卷材厚1.5mm，幅宽2m，土工布采用350g/m2；特殊隧道（罗家湾隧道）混凝土抗渗等级要求不小于P10时，二次衬砌外侧采用双层全包防水，外一层为排水型防水板，内一层为普通分离式防水板。（2）施

12、工缝和变形缝：隧道拱、墙施工缝处设置外贴式止水带+中埋式遇水膨胀橡胶止水带；仰拱仅设中埋式止水带；纵向施工缝处设置钢边橡胶止水带和止水胶，每侧一条；变形缝拱墙部位防水采用外贴式止水带+中埋式遇水膨胀橡胶止水带，仰拱变形缝采用中埋式橡胶止水带，变形缝处衬砌外缘与防水板结合部位以聚硫密封胶封堵，衬砌内缘3cm范围内以聚硫密封胶封堵，以外2cm范围内设置U型镀锌钢板接水盒，其余空隙采用填缝料填塞密实。（3）明洞：衬砌外贴EVA防水板和50cm厚粘土隔水层防水。3.4.2.4.3 排水方案（1）开挖面：上坡施工时在隧道两侧开挖排水沟，排至洞外污水处理池。下坡施工时采用在洞内设备洞室一侧布置集水井，水泵

13、接力抽至洞外。（2）洞身：衬砌背后环向设置50打孔波纹管，间距8米一环，与墙角外侧纵向设置的110打孔波纹管连通将水排至隧道侧沟。（3）洞门及洞口：洞门顶部设截水天沟，洞门端墙及挡墙背后设置排水盲沟网。3.4.2.5 隧道衬砌方案隧道衬砌采用9m全断面液压衬砌台车，每循环9m；砼采用自动计量砼拌合站集中拌合，砼罐车运输，输送泵模筑砼；仰拱和填充超前施工，仰拱一次施工长度控制在68m，施工采用“无干扰架空栈桥”，以保证掌子面施工正常进行；钢筋加工在加工点集中加工，运至施工地点绑扎安装成型。3.4.2.6 隧道施工机械化配套方案在隧道施工组织中，组织大型机械化施工，采用无轨运输方式出碴，实施钻爆、

14、装运、支护、衬砌四条主要机械化作业线。机械化配套方案见表3.4-2。表3.4-2 机械化配套方案表分类机械化作业线名称主要设备配套方案施工作业线钻爆作业线钻孔台架、风动凿岩机组成钻孔、装药、起爆作业线。出碴作业线挖掘机、装载机及大型自卸车组成无轨运输出碴线。初期支护作业线锚杆台架、水平地质钻机、高压双液注浆泵组成大管棚、锚杆、小导管施工作业线；运输车、装载机、作业平台、混凝土湿喷机组成钢筋网、钢支撑、喷砼初期支护作业线。二次衬砌作业线铺设防水板台车、自行式防水板焊接器组成防水层铺设作业线；钢筋调直机、弯曲机、切割机、电焊机、对焊机组成钢筋加工作业线；整体液压钢模衬砌台车、混凝土输送车、混凝土输

15、送泵、混凝土搅拌站及仰拱栈桥组成二次衬砌作业线。辅助作业线高压供水高压泵、高位水池、高压水管组成供水作业线。高压供风电动空压机和高压风管组成高压风作业线。供电变压器、内燃发电机、高压电缆组成供电作业线。排水自吸泵、多吸泵、单级双吸泵和污水泵组成排水作业线。表3 拟投入设备、仪器计划表机械名称规格型号单位数量状况空压机20m3台4良好电动钻机YG-70台4良好注浆泵BW-250/50型台2良好发电机200KW台2良好合金钻头110个4良好钻杆75根80良好全站仪拓普康GST7001台1良好水准仪S320台1良好3.4.2.7 浅埋段施工方案本段隧道主要为浅埋大断面隧道，在施工中要坚持“先探后挖“

16、的施工原则，将超前地质预报纳入施工循环，不探明前方地质不能开挖。在不良地质地段，隧道主要施工顺序是：超前地质预报超前支护开挖初期支护仰拱开挖及浇筑砼铺设防水板拱墙二次衬砌。不良地质分布及应对措施见表3.4-3。表3.4-3 隧道不良地质地段及处理措施一览表隧道名称不良地质桩号围岩级别施工方法处理措施孟家湾隧道DIIK285+360DIIK285+400（40）双侧壁导坑法108洞口超前长管棚注浆预支护，工20a工字钢架加强，纵向间距0.6m一榀。DIIK285+400DIIK285+505（105）双侧壁导坑法50超前双层小导管注浆预支护，小导管长度5m，纵向间距2.4m一环；工20a工字钢架

17、加强，纵向间距0.6m一榀。DIIK285+505DIIK285+830（325）双侧壁导坑法42超前小导管注浆预支护，小导管长度4.5m，纵向间距2.4m一环；工20a工字钢架加强，纵向间距0.6m一榀。DIIK286+010DIIK286+060（50）双侧壁导坑法42超前小导管注浆预支护，小导管长度4.5m，纵向间距2.4m一环；工20a工字钢架加强，纵向间距0.6m一榀。DIIK286+060DIIK286+080（20）双侧壁导坑法108洞口超前长管棚注浆预支护，工20a工字钢架加强，纵向间距0.6m一榀.3.4.2.8 隧道超前地质预测预报、监控量测及测量方案3.4.2.8.1 超

18、前地质预测预报本标段隧道综合采用掌子面地质素描、TSP-203超前地质预报系统、超前水平钻孔等技术进行超前地质预报，实行信息化施工。根据超前地质预测预报所获取的地质信息调整隧道的支护参数和施工方案，以确保工程质量和施工安全。3.4.2.8.2 监控量测在本工程施工中综合采用位移反分析法和荷载反分析法，利用3D-程序进行计算和模拟计算。利用已经得到的现场量测信息，进行反分析计算，提供出开挖工作面附近已经开挖地段和尚未开挖地段的地应力大小、方向和围岩的物性等指标，预测开挖工作面前某范围内的未来动态。根据开挖面的状况，拱顶下沉、水平位移量大小和变化速率，综合判定围岩和支护结构的稳定性，以量测资料为基

19、础及时修正初期支护参数，确保二次衬砌施作时机，实施动态设计、施工。量测项目包括：洞内外观察、净空水平收敛量测和拱顶下沉量测列为必测项目，必要时在隧底增设隧底上鼓量测及地表沉降量测项目。3.4.2.8.3 测量方案复测设计院提供的GPS点，布设控制点导线网。控制测量采用全站仪施测，控制点的高程用精密水准仪测定。为了控制角度误差积累，每隔一条长边要对一条尽可能长的导线连接边进行精密陀螺经纬仪校核。洞内引入双导线做校核，隧道中线埋设测点，在已衬砌好的边墙埋设水准点。3.4.2.9 弃碴利用及弃碴方案隧道弃碴按照设计要求，可用于作为路基填料的用于路基填筑，其余的弃于弃碴场。弃碴场设永久挡护工程，并做好

20、排水设施，碴场顶面恢复植被，防止水土流失。3.4.2.10 施工辅助作业方案3.4.2.10.1 供风方案在各施工洞口附近分别设立集中风站，并联安装3台20m3/min电动空压机，供应各施工面所需高压用风。在施工前期高压电源未接通时均采用内燃发电机发电带动空压机供风。隧道开挖面工作风压不小于0.5MPa。高压风管采用100mm的无缝钢管，设在边墙底脚处，管子下面采用托架将其托起，托架固定在底脚的边墙上。随着洞子的延伸，高压风管分段接至工作面附近，在管端安装闸阀以便接至用风机具，闸阀至用风机具之间用高压皮管连接。3.4.2.10.2 供水方案在各隧道口山坡上设容量100m3的高压蓄水池，施工用水

21、均采用高压水池供水方式；每个隧道工作面采用独立的供水管路，供水管管径为125mm，设在边墙底脚处，与风管同侧，与电线路另侧，管子下面采用托架将其托起，托架固定在底脚的边墙上。供水压力不小于0.3MPa。3.4.2.10.3 排水方案上坡开挖时在隧道两侧开挖排水沟，将水排至洞外污水处理池；下坡开挖时采用在洞内设备洞室一侧布置集水井，水泵接力抽至洞外污水处理池，污水经处理合乎环境要求后再进行排放。3.4.2.10.4 供电与照明方案施工用电以接引地方电为主，自发电为辅。为保证施工正常，在每一施工洞口配备发电机作为备用电源。本标段施工用电从临永结合的临时供电线路或地方电源线路搭接，自设变压器引入。施

22、工前期采用自发电，电力线路接通后，采用电网供电。电线按施工高潮期最大用电量选用。为了便于修理、避免干扰、保证安全，电线与风管、水管和通风管保持一定距离，并悬挂在隧道的不同侧壁。采用新光源洞内外照明，新光源采用低压卤钨灯、高压钠灯、钪纳灯、纳铊铟灯，设置固定式照明设备，并设置应急照明设备，应急照明灯具安装间隔不大于50m且必须在供电中断时能自动接通并能连续工作2h以上。3.4.2.10.5 施工通风方案隧道通风，当隧道掘进长度超过150米时，采用SD60型轴流通风机机械通风，短于150米的隧道采用自然通风。各隧道通风方式见表3.4-4。表3.4-4 隧道通风方式表序号隧道名称长度m通风方式通风简

23、图1孟家湾隧道744采用SD60轴流风机压入式通风自然通风图例：单轴流风机 通风管 新鲜风 污浊风 3.4.2.10.6 防尘措施（1）钻眼：为控制粉尘的产生，钻眼作业采用湿式凿岩。在钻眼时，先送水后送风；（2）爆破：在距掌子面30m外边墙两侧各放一台水幕降尘器，水幕降尘器主要捕捉13m粒径的粉尘；（3）出碴：装碴前必须进行喷雾、洒水；（4）人员：施工人员佩带防尘口罩防尘。3.4.3 隧道主要施工方法、施工工艺3.4.3.1 隧道开挖施工方法、施工工艺3.4.3.1.1 洞口工程根据隧道进出口地形和工程地质条件，结合开挖边、仰坡的稳定性及洞口排水的需要，本着“早进晚出”的原则进行洞口施工。（1

24、）施工方法完善排水系统洞口、明洞开挖应尽量避开雨季施工，先修建洞顶及边坡顶截排水系统截排地表水，及时对边、仰坡进行处理，确保边仰坡稳定，并在进行土石方开挖时，预先做好场地内的临时排水。测量放线根据图纸，组织复测并控测布网，准确定出洞口位置，按设计位置放出边、仰坡开挖边线。并在坡顶上部埋设2个下沉观测C20砼桩，定时观测下沉情况。临时排水沟排水系统不能及时施做时可修建临时排水沟截排地表水，特别是雨季时更应加强临时排水沟设置，及时将雨水排除。洞口土石方开挖洞口土方用挖掘机开挖，孤石采用弱爆破破碎，挖掘机、装载机装渣，自卸汽车运渣。开挖方法采用自上而下分层分台阶进行，台阶高度23米。底部距边墙基础预

25、留1m厚，待明洞施工时开挖。a. 边、仰坡刷坡与支护边、仰坡刷坡自上而下分层进行，每层高度23m，随开挖随支护。边坡为喷射混凝土支护，仰坡为锚、网、喷支护，做好坡面喷砼防护层与原坡面衔接，防止坡面风化，引起水土流失、导致边仰坡防护受到损坏。b. 22砂浆锚杆施工砂浆锚杆钻孔采用锚杆钻机钻孔，湿式凿岩的钻进方式，锚杆长度、布置间距按设计实施。砂浆配合比：水泥比砂为11。砂浆拌和均匀，随伴随用。砂浆采用注浆方式，将注浆管插至距孔底50100mm，随砂浆的注入慢慢匀速拔出，后将杆体插入。若孔口砂浆溢出，及时补注，锚杆安装后不得随意敲击。c. 钢筋挂网施工钢筋使用前清除污锈、通直，按设计加工成网片，采

26、用在坡面打入短钢筋的形式固定，使钢筋网片平整。d. 喷射混凝土施工喷射前清除坡面的浮石和岩碴，采用混凝土湿喷机进行，喷射时控制喷射厚度。混凝土的搅拌采用强制式搅拌机，严格按设计施工配合比施工。（2）施工工艺洞门工程施工工艺流程见图3.4-1。3.4.3.1.2 洞身开挖隧道开挖级围岩采用台阶法，级围岩根据设计要求采用三台阶七步开挖法和三台阶临时仰拱法，级围岩根据设计要求采用三台阶七步开挖法和双侧壁导坑法。（1）隧道开挖施工工艺隧道开挖施工工艺见图3.4-2。（2）隧道开挖施工方法级围岩台阶法施工a. 级围岩台阶法施工工序见图3.4-3。b. 级围岩台阶法施工步骤第一步：根据地质情况，必要时先施

27、作拱部超前小导管，然后开挖上部土石方，及时施作初喷3cm厚微纤维砼，再在拱部设计范围内打眼施作25中空注浆锚杆并按要求完成其注浆；再挖槽安装钢（格栅）拱架；再在拱部挂钢筋网；最后复喷砼至设计厚度。上断面每循环进尺为.5m。图3.4-3 级围岩台阶法施工工序图第二步：待上部进尺610m后，及时开挖下部土石方，并及时施作初喷3cm厚微纤维砼，然后在拱墙按设计布置安装22砂浆锚杆；再挖槽接长钢（格栅）拱架；再在拱墙、仰拱挂钢筋网；最后复喷砼至设计厚度。第三步：初期支护完成后，可根据实际情况安排施工仰拱，仰拱完成后按要求施作结构防水设施，主要是铺设防水板、横纵软式透水盲管、安装施工缝止水带，待结构防水

28、设施安装完成后绑扎二衬钢筋、液压衬砌台车就位，进行二衬砼浇筑。第四步：在二衬及仰拱完成后，且对洞内其它工序施工影响不大的情况下，及时进行仰拱填充，仰拱填充砼强度较低时，在其上架设移动栈桥，以便洞内掌子面的出碴车通过。第五步：待洞内其它土建工程完成后，及时施作水沟电缆槽，采用隧道全长连续施作，以利控制其线型和几何尺寸。c. 级围岩台阶法开挖钻爆设计炮眼布置级围岩台阶法开挖钻爆设计炮眼布置见图3.4-4。d.级围岩台阶法开挖炮眼装药见表3.4-5。表3.4-5 级围岩台阶法开挖炮眼装药表序号炮眼分类炮眼数（个）雷管段数（段）炮眼长度（cm）炮眼装药量备注每孔药卷数（卷）单孔装药量（kg）合计药量（

29、Kg）一上台阶1.每循环进尺2.5m；2.炮眼利用系数85%；1掏槽眼61316142.112.62扩槽眼43312131.957.83扩槽眼45308131.957.84扩槽眼47304131.957.85扩槽眼58300131.959.756掘进眼559-12300121.8997内圈眼3113300121.855.88周边眼441430030.4519.89底板眼1515300131.9529.25二下台阶1掘进眼651-5300121.81172周边眼12630030.455.43底板眼207300131.9539图3.4-4 级围岩台阶法开挖钻爆设计炮眼布置图级围岩三台阶临时仰拱法施

30、工a. 级围岩三台阶临时仰拱法施工工序见图3.4-5。图3.4-5 级围岩三台阶临时仰拱法施工工序图b. 级围岩三台阶临时仰拱法施工步骤上台阶：利用上一循环架立的钢（格栅）拱架施作拱部超前锚杆（必要时）；开挖1部台阶；施作1部洞身结构的初期支护，初喷砼，架立钢（格栅）拱架；钻设径向锚杆后复喷砼至设计厚度，底部喷砼10cm封闭。中台阶：上台阶超前于中台阶3050m，中台与上台平行施工；开挖2部台阶；施作2部洞身结构的初期支护，初喷砼，接长钢（格栅）拱架；钻设径向锚杆后复喷砼至设计厚度，底部喷砼10cm封闭。下台阶：下台阶滞后于中台阶1020m，与中台阶平行施工；开挖3部台阶，初支及时封闭边墙开挖面，完成钢（格栅）拱架架立；钻设径向锚杆后复喷砼至设计厚度；隧底开挖，清