关子岭隧道大跨度断面施工方案PPT课件 42页

'关子岭隧道大跨度断面施工方案高恒魁 一、工程概况及特点1.1工程概况关子岭隧道为双线电气化铁路，隧道进口与洛溏河车站桥连接，进口处洞身断面变化种类多，由四线隧道变两线隧道，断面形式四种。从洞口至大里程洞身围岩地质条件：Ⅴ级围岩有39米，Ⅳ级围岩有50米，其余为III级围岩，地质为砂质板岩夹砂质绢云千枚岩、属硬岩；地下水不发育；地表强风化层厚度约8米，进口洞口处地形复杂，山体地面坡度较陡，无施工场地，洞口右侧紧邻206省道，洞口标高距离省道路面高差约40米。大跨段起止里程DK431+057～DK431+180,全长123米，其中DK431+057～+072段长15米，加宽8.6米，线间距13米；DK431+072～+090段长18米，加宽7.1米，线间距11.5,米；DK431+090～+180段长90米，加宽5.6米，线间距10米。 进口段大跨断面种类形式见下图： 1.2工程特点：1、隧道断面跨度大，拱顶高，大断面跨度达22.4米，拱顶高达15.4米。2、大跨度断面代表的隧道短，断面变化多，大跨段隧道长度123米，有4种不同形式断面。3、开挖施工组织复杂，衬砌台车设计复杂。4、施工安全风险大。 二、设计方案优化1、建议将原设计15米长四线断面和18米长三线加道岔线断面两种形式的隧道断面合并为一种形式，均按照四线断面形式设计施工。变更的理由：两种断面代表的洞身长度较短，按照一种断面形式设计可方便施工，主要有以下几方面的优点：（1）洞口段为Ⅴ级围岩，拟采用双侧壁导坑工法开挖施工，采用一种断面施工，可以减少工序转换损耗的时间；充分利用开挖作业辅助台架，便于资源优化配置。（2）关子岭隧道施工方法是利用横洞双向掘进，施工方向是从洞内至洞口。进口段因断面跨度大，地质条件差，设计增加φ108管棚超前支护，洞口段管棚施工需从洞口向洞内打设，选用相同断面便于采用长管棚施工。（3）断面形式改变在二衬施工中会增加二衬台车改装、组装带来的工期损失，经济损失，违反Ⅴ级围岩地段“早支护、快衬砌”的施工原则，采用同种断面在衬砌施工中可缩短衬砌成型时间，减少围岩收敛变形量，增强联合支护的共同效应。 三、大跨度断面总体施工方案总体原则：在确保安全、质量的条件下充分利用现有施工设备，遵循隧道施工“短进尺、强支护、勤量测、早封闭、快衬砌”的施工原则。配备充足的劳动力，缩短各分部开挖、支护作业时间和工序循环作业时间，使初期支护尽早封闭成环，二次衬砌及时跟进，尽量减少初期支护后的收敛变形时间和变形量。施工至DK431+180断面时停止开挖，及时组织大断面的超前地质预测、预报，利用TSP203探测仪和超前水平钻孔综合判定围岩条件，根据地质条件适时调整施工参数和施工方法。 总的施工方向：开挖从大里程向小里程掘进施工，二衬从大里程向小里程顺序施工，及由小断面进入大断面；开挖掌子面距离二衬步距保持在60～80米范围，若围岩比预想的更差时还需进一步缩短步距。施工方案选择：Ⅴ级围岩大跨断面拟采用双侧壁导坑法施工；Ⅳ级围岩三线大跨断面拟采用单侧壁导坑法施工；Ⅲ级围岩大跨断面开挖采用三台阶七步法施工。二次衬砌采用分离式全液压衬砌台车和主辅门架组合液压衬砌台车两种结构形式的台车模筑成型。 分离式液压衬砌台车利用现有标准断面的台车改装而成，负责承担三线与四线过渡段和四线段衬砌，一次模筑长度6米。主辅门架组合液压衬砌台车负责承担三线段衬砌，利用坪石板隧道衬砌施工用的台车，一次模筑长度6米。台车更换件和面板由合格生产厂商制造，提前预定制作。 四、工期安排大断面的施工工期起点受双线标准段施工工期制约，大断面与双线标准断面的分界里程DK431+180，当标准断面施工至该里程时安排大跨段施工。预计节点开工时间至2011年3月；大跨段的施工工期计划173天，隧道竣工日期至2011年8月20日。大跨段各阶段的工期安排见下表： 五、具体施工方法大跨段施工前进行超前地质探测，判断围岩地质条件，根据地质条件采用以下几种开挖方法：Ⅴ级围岩大跨断面开挖采用双侧壁导坑法施工；Ⅳ级围岩大跨断面开挖采用单侧壁导坑法施工；Ⅲ级围岩大跨断面开挖采用三台阶七步法施工，各种施工方法叙述如下： 5.1Ⅴ级围岩大跨断面开挖方法根据现有地质资料和施工图拟定大跨度断面施工方法如下：关子岭隧道大跨度Ⅴ级围岩段里程DK431+057～DK431+090。开挖方法采用双侧壁导坑法施工，根据关子岭隧道地形、地貌呈左高右底的特征及洞身断面右侧加宽的情况，为平衡围岩变形应力分部和方便施工，考虑该段先施工左侧导坑，后施工右侧导坑。施工工法见“关子岭隧道Ⅴ级围岩（线间距13米）施工工法断面图” 具体施工步骤：1.（1）利用上一循环架立的钢架施做隧道超前支护。（2）弱爆破开挖1部，开挖循环进尺2米。（3）喷5cm厚混凝土封闭掌子面。（4）施做1部导坑周边初期支护和临时支护，并设锁脚锚杆。（5）施做系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。2.（1）在滞后1部5～8m后，弱爆破开挖2部，循环进尺控制在2.5米内。（2）导坑周边部分初喷4cm混凝土。（3）架设钢架及临时钢架。（4）施做系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。 3.（1）在滞后2部8～10m后，利用上一循环架立的钢架施做3部超前支护。（2）弱爆破开挖3部并施做导坑周边初期支护和临时支护，步骤及工序同1。4.在滞后3部5～8m后，弱爆破开挖4部并施做导坑周边初期支护和临时支护，步骤及工序同2。5.（1）在滞后4部3～5m后，利用上一循环架立的钢架施做中导拱部超前支护。（2）弱爆破开挖5部。（3）喷5cm厚混凝土封闭掌子面。（4）导坑周边部分初喷4cm混凝土，架设拱部钢架。（5）施做系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。 6.稍后，利用上一循环架立的钢架施做隧道超前支护。（2）弱爆破开挖6部并施做导坑周边初期支护和临时支护，步骤及工序同5，5～6之间步距保持2～3米。7.（1）在滞后6部2～3m后，爆破开挖7部。（2）在滞后7部5～8m后，弱爆破开挖8部。（3）导坑底部初喷4cm厚混凝土，安设钢架使钢架封闭成环，复喷混凝土至设计厚度。8.逐段拆除靠近已完成二次衬砌6～8m范围内两侧壁底部钢架单元。 10.灌注Ⅸ部仰拱及仰拱填充（仰拱与填充应分次施做）。11.（1）根据监控量测结果分析，拆除临时钢架及横撑。（2）利用衬砌模板台车尽早一次性灌注Ⅹ部衬砌。 各部位的施工步距见平面“关子岭隧道Ⅴ级围岩（线间距13米）施工工法平面图”。 5.2Ⅳ级围岩大跨断面开挖方法：三线大跨断面Ⅳ级围岩施工里程段DK431+090～DK431+146,长度90米,开挖方法采用单侧壁导坑法施工，本段加宽段设计为线位左侧加宽，从双线变三线，加宽5米。开挖时考虑从右侧导坑先施工，左右导坑施工步距保持15米，各部位的施工工法及施工步距见“关子岭隧道Ⅳ级围岩（线间距10米）施工工法断面图、平面图”。 具体施工步骤：1.右侧上导坑施工：（1）利用上一循环架立的钢架施做隧道超前支护。（2）弱爆破开挖1部，开挖循环进尺2～2.5米。（3）喷5cm厚混凝土封闭掌子面。（4）施做1部导坑周边初期支护和临时支护，并设锁脚锚杆。（5）施做系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。2.右侧下导坑施工：（1）在滞后1部20m左右后，弱爆破开挖2部，循环进尺控制在2.5～3米内。（2）导坑周边部分初喷4cm混凝土。（3）架设钢架及临时钢架。（4）施做系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。3.左侧上导坑施工：（1）在滞后1部15m左右后，利用上一循环架立的钢架施做3部超前支护。（2）弱爆破开挖3部并施做导坑周边初期支护和临时支护，步骤及工序同1。 4.左侧下导坑施工：在滞后3部20m后，弱爆破开挖四部并施做导坑周边初期支护和临时支护，步骤及工序同2，仰拱钢架封闭成环。5.滞后4部15米施工仰拱及填充层混凝土，临时侧壁钢架超前仰拱混凝土施工一循环拆除。6．开挖进尺65～80米后暂停掌子面开挖，开始拼装衬砌台车，准备二衬施工。5.3Ⅲ级围岩大跨断面开挖方法： Ⅲ级围岩段大跨断面里程DK431+146～180，长度34m。该段采用三台阶七步开挖法。施工步骤如下：1、（1）利用上循环架立钢架施做超前支护。（2）弱爆破分部开挖1部，同时每循环进尺一次，掌子面喷5cm厚混凝土封闭。（3）分部施做1部周边初期支护。2、滞后于1部一段距离弱爆破左右交错开挖2、3部。喷5cm厚混凝土封闭掌子面，施做初期支护。3、滞后于3部一段距离弱爆破左右交错开挖4、5部，施做初期支护。 4、分台阶开挖6部。5、（1）开挖7部，及时封闭初期支护；（2）灌筑该段内Ⅷ部仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充应分次施做）。6、根据监控量测资料分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅸ部二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。 三台阶七步开挖法施工示意图 三台阶七步开挖法纵断面图 三台阶七步开挖法工序平面图 5.3二次衬砌施工方法：大跨段衬砌施工主要考虑衬砌模板方案，其余施工方法按照常规施工方法实施。鉴于大跨断面洞身长度较短，截面变化较多，依据常规模筑衬砌施工方法需投入满足不同结构断面的液压衬砌台车四部，会导致衬砌台车更换的周期较长，二衬不能紧跟，容易造成初支后的围岩变形周期延长，变形量增大，降低岩体和支护结构的自稳性，增大施工风险；同时也大大增加了施工成本。为加快进度、节约成本采用两种结构形式台车完成二衬施工：①四线大跨段采用分离式全断面液压衬砌台车，利用现有标准断面台车改装，台车按照左右半幅独立设计，两半副台车呈独立的支撑受力体系，将两幅台车合拢链接组成全断面整体台车。台车设计充分考虑能使台车纵向和横向移动的走行装置。分离式台车结构示意图见下图。②三线断面衬砌利用坪石板隧道的液压台车施工，采用主副门架法施工，台车结构见图。台车长度按照6米设计，浇筑衬砌混凝土采用输送泵泵送入模，混凝土一次浇筑成型，浇筑一模混凝土控制在15小时以内。 分离式衬砌台车示意图 5.4地层加固方法：大跨断面开挖前必须对施工范围内的围岩进行预加固，从以下四方面进行注浆加固地层。（1）至进口端33米长度洞身断面轮廓线外打设超前长管棚，管棚从洞口向洞内施作，并进行注浆加固，管棚施作范围从起拱线以上整环布置，间距40cm。（2）每个分部断面开挖施工时先打设超前小导管并注浆，小导管长度4米，纵向搭接2米，环向间距40cm。小导管注浆量、注浆时间通过现场试验确定，根据试验检测效果必要时采取二次劈裂注浆或双浆液注浆。 （3）洞口仰坡段一般围岩较差，按照设计要求打设10米长自进式锚杆，并进行注浆加固。保证洞口仰坡面围岩稳定。（4）洞内分部断面初期支护钢拱架安装完成后及时打设径向自进式锚杆，锚杆设置参数按照设计图，并进行注浆加固围岩。施工中根据围岩变形情况补充设置径向锚管注浆加固地层。5.5监控量测 本段大跨断面施工中必须全面做好监控量测工作的各项组织部署。将监控量测作为一道工序纳入施工管理中。成立专门的量测小组，定期对初支后的断面进行变形监测，用监控量测的数据来指导施工。具体监测断面和监测频率如下：Ⅴ级围岩大跨断面每5米设一个监测断面，量测频率：双侧导坑内测点：第一周每天3次，第二周每天2次，第三周每天1次，中导内测点每天不少于1次；初期支护全断面成环后每天1次。Ⅳ级围岩大跨断面每10米设一个监测断面，量测频率：侧导坑内测点：第一周每天2次，第二周每天1次，第三周后每两天一次；初期支护全断面成环后每两天1次。 量测断面测点布置示意图见下图： 建立监控量测数据库，每一测点断面均绘制出收敛变形回归曲线图，根据分析结果指导施工。对变形异常的断面采取以下处理措施：（1）停止掌子面的开挖，立即封闭掌子面，掌子面的封闭方法：掌子面开挖高度超过4米时，打锚杆挂网喷浆封闭，锚杆长度不小于2米，间距1*1米，喷混凝土厚度不小于8cm；掌子面开挖高度小于4米时，直接喷混凝土封闭，喷射混凝土厚度不小于5cm.。（2）侧壁支护未拆除前，发现导坑内变形异常，暂时停止拆除临时支护，增加临时仰拱钢架数量，中导拱顶增加竖向支撑，对危险段进行径向打小导管注浆。侧壁支护已拆除段的异常变形断面及时安装剩余部位的初支钢架，使其尽早封闭成环。对危险段打径向小导管注浆加固。（3）缩短各分部开挖的施工步距，压缩工序作业时间，缩短初期支护封闭成环的时间，二衬作业及时组织施工，尽早使初支和二衬共同受力。 六、施工机具及人员配置情况施工机具及人员配置见附表1、附表2： 七、安全、质量保证措施建立高风险隧道施工安全、质量保证体系，成立安全、质量专项管理领导小组。7.1安全管理保证措施：1、施工现场设调度两名，负责机械、车辆的调配，白班和夜班各一名；设专职安全员两名负责现场安全管理，昼夜值班。2、建立机械维修组保证各种机械的使用完好率。3、建立监控量测小组，施工期间连续不间断监控围岩收敛变形情况，利用量测结果及时指导施工。4、建立工前安全作业培训制度，每道工序施工前对参加的作业人员进行全面的安全操作培训教育，保证受教训率100%。 7.2质量管理保证措施：1、严格技术交底制度，施工技术交底，以书面交底为主，包括结构图、表和文字说明，交底资料必须详细准确、直观、符合施工规范和工艺细则要求,并经技术主管复核确认无误后方可交付使用。2、本隧道开挖断面大，结构复杂，要严格控制开挖及衬砌净空。以及特殊结构部位的准确定位。施工过程中，指派成立专门的施工测量组负责全程施工放样、定位。控以及工序间检查复核测量；测量原始记录、资料、计算、图表必须真实完整，不得涂改，并妥善保管备查。3、针对该隧道大断面部分，专门成立双侧壁导坑开挖研究小组，确定各种施工的技术参数，合理组织施工。以及每部开挖的工序安排、衔接以及各种资源合理配置。4、加强施工过程质量控制，派专职质检员旁站监控施工质量，确保每道工序质量达到受控状态。 谢谢预祝关子岭隧道早日竣工'