级围岩段三台阶法施工方案.docx

新建京沪高速铁路隧道工程

Ⅴ级围岩段三台阶法
施工方案

编 制 ：
审 核 ：
批 准 ：

中国水电建设集团京沪高速铁路
土建工程三标段项目经理部
二00八年八月
Ⅴ级围岩段三台阶法施工方案
1、 概述
由我工区承建的张夏隧道和西渴马二号隧道出口段，隧道洞身围岩为Ⅳ、Ⅴ级。原设计Ⅳ级围岩段采用台阶法、Ⅴ级围岩段采用双侧壁导坑法进行开挖，在施工的过程中发现两隧道Ⅴ级围岩段的地质条件较原设计好，但双侧壁导坑法施工存在工艺复杂、进度缓慢的弊端。根据2008年8月3日隧道施工研讨会的会议精神，我部拟对剩余的Ⅴ级围岩段部分采用台阶法开挖，并编制三台阶法施工方案。
2、 工艺原理及特点
将隧道分成三部分开挖，施工时先开挖上台阶，待开挖到一定长度后再同时开挖中台阶及下台阶，形成上、中、下三台阶同时并进的施工方法。将隧道断面分上中下台阶开挖，爆破施工分三次进行，可以减小爆破对围岩的扰动，保护围岩，上台阶开挖后中下台阶的开挖创造临空面，降低炸药消耗，同时三台阶开挖可减小隧道开挖后的空间效应，初期支护能尽早施工，可充分发挥围岩的自稳、自承能力，获得安全的地下空间。
3、 施工工艺
3.1开挖步骤
三台阶法开挖施工工艺流程如下图所示；

施工步骤如下图所示；

第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，开挖高度为5.5米；循环进尺根据设计钢架间距控制，但最大进尺不超过1.5m；开挖后立即初喷3～5cm厚混凝土；及时进行锚、网、喷系统支护；架设钢架，在钢架拱角以上 30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁角锚管，锁角锚管与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。
第2、3步，左右中台阶开挖：开挖高度为5.5米；开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过2m；左、右侧台阶错开4~5m；开挖后立即初喷3～5cm厚混凝土；及时进行锚、网、喷系统支护；接长钢架，在钢架拱角以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁角锚管，锁角锚管与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。
第3、4步，隧底开挖：开挖至设计仰拱标高；开挖循环进尺为3~4m；左、右侧台阶错开3~4m；开挖后及时施做仰拱初期支护，完成另个隧底开挖、支护循环后，及时施做仰拱，仰拱分段长度为6m。
3.2施工要点说明
（1）超前支护
施工上台阶开挖前，先进行超前支护，超前支护采用Ф108大管棚和Ф42注浆小导管。
小导管采用Φ42热轧钢管，每环42根，环向间距0.4m，施工外插角3°～5°。导管长3.5m，纵向搭接长度不小于1m。结构件在加工厂提前制作，前端做成尖锥形，除尾部30～50cm不布眼作为止浆段外，其余均在管壁上每隔15cm交错钻眼，眼孔直径8mm，注浆工艺及钢花管结构见下图。
注浆工艺流程图
水泥
水
搅拌机
水泥浆池
注浆泵
高压阀
孔口阀
止浆塞
注浆管
注浆孔
15cm

φ42无缝钢管

钢花管示意图

注浆材料采用水泥浆或水泥－水玻璃双浆液，水泥浆液水灰比1：1（重量比），水泥水玻璃体积比1：0.8，注浆压力0.4～0.6MPa。
钻孔注浆采用注浆机施工，采用凿岩机钻孔，钻头采用Φ50大钻头
将小导管插入钻孔内，外露35cm，小导管尾部应穿过钢架与钢架焊接，与钢拱架共同组成支护体系。
长管棚采用Φ108热扎无缝钢管，每环41根，外插角≯12°；注浆采用水泥浆液或水泥砂浆。长管棚施工工作面钻孔采用两台电动钻机，采用注浆泵灌注。
施工时运用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，保证钻孔方向准确。为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节钢管采用3m长钢管，编号为偶数的第一节钢管采用6m长钢管，以后每节均采用6m长钢管，避免钢管接头在同一断面。注浆压力达到设计终压并继续注浆10min以上方可结束注浆。施工程序见长管棚施工流程框图见下图。

长管棚施工流程框图
顶驱双作用冲击回转
钻机退回原位
套管内注水清洗
分节装入钢花管
接长钻杆及套管
一节钻孔结束
继续钻进
开挖周边放样布孔
套拱施工
管棚钻机就位
安装内钻杆及套管
取出钻杆
取出套管
钻进结束

双液注浆
隧道开挖
钻至设计长度
达到注浆压力

作业平台搭设

下一根下一根管棚钻进

长管棚钢管采用Φ108热扎无缝钢管，管上钻注浆孔。注浆孔孔径10～16mm，孔间距为150～200mm，呈梅花型布置尾部留不钻孔的止浆段，止浆段长度为150cm。
（2）初期支护
掌子面放炮后，迅速进行初期支护，初期支护主要采用一下形式：型钢（格栅）支撑、系统锚杆、挂设钢筋网、施喷混凝土四种形式联合作用，其施工顺序见下图：
施工准备
掌子面放炮
初喷砼封闭
通风排烟找顶
测量放样
架立钢支撑
施作锚杆
复喷砼至设计厚度
出渣至下一循环
挂设钢筋网
围岩量测
信息反馈修改参数

初期支护施工流程图
①中空注浆锚杆
中空注浆锚杆采用风钻钻孔，将锚杆用风钻顶入。
用TBW系列注浆泵压注水泥砂浆。上仰孔设止浆塞和排气管。
②砂浆锚杆施工
锚杆材料的品种应符合设计要求，并应进行以下检验：
外观质量检验：杆体直径要均匀、一致，无严重锈蚀、弯折。
抗拉强度试验应满足工程要求。
加工后的锚杆的杆体尺寸应符合设计要求，车丝部分无偏心。
锚杆使用前，应在现场进行工艺、力学试验。
锚杆预先在洞外按设计要求加工制作，施工时锚杆钻孔位置及孔深必须精确。锚杆要除去油污、铁锈和杂质。用高压风清除孔内岩屑，用注浆泵将水泥砂浆注入孔内，然后将加工好的杆体插入孔内，并将锚杆与钢筋网焊结为整体。上仰孔若采用注浆器压注锚固砂浆时应设止浆塞和排气管。待孔内砂浆终凝后按规范要求抽样进行锚杆抗拔试验。
宜采用中细砂，粒径不大于3毫米，使用前应过筛；砂浆配合比：水泥比砂为1：1～1：２（重量比），水灰比宜为0.３８～0.４5。
砂浆锚杆施工工艺流程为：钻孔→清孔→注浆→插入杆体
③型钢钢架
工字钢架采用冷弯机冷弯加工，在洞外按设计加工成型。洞内安装在初喷砼之后进行，与定位筋焊接。
测量定位：按设计位置现场测量定位。首先测定出隧道中线，确定高程，然后再测定钢架的纵向位置；钢架平面必须与隧道中线垂直。
现场准备：运至现场的单元钢架分单元堆码，安设前进行断面尺寸检查，及时处理欠挖侵入净空部分，保证钢架正确安设，安设拱脚前，清除垫板下的松碴，将钢架置于原状岩石上，在软弱地段，采用拱脚下垫钢板或槽钢的方法。
钢架安设：在初喷混凝土后进行，置于稳固地层上，超挖部分用混凝土回填。安装时备好风镐，随时剔除个别突出部位，保证钢架就位准确，受力可靠。
钢架与封闭混凝土之间紧贴，在安设过程中，当钢架与初喷混凝土面之间有较大间隙时安设垫块楔紧，垫块数量不少于10个，两排钢架间沿周边每隔1m用φ22纵向钢筋联接，形成纵向连接系。拱脚高度不够时设置钢板调整，拱脚高度低于上半断面底线以下10cm。
钢架各单元之间用螺栓联接，钢架纵向间距符合设计，误差±100mm。除纵向用钢筋连接外，与外露的锚杆头亦焊接牢固。背部用混凝土垫块塞紧。
钢架落底接长根据围岩条件沿隧道两侧交错进行。
钢架安装后，即挂网、分层复喷混凝土，先喷钢架处，然后喷钢架之间的砼，直至喷够设计厚度，将钢架完全覆盖。现场可用肉眼观察和锤击法进行检查。
④钢筋网
钢筋网在锚杆施作后安设，钢筋类型及网格间距按设计要求施作。钢筋网随被支护岩体的实际起伏状铺设，并在初喷混凝土后进行，与被支护岩面间隙约3cm，钢筋网与钢筋网连接处、钢筋网与锚杆连接处点焊在一起，使钢筋网在喷射时不易晃动。钢筋网在加工厂加工成片，在洞内再焊接起来形成整体。
⑤喷射砼施工
A)喷射混凝土施工要点
配料拌合：按实验确定的配合比准确计量砂、石料、水泥、水、减水剂及防水剂投入拌合设备。搅拌时间应根据实验确定，且不小于2min。石料、砂、水泥、减水剂、防水剂、水的计量误差不得大于规范要求。
拌合料输送：拌合好的湿喷混凝土料，采用混凝土输送车送至湿喷机，在输送过程中要特别防止混凝土的离析。
基底表面处理和其它准备工作：在喷射混凝土之前，应对基底表面的粉尘等其它附着物进行彻底的清理。一般采用高压水冲洗，对于遇水易潮解、泥化的岩层采用高压风冲洗。及时埋设控制喷射厚度的标志。检查机具设备和风、水、电等管线，并试运转。对有滴水、淋水、出水点等处的受喷面采用凿槽、埋管等方法进行引导疏干处理。
B)喷射作业
(A)喷枪距离：喷枪到工作面的距离一般为1.5～2.0m，其最佳距离，根据现场实验确定。
(B)喷射角度：喷嘴应大致垂直于受喷面，并稍倾斜于喷附的砼面。
(C)工作压力：工作压力应根据湿喷机性能、水灰比、软管长度、围岩条件，由现场实验确定。
(D)速凝剂投放：速凝剂投放应保证计量准确，投放稳定。
C)喷射工艺
(A)一般地段：喷射作业应分段、分序、分层、由下而上，依此进行，如有较大凹洼时，应先填平，喷射时喷嘴要反复缓慢地作螺旋形转动，螺旋直径约为20～30cm，并遵循先墙后拱。分层喷射逐次加厚时后一层应在前一层终凝后进行。
(B)富水地段：对有涌水、渗水或潮湿的岩面喷射前应按不同情况进行处理：大股涌水宜采用注浆堵水后再喷射混凝土。小股水或裂隙渗漏水宜采用岩面注浆或导管引排后再喷射混凝土。大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，如添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性能。
(C)钢筋网喷射混凝土：钢筋网在初喷一层混凝土后铺挂；钢筋网应与锚杆或其它固定装置联结牢固；开始喷射时，应减少喷头至受喷面的距离，并调整喷射角度，钢筋保护层厚度不小于4cm；喷射中加有脱落的岩块或混凝土被网住时应及时清除后再喷射。
（3）仰拱及填充超前施作
下台阶开挖支护后，采用仰拱作业桥进行仰拱及填充混凝土的施工。
（4）二次衬砌
拱墙衬砌砼采用液压模板衬砌台车全断面浇筑成形，采用砼输送车及混凝土输送泵运送砼，插入式振动器捣固，附着式振动器配合。超挖回填采用同级配砼，衬砌砼每一板长12m。
砼浇筑时对称分层浇筑，两侧高差控制在0.5m以内。纵向工作缝竖直，相邻段浇筑时，先对已浇砼端头凿毛冲洗干净后再浇筑砼。砼浇筑必须连续施工，当间歇时间大于1.5小时，必须作停工处理，并留置施工缝。所有施工缝、变形缝均按设计安置止水带、止水条作防水处理。
液压模板台车应准确对位，支撑牢固，保证刚度，浇筑中不变形，不走移。拆模时，混凝土强度不小于8MPa。落模后及时养护，养护时间不少于14天。
（5）围岩量测及信息反馈
严格按照围岩监控量测方案要求进行围岩变形观测，拱顶下沉及周边收敛的量测，及时进行数据处理分析。反馈指导施工，为支护参数调整和衬砌时机提供依据。
3.3注意事项
（1）施工中一定要注意采用弱爆破、紧支护的原则，每循环进尺控制在1.5m以内。
（2）对局部极软弱部位要加强支护，尽量减少对围岩的扰动。
（3）钢支撑一定要坐落在基岩上，由于是分部开挖，特别注意上下台阶钢支撑的连接。
（4）下台阶距离衬砌端头不宜过长，一般控制在40m左右。
4、 机械设备
单口施工机械配置一览表
编号
设备名称
规格型号
单位
数量
备注
1
凿岩机
YT-28
台
30

2
电动空压机
20m3/min
台
4

3
风镐
G10
台
6

4
管棚钻机
PG-115
台
2

5
湿喷机
TK961
台
4

6
挖掘机
CAT320
台
2

7
装载机
ZLC50C
台
2
侧斜式
8
通风机
SDDY-Ⅱ12.5
台
1
轴流式
9
作业台车

台
2
自制
10
仰拱栈桥
L=12
台
1
自制
11
砼拌合站
HLS120
台
1

12
衬砌台车
液压12m
台
1

13
砼输送泵
HBT60C
台
2

14
砼罐车
AH5253GJB
台
4

15
自卸汽车
20T
台
8

16
变压器
630KVA
台
1

17
变压器
350KVA
台
1

18
地质钻机
XU-300-2A
台
2

19
柴油发电机
250KW
台
1

20
注浆泵
KBY-50/70
台
2

21
灰浆搅拌机
TBW50/15
台
2

22
砼振捣器
HZ6×70
台
20

5、 劳动力安排
劳动力安排一览表
编号
工种
人数
备注
1
风钻工
25

2
支护工
15

3
运转工
6

4
炮工
4

5
司机
12

6
电工
2

7
起重工
2

8
电焊工
8

9
修理工
4

10
模板工
15

11
钢筋工
16

12
砼工
10

13
水泵工
4

14
普工
20

15
测量工
4

16
质检员
4

17
试验员
4

18
技术员
4

19
管理员
4

合计

165

6、 循环用时
每循环用时计算表
序 号
项 目
工程量
耗时
备注
1
测量
1
1
加施工前准备
2
开挖
76m3
3
加通风
3
出碴
76m3
2.5
加排险
4
初喷砼
1.2延米
1.5

5
钢架安装
2榀
1.5
加超前
6
锚网及超前
1.2延米
4

7
复喷砼
1.2延米
3

合计

16.5

说明：以上统计根据上台阶开挖以每循环1.2m计算；中、下台阶施工时间为上台施工间隙，穿插施工，不单独计时。
7、 施工安全措施
（1）加强全员安全意识教育，认真执行安全施工规范与安全操作规则。
（2）所有机械操作人员及爆破工必须经过专业培训持证上岗。
（3）加强对火工品的管理，坚持用多少发多少，用不完的立即交回。
（4）定期不定期的进行安全大检查，查出隐患及时消除，各项指标与安全挂钩，并确立安全一票否决制。
（5）加强对机械设备维修保养，杜绝机械事故隐患。
8、 质量要求
（1）首先制定明确的质量目标及建立相应的质量保证体系。
（2）层层鉴定质量包保责任制，从原材料基础工序开始抓好质量工作。
（3）成立质量检查小组，严格质检程序，奖罚分明，坚持实行三检制。
（4）加强围岩量测工作，及时反馈信息，指导工程施工，杜绝质量后遗症。