吕梁山隧道出口塌方处理施工方案.doc

太中银铁路ZK-IV标段吕梁山隧道项目

出口段坍塌处理方案

中铁三局太中银吕梁山隧道项目经理部
2007年12月10日

吕梁山隧道出口塌方处理施工方案
一、塌方概况：
1、塌方段基本情况：
2007年12月7日下午3:00，吕梁山隧道出口右线YDK130＋145～159段发生塌方。详见“吕梁山出口12.7塌方示意图”。

本段施工的初期支护参数为：初期支护由喷混凝土、锚杆、格栅组成。拱墙、仰拱喷射混凝土；拱墙喷层厚25cm，仰拱喷层厚12cm，锚杆拱墙布置，环、纵向间距为1.0×0.8米，梅花形布置，锚杆长3.5m，格栅拱墙布置，间距0.8m/榀，钢筋网拱墙布置，采用Φ８钢筋，网格间距20×20cm。
2、塌方段地质及水文情况：
该段水文地质情况：该段处于第四系孔隙潜水地段，第四系潜水地段主要赋存于沟谷或山坡、山梁上第四松散堆积物中，沟谷中有小股泉水涌出，并有居民生活用井。隧道洞身第四系孔隙潜水主要分布在DK138+880~DK139+200、右DK138+000~右DK139+230，对隧道施工将造成较大影响。第四系孔隙潜水水量受季节影响较大，雨季水量较大，干旱季节水量较小。
二、塌方处理方案：
1、处理原则：
稳固既有坍塌面，快速处理封闭。
安全：处理过程中安全可靠，做到万无一失；
快速：避免该洞段形成经水浸泡的大破碎段，将来难以施工；
保质：保证质量，不得留任何后患；
2、总体方案：
本次坍塌事故处理总体方案考虑先施工隧道内坍塌体，防止塌方体的扩大，对出口方向初支开裂处采用加对口撑处理，将坍塌体两侧衬砌紧跟至坍塌体坡角，进口方向二衬施工利用横通道进行，坍塌体采用Ф108大管棚进行拱部超前加固，Ф42无缝钢管超前注浆加固，I20型钢钢架，间距0.6m，纵向Ф22mm连接钢筋，Ф8钢筋网，网格间距20×20cm。处理过程中视坍塌体围岩状况考虑是否施工拱部临时仰拱或第三台阶临时横撑。

3、施工工序：

4、施工步骤：
详见（吕梁山隧道出口段坍塌处理施工步骤图一、二、三）
各步骤工期安排：
清理现场、塌方体表层喷锚支护：2007-12-7～2007-12-11 （5d）
右线衬砌跟进（3环）：2007-12-10～2007-12-19 （10d）
右线塌方体附近初期支护加固：2007-12-12～2007-12-14 （3d）
管棚平台搭设：2007-12-20～2007-12-21 （2d）
管棚施工：2007-12-22～2008-1-25 （35d）
左线横通道开挖：2007-12-10～2007-12-14 （5d）
YDK139+115~+105落底、塌方体表层喷锚支护：
2007-12-15～2007-12-24 （10d）
YDK139+115~+105仰拱：2007-12-25～2007-12-30 （6d）
衬砌台架加工：2007-12-12～2007-12-21 （10d）
YDK139+115~+109衬砌：2007-12-31～2008-1-4 （5d）
YDK139+166~+130塌方体开挖：2008-1-26～2008-2-24 （30d）
YDK139+166~+130塌方体衬砌：2008-2-10～2008-3-10 （30d）
地表塌方体回填：2008-3-11～2008-3-30 （10d）
5、人员机械配备：
1）作业人员配置
开挖：每班10人，拱部1个班，中下部台阶、仰拱1个班。两班倒，共4个班；喷砼：每班10人，一个喷砼机5人，两班倒，共2个班；防水、钢筋班：每班15人，两班倒，共2个班，30人；衬砌班：每班15人。
2）机械设备配置
1、PC200挖掘机一台；
2、装载机一台，个别时间用于栈桥的移动；
3、地质钻机6台，进行大管棚作业；
4、自卸汽车3台，用于出碴；
5、湿喷机3台，其中一台备用；
6、喷砼运输车2台；
7、20m3空压机2台；
8、整体式衬砌台车一台；
9、拼装式衬砌台车一套；
10、注浆泵一套；
11、凿岩机4台；

三、坍塌体贯通：
主要考虑由出口向进口方向掘进，贯通面加固施工措施如下：
1、 拱部采用φ108超前大管棚进行超前支护，管棚长55米，环向间距30cm，拱部范围施作，边墙采用φ42超前小导管加固，小导管长5米，纵向间距4米，环向间距30cm。
2、施工过程中严格按设计规范进行施工，钢架间距80cm，连接筋与连接筋搭接，不得与上一榀钢架进行连接，搭接长度不小于20cm,焊缝饱满。
3、考虑最终穿越坍塌体时钢架下沉及收敛，拱架统一比设计放大50cm，以保证最终初支不侵入二衬净空。
4、拱部及二台阶采用整体槽钢连接，槽钢长80cm，槽钢与槽钢间采用Φ22钢筋连接牢固。且最终不拆除，以保证拱架的整体受力。为此要求钢拱架间距严格按80cm架立。（如下图）

5、若在监测下沉及收敛时发现有异常异常情况，及时在拱部台阶设置临时仰拱或在三台阶加设临时横撑，以保证拱架的整体稳定性。
贯通过程中，有许多不可见的未知因素，施工过程中要加强通道内的照明强度，注重对围岩地质的观察，特别应专人检查施工过程中掌子面变化情况，遇见异常情况应立即通知相关人员，加强监控量测与地面量测，及时掌握围岩变化情况，并对数据进行分析，遇异常情况立即采取措施。洞内应急抢险物资储备到位，如圆木、方木、木板、木楔、铁线、脚手架、铁锹、油锯或手电锯等等。
6、贯通施工步骤
超前支护→掌子面封闭→初支仰拱跟近→二衬仰拱跟近→衬砌施工至坍塌体坡角→拱部贯通→二台阶贯通→三台阶贯通→初支仰拱贯通→二衬仰拱贯通→二衬贯通
四、施工工艺：
1、大管棚施工工艺：
1）钻孔及安装
（1）利用脚手架搭设的工作平台，进行大管棚预支护施工。为保证大管棚位置、方向准确，技术室对每一根管棚的方向及角度进行控制。钻进后，钻杆逐渐增长，因自重增加产生下垂，故施工时大管棚外插角比设计值提高一定数值。
（2）钻孔采用地质钻机，用异形接头把钻杆与钢管连接起来，钢管前端安装钻头，不回收钻头，钢管随钻进随接长，直到设计长度，大管棚端头与钢架焊接成整体，保证接口处的稳定。
（3）大管棚采用φ108mm、壁厚8mm的热轧无缝钢管加工而成，每节长度L＝6m，管棚长55m。
（4）钻孔测斜采用特制精密水平陀螺仪检测偏斜，采取随测随调整。
3）管棚内外注浆
管棚钢筋笼安装好后，配制水泥浆液，进行注浆。管棚钢管在安装前预先钻成梅花形筛孔，形式如下图。管棚注浆从管棚底孔两侧向拱顶顺序压注。
4）长管棚施工有关注意事项：
（1）孔口位置在开挖轮廓外边缘，外插角不大于3°，钻孔最大下沉量控制在30～50cm以内。
（2）管棚钢管不侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不相撞，也不相交。
（3）钻孔过程中在开孔后2m处，孔深1/2处，终孔处三次进行斜度量测。如误差超限及时改进钻孔工艺进行纠偏，至终孔仍超限时，则封孔重钻。
（4）钢管与管箍丝扣拧紧上满，使各管节连成一体，受力后保证不脱开。
（5）管棚钢管安装后进行注浆，注浆压力为1.0～2.0MPa，并稳定15min，若注浆量超限，未达规定压力，仍继续注浆，并调整浆液，直至符合注浆质量标准，终止注浆，确保管棚与围岩固结紧密，增强其整体性。
2、超前小导管施工工艺：
1）小导管制作
小导管采用φ42mm的热轧无缝钢管制成，沿杆体钻孔，四周梅花型布置出浆孔，一端封闭并制成尖状，以便顺利插入已钻好的导管孔内，钻孔采用凿岩机施做，当围岩松软时，用锤击直接打入。
2）钻孔及小导管安设
用电钻开孔，开孔直径为42～60mm，并用吹管将砂石吹出。用带冲击的风钻将小导管顶入孔中，也可直接用锤击插入钢管。用塑胶泥（水玻璃拌合MC型超细水泥或R42.5水泥即可）封堵导管周围及孔口，工作面上的裂缝也同时封堵。
导管外露20cm，以便安装注浆管路。
3）注浆施工
注浆采用注浆泵施做，注浆口最高压力严格控制在0.8MPa以内，以防压裂工作面。
控制进浆速度，一般每根导管双液总进量控制在30L/min以内。
每根导管内注浆量由计算确定，若压力上升，流量减少，虽然注浆量未达到计算值，但孔口压力已达到0.8MPa也应结束注浆。
注浆材料采用水泥浆，在施工中，根据地质情况现场试验调整参数。
3、型钢架制安施工工艺
钢拱架在洞外按单元构件加工成型，洞内安装在初喷砼（5厘米厚）和挂网之后进行，人工配合汽车吊或卷扬机进行，并与定位锚杆和系筋焊牢。当监测发现变形过大过快时，先架设钢拱架，后挂网甚至后初喷。钢拱架间设纵向连接筋，环向间距1米，并以设计厚度喷砼填平。钢拱架架立时垂直于隧道中线，拱脚设架立钢板或用锁脚锚管固定在围岩上，当钢拱架和围岩之间间隙过大时设置垫块，喷砼充填密实。
现场制作加工：
钢拱架按要求预先在洞外加工厂加工成型。
放样按1：1大样控制尺寸并根据工艺要求预留焊接收缩量及切割的加工余量。型钢钢拱架采用冷弯法液压弯拱机成型；钢拱架采用胎模焊接。要求尺寸准确，弧形圆顺。钢拱架成型后进行试拼。
钢拱架架设工艺要求：
钢拱架平面垂直于隧道中线，在纵断面上倾斜度不大于20。
为保证钢拱架位置安设准确，隧道开挖时在钢拱架的各连接板处预留钢拱架连接板凹槽。初喷混凝土时，在凹槽处打入砼垫块，为架设钢拱架留出连接板（或槽钢）位置。
钢拱架与初喷层之间有较大间隙砼垫块回填并楔紧。
为增强钢拱架的整体稳定性，钢拱架间设φ25的纵向连杆。
为使钢拱架准确定位，架设前预先打设定位系筋。当钢拱架架设处有锚杆时尽量利用锚杆定位，与超前小导管尾部焊接在一起。
钢拱架架立后尽快喷砼作业。
五、安全质量措施：
1、各工序施工严格按工序步骤进行，不得随意冒进，若现场工序确需调整时，必须经过领导小组讨论同意方可进行。
2、施工过程中技术跟班作业，加强对洞内及地表的监控量测，及时收集数据，做好信息反馈，当出现异常时及时采取应急措施。
3、针对隧道防坍体处理时必须注意拱脚的排水，施工过程中下部若因水大而造成涌泥、涌水情况，停止坍塌体施工，先进行止水处理。
4、若开挖时坍塌体出现异常情况，及时疏散人员和转移施工机械，同时准备道木、方木、钢筋网片、型钢等用以加固、支撑的材料。待塌方趋向稳定时，及时用网片、方木等封堵塌方孔洞，然后喷浆封闭塌方面，最后打导管注浆填充、加固塌方地层，待坍塌体表层稳定后方可再各前开挖。
5、严格施工程序与施工工序，严禁超挖现象。在开挖、支护、喷浆等作业时，严格按照技术交底进行，严禁私自改动作业流程与作业内容，初喷拱架要垂直，钢拱架脚必须立于坚实的基础上，严禁拱架立于虚碴之上。边墙、仰拱要及时跟上，抑拱距撑子面应以不大于25米为宜，二衬不大于45米为宜。做到短开挖、强支护、快衬砌、勤检查、精测量的施工要点。
6、预防为主，配备抢险物质，专物专用，发生险情及时消除 。在进入洞内一定的深度或跟据掌子面的土质情况，及时的配备抢险物质，并设专人负责，专物专用，一切个人或班组不得以任何理由或借口对抢险物质挪作它用。
7、施工过 程中禁止偷工减料或减少施工程序，拱架间距应在允许误差范围内，锚杆及超前小导管长度尺寸应复合设计要求，注浆必须饱满。
8、开挖中严格按技术交底进行，禁止欠挖、过量超挖，在开挖中应采用上、中、下台阶法进行，两侧边墙各预留1.5米左右宽的土方，核心土与边墙应做成大斜坡，严禁采用拉沟等不利于施工安全的的作业方法。
9、贯彻落实点名交班制度，加大管理力度，加强安全教育，增强参战员工的安全意识与自我保护意识。去除麻痹大意思想，在每天工作之前，各工班组班长及工班负责人要对所在班组所施工的内容进行班前点名，对存在的安全隐患进行提醒、交待一些注意事项及预防措施，下班时执行交接班制度，向下一班负责人员交待下步作业内容、安全注意事项、存在的不安全隐患及处理的方法等，并一一做好记录。对发现的每一处安全隐患要坚决以予消除不留后患，安质人员要随时掌握各工作面的作业情况、地质情况，预计可能出现的安全隐患，及时清除。
六、抢险备用物质：
序号
物质名称
单位
数量
备注(mm)
1
工字钢
根
30～60
I20*8000
2
方木
立方
3 立方
100*100*8000
3
方木
立方
3立方
100*100*5000
4
木板
立方
5立方
50*500*5000
5
抽水泵
台
3
Ф300
6
钢管
根
20
Ф80*6000
7
钢管
根
100
Φ40*6000
8
挖挖掘机
台
2

9
装载机
台
2

10
自动翻斗车
台
3

11
扬镐 铁铲
把
各30
共60把