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胡家坝隧道施工方案定稿

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( 四) 胡家坝隧道施工方案

1. 工程概况
胡家坝隧道( K21+960-K22+045) 全长85m, 为短隧道, 采用单一坡, 坡度为+2.102%。隧道区段构造单元属扬子板片的宁强断褶带, 区内断层发育, 地层强烈挤压。隧道穿越地层岩性为Ⅱ类灰绿色泥岩, 泥质结构、 薄层状构造, 层理极其发育, 遇水易软化, 岩石质量指标低, 岩石完整性差。区内地下水主要由大气降水补给, 降水量充沛。衬砌类型: 明洞采用全断面钢筋砼整体式衬砌; 暗洞采用锚喷复合式衬砌。主要工程量: 开挖石方22168m3、 喷射砼649m3、 30号砼衬砌3085m3。根据地型和工程特点采用进口单向进洞, 爆破开挖和机械开挖联合掘进, 计划于 元月正式开工, 10个月内完成主体工程, 12个月内完成场地恢复等工作。
2．施工准备
( 1) 进场后根据地质及设计资料, 核对图纸和补充调查, 制订主要施工方案、 支护手段、 衬砌方式及防排水措施, 编制实施性施工组织设计并报监理工程师审批。
( 2) 组织协调”三通一平”工作, 创造宽松的施工环境, 确保隧道如期开工。组织机械设备和仪器进场, 并对设备和仪器进行检修、 调试和校核。
( 3) 准备前期施工所需的材料, 并根据有关规定进行试验。在得到监理工程师的批准之后, 及时采购运至指定的堆料场。试验确定各类型号砼、 砂浆配合比, 其强度指标符合技术规范规定, 并报监理工程师审批。
( 4) 开工前, 进行线路平面控制导线点、 线路中线桩及标高控制水准基桩的复测, 并进行必要的加桩、 加固、 移设桩志及水准点。
( 5) 复测后在隧道洞口便于量测的地方设立进出口永久性控制桩, 并将其纳入平面控制网。在隧道进出口分别设立轴线标点及两个以上的后视桩标, 并分别设立三个水准点作为进洞依据, 并对隧道两端线控制点及水准点进行联测, 使其满足精度要求。
( 6) 洞内轴线采用导线控制, 直线段每10m, 曲线段每5m测设一个施工中线桩。掘进采用激光准直仪导向以确保掘进准确无误。
3. 洞口明洞工程施工措施
隧道进洞口处于浅埋地层段, 表层为页岩风化破碎浮土层, 下层岩体层理杂乱, 节理发育, 渗水性强。根据地质地形及双连拱特点, 为确保安全顺利进洞, 采用先支后挖的施工方法, 具体措施如下:
( 1) 设洞顶截水沟和洞口排水沟, 将地表水引到隧道施工区外, 以免影响洞口仰坡稳定。
( 2) 开挖洞口外拉槽( 分台阶开挖) 。
( 3) 按1:0.5-1:1刷仰坡及边坡。
( 4) 在洞口边坡和仰坡内打锚杆( 长4m) , 挂网喷5-10cm砼进行坡面防护。
( 5) 开挖仰坡坡脚至路面设计标高。
( 6) 架立两排钢支撑, 纵向用钢筋焊接成稳固的框架( 纵向筋间距为1米) 。
( 7) 沿钢支撑中部打入φ50*5( 长5m) 钢花管, 外插角50-70 , 间距20-40cm, 入岩深度4m, 外露1.0m, 管棚内压入水泥浆液进行地质改良。
3.洞身开挖及施工程序
本座隧道总的施工方案是: ”弱爆破、 小挠动、 短进尺、 强支护、 早封闭、 勤测量、 快衬砌。”
( 1) 开挖方法与施工顺序
第一步, 中导坑先行开挖并贯通( 见下页) ; 第二步, 现浇砼中隔墙; 第三步, 开挖两侧导坑; 第四步, 模筑砼边墙; 第五步, 相距20m(右洞在前)同步开挖两洞拱部; 第六步, 支护、 衬砌拱顶; 第七步, 开挖核心岩体; 第八步, 施作两洞仰拱。
( 2) 施工要点与措施
a.中导坑开挖
中导坑的设计开挖总高度近8m,开挖宽度4m, 呈竖椭圆断面, 在围岩条件极为不利的情况下, 一次开挖全高难度很大, 施工中先开挖上部6m部分, 视围岩条件, 灵活采用快硬水泥锚杆、 喷射砼, 钢拱架、 超前小导管注浆和大管棚等支护方法, 然后分段后退开挖底部剩余部分。
b.中隔墙浇注
中隔墙浇注亦可采用后退式分段施工, 与中导坑底部拉槽同步后退。根据中隔墙结构设计图, 每次在中导坑底部拉开一定长度的沟槽, 清理沟底使其满足设计要求, 然后立模板一定长度, 用砼输送泵送料, 振动棒振捣, 一次完成中隔墙全高浇注。
c.侧导坑开挖
两边侧导坑开挖的总高近7m, 宽度3m。也采用上、 下部两次开挖方法施工。上部高度5m, 下部拉槽深度2m.。拉槽采用后退式施工, 分段长度与边墙衬砌分段长度相应。由于隧道长度较小, 两侧导坑上部贯通后再后退拉槽。侧导坑的支护方法与中导坑的相同, 支护参数可灵活调整。
d. 侧导坑衬砌
分段拉槽、 清底后, 根据中隔墙的分段位置确定两侧边墙的分段位置。要求衬砌的施工循环缝在隧道纵向相重合, 之后立模板, 浇砼至横断面上的接茬位置。
e. 拱顶开挖
拱顶开挖是双连拱隧道施工的一个难点。为了防止两侧施工相互影响及中隔墙受严重偏压的影响, 两洞洞顶开挖拟保持20m的滞后距离, 两洞同步开挖。施工中除采用设计图上的支护手段外, 还可根据洞顶围岩条件, 采用2m*2m小断面导坑超前3m掘进方法, 其支护方式可为钢拱架, 从而最大限度地利用围岩自身的承载能力, 尽量缩短拱顶完整钢拱架的架设时间。
f. 拱顶衬砌
拱顶开挖、 支护一个衬砌段长后, 清理原有导坑内的岩渣, 铺设钢轨, 前移模板台车在拱顶待衬砌部位准确就位, 用砼输送泵向模板内浇注砼, 振捣并养护。
g. 核心岩体开挖
拱顶衬砌向前推进一定距离后, 先用松动爆破使核心岩体松动, 然后用正铲装载机和载重汽车装运岩渣, 逐段清除核心岩体。
h. 仰拱施作
隧道衬砌结束, 核心岩体清理完毕后, 用风镐等小型工具, 按设计要求修整隧道底部。摊铺砼, 用棒式和平板式振动器振捣, 洒水养护。
4.钻爆设计
根据设计图提供的水文、 地质资料, 结合工程特点, 进行控制爆破设计。在强风化和褶皱破碎带采用预裂爆破, 在其它段采用光面爆破, 在地下水丰富地段采用乳化抗水炸药和4#岩石抗水炸药。周边眼用φ20小直径药卷, 其余用φ32药卷, 并严格控制装药量和装药密度, 装药结构采用反向间隔装药。全部采用非电毫秒雷管、 导爆管起爆, 火雷管引爆。钻爆设计参数及炮眼布置图详见〈〈钻爆设计图〉〉。爆破施工的好坏直接关系着隧道质量, 为严格控制超欠挖, 本隧道拟采用以下措施来保证爆破质量和施工安全。
a.按照不同孔位, 将施工人员定点定位。
b.炮眼位置及数量严格按照光爆设计图施作, 特别是掏槽眼, 不得少于设计数量。
c.严格控制炮眼间距, 开孔位置误差不得大于5cm, 外插率不大于5cm/m,眼底不超出开挖轮廓线10cm, 最大不能超出15cm,方向平行, 严禁相互交错。
d.装药前, 所有炮孔必须用高压风吹净尘沫。
e.装药作业要定人、 定位、 定段别。不得乱装药, 多装药。
f.炮眼全部用炮泥堵塞, 堵塞长度不小于15cm。
g.严格按照设计的联结网络实施, 注意导爆管的连接方向和连接点的牢固性。
5. 装渣运输
本隧道采用自卸汽车运输出渣, 自卸汽车的数量可根据一次开挖量、 出渣运距等实际情况而定, 以满足装渣机不间断工作。中导坑、 边导坑用耙斗装岩机装渣; 拱顶渣体先用抓渣机将其挖至中隔墙和边墙两侧空处,然后用装渣机装渣; 核心土部分视围岩条件用装渣机或挖掘机装渣, 自卸汽车运渣至指定弃渣场。装运设备详见《本工程投入的主要施工机械表》。
6. 初期支护
为了有效控制开挖后围岩变形及其松散坍塌, 确保施工安全与高效, 本隧道拟采用锚喷支护、 钢管支护、 小导管与大管棚超前支护等几种支护方式:
(1)锚喷支护
锚喷支护是锚杆与喷射混凝土的联合支护, 工程上为了加强锚杆与喷射混凝土的协调受力与变形, 常见各种网片将二者更加紧密地联系起来。锚喷支护具有灵活、 及时、 密贴、 封闭等特点, 是本工程主要支护方式之一。
a.锚杆支护
本工程设计的系统锚杆为中空注浆锚杆( Φ22) , 这种锚杆是在自进式锚杆的基础上, 取消了自进钻头, 锚杆杆体为全螺纹无缝钢管, 并配有联接套、 铁垫板和止浆塞等而形成的一种新型锚杆。施工方法为先锚固, 后注浆。由于锚杆杆体内留有中心注浆孔, 从而使锚杆的砂浆注满度极高。另外, 这种锚杆可带铁垫板, 增加了锚杆对周边围岩的支承面积。施工时, 为了充分发挥中空注浆锚杆的优良性能, 将严格按照锚杆的设计参数和对注浆材料的要求操作。 　
b.喷射混凝土支护
喷射混凝土前, 根据设计要求进行配合比试验, 选择材料。施工中拟采用水泥裹砂半湿式喷射混凝土工艺, 其流程如下: ( 见下页)
c.挂网锚喷施工流程
在施工中锚杆、 喷射混凝土和挂网的施作顺序如下:

不合格
合格
开挖 净空检查 初喷砼 钻孔安装锚杆挂网

合格 不合格
合格
检测 复喷砼 检 测
不合格

d. 喷锚施工注意事项:
喷射砼材料采用机械拌合均匀, 方可使用。喷射顺序按分段、 分区、 分块的原则进行, 具体操作按由下而上, 先边墙后拱脚, 最后拱顶的顺序施作。钢筋网随岩面起伏铺设, 并与锚杆焊接。喷头喷射方向与岩面垂直或成不大于100的倾角, 喷头至岩面控制在0.8-1.2m, 以30cm为直径绕圈呈螺旋形均匀移动, 务必使钢筋网背后喷实。
( 2) 钢拱支撑
钢拱支撑具有刚度大, 易加工, 易安装等特点, 并可同锚杆焊接形成支护整体, 可大大提高支护强度, 钢拱架施工流程如下:
a.施工准备: 按设计尺寸制作钢拱梁加工纵向联结钢筋, 培训作业人员。
b.安装: 钢拱架安装, 按设计的要求, 每40厘米安装一榀。纵向联接采用Ф25钢筋, 环向间距1米。开挖出碴完毕后, 首先喷射混凝土封闭围岩, 然后打锚杆, 安钢拱架。
c.整体联结: 钢拱架安装完毕位置正确后, 将其与小导管、 锚杆焊接成整体, 以增强其稳定性。
( 3) 小导管与大管棚施工
小导管与大管棚的选择可视地质和围岩条件进行选择, 在围岩破碎且地下水丰富地段采用小导管注浆, 在围岩压力来得大来得快且围岩变形和地表下沉较大地段采用管棚支护。其施工工艺如下:
钻孔定位

钻 孔

管体加工
植 管

制 浆
注 浆

与钢拱连接

施工注意事项如下:
a.小导管测量放样时在设计孔位作标记, 外插角为50—70 , 相互重叠部分不小于1米。
b.管棚孔径比管径大20mm-30mm, 环向间距0.3m-0.6m, 外插角10-20, 两组管棚的搭接长度不少与1.5m。
c. 钢管前段加工成尖锥状, 以利导向插入, 打一眼, 装一管, 由上而下顺序进行。
d. 长钢管分4m-6m的管节逐段接长, 连接头采用厚壁管箍, 上满丝扣, 丝扣长度不少于15cm, 钢管接头纵向错开。
e. 第一节管的前端管壁上交错钻10mm-15mm小孔, 以利排气和出浆。
f. 注浆顺序由下向上, 浆液由稀到稠, 水泥浆水灰比分三个等级, 为1.5:1﹑1:1﹑0.8:1,浆液加早强剂和减水剂。注浆压力到额定注浆压力时, 停几分钟待压力降到0.6mpa以下, 再继续注浆, 重复几次, 直到压力不再下降为止。注浆完毕立即堵孔, 防止浆液外流。
7.现场监控量测
监控量测是新奥法施工的一个重要环节, 经过对围岩监控量测得到的反馈信息能够修正支护参数, 从而使支护变得更科学、 更安全。具体的做法是:
( 1) 成立监控量测小组专职负责量测计划的制定和实施。
( 2) 根据《公路隧道施工规范》中的具体规定设点和按规定频率进行测量。
( 3) 根据测量数据及时绘制曲线图( 即位移随时间变化曲线, 应力随时间变化曲线) 然后对数据进行回归分析。
( 4) 由回归方程推算最终位移值, 以确定掘进工作面与初期支护的距离, 时间以及模筑砼施作时间, 使整个过程的围岩和支护、 衬砌结构的力学状态处于严密的监控之下。
另外, 鉴于本隧道结构特殊, 开挖跨度大, 围岩岩性差等特点, 施工监测对该隧道的安全、 优质有特别重要的意义, 本工程在监测工作中拟用”光电隧道位移实时监测系统”。该系统以激光束为基准, 高灵敏度光电传感器固定在隧道周边上, 当隧道周边位移时, 传感器上的受光区域发生变化, 经数字电路分析处理, 可得每时每刻待测点的位移变化情况。使用该系统能及时了解隧道围岩的异常变化; 可根据位移---时间曲线判断围岩的稳定性; 配合有限元反分析可初步了解围岩内的应力分布以及支护结构的受力。
8．隧道防排水
双连拱隧道的防排水是隧道设计与施工尚未解决的一项难题。特别在中 隔墙的上部, 防水层接茬多, 且防水层易受后续工序施工的影响而破损; 排水系统在局部构造上也较为复杂。加之隧道总体开挖断面大, 隧道浅埋且围岩条件差, 采用分部开挖和衬砌, 使衬砌的施工缝墙多, 从而导致衬砌的整体防水性能降低。针对该双连拱隧道的工程特点和设计要求, 施工中拟采用以下施工方法与施工措施:
(1) 对喷射砼表面进行抹光处理, 防水层铺设前, 先将表面的金属突出物割除, 再用喷射砼填平凹坑, 最后喷射薄层砂浆并用抹子抹光, 最大限度地降低防水层铺设基面的粗糙度, 从而为防水层在长期服务过程中免遭损伤创造条件。
(2)采用双缝焊接免钉穿防水层铺设工艺。
胡家坝隧道的防水层由垫层TDT450土工布和防水板( 卷材) LDPE构成。施工中将采用最新的防水层铺设工艺, 即在工厂先将土工布和防水板进行点复合, 然后在复合点粘结土工布吊带; 施工时, 先用塑料垫片下压吊带, 然后用射钉或胀管螺丝固定塑料垫片, 从而完成防水层的铺设。这种工艺的优点, 一是防水层本身免受钉穿破损, 二是土工布与防水板采用点复合, 使土工布与防水板之间有能够相对滑移的界限面, 以及土工布有较防水板更大的松铺系数。LDPE防水板在熔融状态下无毒, 施工中防水板的幅间拼接可采用双缝焊接工艺, 即借助专用双缝焊接机, 在两幅卷材的接茬处形成两条热熔焊缝。双焊缝既为焊接质量提供了双重保险又为防水板焊接质量的工间检测创造了条件。工间检测的具体方法是向两焊缝间的空腔内充气加压, 经过数分钟后, 若压力不变, 则焊缝质量良好, 否则, 焊接存在问题。
(3)预埋衬砌平缝防水材料
由于采用先墙后拱分段衬砌, 就不可避免地在衬砌上出现多条水平和环向施工缝, 这些施工缝最终都成为隧道防水的薄弱环节, 因此施工时要高度重视施工缝的防水。对于环向施工缝, 一般施工图设计中会给出细部构造, 施工中将严格按照设计要求施工。对于水平施工缝, 施工时拟采用预埋防水材料的方法加强其防水性能。具体作法是, 在浇注中隔墙与边墙衬砌砼的收尾阶段, 根据衬砌构造, 沿纵向在砼顶面预埋一定材质和造型的防水材料。后浇拱部砼之前, 先对预埋件周围进行认真清理, 然后浇注拱部砼。
( 4) ( 建议) 中隔墙上下设置排水管路
仅仅依靠防水层和衬砌砼实现中隔墙上部的彻底防渗防漏是相当困难的。在隧道横断面的中部, 也宜设置完整的排水体系。具体作法见中隔墙排水体系示意图。即: 把围岩中的渗水经过导水管1和防水层2汇入顶部纵向排水管3, 在衬砌接缝( 伸缩缝或施工缝) 处流入垂直排水管4, 再经横向排水管5流入底部纵向排水管6, 最后由纵向排水管6排出隧道。

9．二次衬砌
二次衬砌主要起安全储备和美化洞身的作用。二次衬砌的施作应在满足以下条件的情况下进行:
a.隧道周边位移速度有明显减缓趋势。
b.水平收敛( 拱脚附近) 速度小于0.2 mm/d, 或拱顶位移速率小于0.15mm/d。
c、 已达到总收敛量的80%以上。
10. 辅助作业
( 1) 通风防尘
采用压入式通风, 每一工作面安装一处, 设备为天津88-1轴流通风机, 柔性风管。由专人管理及作业。防尘采用湿式凿岩, 钻眼时用高压水冲洗孔眼, 润湿粉尘, 水压不小于3kg/cm2,水量不小于3kg/min。作业人员戴防尘口罩, 搞好个人防护。
( 2) 施工给水
在隧道所穿越的山顶设一个100m3的蓄水池, 安装抽水机将玉带河的水提到蓄水池, 给水管道主管用Ф100钢管, 支管用Ф50钢管。水池修建及水管铺设保证质量, 确保不漏。
( 3) 动力及照明用电
根据现场考察情况, 本隧道利用地方电网供电, 采用三相四线进洞。
11.进度安排
接到中标通知书后, 立即组织人员和设备进场, 采用平行作业, 在隧道量测数据符合要求且衬砌和开挖拉开一段距离后平行作业。根据工期和业主的要求科学组织、 精心施工, 保证自开工之日起10个月内完成隧道主体工程, 12个月内实现竣工。详见《隧道施工进度按排》。
12.本隧道所配施工人员详见《施工人员一览表》。