超前大管棚施工方案.doc

中铁十四局集团三公司黄祁高速公路路基工程HQ-09合同段—祁门隧道超前大管棚施工方案

祁门隧道超前大管棚施工方案
第一章 编制依据
1 黄山至祁门高速公路路基工程项目第HQ-09合同段两阶段施工图。
2 JTJ042-94公路隧道施工技术规范。
3 JTG F80/1-2004 公路工程质量检验评定标准。
4 黄山至祁门高速公路路基工程项目第HQ-09合同段合同文件专用本。
5 HQ-09合同段现场调查及踏勘情况。
6 我单位施工类似工程积累的技术和管理经验。
7 中铁十四局集团有限公司通过质量体系认证中心认定ISO9001：2000《质量手册》和《程序文件》。
8 适用的法律法规、行业现行标准及规范。
第二章 编制范围
本施工方案适用祁门隧道K54+808～K54+838、K54+940～K54+980段V级围岩浅埋洞口段，采用直径Ф108mm厚度8mm无缝钢管，丝扣连接。钢管设置于二衬轮廓外侧拱部环形布置，进行注浆预支护，钻孔长度为进口（屯溪端）30m，出口（景德镇端）40m。
第三章 工程概况
3.1工程简介
祁门隧道位于祁门县境内，牌楼坞水库西北部的山体上，本隧道设计为连拱（岩质）隧道，屯溪端桩号为K54+795.0，设计高程为155.412；景德镇端桩号为K54+985.0，设计高程为153.845，隧道全长190m最大埋深为45m。隧道纵坡为单向坡，坡率为0.35%、-2.0%，平面上呈圆曲线形展布，平曲线半径R=1000m，总体走向屯溪端为295°，景德镇端为284°。隧道设计净宽×高为：2×（10.25×5.0）m。
3.2地形地貌
隧址区位于硬质浅变岩低山丘陵构造剥蚀区，具低山沟谷微地貌特征，地面标高153.54～199.96。两端洞口位于两侧山谷与山脊的背部连接处，山体自然坡度30～40°左右。隧道屯溪端频临牌楼坞水库，常年蓄水。
3.3地质岩性
隧址区出露的地层自上而下为：
①第四系全新统残坡积(Q4el+d1):灰黄色亚粘土、碎石，硬塑，土质不均，亚粘土中碎石含量30～45%，棱角一次棱角状，粒径1—3cm,成分主要为板岩。多分布于隧址区坡面及谷地低洼处。
②元古界纪木坑组（Ptm）:岩性为灰色～灰黑色板岩，变余泥质结构，缓坡面风化深度较大。
3.4 水文地质
隧址区地表水主要为楼牌坞水库，环绕隧道屯溪端所在的山体低洼处条形展布，水深3～5m，水面标高133.30米，库容约3～5万立方米。屯溪端支沟为无地表水流干沟，仅在雨季有间歇性水流，流量较小，水质良好。
隧址区地下水主要为基岩裂隙水，水位、水量受大气降水影响而变化，强风化带中风化裂隙发育，但多为泥质充填，弱风化带裂隙节理多为闭合状，富水性较差，因隧道两端洞口设计标高均高于侵蚀基准面，故基岩裂隙水不发育。
3.5地质构造与地震
隧址区构造简单，仅在屯溪端洞门400米以外见F3-4断层通过，为早期断层，构造带中角砾岩已重新胶结，未见构造叠加、复活，对隧道围岩无明显影响。岩层产状为50°∠38°。全～强风化层完整性指标差，RQD值＜15%；弱风化岩层体完整性较好，RQD=60～70%。据区域地震资料，隧址区地震基本烈度小于Ⅵ度，地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35S。
3.6不良地质
隧址区未发现滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象及特殊性岩土，工程地质条件较佳，但因两端洞口段坡面全风化层较厚（14.6—21.8m），其风化形成的松散层在隧址区比较突出，对隧道洞门开挖会造成明显影响，易产生工程滑塌。
隧址区虽未发现明显的不良地质现象及特殊性岩土，但据地质露头观察，隧址区分布的木坑组（Ptm）板岩多为中薄～中厚层状风化岩层，节理裂隙较为发育，呈微张～闭合型，局部夹泥质或砂质软弱夹层，丰水期受地表水及地下水径流的影响，在外力作用下易造成岩体层面间的滑移或不规则错动，在设计与施工过程中应引起重视。
3.7主要工程数量

主要工程数量表
施工里程
项目
名称
单位
数量
备注
K54+808～K54+838
套拱
C25混凝土
M3
67.32

φ133×4.5钢管
M
152
76个
Ⅰ18工字钢
kg

3320.50

管棚
钢管φ108×8
m
2511.3
76根/环
C20注浆浆液
M3
130.8
具体工程量按现场实际施工数量计
K54+940～K54+980
套拱
C25混凝土
M3
56.06

φ133×4.5钢管
M
146.0
73个
Ⅰ18工字钢
kg
2823.8

管棚
钢管φ108×8
m
3143.2
73根/环
C20注浆浆液
M3
160.8
具体工程量按现场实际施工数量计
K54+808～K54+838、K54+940～K54+980
导洞
喷C25混凝土
M3
6.62

Ⅰ16工字钢
kg
4190.4

第四章 施工准备
4.1施工用电
利用隧道施工所用的800KW供电系统，并备200KW发电机1台作为备用电源。
4.2施工用水
由高位水池利用隧道施工给水管路引入。
4.3工期安排
根据项目办的工期要求和工程的实际情况，超前大管棚施工工期为2009年11月16日～2009年12月30日。
4.4物资设备供应
4.4.1主要材料供应计划

序号
材料名称
型号
单位
数量
备注
1
水泥

t
450

2
C25混凝土

M3
123.38

3
喷C25混凝土

M3
6.62

4
Ⅰ18工字钢

kg
6144.3

5
Ⅰ16工字钢

kg
4190.4

6
φ133×4.5mm

m
296

7
φ108×8mm

m
5654.5

8
其他零星小材料

4.4.2主要工程设备使用计划
序号
名称
规格型号
数量（台套）
备注
1
砼湿喷机
ZSP8I
2

2
气动潜孔钻机
KSZ100
2

3
多功能作业台车
自制
1

4
单缸双液注浆泵
ZYB70/80D
2

5
发电机
200KW
1

6
水泥浆储存桶

1500L
2

7
其他浆液储蓄桶

2

8
Y型混合器

2

9
高压球阀
耐压22MPa
6

4.5劳动力配置
组建隧道注浆专业化施工班组，组长由项目副经理担任，根据边、仰坡导管注浆施工的需要，配置技术过硬、责任心强、专业分工明确的职工和技术人员，在注浆施工过程中，必须保证注浆施工班组的人员固定，不得随意调遣，施工班组劳动力配置见附表

序号
工序
每组人员
组数
总人数
1
钻孔
7
2
14
2
管棚加工制作
4
2
8
3
拌制水泥浆
4
2
8
4
拌制其他浆液
2
2
4
5
注浆
4
2
16
6
技术、试验人员
4
2
8
7
队长、其他
3
2
6
8
合计

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第五章 管棚施工方案

5.1超前长管棚施工
超前长管棚设置于K54+808～K54+838、K54+940～K54+980段V级围岩浅埋洞口段，采用直径Ф108mm厚度8mm无缝钢管，丝扣连接。钢管设置于二衬轮廓外侧，拱部环向布置。
施工工序为：开挖支护边仰坡→施工管棚操作平台→安装套拱拱架→安装管棚Ф133mm套管→C25套拱混凝土施工→管棚钻孔→制安Ф108mm钢管→管棚注浆。
只有在长管棚施作完成后才能开始进洞开挖。
5.2、套拱施工
1、套拱长度为2m；
2、套拱构造：套拱主要由4榀间距60cm正洞I18工字钢中导洞I16工字钢、钢架纵向Ф22连接筋、Ф133mm厚度4.5mm孔口套管、厚度65cmC25混凝土组成。
3、套拱施工注意事项
(1)处理好套拱基底，钢架必须落在牢固的基础上，承载力不小于300Kpa；每榀套拱钢架采用2根长3mФ42mm钢管锁脚；
(2)严格控制孔口套管安装质量:间距不得大于40cm、仰角控制在1～3°；
(3) 严格按照设计图纸加工钢架，钢架采用纵向间距1mФ22连接筋连接牢固；
5.3大管棚其它参数及施工注意事项
(1) 管棚间距为40cm；
(2) K54+808～K54+838段管棚根数76根，K54+940～K54+980段管棚根数73根；
(3) 钢管管身带φ12mm注浆孔，间距10cm梅花型布置，前端成尖锥状；
(4) 注浆浆液采用水泥砂浆，水灰比为0.5:1；
(5) 严格控制注浆压力，注浆压力为0.5～1Mpa；
(6) 管棚同一截面处接头数量不得大于总接头的50%，相邻接头至少错开1m。
见附图管棚布置图：

第六章 注浆设计

6.1注浆设计原则
6.1.1注浆目的和注浆方案的选定
6.1.1.1注浆目的
①通过注浆，在隧道开挖轮廓线外形成注浆加固圈，达到堵水和加固围岩的目的；
②通过注浆提高围岩自稳时间和强度，根据注浆效果指导下步开挖及支护措施。
6.1.1.2注浆段落
根据设计图纸要求,本次注浆设计注浆段落为祁门隧道K54+808～K54+838、K54+940～K54+980段V级围岩浅埋洞口段。
6.2.2注浆设计
6.2.2.1根据设计，K54+808～K54+838段管棚76根/环，K54+940～K54+980段73根/环。
钻孔注浆设计深度为30m/40m。
6.2.2.2注浆方式与分段长度长度确定
根据围岩情况，采用一次成孔式式注浆，钻孔长度30m/40m，注浆长度30m/40m。
6.2.2.3浆液材料选定
采用PO.425水泥注浆材料
6.2.2.4注浆量计算
注浆量估算公式为：
Q=Αn (1+β)
式中：Q—总注浆量，m3，
A—注浆范围围岩体积，m3
n—围岩空隙率，％（～30）
α—浆液填充系数（0.8）
β—注浆材料损失系数（5%）
设计中，n (1+β)统称填充率，按附表6.2.2选用

注浆参数表 　　表6.2.2
序号
参数名称
正洞
1
加固范围
K54+808～K54+838、K54+940～K54+980
2
注浆段长度
30m、40m
3
扩散半径(m)
1.0
4
注浆终压(MPa)
0.5～1.0Mpa
5
孔间距
40cm
6
岩层孔隙率
5～15%
7
浆液填充率
0.7-0.9
8
浆液损失率
10%
根据设计，注浆量为291.6m3
6.2.2.5注浆压力
根据设计资料，注浆终压控制在0.5～1.0MPa。
第七章 超前大管棚注浆施工

7.1超前大管棚注浆工艺流程
7.1.1超前大管棚注浆施工工艺流程见附图
补注浆效果评定定
满足设计要求
注浆设计
满足设计要求
超前大管棚注浆
钻 孔
注 浆
注浆效果评定
达到注浆效果
未达到注浆效果
超前补注浆
达到注浆效果
未达到注浆效果
开挖
注浆效果评定
补注浆
未达到注浆效果

7.2超前大管棚注浆施工准备
7.2.1掌子面处理
对掌子面采用10cm厚C20网喷混凝土进行封闭。
7.2.2超前大管棚加工
钢管在工地加工，材料为热轧无缝钢管，外径108mm，壁厚8mm，节长4～6m，两段间采用丝扣或者对焊连接，前端加工成尖锥形，管身钻注浆孔，孔径φ12mm，后端3m 为预留止浆段，不设注浆孔，注浆孔间距10cm，梅花型布置。
7.3钻孔施工
7.3.1测量布设
钻孔时严格按已施作孔口套管的间距、角度进行施工，按设计要求，孔口位置允许偏差±5cm，孔底位置应小于30cm。超前大管棚设计进口（屯溪端）76个，出口（景德镇端）73个注浆孔。
7.3.2设备就位
孔位布好之后，将钻机、空压机、注浆机、拌浆设备、备料车顺次摆放在工作位置，并检查设备运转情况，保证设备运行良好，设备就位后，接通各种供电供风管路。
7.3.3钻孔、安装导管
钻机准确定位后，将φ125冲击钻头安装在钻机前段，启动钻机开钻。开孔时本着“轻压、慢钻”原则，以防止孔位及钻进角度偏差。
钻进1m后再加压加速，待孔深达到30m/40m时，退出钻具，安装管棚导管，导管由φ108mm钢管制成，长度30m/40m，管身注浆孔梅花型布置，孔间水平间距10cm，前端成尖锥状。用钻机将导管强力推入孔内并用编织袋堵塞，以防止注浆前杂物掉入孔内。
7.4注浆施工
7.4.1注浆材料
注浆材料根据现场情况采用PO.425水泥注浆材料。
注浆材料配比如附表7.4.1

序号
名称
配比
凝结时间
1
PO.425水泥注浆材料
W:C=0.5:1～1:1
2h～5h
7.4.2注浆参数
注浆参数如附表7.4.2
序号
参数名称
正洞
1
加固范围
K54+808～K54+838、
K54+940～K54+980
2
扩散半径（m）
1.5
3
孔间距（m）
0.4
4
注浆深度（m）
30m/40m
5
注浆孔数量
149
6
注浆压力（MPa）
0.5～1.0
7
岩层孔隙率
5～15%
8
浆液填充率
0.7-0.9
9
浆液损失率
10%
现场注浆施工中，注浆参数应根据情况进行动态调整优化。
7.4.3注浆顺序
注浆顺序按由外到内，由下到上的发散――约束型进行，即先注下部孔，后注上部孔，注浆过程中，进行隔孔注浆，每次隔一序孔，然后逐步趋近，后序孔作为前期孔的检查孔。
7.4.4制浆
在搅拌机开动的情况下，加入定量清水，水量需计算准备，然后按配合比加入原材料，连续搅拌3min后可通过钢丝过滤后进入蓄浆桶中，在蓄浆桶中二次搅拌后，供注浆使用，制浆后必须保证在10min以内注入孔内，不能存浆过多，影响注浆效果。
7.4.5注浆
7.4.5.1压水试验
在正式注浆前用3MPa的压力压水检查，其目的是：检查管路是否连接正常，是否耐压，有无漏水现场，测定注浆压力损失情况，确定注浆终压，将岩层裂隙内的充填物挤压至注浆范围以外，增加注浆效果。
7.4.5.2注浆
首先根据压水试验情况及围岩的裂隙发育估算单孔注浆数量，然后开始用两台ZYB70/80D注浆泵联合注浆，注浆时，先用水灰比0.70的浆液试注，当注浆正常后采用1：1水灰比浆液注浆，注浆时要随时观察泵压及注浆数量，分析注浆是否正常，如单孔注浆量过大，仍达不到终压的要求，可暂停该孔注浆，过4～6h用钻机清孔后再继续注浆，注浆要作好充分准备，要紧张有序，忙而不乱。要严防堵管，影响注浆质量。
7.4.6注浆结束标准
7.4.6.1单孔结束标准
①注浆压力逐步升高至设计终压,并继续注浆10min以上;
②注浆结束时的进浆量小于5L/min。
7.4.6.2全段结束标准
①所用注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏浆现象；
②注浆后涌水量小于3m3/m.d；
③检查孔渗水量小于0.2L/m.min；
④检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满；
⑤浆液有效注入范围大于设计值。
7.4.7效果检查与补孔注浆
7.4.7.1效果检查
开挖前可根据预设检查孔的涌水情况，判定注浆效果，注浆效果好的地段，检查孔涌水量很小，经开挖后可观察到裂隙及空隙充填效果，几乎所用裂隙都充填有浆，开挖后掌子面比较干燥。
7.7.2补孔注浆
如果开挖后仍有渗水现象，堵水效果达不到要求时，采用局部径向注浆处理，使其达到堵水设计标准。
第八章 注意事项
8.1钻孔过程中，遇岩层破碎造成卡钻，应停止钻进，扫孔后再行钻进。
8.2注浆过程中，若压力突然升高，应停止注浆，待检查后，再行注浆。
8.3注浆过程中，注意观察止浆岩墙的变形情况，准备好加固措施。

第九章 监控量测
9.1加强洞口下沉、周边收敛及周边围岩检查观察，避免由于前方注浆导致支护开裂，从而造成隐患；
9.2注浆过程中加强对套拱变形的监控量测，并作好加固预案；

第十章 质量、安全保证措施
10.1若现场钻孔孔位因为客观条件限制不能满足设计要求，应进行移位并进行计算确定参数，必要时应进行补孔；钻孔过程中时刻观察前方地层变化，应做好防范措施，以避免突发性涌水涌泥冲出伤人。
10.2浆液搅拌应均匀，一般水泥搅拌时间为3～5分钟，但不得超过30分钟，未搅拌均匀或沉淀的浆液严禁使用。
10.3注浆过程中，时刻注意泵压和流量的变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间不上升，应查明原因，如工作面漏浆，可采取封堵措施。如跑浆可通过调换浆液、调整浆液配比，缩短浆液凝胶时间，进行大泵量、低压力注浆，必要时采用间歇注浆，以达到控域注浆目的。
10.4注浆过程中，应保持管路畅通，防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断。
10.5严格按注浆设计进行注浆，不得任意延长分段长度，必要时可进行复注浆，以确保注浆质量。
10.6严格进行注浆效果检查评定，符合要求时才能结束注浆作业。当未达到注浆结束标准时，应进行补孔注浆。
10.7注浆管路及连接件须采用耐高压装置，当压力上升时，要防止管路连接部位爆裂伤人。
10.8止浆塞要安装牢固，施工期间严禁人员站在其冲出方向，以防止浆塞伤人。
10.9注浆后隧道开挖应按“三快一抢”（快挖、快支、快封闭和抢时间）的原则进行。

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