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1、雁門關隧道高地應力、軟巖大變形段施工方案一、工程概況雁門關隧道北起山陰縣廟家窯村西，南止于代縣太和嶺村北。起訖里程DK110+855DK124+940，全長14085 m，為全線重點控制性工程，設計為單洞雙線隧道，最大埋深約820m。我部承擔雁門關隧道進口段8145m正洞及1#斜井1445m、2#斜井2385m的施工任務。安排進口、1#斜井、2#斜井三個工區組織施工。進口與1#斜井正洞、1#斜井正洞與2#斜井正洞已貫通。二、 地質情況 DK118+645以后剩余段落位于高地應力軟弱圍巖大變形段，該地段通過古老變質巖地層和斷層破碎帶，節理裂隙發育，巖脈穿插，巖體蝕變，軟硬不均，地下水發育，隧道圍2、巖穩定性極差。三、初期支護、二次襯砌變形情況由于圍巖地質條件復雜，圍巖收斂變形量大。自2011年11月以來，多次發生擠壓性大變形，導致初期支護開裂、掉塊、變形、侵限，初期支護多次拆換，二次襯砌局部開裂、壓碎。工程進展十分緩慢。DK118+645+675段采用單層I25b型鋼鋼架支護（間距0.6m），初期支護開裂變形嚴重，采用I18工字鋼進行第二層鋼架加固后仍開裂變形嚴重，初期支護全部侵入二次襯砌凈空。進行雙層鋼架換拱處理，第一層鋼架采用I25b工字鋼架支護，間距60cm，第二層鋼架采用I18工字鋼架，噴射砼厚60cm。采用雙層鋼架換拱處理后，初期支護仍出現環、縱向裂縫，噴射砼開裂掉塊，為確保施3、工安全，掌子面停工，施做二次襯砌。DK118+675+702段采用雙層鋼架支護，第一層鋼架采用I25b工字鋼架支護，間距60cm，第二層鋼架采用I18工字鋼架，噴射砼厚60cm。采用雙層鋼架支護后，初期支護仍變形量大，DK118+682+692段初期支護侵入二次襯砌凈空進行換拱處理。DK118+692+702段采用雙層拱架支護，第一層鋼架采用I25b工字鋼架支護，間距60cm，第二層鋼架采用I18工字鋼架，噴射砼厚60cm，初期支護仍變形量大，該段初期支護已侵入二次襯砌凈空，目前掌子面停工。DK118+678.3+683段拱墻鋼筋混凝土襯砌開裂掉塊，襯砌鋼筋變形。四、施工方案DK118+6454、+702段通過古老變質巖地層和斷層破碎帶，節理裂隙發育，巖脈穿插，巖體蝕變，軟硬不均，加之地下水的影響，隧道圍巖穩定性極差。多次發生擠壓性大變形，導致初期支護開裂、掉塊、變形、侵限，初期支護多次拆換，二次襯砌局部開裂、壓碎。工程進展十分緩慢。2012年5月31日6月1日，準朔公司邀請國內地質、隧道專家，在太原召開了論證會，參加會議的有鐵道部工管中心、太原鐵路局及設計、施工、監理單位有關人員。與會專家進行了現場踏勘，聽取了施工、設計、監理單位關于雁門關隧道施工情況匯報，經過充分討論，與會專家及人員認為隧道圍巖為高地應力軟弱圍巖大變形地段，應按軟巖大變形進行設計。根據專家意見，高地應力、軟弱圍巖大5、變形地段采用以下施工方案： DK118+689+702段變形段初期支護采取換拱處理1、對DK118+689+702段回填石碴，回填至三臺階的中臺階。在臺階上采用200鋼管進行支撐。2、換拱采用雙層鋼架加強支護，初期支護采用H175型鋼鋼架，間距0.5m，全環布設, 第二層鋼架采用I20b工字鋼架，間距50cm。噴射砼采用C30網噴砼，噴射砼厚60cm。每層鋼架連接筋采用22雙層連接筋，鋼架連接處采用12槽鋼縱向連接，8雙層鋼筋網，間距2020cm。每榀鋼架打設N51自進式鎖腳錨桿20根，鎖腳錨桿長8米，下傾角不小于45度，注水泥-水玻璃漿液。3、對拱墻集中出水段采用徑向注漿加固圍巖，注漿鋼管采6、用425mm，采用水泥漿液。4、二次襯砌拱墻厚度60cm，仰拱厚度65cm，采用鋼筋砼襯砌，襯砌22主筋間距調整為15cm。 DK118+702以后段落1、掌子面開挖加大預留變形量，預留補強空間。2、必要時超前支護采用1086mm大管棚注漿加固圍巖，每次施作長15m。縱向搭接5 m。2.1 測量放樣，安裝導向管，導向管按環向間距每米3根與鋼架焊接牢固。掌子面用2m 長套拱(C25砼) 作為大管棚導向墻。在2m套拱內架立四榀I20b型鋼拱架，在鋼支撐上安裝1274mm,長2m的導向管，導向管方向與大管棚外插角一致。2.2 鉆孔前掌子面噴射砼封閉密實。為保證成孔質量，防止鄰孔鉆進時前面的成孔坍塌，7、鉆孔間隔進行。先鉆奇數孔，后鉆偶數孔，成孔直徑為140mm，以便順利安裝1086mm鋼花管。即采用大引導孔施工，最大程度上克服在頂管施工作業中送管難的情況發生。2.3 1086mm大管棚外插角為58，環向間距每米3根。施作時每段應交錯搭接3m，鋼管上按間距30cm梅花形鉆10mm的小孔。第一節鋼管頂端做成錐型，以便頂進。1086mm鋼管采用3.0m和6.0m兩種規格，奇數孔首根3.0m，偶數孔首根6.0m，其余的均為6.0m，以避免鋼管接頭在同一斷面上。鋼管采用套管聯接。2.4 施鉆時，臺車大臂必須頂緊在掌子面上，以防止過大顫動影響施鉆精度，鉆機開孔時的鉆速宜采用低速，鉆進20cm后轉入正常鉆8、速。第一節鉆桿鉆入巖層，尾部剩余2030cm時停止鉆進，人工用兩把管鉗卡緊鉆桿，鉆機低速反轉，脫開鉆桿。鉆機沿導軌復位，再裝入第二根鉆桿。2.5 引導孔的孔徑較管棚鋼管外徑大1520mm，孔深較管長長0.5米以上。2.6 清孔檢查鉆孔合格后，安裝鋼管，應每鉆完1孔便頂進1鋼管，鉆進中應經常采用測量儀量測鋼管鉆進的偏斜度，發現偏斜超過設計要求及時糾正。接長管件應滿足管棚受力的要求，相鄰管的接頭應前后錯開，避免接頭在同一個斷面受力。2.7 配備RPD-150履帶式全液壓工程鉆機。鉆孔前，平整場地，鉆機就位，使鉆桿與導向管保持同一角度。鉆機就位后，開啟四個液壓缸支撐點，下墊設木板，待準備就緒后開始司9、鉆。邊鉆孔，邊清孔。鉆孔長度15米。2.8 配制漿液 2.8.1 水泥漿的攪拌應在高速攪拌機內進行，嚴格按照施工配合比進行投料，在鋼管中注水泥水玻璃漿液，其配比為水泥:水玻璃=1:1，水泥漿水灰比1:1，水玻璃模數m=2.4，濃度Be=35，注漿時初壓0.51MPa，終壓2.0Mpa，注漿結束后用1:1水泥砂漿充填無縫鋼管，以增強鋼管強度和剛度。 2.8.2 攪拌水泥漿的投料順序：在放水的同時，將緩凝劑、外摻劑在水中按一定比例加入，攪拌溶解，再將需要的水泥倒入，攪拌23min。 2.8.3 漿液配比根據現場試驗確定。外摻劑的重量為水泥重量的5%-10%，緩凝劑的摻量占水泥重量的2%3%。 2.10、8.4 制備水泥漿或稀釋水玻璃時，嚴禁水泥塊或紙片進入漿液，放漿進入儲漿桶時要用濾網過濾，以防止堵塞注漿泵。 2.8.5 做好配置漿液的施工記錄，并且在注漿過程中要做好注漿記錄，為分析注漿效果提供依據。 2.8.6 配置好的漿液存放在由低速攪拌器的儲漿罐內，防止漿液由于存放時間稍長產生沉淀、離析等現象。2.9 注漿 2.9.1 安裝好有孔鋼花管、放入鋼筋籠后即對孔內注漿，漿液由ZJ-400高速制漿機拌制。2.9.2 采用注漿機將漿液注入管棚鋼花管內，初壓0.51.0MPa，終壓2MPPa，持壓15Min后停止注漿。注漿應滿足設計要求，一般為鉆孔圓柱體的1.5倍；若注漿量超限，未達到設計要求，應11、調整漿液濃度繼續注漿，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍空隙充填飽滿。管棚注漿順序原則上遵循著“先兩側后中間”、“跳孔注漿”、“由稀到濃”的原則。注漿施工由兩端管棚鋼管開始注漿，跳孔進行注漿施工，向隧道拱頂鋼管方向推進，開始時注漿的漿液濃度要低一些，逐漸加濃至設計濃度。這樣做法有利于注漿的漿液向拱頂方向擴散，而且促進漿液的致密程度，利于防滲的要求。孔號為偶數的管棚完成后，對這部分管棚進行注漿。大管棚注漿按固結管棚周圍有限范圍內的土石設計，漿液擴散半徑不小于0.5m，注漿采用分段注漿。3、在大管棚支護下開挖，開挖后及時初噴5cm厚砼封閉圍巖，再進行鋼架支護。4、初期支護采用I25b型鋼鋼架，間距0.6m12、，全環布設。噴射砼采用C25網噴砼，噴射砼厚32cm。鋼架連接鋼筋采用22連接筋，8鋼筋網，間距2020cm。每榀鋼架打設423.5mm鎖腳錨管16根，鎖腳錨管長4米，注水泥-水玻璃漿液。5、對拱墻集中出水段采用徑向注漿加固圍巖，注漿鋼管采用425mm，注水泥漿液。6、二次襯砌拱墻厚度60cm，仰拱厚度65cm，采用鋼筋砼襯砌，襯砌主筋間距加密。7、仰拱、二次襯砌緊跟，盡量縮短仰拱、二襯到掌子面步距。8、加強超前地質預報和圍巖量測，根據圍巖量測結果隨時調整支護參數。五、施工組織安排 管棚施工1、勞動力組織管棚施工由隧道專業架子隊進行施工，嚴格執行標準化管理模式，由隊長和技術負責人主要負責，下設13、技術員、質檢員、安全員、材料員、試驗員各負其責，組織生產。人員配備表工作類別人數備注作業面管理人員3現場協調掌子面技術人員6三班每班2人安全員2作業人員司鉆8一臺鉆機，二個工班。空壓機司機2二個工班。司泵6二個工班。輔助工26拆卸鉆桿4人/班，拌漿4人/班，其他5人/班連接、換孔4二個工班。機修工2二個工班。電工2二個工班。合計612、主要設備 鉆孔注漿主要機械配套見下表。機械設備配套表序號名稱型號數量（臺）備注1地質鉆機RPD-15022注漿泵ZJB/BP-5533攪拌桶24收斂計15水準儀1 洞身施工雁門關隧道2#斜井正洞大里程圍巖為高地應力軟弱圍巖大變形地段，按特殊地質施工，先施做15m14、超前大管棚，每循環10天，洞身按短臺階法施工，循環進尺0.5m，每循環時間480min，每天3.0循環，每天進尺1.5m，月進度30m。短臺階法循環時間計算見下圖。短臺階法施工循環時間計算圖工 序時間min循環時間（min）60120180240300360420480測量放樣30圍巖量測30超前支護60開挖、出渣90初期支護300說明：1、超前地質預報、超前支護為攤銷時間。2、各工作面拉開距離后平行作業，實行均衡生產。1、勞動力組織施工隊伍勞力安排及工班任務劃分序號工班名稱人數擔負主要任務備注1掘進工班30鑿巖臺架就位、鉆眼、裝藥、爆破等2支護工班40錨桿、注漿、鋼筋網、鋼架安設，噴射混凝土15、作業等4襯砌工班28防水層、鋼筋安裝、襯砌、附屬工程等5運輸隊20出碴、運輸、調度、維修、保養等6自動計量拌合站16砼拌合及小型構件預制7綜合保障隊8風、水、電及其設備維修、保養，道路養護8鋼構件加工隊8各種鋼構件加工及預制9小計1502、主要施工機械、設備配置主要施工機械、設備表序號設備名稱規格型號數 量備 注1風動鑿巖機YT-28202風 鎬G10253挖掘機小松24014裝載機WA470-315裝載機WA380-316北方奔馳自卸車2631K107濕噴機TK-50068砼攪拌站JS75019砼攪拌站JS1000210高壓注漿泵2TGZ60/210111注漿攪拌機LJ-300112注漿泵K16、BY30/120113錨桿注漿機NZ130A214雙液注漿泵KBY-50/70115仰拱棧橋10m116砼輸送泵HBT60.7.75ZA217砼輸送車HNJ5290GJB218裝載機ZLC40219冷彎機LM-22120鋼筋彎曲機WG-40121鋼筋切斷機QJ-40122電焊機BX2-500423電焊機BX2-300224自動爬行焊機ANEISTENCH-60225防水板熱風焊機TRIACS2 工期分析2#斜井正洞大里程剩余298m，按每月30m計算，需要時間：29830=10個月六、加快進度保證措施1、建立現場生產指揮中心，實施一級管理。以作業工班為管理單元，以施工工序為控制對象，在施工現場17、建立生產指揮中心，進行各工序的協調、工序循環時間和循環進度的控制及突發事件的處理，實行一元化一級管理制度。2、科學組織施工，運用網絡計劃技術，實行信息化施工管理。施工中加強地質超前預報和監控量測，建立收斂變形預警機制，實施信息化動態施工管理，及時處理施工中出現的各種問題，確保施工安全，提高掘進進度。3、采用大型機械化設備，提高機械化施工能力，設備配置滿足進度需要，提高工作效率，最大程度發揮機械化作業效能。4、優化工序銜接，“卡死”循環時間和循環進度。優化工序組合，實行平行作業。最大程度利用時間空間，平行均衡作業，達到縮短工序循環時間，總體進度平穩推進的目的。注重協調各工序間的矛盾和問題。隧道按多工序、多工種、多作業線立體交叉組織施工，及時解決各種矛盾。建立循環時間、循環進度的“卡死”制度。突出時間概念，制定獎罰機制，最大限度地調動人的主觀能動性，確保快速施工。5、隧道施工中運用綜合超前地質探測與預報手段，并將該項工作納入施工工序管理，將預測資料及時反饋到以施工和設計為主體的動態管理中，采取相應措施，防止地質災害引發重大事故，達到快速施工，確保施工安全質量。6、在軟弱圍巖段施工中，關鍵是以圍巖無支承狀態自穩時間、工序銜接時間和熟練操作人員的開挖時間來尋求最佳配置臨界時間，確定循環進尺，配置合理先進配套的施工機械設備，達到施工快速穩產。