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1、六盤山隧道高軟巖大變形段施工方案一、工程概況1、設(shè)計(jì)概況本擬建工程為青島至蘭州公路（寧夏境）東山坡至毛家溝段高速公路，是國家高速公路規(guī)劃網(wǎng)中18條橫線的第6條，是國家高速公路網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)和組成部分，本合同段為第4合同段，合同段起點(diǎn)里程K12+500，終點(diǎn)里程K18+601.7，合同段全長6.1017Km，施工內(nèi)容包括路基、橋梁、涵洞、隧道等施工內(nèi)容。本合同段重點(diǎn)工程為六盤山隧道工程出口段，隧道左線長3210m，右線長3260m。計(jì)劃施工工期33個(gè)月，計(jì)劃開工日期：2012年7月，計(jì)劃交工日期：2015年3月。缺陷責(zé)任期為自實(shí)際交工日期起24個(gè)月。2、地質(zhì)情況隧道洞身穿越白堊系下統(tǒng)李洼峽組泥質(zhì)粉2、砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及第三系漸新統(tǒng)清水營組磚紅色粉砂質(zhì)泥巖夾砂礫巖，結(jié)構(gòu)較完整，穩(wěn)定性相對較好，圍巖級別級。洞身軸部穿越米缸山大背斜及多個(gè)小型褶曲形成的褶皺帶，地形上表現(xiàn)為山體呈波狀起伏。施工時(shí)可見基巖裂隙滲水，多以滴流或線流形式出現(xiàn)，溝谷分布地段及褶皺構(gòu)造帶部位有發(fā)生突涌水的可能。巖體縱向節(jié)理裂隙較為發(fā)育，泥巖遇水易軟化、崩解，洞室開挖爆破拱部圍巖支護(hù)不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生局部掉塊、塌落，甚至?xí)霈F(xiàn)坍塌現(xiàn)象。隧道洞身深埋段高應(yīng)力集中，深部軟質(zhì)巖區(qū)有發(fā)生大變形的可能。3、大變形段判定指標(biāo)當(dāng)采用常規(guī)支護(hù)的隧道由于地應(yīng)力較高而使其初期支護(hù)發(fā)生程度不同的破壞且位移值與隧道當(dāng)量半徑之比大于3%時(shí)，認(rèn)為發(fā)生大變形。本3、項(xiàng)目六盤山隧道穿越地層巖性主要以中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖為主，巖石風(fēng)化不均，風(fēng)化層厚度變化大，且這些段落埋深較大，巖質(zhì)屬較硬較軟巖，加之區(qū)內(nèi)存在高地應(yīng)力現(xiàn)象，因此隧道深部軟質(zhì)巖（中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖）存在大變形的可能。大變形分級標(biāo)準(zhǔn)目前關(guān)于大變形國內(nèi)尚無統(tǒng)一分級標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)參照國內(nèi)專家對軟巖大變形的分級方案的研究成果進(jìn)行等級劃分。具體標(biāo)準(zhǔn)如下：a、 現(xiàn)場判定依據(jù)大變形等級之現(xiàn)場判定大變形分級Ua/a（%）雙車道公路隧道Ua/cm初期支護(hù)破壞現(xiàn)象輕度362035噴混凝土層龜裂，鋼架局部與噴層脫離中度6103560噴混凝土層嚴(yán)重開裂，掉塊，局部鋼架變形，錨桿墊板凹陷嚴(yán)重1060現(xiàn)象同上，但大面積發(fā)生，且產(chǎn)生4、錨桿拉斷及鋼架變形扭曲現(xiàn)象注：表中Ua為洞壁位移，a為隧道當(dāng)量半徑；表中變形及位移均在初期支護(hù)已施工的條件下產(chǎn)生，該支護(hù)系常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)。b、 理論判定依據(jù)大變形等級之理論判定項(xiàng)目原始地應(yīng)力判定結(jié)論P(yáng)01=4.67Rcm+2.52P0P0P01不發(fā)生大變形P01P0P02輕度大變形P02=5.74Rcm+4.48P02P0P03中度大變形P03=7.73Rcm+5.20P0P03嚴(yán)重大變形注：P0為平均地應(yīng)力（隧道橫斷面上最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力的平均值）；P01、P02、P03分別為研究成果的三條回歸曲線（此處對研究過程不作詳述），Rcm為巖體抗壓強(qiáng)度（采用圍巖內(nèi)摩擦角及粘聚力C按庫倫屈服公式推5、算），。c、六盤山隧道可能發(fā)生大變形段的巖石基本物理力學(xué)參數(shù)由于六盤山隧道巖性較為單一，洞身圍巖主要為中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，根據(jù)鉆孔ZK4、ZK5實(shí)測地應(yīng)力值，結(jié)合六盤山隧道地勘資料以及公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范，判定本隧道在施工過程可能發(fā)生大變形的段落以及大變形的等級。六盤山隧道大變形段巖石基本物理力學(xué)參數(shù)表項(xiàng)目 段落地層巖性最大主應(yīng)力最小主應(yīng)力PoCRcm大變形等級埋深表中帶“（1）”的為根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果，表中帶“（2）”的為根結(jié)合公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范圍巖C、值計(jì)算的結(jié)果。從以上兩種情況的計(jì)算結(jié)果分析，按實(shí)測值計(jì)算的結(jié)果表明隧道開挖過程中不會(huì)發(fā)生大變形，而按照規(guī)范計(jì)算的結(jié)果表明在埋深約500米或大于56、00米處，可能發(fā)生大變形段。由于發(fā)生大變形的因素很多，通過理論計(jì)算較難判定大變形的標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)階段更難以加以預(yù)判，本次設(shè)計(jì)考慮到地下工程的諸多不確定性，設(shè)計(jì)對部分段落進(jìn)行大變形預(yù)處理，本合同段左右線各計(jì)100米。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)階段的研究成果，除預(yù)判為可能發(fā)生大變形段以外施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測，通過“理論判定依據(jù)”并結(jié)合“現(xiàn)場判定依據(jù)”對隧道是否發(fā)生大變形作出及時(shí)、有效的判定，為隧道設(shè)計(jì)、施工提供實(shí)時(shí)的圍巖參數(shù)以及變化規(guī)律，確保施工的安全。3、施工方案大變形段襯砌支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)對隧址區(qū)地應(yīng)力及巖體強(qiáng)度的分析，并結(jié)合等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為本段大變形發(fā)生的等級為輕度大變形區(qū)，具體支護(hù)參數(shù)如下：項(xiàng) 目單位7、級大變形噴射混凝土C25混凝土cm24徑 向 錨 桿直 徑mm25長 度cm600（全斷面設(shè)置）錨桿布置cm10070鋼筋網(wǎng)直徑mm8鋼筋布置cm2525鋼 架工字鋼架型號I18縱 距cm70二襯混凝土C30鋼筋混凝土cm45仰拱混凝土二次C30鋼筋混凝土cm45超前支護(hù)類 型42超前注漿導(dǎo)管間 距cm40長 度m4.5適用條件洞壁位移顯著，持續(xù)時(shí)間長，洞底存在隆起段落軟弱圍巖段施工工藝流程如下圖1、首先應(yīng)先施做超前導(dǎo)管2、超前支護(hù)采用?42超前注漿導(dǎo)管支護(hù)，L-4.5m，環(huán)向間距40cm，-10，施工時(shí)可根據(jù)施工方法、施工機(jī)具適當(dāng)修正一次注漿深度和導(dǎo)管長度，超前小導(dǎo)管外插角10-20，搭接長8、度不小于1.00m；注漿材料為水泥凈漿液，水泥漿水灰比1:1，小導(dǎo)管注漿壓力為0.5-1.0MPa,必要時(shí)可在孔口處設(shè)置止?jié){塞，止?jié){塞應(yīng)能承受最大注漿壓力。注漿前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，以確定最終的注漿參數(shù)；施工時(shí)可在確保洞室穩(wěn)定和安全的情況下調(diào)整開挖方式,邊墻部可視坑道穩(wěn)定情況，適當(dāng)加設(shè)小導(dǎo)管注漿。2、開挖及初期支護(hù)軟弱圍巖大變形段開挖采用環(huán)向留核心土法，具體施工順序如下圖：上臺階留核心土開挖，掘進(jìn)長度宜控制住一米內(nèi)，隧道預(yù)留變形量按25cm考慮，隧道施工中應(yīng)根據(jù)圍巖監(jiān)控量測結(jié)果確定最終的施工開挖預(yù)留變形量開挖完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，初期支護(hù)采用I18工鋼拱架，縱向間距70cm，鋼筋網(wǎng)片采用?8鋼9、筋網(wǎng)片，網(wǎng)格尺寸為25cm*25cm,中空注漿錨桿長度為6m，縱環(huán)間距均為1m。鋼拱架設(shè)計(jì)未考慮預(yù)留變形量，施工時(shí)可根據(jù)開挖和具體施工方式調(diào)整鋼拱架半徑和每段長度；接點(diǎn)處經(jīng)螺栓拼接后，騎縫焊接牢固，焊接縫都應(yīng)焊接飽滿，不得有砂眼；兩榀鋼拱架之間的連接筋N2焊接在工字鋼翼緣內(nèi)側(cè)，除一 般情況下按圖布設(shè)外，可視拱架的穩(wěn)定情況加設(shè)交叉連接筋；鋼拱架與開挖輪廓間所有間隙必須噴混凝土充填密實(shí),先噴拱架與輪廓之間隙,再噴拱架周圍,然后再噴拱架之間；施工開挖后架立拱架的同時(shí)應(yīng)做好拱腳處理，必要時(shí)增設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管的設(shè)置根據(jù)實(shí)際情況確定，每榀拱架按4根42，長3.5m的小導(dǎo)管；鋼筋網(wǎng)全斷面布設(shè),錨桿布設(shè)按10、梅花形布置,并結(jié)合巖層產(chǎn)狀適當(dāng)調(diào)整錨桿位置和方向。支護(hù)設(shè)計(jì)如下圖所示初期支護(hù)結(jié)束后應(yīng)及時(shí)施做仰拱封閉成環(huán)，仰拱施工和二襯施工及時(shí)跟進(jìn)，縮小施工步距。4、施工重點(diǎn)施工嚴(yán)格遵循“管超前，嚴(yán)注漿，短進(jìn)尺，少擾動(dòng)，強(qiáng)支護(hù)，早封閉，勤量測，速反饋”的原則，愛護(hù)圍巖，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，動(dòng)態(tài)方案設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)施工。加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，提早預(yù)防。通過超前水平鉆孔、地應(yīng)力測試等超前預(yù)測預(yù)報(bào)手段建立大變形時(shí)空預(yù)測系統(tǒng)。采用TSP-203系統(tǒng)和地質(zhì)雷達(dá)地質(zhì)預(yù)報(bào)手段進(jìn)行長短距離相結(jié)合探測，配合超前地質(zhì)鉆孔，及時(shí)地質(zhì)情況，保證技術(shù)方案的針對性、合理性。加強(qiáng)超前預(yù)支護(hù)及初期支護(hù)。拱部鋼管棚注漿加固地層并超前支護(hù)，拱墻設(shè)系統(tǒng)長錨11、桿，錨桿采用加長中空注漿錨桿，必要時(shí)采用長預(yù)應(yīng)力徑向錨桿；掌子面正面噴射砼封閉，架設(shè)全環(huán)鋼架、掛網(wǎng)噴錨加強(qiáng)支護(hù)，采用錨、注、噴一體化圍巖加固支護(hù)系統(tǒng)，設(shè)底部橫撐或臨時(shí)仰拱，提高隧道抗擠壓，抗變形的強(qiáng)度。嚴(yán)格按超前及初期支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行施工。支護(hù)采用先柔后剛，先放后抗原則。為了使初期支護(hù)能適應(yīng)大變形的特點(diǎn)，上半斷面的噴射混凝土在縱向預(yù)留三道縱縫，每道縱縫寬度視大變形的變形量確定，采用可縮式U型剛架，同時(shí)將噴射混凝土分兩次進(jìn)行，待變形后再噴第二次。增大初期支護(hù)預(yù)留變形量。為了防止噴層變形后侵入二次襯砌的凈空，開挖時(shí)即加大預(yù)留變形量。(6)短進(jìn)尺，微震爆破開挖，防坍塌。開挖采用短臺階或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，短進(jìn)12、尺。拱部盡量不爆破或采用微震爆破，盡可能減少開挖對圍巖的擾動(dòng)。強(qiáng)支護(hù)，快封閉，仰拱緊跟對穩(wěn)定支護(hù)的作用很大，要保持仰拱、二次襯砌緊跟，盡量縮短仰拱、二襯到掌子面步距。(7)加強(qiáng)防水和襯砌，提高二次襯砌結(jié)構(gòu)剛度。采用加強(qiáng)復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu), 提高襯砌材料的強(qiáng)度和彈性模量，采用鋼纖維混凝土，增加受力鋼筋數(shù)量,保證結(jié)構(gòu)最終安全。在襯砌前，對巖面殘留水進(jìn)行處理，布設(shè)透水管盲溝，拱墻鋪設(shè)防水板，減少地下水對二次襯砌的壓力和侵蝕。襯砌采用整體臺車，泵送砼澆注，接頭縫嚴(yán)格鑿毛，加強(qiáng)振搗，襯砌砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)才能拆模。（8）、加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和圍巖量測，根據(jù)圍巖量測結(jié)果隨時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。五、施工組織安排（1）13、超前施工1、勞動(dòng)力組織超前施工由隧道掘進(jìn)隊(duì)進(jìn)行施工，嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化管理模式，由隊(duì)長和技術(shù)負(fù)責(zé)人主要負(fù)責(zé)，下設(shè)技術(shù)員、質(zhì)檢員、安全員、材料員、試驗(yàn)員各負(fù)其責(zé)，組織生產(chǎn)。人員配備表工作類別人數(shù)備注作業(yè)面管理人員3現(xiàn)場協(xié)調(diào)掌子面技術(shù)人員6三班每班2人安全員2作業(yè)人員司鉆8一臺鉆機(jī)，二個(gè)工班。空壓機(jī)司機(jī)2二個(gè)工班。司泵6二個(gè)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(gè)工班。機(jī)修工2二個(gè)工班。電工2二個(gè)工班。合計(jì)612、主要設(shè)備鉆孔注漿主要機(jī)械配套見下表。機(jī)械設(shè)備配套表序號名稱型號數(shù)量（臺）備注1地質(zhì)鉆機(jī)RPD-15022注漿泵ZJB/BP-5533攪拌桶24收斂計(jì)15水14、準(zhǔn)儀1（2）正洞施工 1、勞動(dòng)力組織施工隊(duì)伍勞力安排及工班任務(wù)劃分序號工班名稱人數(shù)擔(dān)負(fù)主要任務(wù)備注1掘進(jìn)工班30鑿巖臺架就位、鉆眼、裝藥、爆破等2支護(hù)工班40錨桿、注漿、鋼筋網(wǎng)、鋼架安設(shè)，噴射混凝土作業(yè)等4襯砌工班28防水層、鋼筋安裝、襯砌、附屬工程等5運(yùn)輸隊(duì)20出碴、運(yùn)輸、調(diào)度、維修、保養(yǎng)等6自動(dòng)計(jì)量拌合站16砼拌合及小型構(gòu)件預(yù)制7綜合保障隊(duì)8風(fēng)、水、電及其設(shè)備維修、保養(yǎng)，道路養(yǎng)護(hù)8鋼構(gòu)件加工隊(duì)8各種鋼構(gòu)件加工及預(yù)制9小計(jì)1502、主要施工機(jī)械、設(shè)備配置主要施工機(jī)械、設(shè)備表序號設(shè)備名稱規(guī)格型號數(shù) 量備 注1風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)YT-28202風(fēng) 鎬G10253挖掘機(jī)小松24014裝載機(jī)WA470-3115、5裝載機(jī)WA380-316北方奔馳自卸車2631K107濕噴機(jī)TK-50068砼攪拌站JS75019砼攪拌站JS1000210高壓注漿泵2TGZ60/210111注漿攪拌機(jī)LJ-300112注漿泵KBY30/120113錨桿注漿機(jī)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(jī)ZLC40219冷彎機(jī)LM-22120鋼筋彎曲機(jī)WG-40121鋼筋切斷機(jī)QJ-40122電焊機(jī)BX2-500423電焊機(jī)BX2-300224自動(dòng)爬行焊機(jī)ANEISTENCH-60225防水板熱風(fēng)焊機(jī)TRIACS2六、加16、快進(jìn)度保證措施1、建立現(xiàn)場生產(chǎn)指揮中心，實(shí)施一級管理。以作業(yè)工班為管理單元，以施工工序?yàn)榭刂茖ο螅谑┕がF(xiàn)場建立生產(chǎn)指揮中心，進(jìn)行各工序的協(xié)調(diào)、工序循環(huán)時(shí)間和循環(huán)進(jìn)度的控制及突發(fā)事件的處理，實(shí)行一元化一級管理制度。2、科學(xué)組織施工，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)，實(shí)行信息化施工管理。施工中加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測，建立收斂變形預(yù)警機(jī)制，實(shí)施信息化動(dòng)態(tài)施工管理，及時(shí)處理施工中出現(xiàn)的各種問題，確保施工安全，提高掘進(jìn)進(jìn)度。3、采用大型機(jī)械化設(shè)備，提高機(jī)械化施工能力，設(shè)備配置滿足進(jìn)度需要，提高工作效率，最大程度發(fā)揮機(jī)械化作業(yè)效能。4、優(yōu)化工序銜接，“卡死”循環(huán)時(shí)間和循環(huán)進(jìn)度。優(yōu)化工序組合，實(shí)行平行作業(yè)。最大程度利17、用時(shí)間空間，平行均衡作業(yè)，達(dá)到縮短工序循環(huán)時(shí)間，總體進(jìn)度平穩(wěn)推進(jìn)的目的。注重協(xié)調(diào)各工序間的矛盾和問題。隧道按多工序、多工種、多作業(yè)線立體交叉組織施工，及時(shí)解決各種矛盾。建立循環(huán)時(shí)間、循環(huán)進(jìn)度的“卡死”制度。突出時(shí)間概念，制定獎(jiǎng)罰機(jī)制，最大限度地調(diào)動(dòng)人的主觀能動(dòng)性，確保快速施工。5、隧道施工中運(yùn)用綜合超前地質(zhì)探測與預(yù)報(bào)手段，并將該項(xiàng)工作納入施工工序管理，將預(yù)測資料及時(shí)反饋到以施工和設(shè)計(jì)為主體的動(dòng)態(tài)管理中，采取相應(yīng)措施，防止地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)重大事故，達(dá)到快速施工，確保施工安全質(zhì)量。6、在軟弱圍巖段施工中，關(guān)鍵是以圍巖無支承狀態(tài)自穩(wěn)時(shí)間、工序銜接時(shí)間和熟練操作人員的開挖時(shí)間來尋求最佳配置臨界時(shí)間，確定循環(huán)進(jìn)尺，配置合理先進(jìn)配套的施工機(jī)械設(shè)備，達(dá)到施工快速穩(wěn)產(chǎn)。