六盤山隧道大變形段施工方案

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+50Q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

2、泥質(zhì)粉砂巖、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 IV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、 3%寸，認(rèn)為發(fā)生大變形。本項(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)化不度，風(fēng)化層厚度變化大，且這些段落埋深較大，巖質(zhì)屬較硬一較軟巖，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)場判定大義形分級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&

4、gt;10>60現(xiàn)象同上，但大面積發(fā)生，且 產(chǎn)生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)項(xiàng)目原始地應(yīng)力判定結(jié)論P(yáng)0i=4.67Rcm+2.52P0R<P°i不發(fā)生大變形P01W P0W P02輕度大變形P02=5.74Rcm+4.48P02W P0W P03中度人變形R3=7.73Rcm+5.20R > P03嚴(yán)重大變形大變形等級之理論判定Rm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

5、歸曲線（此處對研究過程不作詳述），為巖體抗壓強(qiáng)度（采用圍巖內(nèi)摩擦角小及粘聚力C按庫倫屈服公式推算），2Ccos 小R cm °1 -sin 小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PoC。Rcm大變形 等級埋深ZK4 (1)中風(fēng)化粉砂 質(zhì)泥巖9.2413.5211.40.8462.57.03不

6、發(fā)生475500 米ZK4 (2)中風(fēng)化粉砂 質(zhì)泥巖9.2413.5211.40.5351.92不發(fā)生475500mZK5 (1)中風(fēng)化粉砂 質(zhì)泥巖11.0716.6813.93.6350.111.3不發(fā)生500多米ZK5 (2)中風(fēng)化粉砂 質(zhì)泥巖11.0716.6813.90.5351.92輕度約 500m注：C為圍巖粘聚力（MPa ,小為圍巖內(nèi)摩擦角，Rcm為巖體抗壓強(qiáng)度，Po為平均地應(yīng)力（隧道橫斷面上的最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力平均值（取隧道軸線3倍洞徑內(nèi)的最大地應(yīng)力值）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 G小值計(jì)算的結(jié)果。從以上兩種情

7、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500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。三、施工方案大變形段襯砌支護(hù)

8、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IV級大義形噴射混凝土C25混凝土cm24徑向錨桿直徑mm6 25長度cm600 （全斷面設(shè)置）錨桿布置cm100 x 70鋼筋網(wǎng)直徑mm4 8鋼筋布置cm25X 25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)類型小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)

9、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 0 ,搭接長度不小于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

10、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；兩根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

11、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，每桶拱架按 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)如下圖所示此1賽31HMM 心 卿1睚以4”寸巾. I -！ -I一 一;用鼎鵬AKXii：1，1用事乩出國或二且事錦鵬刎匠gg”-r .a二47機(jī)1彳年黑Hl皂附” 入 1.四號 J零工否力:】”至出R3：13里制亂 軸*雁曲=赳珅拜耳1工r配用甲初期支護(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。四、施工重點(diǎn)施工嚴(yán)

12、格遵循“管超前，嚴(yán)注漿，短進(jìn)尺，少擾動，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)，動態(tài)方案設(shè)計(jì)，動態(tài)施 Xo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； 掌子面正面噴射碎封閉，架設(shè)全環(huán) 鋼架、掛網(wǎng)噴錨加強(qiáng)支護(hù)，采用錨、注、噴一體化圍巖加固一支護(hù)系統(tǒng)，

13、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)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。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

14、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，泵送碎澆注，接頭縫嚴(yán)格鑿毛，加強(qiáng)振搗，襯砌碎強(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(一)超前施工1、勞動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

15、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)學(xué)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?？諌簷C(jī)司機(jī)2二個(gè)工班。司宗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)備配套表在舁 廳P名稱型號數(shù)量（臺）備注1 1地質(zhì)鉆機(jī)RPD-15022注漿泵ZJB/BP-5533攪拌桶24收斂計(jì)15水準(zhǔn)儀1（二）正洞施工1、勞動力組織施工隊(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

16、巖臺架就位、鉆眼、裝藥、爆破 等2支護(hù)上班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出磴、運(yùn)輸、調(diào)度、維修、保養(yǎng)等6自動同拌合 站16碎拌合及小型構(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)15 02、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)動函石機(jī)YT-28202風(fēng)鎬G10253挖掘機(jī)小松24014裝載機(jī)WA470-315裝載機(jī)WA380-316北方奔馳自卸車2631K107濕噴機(jī)TK-50068碎攪拌站JS75019碎攪拌站

17、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碎輸送泵HBT60.7.75ZA217碎輸送車HNJ5290GJB218裝載機(jī)ZLC402序 號設(shè)備名稱規(guī)格型號數(shù) 量備注19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自動爬行焊機(jī)ANEISTENCH-60225防水板熱風(fēng)焊機(jī)TRIACS2六、加快進(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，

18、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