天恒山隧道優(yōu)化施工方案(2007年9月28日修改)

1、天恒山隧道優(yōu)化方案第一章 優(yōu)化依據(jù)及原則第一節(jié) 優(yōu)化依據(jù)1.1國道主干線哈爾濱繞城公路東北段（秦家至東風）施工圖設計文件。1.2施工現(xiàn)場實際情況。1.3有關(guān)工程的勞動力、材料、機械定額。1.4現(xiàn)行的有關(guān)設計、施工、驗收規(guī)范、規(guī)程及有關(guān)法律、法規(guī)。1.5中鐵十三局集團第四工程有限公司企業(yè)內(nèi)部有關(guān)施工技術(shù)管理、工程質(zhì)量管理、安全生產(chǎn)管理、文明施工管理的規(guī)章制度及辦法。1.6中鐵十三局集團第四工程有限公司質(zhì)量、環(huán)境和職業(yè)健康安全三大管理體系質(zhì)量手冊和程序文件。1.7 2007年8月19日“天恒山隧道施工方案專題論證會”會議紀要。1.8 2007年8月28日集團公司天恒山隧道施工方案與管理有關(guān)規(guī)定。1

2、.9國內(nèi)淺埋暗挖隧道工程施工的成熟技術(shù)、科技成果、施工工藝、方法及同類工程的施工經(jīng)驗。第二節(jié) 優(yōu)化原則2.1工期保障原則根據(jù)業(yè)主對本標段工程總工期及節(jié)點工期要求，科學組織施工，合理配置資源，計劃安排周密，使各項分部工程施工銜接有序，資源利用充分，以保證總體施工計劃的實現(xiàn)，從而確?？偣て?。2.2技術(shù)可靠性原則施工方案制訂遵循技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟適用相結(jié)合的原則。根據(jù)本標段工程特點，吸收國內(nèi)外類似工程施工和管理的成熟技術(shù)，結(jié)合我單位相關(guān)施工的成功經(jīng)驗，選擇可靠性高、可操作性強的施工技術(shù)方案，確保工程安全、優(yōu)質(zhì)、快速建成。2.3經(jīng)濟合理性原則充分考慮了工程的實際需要及我單位相應資源配置，力求方案

3、經(jīng)濟合理，并在施工過程實施動態(tài)管理，以使施工方案優(yōu)化，效率提高，施工成本降低。2.4安全、環(huán)保、職業(yè)健康原則以確保安全生產(chǎn)、文明施工為原則制訂各項措施，嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程，施工現(xiàn)場全過程處于嚴密監(jiān)控狀態(tài)。以有利生產(chǎn)、方便生活為目標布置施工總平面。第二章 工程概況及特點第一節(jié) 工程概況天恒山隧道位于哈爾濱市道外區(qū)團結(jié)鎮(zhèn)、民主鄉(xiāng)境內(nèi)。隧道采用雙線分離式設計，上行線長1660米，下行線長1690米，皆位于半徑55006700m的平曲線上，縱坡采用人字坡。隧道斷面形式為三心圓曲墻式斷面，普通斷面開挖寬度14.12m，高11.01m，開挖面積125.72m2左右；緊急停車帶加寬斷面開挖寬度16.83m

4、，高12.06m，開挖面積163.29m2左右。隧道按新奧法設計，超前支護采用大管棚、小導管注漿，初期支護采用噴射鋼纖維混凝土、鋼拱架、徑向錨桿及鋼筋網(wǎng)組成的聯(lián)合支護體系，隧道防排水系統(tǒng)由縱、橫向排水管、中心深埋排水管、雙層塑料排水板內(nèi)夾保溫層、橡膠止水帶等組成，二次襯砌為整體模筑混凝土。本隧道設計緊急停車帶兩處，長80m，汽車橫通道一處、人行橫通道四處。隧道圍巖全部為第三、四系粘土、亞粘土，圍巖級別、級。隧道處構(gòu)造不發(fā)育，隧道圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響程度輕微。隧道所處地貌單元為崗阜狀平原區(qū)，呈坡緩、頂平漫港式，隧道覆蓋層厚度較薄，一般在30m左右，屬淺埋隧道。表1 隧道概況表序號工程名稱施工里程工

5、程概況1隧道上行線K88+320K89+980隧道長1660m。其中類圍巖段長945m；類圍巖段長715m。2隧道下行線K88+325K90+015隧道長1690m。其中類圍巖段長 966.8 m；類圍巖段長723.2m。第二節(jié) 工程地質(zhì)特性根據(jù)天恒山隧道設計鉆孔揭露及室內(nèi)土工試驗結(jié)果，隧道處巖土主要為亞粘性土，局部見砂層，地基承載力綜合評價表顯示，5-1、5-2和7-1地層為軟可塑狀態(tài)的軟弱夾層，對隧道施工極為不利。表2 未施工段軟弱夾層概況地層狀態(tài)地基承載力分布狀況里程51軟可塑180拱頂附近(ZK11、ZK12、 ZK13);拱頂以上，厚5m，拱腰以下到拱底，厚5m(ZK28);拱底(Z

6、K32)SK89+442+659（217m ）XK88+750+815（65m ）XK89+300+800（500m ）共計782m52軟塑110拱頂以上，厚4m（ZK27）XK88+600+750（150m ）71軟可塑165拱頂（ZK8）及上半部拱身、拱腰（ZK6、ZK38）、拱底（ZK10）處均有分布，厚度不一，最大厚度5.4m，該層對隧道影響最大SK88+585+665（80m ）SK88+800+970（170m ）共計250m第三節(jié) 工程特點、重點及對策隧道洞身圍巖為、類圍巖。自穩(wěn)能力差，易坍塌，且隧道埋深淺，施工過程中隧道防坍塌、冒頂是本工程的施工重點。施工中本著“土變我變、確保

7、安全、優(yōu)質(zhì)完成”的原則，遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”的施工原則，嚴格按“微三臺階法”及“CRD法”施工原理和施工規(guī)范施工，確保工程質(zhì)量。標準斷面標準段采用微三臺階法施工。標準斷面中含軟弱夾層地段采用“CRD”法施工。隧道大跨加寬洞段標準地層采用“CRD”法、軟弱夾層段采取管棚+“CRD”法。第三章 施工工藝和施工技術(shù)第一節(jié) 微三臺階法1.1 適用范圍針對天恒山隧道工程不同地質(zhì)情況，微三臺階法適用于標準斷面標準段的施工。1.2 施工工藝流程施工中嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”的原則，微臺階開挖包含上部弧形導坑開挖并施作拱部初期支護，再左右錯位

8、開挖下臺階并及施作邊墻初期支護；及時施作仰拱混凝土，盡早封閉成環(huán)。其施工工藝流程如圖1所示。圖1 微三臺階法施工工藝流程圖1.3微三臺階法施工工序微三臺階法施工工序見圖2 1.4施工方法 超前支護。利用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道超前支護。設計為超前小導管，鋼管直徑為50mm，長5.0m，間距3040cm，外插角1020，首尾相接長度不少于1.0m。采用水泥水玻璃雙液注漿，水泥水玻璃體積比1：1，采用325普通硅酸鹽水泥，水灰比1：1，水玻璃濃度為2530波美度，注漿壓力0.55MPa。 上臺階開挖，預留核心土。開挖部時采用人工風鎬配合挖掘機開挖，在開挖時沿輪廓線預留50cm土體，人工采用風鎬沿

9、輪廓線進行開挖，避免由于挖掘機開挖時對土體的振動太大，造成土體塌方，形成超挖。同時，拱腳處至少留深20cm土用人工開挖，嚴禁拱腳超挖，拱腳采用404020cm方木墊實，防止因拱腳原狀土被破壞或承載力不足而造成支護下沉。開挖時采用每次進尺0.50.75m。 上臺階支護。在開挖后初噴4cm厚C25鋼纖維混凝土對開挖面進行封閉，以免孔隙水從斷面處滲出，而使土體失穩(wěn)。然后架設型鋼拱架，相鄰兩榀工字鋼之間縱向采用22連接鋼筋在工字鋼內(nèi)外緣交錯連接，環(huán)向間距80cm。布設鋼筋網(wǎng)時隨初噴混凝土表面起伏鋪設，8鋼筋網(wǎng)格間距為20cm20cm，鋼筋網(wǎng)片必須嚴格按設計要求先在洞外定型加工，且每片加工面積不宜小于1

10、，然后在洞內(nèi)安裝，且相互之間的搭接長度不應小于30d（d為鋼筋直徑）。同時導管尾端焊接于拱架腹部，以增強共同支護作用。拱架與開挖輪廓之間的所有間隙用25號砼噴射充填密實，先噴拱架與輪廓之間空隙，再噴拱架，然后再噴拱架之間，直至噴到規(guī)定的厚度。 下臺階交錯開挖支護。首先通過在上臺階的鋼拱的拱腳打鎖腳錨管，以防止拱架及圍巖變形與下沉。每側(cè)拱腳設置4根鎖腳錨管，錨管長度5m，鉆進后進行注漿，通過鋼筋與型鋼拱架焊接，以便整體受力。在上臺階初期支護穩(wěn)定的條件下，開始交錯開挖部（錯開距離12m）。部開挖左右錯開，開挖長度以能支立一榀為準（根據(jù)不同圍巖級別為0. 50.75m）。邊墻的型鋼鋼架應與拱部鋼架上

11、下對正，并用螺栓連接牢固。鋼架支立完成后進行鋼筋網(wǎng)、鎖腳錨管和噴射混凝土施工。 核心土開挖。根據(jù)現(xiàn)場機械施工要求，適時挖除核心土，但必須保證核心土的長度。 仰拱開挖及支護。仰拱開挖采用全幅施工，上面鋪設仰拱棧橋，開挖長度控制在1.5m，在仰拱開挖完成后挖除中央排水溝位置土體，進行中心水溝施工，然后安裝仰拱拱架并噴射混凝土達到設計厚度，使初期支護成環(huán)。 仰拱混凝土、仰拱回填和混凝土基層施工。當仰拱初期支護連續(xù)有3.0m長時，開始在仰拱初期支護上面安裝仰拱鋼筋，施作仰拱、仰拱保溫層和仰拱回填。1.5 施工控制要點 由于圍巖自穩(wěn)能力差，開挖時采用人工風鎬開挖為主，機械開挖為輔，在開挖時指揮手控制挖掘

12、機開挖深度，保證掌子面平齊，防止出現(xiàn)懸空，為便于作業(yè)，開挖長度可增加20cm。 開挖時減少挖掘機對隧道邊沿的開挖，采用人工風鎬對隧道周邊進行修整，當風鎬開挖有超挖掉塊現(xiàn)象時采用鎬頭修整輪廓線。 核心土長度控制在3.0m以上，核心土必須保證其長度和寬度，上臺階核心土上口寬度不小于6.0m，下口寬度不小于7.5m，下臺階核心土上口寬度不小于4.2m，下口寬度不小于7m，為發(fā)揮機械施工功效和便于安裝拱部鋼架，上臺階核心土高度為2.0m，核心土頂面距拱頂高度2m。7中鐵十三局集團第四工程有限公司哈繞城公路D1合同段項目經(jīng)理部天恒山隧道施工組織設計下臺階在上臺階噴射混凝土達到設計強度70%以上且完成鎖腳

13、錨管時開挖。要求仰拱開挖作業(yè)全幅整體一次性進行，及時施作仰拱，使初期支護全環(huán)鋼架及時封閉成環(huán)。在施工過程中，為做到各作業(yè)面的平行作業(yè)，避免窩工，設專人負責各工序的銜接和作業(yè)順序的安排。所有工序施工過程中一定要嚴格控制施工用水，杜絕水浸泡洞身，同時當土質(zhì)變化時，及時進行土工實驗。仰拱初支封閉到掌子面間距離嚴格控制在13.5米之內(nèi)，并盡量縮短。仰拱砼到掌子面間的距離嚴格控制在16.5米，并盡量縮短。同一斷面上臺階開挖到仰拱初支封閉，施作時間嚴格控制在12天之內(nèi)，如由于其他原因不能按時封閉時，要施作臨時仰拱或支撐。同一斷面上臺階開挖到仰拱砼澆筑，施作時間嚴格控制在15天之內(nèi)，如由于其他原因不能按時封

14、閉時，要施作臨時仰拱或支撐。為減小臨時支護段初期支護結(jié)構(gòu)對地基的壓力，提高地基的承載能力，對型鋼拱架的底部設置404020厘米的木制墊塊。1.6 微三臺階法施工工藝勞動力組織表3 微三臺階法每班作業(yè)勞動力組織序號作業(yè)項目作業(yè)內(nèi)容人數(shù)1開挖挖掘機司機1自卸車司機3開挖指揮手1風鎬手4輪廓線修整42初期支護鋼架安裝6噴射手2噴射機上料4攪拌機司機2攪拌機上料1拌和料運輸13技術(shù)、安全、及測量量測技術(shù)員1質(zhì)檢工程師1專職安全員1測量工3監(jiān)控量測2合計371.7 微三臺階法機械設備配置表4 微三臺階法機械設備配置表序號作業(yè)項目機具設備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注1開挖電動壓風機12/20m3臺2高壓供風雙

15、液注漿機KBY30/120臺1注漿風鎬G10臺4風槍YT-28臺8超前支護，鎖腳錨管挖掘機現(xiàn)代150臺1開挖、裝碴自卸車20t輛4出碴裝載機小松WA470輛12初期支護鋼筋切斷機QJ401臺1鋼筋折彎機40臺1電焊機BX300臺5鋼架、鎖腳錨管加工焊接電焊機BX400臺2攪拌機JS750臺2噴砼機臺33測量及測量儀器全站儀徠卡臺1水準儀臺2塔尺個2收斂儀SWJ-臺1第二節(jié) CRD法2.1 適用范圍標準斷面中含軟弱夾層地段采用“CRD”法施工。2.2 施工工藝流程CRD法是將隧道分側(cè)分層進行開挖，分部封閉成環(huán)。每開挖一部均及時施作錨噴支護、安設鋼架、施作中隔壁、安裝底部臨時仰拱。施工步驟是先超前

16、開挖、支護施工一側(cè)的上部，待初期支護完成且噴射混凝土達到設計強度70%以上時再開挖同側(cè)的下部，然后開挖另一側(cè)的上部，最后開挖另一側(cè)的下部。施工工藝流程如圖3所示。右側(cè)導坑拱部超前小導管注漿加固左側(cè)導坑拱部超前小導管注漿加固右側(cè)導坑開挖上半斷面、留核心土左側(cè)導坑開挖上半斷面、留核心土右側(cè)上導坑拱部初期支護及右側(cè)上導坑臨時仰拱支護左側(cè)上導坑拱部初期支護及左側(cè)上導坑中隔墻臨時初期支護及臨時仰拱支護右側(cè)導坑下半斷面開挖左側(cè)導坑下半斷面開挖右側(cè)下導坑邊墻初期支護左側(cè)下導坑邊墻初期支護及左側(cè)下導坑中隔墻臨時初期支護右側(cè)下導坑仰拱初期支護左側(cè)下導坑仰拱初期支護圖3 CRD法施工工藝流程圖2.3 CRD法開挖

17、施工工序先施工部，沿拱部設計開挖輪廓線打入50超前小導管，并注漿加固地層，固結(jié)后開挖部土體，采用人工環(huán)形留核心土法開挖，上下臺階長度35m。施工中采用人工輔以小型挖掘機開挖，每循環(huán)進尺為一個拱架間距，開挖后初噴4cm厚C25鋼纖維混凝土對開挖面進行封閉，當掌子面滲水和掉塊時立即噴混凝土封閉掌子面，并及時施作拱部初期支護、中隔墻臨時初期支護及臨時仰拱支護；圖4 CRD法施工工序示意圖在待部初期支護完成、拱腳鎖腳錨管完成（每拱腳4根，長度5.0m）且噴射混凝土達到設計強度70%以上后滯后部35m開挖左側(cè)部，部超前支護和開挖方法同部，開挖后立即噴混凝土封閉掌子面，并初噴4cm厚C25鋼纖維混凝土對開

18、挖面進行封閉，并及時施作拱部初期支護和臨時仰拱支護； 在部開挖支護35m后采用同樣方法開挖下部分部，接長型鋼鋼架和臨時鋼架，并設鎖腳錨桿,完成整個斷面的初支，形成閉合環(huán)；根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析，待初期支護收斂后，拆除臨時鋼架，灌注仰拱及隧底填充。2.4 CRD法施工控制要點 保持各分部開挖斷面和各部的縱向間距，開挖輪廓線要圓順，以減少出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。每塊小斷面開挖長度35m，及時設置臨時仰拱封閉、步步成環(huán)，盡量縮短成環(huán)時間，必要時進行掌子面噴射混凝土臨時支護。中隔壁設置為弧形臨時支護，隧道左右開挖小斷面底部臨時仰拱保持在同一斷面上，各節(jié)點的連接一定要對齊，螺栓連接牢固，并及時施作鎖腳錨管。必須

19、保證中隔壁和臨時仰拱鋼架的規(guī)格數(shù)量和噴射混凝土的厚度，鋼架之間縱向連接鋼筋及時施作并連接牢固。為減小支護結(jié)構(gòu)對地基的壓力，提高地基的承載能力，對型鋼拱架的底部設置404020厘米的木制墊塊。初期支護穩(wěn)定后分段拆除中隔壁臨時支護，拆除長度應根據(jù)變形監(jiān)控量測信息和仰拱澆筑長度確定（一般為46m）。但一次拆除長度不宜超過15m，并加強拆除過程監(jiān)控量測。中隔壁混凝土拆除時，要防止對初期支護系統(tǒng)形成大的振動和擾動?？刹捎蔑L鎬由上至下逐榀拆除鋼支撐之間的噴射混凝土，以及臨時支護與初期支護連接部位附著在鋼架上的噴射混凝土，臨時鋼構(gòu)件采用氣焊燒斷。 臨時支護拆除后及時施作隧道仰拱和二次襯砌。2.5 CRD法施

20、工作業(yè)組織表5 CRD法施工單口作業(yè)勞動力組織序號作業(yè)項目作業(yè)內(nèi)容人數(shù)1開挖風鎬手3挖掘機司機1自卸車司機42初期支護鋼架安裝6超前支護及錨管施工4噴射手2噴射機上料3攪拌機司機2攪拌機上料13技術(shù)、安全、及測量量測技術(shù)員1質(zhì)檢工程師1專職安全員1測量工3合計322.6機械配套上分部開挖設備采用風鎬配合PC60挖掘機，通過預留孔洞將碴土出至下分部；下分部采用PC60挖掘機配合ZLC40側(cè)卸裝載機裝碴，自卸汽車直接運出洞外。其中：風鎬8臺，PC60挖掘機2臺， ZLC40側(cè)卸裝載機1臺，自卸汽車6臺。第三節(jié) 隧道大跨加寬洞段施工施工方法目前暫定為：標準地層采用“CRD”法、軟弱夾層段采取管棚+“

21、CRD”法。里程段為：SK88+969.55SK89+012.45（緊急停車帶）、SK89+032.65SK89+051.75（車行橫通道）XK89+111.127SK89+154.027（緊急停車帶）、XK89+071.827SK89+90.927（車行橫通道）大跨加寬洞段累計124m。第四節(jié) 不同施工方法的轉(zhuǎn)換隧道施工采用微三臺階法和CRD法等施工方法，存在大斷面向分部小斷面過渡的情況，如：微三臺階法開挖上半斷面進入CRD法的分部；也存在小斷面向大斷面過渡的情況，如：CRD法的分部進入微三臺階法的上半斷面的情況。由于隧道開挖尺寸變化很小，大斷面向小斷面過渡主要是指臺階法向CRD法過渡，其施

22、工難度相對小一些，采取的方法是當上半斷面開挖支護到設計位置后，先采用雙層錨噴支護封閉端面，并將在斷面變化處增設超前支護及環(huán)向鋼架的方法，加強封端處初期支護，然后直接開挖進入小斷面。待下臺階開挖到位后，采用同樣方法進入小斷面。小斷面向大斷面過渡，主要是指CRD法分部向微三臺階法的上半斷面過渡，施工中將采用漸變方式，利用拱架噴砼逐漸加寬進入到大斷面。第五節(jié) 隧道施工中二次襯砌的施作鑒于土質(zhì)性質(zhì)及隧道變形的特殊性，隧道施工中二次襯砌作業(yè)面距開挖掌子面的距離嚴格控制在60米之內(nèi)，并盡量縮短，條件允許或緊急情況時盡量緊跟掌子面的施工。第六節(jié) 監(jiān)控量測6.1 現(xiàn)場監(jiān)控量測的目的天恒山隧道洞身圍巖為、級圍巖

23、，自穩(wěn)能力差，極易坍塌，且隧道埋深淺，施工環(huán)境十分復雜。為保證施工安全，除采取必要的工程措施外，還必須對其進行監(jiān)測與反饋工作。6.2 量測項目的確定天恒山隧道工程監(jiān)測項目的確定、監(jiān)測斷面及測點的布置、儀器設備的選擇及元件的埋設方法。主要考慮如下因素： 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況； 隧道的埋深、跨度、結(jié)構(gòu)的類型和施工工藝；設計提供的變形及其它控制值以及安全儲備系數(shù)等。鑒于上述分析，量測項目如表6所示表6 天恒山隧道工程監(jiān)控量測項目序號量 測內(nèi) 容測點埋設時間觀察周期和頻率量測精度量測儀器量 測元 件1地質(zhì)和支護狀態(tài)觀察對開挖面的圍巖、地下水、支護變形、開裂、下沉、變形等，每次開挖后進行觀察2洞內(nèi)周邊

24、位移施筑至設點斷面1-15天：1-2次/天；15-30天：1次/2天；1-3個月：1-2次/周；3個月后：1-3次/月0.01mmJss30數(shù)字收斂儀3拱頂下沉施筑至設點斷面中誤差1mm/kmDSZ2水準儀，塔尺4地表沉降開挖面距量測斷面10倍孔徑時開挖面距測斷面大于5倍洞徑：1次/周；開挖面距測斷面小于5倍洞徑：1次/2天；開挖面距測斷面小于2倍洞徑：1-2次/天；初步穩(wěn)定后-最終穩(wěn)定狀態(tài)：1-2次/周中誤差0.5mm/kmDSZ2水準儀，精密水準尺5圍巖壓力及兩層支護間壓力根據(jù)實際情況選定量測斷面后施筑至該選定斷面1-15天：1次/天；15-30天：1次/2天；1-3個月：1-2次/周；3

25、個月后：1-3次/月0.2% F.S頻率儀XJY4雙膜壓力盒6鋼支撐內(nèi)力0.2% F.S頻率儀XJG2鋼筋計說明：1.以上所設定的觀測頻率為正常情況下的固定頻率，當出現(xiàn)異常情況，將根據(jù)現(xiàn)場實際情況增加觀測頻率。2.測點數(shù)量及布置參考規(guī)范要求和設計圖紙，根據(jù)現(xiàn)場實際情況和量測的條件布置。6.3 監(jiān)控量測斷面的確定隧道圍巖全部為第三、第四系粘土、亞粘土，圍巖級別為、級，隧道處構(gòu)造不發(fā)育，隧道圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響輕微，且整個隧道所處的地貌單元為崗阜狀平原區(qū)，呈坡緩、頂平漫崗式，隧道覆蓋層較薄，一般在30m左右，屬淺埋隧道。因此確定位移監(jiān)測的斷面間距標準見表7。表7 位移監(jiān)測斷面圍巖級別斷面間距（m）1

26、0205106.4 監(jiān)控量測的方法及測點布置6.4.1 觀察6.4.1.1 觀察的目的細致的目測觀察，對于監(jiān)視圍巖穩(wěn)定性既省事而作用又很大，它可以獲得與圍巖穩(wěn)定狀態(tài)直接有關(guān)的直觀信息，應當予以足夠的重視。隧道觀察的目的是：(1) 預測開挖面前方的地質(zhì)條件；(2) 為判斷圍巖、隧道穩(wěn)定性提供地質(zhì)依據(jù)；(3) 根據(jù)噴混凝土層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài)，分析支護結(jié)構(gòu)的可靠程度。6.4.1.2 觀察的內(nèi)容觀察內(nèi)容主要包括工作面地質(zhì)描述和支護結(jié)構(gòu)的支撐效果。(1) 工作面工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況觀察和描述包括巖石名稱、巖石產(chǎn)狀、風化變質(zhì)情況，斷層、層理、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面的分布、走向、產(chǎn)狀及頻率，有無偏壓或膨脹地

27、壓，工作面及毛洞自穩(wěn)情況，地下水情況及影響等內(nèi)容，并以表格和素描形式記錄。(2) 工作面附近初期支護狀態(tài)觀察和已成洞的支護效果觀察包括： 初期支護完成后對噴層表面的觀察以及裂縫狀況的描述和記錄； 有無錨桿被拉脫或墊板陷入圍巖內(nèi)部的現(xiàn)象； 噴混凝土層是否產(chǎn)生裂隙或剝離，要特別注意噴混凝土是否發(fā)生剪切破壞； 有無錨桿和噴混凝土施工質(zhì)量問題； 鋼拱架有無被壓屈現(xiàn)象； 是否有底臌現(xiàn)象； 錨固效果，噴層開裂部位、寬度、長度及深度，模筑混凝土襯砌的整體性，防水效果等，以表格和素描形式記錄下來。觀察中，如有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，詳細記錄發(fā)現(xiàn)時間、距開挖面的距離以及附近測點的各項量測數(shù)據(jù)。6.4.1.3 觀察的時間每

28、次隧道開挖后，立即觀察情況及有關(guān)現(xiàn)象，按要求及時記錄整理。6.4.2沉降觀測淺埋隧道開挖時會引起地層的沉陷而波及地表，因此對淺埋隧道地表沉降的觀測是十分重要的。6.4.2.1 觀測目的通過觀測了解：(1) 地表沉降的范圍以及沉降量的大?。?2) 地表沉降隨工作面推進的變化規(guī)律；(3) 地表沉降的穩(wěn)定時間。6.4.2.2 地表沉降觀測方法地表沉降觀測采用水準儀，其測量精度為1mm。沉降觀測首先應布設基準點。本工程根據(jù)設計文件、規(guī)范、有關(guān)資料和現(xiàn)場具體情況，在施工前進行觀測基準點的布設。利用先期已經(jīng)布設的GPS點和導線點在隧道進口、出口附近各布設一個基準點，形成比較系統(tǒng)的水平、垂直位移觀測網(wǎng)。基準

29、點布置在遠離隧道施工沉降區(qū)不小于30m施工影響范圍外的穩(wěn)定面上，且保證相鄰點位的通視，布設基準點時可利用設計院的原始基準點。沉降觀測一般采用閉合路線或附和路線進行，便于往返較差，也利于基準點穩(wěn)定性的檢測。一般在基準點無破壞、移動的狀況下，每3個月至5個月作一次基準點穩(wěn)定性檢測，以保證量測數(shù)據(jù)的精度要求。利用基準點按設計要求和規(guī)范及現(xiàn)場情況在隧道影響范圍內(nèi)布設測點，沿隧道縱向開挖洞室中線每1020m且垂直中線布置沉降觀測斷面，每個觀測斷面布置11個測點，測點間距根據(jù)洞室間距而定(圖6)，橫向間距范圍為25m，隧道中線附近密些，遠離中線處疏些；在洞口淺埋段、圍巖地質(zhì)條件變化段，沿中線每10m設一觀

30、測斷面，即加密觀測。洞內(nèi)凈空收斂和拱頂下沉測點應與其在同一斷面。沉降測點用鋼釘嵌入地層或在地面標示紅油漆點。布設點統(tǒng)一編號，并作初始觀測值的測定，做好記錄并作備份。沉降觀測開始后對每一工程按既定觀測頻率，用同一編號的觀測儀器進行觀測。針對布設點的數(shù)量、密度及精度要求，本工程采用NA2精密水準儀（配鋼尺）對隧道進行現(xiàn)場觀測。圖5 地表沉降測點布置圖6.4.2.3 隧道深部位移監(jiān)測6.4.2.3.1 埋設部位及里程根據(jù)隧道地質(zhì)條件分析及現(xiàn)場地表踏勘情況，天恒山隧道深部位移觀測布設于以下樁號：上行線進口布設一組多點位移計，位移計布設于K88+620.0附近，借用ZK8鉆孔，多點位移計深度25.0m，

31、布設5點式位移計；上行線出口布設2-3組多點位移計，位移計布設于K89+148.0、K89+718.0、K89+805.0附近， 借用ZK10、ZK14和ZK16鉆孔，多點位移計深度為30.20m、27.50m和29.9m，分別布設5點式多點位移計；下行線出口布設2-3組多點位移計，位移計布設于K89+152.94、K89+718.0、K89+816.0附近， 借用CK10、ZK31和ZK33鉆孔，多點位移計深度為35m、27.30m和25.7m，分別布設5點式多點位移計；6.4.2.3.2測試原理圖6 鉆孔位移計示意圖1基準帽 2傳遞桿 3錨頭（測點） 4鉆孔隧道深部位移觀測，是通過鉆孔位移

32、計量測孔壁巖土體不同深度處位移。它不同于隧道圍巖收斂觀測，后者僅能測到隧道凈空收斂變形，前者則能測到洞室圍巖內(nèi)不同深度上軸向變形。因此，根據(jù)這些觀測資料，可分析判斷隧道等地下構(gòu)筑物圍巖位移的變化范圍和松弛范圍，預測預報圍巖穩(wěn)定性，為修改錨桿支護參數(shù)和隧道理論分析提供重要依據(jù)。圍巖深部位移觀測作用主要有：（1）研究圍巖的位移變化規(guī)律；（2）研究圍巖的位移變化范圍和松弛范圍；（3）研究構(gòu)造部位特殊位移變化規(guī)律性；（4）根據(jù)位移量測結(jié)果，分層反分析巖體應力場及力學參數(shù)；（5）預測預報圍巖穩(wěn)定性，為施工安全服務；（6）根據(jù)觀測結(jié)果，優(yōu)化設計，修改噴錨支護參數(shù)。鉆孔位移計量測巖體軸向位移的工作原理是：在

33、鉆孔內(nèi)不同深度的錨頭用灌漿或液壓錨固的方法與孔壁錨固為一體，當圍巖沿鉆孔軸線方向發(fā)生位移時，其位移量就通過與錨頭聯(lián)接在一起的鋼桿（或鋼絲）傳遞到孔口，然后通過數(shù)顯卡尺量測孔內(nèi)每一深度處的位移。根據(jù)觀測目的，測量精度，預計的變形范圍等綜合考慮，項目組選用6點機械式位移計。在同一鉆孔中，設多個錨頭（測點），通過相應的位移傳遞桿，量測各測點（不同孔深處）至孔口間沿鉆孔方向上的位移變化。埋設在鉆孔內(nèi)的各測點與鉆孔孔壁緊密連接，圍巖移動時能帶動測點一起移動（如圖6所示）。變形前各測點傳遞桿在孔口的讀數(shù)為Si0，變形后第n次測量時各點傳遞桿在孔口的讀數(shù)為Sin，由此，第i測點在第n次測量時沿鉆孔孔壁位移即

34、為DiSinSi0。測量鉆孔不同深度圍巖的位移，以即測量各點相對于基準點的相對位移。測點位移采用數(shù)顯卡尺進行測量。6.4.2.3.3鉆孔多點位移計安裝多點位移計主要用于圍巖內(nèi)部位移觀測。為了及早地觀測到隧道開挖過程中的總變形，位移計應在隧道開挖之前埋設，儀器埋設前需要預先鉆孔，在孔內(nèi)安放儀器后注漿密實。根據(jù)預定位置，逐點安裝測點和固定點，1測點安裝于隧道拱頂以上0。5m，2測點高出1測點2m，3測點高出2測點4m，4測點高出3測點7m，5測點高出4測點10-20m，以5測點作為測量基準點。儀器安裝完畢后對鉆孔進行注漿封孔。安裝注意事項如下：多點位移計最大外徑為60 mm，長25 m，鉆孔直徑不

35、小于90 mm。鉆孔曲線彎曲度應不大于鉆孔直徑，以避免傳遞桿（絲）過度彎曲，影響傳遞效果?？紫蚱顟∮?.0，孔深應比最深測點多1.0 m左右，孔口保持穩(wěn)定平整。多點位移計應在洞室開挖之前埋設，儀器埋設前需要預先鉆孔，在孔內(nèi)安放儀器后灌漿密實。按設計的錨頭位置計算測桿長度，準備好相應的測桿和灌漿管。儀器安裝從最深的錨頭開始，先將一測桿的陽螺紋一端擰緊到錨頭端的螺孔中。把一根帶螺紋的護管套入測桿，并旋于錨頭上，將測桿與灌漿管并列并扎緊，要求灌漿管的長度應接近孔底或至少長出最遠錨頭1m。在扎緊前，根據(jù)灌漿管的長度按每1.5 m一個計算出所需固定支架，然后一起套在灌漿管上。支架兩側(cè)用塑料膠帶將護管

36、及灌漿管纏緊以便成束向孔中推進并保證相對位置不變。將整束送入孔中之后再接下一節(jié)測桿，套上護管并把護管粘接牢固，依次向孔內(nèi)送進。送到下一錨頭位置時，按上述方法裝上錨頭、測桿和護管，再依次送入孔內(nèi)。全部錨頭和測桿送入孔內(nèi)后，再安裝測頭，將測桿從相應的測頭導向孔內(nèi)穿出，旋在相應的傳感器上，扭緊鎖定螺絲，用水泥砂漿封孔。待水泥砂漿凝固后，進行封孔灌漿，灌漿材料為0.5水灰比的純水泥漿，灌漿壓力不大于0.5 MPa。由于灌漿管的內(nèi)徑為直徑16的柔性管，必須一次性灌滿，漿體一定要過篩，以防水泥塊及其它雜物堵塞灌漿管。10 漿液終凝24小時后打開孔口裝置，經(jīng)檢測合格，將電纜引出，然后安裝保護罩和孔口保護蓋。

37、儀器安裝就位后應在地表設置標記，并對測頭進行保護，防止公路車輛運行及人為活動對儀器的損害。6.4.2.3.4多點位移計觀測觀測采用數(shù)顯卡尺。每次觀測前后，在現(xiàn)場應對測量儀器進行檢查；長期測量時，應定期進行率定，以保證儀器的測試精度。每次量測數(shù)據(jù)時，應重復測讀二次以上，并取其中二次接近值的平均值作為正式讀數(shù)，記錄在表內(nèi)；觀測間隔時間，安裝埋設后30d之內(nèi)，每天測讀l2次；第13個月每2d測讀1次；3個月以后，每周測讀12次。若設計有特殊要求，則可按設計要求進行。6.4.3 隧道內(nèi)水平收斂量測6.4.3.1 觀測目的(1) 隧道周邊位移是隧道圍巖應力狀態(tài)變化的最直觀的反映，量測周邊位移可為判斷隧道

38、空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息；(2) 判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度，為二次襯砌提供合理的支護時機；(3) 指導現(xiàn)場設計與施工。6.4.3.2 觀測方法隧道內(nèi)水平收斂觀測點的布置與地表沉降觀測點在同一斷面上，測點加工時應保證測點與量測儀器連接光滑密貼。埋設時保證測點錨栓與圍巖或支護穩(wěn)固連接，變形一致，并統(tǒng)一編號，做好明顯警示標志，防止人為損壞。測點盡量靠近開挖面布置，隧道開挖后，應及時埋設測點，以測得開挖后的變形，離開挖面不得大于2m，在每環(huán)初次支護完成24h以內(nèi)，在下一循環(huán)開挖前，記錄初次讀數(shù)，以三次數(shù)據(jù)的平均值作為初始讀數(shù)。采用Jss30型數(shù)顯收斂計進行量測，量測精度為0.01mm。 圖7 收斂量測

39、測線布置示意圖6.4.4 拱頂下沉量測拱頂下沉觀測點與水平凈空收斂觀測點布設在同一斷面內(nèi)，埋設時保證測點錨栓與圍巖或初期支護穩(wěn)定連接。拱頂下沉量測采用懸掛鋼尺法進行，量測示意圖見圖8。測點盡量靠近開挖面布置，距開挖面不大于2m，在每次初次支護完成后24h以內(nèi)，在下一開挖循環(huán)開始前，初次記錄讀數(shù)，以三次平均值作為初始讀數(shù)。利用工作基點使用水準測量方法觀測，觀測精度為1mm。工作基準點設在洞口，應保證基點穩(wěn)定可靠。圖8 拱頂下沉量測示意圖6.4.5錨桿軸力觀測6.4.5.1錨桿軸力監(jiān)測的意義、埋設部位及里程淺埋土質(zhì)隧道中錨桿（包括系統(tǒng)錨桿和局部錨桿，局部錨桿主要為鎖腳錨桿）的作用和受力機制是近年來

40、土質(zhì)隧道爭論的焦點問題之一。在天恒山隧道施工中對不同地段土質(zhì)隧道施工中隧道頂部和鎖腳錨桿軸力的觀測分析，研究其作用機理，修正和優(yōu)化錨桿設計參數(shù)。錨桿軸力監(jiān)測以鋼筋計作為軸力量測傳感器，其方式為：在組合式錨桿中等間距置入3-5個鋼筋計，以螺紋擰固方式連接，組成3-5測點式錨桿軸力計。將連接好的錨桿埋入鉆孔，并注漿充填。通過鋼筋計所測得的軸力大小來反映錨桿的軸力分布和變化情況。錨桿軸力計組合方式見圖9：圖9 錨桿軸力計（圖中所示為6測點）鋼筋計為振弦式傳感器，其原理為：鋼筋計受拉或受壓均會引起傳感器內(nèi)的振弦的振動頻率發(fā)生變化，通過傳感器受力大小與振動頻率的關(guān)系，求得鋼筋計所受軸力的大小，其關(guān)系式如

41、下： (4-5)其中，軸力值(kN)，正值軸力為拉力，負值為壓力；軸力為零時的頻率(Hz)；量測頻率(Hz)； 傳感器標定常數(shù)(kN /Hz2)。根據(jù)以上確定的研究目標，天恒山隧道錨桿布設里程和位置如下（圖10所示）：上行線布設樁號：SK88+560（鎖腳和頂部各2）、SK88+620（鎖腳和頂部各2）、SK88+700（鎖腳和頂部各2）、SK89+20（鎖腳和頂部各2）。6.4.5.2埋設方法頂部錨桿應力計圖10 錨桿應力計埋設示意圖鎖腳錨桿應力計錨桿應力計用以實測錨桿不同部位受力情況，同時還與系統(tǒng)錨桿一樣可以起到支護的作用，因此，應在原錨桿位置埋設錨桿應力計，并采用與系統(tǒng)錨桿相同的施工工藝

42、進行埋設。天恒山隧道錨桿布設注意事項如下：錨桿應力計由25錨桿和鋼弦式傳感器組合而成，傳感器最大外徑為53 mm，鉆孔直徑約為6070 mm；鉆孔方位應符合設計要求，孔彎應小于鉆孔半徑。鉆孔應沖洗干凈，并嚴防孔壁沾油污；安裝時，應確保錨桿應力計不產(chǎn)生彎曲，電纜不受損壞，錨桿根部應與孔口平齊；錨桿應力計埋設完成后，將電纜沿洞壁引至邊墻。在整個觀測期內(nèi)，應特別注意對電纜的保護，防止因施工及人為等原因造成電纜的損壞；將組裝檢測合格后的觀測錨桿送入鉆孔內(nèi)，引出電纜和排氣管，插入灌漿管，用水泥砂漿封閉孔口；安裝檢查合格后進行灌漿。6.4.5.3錨桿應力計觀測安裝前測得軸力初始值，注漿24h后測得軸力基準

43、值。在掌子面通過安裝點之后到二次襯砌通過時進行觀測；掌子面1.0D之間，每天測讀l2次；1.0D之后至二次襯砌前每2d測讀1次。若設計有特殊要求，則可按設計要求進行。觀測采用數(shù)顯應力振弦儀。每次觀測前后，在現(xiàn)場應對測量儀器進行檢查；長期測量時，應定期進行率定，以保證儀器的測試精度。6.4.6土壓力計觀測6.4.6.1土壓力監(jiān)測的意義、埋設部位、里程及埋設方法和注意事項圖11 土壓力計觀測布設示意圖隧道構(gòu)筑物山巖壓力的確定和支護結(jié)構(gòu)受力的狀況可通過置于圍巖和初次支護間的土壓力計進行測量，應力的測試采用雙膜壓力傳感器，選擇有代表性的斷面埋設壓力傳感器，每個測試斷面共布置5個壓力傳感器，測點布置見圖

44、11，埋設時應保證壓力盒與圍巖密貼，埋設后將壓力盒的電纜線引出統(tǒng)一編號，并量測壓力盒的初始讀數(shù)。本項目選擇土壓力測試壓力計為雙膜壓力傳感器，量程為1-3MPa。土壓力監(jiān)測對比明洞回填壓力與正常固結(jié)土中隧道構(gòu)筑物山巖壓力的分布規(guī)律和分布特點，因此，土壓力計布設樁號及位置如下：上行線在明洞段（SK88+52-SK88+550）布設3組土壓力測試斷面。上行線布設樁號：SK88+560附近、SK88+620附近、SK88+700附近、SK89+20附近布設4組土壓力測試斷面。下行線布設樁號：SK88+560附近、SK88+620附近、SK88+700附近、SK89+20附近布設4組土壓力測試斷面。埋設

45、方法和注意事項如下：在進行噴射混凝土層施作之前，將噴層應力計固定在待測部位；注意環(huán)向噴層應力計與徑向噴層應力計的區(qū)別；將導線引到利于保護、方便量測的位置；噴砼時應將整個應力計嚴密包圍。6.4.6.2土壓力計觀測安裝前測得壓力初始值，噴層封閉后12h后測得基準值。在掌子面通過安裝點之后到二次襯砌通過時進行觀測；掌子面1.0D之間，每天測讀l2次；1.0D之后至二次襯砌前每2d測讀1次。若設計有特殊要求，則可按設計要求進行。觀測采用數(shù)顯應力振弦儀。每次觀測前后，在現(xiàn)場應對測量儀器進行檢查；長期測量時，應定期進行率定，以保證儀器的測試精度。6.4.7噴層應變觀測6.4.7.1噴層應變監(jiān)測的意義、埋設

46、部位、里程及埋設方法和注意事項噴層應變計主要用于監(jiān)測隧道支護結(jié)構(gòu)的受力性態(tài)，為支護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和圍巖支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評價提供基本資料。根據(jù)觀測的目的的不同分別采用了環(huán)向和徑向兩種，其儀器見右圖所示。噴層應變計工作原理同土壓力計基本相同，每個測試斷面共布置5個壓力傳感器，埋設時應保證壓力盒垂直于噴層層面并同噴層軸力方向平行，為減小噴層受偏心荷載，噴層布設于噴層厚度中部，埋設后將壓力盒的電纜線引出統(tǒng)一編號，并量測壓力盒的初始讀數(shù)。噴層埋設注意事項同土壓力計，噴層布設樁號及位置如下：圖12 土壓力計觀測布設示意圖上行線布設樁號：SK88+560附近、SK88+620附近、SK88+700附近、SK89+20附近布設4組噴層應變測試斷面，布設位置見圖12；下行線布設于K89+152.94、K89+718.0、K89+816.0附近，附近布設3組噴層應變測試斷面，布設位置見圖12；6.4.7.2噴層應變計觀測安裝前測得壓力初始值，噴層封閉后12h后測得基準值。在掌子面通過安裝點之后到二次襯砌通過時進行觀測；掌子面1.0D之間，每天測讀l2次；1.0D之后至二次襯砌前每2d測讀1次。若設計有特殊要求，則可按設計要求進行。觀測采用數(shù)顯應力振弦儀。每次觀測前后，在現(xiàn)場應對測量儀器進行檢查；長期測量時，應定期進行率定，以保證儀器的測試精度。6.5 量測數(shù)據(jù)的處理與反饋6.5.1