隧道安全管理经验交流材料三台阶七步开挖法.pptx

隧道三台阶隧道三台阶七步开挖法施工技术七步开挖法施工技术第1页/共49页工程概况工程概况我集团公司承建的郑西客运专线工程所承担的隧道施工主要工程量为隧道18座28.1km；其中列为铁道部重点工程的有：张茅隧道8483m、金银山隧道4004m、交口隧道4012m，下面谨以张茅隧道为例就隧道三台阶七步流水法施工的做法向各位领导做一简要汇报。重点工程项目第一标段张茅隧道位于河南省陕县境内，起讫里程DK218+207DK227+090，隧道全长8483m。隧道分别于DK223+200、DK225+560、DK224+747线路前进方向右侧设置三个斜井，一号、二号斜井与线路平面夹角45度，三号斜井与线路平面夹角42.57度，一号斜井长246米，二号斜井长413米，三号斜井长108米。第2页/共49页地形地貌地形地貌集团公司管段内的隧道所在区域大多为低山丘陵及黄土台源地貌，张茅隧道进口端 DK218+630DK222+300段属于低山丘陵地貌，地形较陡，地面高程630860m，相对高差200m以上。出口端 DK222+300DK227+080段为黄土台源地貌，黄土冲沟发育，多呈“V”字型，地形切割冲刷严重，地面高程640740m，相对高差约100m。第3页/共49页张茅隧道纵断面示意图张茅隧道纵断面示意图出口段黄土、粗出口段黄土、粗圆砾土；圆砾土；进口基岩为安山岩进口基岩为安山岩夹砂泥页岩和灰岩夹砂泥页岩和灰岩DK223+370DK223+370附近发育附近发育一断层，破碎带宽度一断层，破碎带宽度约约50m50m。第4页/共49页工程及水文地质工程及水文地质 里 程长度（m）地 质 状 况 DK218+607DK223+900 5293 安山岩夹砂、泥页岩，节理裂隙较发育，属级软石、级次坚石 DK223+900DK226+490 2590 Q2黏质黄土夹古土壤层，垂直节理发育，属级硬土 DK226+490DK227+090 600 粗圆砾土:安山岩、砂岩和砂岩质卵砾石占5070%,其余为黄土和砂砾填充，属级软石 第5页/共49页安山岩夹砂泥页岩安山岩夹砂泥页岩第6页/共49页粗圆砾土粗圆砾土第7页/共49页Q Q2 2黏质黄土黏质黄土第8页/共49页工程特点工程特点隧道洞身穿过多种不同地质情况的围岩，施工中工序转换多；隧道开挖断面大小差别较大，级黄土加强段为163.53m2，级岩石段为127.56m2，需采取各种不同的施工方法进行施工；工程合同工期为34.5个月(2005.9.252008.8.5),实际开工日期为2006.2.5，除去衬砌、水沟电缆槽、无碴轨道基础三个月施工期，实际工期只有30个月，按设计施工方法满足不了铁道部工期要求，施工中寻求快速掘进的施工方法是当务之急。第9页/共49页施工情况施工情况第10页/共49页施工情况施工情况张茅隧道进、出口及1、2、3号斜井正洞软弱围岩和黄土段采用“七步平行流水作业法”开挖日进尺：1.52.0m/d，月进度：4560m/月。截止2008年1月16日，进口段完成掘进2408m；1号斜井完成正洞掘进3367m；2号斜井完成正洞上导掘进1185m；3号斜井完成正洞上导掘进541m；出口段完成上导掘进1000m；施工进展顺利。第11页/共49页三台阶七步开挖法三台阶七步开挖法第12页/共49页三台阶七步开挖法施工图三台阶七步开挖法施工图第13页/共49页“三台阶七步开挖法”采用三层短台阶，分步平行开挖，分步平行施作拱墙初期支护，仰拱超前施做,及时闭合构成稳固的初期支护体系。以保护围岩的天然承载力，减少对围岩的扰动。经量测监控信息化反馈指导施工，及时调整支护参数和混凝土衬砌施工时间，适用于不同跨度、多种断面形式及地质结构复杂多变的隧道施工中。第14页/共49页施工工艺流程施工工艺流程 上部弧形导坑开挖，施作初期支护开挖上、中、下台阶预留核心土左右错开开挖中台阶，施作初期支护左右错开开挖下台阶，施作初期支护超前支护测量放样施作仰拱施作仰拱填充围岩稳定性评判、修正支护参数分段开挖隧底，施做初期支护断面检查否满足第15页/共49页施工施工步骤图步骤图第16页/共49页开挖步序图开挖步序图第17页/共49页施工施工步骤步骤第1步 黄土隧道 预留核心土，环向开挖上部弧形导坑，上台阶开挖矢跨比必须大于0.3（f/L0.3）开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，隧道周边部位预留30cm人工开挖，其余部位采用机械开挖。核心土长度控制在35m，宽度为隧道开挖宽度的1/31/2。第18页/共49页施工施工步骤步骤岩石隧道 机械辅以人工开挖，最大进尺不得超过1.5m，严格控制超欠挖。采用弱爆破时，严格控制装药量，减少围岩扰动。第19页/共49页施工施工步骤步骤第2、3步 左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为33.5m，左、右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷35混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。第20页/共49页施工施工步骤步骤第4、5步 左、右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为33.5m，左、右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷35混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。第21页/共49页施工施工步骤步骤第6步：上、中、下台阶开挖预留的核心土。开挖进尺应同隧道开挖进尺一致，最大不得超过1.5m。便于机械、人工作业方便，提供作业平台。第22页/共49页施工施工步骤步骤第7步，隧底开挖 每循环开挖长度控制在23m以内，完成两个隧底开挖、支护后及时施做仰拱，仰拱分段长度宜为46m。仰拱采用栈桥施工，满足平行作业要求。第23页/共49页超前支护超前支护 （1）黄土隧道严格按设计要求施作超前支护，超前小导管沿线路纵坡布置于钢架外缘。（2）软弱破碎岩石隧道严格按设计要求施作超前支护，超前小导管沿线路纵坡布置于钢架外缘。（3）严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。第24页/共49页初初 期期 支支 护护第25页/共49页初喷砼封闭掌子面初喷砼封闭掌子面 软弱围岩各步序开挖后应立即初喷35cm厚混凝土封闭，避免围岩长时间暴露而导致失稳。第26页/共49页施作系统锚杆施作系统锚杆 初喷后及时施做系统锚杆，锚杆必须设置垫板。岩石隧道拱部系统锚杆必须带排气装置，采取沿锚杆孔进浆的施工工艺。黄土隧道系统锚杆按设计要求选用。第27页/共49页安装钢筋网、钢架安装钢筋网、钢架 钢筋网随受喷面起伏铺设，保护层厚度不小于4cm。软弱围岩钢架应架设在坚实基面上，严禁拱（墙）脚悬空或采用虚碴回填。第28页/共49页喷射砼作业喷射砼作业 二次复喷混凝土应分层喷射，每层厚度宜为56cm。喷射表面应平顺、无空鼓、裂缝等。第29页/共49页锁脚锚杆（管）施工锁脚锚杆（管）施工（1）在钢架拱脚以30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30打设锁脚锚杆（管）。（2）锁脚锚杆（管）加工成“L”型。（3）锁脚锚杆（管）应与钢架焊接牢固，增强拱（墙）脚承载力，控制变形。第30页/共49页仰拱初支施工仰拱初支施工 隧底开挖后，及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，初喷35cm厚混凝土封闭岩面。按照设计要求安装仰拱钢架，喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。第31页/共49页监控量测监控量测v隧道监控量测工作紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，量测数据运用工程类比法及时分析反馈，必要时根据分析结果及时调整支护参数，以保证施工安全。v量测项目可分为必测项目和选测项目，选测项目可结合工程实际情况，按照铁路隧道监控量测技术规程的规定选取。第32页/共49页监控量测必测项目 序号监测项目测量方法和仪表测量精度备注1洞内、外观察现场观察，地质罗盘仪2初期支护拱（墙）脚净空变化采用非接触无尺量测法，全站仪0.1mm3初期支护拱顶下沉采用非接触无尺量测法，全站仪0.1mm4地表沉降水准测量的方法，水准仪1mm浅埋隧道（H02b）、洞口段、下穿高速公路（建筑物）段必测注：H0隧道埋深；b隧道最大开挖宽度。第33页/共49页监控量测净空变化测点布置 第34页/共49页v上部弧形导坑开挖并施作拱部初期支护后，布设拱顶下沉测点A和第一条净空量测基线BB，在36h内取得初读数；净空变化量测测点布置和初读数的读取应符合下列规定 v中台阶开挖并施作上部边墙初期支护后，布设第二条净空量测基线CC，在36h内取得初读数；v下台阶开挖并施作下部边墙初期支护后，布设第三条净空量测基线DD，在36h内取得初读数；v其它量测项目在开挖后12h内取得初读数，最迟不得超过24h，且在下一循环开挖前完成；v拱（墙）脚净空变化、拱顶、地表观测点布设在同一断面，便于分析、比较。第35页/共49页监控量测频率监控量测频率各测点取得初读数据后，应按照位移速度和量测断面距开挖面距离选择量测频率,当出现异常情况时，应加大量测频率。第36页/共49页量测频率位移速度距开挖面距离位移速度（mm/d）量测频率量测断面距开挖面距离（m）量测频率52次/d（01）B2次/d151次/d（12）B1次/d0.511次/23d（25）B1次/23d0.20.51次/3d5B1次/7d0.21次/7d注：1、B隧道开挖跨度。2、当按照“位移速度”和“量测断面距开挖面距离”选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的实施。第37页/共49页拱顶下沉量测拱顶下沉量测第38页/共49页围岩水平收敛量测围岩水平收敛量测第39页/共49页 隧道进洞前，及时做好洞顶及洞口防排水系统。洞顶及洞口排水沟采用铺砌，用砂浆抹面，防止地表水及施工用水下渗，影响结构安全。施工安全控制要点施工安全控制要点第40页/共49页 三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接。工序安排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳。施工安全控制要点施工安全控制要点 1.初期支护应及时封闭成环，全断面初期支护闭合时间宜控制在15d左右；2.仰拱应超前施作，仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在3040m。铺设防水板、二次衬砌等后续工作应及时进行。3.二次衬砌距仰拱宜保持2倍以上衬砌循环作业长度，但不得大于50m。第41页/共49页 在满足作业空间和台阶稳定的前提下，尽量缩短台阶长度，核心土长度应控制在35m，宽度为隧道开挖宽度的1/31/2。施工安全控制要点施工安全控制要点 三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度，根据隧道围岩地质情况，合理确定循环进尺，张茅隧道土质地段每次开挖长度不超过1.0m；开挖后立即初喷35cm混凝土，以减少围岩暴露时间。第42页/共49页 严格按设计要求施作超前支护，控制好超前支护外插角，严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。施工安全控制要点施工安全控制要点 隧道周边部位预留30cm人工开挖，其余部位采用机械开挖，中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右侧错开距离宜为 23m。第43页/共49页 钢架严格按设计及规范要求加工制作和架设。钢架应架设在坚实基面上，并加垫槽钢，严禁拱（墙）脚悬空或采用虚土回填。钢架应与锁脚锚杆焊接牢固。施工安全控制要点施工安全控制要点 隧道超挖部位必须回填密实，严禁初期支护背后存在空洞。必要时初期支护背后应进行充填注浆，保证初期支护与围岩密贴。第44页/共49页 完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱（墙）脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低。当地层含水量大时，在上台阶开挖工作面附近开挖横向水沟，将水引至隧道两侧排水沟排出洞外。反坡施工时，设置集水坑将水集中抽排。施工安全控制要点施工安全控制要点 确保隧道施工的洞内通风，保证作业环境符合职业健康及安全标准。第45页/共49页 应加强监控量测工作，根据量测结果，及时调整支护参数，确定二次衬砌施作时间，进行信息化施工管理。施工安全控制要点施工安全控制要点 应完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱（墙）脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低。当地层含水量大时，上台阶开挖工作面附近宜开挖横向水沟，将水引至隧道中部或两侧排水沟排出洞外。必要时应配合井点降水等措施，降低地下水位至隧道仰拱以下，确保施工顺利进行。反坡施工时，应设置集水坑将水集中抽排。第46页/共49页 隧道施工应加强洞内通风，作业环境应符合职业健康及安全标准。施工安全控制要点施工安全控制要点第47页/共49页谢谢 谢谢 大大 家家请各位领导专家提出宝贵意见第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页