高速公路隧道工程施工方案及施工方法.doc
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1、高速公路隧道工程施工方案及施工方法1.1 工程概况本项目主体重点工程为隧道工程,花马峁隧道右洞起始桩号: ZK141+255ZK143+437,长2182m, 花马峁隧道左洞起始桩号:ZK141+223ZK143+611,长2388m; 花马峁隧道为我标段控制性工程,设计为分离式双向六车道大跨径黄土隧道,采用复合式支护形式,隧道净宽14.5米,净高5米。地质围岩复杂,成拱效应差,均为Q2老黄土、第三系粘土,侏罗系强中风化砂岩,第四系中更新统(Q2 al+pl)硬塑粉质粘土、下更新统(Q1 eol)硬塑黄土、风化岩组成,岩土裂隙发育,遇水、暴露易开裂崩解,具有膨胀性。1.2、工程技术难点分析 1
2、、针对大跨度黄土隧道,如何保证开挖拱角不失稳坍塌是本工程的难点。2、隧道结构复杂,洞口段、正洞与横洞交叉处施工是隧道安全、顺利建成的关键。3、三车道黄土隧道设置紧急停车带属全国首例,其紧急停车带的施工技术方案是本工程的难点,如何确保安全通过。4、为满足施工进度的要求,需制订隧道冬季施工技术措施。1.3、工程技术要点1、首先按照以排为主、防排结合的原则做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程,并妥善处理好陷穴、裂缝,以免地面积水浸蚀洞体周围,造成土体坍塌。2、在含有地下水的黄土层施工时,洞内外排水沟应进行铺砌,必要时应配合井点降水等将地下水位降至隧道衬砌底部以下,以保施工顺利进行。3、管理好施工用水
3、,不使废水漫流。4、如发现工作面有失稳现象,应及时用喷砼封闭,加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。5、施工时要特别注意拱脚与墙脚处断面,严禁超挖,若有超挖用同标号喷射砼进行补平,如发现该处土体承载力不够,应立即加设锚杆或采取其它措施进行加固。6、在开挖与浇筑仰拱前,为防止边墙向内位移,宜加设横梁顶紧。7、喷射机所用的压力,一般以不超过0.2Mpa为宜。8、钻锚杆孔时,宜采用干钻,锚杆采用早强砂浆式锚杆、药卷锚杆、中空注浆锚杆。9、施工中如发现不安全因素时,应暂停开挖,加强临时支护并加强监控量测,以便取适应性的工序安排。1.4、施工方案及施工方法一、施工遵循原则隧道施工严格遵守“管超前、严注浆、短进
4、尺、弱爆破、强支护、勤量测、早封闭”的原则,并严格按照“早进洞、晚出洞、工序紧跟、严守设计”组织施工。二、施工顺序 花马峁隧道进口处于裴庄镇庙咀沟村,利用裴庄镇乡村道路从庙咀沟村修建便道至隧道洞口。花马峁隧出口,利用万庄村乡村道路从田塔村修便道至隧道出口,按照标准化要求,施工便道将全部采用20cm砂砾+20cm混凝土硬化处理,以保证雨季、冬季的正常施工。隧道施工应从边仰坡至明洞出口桩号进行开挖,一边开挖一边进行边仰坡锚喷防护,明洞开挖至明洞隧底标高,进行仰拱砼浇筑和回填施工,施作套拱和管棚。主洞开挖的同时进行二衬台车的组装和调试,施作明洞衬砌和明洞后续工程。车行、人行横洞的施工排在主洞初支完成
5、后40m左右进行洞室交叉口的施工,以不影响后续二衬的进度,附属工程在二衬完成紧跟施工,路面安排在二衬完成500m紧跟施作。三、洞口及明洞段施工1、洞顶截水沟隧道施工前,先做好人员、机械、材料和场地的施工准备工作,然后进行边仰坡顶环形浆砌片石截水沟施工,将水排至远离洞口的位置,防止雨水冲刷边仰坡危及隧道洞口安全,并在浅埋段地表埋置沉降观测桩。2、洞口开挖1)、施工准备工作结束后,测设隧道洞口位置,确定洞口段开挖边线,然后由上向下分层开挖,土层采用挖掘机开挖,采用装载机装自卸汽车运至弃碴场。2)、洞口方开挖根据现场放样结合设计文件、现场地貌及地面构造物,按照设计的隧道洞口桩号及明洞长度先行施工,明
6、洞开挖应先半幅开挖并及时完成,明洞仰拱及回填,每次开挖纵向长度为5m,不可全幅开挖或纵向一次性开挖和施工。施工中应及时进行边仰坡的防护施工,确保边仰坡的稳定。明洞开挖完成以及仰拱、仰拱回填施工完成后,应尽快进行明洞衬砌施工和明洞回填,以利于明洞边仰坡的稳定和暗洞开挖时对洞顶土体纵向位移和沉降的控制。3、边仰坡防护洞口边仰坡设计采用锚、网、喷支护,洞口段分层由上向下开挖时,边仰坡分段由上向下进行支护施工。开挖完成后进行坡面处理,然后按设计间距布置锚杆,铺设2020cm的8钢筋网,之后采用湿喷工艺喷射砼10cm厚。4、明洞施工明洞段开挖至隧底标高,进行浇筑仰拱及仰拱回填(仰拱回填完成后可进行暗洞浅
7、埋段双侧壁导洞的开挖施工),然后衬砌台车就位,绑扎明洞钢筋,经检验合格后支设外模,脚手架配合型钢支撑加固,砼采用泵送浇筑,两侧边墙由衬砌台车模板上工作窗口浇筑,拱部则由外模上预留浇筑口浇筑。浇筑过程中两侧对称进行,插入式振捣器振捣。浇筑完成砼达到强度后,拆除外模,洒水覆盖养护。明洞回填要对称进行,分层夯实,回填时每层厚度不得大于0.3m,两侧回填的土面高差不得大于0.5m。压实度不小于90%。四、隧道套拱及洞身施工1、施工准备 隧道洞口土石方施工完成后及时平整场地,测设洞口位置、隧道中线,保证按设计中线掘进。1)、认真学习设计图纸和设计技术资料,现场核对设计资料,进行测量放羊,开挖线。2)、会
8、同监理工程师测量路基横断面,绘制成图,计算核实土方数量,并送报监理工程师审批。3)、场地清理与掘除:在现场确定清理、掘除、拆除的工作后,按施工规范和设计要求进行清理。2、套拱施工在洞口外做2m长55cm厚的混凝土护拱。内部设立四榀I20a型钢及1334导向管以控制长管棚的位置及方向,导向钢管焊接在拱架顶部要有2。的仰角。在2m套拱范围采用两侧拉槽开挖后先浇筑50cm砼基座,再立设工字钢预埋导向管浇筑砼。1)、管棚施工工艺本合同段隧道洞口为级围岩浅埋段,级围岩浅埋段超前支护第一环采用1086mm热扎无缝钢管,壁厚6mm,钢管前端呈尖锥状,管长L=30m,管内设置通长28钢筋,管棚安装完成后向管内
9、压浆以增加钢管的抗拉强度和抗弯刚度,第二环采用双层504超前小导管并注浆,对围岩进行预支护。2)、搭设平台,安装钻机,测定孔位用座标法在掌子面标定管棚孔位,钻机距离掌子面,一般不超过2m。钻孔方向与线路中线平行,用手罗盘、经纬仪、持挂线相结合的方法架立钻机。3)、钻孔及清孔选用地质钻或管棚钻机风动干钻法钻进成孔。其直径、钻压、转速、风量、风压等钻进参数满足施工要求。在钻孔施工中,若采用以上工艺无法成孔,即采用跟管钻机进行钻孔作业。4)、安装管棚钢管A、管棚施工,钢管上每隔15cm交错布眼,眼孔直径10mm,呈梅花型布置。钢管尾部3.0m不钻花孔作为止浆段,采用高压注浆。B、钢管接头用丝扣连接,
10、管箍长30cm,丝扣长大于15cm,连接后将花管和管箍两头焊接牢固,相邻两根钢管的接头要错开,其错接长度不小于1.0m,为使钢管接头错开,编号为奇数的第一节管采用3.0m管,编号为偶数的最后一节管采用1.0m管,其余均采用1.0m长钢管。钢管依次为编号038#。 C、施工时先打编号为单号的钢花管,注浆后再打编号为双号的钢花管。编号为双号的钢花管可作为注浆质量的检查管,若单号钢花管注浆有不密实之处,应在双号钢花管中注浆填实。D、安装管棚钢管应每钻完一孔便顶进一根钢管,并做好施工记录。5)、安装管棚及注浆管棚钢管安装好后,进行注浆。水灰比1:1;注浆压力0.52.0Mpa;注浆结束标准:压力逐步升
11、高,达到设计终压并保持终压10min以上;进浆量一般为2030L/min。安装管棚及注浆施工过程要有文字记录及影像资料。五、暗洞开挖与支护1、开挖方案1)、暗洞开挖的指导思想是“管超前、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”。2)、洞口段、级围岩浅埋段洞身开挖施工 隧道开挖施工工艺流程图超前地质预报判定围岩级别钻爆设计钻爆作业通风、排危开挖断面检测初期支护进入下一循环出碴运输超前预支护(1)、施工顺序洞口段、级围岩浅埋段洞身开挖采用双侧壁导坑法开挖,初期支护紧跟在每一步的开挖之后。两侧导坑中间预留岩柱均采用正台阶法施工,导洞开挖后,通过系统锚杆、钢筋网和钢支撑及喷射混凝土加固开挖外轮廓部分,使用砂浆
12、锚杆、钢筋网和钢支撑及喷射混凝土加固中间预留岩柱,分部开挖前,应根据设计及时施工超前支护。(2)、开挖及出渣开挖采用机械开挖,人工风镐修整轮廓线,机械无法开挖的石方,微震爆破施工。挖掘机扒渣,装载机装渣、自卸车运输。(3)、进尺要求每循环进尺根据进洞距离和地质情况控制在1m以内。(4)、洞口段、级围岩浅埋段施工顺序示意图(5)、双侧壁导坑法施工工艺第一步左侧导坑上台阶开挖:在拱部超前支护保护下,人工弧形开挖拱部,每次掘进1m长间距,最长不得大于2榀钢架间距。开挖至设计轮廓后立即初喷3-4cm厚混凝土,及时铺设钢筋网、架设钢架。在钢架拱脚以上50cm处,紧贴钢架两侧按斜向下倾角2040度打设锁脚
13、锚杆(锚管),锁脚锚杆(锚管)与钢架采用U型钢筋牢固焊接,复喷至拱架内侧平面,铺设二层钢筋网,再次喷至设计厚度。左侧导坑上台阶开挖示意图第二步是左侧导坑下台阶开挖。下台阶应先开挖边墙(或中隔壁)一侧,再开挖中隔壁(边墙)一侧,并错开2.03.0m的距离。避免上台阶的初期支护在同一位置同时悬空。每次开挖长度为1m,最长不得大于2榀钢架间距。开挖、修整至设计轮廓后立即初喷46cm厚混凝土,及时铺设8钢筋网、架设钢架,在钢架拱脚以上50m处,紧贴钢架两侧按斜向下倾角2040度打设锁脚锚管(锚杆),锁脚锚管(锚杆)与钢架采用U型钢筋牢固焊接,锚、喷至设计厚度封闭断面。左侧导坑下台阶开挖示意图待左侧上台
14、阶导坑开挖2025m后,开始第三、四步右侧导坑开挖与第一、二步左侧导坑开挖相同。右侧导坑开挖示意图 待左侧上台阶导坑开挖50m后,开始第五步中洞上台阶开挖,开挖前先施作超前预支护。每次掘进1榀钢架间距,开挖至设计轮廓后立即拱部初喷35cm厚混凝土,及时铺设钢筋网、架设钢架,锚、喷至设计厚度。中洞上台阶开挖示意图第六步是中洞中台阶、下台阶开挖。当底层条件较差或隧道变形较大时,可安设下横撑。隧道仰拱初期支护长度达到23m,施工仰拱初支,闭合成环。中台阶、下台阶开挖示意图 第五、六步中洞开挖,其中中洞上台阶错开右侧壁下台阶距离至少10m。第七步是临时支护拆除。掌子面超前3540m,隧道仰拱初期支护封
15、闭后,当监控量测拱顶下沉0.1mm/d、周边收敛0.2mm/d,且位移量达到总位移量80%,拆除临时支护,并立即进行仰拱和填充施工,为二衬施工提供工作面。每次拆除长度初步为46m,并以监控量测为指导确定最终每次拆除长度。两侧导坑和中洞上台阶的弧形部分由人工开挖,小型挖掘机开挖两侧导坑下台阶和上台阶弧形以外部分,中洞下台阶及仰拱采用中型挖掘机开挖。两侧导坑上台阶掌子面的间距控制在约20m,仰拱施工离掌子面的距离为25m30m,及时跟进二衬,具体距离视监控量测情况而定。3)、级围岩深埋段洞身开挖施工级围岩深埋段洞身开挖施工采用单侧壁导坑法(CD开挖法)开挖。单侧壁导坑法是在软弱围岩大跨度隧道中,先
16、开挖隧道的一侧,并施作中隔壁,然后再开挖另一侧的施工方法,主要应用于双线隧道级围岩深埋段。详见单侧壁施工工艺。(1)、人力配合机械开挖部,高约为1.0m,宽约为7.5m。施作部导坑周边的初期支护和临时支护,即初喷4cm厚混凝土,架立型钢钢架和临时钢架,并设锁脚锚杆(管),安装径向小导管(或锚杆)及铺设钢筋网片,复喷混凝土至设计厚度。(2)、在滞后于部约3米距离后,挖掘机开挖部,人工整修表面。导坑周边部分初喷4cm厚混凝土。接长型钢钢架和临时钢架,并设锁脚锚杆(管)。钻设径向小导管(或锚杆)并铺设钢筋网片,复喷混凝土至设计厚度。(3)、在滞后于部约10米距离后,挖掘机开挖部,人工整修表面,施作导
17、坑周边初期支护,步骤及工序同。(4)、在滞后于部约3米距离后,挖掘机开挖部,人工整修表面,施作导坑周边初期支护,步骤及工序同。(5)、在滞后于部一段距离后,挖掘机开挖部。接长临时钢架至隧底,底部垫槽钢。基底加固单侧壁导坑法施工工艺流程测量放线左侧拱部超前支护左侧上部开挖、出碴左侧上部、上部中隔壁初期支护、同时进行左侧下部开挖、出碴右侧拱部超前支护右侧上部开挖、出碴超前地质预报围岩监控量测围岩监控量测右侧上部、上部中隔壁初期支护、同时进行右侧下部开挖、出碴左侧下部初期支护右侧下部初期支护底部开挖、出碴,接长临时钢架仰拱初期支护拆除临时钢架、仰拱衬砌仰拱填充施工下一工序围岩监控量测(6)、根据监控
18、量测结果分析,待初期支护收敛后,拆除临时钢架。利用仰拱栈桥灌筑 部边墙基础与仰拱。(7)、利用仰拱栈桥灌筑仰拱填充部至设计高度。(8)、利用衬砌模板台车一次性灌注部衬砌(拱墙衬砌一次施作)。级围岩单侧壁导坑法(CD法)施工工序 单侧壁导坑法施工控制要点:(1)、上导坑、部的开挖循环进尺控制为1m左右,一次不超过2榀钢架间距,下导坑、部的开挖可依据地质情况适当加大。(2)、导坑开挖孔径及台阶高度可根据施工机具、人员等安排进行适当调整。(3)、钢架之间纵向连接钢筋、锁脚锚杆应及时施作并连接牢固。2、不同围岩及埋深段支护方案A、S洞-1I 支护形式主洞开挖变形量按25cm考虑,施工中根据监控量测结果
19、进行调整;超前支护第一环采用1086中导管,长度L=32.5m,环向间距40cm,=13;第二环搭接2.5m,以后每环搭接2.31m,均采用504双层小导管,长度L=1.0m,环向间距40cm,=30(7),锚杆采用22mm早强砂浆锚杆,长度L=1.0米,间距10060cm(纵向60cm,环向100cm,梅花型布设);挂网采用8mm(2020cm)双层钢筋网;钢拱架采用I25a型钢,间距60cm;喷射混凝土采用C20喷射混凝土31cm;C30钢筋混凝土二次衬砌60cm。导洞钢筋网采用8mm(2020cm)单层钢筋网;钢拱架采用I20b型钢,间距60cm;喷射混凝土采用C20早强混凝土22cm。
20、仰拱开挖后采用I25a钢拱架与主拱型钢连接,间距60cm;喷射C20喷射混凝土;现浇C30钢筋混凝土仰拱60cm;C15片石混凝土仰拱回填;路面结构层。注意事项主洞I25a钢拱架分段连接处及侧导洞I20钢拱架分段连接处经螺栓拼接后,骑缝处焊接。侧导洞I20钢拱架与主洞I25a钢拱架连接处型钢钢架直接与钢垫板焊接。主洞I25a钢拱架两榀之间用22钢筋连接,侧导洞I20b钢拱架两榀之间用22钢筋连接。除一般情况下按图布设外,可视拱架的稳定情况加设交叉连接筋。拱脚处设置纵向槽钢C30a焊接,安装后提高整体受力,槽钢安装时进行人工夯实和加垫块进行补强措施。所有焊缝都应焊接饱满,不得有虚焊、砂眼。钢拱架
21、与开挖轮廓间所有间隙必须喷混凝土充填密实,先喷拱架与轮廓之间隙,再喷拱架周围,然后喷拱架之间。在拱脚增设两个锁脚50注浆小导管,每根长5m和水平成30度夹角,导管尾端和工字钢腹板焊接牢固。B、SV-1-1(V级浅埋)支护形式 主洞开挖变形量按25cm考虑,施工中根据监控量测结果进行调整;超前支护;采用504双层小导管,长度L=1.0m,环向间距40cm,=30(7),锚杆采用22mm早强砂浆锚杆,长度L=1.0米,间距10060cm(纵向60cm,环向100cm,梅花型布设);挂网采用8mm(2020cm)双层钢筋网;钢拱架采用I25a型钢,间距60cm;喷射混凝土采用C20喷射混凝土31cm
22、;C30钢筋混凝土二次衬砌60cm。导洞钢筋网采用8mm(2020cm)单层钢筋网;钢拱架采用I20b型钢,间距60cm;喷射混凝土采用C20早强混凝土22cm。 仰拱开挖后采用I25a钢拱架与主拱型钢连接,间距60cm;喷射C20喷射混凝土;现浇C30钢筋混凝土仰拱60cm;C15片石混凝土仰拱回填;路面结构层。注意事项主洞I25a钢拱架分段连接处及侧导洞I20钢拱架分段连接处经螺栓拼接后,骑缝处焊接。侧导洞I20钢拱架与主洞I25a钢拱架连接处型钢钢架直接与钢垫板焊接。主洞I25a钢拱架两榀之间用22钢筋连接,侧导洞I20b钢拱架两榀之间用22钢筋连接。除一般情况下按图布设外,可视拱架的稳
23、定情况加设交叉连接筋。拱脚处设置纵向槽钢C30a焊接,安装后提高整体受力,槽钢安装时进行人工夯实和加垫块进行补强措施。所有焊缝都应焊接饱满,不得有虚焊、砂眼。钢拱架与开挖轮廓间所有间隙必须喷混凝土充填密实,先喷拱架与轮廓之间隙,再喷拱架周围,然后喷拱架之间。在拱脚增设两个锁脚50注浆小导管,每根长5m和水平成30度夹角,导管尾端和工字钢腹板焊接牢固。C、SV-2-1(V级深埋)支护形式 主洞开挖变形量按22cm考虑,施工中根据监控量测结果进行调整;超前支护采用50小导管,长度L=1.0m,环向间距40cm,=7;锚杆采用22mm药卷锚杆,长度L=1.0米,间距10075cm(纵向75cm,环向
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