雁门关隧道高地应力软岩大变形段施工方案.docx
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雁门关隧道高地应力软岩大变形段施工方案
雁门关隧道高地应力、软岩大变形段施工方案
一、工程概况
雁门关隧道北起山阴县庙家窑村西,南止于代县太和岭村北。
起讫里程DK110+855~DK124+940,全长14085m,为全线重点控制性工程,设计为单洞双线隧道,最大埋深约820m。
我部承担雁门关隧道进口段8145m正洞及1#斜井1445m、2#斜井2385m的施工任务。
安排进口、1#斜井、2#斜井三个工区组织施工。
进口与1#斜井正洞、1#斜井正洞与2#斜井正洞已贯通。
2、地质情况
DK118+645以后剩余段落位于高地应力软弱围岩大变形段,该地段通过古老变质岩地层和断层破碎带,节理裂隙发育,岩脉穿插,岩体蚀变,软硬不均,地下水发育,隧道围岩稳定性极差。
三、初期支护、二次衬砌变形情况
由于围岩地质条件复杂,围岩收敛变形量大。
自2011年11月以来,多次发生挤压性大变形,导致初期支护开裂、掉块、变形、侵限,初期支护多次拆换,二次衬砌局部开裂、压碎。
工程进展十分缓慢。
DK118+645~+675段采用单层I25b型钢钢架支护(间距0.6m),初期支护开裂变形严重,采用I18工字钢进行第二层钢架加固后仍开裂变形严重,初期支护全部侵入二次衬砌净空。
进行双层钢架换拱处理,第一层钢架采用I25b工字钢架支护,间距60cm,第二层钢架采用I18工字钢架,喷射砼厚60cm。
采用双层钢架换拱处理后,初期支护仍出现环、纵向裂缝,喷射砼开裂掉块,为确保施工安全,掌子面停工,施做二次衬砌。
DK118+675~+702段采用双层钢架支护,第一层钢架采用I25b工字钢架支护,间距60cm,第二层钢架采用I18工字钢架,喷射砼厚60cm。
采用双层钢架支护后,初期支护仍变形量大,DK118+682~+692段初期支护侵入二次衬砌净空进行换拱处理。
DK118+692~+702段采用双层拱架支护,第一层钢架采用I25b工字钢架支护,间距60cm,第二层钢架采用I18工字钢架,喷射砼厚60cm,初期支护仍变形量大,该段初期支护已侵入二次衬砌净空,目前掌子面停工。
DK118+678.3~+683段拱墙钢筋混凝土衬砌开裂掉块,衬砌钢筋变形。
四、施工方案
DK118+645~+702段通过古老变质岩地层和断层破碎带,节理裂隙发育,岩脉穿插,岩体蚀变,软硬不均,加之地下水的影响,隧道围岩稳定性极差。
多次发生挤压性大变形,导致初期支护开裂、掉块、变形、侵限,初期支护多次拆换,二次衬砌局部开裂、压碎。
工程进展十分缓慢。
2012年5月31日~6月1日,准朔公司邀请国内地质、隧道专家,在太原召开了论证会,参加会议的有铁道部工管中心、太原铁路局及设计、施工、监理单位有关人员。
与会专家进行了现场踏勘,听取了施工、设计、监理单位关于雁门关隧道施工情况汇报,经过充分讨论,与会专家及人员认为隧道围岩为高地应力软弱围岩大变形地段,应按软岩大变形进行设计。
根据专家意见,高地应力、软弱围岩大变形地段采用以下施工方案:
㈠DK118+689~+702段变形段初期支护采取换拱处理
1、对DK118+689~+702段回填石碴,回填至三台阶的中台阶。
在台阶上采用φ200钢管进行支撑。
2、换拱采用双层钢架加强支护,初期支护采用H175型钢钢架,间距0.5m,全环布设,第二层钢架采用I20b工字钢架,间距50cm。
喷射砼采用C30网喷砼,喷射砼厚60cm。
每层钢架连接筋采用φ22双层连接筋,钢架连接处采用[12槽钢纵向连接,Φ8双层钢筋网,间距20×20cm。
每榀钢架打设N51自进式锁脚锚杆20根,锁脚锚杆长8米,下倾角不小于45度,注水泥-水玻璃浆液。
3、对拱墙集中出水段采用径向注浆加固围岩,注浆钢管采用Φ42×5mm,采用水泥浆液。
4、二次衬砌拱墙厚度60cm,仰拱厚度65cm,采用钢筋砼衬砌,衬砌φ22主筋间距调整为15cm。
㈡DK118+702以后段落
1、掌子面开挖加大预留变形量,预留补强空间。
2、必要时超前支护采用Φ108×6mm大管棚注浆加固围岩,每次施作长15m。
纵向搭接5m。
2.1测量放样,安装导向管,导向管按环向间距每米3根与钢架焊接牢固。
掌子面用2m长套拱(C25砼)作为大管棚导向墙。
在2m套拱内架立四榀I20b型钢拱架,在钢支撑上安装Φ127×4mm,长2m的导向管,导向管方向与大管棚外插角一致。
2.2钻孔前掌子面喷射砼封闭密实。
为保证成孔质量,防止邻孔钻进时前面的成孔坍塌,钻孔间隔进行。
先钻奇数孔,后钻偶数孔,成孔直径为φ140mm,以便顺利安装φ108×6mm
钢花管。
即采用大引导孔施工,最大程度上克服在顶管施工作业中送管难的情况发生。
2.3φ108×6mm大管棚外插角为5°~8°,环向间距每米3根。
施作时每段应交错搭接3m,钢管上按间距30cm梅花形钻10mm的小孔。
第一节钢管顶端做成锥型,以便顶进。
φ108×6mm钢管采用3.0m和6.0m两种规格,奇数孔首根3.0m,偶数孔首根6.0m,其余的均为6.0m,以避免钢管接头在同一断面上。
钢管采用套管联接。
2.4施钻时,台车大臂必须顶紧在掌子面上,以防止过大颤动影响施钻精度,钻机开孔时的钻速宜采用低速,钻进20cm后转入正常钻速。
第一节钻杆钻入岩层,尾部剩余20~30cm时停止钻进,人工用两把管钳卡紧钻杆,钻机低速反转,脱开钻杆。
钻机沿导轨复位,再装入第二根钻杆。
2.5引导孔的孔径较管棚钢管外径大15~20mm,孔深较管长长0.5米以上。
2.6清孔检查钻孔合格后,安装钢管,应每钻完1孔便顶进1钢管,钻进中应经常采用测量仪量测钢管钻进的偏斜度,发现偏斜超过设计要求及时纠正。
接长管件应满足管棚受力的要求,相邻管的接头应前后错开,避免接头在同一个断面受力。
2.7配备RPD-150履带式全液压工程钻机。
钻孔前,平整场地,钻机就位,使钻杆与导向管保持同一角度。
钻机就位后,开启四个液压缸支撑点,下垫设木板,待准备就绪后开始司钻。
边钻孔,边清孔。
钻孔长度15米。
2.8配制浆液
2.8.1水泥浆的搅拌应在高速搅拌机内进行,严格按照施工配合比进行投料,在钢管中注水泥水玻璃浆液,其配比为水泥:
水玻璃=1:
1,水泥浆水灰比1:
1,水玻璃模数m=2.4,浓度Be=35,注浆时初压0.5~1MPa,终压2.0Mpa,注浆结束后用1:
1水泥砂浆充填无缝钢管,以增强钢管强度和刚度。
2.8.2搅拌水泥浆的投料顺序:
在放水的同时,将缓凝剂、外掺剂在水中按一定比例加入,搅拌溶解,再将需要的水泥倒入,搅拌2~3min。
2.8.3浆液配比根据现场试验确定。
外掺剂的重量为水泥重量的5%-10%,缓凝剂的掺量占水泥重量的2%~3%。
2.8.4制备水泥浆或稀释水玻璃时,严禁水泥块或纸片进入浆液,放浆进入储浆桶时要用滤网过滤,以防止堵塞注浆泵。
2.8.5做好配置浆液的施工记录,并且在注浆过程中要做好注浆记录,为分析注浆效果提供依据。
2.8.6配置好的浆液存放在由低速搅拌器的储浆罐内,防止浆液由于存放时间稍长产生沉淀、离析等现象。
2.9注浆
2.9.1安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注浆,浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。
2.9.2采用注浆机将浆液注入管棚钢花管内,初压0.5~1.0MPa,终压2MPPa,持压15Min后停止注浆。
注浆应满足设计要求,一般为钻孔圆柱体的1.5倍;若注浆量超限,未达到设计要求,应调整浆液浓度继续注浆,确保钻孔周围岩体与钢管周围空隙充填饱满。
管棚注浆顺序原则上遵循着“先两侧后中间”、“跳孔注浆”、“由稀到浓”的原则。
注浆施工由两端管棚钢管开始注浆,跳孔进行注浆施工,向隧道拱顶钢管方向推进,开始时注浆的浆液浓度要低一些,逐渐加浓至设计浓度。
这样做法有利于注浆的浆液向拱顶方向扩散,而且促进浆液的致密程度,利于防渗的要求。
孔号为偶数的管棚完成后,对这部分管棚进行注浆。
大管棚注浆按固结管棚周围有限范围内的土石设计,浆液扩散半径不小于0.5m,注浆采用分段注浆。
3、在大管棚支护下开挖,开挖后及时初喷5cm厚砼封闭围岩,再进行钢架支护。
4、初期支护采用I25b型钢钢架,间距0.6m,全环布设。
喷射砼采用C25网喷砼,喷射砼厚32cm。
钢架连接钢筋采用φ22连接筋,Φ8钢筋网,间距20×20cm。
每榀钢架打设42×3.5mm锁脚锚管16根,锁脚锚管长4米,注水泥-水玻璃浆液。
5、对拱墙集中出水段采用径向注浆加固围岩,注浆钢管采用Φ42×5mm,注水泥浆液。
6、二次衬砌拱墙厚度60cm,仰拱厚度65cm,采用钢筋砼衬砌,衬砌主筋间距加密。
7、仰拱、二次衬砌紧跟,尽量缩短仰拱、二衬到掌子面步距。
8、加强超前地质预报和围岩量测,根据围岩量测结果随时调整支护参数。
五、施工组织安排
㈠管棚施工
1、劳动力组织
管棚施工由隧道专业架子队进行施工,严格执行标准化管理模式,由队长和技术负责人主要负责,下设技术员、质检员、安全员、材料员、试验员各负其责,组织生产。
人员配备表
工作类别
人数
备注
作业面管理人员
3
现场协调
掌子面技术人员
6
三班每班2人
安全员
2
作业人员
司钻
8
一台钻机,二个工班。
空压机司机
2
二个工班。
司泵
6
二个工班。
辅助工
26
拆卸钻杆4人/班,拌浆4人/班,其他5人/班
连接、换孔
4
二个工班。
机修工
2
二个工班。
电工
2
二个工班。
合计
61
2、主要设备
钻孔注浆主要机械配套见下表。
机械设备配套表
序号
名称
型号
数量(台)
备注
1
地质钻机
RPD-150
2
2
注浆泵
ZJB/BP-55
3
3
搅拌桶
2
4
收敛计
1
5
水准仪
1
㈡洞身施工
雁门关隧道2#斜井正洞大里程围岩为高地应力软弱围岩大变形地段,按特殊地质施工,先施做15m超前大管棚,每循环10天,洞身按短台阶法施工,循环进尺0.5m,每循环时间480min,每天3.0循环,每天进尺1.5m,月进度30m。
短台阶法循环时间计算见下图。
短台阶法施工循环时间计算图
工序
时间
min
循环时间(min)
60
120
180
240
300
360
420
480
测量放样
30
围岩量测
30
超前支护
60
开挖、出渣
90
初期支护
300
说明:
1、超前地质预报、超前支护为摊销时间。
2、各工作面拉开距离后平行作业,实行均衡生产。
1、劳动力组织
施工队伍劳力安排及工班任务划分
序号
工班名称
人数
担负主要任务
备注
1
掘进工班
30
凿岩台架就位、钻眼、装药、爆破等
2
支护工班
40
锚杆、注浆、钢筋网、钢架安设,喷射混凝土作业等
4
衬砌工班
28
防水层、钢筋安装、衬砌、附属工程等
5
运输队
20
出碴、运输、调度、维修、保养等
6
自动计量拌合站
16
砼拌合及小型构件预制
7
综合保障队
8
风、水、电及其设备维修、保养,道路养护
8
钢构件加工队
8
各种钢构件加工及预制
9
小计
150
2、主要施工机械、设备配置
主要施工机械、设备表
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
风动凿岩机
YT-28
20
2
风镐
G10
25
3
挖掘机
小松240
1
4
装载机
WA470-3
1
5
装载机
WA380-3
1
6
北方奔驰自卸车
2631K
10
7
湿喷机
TK-500
6
8
砼搅拌站
JS750
1
9
砼搅拌站
JS1000
2
10
高压注浆泵
2TGZ60/210
1
11
注浆搅拌机
LJ-300
1
12
注浆泵
KBY30/120
1
13
锚杆注浆机
NZ130A
2
14
双液注浆泵
KBY-50/70
1
15
仰拱栈桥
10m
1
16
砼输送泵
HBT60.7.75ZA
2
17
砼输送车
HNJ5290GJB
2
18
装载机
ZLC40
2
19
冷弯机
LM-22
1
20
钢筋弯曲机
WG-40
1
21
钢筋切断机
QJ-40
1
22
电焊机
BX2-500
4
23
电焊机
BX2-300
2
24
自动爬行焊机
ANEISTENCH-60
2
25
防水板热风焊机
TRIACS
2
㈢工期分析
2#斜井正洞大里程剩余298m,按每月30m计算,需要时间:
298÷30=10个月
六、加快进度保证措施
1、建立现场生产指挥中心,实施一级管理。
以作业工班为管理单元,以施工工序为控制对象,在施工现场建立生产指挥中心,进行各工序的协调、工序循环时间和循环进度的控制及突发事件的处理,实行一元化一级管理制度。
2、科学组织施工,运用网络计划技术,实行信息化施工管理。
施工中加强地质超前预报和监控量测,建立收敛变形预警机制,实施信息化动态施工管理,及时处理施工中出现的各种问题,确保施工安全,提高掘进进度。
3、采用大型机械化设备,提高机械化施工能力,设备配置满足进度需要,提高工作效率,最大程度发挥机械化作业效能。
4、优化工序衔接,“卡死”循环时间和循环进度。
优化工序组合,实行平行作业。
最大程度利用时间空间,平行均衡作业,达到缩短工序循环时间,总体进度平稳推进的目的。
注重协调各工序间的矛盾和问题。
隧道按多工序、多工种、多作业线立体交叉组织施工,及时解决各种矛盾。
建立循环时间、循环进度的“卡死”制度。
突出时间概念,制定奖罚机制,最大限度地调动人的主观能动性,确保快速施工。
5、隧道施工中运用综合超前地质探测与预报手段,并将该项工作纳入施工工序管理,将预测资料及时反馈到以施工和设计为主体的动态管理中,采取相应措施,防止地质灾害引发重大事故,达到快速施工,确保施工安全质量。
6、在软弱围岩段施工中,关键是以围岩无支承状态自稳时间、工序衔接时间和熟练操作人员的开挖时间来寻求最佳配置临界时间,确定循环进尺,配置合理先进配套的施工机械设备,达到施工快速稳产。
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