資料內容僅供您學習參考，如有不當或者侵權，請聯系改正或者刪除。下承式錨桿在大斷面富水隧道施工中的應用研究摘要:包家山特長隧道為國家規劃的包頭至茂名公路大通道的控制性工程,隧道全長11.2公里,分離式雙向4車道,是全國第三長公路隧道,也是公路行業當前施工難度最大的隧道之一。隧道工程地質以千枚巖為主,斷層破碎帶多,地下水豐富。當前國內關于富水千枚巖地層隧道施工的經驗還不多,如何快速、安全的完成本工程面臨的主要問題。關鍵詞:千枚巖,下承式,大斷面,富水一、工程概況隧道按分離式單向行車雙線隧道設計,設計行車速度80km/h,洞門采用1:1削竹式洞門。包家山特長隧道設計斷面m2。隧道經過地段屬于南秦嶺留壩--白河褶皺帶,地處南羊山斷裂和石泉－安康斷裂之間,受區域構造的影響,隧道經過地段斷層、褶皺發育,中生代來,本區新構造運動受秦嶺構造帶總體活動格局的制約,主要表現為斷裂構造的繼承性活動和山－盆耦合的震蕩性不均勻升降以及地震的多發性。影響全隧道的較大規模斷層有37條斷層,斷層影響帶寬度多為3～10m,個別斷層寬度達到40m。斷層帶周邊常見強構造混雜帶,強糜棱巖化,片理化等,斷層兩側裂隙發育巖石破碎,圍巖穩定性差。褶皺共有3處,影響寬度300～800m,褶皺軸部節理發育,巖體破碎,圍巖穩定性差。富水段工程地質以粉砂質絹云母千枚巖夾炭質板巖為主,千枚巖含量占45％左右,其飽和單軸抗壓強度Rc為2.9～8MPa。富水段區域斷層、褶皺發育,斷裂帶內不但巖石破碎,而且節理裂隙發育,是地下水貯存的場所和運動的通道,因此是影響圍巖穩定性的主要因素。施工實際現場涌水情況,富水段單掌子面涌水量最小為31m3/h,最大為210m3/h。千枚巖是一種具千枚狀構造的巖石,屬于區域變質淺變質帶巖之一。由粘土巖或火山凝灰巖等變質而成,其原巖類型與板巖相似,重結晶程度比板巖高,基本已重結晶。礦物成分以絹云母為主,多呈微粒狀或片狀;有時含有綠泥石、黑云母、石榴石或十字石等。主要特征是能被剝成葉片狀的薄片,表面呈顯著的絲絹光澤,質地軟,遇水易軟化。。圍巖節理、裂隙發育--很發育,呈薄層狀角礫結構,產狀不穩定,圍巖破碎,局部結構充填泥質物,面光滑,穩定性差;千枚巖巖質軟,開挖后呈泥狀,穩定性差,拱部易出現掉塊、坍塌現象。地下水在隧道施工中,對圍巖的穩定性起著很大的影響,特別是在軟弱的千枚巖區,更是起著控制作用。富水千枚巖地層隧道施工,最重要的一點就是減少水對圍巖的作用,控制圍巖的大變形,經過監控量測掌握圍巖變形規律,動態施工。我合同段富水千枚巖段長度占我標段隧道總長的25％左右,如何安全、快速的經過富水段對本項目的工期要求具有決定性意義。為了確保施工安全,使施工能按計劃順利進行,中鐵十二局集團小康高速N10合同段項目部聯合長安大學、陜西省公路勘察設計院等單位參考烏鞘嶺隧道千枚巖地段的施工經驗,決定在包家山特長隧道右線選取按”三臺級七步流水法”施工方案和設計支護參數施工的30m試驗段進行監控量測,以評估施工方案和支護參數的安全性、合理性。二、工程特點1、工期緊張,水文地質條件復雜,斷層破碎帶多,地下水豐富,施工難度大;2、富水千枚巖地段施工隧道,圍巖的變形較大。經過本課題的研究,確定富水千枚巖地段隧道施工方法,支護參數。找出解決富水千枚巖隧道圍巖變形和快速施工的方法。1.監控量測項目、方法及范圍1.1監控量測的目的及要求1.1.1隧道施工過程中,經過監控量測要達到以下3個目的:1.及時掌握圍巖和支護結構工作狀態,為隧道施工日常管理提供安全信息;2.經過對量測數據的分析處理與必要的計算和判斷后,進行預測和反饋,以便對原設計和施工方案的合理性進行評估,以確保施工安全和隧道的支護襯砌結構的可靠度;3.為信息反饋技術和其它類似工程積累監控量測數據和經驗。1.1.21.能快速埋設測點,且開挖后不超過24h,下次開挖前應測取初讀數;2.能快速量測數據;3.測試元件應具有良好的防震、防沖擊波能力;4.測試元件數據應準確可靠;5.直接測讀物理量,無需經過復雜計算即可直接應用;6.測試元件在埋設后能長期有效地工作;7.測試元件應有足夠的精度與可靠性,且在現場各種變化條件的干擾下”零飄小”。1.2監控量測的內容與方法依據《公路隧道施工技術規范》(JTJ042-94)的要求,根據隧道的結構特點、施工工藝以及地質情況,擬定包家山隧道試驗段的監測的內容和方法,其中包括圍巖壓力、凈空收斂、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力、縱向連接筋應力、錨桿軸力、初期支護和二次襯砌之間的接觸壓力,二次襯砌混凝土內、外側混凝土應力及二次襯砌的凈空收斂等方面的量測。旨在采取國內較成熟的快速、準確、可靠測試手段,對隧道施工中的關鍵部位進行跟蹤監測。各項監測內容所采用的儀器設備和元件如表1.1所列。為減小各種因素的影響,每天盡量在同一時間段內采集數據。現場采集到的數據記錄在專用表格上,原始記錄表格應存檔,以備日后查用。所有數據均輸入到電子計算機中,使用專用的程序對數據進行計算和處理,以求全面分析圍巖和襯砌的變形與受力情況。監測一段時間后,用專用軟件進行中期預報以及位移反分析,為下一階段的圍巖參數和襯砌支護提出具體建議,并按階段提出監測報告。待全部監控量測完成后,對數據、資料進行進一步的系統整理、計算、分析,提出總的監測研究報告。其流程如圖1.1所示。隧道現場監控量測項目及方法表1.1序號項目名稱儀器測讀頻率1～15d15d～1個月1～3個月＞3個月1凈空收斂SWJ-IV收斂計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月2拱頂下沉精密水準儀1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月3圍巖壓力鋼弦式土壓力盒1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月4噴射混凝土應力鋼弦式砼應變計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月5型鋼拱架應力鋼弦式表面應變計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月6縱向連接筋鋼弦式鋼筋應力計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月7錨桿軸力鋼弦式鋼筋應力計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月8圍巖內部位移多點位移計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月9接觸壓力鋼弦式土壓力盒1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月10二襯混凝土應力鋼弦式砼應變計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月存檔詳細整理、計算、分析提交報告存檔詳細整理、計算、分析提交報告異常甲方單位監理單位設計單位現場數據采集表格記錄輸入電子計算機穩定性分析確定正常圖1.1數據處理流程圖1.3監控量測斷面及測點布置1.3.1監測段按照設計,右線在YK152+170進入富水段,根據超前地質預報及現場實際施工情況,YK152+200涌水量達到80m3/h,圍巖極為破碎,初步確定YK152+202向前30m即YK152+202～YK152+232作為監測段,該段埋深約680m,監測斷面里程為YK152+210和YK152+225。支護措施為φ50×5超前小導管,L＝5m,每3m施工一環,每環33根;I20工字鋼架;φ42×4周壁注漿小導管;噴射C25混凝土26cm;50cm厚二次模筑防水鋼筋混凝土襯砌,抗滲標號S8。其中YK152+202~+217拱架間距采用50cm,152+217~+232拱架間距采用該監測段監測項目包括:圍巖壓力、凈空收斂、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力、縱向連接筋應力、錨桿軸力、初期支護和二次襯砌之間的接觸壓力、二次襯砌內、外側混凝土應力及二次襯砌的凈空收斂量測。1.3.2監測斷面測點及初期支護階段監測項目主要包括:圍巖壓力、凈空收斂、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力、縱向連接筋應力、錨桿軸力,其元件布置見圖1.2。二次襯砌階段監測項目主要包括:初期支護和二次襯砌之間的接觸壓力、二次襯砌內、外側混凝土應力及二次襯砌的凈空收斂量測,其元件布置見圖1.3。(1)圍巖壓力監測分別在拱頂、兩側拱腰(30°和60°)、兩側拱腳(90°)、兩側墻底等九個部位的圍巖與鋼架間埋設鋼弦式壓力盒,用以監測隧道開挖過程中圍巖壓力的變化。(2)凈空收斂監測根據現場的施工方法,分別在上導(距地面約5m)、中導(隧道最大開挖線處)、下導(距地面約1m)埋設凈空收斂監測測點,采用SWJ-Ⅳ收斂計監測隧道開挖過程中隧道內凈空的變化。(3)噴混凝土應力監測分別在拱頂、兩側拱腰(30°和60°)、兩側拱腳(90°)、兩側墻底等九個部位埋設鋼弦式混凝土應變計,用以監測隧道開挖過程中噴射混凝土力學狀態的變化。(4)型鋼拱架應力監測分別在拱頂、兩側拱腰(30°和60°)、兩側拱腳(90°)、兩側墻底等九個部位埋設鋼弦式表面應變計,用以監測隧道開挖過程中鋼架力學狀態的變化。(5)縱向連接筋應力監測分別在拱頂、兩側拱腰(45°)、兩側拱腳(90°)五個部位埋設鋼筋應力計,以監測隧道開挖過程中縱向連接筋應力狀態的變化。(6)錨桿軸力分別在上導拱腳處左右各安裝2根測力錨桿。中導、下導拱腳處左右各1根測力錨桿,每個斷面共安設8根測力錨桿,以監測隧道開挖過程中錨桿軸力狀態的變化。錨桿試驗段測力錨桿安裝示意圖見圖1.5。(7)初期支護和二次襯砌之間的接觸壓力監測分別在拱頂、兩側拱腰(30°和60°)、兩側拱腳(90°)、以及仰拱的5個部位的初期支護和二次襯砌之間埋設鋼弦式雙膜壓力盒,用以監測隧道施工過程中接觸壓力的變化。(8)二次襯砌混凝土應力監測分別在拱頂、兩側拱腰(30°和60°)、兩側拱腳(90°)、以及仰拱的5個部位的二次襯砌內、外兩側埋設鋼弦式混凝土應變計,用以監測隧道施工過程中混凝土力學狀態的變化。(9)二次襯砌凈空收斂監測在二次襯砌兩側墻中(隧道最大開挖線處)埋設凈空收斂監測測點,采用SWJ-Ⅳ收斂計監測隧道施工過程中隧道凈空的變化。圖1.2初期支護階段元件布置圖圖1.3二次襯砌階段元件布置圖圖1.4測力錨桿安裝示意圖1.4監測段元件的埋設情況富水圍巖段采用三臺階開挖方法,故元件埋設也是分上導、中導、下導三階段進行的。開挖示意圖見圖1.5,實際埋設情況見表1.2,各監測項目的元件數量統計見表1.3。圖1.5富水段圍巖三臺階開挖示意圖測試元件實際埋設情況表1.2監測斷面里程施工部位及元件埋設日期上導中導下導仰拱二次襯砌左側右側左側右側左側右側YK152+210YK152+225監測項目及元件數量統計表1.3監測斷面里程初期支護階段監測項目及元件數量二次襯砌階段監測項目及元件數量凈空收斂拱頂下沉圍巖壓力型鋼鋼架應力噴射砼應力縱向連接筋應力錨桿軸力圍巖內部位移接觸壓力混凝土應力凈空收斂YK152+2091YK152+21013918958212241YK152+2152YK152+2191YK152+2201YK152+225339189582122412監測結果與分析2.1圍巖壓力本試驗段圍巖壓力監測埋設了2個斷面,里程分別為YK152+210和YK152+225。其圍巖壓力分布見圖2.29和圖2.30,圍巖壓力時態曲線見圖2.31和圖2.32。其中圖2.31和圖2.32中Y0、Y1、……Y10的”Y”表示圍巖壓力,數字表示不同的部位,具體部位如圖2.2中元件布置所示。從監測數據來看,YK152+210斷面的最大壓力發生在拱頂,為0.148MPa,其它位置壓力較小。YK152+225斷面左、右拱腰30°處壓力值較大,分別為0.452MPa和0.155MPa,左、右拱腳處的壓力值也相對較大。其它部位圍巖壓力較小。從時態曲線上看,隨著中導及下導的開挖,圍巖壓力在初期增長較快,隨后趨于穩定。圖2.29YK152+210圍巖壓力分布圖(單位:MPa)圖2.30YK152+225圍巖壓力分布圖(單位:MPa)圖2.31YK152+210圍巖壓力時態曲線圖2.32YK152+225圍巖壓力時態曲線2.2凈空收斂本段在隧道的上導埋設了4個收斂監測斷面,里程分別為YK152+210、YK152+215、YK152+220和YK152+225;在隧道的中導埋設了3個收斂監測斷面,里程分別為YK152+210、YK152+215和YK152+219;在隧道的下導埋設了2個收斂監測斷面,里程分別為YK152+209和YK152+225監測結果見表2.4,收斂時態曲線見圖2.33～圖2.41。由監控數據能夠看出,上導和中導收斂值較大,下導收斂最小,這與圍巖在開挖過程中受到的擾動次數有關。由圖2.33～圖2.41能夠看出,上導收斂曲線在埋設初期約2周左右時間內,隨著中導和下導的開挖,收斂變形急劇增長,隨后收斂變形緩慢增長并最終趨于穩定;中導收斂曲線在埋設初期約1周左右時間內,隨著下導的開挖,收斂變形急劇增長,隨后收斂變形緩慢增長最終趨于穩定;下導收斂曲線在埋設初期約1周左右時間內收斂變形增長較快,隨后收斂變形很快趨于穩定;在支護施作3周后收斂曲線已經基本穩定。凈空收斂監測結果表2.4位置里程最大收斂值/cm最終速率/mm·d-1上導YK152+21010.150.01YK152+21512.130.01YK152+22012.210.00YK152+22511.260.03中導YK152+2107.660.01YK152+2158.380.00YK152+2197.550.04下導YK152+2093.840.01YK152+2253.180.00圖2.33YK152+210上導凈空收斂時態曲線圖2.34YK152+215上導凈空收斂時態曲線圖2.35YK152+220上導凈空收斂時態曲線圖2.36YK152+225上導凈空收斂時態曲線圖2.37YK152+210中導凈空收斂時態曲線圖2.38YK152+215中導凈空收斂時態曲線圖2.39YK152+219中導凈空收斂時態曲線圖2.40YK152+209下導凈空收斂時態曲線圖2.41YK152+225下導凈空收斂時態曲線2.3噴射混凝土應力本試驗段噴射混凝土應力監測埋設了2個斷面,里程分別為YK152+210和YK152+225。其噴射混凝土應力分布見圖2.42和圖2.43,噴射混凝土應力時態曲線見圖2.44和圖2.45。其中圖2.44和圖2.45中H0、H1、……H10的”H”表示混凝土應力,數字表示不同的部位,具體部位如圖2.2中元件布置所示。此工程初期支護采用C25噴射混凝土,其軸心抗壓與抗拉設計強度值分別為12.5Mpa和1.3Mpa。從監測數據來看,兩個斷面的噴射混凝土應力主要以壓應力為主,且應力值不大,YK152+210斷面最大壓應力為3MPa,YK152+225斷面最大壓應力為3.9MPa;兩個斷面的最大拉應力值分別為-0.7MPa和-0.4MPa,均遠小于噴射混凝土的極限抗拉和抗壓強度。總體來看,兩個斷面的噴射混凝土拱部受力相對較大,其它部位相對較小。從時態曲線上看,混凝土應力在初期應力增長較快,15天左右受力基本穩定。圖2.42YK152+210噴射混凝土應力分布(單位:MPa,”＋”為受壓,”－”為受拉)圖2.43YK152+225噴射混凝土應力分布(單位:MPa,”＋”為受壓,”－”為受拉)圖2.44YK152+210噴射混凝土應力時態曲線圖2.45YK152+225噴射混凝土應力時態曲線2.4型鋼拱架應力本試驗段鋼架應力監測埋設了2個斷面,里程分別為YK152+210和YK152+225。其鋼架應力分布見圖2.46～圖2.49,鋼架應力時態曲線見圖2.50～圖2.53。其中圖2.50～圖2.53中B0-1、B1-1、……B10-2的”B”表示鋼架應力,數字表示”部位-內外側”,具體部位如圖2.2中元件布置所示,內、外側由數字1、2表示。從監測數據能夠看出,YK152+210斷面鋼架內側均處于受壓狀態,最大壓應力發生在右拱腰30°處,其應力值為132.5MPa;鋼架外側有兩個部位出現拉應力,其它部位均為壓應力,最大壓應力發生在左拱腳處,其應力值為218.7MPa,最大拉應力發生在左拱腰30°處,其應力值為68.7MPa。YK152+225斷面有多個部位的元件已損壞,拱架外側最大壓應力發生在又拱腰60°處,其應力值為212.5MPa。從時態曲線可看出,鋼架應力在初期增長急劇增長,隨后鋼架應力很快穩定,說明鋼架受力及時。從應力的大小和隨時間變化的趨勢來看,鋼架支護作用很明顯。圖2.46YK152+210鋼架內側應力分布圖(單位:MPa,”＋”為受壓,”－”為受拉)圖2.47YK152+210鋼架外側應力分布圖(單位:MPa,”＋”為受壓,”－”為受拉)圖2.48YK152+225鋼架內側應力分布圖(單位:MPa,”＋”為受壓,”－”為受拉)圖2.49YK152+225鋼架外側應力分布圖(單位:MPa,”＋”為受壓,”－”為受拉)圖2.50YK152+210鋼架內側應力時態曲線圖2.51YK152+210鋼架外側應力時態曲線圖2.52YK152+225鋼架內側應力時態曲線圖2.53YK152+225鋼架外側應力時態曲線2.5縱向連接筋應力本試驗段縱向連接筋應力監測埋設了2個斷面,里程分別為YK152+210和YK152+225。其監測結果見表2.5、圖2.54和圖2.55。其中,應力單位為MPa,”＋”為受壓,”－”為受拉,圖2.25和圖2.26中G0、G1、、……G4的”G”表示縱向連接筋應力,數字表示部位,具體部位如表2.5中所示。從監測數據能夠看出,兩個斷面的縱向連接筋應力以壓應力為主,YK152+210斷面的最大壓應力僅為14MPa,YK152+225斷面的最大壓應力為48.5MPa。從時態曲線上能夠看出,連接筋受力初期增長較快,約10天左右趨于穩定。縱向連接筋的受力能夠說明隧道縱向也有一定的受力和變形,縱向連接筋對加強隧道支護的整體性、穩定性有著一定的作用。縱向連接筋應力監測結果表2.5里程位置最大值/MPa占鋼筋極限強度的百分比/%YK152+210拱頂7.002.1左拱腰45°13.003.9右拱腰45°14.004.2左拱腳-10.503.1右拱腳-6.802.0YK152+225拱頂17.005.1左拱腰45°-5.001.5右拱腰45°48.5014.5左拱腳11.703.5右拱腳38.1011.4圖2.54YK152+210縱向連接筋應力時態曲線圖2.55YK152+225縱向連接筋應力時態曲線2.6錨桿軸力錨桿軸力監測埋設了2個斷面,里程分別為YK152+210和YK152+225。其監測結果見表2.6,錨桿軸力分布見圖2.56和圖2.57。應力單位為MPa,”＋”為受壓,”－”為受拉。從監測結果能夠看到YK152+210斷面上導、中導、下導的鎖腳錨桿大多數受拉。上導鎖腳錨桿最大拉應力為137.21MPa,中導鎖腳錨桿最大拉應力為41.22MPa,下導鎖腳錨桿最大拉應力僅為15.65MPa;YK152+225斷面上導、中導、下導的鎖腳錨桿絕大多數受拉。上導鎖腳錨桿最大拉應力為62.94MPa,中導鎖腳錨桿最大拉應力為10.22MPa,下導鎖腳錨桿最大拉應力為27.18MPa。從數據對比中能夠看到上導鎖腳錨桿所受的力最大,這與現場施工方法是相一致的,因為在施工過程中上導圍巖受到的擾動次數最多,上導的圍巖變形也最大。錨桿軸力監測結果表2.6隧道名稱里程位置及分類最大應力/MPa包家山隧道YK152+210左拱腰約49°(上導鎖腳錨桿)-137.21右拱腰約49°(上導鎖腳錨桿)7.91左拱腰約53°(上導鎖腳錨桿)-114.29右拱腰約53°(上導鎖腳錨桿)-2.09左拱腳(中導鎖腳錨桿)-21.08右拱腳(中導鎖腳錨桿)-41.22左墻腳(下導鎖腳錨桿)-4.57右墻腳(下導鎖腳錨桿)-15.65YK152+225左拱腰約49°(上導鎖腳錨桿)-62.94右拱腰約49°(上導鎖腳錨桿)-32.58左拱腰約53°(上導鎖腳錨桿)-36.10右拱腰約53°(上導鎖腳錨桿)-35.36左拱腳(中導鎖腳錨桿)-10.22右拱腳(中導鎖腳錨桿)-8.35左墻腳(下導鎖腳錨桿)9.91右墻腳(下導鎖腳錨桿)-27.18圖2.56YK152+210斷面錨桿軸力分布圖2.57YK152+225斷面錨桿軸力分布經過以上監控數據,能夠得出如下結論:(1)凈空收斂按照三臺階七步流水法施工,初支變形初期增長較快,支護施作3周后變形就基本穩定。(2)噴射混凝土應力各斷面噴射混凝土應力主要以壓應力為主,少數部位出現了拉應力,但所受拉應力都不大,均未超過噴射混凝土的設計抗拉強度。隧道拱部噴射混凝土應力相對較大,邊墻處較小。噴射混凝土應力發展具有一定的規律性,從時態曲線上看,混凝土應力在初期應力增長較快,15天左右受力基本穩定。(3)型鋼拱架應力各斷面型鋼拱架應力以受壓為主,且受力很大。應力的增長有很強的規律性。從時態曲線上看,鋼架應力在初期增長急劇增長,隨后鋼架應力很快穩定,說明鋼架受力及時,支護作用很明顯。(4)縱向連接筋應力縱向連接筋受力主要以壓應力為主,少數部位出現拉應力。從時態曲線上能夠看出,連接筋受力初期增長較快,約10天左右趨于穩定。縱向連接筋的受力能夠說明隧道縱向也有一定的受力和變形,縱向連接筋對加強隧道支護的整體性、穩定性有著一定的作用。(5)錨桿軸力拱部8根系統錨桿中共有3根受壓,總體來說,拱部系統錨桿受力不大,表明拱部系統錨桿所起作用不很明顯;鎖腳錨桿絕大部分均受拉,最大拉應力為191.03MPa,表明鎖腳錨桿對結構的穩定性起著一定作用。采用三臺階施工,上導圍巖在施工中受到的擾動最多,圍巖變形量也最大,上導鎖腳錨桿所受的力往往也最大,故在施工過程中要保證鎖腳錨桿特別是上導鎖腳錨桿的安裝質量。2.7監控結果分析(1)對圍巖的認識千枚巖地段圍巖變形來勢猛,持續時間長,累計變形大。而且千枚巖的含量與變形有極大的關系,特別是在次級構造的作用下表現尤為突出。試驗表明在現有圍巖條件下,快速施工需要組合型的剛性支護,其聯合作用使得圍巖的松動圈在一定范圍內起到不再擴大的效果。(2)臺階長度、封閉時間與變形的關系下斷面開挖時變形速率達到峰值;下斷面開挖前的平均變形速率＞下斷面開挖后的平均變形速率＞仰拱開挖后的平均變形速率;仰拱施工后變形速率急劇降低。因此,盡早進行仰拱封閉,有利于控制變形。(3)關于預留變形量根據斷面監測情況,對于該地層預留變形量可根據其涌水量和千枚巖含量的不同加以調整。本監測斷的最大收斂在12cm左右,因此我們建議預留變形量按20cm預留。在大的構造帶預留變形量還要加大。(4)試驗段鎖腳錨桿絕大部分均受拉,最大拉應力為137.21MPa,表明鎖腳錨桿(實際施工中采用鎖腳錨管)對結構的穩定性起著很大作用。由于采用三臺階開挖方法,隨著中導、下導的開挖,上導圍巖在施工中受到的擾動最多,圍巖變形量往往最大,上導鎖腳錨桿所受的力往往也最大。故在施工過程中要保證鎖腳錨桿特別是上導鎖腳錨桿的安裝質量。(5)采用”三臺階七步流水法”,按照”φ50×5超前小導管,L＝5m,每3m施工一環,每環33根;I20工字鋼架,;φ42×4周壁注漿小導管;噴射C25混凝土26cm;50cm厚二次模筑防水鋼筋混凝土襯砌,抗滲標號S8。”支護措施施工,結構是安全的。其中YK152+202~+217拱架間距采用50cm,YK152+217~+232拱架間距采用75cm,這兩段的圍巖壓力、鋼拱架內力、錨桿內力、噴射混凝土應力、凈空收斂都相差不大,而且各項指標都在其允許極限值之內,因此對于一般富水千枚巖地段拱架間距我們建議取75cm。當然施工中,具體的拱架間距及拱架預留變形量要根據現場監控量測結果確定。報告文件之三富水千枚巖大斷面公路隧道快速施工技術中鐵十二局集團第二工程有限公司二○○七年十一月一、富水段工程地質情況二、富水千枚巖變形特點1、圍巖變形來勢猛且持續時間長。在開挖初期由于應力的突然釋放變形快且大。2、圍巖的變形與千枚巖的含量有直接的關系。千枚巖含量越高變形越大。3、變形與千枚巖地段的含水量有極大的關系,水量越大,變形越大。三、施工方案和支護參數的選擇按原設計,施工采用臺階法施工,每個臺階要設置臨時仰供,由于本項目工期緊張,為了加快施工進度,我們請陜西省公路勘察設計院、長安大學、業主等方面的專家對富水千枚巖隧道的施工方法和支護參數進行了研討,經過參考烏鞘嶺隧道千枚巖地段的施工經驗,確定取消臨時仰供,變系統錨桿為徑向注漿小導管,其它支護參數按設計施工,并在右線YK152+202～＋302進行了監測試驗,取得了成功(監測試驗見文件之二)。四、大斷面富水千枚巖隧道的開挖技術地下水在隧道施工中,對圍巖的穩定性起著很大的影響,特別是在軟弱的千枚巖地段,更是起著控制作用。由于本項目的工期非常緊張,因此施工方案在考慮安全的同時,還要考慮快速經過。我們按照新奧法施工的理念,遵循”管超前、弱(不)爆破、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則,制定富水千枚巖地段施工方案為:”超前物探、鉆探結合探水、超前注漿堵水、超短臺階人工開挖(局部輔以弱爆破)、初支加強、仰供超前、二襯緊跟。”根據以往軟弱圍巖隧道的施工經驗、隧道斷面大小及項目的工期要求,我們從下面幾個方面考慮,確定采用”三臺階七步開挖平行流水作業法”施工。1、工期緊張,工程水文地質復雜,本項目有20條斷層,IV、V級圍巖占70％以上,圍巖可變性大,因此必須設定一種能適應地質變化而迅速過渡的施工方法。2、能充分發揮先進的大型施工機具的優勢,提高工作效率,以求最佳的掘進速度和經濟效益。3、對圍巖擾動小,支護能及時封閉成環。㈠施工特點三臺階七步開挖平行流水作業法存在以下優點:1、三臺階平行作業,施工空間較大、能夠引入大型施工機械作業,施工效率高。2、在地質結構復雜多變、軟硬圍巖相間的隧道施工中,施工方法轉換較快,進度穩定,安全、工期保障性強。3、施工工藝簡單,施工投入少。㈡施工工藝工藝流程見圖4-1圖4-1工藝流程2、超前地質預報(1)TSP203超前地質預報包家山隧道超前預報采用的是瑞士Amberg測量技術公司出產的TSP203地質超前預報儀。TSP203是采用了回聲測量原理。地震波在指定的震源點(在隧道的一側邊墻,24個炮點布成一條直線)用小量炸藥激發產生。地震波在巖石中以球面波形式傳播。當地震波遇到巖石物性界面(即波阻抗差異界面,例如斷層、巖石破碎帶和巖性變化等)時,一部分地震信號反射回來,一部分信號透射進入前方介質。反射的地震信號將被高靈敏度的三分量傳感器接收。由于TSP203超前地質預報系統采取的是”多點激發、一點接收”測量方法,多點激發產生的地震波相互跟蹤檢驗,故而能提供一種精確的測量。反射信號的強弱與反射界面兩側的巖性有很大關系,反射界面兩側的巖性差異越大,反射回來的信號越強,預報的范圍也就更大。一次預報用時1.5小時左右,需要人員4～5名。接收器附件觸發器起爆器記錄單元接收器附件觸發器起爆器記錄單元掌子面雷管和炸藥接收器炮孔備注:爆破孔布置在隧道一側邊墻,使用Φ42mm鉆頭,鉆孔深度為1.5~1.8m,鉆孔向下傾斜8°±5°,每孔裝藥量為100~150g;接受器孔使用Φ50mm鉆頭,鉆孔深度為2.0m,用環氧樹脂錨固,鉆孔傾角為向上16.7°(2)超前鉆探包家山隧道圍巖以軟弱千枚巖為主,施工中我們堅持以TSP203預報為主,超前鉆探為輔的預報方案,用30m超前鉆探對TSP203預報結果進行驗證。超前探測孔布設在上導,每個斷面布3個探測孔,孔深25m,搭接長度5m。探孔用于探明前方地質,發現地下水較大時(三個探孔均出水,且單孔水流量大于5m3/h),及時采用必要的堵水、止水措施和手段。在大斷面富水千枚巖地段,應加強超前地質預報,施工時綜合運用TSP203地質預報系、超前鉆孔、開挖面巖性前推法等方法和手段預報前方工程水文地質變化3、超前注漿富水千枚巖地段每3m進行一次超前注漿,小導管采用先鉆孔后下鋼管法施工,鉆孔時開孔從工作面最后一榀工字鋼拱架上部穿過,打入小導管后,鋼管尾部和工字鋼架焊接成整體。止漿墻采用噴射砼,掌子面上臺階范圍,噴10cm厚砼進行封閉,采用2臺KBY50/70注漿泵進行注漿作業。徑向注漿小導管在進行初期支護時同步打設,在開挖下一循環的時候對本循環打設的徑向小導管進行注漿作業(為了節約時間,徑向注漿管全部用鐵絲綁在事先預埋在邊墻的φ10鋼筋上,采用4臺KBY50/70注漿泵在開挖時注漿。(1)漿液的選擇本隧道注漿以堵水為目的,選定漿液為水泥－水玻璃漿液。水泥—水玻璃類漿液是以水泥和水玻璃為主劑,兩者按一定比例采用雙液方式注入,必須要做細致配合比滿足注漿要求的注漿材料,是一種用途極其廣泛,使用效果很好的注漿材料。工地試驗室根據隧道涌水量、水壓等對雙液漿的配合比做了大量的試驗,以確定最佳的凝膠時間。在取得大量試驗參數的基礎上,選取能充分滿足注漿擴散范圍為準,保證一次注漿段(5m)固結強度,又方便施工,核算工程成本的原則,選定水灰比0.75～0.8:1,水玻璃濃度為30～35°Be′,體積比為1:0.3～1:1(2)注漿壓力壓力的確定注漿壓力是注漿的主要參數,它對漿液的擴散,裂隙充填,注漿效果的好壞起到決定性作用,因此必須有足夠的壓力克服靜水壓力和巖層阻力,方能達到預期的目的,因此正確選擇注漿壓力及合理注漿參數,是注漿過程中的關鍵問題,經過現場二十多次循環注漿試驗,得出采用較高的注漿壓力,在保證注漿質量前提下,使鉆孔數盡可能減少,較高注漿壓力能在充填物中造成劈裂灌注,使較弱的飽和巖層及涌水破碎帶的密度、強度得到改進。另外,高壓注漿壓力還有助于擠出漿液中多余水份,使漿液結石的程度提高。注漿壓力與圍裂隙發育程度、涌水壓力、漿液材料及凝膠時間有關,經過本隧道施工實踐確定初壓0.5～1MPa、終壓2MPa,可是開始注漿要視具體圍巖涌水量及巖性強度、完整性等因素考慮,隨時作出適當調整。(3)注漿量單孔注漿量按漿液在巖層中為均勻擴散的計算Q＝πR2Ln式中:Q－單孔注漿量,m3R－漿液擴散半徑,m;Ｌ－注為漿孔長,m;n－地層的裂隙,％;α－漿液在巖石裂隙中的充填系數,視巖石情況取0.3～0.9;η－漿液消耗率。(4)小導管施工開挖前采用YT-28風動鑿巖機沿拱部開挖輪廓線外10cm施鉆,成孔后安裝超前小導管,用套絲短管焊接在注漿管上。用標準的Φ42管箍擰緊所有的待注漿管,為了防止漏氣、涌水,還需生膠帶加以密封。小導管與鋼架焊接牢固,沿小導管布置線及掌子面噴C25砼10cm形成止漿盤,采用KBY50/70注漿泵進行注漿作業。施工工藝制作鋼花管:φ50mm超前小導管在構件加工廠制作。前端做成尖錐形,尾部焊接φ8mm鋼筋加勁箍,管壁上每隔15cm交錯鉆眼,眼孔直徑為6～8mm。小導管加工見圖4-3。小導管安裝:風動鑿巖機鉆孔后,將小導管按設計要求插入孔中,個別地段可用鑿巖機直接將小導管沿鋼架中部打入,與鋼架焊接組成預支護體系。小導管水泥—水玻璃雙液漿注漿工藝流程見圖4-4。圖圖4-3注漿小導管加工圖50cm15cmφ8mm加勁箍φ50mm鋼管圖圖4-4小導管注漿工藝流程圖(5)注漿①注漿注漿管的試運轉:在正式注漿前,要進行一次耐壓試驗,對設備及管路系統進行吸水,耐壓試驗,其目的是檢查注漿設備及管路系統是否耐壓,有無漏水、漏漿、漏氣現象,管路連接是否正常,如無發現異常,即可開始注漿。②制漿:將水玻璃倒入桶內,先加水稀釋要求濃度;為了達到正確無誤再用波美計進行校核,達到設計濃度,接著倒入攪拌桶進行不停攪拌。水泥漿的配制:首先加水到攪拌桶控制標高,開動攪拌機放入水泥,攪拌1～2分鐘,漿經網篩過濾到二次攪拌桶繼續攪拌,待注漿使用。為了更好控制水灰比再用波美計進行標定。③注漿順序:根據實踐經驗,先注拱腰處,再注拱頂,一般注一根管隔一至二根管,分別從兩腰往拱頂上注漿。④注漿結束標準。每孔注漿的標準,主要從注漿壓力、注入量、穩壓時間和注漿前后的涌水量四個方面考慮,一般按注漿量控制,當單孔注漿達到設計量時,結束注漿,設置檢查孔對注漿效果進行檢查,單孔流量小于10L/min時,即可進行開挖作業。徑向注漿工藝同上。4、開挖方法為了減少對圍巖的擾動,控制圍巖變形,富水千枚巖地段采用上部弧形導坑預留核心土三臺階法施工。上部弧形導坑采用人工風鎬開挖弧形導坑,必要時輔以弱爆破;核心土長度同上臺階長度,核心土距拱頂開挖面1.5m,坡腳距拱腳開挖2.5m。中下臺階及仰拱采用微震光面爆破開挖,嚴格掌握炮眼數量、深度及裝藥量,以減少爆破震動對圍巖的影響。各部開挖后及時初噴3～5cm混凝土封閉掌子面,網噴、錨桿、鋼架聯合支護作業。上導拱腳、中下導墻角增設鎖腳錨管,拱架拱腳下方墊槽鋼;仰拱緊跟下臺階施作,按每段4m開挖及時施做仰拱混凝土,使支護閉合成環。上、中臺階開挖后挖掘機將洞碴扒至下臺階,同時上導開始架立鋼架,挖掘機座于中臺階配合ZL50C施工過程中對開挖面、初期支護應加強圍巖監控量測,根據量測結果,進行數據分析,確定是否調整支護參數和預留變形量大小,以控制拱頂下沉和圍巖凈空變化。初期支護及時封閉成環,各分步工序銜接緊密。完善洞內臨時防排水系統,防止浸泡拱墻腳基礎。施工中嚴格遵循”超前支護,分部開挖,隨挖隨護,密閉支撐,監控量測,適時襯砌”的原則,短臺階分步平行開挖一般包含上部弧形導坑法短開挖施作拱部初期支護,再左右錯位開挖及施作邊墻初期支護;混凝土仰拱緊跟下臺階并及時施作盡早封閉成環受力。5、施工注意事項(1)、開挖掘進以三個臺階七個工作面同時進行。(2)、各部開挖后及時封閉掌子面,網噴、系統小導管、工字鋼架聯合支護作業,初期支護先上后下,分部實施,然后連成整體形成一個承載拱。(3)、根據量測結果,適時調整支護參數、預留量。(4)、初期支護及時成環,加強鎖腳錨管、聯接鋼筋,鋼架墊底,必要時拱腳、中下導墻角增設加長鎖腳錨管,以控制圍巖變形。(5)、仰拱開挖4m(6)施工中要做好臨時排水設施,防止浸泡拱腳。五、大斷面富水千枚巖隧道支護形式由于當前國內對富水千枚巖隧道施工經驗不多,而本項目工期緊張,為了盡快確定一套安全、快速的施工方法和支護參數,10月,我們請陜西省公路勘察設計院、長安大學、業主等方面的專家對富水千枚巖隧道的施工方法和支護參數進行了研討,決定確定30m的試驗段,采用三臺階七步流水法,按下面的初期支護參數施工:φ50×5超前小導管,L＝5m,每3m施工一環,每環33根,外插角α＝25～30°,鋼管上每隔15cm交錯布眼,眼孔直徑6～8mm;I20工字鋼架,間距75cm(50cm);φ42×4周壁注漿小導管;φ8×20×20cm鋼筋網;噴射C25混凝土26cm。”三臺階七步開挖平行流水作業法”在富水段的初期支護是由系統小導管、鋼筋網、I20a鋼架和噴射混凝土組成的一種聯合受力結構,雖然它能滿足施工要求,但為保護圍巖的天然承載力,初期支護要盡快施作,其施工流程見圖5-1。㈠初噴混凝土開挖后首先要迅速噴射3～5cm混凝土封閉掌子面,以減少圍巖暴露在空氣中的時間,充分利用圍巖的自穩能力,鋼架、錨管、網片安設完成后按設計噴射混凝土。㈡施作系統小導管,掛設鋼筋網由于千枚巖與水易軟化,迅速喪失自穩能力,因此在富水千枚巖地段盡量減少水對圍巖的作用對施工隧道非常重要,包家山特長隧道采用徑向φ42×4周壁注漿小導管,對地下水進行再次封堵,以提高初支表面防水質量。1、按設計施工系統小導管,小導管采用φ42×4無縫鋼管,管壁上每隔15cm交錯鉆眼,眼孔直徑為6～8mm,小導管環向間距100cm,縱向間距隨鋼拱架間距,并與鋼架焊接,施工采用YT-28鑿巖機鉆孔。2、系統小導管注水泥水玻璃漿液,在噴射混凝土完成后進行。注漿機具、壓力同超前注漿。3、掛設Φ8鋼筋網,搭接長度為1～2個網格,采用焊接。并與徑向小導管焊接牢固。㈢安裝鋼架1、制作加工型鋼鋼架采用冷彎成型。鋼架加工的焊接不得有假焊,焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。每榀鋼架加工完成后放在水泥地面上試拼,平面翹曲小于2cm。2、鋼架架設工藝要求。鋼架拼裝在開挖面以外進行,各節鋼架間以螺栓來連接,連接板密貼,并焊接。沿鋼架外緣每隔2m用鋼楔或砼預制塊楔緊。鋼架盡量密貼圍巖并與錨桿焊接牢固,鋼架之間按設計縱向連接筋連接。鋼拱架拱腳打設直徑為Ф42mm的鎖腳錨管,錨管長度5m,數量為每側4根。下部開挖后鋼架及時落底接長,封閉成環。鋼架與噴砼形成一體,鋼架與圍巖間的間隙用噴砼充填密實;鋼架全部被噴射砼覆蓋,保護層厚度不得小于20mm。施工注意事項:(1)安裝前應清除腳下的虛碴、虛土及雜物。為了擴大鋼拱架受力面積,抑制下沉,拱腳墊置槽鋼。(2)為增強鋼架的整體穩定性,應將鋼架與縱向連接筋、系統小導管、定位系筋和鎖腳錨管焊接牢固。(3)鋼架連接板要密貼。連接板部位易發生塑性剪切破壞,故該部位接頭除栓接外,還應四面幫焊,確保接頭的剛度和強度。(4)鋼架和初噴層間有較大間隙時每隔2m應用騎馬或楔形墊塊頂緊。㈣噴射混凝土噴射混凝土必須滿足設計強度、厚度及其與巖面粘結力要求。噴射混凝土時噴射機的壓力一般不宜超過0.2MPa。噴射作業應分段分片依次進行,噴射順序應自下而上從拱腳或墻腳向上堆噴,分段長度不宜大于6m。以防止上部噴射回彈料虛掩拱腳(墻腳)而不密實,以致強度不夠,造成失穩;先將凹洼部分找平,然后噴射凸出部分,并使其平順連接。沿水平方向以螺旋形劃圈移動,噴頭與受噴面垂直,噴嘴口至受噴面距離0.6～1.0m。施工注意事項:1、噴射中如有脫落的土塊或混凝土塊被鋼筋網卡住時,應及時清除后再噴射混凝土。2、分層噴射混凝土到設計厚度,每層厚5～6cm;鋼架保護層不小于2cm。整個噴射混凝土表面要平順。3、分層噴射時,后一層噴射在前一層砼終凝后進行,若終凝1h后再進行噴射時,先用風水清洗噴層表面。4、噴射砼的一次噴射厚度:拱部不大得超過80mm,側壁不得超過100mm。噴射砼終凝后4h內不得進行爆破作業。5、噴射混凝土終凝后2小時起,開始灑水養護,養護時間不少于7天。6、在噴射側壁下部及仰拱時,需將上半斷面噴射時的回彈物清理干凈,防止將回彈物卷入下部噴層中形成”蜂窩”,而降低支護強度。㈤其它1、以上介紹的支護措施適用于涌水量在100m3/h左右的情況,當涌水量在50m2、在經過地下水較大的大的構造帶時,支護措施要加強。9月24日,左線ZK154+910在經過F59斷層時涌水量突然加大到210m3/h,整個掌子面變為黑色的斷層泥,前方兩榀鋼拱架被壓跨,后方5m3、反坡或者斜井施工時,抽排水設施要按最大預計涌水量并預留富裕一次配置到位。通風排煙降塵,清理危石,吹凈巖面,處理欠挖通風排煙降塵,清理危石,吹凈巖面,處理欠挖檢查超欠挖情況,初噴混凝土封閉巖面施作系統小導管,鋼筋網質量檢查施工放樣安裝鋼架施作拱部超前支護噴射混凝土至設計厚度質量檢查圍巖量測,信息反饋,修正支護參數圖5-1初期支護施工流程六、大斷面富水千枚巖隧道襯砌施工㈠仰供施工富水千枚巖屬于軟巖,仰供對于穩定軟巖隧道圍巖變形特別重要,包家山隧道經過監控量測發現一般仰供施工一周后,圍巖變形基本穩定。為了盡快使支護封閉成環,使支護整體受力,仰供應緊跟掌子面。仰供采用棧橋全幅開挖,以解決與隧道掘進工序間的干擾問題,使仰拱施工緊跟隧道掘進進行,既對洞室結構穩定極為有利,同時也改進洞內路況便于機械通行。包家山特長隧道仰供距離掌子面控制在30m以內,仰供每循環開挖長度不超過4m。仰拱施工主要分兩部分:仰拱開挖和仰拱澆注。混凝土仰拱施工流程見圖61、測量放樣,由設計頂標高,反算仰拱基坑底標高;2、機械開挖仰供,人工輔助清理底部浮碴雜物,抽凈基坑積水;設槽形擋頭模板設槽形擋頭模板測量開挖清虛碴隱檢澆注砼搗固抽排水接縫處理混凝土生產、運輸養護圖6-1仰拱砼施工工藝框圖3、將上循環仰拱砼接頭鑿毛處理,按設計要求安裝仰拱鋼筋,并預留與邊墻襯砌連接筋;4、自檢合格后,報監理工程師隱蔽檢查并簽證,砼輸送車運輸灌筑,插入式振動棒搗固。仰拱砼施工符合下列要求:(1)施工前,將隧底虛碴、雜物、泥漿、積水等清除,并用高壓風水將隧底吹洗干凈。(2)仰拱超前拱墻二次襯砌,其超前距離保持3倍以上襯砌循環作業長度。(3)仰拱砼整體澆筑,一次成型。(4)填充砼在仰拱砼終凝后澆筑,不得同時澆筑。(5)仰拱施工縫和沉降縫作防水處理。㈡防排水包家山特長隧道防水標準為一級。防排水遵循”防、排、截、堵結合,因地制宜,綜合治理”的原則。1、隧道在初期支護和二次襯砌間鋪設土工布和防水板;二次襯砌沉降縫采用中埋式橡膠止水帶止水,施工縫采用P-201止水膏。2、在初期支護中根據地下水量大小按規定間距設置排水半管將匯水引入襯砌兩側墻腳外側設置的縱向排水管中,縱向排水管中的水經過橫向連接引入中心排水管排出洞外。3、二次襯砌采用C25防水砼,抗滲標號不低于S8。4、二襯拱部預留回填注漿孔,待砼達到設計強度后,應進行充填注漿。防水層鋪設利用輪胎式作業平臺施作。監控量測表明支護變形已基本趨于穩定且凈空滿足二次襯砌厚度、支護表面平整經地質雷達檢測初期支護背后密實,滿足質量要求后鋪設防水板。防水層鋪設作業區不得進行爆破,防止飛石損壞防水層結構。在襯砌臺車就位前,對防水層進行全面檢查,鋪設過程中對接縫進行充氣檢查。防水層施工與二次襯砌砼灌筑之間相距20m左右。防水層采用無釘孔鋪設工藝,施工工藝流程見圖6-21、防水層鋪設工藝(1)施工準備作業平臺就位后,將支護表面外露的錨桿頭、鋼筋頭用氧焊齊根切除,并抹砂漿將其覆蓋。對支護表面凹凸不平的部位進行修鑿抹平。將電源線接到位,檢驗爬焊機能否正常工作。(2)防水層鋪設用穿有塑料焊墊的水泥釘在噴射砼表面從上至下梅花型布置,間距拱部0.5×0.5m,邊墻1.0×1.0m。防水層沿輪廓展開并保持松緊適度,幅與幅之間的搭接長度不小于10cm。用雙輪爬焊機進行焊接,接縫形成兩條寬1.5cm間距4.5cm的焊縫。進行充氣質量檢驗,檢查接縫是否有漏焊現象,壓強0.2MPa時穩定10分鐘,不漏氣為合格;針對虛焊及焊穿現象情況采用熱風焊槍進行補焊。(3)施工要點固定防水層時,應視支護表面的平整度將防水層預留一定的富余量,以防過緊而被砼擠破;防水層每環鋪設長度應比襯砌長度長0.5～1m,以利接頭焊接施工;防水層接縫和襯砌施工縫應錯開0.5～1m;防水層鋪設好后,盡快灌筑砼;襯砌端部預留防水層接頭采取防護措施,防止損壞;襯砌鋼筋安裝、各種預埋件設置、擋頭模安裝,及泵送砼等工序作業中要防止破壞防水層;成股向外的涌水,根據水流量的大小,采取埋設多根大直徑半圓塑料管來取代軟式透水管;在淋水地段,防水層打濕后,焊縫質量難以保證,預鋪一層排水板引水,然后再按設計鋪設防水層。2、Yas排水半管按設計,排水半管安設在噴射混凝土中,在噴射完第一層后安裝,現場經施工發現噴射混凝土中的石子會把包裹半管的速凝砂漿及半管打穿,經過與設計、監理、業主溝通變更為在初期支護表面安裝。排水半管每5m一環,局部滲漏水地段,每3m一環。在初期支護趨于穩定的條件下,最終噴射三至四層混凝土封閉直至噴層表面干燥無水。在大面積淋水或地下水流量大的地段,亦按上述方法設置多層暗埋式Yas排水半管,經過排水管將水引入墻腳縱向排水管排出洞外,以達到”排水通暢,初支表面干燥無水”的要求后．再鋪設防水層和土工布。3、施工縫、沉降縫防水(1)沉降縫包家山特長隧道沉降縫采用中埋式膨脹橡膠止水帶。進行模筑砼施工之前,采用專用鋼筋卡將止水帶固定在擋頭板正中間,確保砼灌筑時止水準備工作地質雷達檢測支護及背后密實情況并處理準備工作地質雷達檢測支護及背后密實情況并處理1.切除外露鐵件頭2.砂漿抹平3.防水板質量檢查防水板固定防水板接縫焊接充氣檢查移走作業平臺結束補強合格不合格圖6-2防水層鋪設施工工藝流程圖具體做法:根據襯砌厚度及襯砌形式自制拼裝式鋼模擋頭板,每塊鋼模寬度為襯砌厚度的一半,將鋼模根據安裝順序編號,襯砌臺車就位后,按照編號安裝擋頭板,將止水帶沿隧道環向夾在擋頭板中間,擋頭板兩側用U形卡固定;預留一半止水帶灌筑在下一循環砼襯砌中;采取有效措施防止地下水或施工用水與其接觸。(2)施工縫包家山特長隧道襯砌施工縫使用P-201超級止水材防水,P-201止水膏作為水膨脹單液型密封劑一經硬化就變成復原性良好的橡膠彈性體,浸水后自身體積膨脹,充填空隙,發揮確實的止水效果。P201超級止水材是經過吸水性尿烷連接,第一次是利用橡膠的彈性止水,第二次是利用水接觸后自身體積膨脹止水。施工特點:粘貼性能強;耐久性長;具有緩膨脹性;作業簡單,不需要打磨混凝土表面;熱縮冷脹性;受水質的影響小。在凹凸面、拐角處都能緊貼,不須涂底膠,施工簡便。㈢模筑砼襯砌隧道襯砌為復合式襯砌。采用1臺全斷面液壓鋼模襯砌臺車襯砌,一次襯砌長度10.5m,襯砌緊跟初期支護。全斷面液壓鋼模模板臺車施工工藝流程見圖6-3。(1)洞身襯砌施工隧道模筑襯砌混凝土灌注采用全斷面液壓鋼模襯砌臺車,一次施工長度10.5m洞外混凝土拌合站拌合,混凝土攪拌運輸車送運往洞內,混凝土輸送泵灌注,機械振搗;鋼筋混凝土襯砌灌注前做好鋼筋的布設工作,鋼筋角隅要加強振搗。灌注前按圖紙規定預留溝、槽、管洞或預埋構件。襯砌作業采用HBT60型混凝土輸送泵作業。混凝土自模板窗口由1臺輸送泵左右對稱同時灌注。由下向上,對稱分層,先墻后拱灌筑,傾落自由高度不超過2.0m。在混凝土澆筑過程中,觀察模板、支架、鋼筋、預埋件和預留孔洞的情況,當發現有變形、移位時,及時采取措施進行處理,混凝土灌筑作業間斷時間不得超過2個小時,否則按接縫處理。試驗室按規定要求在灌筑混凝土現場做試件,并詳細填寫施工記錄。(2)注意事項①混凝土養護及整修。混凝土灌筑后,強度達到設計強度70%時,方可拆模,并進行養護,養護采用高壓水噴灑砼面,時間7～14天。②泵送混凝土。碎石最大粒徑與輸送管內徑之比不大于1:3;經過0.315mm篩孔的砂不小于15%;最小水泥用量為300kg/m3;坍落度為120～160mm。監控量測確定施作二次襯砌監控量測確定施作二次襯砌施工準備臺車移位1.中線水平放樣檢查2.鋪設襯砌臺車軌道水平定位立模拱部中心線定位立模邊墻模板凈空定位臺車定位施作止水膏涂脫模劑灌注混凝土脫模、臺車退出養護拱墻模板固定成型清理基層自檢監理工程師隱檢洞外混凝土拌合站混凝土運輸混凝土輸送泵圖6-3全斷面液壓鋼模模板臺車施工工藝流程圖③預埋件位置要定位準確,安裝牢固;泵送前用少量水灰比為0.7的水泥砂漿濕潤導管;換管時先濕潤后接駁;泵送過程嚴禁加水、空泵;開泵后無意外情況中途不要停歇。泵送混凝土結束時,洗管前先行反吸,降低管內壓力;洗管時,從進料口塞入海綿球或橡膠球,用水將存漿推出。七、監控量測現場監控量測是判斷圍巖和隧道的穩定狀態、保證施工安全、指導施工生產、進行施工管理和提供設計信息的重要手段。包家山特長隧道在施工過程中,按技術規范的要求進行監控量測,以量測資料為基礎及時修正支護參數,使支護參數與地層相適應并充分發揮圍巖的自承能力,圍巖與支護體系達到最佳受力狀態,并在施工中進行信息化動態管理,達到確保工程質量、施工安全和進度,合理控制投資的目的。在隧道正洞洞身支護完成后,特別是仰拱施工完畢后,噴錨支護已閉合成環,及時進行全斷面監控量測,隨時掌握初期支護的工作狀態,指導和確定二次襯砌施作時間。㈠量測項目根據本包家山特長隧道富水千枚巖段支護類型和施工方法等特點,初步選擇確定本隧道監控量測必測項目和選測項目見表7-1,表7-2。監控量測必測項目表7-1序號監測項目測試方法和儀表測試精度備注1洞內、外觀察現場觀察、地質羅盤2襯砌前凈空變化隧道凈空變化測定儀(收斂計、隧道激光斷面儀、全站儀)0.1mm全站儀采用非接觸觀測法3拱頂下沉水準測量的方法,水準儀、鋼尺1mm一般進行水平收斂量測4地表下沉水準測量的方法,水準儀、塔尺1mm淺埋隧道必測(H0≤2b)5二次襯砌后凈空變化隧道凈空變化測定儀(收斂計)0.01mm注:H0—隧道埋深;b—隧道最大開挖寬度。監控量測選測項目表7-2序號監測項目測試方法和儀表測試精度備注1地表下沉水準測量的方法,水準儀、塔尺1mmH0＞2b時2隧底隆起水準測量的方法,水準儀、塔尺1mm3圍巖內部位移多點位移計0.1mm4圍巖壓力壓力盒0.001MPa5二次襯砌接觸壓力壓力盒0.001MPa6鋼架受力鋼筋計0.1MPa7噴砼受力砼應變計108錨桿桿體應力鋼筋計0.1MPa9二次襯砌內應力砼應變計0.1MPa注:H0—隧道埋深;b—隧道最大開挖寬度。其中,右線試驗段必測、選測項目都進行監控,一般富水段僅進行必測項目監控。㈡量測斷面布置,隧道每個量測斷面各布置一個拱頂下沉測點和兩條水平凈空收斂量測基圖7-1圍巖測點布置線,測點布置見圖7-1。㈢量測頻率量測頻率見表7-3,實際量測頻率從表中根據變形速度和距開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率。量測頻率表表7-3量測頻率變形速度(mm/d)量測斷面距開挖工作面距離2次/d≥5<1B1次/d1～5(1～2)B1次/2～3d0.5～1(2～5)B1次/3d0.2～0.51次/周<0.2>5B注:B為隧道開挖寬度。㈣監測方法監測方法與要求見表7-4。㈤監測資料整理、數據分析及反饋在取得監測數據后,及時由技術干部整理分析監測數據。結合圍巖、支護受力及變形情況,進行分析判斷,將實測值與允許值進行比較,及時繪制各種變形或應力～時間關系曲線,預測監控量測方法及要求表表7-4序號監測項目測點布置監測方法及要求儀器1洞內外觀察開挖及支護后進行目測:地質觀察在爆破后初噴前進行,繪制地質素描圖,填寫開挖工作面地質調查記錄表;檢查噴射砼有無開裂及發展,錨桿有無松動,鋼架支護狀態等,并做好相應記錄;查看邊仰坡有無開裂、起殼,地表有無裂紋;地表水位有無異常變化。地質羅盤2水平收斂量測臺階底面以上1.5m左右兩側對稱布置量測點,量測斷面間距10m采用激光斷面儀或收斂計進行量測,開挖后按要求迅速安裝測點并編號,初讀數應在開挖后12h內讀取,測點應牢固可靠,易于識別并妥為保護激光斷面儀、收斂計3拱頂下沉量測與水平收斂斷面對應拱頂設量測點噴射砼后迅速在拱頂設點,采用激光斷面和儀精密水準儀和收斂計銦瓦尺進行量測精密水準儀和收斂計、銦瓦尺變形發展趨向及圍巖和隧道結構的安全狀況,并及時向總工程師匯報,修正支護預留變形量。㈥監控量測體系(１)監控量測計劃工程施工前,根據現場實際情況及施工進度,編制詳細的監測實施計劃,并確定監測技術標準,報監理工程師及業主批準。施工監測管理流程見圖7-2。施施工量測安全性經濟性量測計劃是否變管理基準是否變措施(改變施工方法,調整支護參數)措施(優化支護結構)改變量測計劃改變管理基準是是否否否否是是圖7-2施工監測管理流程圖(２)監控量測小組為了真實反映監測結果,本項目施工監測由工程管理部組成專門監測小組,具體負責各項監測工作。(３)監測管理積極配合監理工程師做好對監測工作的檢查、監督和指導,工程完成后,根據監測資料整理出本隧道的監測分析總報告納入竣工資料中。(４)現場量測要求凈空變化、拱頂下沉量測應在每次開挖后12h內取得初讀數,最遲不得大于24h,且在下循環開挖前必須完成。測試前檢查儀表設備是否完好,發現故障及時修理或更換;確認測點是否松動或人為損壞,當測點狀態良好時方可進行測試工作。測試中按各項量測操作規程安裝好儀器儀表,每測點一般測讀三次,取算術平均值作為觀測值;每次測試都要認真做好原始數據記錄,并記錄開挖里程、支護施工情況以及環境溫度等,保持原始記錄的準確性。測試完畢后檢查儀器、儀表,做好養護、保管工作。及時進行資料整理及信息反饋。(５)保證措施將監測管理及監測實施計劃納入施工生產計劃中,作為一個重要的施工工序來抓,并保證監測有確定的時間和空間。制定切實可行的監測實施方案和相應的測點埋設保護措施,并將其納入工程的施工進度控制計劃。施工監測緊密結合施工步驟,監控每一施工步驟對周圍環境、圍巖、支護結構、變形的影響,據此優化施工方案。監測組與監理工程師密切配合工作,及時向監理工程師報告情況和問題,并提供有關切實可靠的數據記錄。量測項目人員要相對固定,保證數據資料的連續性。量測儀器專人使用、專業機構保養、專業機構檢校。量測設備、元器件等在使用前均經過檢校,合格后方可使用。各監測項目在監測過程中必須嚴格遵守相應的實施細則,量測數據均要經現場檢查、室內兩級復核后方可上報。八、施工組織與管理富水千枚巖地段圍巖破碎,地下水大,如何合理的進行工序安排、人員組織對施工的安全、進度、質量等具有重要意義。為了盡量縮短各工序的銜接時間,做到隨挖隨護,加快施工進度,施工中要盡可能利用一切能夠利用的時間,使各工序能平行或部分搭接施工;在人、機、料的使用上要科學計劃,合理安排,使之發揮最大效率。具體的一個循環工序時間及各工序搭接情況見表8－1。富水千枚巖地段一個施工循環工序時間表8－1勞動組織見表8-2表8-2勞動組織序號工種人數工作內容1項目經理1全面施工管理2總工程師1方案制定,技術指導3機電部1機械設備維護保養4工程部8技術交底、測量放樣5物資部3物資供應6成本部2合同管理7機械隊長28機械司機269洞長2洞內值班、協調10開挖班36開挖、打超前、立架11噴錨班30噴射混凝土12注漿班18注漿13超前預報組2TSP20314電工2現場用電管理15其它人員40拱架加工、拌合站包家山特長隧道富水段圍巖破碎,地下水大,如何合理的進行工序安排、人員組織對施工的安全、進度、質量等具有重要意義。為了縮短各工序的銜接時間,特別是減少圍巖開挖后的做到隨挖隨護,我們按下面的方式組織施工:(1)開挖、支護混編為一個班。開挖每班18人,負責斷面開挖,立拱架,施工超前、徑向小導管。噴錨班每班15人,負責開挖過程中的隨時初噴和噴射混凝土。兩個作業班同時上班,同時下班。注漿班每班9人,負責注漿作業。(2)每個掌子面配洞長2名,技術干部4名,24小時分兩班在洞內值班,負責施工現場協調、組織和技術指導。(3)機械隊配備隊長2名,負責機械協調,所有機械配備雙班司機,挖掘機、裝載機24小時停在掌子面,隨時待命。2、機具設備見表8-33、通風管理長大隧道施工,通風至關重要,良好的施工環境能提高人員、機械工作效率,加快施工進度,保證施工安全和質量。包家山特長隧道采用長管路壓入式通風。洞口設置軸流風機。軸流風機選用SDF(c)-NO12.5軸流通風機(風量1550～2912m3/min,全壓1378～5355Pa,電機功率2*110KW),風管采用φ1500mmPVC高強雙拉鏈風管。為加速污濁空氣向外的流通速度,離掌子面40m左右設置一臺射流風機,向外吹趕污濁空氣。表8-3機具設備序號名稱規格型號功率/kw或容量數量/臺1電動空壓機SA-5150W20m3/min120102風鎬G101.2m3/min63風動鑿巖機YT-2883.3L/s64挖掘機CAT320C1.2m315裝載機ZLC50B3.0m326北方奔馳汽車2631K19t107混凝土噴射機YSP6-10S38混凝土拌合站JS750＋PL120019注漿泵KBY-50/7011KW210注漿臺架東風汽車改裝111冷彎機LW220112電焊機BX2-50025KW413射流通風機35KW214軸流通風機SDF(c)-NO12.5110KW215TSP203地質超前預報儀116地質鉆機XY-PC1(1)施工通風要點①安裝風機:洞口風機距洞口20m以外安裝,支架穩固,避免運轉時振動搖晃,風機上方設6m2的防雨遮板。風機出口設置剛性風管連接,風機和風筒接口處法蘭間加密封墊。剛性風管與柔性風管接合處綁扎三道,以減小局部漏風和阻力。②安裝風管:風管必須有出廠合格證,使用前進行外觀檢查,保證無損壞,粘接縫牢固平順,接頭完好嚴密。掛設風管要平、順、直。在作業時,沿拱頂中線位置,每隔5m打眼安裝高強膨脹螺栓,布φ6mm鋼筋拉線,用緊線器拉緊。風管吊掛在拉線下。為避免φ6mm鋼筋受沖擊波振動、洞內潮濕空氣腐蝕等原因造成斷裂,增設φ10mm尼龍繩掛圈。使用PVC高強雙拉鏈風管,必須使其內反邊保持同風向一致。風管懸吊要穩固,懸掛高度一致,要求每10m撓度不大于150mm,軸向偏差每100m不大于300mm。為克服長期使用風管疲勞造成的長度延伸、撓度增大,每月進行一次系統檢查,每300m為一個檢查調整段,風管拉緊后除去多余部分,增設鋼圈接頭,捆綁牢固。(2)通風系統的維護通風機設專人維護,按規程要求操作風機,如實填寫各種記錄。通風機使用前卸去廢油,換注新黃油,以后每半月加注一次。風機盡量減少停機次數,發揮風機連續運轉性能。通風工班定期對全部風管進行檢查,發現破損等情況及時處理。九、質量控制包家山特長隧道的質量目標為:分