破碎玄武岩夹凝灰岩三台阶施工.doc

1、破碎玄武岩夹凝灰岩三台阶施工【摘要】：采用正三台阶预留核心土法在围岩极度破碎、差异风化非常严重的富水地层中反坡修建单线隧道，既保证了施工安全，同时又加快了施工速度，取得了良好的经济效益和社会效益，供同类条件隧道施工参考与借鉴。 【关键词】：围岩破碎富水反坡单线隧道正三台阶施工 中图分类号：TU761 文献标识码： A 文章编号： 1.前言 在围岩极度破碎、差异风化非常严重的富水地层中反坡修建单线隧道，既要严格保证安全、质量，同时必须快速施工是隧道施工的一大难题。 施工单位在施工中吸取软岩、反坡富水隧道施工经验，组织技术攻关，采用正三台阶预留核心土法，依据多种超前地质预报和监控量测数据指导，在保

2、证安全、质量的前提下，多次刷新大丽线级围岩单口月掘进最高纪录，进行总结后，形成正三台阶预留核心土法施工单线破碎玄武岩反坡富水隧道工法，取得了良好的经济效益和社会效益。 2.工法特点 2.1 综合新奥法与矿山法的施工特点，以锚喷支护作为施工支护。 2.2 采用多种超前地质预报综合判断前方围岩构造特点，严格按照岩变我变原则及时修正支护参数和循环进尺长度，有效避免不良地质灾害的发生。 2.3 每开挖 50m 后，预留 20m 左右的下台阶在上台阶施做超前水平地质钻时开挖，把超前水平地质钻纳入工序管理，但不占工序时间，有效地实现了安全和进度同步控制。 2.4 爆破后把上、中台阶的虚碴用挖掘机扒至下台阶

3、，在下台阶用挖装机出碴的同时安设上、中台阶格栅拱架，使的出碴基本不占工序时间，缩短了循环时间，加快了施工速度。 2.5 采用湿喷工艺对初支混凝土进行喷射，降低了粉尘含量，改善了工作环境。 2.6 采用 3D 光学无尺量测方式对围岩变形全过程进行监控量测，比传统的挂尺量测增加了精确度，同时减少了量测与其他工序之间的干扰。3.适用范围 适用于地质条件复杂，围岩软弱破碎，反坡富水单线隧道以及类似的地下工程施工。 4.工艺原理 正三台阶预留核心土法施工（见图 1） ，把隧道断面分成三块，降低了开挖高度，同时，在上台阶预留核心土对掌子面进行三角斜撑，缩小了上台阶掌子面的垂直凌空面，增加了围岩的自稳系数，

4、有效地预防并避免涌水、突泥、掌子面滑坍等地质灾害的发生；在上台阶施做超前水平地质钻时开挖下台阶、在下台阶出碴的同时安设上、中台阶的格栅拱架，缩短了循环时间，达到了安全快速施工的目的。 5.施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程（见图 2） 。 5.1.1 施工超前导管、上一循环系统锚杆 开挖之前，对拱部周边按设计施作 42mm,L=3.5m40cm 超前小导管进行超前支护，小导管纵向间距为两榀格栅钢架距离 1.2m/榀2 榀=2.4m，搭接长度 1.1m。在施工超前导管的同时，施做上一循环法向系统锚杆。 钻孔、插导管：采用煤矿用 2.2kw 旋转煤电钻钻孔，孔径为50mm，钻孔时，沿开挖

5、轮廓线向外倾斜，其外插角控制在 57。 钻好一孔后，插入导管并进行注浆。注浆采用体积比 10.5 的水泥水玻璃双液浆，水灰比 11，注浆初始压力 0.50.8Mpa，终结压力为 1Mpa，注浆料配合比及注浆压力通过试验调整确定。 5. 1.2 开挖与支护 开挖： 超前小导管和上一循环系统锚杆施工完毕后，上中下三台阶同时施钻爆破眼，在上台阶周边眼和辅助眼钻孔结束后，中下台阶先行爆破；随后用 130B 挖掘机把上台阶核心土和中台阶爆破后的虚碴扒至下台阶；在用 312 挖装机装碴、5t 自卸车运输出碴的同时，施钻上台阶掏槽眼，上台阶爆破后再用挖掘机把爆破后的虚碴扒至下台阶；在下台阶再次出碴的同时对上

6、中台阶进行初喷混凝土后安设格栅拱架。开挖循环进尺根据超前地质预报、掌子面围岩情况结合每循环加深炮眼司钻情况随时进行调整，若围岩自稳情况偏好或含水量相对较小时，每次开挖进尺二榀格栅进尺 2.4m；若围岩破碎失稳，每次开挖进尺一榀格栅进尺 1.2m。 初期支护： 初期支护参数：C20 维纤维喷射混凝土、20MnSi 格栅钢架（间距 1榀/1.2 米） ，单层 10 钢筋组成 25cm25cm 网格以及法向系统锚杆（拱部 25 中空锚杆、边墙 22 砂浆锚杆） 。 上台阶爆破开挖后用湿喷机对上中台阶喷射 35mm 厚混凝土，挂钢筋网，安设上中台阶格栅钢架，最后复喷上中台阶 C20 喷射混凝土至设计厚

7、度。 在下台阶出碴结束后（时间基本与上中台阶安设格栅拱架结束时间一致） ，用湿喷机对下台阶喷射 35mm 厚混凝土，挂钢筋网，安设下台阶格栅钢架，最后复喷下台阶 C20 喷射混凝土至设计厚度。 5.4.3 施工仰拱及隧底填充 仰拱采用 C25 混凝土，隧底填充采用 C20 混凝土。仰拱滞后下台阶开挖面 3040m，每次开挖 35m，上部架设 9m 长钢栈桥（一副/两片）以便施工机械和人员通行。仰拱采用钻爆开挖，挖掘机装碴，自卸车运输；275m3/h 搅拌站集中搅拌混凝土，3m3 混凝土罐车运输，溜槽自然放浆，人工立模，人工浇注。 5.1.4、二次衬砌 仰拱及填充达到一定强度后，根据量测监控数据

8、，采用 12m 衬砌台车进行二次模注混凝土衬砌施工，混凝土采用输送泵泵送灌注。 5.2 3D 光学无尺监控量测（见图 3） 。 把量测工作纳入工序管理，采用 3D 光学无尺量测方式对围岩变形全过程进行监控量测，通过监控量测数据的及时反馈，用以指导设计与施工。图 3 监控量测的项目及其方法： 5.2.1 地质支护状态观察 每循环采用 DQL11 地质罗盘、地质锤等对开挖掌子面进行观察、素描；根据每循环 5 个加深炮眼司钻情况对掌子面前方 3m 内的围岩进行细部判断；采用放大镜等仪器对围岩及初期支护表面进行观察。 5.2.2 拱顶下沉量测 在开挖拱顶，每 5m 设一光学棱镜测点，用全站仪自由设站测

9、其下沉量。 5.2.3 周边收敛量测 在隧道内拱脚、大跨上 1m 处每 5m 设二条水平基线埋设光学棱镜测点，用全站仪自由设站测其收敛值，同时采用张力自鸣电子数显式收敛仪对应校核量测。 拱顶下沉、周边收敛测点埋设在同一断面，量测断面间距为 5m。专职监控量测组负责量测、数据整理、绘制回归曲线并在每天的生产交班会上通报，以便采取相应的措施。全部数据处理与曲线回归采用计算机程序。 5.2.4 围岩内部应力量测 在围岩与初支之间每 100m 埋设三组压力盒和钢筋计对围岩内部应力进行数据采集和分析，根据在较长时间内围岩内部应力重新分布情况，校核初期支护参数和二次衬砌设计的合理性。 5.3 超前地质预报

10、 5.3.1 大地电磁勘探 委托铁二院地勘分院，在隧道中线对应的地表用可控音频大地电磁法（CSAMT）对隧道全线进行勘探，查明隧道洞身及其附近围岩的破碎、富水等不良地质。 5.3.2 高密度电法视电阻率勘探 委托云南航天质量无损检测站，采用 E60BN 型高密度电法工作站对隧道全线进行勘探，查明隧道线路所处的工程地质、水文地质特征，探明断裂破碎带、富水带等不良地质分布情况。 5.3.3EH4 电阻率勘探 委托铁二院地勘分院，采用 EH4 电阻率对隧道全线进行勘探，探明断裂破碎带、富水带等不良地质分布情况。 5.3.4TSP 法超前地质预报 委托铁二院地勘分院，采用 TSP203 每 10015

11、0m 对隧道掌子面前方100 多米的地质情况进行探测，中距离探明溶洞、软弱岩层、断层及富水带等不良地质。 5.3.5 超前水平地质钻孔预报 成立专职超前水平地质钻孔预报小组，每开挖 50m 后，预留 20m 左右的下台阶在上台阶施做超前水平地质钻时开挖，采用 ZDY2300S 型全液压钻机在上台阶中部和左右两侧偏离中线 2.5m 位置施做 3 个超前水平地质钻，探明掌子面前方约 50m 范围内围岩的岩性、破碎程度和富水情况。5.3.6 加深炮眼超前预报 每循环钻爆开挖时，由有经验的开挖工在拱顶、两侧大跨和拱脚处施做 5 个加深炮眼，根据加深炮眼钻进速度、出水量及颜色对掌子面前方 3m 内的围岩

12、进行细部判断。 定期召开地质分析会，根据上述 6 种超前预报的资料，结合掌子面实际情况对比分析，提前制定施工方案、修正支护参数，确保每一米的隧道开挖都安全、快捷。 5.5.劳动力组织 根据隧道施工实际工作量及工作强度，合理配置各作业班组劳动力（见表 1） 。 表 1:作业班劳力组合表 6.材料与设备 本工法无需特别说明的材料，主要机具设备见表 2 表 2:机械设备配置表 7.质量控制 7.1、建立以项目经理为首，总工、副经理及各部门负责人为组员，全员参加的质量管理体系。项目部设专职质量管理人员负责有关质量方面的日常事宜，全员树立“质量第一”的思想，认真贯彻、执行、落实好质量体系文件中的各项标准

13、和规定。 7.2、施工放样前吃透设计文件、图纸，并认真审核、严格按设计文件、施工技术规范和施工工艺组织施工，搞清楚线路中心线与隧道的各部位之间的相互位置关系，确保各部位几何尺寸的正确。 7.3、隧道开挖严格控制超欠挖，初期支护做到符合设计要求，混凝土衬砌厚度、强度、回填均保证符合设计和施工规范要求，严格按喷锚、复合衬砌作业指导书施工。 7.4、严格把好原材料进场关，不合格材料不得进场和使用，并严格按程序文件的规定进行检验、标识和使用。 7.5、成立专门工序质量考核组，每道工序都严格执行“三检制” ，上道工序检查不合格时严禁进行下道工序施工。 7.6、定期开展 QC 小组活动，组织技术攻关。 8

14、.安全控制 8.1、认真贯彻“安全第一、预防为主”的安全生产方针，严格执行安全操作规程 ，重点防患，摆正安全、质量、进度之间的关系，把因工死亡、重伤率控制在部、集团公司规定的指标内，轻伤事故降低到最低限度，实现安全生产。 8.2、坚持安全教育，强化劳动纪律，严格执行“安全卡死”措施，增强全体员工的自我保护意识和能力，使全体职工能自觉遵守安全生产的各项规章制度和规定。 8.3、认真执行“三同时”制度，坚持“四不放过“的处理原则，坚持把安全生产工作作为头等大事来抓，并贯彻到施工生产的全过程中去。8.4、隧道施工严格按“短进尺、弱爆破、管超前、强支护、严封闭、勤量测”的原则进行组织。 8.5、成立专

15、门的测量组、量测组、掌子面围岩素描组、超前水平钻孔组和工序质量考核组。真正做到“岩变我变” ，开挖工法、支护形式、循环进尺以及二衬和仰拱施做时间及距离都完全按照数据控制，一切施工均以掌子面情况为依据。 8.6、成立专门仰拱施工班组，只要有工作面就立即进行仰拱施工，确保仰拱紧跟，保证施工安全。 8.7、实行动态安全管理，专职安全员巡视工地，及时排除险情。 8.8、所有机电设备由专人操作、维修、保养，严格车辆运输管理。 9.环保措施 9.1、成立环境保护工作领导小组，实行项目经理总负责，副经理、总工程师及各部部长分工负责，环保主管工程师具体负责的制度。 9.2、认真学习并深入贯彻执行国家及地方政府

16、有关环境保护方面的法律、法规，制定并严格执行防止水源污染措施 、 防止水土流失措施 、 防止空气污染措施 、 防止噪声污染措施 、 绿色植被保护措施 、生态环境保护措施 、 竣工环境恢复措施 。 10.效益分析 10.1 施工安全可靠，在确保施工安全、质量的前提下，提高了施工速度，多次刷新大丽线级围岩单口月掘进纪录。 10.2 对地质条件复杂，围岩软弱破碎，反坡富水单线隧道采用正三台阶预留核心土法施工，摸索出适合于西南地区破碎、反坡富水、单线隧道暗挖施工原则、施工工艺。 11.工程实例 大丽新建铁路禾洛山隧道全长 5848m，除出口端 463m 为三线车站隧道外，其余为单线隧道。中铁十局三建公司承担出口端 1775m 反坡隧道的施工任务，工程施工特点及难点为： 11.1、围岩地质复杂多变 禾洛山隧道穿越玄武岩夹凝灰岩地层，从已开挖地段揭示的地质来看，玄武岩岩体节理发育、岩体破碎至极破碎、差异风化非常严重，玄武岩中凝灰岩出现频繁，凝灰岩出露位置、出露部位及凝灰岩厚度难以确定，且开挖揭示的凝灰岩多为强全风化，岩质软、含水量高、自稳能力极差，易诱发坍塌。 设计院就凝灰岩的出露位置、规模以及与隧道的相对关系，编制了禾洛山隧道玄武岩夹凝灰岩地段施工预案 ，预案把禾洛山隧道的围岩