1、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+855DK124+940，全长14085 m，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。二、 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2、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3、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+6454、+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5、变形地段采用以下施工方案： DK118+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200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22双层连接筋，钢架连接处采用12槽钢纵向连接，8双层钢筋网，间距2020cm。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6、用425mm，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22主筋间距调整为15cm。 DK118+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1086mm大管棚注浆加固围岩，每次施作长15m。纵向搭接5 m。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1274mm,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，7、钻孔间隔进行。先钻奇数孔，后钻偶数孔，成孔直径为140mm，以便顺利安装1086mm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。2.3 1086mm大管棚外插角为58，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。1086mm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8、速。第一节钻杆钻入岩层，尾部剩余2030cm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1520mm，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9、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0.51MPa，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23min。 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%。 2.10、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0.51.0MPa，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11、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0.6m12、，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22连接筋，8钢筋网，间距2020cm。每榀钢架打设423.5mm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425mm，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 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13、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612、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-15022注浆泵ZJB/BP-5533搅拌桶24收敛计15水准仪1 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15m14、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）60120180240300360420480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15、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1502、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-28202风 镐G10253挖掘机小松24014装载机WA470-315装载机WA380-316北方奔驰自卸车2631K107湿喷机TK-50068砼搅拌站JS75019砼搅拌站JS1000210高压注浆泵2TGZ60/210111注浆搅拌机LJ-300112注浆泵K16、BY30/120113锚杆注浆机NZ130A214双液注浆泵KBY-50/70115仰拱栈桥10m116砼输送泵HBT60.7.75ZA217砼输送车HNJ5290GJB218装载机ZLC40219冷弯机LM-22120钢筋弯曲机WG-40121钢筋切断机QJ-40122电焊机BX2-500423电焊机BX2-300224自动爬行焊机ANEISTENCH-60225防水板热风焊机TRIACS2 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：29830=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17、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。