隧道安全专项方案.doc
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1、隧道工程安全专项方案一、工程概况本标段设计双线隧道2座,共计1826m。其中级围岩766m,占隧道总量的41.9%;级围岩380m,占隧道总量的20.9%;级围岩680m,占隧道总量的37.2%。本标段隧道主要是上覆第四系坡洪积之软粘土、坡残积之粉质粘土,下伏基岩为寒武系第一段砂岩、砂岩夹页岩,第三系始新统泥质砂岩。二、施工组织安排根据施工标段划分,本标段2座隧道分布在第一施工工区,结合节段工期要求、隧道的分布、设计要求、洞口的地形条件等综合因素考虑,均采用出口处独头掘进。根据总体进度安排施工准备期为2个月,计划2009年11月16日开工,隧道于2011年1月31日完工。三、安全关键控制点超前
2、地质预报关键控制点隧道施工中,超前地质预报关系到工程安全、质量和进度,为确保各项目标顺利实现,结合设计文件所描述的地质情况,以及超前水平钻孔可准确揭示地下水及围岩物理力学性能的特点,采用以超前水平钻探进行探测预报配合洞内观测的综合预报法进行隧道地质超前预测预报,必要时采用地质雷达进行近距离预报。1)、施工地质勘察与超前地质预测预报为重点根据现有隧道地质资料,隧道内做好超前地质预报,分段仔细核对地质情况。主要检测工作是对掌子面的观察判释,加强对隧道的岩芯取样,检验围岩抗压强度,检测平导变形情况以及其它不良地质等。2)、综合地质预报采用以超前钻探为主的地质预报方法,包括:地形地貌踏勘、洞内掌子面地
3、质素描,超前水平钻孔,以及常规地质综合分析等等。施工前预报:根据设计文件给出的隧道地质资料,认真分析隧道的地质断面图、平面图,掌握隧道的地质特点和水文特点,长距离宏观预报各段隧道可能出现的不良地质情况。超前水平钻孔:根据钻进过程中的钻速和出水量情况判断前方水文、地质情况;钻取岩芯作试样进行试验,对钻孔范围的地质状态进行判断。施工中地质核对及预报:主要完成洞内掌子面的地质素描和地质展开图,现场获取准确的地质资料,对前方地质情况进行短距离预报,并结合超前钻孔资料,进行地质分析预报,与作为设计依据的地质资料相对照,及时提供给监理审核,并报设计单位。地质雷达探测:用于短距离预报掌子面前方的不良地质,如
4、断层、裂隙带、岩溶、夹层等与其周围介质有较大差异的地层。通过地质雷达可以分析、判断掌子面前方的大致地质情况,为制订施工方案和支护措施提供参考依据。地质雷达测试面布置根据掌子面具体情况进行,一般在水平面布置13条,垂直方向沿隧道中线布置1条。由于施工过程中掌子面凹凸不平或不规则,测试面进行适当调整,以提高测试的准确性。每条面至少重复测试2次,100HZ的天线间距1m,步长0.25m,采样间隔800ps,速度取0.13m/ns,点测的叠加次数不少于32次。工程地质分析预测超前水平钻孔根据优化设计施工根据设计施工前方地质与设计文件吻合是结束综合分析预报否反馈优化设计综合超前地质预报系统程序图监控量
5、测预报参数修正地质雷达预测岩体初始应力可根据地质资料,对初始应力场进行评估。由于洞身围岩强度很低,即使埋深不大,也可能发生大变形。一般情况下岩体初始应力除包含自重应力外还有不应忽略地质构造应力,并且有些情况下,是以地质构造应力为主。3)、施工阶段地质判释只有开挖暴露出来的地质状态,才能使我们比较客观、可靠地了解在施工过程中出现的一些现象和问题,才能使我们采取最符合地质状态的施工和支护措施。在隧道施工中,进行地质调查、掌子面观察及量测,对暴露的围岩进行评价,并将其结果有效地利用于确认和修正围岩级别并迅速而合理地反映到施工中;确认施工中隧道结构物的稳定性,同时确保施工的经济性;积累资料,作为后续施
6、工和类似条件下隧道施工参考。通过目视和摄影观察掌子面的地质状态和地质的变化状况,记录以下各项,并描绘掌子面地质素描图:地质状况及其分布、性质和掌子面自稳性;围岩的软硬、裂隙间距及方向等围岩状态;断层的分布、走向、粘土化程度等;涌水地点、涌水量及其状态;其它。4)、围岩稳定性预报根据围岩位移与时间关系曲线判别围岩的稳定性。洞室开挖后,岩体应力重分布,改变了软岩受力特性,原状结构破坏而降低强度,致使软岩膨胀变形。收敛观测记录了其变形过程,据此就能掌握软岩变形变化规律及发展趋势;预报围岩稳定性,并为施工提供参数;选择合理的支护时机和判断支护效果;反分析岩体应力场与力学参数;优化设计,及时修改喷锚支护
7、参数。按照国家标准锚杆喷射混凝土支护技术规范对允许相对收敛量(实测收敛量与两测点间距离之比)的规定换算出洞周允许最大收敛量(洞跨510m)如下表:洞周允许收敛值(mm)埋深(m)围岩级别5501630165040805010024805010040801004012080160160300鉴于本标段隧道独有的特点,除参照规范要求外,评价围岩的稳定性还将参考目前有关学者的最新论著,尊重科学、实事求是,总结国内外以往软岩隧道施工的经验和教训。实测位移大于弹性位移值3倍时,则沿节理面的松动或移动通常就显示出来,如果实测位移是弹性位移的510倍时,则应加强支护。对于时间效应明显的软岩,稳定时间取决于岩
8、体破碎程度与物质成分以及上覆岩体厚度的大小。开挖及钻爆关键技术隧道级围岩段采用风动凿岩机钻孔,加快钻孔进度;其余隧道工作面钻爆作业采用双台架风动凿岩机钻孔;爆破采用光面爆破,非电起爆。双线隧道级围岩地段采用台阶法,锚喷支护;级围岩采用台阶法辅以超前小导管加拱墙型钢钢架加强支护;级围岩采用三台阶加临时仰拱并辅以超前大管棚(图1)或小导管(图2),设置全环型钢钢架加强支护。施工中如遇断层及其它不良地质,可根据实际情况,选择不同的超前加固措施,分步开挖,并配备管棚钻机,必要时使用。爆破的关键控制点是提高炮眼利用率、保证光面爆破效果、改善工作环境,缩短装药时间,拟在进尺确定、炮眼布置、装药方法和工艺以
9、及爆破方法等方面进行改进。重点在机械装药和节能环保水压爆破技术进行研究和应用。初期支护关键技术本标段隧道初期支护系统锚杆及超前锚杆均采用25中空注浆锚杆,和22砂浆锚杆、钢筋网、型钢钢架、C25喷射混凝土或纤维混凝土,依据围岩类别设计综合使用。地下水具侵蚀性地段,喷C25耐腐蚀混凝土。支护紧跟开挖面及时施作,尽量减少围岩暴露时间,抑制围岩变形,防止围岩在短期内松弛剥落。钢架、钢筋网和锚杆在洞外钢构件厂加工成型,人工安装钢架,挂设钢筋网,锚杆台车或风动凿岩机施作系统锚杆,湿喷机湿式喷射钻机退回原位套管内注水清洗分节装入钢花管接长钻杆及套管一节钻孔结束继 续 钻 进施工准备(施作套拱、安装导向管架
10、)钻机就位安装钻杆及套管取 出 钻 杆取 出 套 管顶驱双作用冲击回转下一根管棚钻进 注 浆隧 道 开 挖钻至设计长度钻进结束达到注浆压力图1 超前大管棚施工工艺流程图混凝土。喷锚支护工艺流程见图3。1)系统锚杆本标段隧道系统锚杆拱部采用25mm中空注浆锚杆,边墙采用22mm砂浆锚杆。中空注浆锚杆中空注浆锚杆施工工艺流程见图4。锚杆安装:采用凿岩机钻孔,钻进至设计深度后,高压风清孔;检查锚杆孔中是否有异物堵塞;若有,应清除干净后,再将锚杆插入孔内,锚杆外露孔口长度满足安装止浆塞、垫板螺栓为宜;将止浆塞通过锚杆外露端打入孔口10cm左右,安装垫板及螺母,此时不宜上紧。喷混凝土封闭开挖面沿周边布孔
11、插入小导管注 浆开挖小导管加工浆液准备钻 孔图2 超前小导管施工工艺流程图锚杆注浆:检查注浆泵及其零件是否齐备和正常,熟悉有关泵的操作程序。用水或风检查孔体是否畅通,孔口返水或风即可。迅速将锚杆和注浆管及泵用快速接头连接好。配制浆液,使水灰比、和易性符合设计和规范要求。开动泵注浆,整个过程应连续不停顿,一次完成,观察到浆液从止浆塞边缘流出或压力表达到设计值,即可停泵。当完成一根锚杆注浆后,应迅速卸下注浆软管并安装至另一根锚杆,进行注浆。完成整个注浆后,应及时清洗及保养注浆泵。在灰浆达到初始设计强度后,方可上紧垫板及螺母。施工注意事项:在软岩土层中施作时,需环向隔开一定距离隔孔钻进,避免岩体注水
12、太多可能导致围岩面滑坍。浆液应严格按配合比配制,并随用随配。否超前地质预报初喷混凝土4cm施 工 放 样安装钢架及挂钢筋网是否符合标准调整施作系统锚杆喷射混凝土达到设计厚度监 控 量 测反馈、调整确定支护参数是开 挖图3 喷锚支护施工工艺流程图为保证注浆效果,止浆塞打入孔口不应小于10cm,而且待排完气后应立即用快凝水泥砂浆封闭止浆塞以外的孔隙,保证在规定压力下浆液不致窜出。砂浆锚杆隧道边墙系统锚杆及临时支护锚杆采用22砂浆锚杆。其施工方法及工艺同超前砂浆锚杆。2)钢筋网隧道钢筋网预先在洞外钢结构厂加工成型。钢筋类型及网格间距按设计要求施作。钢筋冷拉调直后使用,钢筋表面不得有裂纹、油污、颗粒或
13、片状锈蚀。安装搭接长度为12个网格,采用焊接。砂层地段先铺挂钢筋网,沿环向压紧后再喷混凝土。钢筋网随受喷面起伏铺设,与受喷面的间隙一般不大于3cm。与锚杆或其它固定装置连接牢固。开始喷射时,缩短喷头至受喷面的距离,并调整喷射角度,钢筋保护层厚度不得小于5cm。喷射中如有脱落的石块或混凝土块被钢筋网卡住时,应及时清除。清洗整理标出锚杆位置钻 孔检查锚杆安装锚杆体、止浆塞和垫板注 浆封 口制 浆备 料图4 中空注浆锚杆工艺流程图3)格栅(型钢)钢架格栅(型钢)钢架施工工艺流程见图5。钢架按设计预先在洞外钢结构厂加工成型,在洞内用螺栓连接成整体。制作加工型钢钢架采用冷弯成型。格栅钢架在洞外钢构件厂钢
14、板作业平台上,先按设计钢格栅放出大样图,然后沿放出的大样焊接短钢筋,制作出格栅加工大样。再将已弯制好的钢筋放入格栅加工大样焊接成钢格栅。钢架加工的焊接不得有假焊,焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。每榀钢架加工完成后放在水泥地面上试拼,周边拼装允许误差为3cm,平面翘曲小于2cm。钢架在开挖或喷混凝土后及时架设。中线标高测量清除底脚浮碴安装型钢钢架隐蔽工程检查验收复 喷 混 凝 土初喷型钢钢架加工质量检验型钢钢架组拼和锚杆焊接定位图5 型钢钢架安装工艺流程图钢架架设要求安装前清除底脚下的虚碴及杂物。钢架安装允许偏差:钢架间距、横向位置和高程与设计位置的偏差不超过5cm,垂直度误差为2。钢架拼装可在
15、开挖面以外进行,各节钢架间以螺栓连接,连接板密贴。沿钢架外缘每隔2m用钢楔或混凝土预制块楔紧。钢架底脚置于牢固的基础上。钢架尽量密贴围岩并与锚杆焊接牢固,钢架之间按设计纵向连接。分部开挖法施工时,钢拱架拱脚打设直径为22mm的锁脚锚杆,锚杆长度不小于3.5m,数量为24根。下半部开挖后钢架及时落底接长,封闭成环。钢架与喷混凝土形成一体,钢架与围岩间的间隙用喷混凝土充填密实;各种形式的钢架全部被喷射混凝土覆盖,保护层厚度不得小于50mm。4)喷射混凝土喷射混凝土采用洞外自动计量拌和站拌和,湿式喷射混凝土施工,湿喷混凝土可减少回弹量,降低粉尘,提高工作效率和施工质量。湿喷混凝土施工工艺流程见图6。
16、筛网10mm(滤出超径石子)混凝土喷射机混凝土拌和水泥砂石子水拌和时间1min混凝土运输车运送风压控制在0.45-0.7MPa液体速凝剂(水泥用量4%)1.0-1.2cm受 喷围岩面30cm纤维图6 湿喷混凝土施工工艺流程图喷射支护前撬去表面松土和欠挖部分,用高压风清除杂物;遇开挖面水量大时,采取措施将水集中引排。喷前对设备进行检查和试运转;在受喷面、各种机械设备操作场所配备充足照明及通风设备。按照设计厚度利用原有部件如锚杆外露长度等,也可在岩面上打入短钢筋,标出刻度,做为标记。粗骨料加入拌和前要再次过筛,以防超径骨料混入,造成堵管。细骨料应堆放在防雨料库,以控制含水量。喷射纤维混凝土中的石子
17、最大粒径不宜大于10mm,骨料级配宜采用连续级配;混凝土搅拌宜优先采用将纤维、水泥、骨料先干拌后加水湿拌的方法,且干拌时间不得少于1.5min。混凝土喷射机安装调试好后,在料斗上安装振动筛(筛孔10mm),以避免超粒径骨料进入喷射机。喷射时,送风之前先打开计量泵,送风后调整风压,使之控制在0.450.70MPa之间,若风压过大,粗骨料碰围岩后会回弹;风压小,喷射动能小,粗骨料冲不进砂浆层而脱落,都将导致回弹量增大。以混凝土回弹量小、表面湿润有光泽、易粘着为度来控制喷射压力。喷射方向与受喷面垂直,工作中喷头与受喷面采用计算机自动控制,与岩面方向垂直、等距喷射;若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时,可将喷
18、咀稍加偏斜,但不宜小于70。一次喷射厚度不宜超过56cm,过大会削弱混凝土颗粒间的凝聚力,使喷层因自重过大而大片脱落,或使拱顶处喷层与围岩面形成空隙;过小,则粗骨料容易弹回。分次喷至设计厚度,两层喷射的时间间隔为1520min。影响喷层厚度的主要原因是速凝剂作用效果和气温。为提高工效和保证质量,喷射作业应分片进行。为防止回弹物附着在未喷岩面上影响喷层与岩面间的粘结力,按照从下往上施喷,呈“S”形运动;喷前先找平受喷面的凹处,再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动,保证混凝土层面平顺光滑。喷混凝土的原材料、配合比(包括速凝剂的添加量)不仅要满足要求,而且速凝剂的凝结时间、与水泥的相容性、对强度的影响都要达
19、到要求。喷射混凝土的现场配比应适当提高其强度等级,以确保附着在围岩面上的喷混凝土层的设计强度。喷射混凝土紧跟开挖掌子面进行,当围岩破碎、稳定性差时,一般采用小药量的松动爆破,初喷(厚4cm以上)、锚杆、钢筋网、钢架、复喷(二喷、三喷)等作业可以连续进行,直到达到设计要求。架设好格栅钢架后,迅速用喷射混凝土封填,使之发挥支护能力。围岩较完整、稳定时间较长时,初喷、锚杆、钢筋网等施工后即可进行开挖作业,待下一循环初期支护时间再复喷,可将设计厚度的喷层厚分两、三次完成,由于每层间隔为一循环时间,每层因爆破产生的裂纹在下一次喷混凝土时被填充,而新喷层距掌子面渐远,所受的爆破振动亦越小,使喷混凝土层的支
20、护能力更强。锚喷支护的关键控制点是混凝土喷射工艺、喷射设备的选型、锚杆设备的选型、成孔工艺及支护时机的把握等。本工程隧道设计均为复合式衬砌,为提高初期支护的质量,争取支护的最佳时间,拟在每个工作面配备3台喷射机,采用湿喷工艺,降低粉尘;并配备1台多功能台架。抢占支护的最佳时机以保证安全,并减少施工干扰为原则,特别是在断层破碎带等不良地质地段支护要及时。注浆的关键控制点是注浆参数、设备选型、注浆密实度和注浆效果检查。为有效控制注浆量、注浆压力等,在施工中拟采用智能化注浆系统,通过实时控制注浆参数和注浆泵的现场控制系统,提高注浆工程的质量、效率和可靠性。出碴关键技术及控制点根据以往的隧道施工经验可
21、知,出碴时间在每个循环中所占的时间也较长,是影响进度的另一个重要指标,而出碴时间的长短主要取决于装碴能力。本标段采用挖掘机扒碴、装载机装碴、大吨位自卸汽车运碴。混凝土衬砌关键技术根据以往的施工经验和本标段隧道总体工期安排,隧道每个工作面各配备一台12m长的自行式全液压衬砌台车,担负各自隧道的衬砌任务。衬砌在工序上形成防排水、钢筋绑扎、混凝土浇筑、养护一条流水作业线。隧道洞身二次衬砌均在初期支护收敛变形趋于稳定后施作,采用HBT60型混凝土输送泵配合自行式液压模板台车全断面施工,混凝土采用拌和站集中拌和。拌和采用二次搅拌,以满足高性能混凝土的要求和耐久性要求,混凝土运输车运送混凝土,混凝土输送泵
22、泵送入模,插入式捣固棒配合台车所挂附着式振捣器捣固。排水关键技术隧道结构防排水施工按照“防、排、截、堵相结合,因地制宜,综合治理”的原则进行,通过系统治理,达到隧道不渗不漏的防水目标。隧道顺坡排水时掌子面积水利用污水泵抽至已施工完毕的隧道两侧水沟排出洞外;反坡排水时采用洞内每500m设置固定泵站与工作面移动泵站相结合的方式,每个泵站配备两套抽水设施,一套工作一套备用,排水管采用150mm钢管,利用泵站采用机械接力抽排至洞外,经污水处理站处理达标后排放。防水层质量检查:防水层铺设应均匀连续,搭接部位采用双焊缝,焊缝进行充气检查。钢筋绑扎时要对防水层进行防护,所有靠防水层一侧钢筋弯钩及绑扎铁丝接口
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