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东山隧道洞身开挖、初支施工组织设计

东山隧道洞身开挖、初期支护

1.1.1福建省南安（金淘）至厦门泉州段高速公路泉州段A4标段工程招标文件、答疑书、设计文件、图纸及相关资料；

1.1.2国家现行公路工程施工技术规范及质量评定验收标准；

1.1.3国家现行公路施工技术安全规则；

DB14／T 715-2018标准下载1.1.4施工现场调查资料;

1.2.2确保安全、质量目标满足招标文件及业主的相关要求，保证措施完善可靠，确保施工安全；

1.2.3严格按业主的工期要求，合理安排施工进度计划，确保施工工期；

本隧道为新建双线隧道，进口紧靠308省道，机械调迁和材料的进场较为便利。由于隧道进出口附近均有城镇，施工弃渣和环境保护尤其是噪音的处理是工程控制的重点。该隧道左右线全长1622米，其中Ⅴ级围岩297米,Ⅳ级围岩240米,Ⅲ级围岩180米,Ⅱ级围岩905米。

东山隧道为双线隧道。地质情况较差，其中进口段埋深浅，对于隧道掘进中的围岩稳定控制是该隧道质量控制的重点。隧道施工采用普通钻爆法施工，洞口段地质条件较差的V级围岩地段开挖采用CD法施工，施工支护采用喷射混凝土、钢筋网、钢架和锚杆联合支护，并辅以大管棚或小导管等超前支护。洞口浅埋段钢筋砼衬砌应及时施作。加强围岩超前地质预报，及时进行数据处理和信息反馈。

3.1.1组织工程技术人员熟悉施工设计图纸。隧道开挖、支护技术交底已经下发。

3.1.2导线复测及加密导线点、加密水准点布设已全部完成，并通过监理办复核批复。现场已经依照施工图精确定洞门及边仰坡位置并完成开挖轮廓线放样。

3.1.3试验准备：混凝土配合比及进场原材料的试验工作已经完成。钢筋、砂石料、水泥试验及水质试验已经完成。

3.2.1工地“四通一平”已经完成，弃渣场已经确定

3.2.2拌和站料场硬化及HZS90型拌和站安装调试已完成，已建成储存量为300T的水泥仓、100T粉煤灰仓，能满足施工中需要。

3.2.3施工用水用电已全部到位，质量安全体系已经建立，钢筋加工场地已准备完成，满足施工需要。

3.3机械设备进场情况

投入的主要施工机械设备见单项工程进场机械设备表

本单项工程施工主要材料为PO42.5水泥、中粗砂、型钢、Ⅰ级钢筋、Ⅱ级钢筋、小导管、等。经理部物资部门提前按施工计划进行采购。

结合A4标段计划，考虑到我单位资源配置情况，本单项工程计划2009年10月01日正式由进口开始开挖洞门，总工期14个月。

4.1施工管理机构配置

4.1.2根据本隧道工程特点，项目部集中组织项目内经验丰富的职工到难度较大、工艺复杂、技术含量高的部位，进行施工。施工高峰期预计投入劳动力250人。

4.2施工场地平面布置

4.2.1施工场地以布置合理、满足使用为原则，小临设施的修建以实用、安全、文明，符合环保要求，简易、节约为原则。项目经理部驻地设曾坑水电站，租用民房600m2，用于办公。隧道工程一队驻地的生活及办公用房均租用隧道进口附近民宅。生产用地利用山坡红线内闲置土地，平整后作为钢筋加工场地及机具车间。

4.3施工用地、水、道路方案

4.3.1施工及生活用水

隧道工点附近水系发育,水质较好,可作为施工及生活用水水源。在拌合站及驻地挖一水井，同时修建高山蓄水池及工地蓄水池。

4.3.2施工及生活用电

施工用电暂以发电机为主，待沿线电网完善后在隧道口设置600KVA变压器一台，并备250KW发电机一台。

4.3.3施工便道、便桥

隧道进口处设施工便道，路面铺设厚度0.3m的泥结碎石，同时，利用308省道。

5.1.1洞口段施工方案

A.由工程部先对边仰坡进行实地放样。

C.组织施工人员及机械，采用人工配合机械的方法，进行明暗洞口边仰坡的刷坡施工，将洞口按1：1.25的坡度先刷至正洞起拱线高度，石方部分采用钻爆法由上至下分层下挖，确保起拱线以上洞脸成型，为下一步进洞开挖创造条件；同时结合实际地形将连接洞口路堑和弃碴现场的施工便道，采用机械开挖和石方爆破的方法，暂挖至进洞底面标高，待进洞确定距离后，再将此施工便道按7.0%的坡度降至正洞开挖底面标高，最终洞外便道在开工后用洞内弃碴填筑压实成型。

D.边仰坡的加固：沿洞脸放出拱部开挖轮廓线，沿开挖轮廓线20cm以外的范围，设置Φ22砂浆锚杆，锚杆间距1.2m×1.2m，呈梅花形布置；再挂φ6的钢筋网片，网格间距20cm×20cm，最后喷射厚15cm的C20混凝土对边仰坡进行封闭。

5.1.2洞身施工方案

东山隧道左右线全长1622米，其中Ⅴ级围岩297米,Ⅳ级围岩240米,Ⅲ级围岩180米,Ⅱ级围岩905米。洞门明洞4座/20米，施工中坚持“管超前、严注浆、短进尺、强支护、勤量测、早封闭”的原则，减少对围岩产生大的扰动，确保每一道工序的施工安全。

A．Ⅱ、Ⅲ级围岩段开挖、支护

B、Ⅳ级围岩段开挖、支护

洞身Ⅳ级围岩段围岩相对稳定，提高爆破开挖进尺。开挖采用单侧壁法施工，钻眼深度2.0m，循环进尺1.5～1.8m，

Ⅳ级围岩段开挖预留8cm变形量，施工时应确保初期支护质量，施工中严把技术关，严格按技术图纸和施工规范施工，实行超前地质预报，及时修改支护参数，保证安全、快速、有效的施工。

C、Ⅴ级围岩段开挖、支护

Ⅴ级围岩段开挖每一循环开挖进尺控制在0.8～1.2m，自稳性差的地段需采用加强支护措施，坚持“短进尺、弱爆破、强支护、勤观测”的方法，步步为营，稳扎稳打，尤其保证喷射混凝土的施工质量，严格控制配合比，保证喷射混凝土达到设计厚度。

管棚规格：热轧无缝钢管Φ108mm，壁厚6mm，节长4m，6m。

管距：环向间距中至中为50cm。

钢管施工误差：径向不大于15cm。

钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm。隧道纵向同一断面处接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少需要错开1m。

采用C25砼套供作为管棚导向墙，套拱内设44榀18型钢，工字钢与管棚钢管焊成整体。

管棚钢管：偶数号孔采用无缝钢管，奇数孔采用注浆用钢花管。

管棚应按照设计位置施工，应先打有钢花管，注浆后再打无孔钢管，无孔钢管可作为注浆质量的检察管。钻机立轴方向必须准确控制，一保证孔口的孔向正确，钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，应及时纠正。无孔管孔应在有孔管注浆凝固后进行，钻孔应注意检查压浆质量，在确认压浆质量达到要求后，应对无孔管钻孔及管周灌浆饱满，弱注浆质量达不到要求，应在相应位置采用有孔管补浆。

套拱基底容许承载力按0.35MPa设计（地基承载力大于0.35MPa），施工时若发现承载力达不到要求时，应及时反馈设计代表，以修改设计。

注浆前应进行注浆试验，以调整注浆参数。

施工中，管棚范围内的径向锚杆的布置根据管棚钢管位置进行局部调整。

管棚应至少5cm外露于套拱，并于外露的管棚上焊接环向的Φ32钢筋作为接地母线桩，接地母线桩应延至内外侧电缆沟。接地母线桩要求双面焊接，焊缝不小于4mm。

Ⅴ级围岩开挖预留12cm变形量，初期支护是保证隧道Ⅴ级围岩复合加强衬砌段施工安全的关键，也是施工质量控制的重点。

东山隧道设计为分离式隧道，隧道开挖分别采用双侧壁导坑法（用于Ⅴ级围岩）、单侧壁导坑法即为CRD法（用于Ⅳ及围岩）、CD法（用于Ⅲ级围岩）和全断面开挖法（用于Ⅱ级围岩）

双侧壁导坑法施工时，应先开挖两侧的侧壁导洞，在导洞内按正台阶法施工，当隧道跨度较大且地质情况较差时，上台阶也可采用中隔墙法或环形留核心土法开挖，并及时施作初期支护结构，在初期支护的保护下，逐层开挖下台阶至基底，并进行仰拱或底板的施工。施工过程中，左右侧壁导洞错开应不小于15m，确定这个数值的前提是，在开挖中引起的导洞周边围岩的应力重新分布不影响已完成的导洞。关于上、下台阶之间的距离，可视具体情况，按台阶法确定。

1）采用双侧壁导坑法施作大跨度隧道，其机理是将大跨度洞室首先分割成几个小洞室分步施工，合理转化工序。

2）以岩体力学理论为基础，以监控量测为依据，采用新奥法原理和控制爆破技术，及时喷锚进行初期支护。针对围岩软弱的特点，经监控数据反馈，合理确定工序间的关系。

3）利用监控位移反分析法和初期支护的钢筋轴力、围岩应力、二衬钢筋轴力、二衬接触压应力的量测结果指导施工。

（a）横向施工示意图           （b）纵向施工示意图

双侧壁导坑法施工顺序图

双侧壁导坑法施工工艺流程图

单侧壁导坑法主要适用于地层较差、断面较大，采用台阶法开挖有困难的地层。采用该法可变大跨断面为小跨断面。大跨多不小于10m，可采用单侧壁导坑法，将导坑跨度定为3~4m，这样就可将大跨变成3~4m跨和6~10m跨。这种施工方法简单而可靠。采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上，为稳定工作面，经常和超前小导管预注浆等辅助施工措施配合使用，一般采用人工开挖，人工和机械混合出渣，开挖方式见下图。

单侧壁导坑阶法开挖方式图

（a）横向施工示意图　　　　　　（b）纵向施工

CD施工法，主要适用于地层较差和不稳定岩体，且地面沉降要求严格的地下工程施工。采用CD法施工时，每步的台阶长度都应控制，一般为5~7m。为稳定工作面，往往与预注浆等辅助施工措施配合使用，采用人工开挖、人工出渣方式。CD工法的开挖方式与施工顺序分别见下图

5.2.2喷射混凝土施工工艺

喷射混凝土的配合比符合混凝土的强度和喷射工艺的要求，通过试验确定。

1）、施工前应进行试喷，喷射机采用TK961型混凝土喷射机组，并根据材料条件确定适当的配合比；

2）、为了减少喷射混凝土因自身重力作用引起滑动脱落现象，喷射时应按照分段、分部、分块、由上而下先边墙后拱脚和拱腰，最后拱顶的原则进行。如岩面凹凸不平时，应先找平，然后向上喷射。喷射时，喷嘴料束应成旋转轨迹运动，一圈压半圈，纵向蛇形进行。转动半径15cm左右，每次蛇行长度在3～4m或根据速凝效果而定。喷射纵向第二行时，要依顺序从第一行的起点开始，行与行间须搭接2～3cm。料束旋转速度，原则上要均匀，不宜太慢或太快；

3）、初喷厚度拱墙部位不宜小于3cm,然后按设计厚度喷射；

4）、两遍喷射时间不宜过短，复喷应在混凝土终凝后进行，如在终凝后1h以上再继续喷射时，则受喷面应用风、水清洗。

C．钢架喷混凝土应符合下列要求：

1）、钢架与围岩间隙必须用喷射混凝土填充密实。

2）、喷射顺序，应从下而上对称进行，先喷射钢架与围岩间的空隙，后喷射钢架之间的混凝土。

3）、格栅应全部被喷射混凝土所覆盖，保护层厚度不得小于4cm。

D．在有水的地段喷射作业时，应采取下列措施：

1）、改变混凝土配合比，增加水泥用量。先喷干混合料，待其与涌水融合后，再逐渐加水喷射。

2）、喷射时，先从远离出水点处开始，再逐渐向涌水点逼近，将散水集中，安设导管，将水引出，再向导管附近喷射。

3）、当涌水严重时，设置泄水孔，边排水边喷射。

5.2.3锚杆施工工艺

锚杆：ф22mm（砂浆）和ф25mm（中空）；

B．锚杆施工前的准备工作

1）、检查锚杆类型、规格、质量及其性能是否与设计相符；

2）、根据锚杆类型，规格及围岩情况准备钻孔机具；

3）、锚杆安装时，应根据设计长度截取杆体并整直除锈。

锚杆安装前，先做好材料、机具、脚手平台和场地准备工作，锚固材料使用成品锚固剂。其步骤如下：

5.2.4超前导管注浆施工工艺

A．在隧道工作面开挖前，沿隧道拱部开挖轮廓线外打入带孔小导管，并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液，在隧道轮廓线外形成一个0.6～1.2m厚的弧型加固圈。在此加固圈的保护下即可安全地进行开挖作业。

B．导管采用φ50mm的钢管制成，前端封闭并制成尖状，以便顺利插入已钻好的导管孔内，当围岩松软时，直接打入。注浆材料水灰比采用1：1水泥浆掺速凝剂，比例通过试验确定，在施工中，根据地质情况现场试验调整参数。

超前小导管施工工艺框图

钻孔采用YT－28型风钻，环向锚杆采用20mnsiφ22螺纹钢筋，按设计要求布置孔眼间距、深度和布置符合设计参数的要求，其方向垂直于岩层层面。

A．锚杆施工前准备工作

检查锚杆类型、规格、质量及其性能是否与设计相符。根据锚杆类型、规格及围岩情况准备钻孔机具。

锚固材料有普通型和早强型两种,本工程拟用早强型锚固材料。

锚固材料浸水：锚固卷浸水前上端扎3～5个小孔(孔径1mm)。浸水后通过滤纸进入锚固卷中的水占据了锚固卷中的小空间，原微小空间的空气被挤排出，直到小孔不冒泡即浸水结束。这时水灰比约为0.34～0.35最理想范围，可马上取出安装使用，浸水时间约为1～1.5min，浸水过少，水泥水化不完全，影响锚固力。浸水过多、水泥浆易流动，充实不足也影响锚固力。

锚杆的安装方法：将打好的眼孔用高压风吹净，将浸好水的锚固卷装入眼内，用炮棍送至眼底，将锚杆插入，端部用螺母和A3钢垫片固定，其位置尽量居中，端部外露长度为10cm。

对隧道围岩及初期支护进行监控量测，是隧道工程采用新奥法施工的主要特征之一，是保证隧道施工安全，优化结构设计，提高工程质量的重要手段。监测量测的目的是：根据测得的围岩应力及形变、初期支护的受力状态等动态信息，判断围岩及初期支护的稳定状态，据此确定二次衬砌的施工时间，使隧道结构受力达到最佳状态，充分发挥初期支护的作用；根据所测得的信息，修改支护参数，使其更贴近实际；指导同等围岩条件下，支护及衬砌的设计与施工。

6.1.1现场监控量测是隧道按新奥法施工的重要组成部分，通过现场量测掌握围岩压力、位移和支护的应力应变动态，以此指导施工，预报险情，保证施工安全；

6.1.2隧道施工时应按时正确的进行现场监测量测工作，在对量测数据进行分析处理后，绘出量测曲线，根据所绘曲线表示的各项变化情况与发展趋势，判定围岩的稳定性，及时预报险情，并采取相应的措施，为修正和优化隧道初期支护参数，判定二次衬砌的施作时间提供重要的参考依据；

6.1.3当隧道初期支护的喷射混凝土出现大量的明显裂缝或隧道支护表面任何一个部位的实测收敛值已达到表“周边允许相对位移值（%）”中允许的70%（拱顶为70%，水平位移为80%），且收敛速率无明显下降时，应根据实测值找出回归方程，绘出回归曲线，由回归方程推算变形最终的位移值；若最终位移值接近或超过该表中的周边允许相对位移值时，应及时采取补强初期支护的措施，并改变施工方法和修正支护参数；

6.1.4深埋段（或硬质岩段）二次衬砌模筑施工应在初期支护变形基本稳定，并具备下列条件时施作：

隧道周边位移速率有明显减缓趋势；

水平收敛（拱脚附近）速度小于0.15mm/d或拱顶位移速度小于0.1mm/d；

施作二次衬砌前的收敛量已达到总收缩量的80%～90%；

初期支护表面无再发展的明显裂缝；

当不能满足上述条件，且围岩变化无收敛趋势时，必须采取措施使初期支护基本稳后，才可施作二次衬砌，或者根据要求采用加强衬砌，并及时施工；

浅埋段（或软弱破碎段）应加强监控量测力度，充分考虑在超前强预支护的作用下，根据施工中的实测和资料积累成果，合理确定二次衬砌的施工时间，并提出必要的建议；

量测点的安设应能保证初读数在爆破24小时内和下一循环爆破前完

测点安设在距开挖面2m范围内，且不大于一个循环进尺，并应细心保护，不受破坏；

各项位移的测点，一般布置在同一断面内，测设结果应可互相印证，协同分析及应用；

围岩压力量测除应与锚杆轴力量测孔对应布置外，还要在有代表性的部位设测点，以便了解支护体系在整个断面上的受力状态与支护效果；

在局部加强锚杆地段，锚杆轴力量测要有代表性的设量测锚杆。

应切实做好地质超前预报应能准确判定开挖前方工程地质、水文地质情况、围岩类别，提出施工注意事项和建议施工方法等；

地表下沉降测在隧道口和隧道通过浅埋段时应作为必测项目；

施工的初期阶段位移及下沉量大或地质变化显著时，测量断面间距可取最小值；

当施工进展到一定程度时，地质良好，且位移下沉量较小时，测量间距可取表中较大值，根据情况也可适当加大，但在围岩突变或软弱结构面处应增设量测断面和测点；

用台阶法开挖时，下半断面开挖越靠近上半测量断面，量测频率应适当增加，以便掌握位移（下沉）的变化；

如果围岩位移量较大时，出现位移速度加速等情况时，量测频率应适当加大，另外，进行洞内状态观测时应对每个开挖面都进行观察，一般应1次/天，对于选测项目量测断面布置及项目选择应根据地质条件及设备情况确定；

6.2.量测内容与方法

6.2.1结合本隧道特点，以地质及支护状态观察、周边位移、拱顶下沉和地质超前预报为必测项目，地表下沉、锚杆抗拉拔力为选测项目。

6.2.2地质及支护状态观察分开挖工作面和已施工区段观察两部分。开挖工作面观察在每次开挖后进行一次，内容为：节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、涌水情况及板底是否隆起等，观察后绘制开挖工作面地质素描图和填写工作面状态表及围岩类别判定卡。当地质条件恶化，初期支护出现异常，立即采取措施，并安排专人进行不间断观察。

对已施工区段观察至少每天一次，内容为：喷射混凝土、锚杆、钢拱架的状况DB34／T 3080-2018标准下载，以及施工质量是否符合要求。

6.2.3周边位移量测采用JSS30型数显收敛计一把、锚固件若干进行测量。量测部位和测点布置，应根据地质条件、量测项目和施工方法等确定。测点应距开挖面2m的范围内尽快安设，并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。测点的测试频率应根据围岩和支护的位移速度及离开挖面的距离确定。

6.2.4拱顶下沉、地表下沉量测采用DSZ1型精密水准仪、3m铟瓦钢尺（2把）、钢卷尺、观测预埋件若干进行观测。

6.2.5锚杆抗拉拔力通过锚杆拉拔试验鉴定，每10米随机抽样不少于3根，同批锚杆测得的最小值不小于设计值的0.9倍，同组的平均值不小于设计值。

6.2.6地质超前预报采用地震法超前预报仪TSP202，每隔100m检测一个断面。当检测地质与设计地质条件不符时，应积极与总监办、业主联系，以便采取措施。

DB32／T 3558-2019标准下载6.3量测数据处理与应用

6.3.1应及时对现场量测数据绘制时态曲线(或散点图)和空间关系曲线。