瀏陽河隧道施工建議方案

新建鐵路武漢至廣州客運專線中鐵一局集團有限公司2006年4月

ChinaRailwayFirstGroupCo.,Ltd施工建議方案瀏陽河隧道主要內容一、工程概況二、本隧道施工的難點與重點三、施工方案四、主要施工機械配置五、施工進度安排六、關鍵施工技術措施七、風險預案八、我單位以往工程業(yè)績?yōu)g陽河隧道起點為CⅡK1560＋550、終點為CⅡK1570＋570，全長10020m，設計為單洞雙線隧道。本隧道初步設計方案分別在線路CⅡK1562+940右側54m、CⅡK1565＋443右側91m、CⅡK1567＋200右側46m、CⅡK1568＋300右側40m處各設置一個施工豎井。一、工程概況隧道CⅡK1560＋980～CⅡK1568＋800段洞身主要穿過K1泥巖、K1～K2泥質砂巖、砂巖等弱風化巖體，以軟巖為主，部分為較軟巖，局部存在極軟巖，巖體易風化，遇水易軟化?；鶐r面平緩，洞室?guī)r體完整至較完整，僅局部發(fā)育風化裂隙帶或構造破碎帶，部分地段碎巖具花崗巖混合巖化作用；河漫灘區(qū)洞身主要為K2紅層泥質巖類全強風化層，該區(qū)下部圓礫土中孔隙與河流水力聯(lián)系極為密切，卵礫石含水量豐富，與河水互補，易沿風化裂隙帶或構造帶滲入隧道，造成較大涌水塌方。由于巖體水理性差，在地下水作用下極易軟化，且易風化崩解引起圍巖變形。一、工程概況CⅡK1562+450～＋820段地下水較發(fā)育，基巖面存在一層含水層，易對隧道產(chǎn)生滲流影響，其余地段地下水不發(fā)育。地表河水及地下水經(jīng)化驗對砼無侵蝕性，但本組巖層中含有石膏、芒硝等，易造成地下水的侵蝕性。

一、工程概況1、本隧道穿過長沙市區(qū)及瀏陽河，最大埋深約70m，屬埋深淺隧道；隧道覆蓋較薄，出口段地面建筑物密集，施工環(huán)境復雜；圍巖以泥質砂巖等軟巖為主，本身強度較低，自承能力較差；加之隧道開挖斷面大，采用暗挖施工過程中，地表下沉及圍巖變形控制尤為關鍵。2、本隧道工程量大，地質條件復雜，工期緊，確定合理的施工方法，并合理組織施工確保隧道按期完成是本工程的重點之一。二、本隧道施工的難點與重點二、本隧道施工的難點與重點3、隧道穿越瀏陽河段和斷層破碎帶時，埋深淺，地下水位高，施工受地下水影響大，且部分圍巖有遇水軟化的特點；實際施工過程中應采取長管棚或帷幕注漿的方式進行預加固,以免發(fā)生涌水、坍塌等地質災害。4、隧道部分巖層中含石膏、芒硝，易受到地下水的侵蝕，降低自身承載能力，施工中堵水、止水施工難度大。5、隧道出口段下穿既有機場高速公路，施工中互相干擾大，施工組織、協(xié)調相對困難。1、總體安排本隧道施工期初步考慮30個月（2006年7月1日至2008年12月30日，不含整體道床施工），原初步設計四個豎井方案月均最高成洞指標為50m，根據(jù)該段地質情況，完成這個進度指標有難度。為確保如期完成本工程，建議本隧道施工設五個豎井，即在原初步設計方案中的1#和2#豎井之間增設1個豎井，并適當調整1#、2#豎井的位置（即5個豎井，1#豎井CⅡK1562+600，2#豎井CⅡK1564+150，3#豎井CⅡK1565+443，4#豎井CⅡK1567+200，5#豎井CⅡK1568+300），五個豎井方案月均最高成洞指標為37m。三、施工方案在每個豎井設洞碴提升倒運車間一處，并配置兩臺30t龍門吊機提升洞碴。正洞進口360m段和出口920m段埋深過淺，須采用明挖放坡施工。對于出口段下穿機場高速公路的明洞，如機場高速公路臨時改道可行時，則采用明挖法；如機場高速公路臨時改道不可行，則采用暗挖法施工。對于進口360m段，根據(jù)現(xiàn)場施工條件和進度安排，該段明挖全部完工后，開始安排暗挖進洞。對于出口920m段，根據(jù)現(xiàn)場施工條件和進度安排，出口靠近暗挖洞口100m～150m段先行開挖，以盡早創(chuàng)造暗挖施工條件。三、施工方案2、正洞進口明挖段施工該段圍巖為軟巖，自穩(wěn)能力較差，地下水不發(fā)育，開挖深度約10～20m，施工須及時做好邊坡防護措施，邊坡防護可采用錨噴支護，必要時在一定高度處設保護平臺。明挖段施工前，做好四周防排水臨時設施。根據(jù)地質情況，明挖開挖主要采用挖掘機，必要時采用松動爆破。

三、施工方案3、正洞出口明挖段施工正洞出口約950m段埋深過淺，且受地下水的影響較嚴重，須采用明挖放坡施工。此段最大開挖深度約20m，亦需做好邊坡防護，必要時在一定高度處設保護平臺。為保證明挖基坑安全，須采取降水措施；若地下水水量很大時，先從地表施工止水帷幕，切斷地下水的補給。三、施工方案4、正洞洞身段施工施工以“新奧法”原理為指導，按“先預報，預支護，非爆破，短開挖，強支護，勤量測，早封閉”為原則，組織機械化作業(yè)。每循環(huán)進尺控制在0.8～1.5米范圍，并根據(jù)不同的地質情況采用不同的施工方法。三、施工方案⑴進出口正洞的進洞方法進洞前先對洞口邊仰坡地段土體用錨索（或長錨桿）和小導管注漿加固，并用網(wǎng)噴砼進行封閉，在長管棚超前注漿支護下進洞，并根據(jù)開挖后的地質情況采用CD法或CRD法施工。⑵砂巖地段的施工方法砂巖地段采用臺階法（預留核心土）施工，并在拱腳處增設長鎖腳錨桿（見施工步序圖）。⑶無水泥巖地段施工方法無水泥巖地段采用CD法（分二層）施工（見施工步序圖）。三、施工方案⑷有水泥巖地段施工方法對于有水泥巖地段采用超前小導管預注漿堵水加固，CRD法（分二層）施工（見施工步序圖）。⑸下穿CⅡK1568+690處破碎帶施工因該破碎帶緊鄰瀏陽河，為避免地下水下滲及提高圍巖自穩(wěn)能力，施工前先在地表對洞身適當范圍內的圍巖進行預注漿加固。隧道開挖前首先對預注漿加固情況用鉆機取樣進行檢查，如加固情況較好可不設超前長管棚；如加固情況不好在洞內增設長管棚，并使用自進式錨桿。本段施工采用CRD法施工。

三、施工方案⑹下穿瀏陽河地段施工方法采用CRD法（分二層）施工，開挖前采用紅外探水和超前鉆孔了解地質情況，如有水則增設超前小導管預注漿堵水加固。⑺下穿機場高速公路地段的施工方法

如機場高速公路臨時改道不可行時，則本段隧道采用暗挖法施工，施工前對洞口邊仰坡的土體先進行錨索（或長錨桿）和小導管注漿加固，并用網(wǎng)噴砼進行封閉，在長管棚超前注漿支護下用CRD法施工。

三、施工方案三、施工方案臺階法施工步序圖（橫斷面仰拱未示）臺階法施工步序圖（縱斷面）臺階法施工（步序圖）平面圖說明：1、Ⅰ——超前支護①、②、③、④——洞身開挖Ⅱ、Ⅲ——初期支護Ⅳ——二次襯砌2、該施工方法適用于瀏陽河隧道砂巖地段。3、上臺階的長度以滿足開挖設備施工長度即可（20m）。4、每循環(huán)進尺控制在1.3～1.6m左右，仰拱、襯砌緊跟,開挖平均月進尺37m。三、施工方案CD法施工步序圖（橫斷面仰拱未示）CD法施工步序圖（縱斷面）說明：1、Ⅰ——超前支護①、②、③、④——洞身開挖Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ——初期支護Ⅵ——二次襯砌2、該施工方法適用于瀏陽河隧道泥巖地段。3、上臺階的長度以滿足開挖設備施工長度即可。4、每循環(huán)進尺控制在1.1～1.3m左右，襯砌、仰拱緊跟開挖平均月進尺33m。三、施工方案CRD法施工步序圖（橫斷面）CRD法施工步序圖（縱斷面）說明：1、Ⅰ——超前支護1、3、5、7——洞身開挖Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ、Ⅹ——初期支護3、該施工方法適用于瀏陽河隧道破碎圍巖地段、下穿瀏陽河和下穿機場高速公路地段。2、上臺階的長度以滿足開挖設備施工長度即可(20m)。3、每循環(huán)進尺控制在0.8～1.5m（以兩榀鋼支撐間距為宜）。仰拱、襯砌緊跟開挖，平均月進尺約為27m。根據(jù)本工程的情況，本隧道的開挖設備擬采用懸臂式掘進機和銑挖機配合，以充分發(fā)揮這兩種設備隧道掘進速度快和開挖邊線成形好的特點。懸臂掘進機選用佳木斯生產(chǎn)的EBJ200G型，根據(jù)地質情況銑挖機的銑挖頭擬選用德國艾卡特ER600、ER700和ER1200型。EBJ200G型懸臂式掘進機由履帶行走、截割頭掘進、耙爪裝碴、中間運輸轉載等幾個功能部件組成，具有調動靈活、可靠性強、效率較高、截割斷面整齊規(guī)范、超挖欠挖量小等優(yōu)點。正洞采用無規(guī)運輸，豎井采用汽車裝碴斗洞內運輸，豎井提升設備出碴的方法，每個豎井需配置兩套30T龍門吊機作提升設備。三、施工方案⑻初支及二襯一般地段采用超前錨桿，有水地段采用超前小導管注漿預支護；正洞洞口地段、下穿機場高速公路暗挖法施工段和斷層破碎帶采用超前長管棚預注漿支護。初期支護根據(jù)地質條件綜合選用錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴砼、鋼支撐等型式。地質破碎帶及極軟巖段可選用長自進式錨桿。噴砼采用鋼纖維噴混凝土。三、施工方案施工過程中將監(jiān)控量測作為一道工序安排，根據(jù)反饋信息及時調整施工方法和施工參數(shù)。二襯砼配備整體式模板臺車進行模筑襯砌施工。根據(jù)地質資料，雖然地下水對砼無侵蝕性，但圍巖中夾有石膏、芒硝等易造成地下水的侵蝕性。因此，施工時須做到以下兩點：首先，采取截、堵、排等措施控制圍巖含水量；其次，對砼襯砌須采取防侵蝕措施。三、施工方案⑼通風、供電、排水通風均采用壓入式。根據(jù)施工方法，通風主要考慮挖掘機、自卸汽車、作業(yè)人員的需要。根據(jù)掘進長度經(jīng)通風計算，進、出口各配備75kW通風機一臺。1#豎井配備110kW和75kW通風機各1臺；2#豎井配備110kW和75kW通風機各1臺；3#豎井配備110kW和50kW通風機各1臺；4#豎井配備110kW和50kW通風機各1臺；5#豎井配備75kW通風機2臺。交叉口轉彎處采用剛性風管。

三、施工方案施工用電就近接引，進、出口各配備800kVA變壓器一臺，5個豎井口各配備800kVA變壓器兩臺。此外，為每個作業(yè)面配備320kW發(fā)電機一臺，作為應急備用電源?？紤]到施工條件和本隧道圍巖的遇水會對砼產(chǎn)生侵蝕的特性及受水影響會降低強度的特點，各作面業(yè)排水均采用集水坑抽排水方案。三、施工方案5、地質預報與監(jiān)控量測地質預報采用長、中、短期相結合的方式進行預報，長期預報宜采用TSP203，中期預報可采用超前探孔。地下水預報宜選用能較精確探測含水層位置、水量等詳細信息的儀器。監(jiān)控量測應是貫穿施工全過程進行的，應作為一道工序安排，以及時得到反饋信息，利于指導施工，保證施工安全。下穿地面建筑物密集地段時，加強地表監(jiān)控量測。

三、施工方案1、掘進設備的選型常規(guī)情況下，隧道掘進方法主要有鉆爆法及非爆破法兩類，非爆破法又分為：盾構法及銑挖法（銑挖鉆、懸臂掘進機）等施工方法。⑴工法特點采用鉆爆法施工，爆破振動對圍巖擾動范圍大、不利于地表下沉及圍巖變形的控制，施工安全風險高；盾構法施工適用于埋深淺，圍巖情況差，地下水位高的隧道，但是施工場地要求大，工程造價高；銑挖法開挖，對圍巖擾動小，有利于提高圍巖的自承能力，適用于巖石硬度不高的隧道開挖，但施工效率較低，不利于快速掘進；懸臂掘進機適用于井巷施工,掘進效率較銑挖鉆有明顯提高，但無法滿足隧道開挖圓形輪廓成型需要。四、主要的施工機械配置⑵設備選型瀏陽河隧道下穿長沙市區(qū)及瀏陽河河道，埋深較淺，地層石質軟弱破碎，且對地表沉降控制要求高。綜合以上因素，瀏陽河隧道宜采用非爆破方案施工，而非爆破方案中根據(jù)圍巖適應程度、工期指標、工程造價等因素綜合考慮，擬采用懸臂掘進機配合銑挖鉆的開挖方法。四、主要的施工機械配置2、懸臂掘進機及銑挖鉆技術性能指標⑴懸臂掘進機懸臂式掘進機由履帶行走、截割頭掘進、耙爪裝渣、中間運輸轉載等幾大功能部件組成，具有調動靈活、可靠性強、效率較高、截割斷面整齊規(guī)范、超挖欠挖量小等優(yōu)點。四、主要的施工機械配置懸臂式掘進機技術性能指標

機重t67定位截割寬度m7機長m11.8/18.9經(jīng)濟截割硬度f≤8機寬m3.52/2.9裝載能力（m3/h）300機高m4.05履帶行走速度m/min2.57切割功率KW200履帶板寬mm550裝機總功率KW280.5履帶接地壓強MPa0.17切割頭轉速rpm33/66油箱容量L500定位截割高度m6.4供電電源1140V50Hz四、主要的施工機械配置四、主要的施工機械配置EBJ200G型懸臂式隧道掘進機⑵銑挖鉆德國生產(chǎn)的銑挖機（艾卡特ER600、ER700和ER1200型）適合渠道溝槽施工，隧道施工。開挖量可達30m3/h，開挖過程中對地層擾動低，開挖的安全性高，特別適合不宜爆破施工的地段。銑挖機施工特點：結構簡單使用方便，可快速準確的修整構造物的輪廓，但掘進效率較低，適合于小斷面掘進。四、主要的施工機械配置銑挖機德國艾卡特ER1200型銑挖頭四、主要的施工機械配置主要施工機械配置表（其它隧道施工機械未示）序號機械設備名稱型號功率、生產(chǎn)能力數(shù)量1懸臂式隧道掘進機EBJ200G200kW202德國艾卡特銑挖頭ER1200403挖掘機EX2001.0m3404管棚鉆機KR80412-336錨桿注漿機BWT100/30157整體式模板臺車128龍門吊提升高度80m30t10（套）9地質預報系統(tǒng)TSP20311、總工期計劃總工期為30個月，從2006年7月1日至2008年12月31日。2、原設計四個豎井施工方案的進度指標洞外明挖指標：1500m3/天豎井成洞指標：30m/月均橫通道成洞指標：50m/月均臺階法正洞成洞指標：50m/月均CD法正洞成洞指標：44m/月均CRD法正洞成洞指標：33m/月均管棚+CRD法正洞成洞指標：27m/月均五、施工進度安排3、建議設五個豎井施工方案的進度指標洞外明挖指標：1500m3/天豎井成洞指標：30m/月均橫通道成洞指標：50m/月均臺階法正洞成洞指標：37m/月均CD法正洞成洞指標：33m/月均CRD法正洞成洞指標：27m/月均管棚+CRD法正洞成洞指標：23m/月均4、施工進度安排見下頁“施工進度計劃形象進度圖”。五、施工進度安排五、施工進度安排

五、施工進度安排

1、保證混凝土結構耐久性的技術措施應首先保證選擇科學合理的混凝土配合比，注重混凝土原材料的質量，施工中對配合比準確計量，把好對混凝土拌和、運輸、灌筑、搗固、養(yǎng)護等各工序的質量關。六、關鍵施工技術措施六、關鍵施工技術措施保證混凝土結構耐久性的技術措施集料堅固、無反應性、抗磨耗性、不可滲透性、含堿量低膠凝材料含堿量低，高水泥系數(shù)水泥；品質穩(wěn)定的粉煤灰水清水，不含氯化物和硫化物混凝土拌和物低水灰比、清潔集料、小尺寸的粗集料；稠度大、密度大，高粘結的集料，限制一切料源的氯化物含量，嚴格按混凝土的配合比施工外加劑減水，抗腐蝕，緩凝、抗泌水和具有觸變性模板剛勁，無凹角、突出部分等，避免尖角、剝刃，不漏漿，表面光滑，特殊寒冷氣候下要保溫澆筑徹底搗固和壓實，盡量減少泌水孔保護層嚴格保證保護層厚度養(yǎng)護嚴格按規(guī)范要求進行，養(yǎng)護用水不含氯化物或硫酸鹽。炎熱天氣：冷卻了的砼拌和物，初期養(yǎng)護時防止?jié)穸冗^?。缓涮鞖猓悍乐刮茨痰捻艃鼋Y，防止新澆筑砼受冷風吹預埋件避免電蝕作用，嚴密封閉接地雜散電流會產(chǎn)生腐蝕，將混凝土里面所有的鋼構件，包括所有的鋼筋，連通并且按電工學要求接地（僅在可能有雜散電流的地方接地）2、隧道防滲漏保證措施結合本工程的地質、水文情況和施工方法，對于地下水的治理和防水結構，采取“防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理”的原則。施工中從如下七道防線預防和根治隧道襯砌的滲漏水。第一道防線，注漿堵水；第二道防線，初期支護濕噴防水砼防水；第三道防線，襯砌前對洞身地下水滲漏較嚴重部位補充注漿堵水；第四道防線，軟式透水管排水；第五道防線，初期支護與二次襯砌間設防水隔離層防水；第六道防線：二次襯砌防水混凝土防水；第七道防線，施工縫、變形縫防水。并且要特別注意對正洞與橫洞接口處的防水施工工藝處理。六、關鍵施工技術措施3、防結構混凝土開裂的措施⑴開挖后，襯砌前，嚴格按設計和規(guī)范要求，對圍巖和支護結構進行監(jiān)控量測，及時將量測信息反饋給設計單位，不斷優(yōu)化支護和襯砌結構參數(shù)，確保支護和襯砌結構的受力條件與該地段的地質條件相適應，并根據(jù)量測信息，指導二次模筑砼襯砌的施作時間。⑵初期支護體系是主要承載結構，不僅要保證施工期間的施工安全，還要保證運營后的結構安全，因此，施工過程中，嚴格按設計要求做好初期支護，保證質量，充分發(fā)揮出支護結構的主要承載性能，避免模筑混凝土襯砌承受過大松馳壓力而開裂。六、關鍵施工技術措施⑶隧道襯砌前采用BJSD-2隧道限界檢測儀檢測隧道斷面，確保支護結構和混凝土襯砌具有設計所需的斷面厚度及受力性能。⑷隧道襯砌前，必須將虛碴、浮碴清除干凈，確保仰拱、鋪底以及隧道的拱墻襯砌置于堅實的基礎上，避免襯砌不均勻下沉開裂。⑸襯砌前要對防水層的鋪設質量進行檢查，確認防水層與初期支護基面密貼，拱部防水層有一定的富余量，避免混凝土灌注到拱部時，因防水層張緊形成外模，導致襯砌與基面不密貼，影響結構受力性能。六、關鍵施工技術措施⑹加強混凝土品質的過程控制，確?；炷粮黜椥阅苤笜诉_到設計及規(guī)范要求。⑺合理選用水泥品種和水泥用量及水灰比，為滿足混凝土抗裂防滲要求，優(yōu)先選用泌水性低、水化熱低而且干縮小的旋窯生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，其標號不低于32.5。⑻優(yōu)選砼骨料。對使用碎石的粒徑要嚴格控制，若粒徑過大，砼產(chǎn)生的裂縫相對也大，粒徑過小，水泥用量則增多，對抗?jié)B不利，粗骨料的粒徑不宜大于31.5mm。選用中砂對增加砼的和易性，減少收縮裂紋，提高抗?jié)B性非常有利。同時采用合適的灰砂比和砂率也是使砼獲得最佳抗?jié)B效果的有效途徑，取值范圍必須經(jīng)過試驗比選確定。六、關鍵施工技術措施⑼良好的砂石級配是配制良好的防水砼的關鍵，是使砼更密實，更可靠的保證，因此防水砼經(jīng)試驗確定后，在砼生產(chǎn)過程中，必須派人對現(xiàn)場用料經(jīng)常抽檢，對拌制過程進行質量監(jiān)控。⑽摻用減水劑，控制水泥用量，改善砼的和易性，減少砼干縮變形，同時視其情況，摻用膨脹劑，抵消砼收縮。⑾砼拌合物的水灰比對砼的性能起著決定性作用，水灰比過小，施工困難，影響砼的密實度，水灰比過大，砼將產(chǎn)生過大的收縮而開裂，同時水泥用量過大則砼的干縮量顯著增加，一般水灰比不大于0.45。六、關鍵施工技術措施⑿采用泵送砼工藝，澆注前認真檢修砼施工設備，周密組織砼運輸，最大限度地縮減砼運輸時間和澆注間歇時間，確保砼能連續(xù)灌注，以防形成隱形施工縫。⒀隨時抽檢砼的坍落度和溫度，避免坍落度過大或過小，測量砼入模溫度，控制砼的入模速度，混凝土均勻灌注，水化熱均勻散發(fā)，避免混凝土與環(huán)境溫度差過大產(chǎn)生溫度應力而開裂。冬季混凝土施工要采用相應的技術措施。⒁加強混凝土灌注過程中的搗固，確?；炷翐v固質量，保證襯砌混凝土的密實度。⒂當洞內溫度、濕度不具備標準養(yǎng)護條件時，派專人噴霧養(yǎng)護砼。⒃襯砌完畢后，采用地質雷達等檢測手段，對襯砌質量進行無損檢測，確保襯砌結構的受力性能。六、關鍵施工技術措施1、隧道突涌水的風險預案為避免突涌水帶來的災難性危害，根據(jù)紅外探水、超前地質鉆孔等綜合超前地質預報手段，對掌子面前方的地質情況進行分析預報，對有水地段，開挖前采用掌子面超前預注漿封堵處理。2、一般情況下的防排水對策對施工過程中的臨時防排水系統(tǒng)進行設計，隧道內設足夠的積水坑和抽水泵，并至少配置一套能力相同的備用泵，泵站要有兩路相互獨立的電