庵源山隧道三台阶临时仰拱法开挖施工方案

新建合福铁路客运专线（闽赣段）HFMG-5标

庵源山隧道

三台阶临时仰拱法开挖施工方案

编制：

复核：

审核：

中铁一局京福铁路客专闽赣V标项目经理部

2010年11月

庵源山隧道三台阶临时仰拱法开挖施工方案

一．工程概况

庵源山隧道全长1673m，起讫里程DK590+835~ DK592+508。进口位于将口镇将口村，进口北接将口大桥，南侧终于童游街道新岭村贵口组接入茶窠仔1#大桥。隧道内设6处综合洞室，其中通信区直放站洞室1处，单侧洞室间距为500m，洞室沿隧道两侧交错布置。隧道出口 DK592+423.25~ DK592+508段为直线，其余段位于曲线上，隧道纵坡为下坡，坡度为6.615‰。

隧道进口DK590+835~ DK590+859段设计为帽檐斜切开孔式缓冲结构（L-24m），明暗交界里程为DK590+859，暗洞洞口段设计采用33m注浆长管棚进行超前支护。明洞边仰坡采用喷锚网防护。

二．编制范围

编制范围为：编制范围为：庵源山隧道DK590+859～DK590+892、DK590+892～DK590+953、DK591+080～DK591+110、DK591+110～DK591+215、DK591+720～DK591+805、DK592+250～

DK592+280段三台阶临时仰拱法开挖。

三、施工工艺原理及特点

1 工艺原理

铁路客运专线大断面隧道三台阶临时仰拱开挖法是将隧道断面分成上中下三个部分进行开挖的施工工法；要求及时施作各部临时仰拱；各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。

2 工艺特点

⑴.施工空间较大，可进行机械化施工，可以多作业面平行施工，工效较高。

⑵.在地质条件发生变化时，便于及时、灵活地调整施工方法，转换施工工法。

⑶.适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。

⑷.在台阶法开挖的基础上，分上、中、下三部分错开开挖，有利于开挖工作面的稳定。

⑸.当围岩变形较大或突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。

四、施工方案

1 临时支护参数

临时钢架采用I18轻型工字钢，每榀钢架间距与主洞身钢架一致，且与洞身钢架以螺栓连接（接头处加设3mm厚橡胶垫片），洞身钢架架设后在相应位置焊接预埋钢板并预置螺栓，以便临时钢架连接，连接钢板接头处焊缝高度不小于6mm；相邻钢架采用Φ22钢筋连接，环向间距1.2m，斜向内侧布置，并与钢架内侧翼缘焊接；每台阶两侧拱脚锁脚钢管采用4根Φ50无缝钢管，壁厚3.5mm，L=5m；采用C25喷射混凝土，临时封底厚10cm，钢架与初喷混凝土间要求密切接触。

2 三台阶临时仰拱法施工工艺流程

三台阶临时仰拱法施工工艺流程图

3 施工方法

1 第一步

1) 开挖①部。

2) 施作①部导坑周边的初期支护。即先初喷厚4cm的混凝土,再铺设钢筋网片,然后人工配合机械架立型钢钢架。钢架设锁脚锚管，锁脚锚管设置于台阶钢架拱(墙)脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打入，并于钢架牢固焊接。拱脚采用钢垫板（规格为280mm×280mm×16mm）。同时,为保证拱脚基础牢固,防止拱顶下沉量过大,对拱脚位置采用槽钢或木板支垫。

VI V IV

三台阶临时仰拱工法工序纵断面示意

边墙墙脚线

1

2

3

隧底填充

仰拱

系统径向锚杆

钢架

拱部超前支护

3) 打设径向锚杆后复喷混凝土到设计厚度。底部架立临时仰拱（I18临时钢架），喷射10cm 混凝土封闭。开挖过程中,根据施工时围岩的地质情况及监控量测资料调整支护结构形式,必要时加设中间竖撑（采用圆木）,使围岩支护得到有利的保护和加强。

2 第二步

1) 在滞后①部5～10m 距离后, 先拆除①部2～3榀I18临时钢架，再人工配合机械开挖②部。开挖进尺为2～3榀钢拱架间距。

2) 导坑周边部分初喷厚4cm 混凝土。

3) 铺设钢筋网片,架立型钢钢架，打设径向锚杆后复喷混凝土到设计厚度。 4) 架立临时仰拱（I18临时钢架）, 打设锁脚锚管，封闭临时仰拱。 3 第三步

1) 在滞后于②部5～10m 距离后，开挖③部，同时错开2m 开挖④部两侧边墙，以便施作钢架，每循环开挖进尺保持在2～3m 。开挖边墙时，在拱脚处向开挖轮廓线外开挖30×30×30cm 的扩大拱脚。扩大拱脚采用C30喷射混凝土。

2) 施作台阶周边的初期支护。 4 第四步

1）开挖④部其余仰拱部位，每次循环开挖进尺不大于3～4m 。

2）及时施作仰拱部位初期支护并封闭成环。封闭位置距离掌子面不得大于35m 。 5 第五步

1) 根据监控量测结果分析,待初期支护收敛后,拆除②部临时仰拱。 2) 浇筑Ⅳ部仰拱及Ⅴ部仰拱填充(仰拱与仰拱填充分开施作)。 6 第六步

利用衬砌模板台车一次性灌注Ⅵ部拱墙二次衬砌(拱墙衬砌一次施作)。 4 钢架安装要求

初喷混凝土施工完毕后进行钢支撑的架设，钢拱架在洞外加工，加工前在钢板板上放出钢拱架1：1大样图，或制作模具，然后根据大样或模具进行钢拱架的加工制作。初喷完成后及时安设钢拱架，永久支护采用I22a 型钢，临时支护采用I18工字钢，工字钢纵向间距60cm 。每榀钢拱架安装时，要测量人员准确定位，不偏、不斜，轮廓要符合设计要求，确保净空尺寸。

为保证钢架整体受力，设置纵向连接钢筋。连接筋为φ22钢筋焊接，环向间距1.0m 。 为减少钢支撑的沉降，永久支撑和临时支撑落地脚板安设25a 槽钢或采用100×30×10cm 的方木作为支撑，增大受力面积，减小下沉量。

为减少下部开挖时拱脚的下沉量，在永久支撑和临时支撑落地脚板以上30cm 部位增设注浆锁脚锚管，采用φ50×3.5mm ，长度5.0m 的小导管。

钢拱架安装工艺流程图

5．超前小导管支护工艺

小导管采用φ42无缝钢管，钢管前端做成尖楔状，便于插入孔中或直接打入，在管身前部2.0m范围内按梅花形布置，钻φ10mm的注浆孔，以便钢管进入地层后对围岩空隙注浆。

注入纯水泥浆时，水泥浆水灰比为1：1.5、1：1、0.8：1三个等级，水泥浆由稀到浓逐渐变换，即先注稀浆，然后逐级变浓至0.8：1为止。为注浆后尽快开挖，选用普通水泥或早强水泥并掺入一定量的三乙醇胺与氯化钠溶液，以缩短初凝、终凝时间，提高强度，提高水泥浆的可压注性；

注入水泥砂浆时，其配比为水灰比1：1、砂灰比2：1。

注浆采用PF-40A型注浆泵，Ⅳ级围岩一般地段，注浆压力≮1.0MPa，Ⅳ级围岩加强地段和Ⅴ级围岩地段，注浆压力≮2.0MPa。

注浆异常现象处理：

发生串浆现象：即浆液从其它孔中流出时，采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆；

注浆压力突然升高：可能发生了堵管，停机检查；

注浆量很大，压力长时间不升高：则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过浆液的凝胶时间。

6．锚杆、钢筋网、喷射砼施做要求

1.钢筋网

钢支撑施工完毕后进行钢筋网的安设，钢筋网采用φ6mm钢筋，网格尺寸为20×20cm，钢筋网贴钢支撑外弧进行布设，钢筋网必须和工字钢焊接牢固。

2.锚杆

在钢支撑施工完毕后进行系统锚杆施工，拱部采用长度为4.0m，φ25mm中空注浆锚杆，纵环间距为1.5（纵）×1.5（环）m，墙部采用φ22mm砂浆锚杆长度4.0m，纵环间距为1.2（纵）×1.2（环）m，呈梅花型布置。

3.喷射砼

1) 初喷混凝土应在开挖后立即进行，以减少围岩暴露时间。

2) 用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉。

3) 工作面滴水或淋水时，宜采用钻孔埋管做好引排水。大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，通过添加外加剂、掺合剂、素纤维改善混凝土性能。

4) 喷射混凝土必须满足设计强度、厚度及其与岩面粘结力要求。

5) 喷射作业应分段分片、分层依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱(墙)脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在0.6～1.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。

湿喷砼工艺流程图

潮喷机操作过程框图

7.仰拱施工

⑴专人指挥仰拱开挖，隧底开挖应采用全幅分段施工，上面架设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜为3m。

⑵隧底开挖后，应及时清除虚渣、杂物、泥浆、积水，立即初喷4cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。

⑶仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为3m。仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置中埋式橡胶止水带。

⑷仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前应清除仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。填充混凝土强度达到5MPa后允许行人通行，达到设计强度的100％后允许车辆通行。仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺、排水通畅。

五、技术保证措施

1 一般技术措施

1）隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。

2）机械开挖时预留20cm部分采用人工开挖，可有效缓解对围岩的扰动，减少超挖，确保安全。

3）开挖需要爆破时，均采用弱爆破或人工开挖，爆破时严格控制炮眼深度及装药量。开挖控制在2～3m，必须采用多打眼，少装药，弱爆破，不得超挖。专职安全员控制装药量，减少对围岩的扰动。在满足作业空间和台阶稳定的前提下，尽量缩短台阶长度。

4）钢架（或临时钢架）应设锁脚钢管，且必须对锁脚钢管注浆，以确保钢架基础稳定。钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固。

5）施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全。

6）三台阶临时仰拱法施工时，各步台阶一次开挖长度宜为2～3m，下台阶开挖后仰拱应紧跟。各台阶开挖长度控制，上台阶：5～10m，中台阶：5～10m，下台阶：10～15m。

7）本段洞身施作初期支护时，拱部锚杆间距（环×纵）为1.0×1.0m，墙部锚杆间距（环×纵）为1.0×1.0m。

8）如到达各种预埋洞室及预埋件安设位置，根据实际情况可以不预留，待初期支护在本断面范围内完成或二次衬砌前另行开挖或预埋。

9）对上导下底临时横撑用枕木进行支垫时，必须高于底横撑面，并尽可能的减少空隙，

以减少行车对钢支撑的扰动。

10）施工中重点解决好上、中、下各台阶的施工干扰问题，下部施工减少对上部围岩、支护的扰动。

11）上台阶施作钢架时，采用扩大拱脚或施作锁脚锚杆等措施，控制围岩和初期支护变形；中台阶在上台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖，开挖完成后施作接长边墙钢架及中台阶临时仰拱钢架，使之形成闭合环；下台阶在中台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖。上中台阶开挖依次超前一个循环后，上、中、下三台阶可平行开挖。

2.监控量测

初期支护施工完毕后及时进行监控量测，以量测结果来调整支护参数和确定临时支护的拆除时间，以及二次衬砌的施工时间。

测点、测线布置详见下图。

拱顶观测点

量测基线

道隧中心线

净空变化测点布置

洞内监控量测点不得焊于钢架上，必须单独打孔直接安装于岩体中。量测点采用φ8mm 的光圆钢筋加工成三角形焊于φ20mm 螺纹钢筋端头，三角形为4cm 的等边三角形，φ20钢筋长为26cm 。并标识保护。标识牌长30cm,宽20cm ，上部为红底白字，下部为白底红字。详见下图标识牌图及监控点埋设。

标识牌图及监控量测点埋设 3.钻探法

根据本隧道有断层破碎带、部分地段地质复杂性和多变性的工程地质特点，对本隧道

一般围岩地段采用地质素描法时，应在每次开挖后进行；断层破碎带和其他不良地质地段，采用超前水平钻机钻孔进行预报，其预报频率为10～30m 预报一次。超前水平钻机钻孔搭接长度不小于5m 。

水平钻机是在隧道掌子面进行水平地质钻探，从而获取地质信息的一种地质超前预报方式。通过水平钻机在钻进过程中的钻速、冲洗液、岩屑和岩粉的变化来判断开挖面前方较短距离内的地质情况，为提高其预报的准确度，与地质素描配套使用。

根据本隧道超前预报设计和实际地质情况，进、出口决定采用Z-GP150型管棚钻机钻孔，孔径130㎜。每60m 一个循环，每循环搭接长度为5m 。洞身采用开挖炮孔或者地质钻机短距离进行超前地质钻探。同时，严格控制岩芯钻探的岩芯采取率，需重点查明的部位应加密孔数。施工现场应做好施工记录，如:进尺速度、涌水点、岩性变化等。

六．隧道塌方的整治

1、隧道发生塌方，应及时迅速处理，不得随意拖延时间。处理前，必须仔细观察塌方

的范围、形状、数量大小及坍体的地质状况、地下水的分布、活动情况等，分析塌方发生的原因，研究制定处理方案。

2、隧道塌方应根据发生的部位、规模及地质条件、采取“治塌先治水、治塌先加强”的原则，采取喷锚支护、注浆、管棚、加强二次衬砌、设置护拱等技术措施，不失时机、不留隐患地进行处理。

3.塌方处理遵循“先加固、短开挖、强支护、快落底、早封闭”的原则，采用“三台阶”“暗过”的方式通过塌方段。

⑴、首先回填反压塌方影响段，根据现场实际，必要时设置φ28cm的圆木横撑和竖撑。其次对塌渣面采用C20喷射砼进行封闭，喷射砼厚度10cm。塌渣采用小导管注水泥浆加固，小导管长3m，间距1.0m×1.0m。

⑵、塌方处理遵循“先加固、短开挖、强支护、快落底、早封闭”的原则，采用“三台阶”开挖通过塌方段。

①双层超前支护

塌方段拱墙部设置双层小导管注水泥浆加固塌体进行超前支护：内层导管为Ф42，导管长3.5m/根，搭接长1.5m，环向间距30cm，外插角为不得大于15°；外层设置Ф42小导管，小导管外插角度控制在45°左右，小导管长4.0m/根，纵向2.0m一环，环向间距30cm。

②临时仰拱

塌方段上、中台阶设置临时仰拱，临时仰拱的采用I20a型钢，间距60㎝，φ22纵向连接钢筋间距为100㎝，用C25喷射混凝土回填密实。

③初期支护

全断面采用I22a钢架，间距60cm，钢架内外缘设Φ22纵向连接筋，间距100cm。锁脚采用φ42小导管，长5.0m，每个钢架接头处2根，喷C25混凝土，厚28㎝。

④开挖落底

人工或机械清理塌体，严禁爆破。开挖采用超短台阶并预留核心土，每次开挖进尺不得大于1.5m，预留变形量为30cm，应随开挖随支护。

在落底未完成之前，不得拆除临时仰拱。只有准备开始二衬作业，才能逐榀拆除临时仰拱。衬砌长度根据实际，适时安排，及时施做。

4、加强防排水工作：

1）地表沉陷和裂缝，应采用注浆填充和加固，或采用不透水土壤夯填紧密，开挖截水坑，防止地表水下渗进入塌体；

2）通顶陷穴口的地表四周应挖沟排水，搭设防雨棚遮盖穴顶‘洞内衬砌通过塌方后，陷区应及时回填，回填应高出原地面，并用黏土或浆砌片石封闭穴口，做好排水：3）塌体内有地下水活动时，采用管、槽引至排水沟排出，无法进行引排时可采用注浆堵水。

5、建立健全应急预案，成立应急领导小组，储备一定的应急抢险物资。

应急领导小组组长：史宏军

副组长：刘军

成员：薛骞、钟斌、杨际宇、刘家起、刘永良、刘运华

6、物质储备

由于下历窠隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩较多，围岩稳定性较差，涌水量较多，易引起塌方。因此

机械

利用原有洞内施工机械及从其他隧道调用机械。

六、施工供风、供水、供电及排水方案

1、施工供风及通风

隧道洞口配备一座80m3/min的风站，风站内配备20m3/min电动空压机4台。主要负责主洞开挖、喷锚支护供风。风管采用Φ150mm的钢管，管节利用法兰连接。

隧道采用压入式通风，根据公路隧道通风要求及参数计算结果，隧道洞口配备通风机2台，供风量为2000m3/min，可满足洞内通风要求，选用Φ1800mmPVC软式通风筒，悬挂在拱顶。

2、施工供水

隧道洞顶设50m3高位水池一座，为洞内供水。水池至洞口的下水管采用φ100mm的钢管、洞内采用φ80mm的钢管，掌子面处采用φ50mm的高压胶管分头供水。

3、施工供电

根据洞内用电设备负荷大小，洞口设配电站一处，采用1台容量500KVA，再引向洞内。为了保证前期使用及备用，另自备1台容量250KW的发电机。

动力用电等级为380V,照明用电成洞地段为220V，作业地段为36V，采用干式电缆供电。隧道成洞地段采用220V/400W和220V/250W的高压钠灯,每隔15m或20m安装一盏,并要求每盏灯安装一个开关。掌子面和需要移动照明的地段，采用36V的白炽灯或36V的矿用碘钨灯。

七、隧道施工安全保证措施

1、质量保证措施、质量保证体系

1、在企业职工中开展质量培训，使其认识到质量工作的好坏与企业、个人利益的关系，把质量工作贯穿到施工的全过程中，深入到企业的每个人，形成道道工序齐抓共管理，上下自律，使工程质量始终处于受控状态。

2、施工前组织技术人员，对照工地实际，细致复核图纸，发现问题及时与设计单位取得联系，待设计单位确认明确后，方可进行施工。

3、严格按照国家和公路技术规范及设计要求施工。

4、坚持测量双检制，隐蔽工程签证，质量挂牌，质量讲评，质量双检，质量事故分析等行之有效的质量管理体系。

5、严格执行施工前的技术交底制度，对作业人员坚持进行定期质量教育和考核。

6、项目经理部建立严格的质量检查组织机构，全力支持和充分发挥质检机构人员的作用。主动接受监理的监督和帮助，积极为监理工程师的工作提供和创建便利条件。

7、隧道施工开挖应根据设计位置、中线、水平、地质情况，预计可能产生的下沉量和施工误差掌握施工部位尺寸，保证开挖及衬砌断面符合设计要求，合理确定循环进尺以便各工序相互配合。

八、洞身开挖安全措施

1、利用各种宣传工具，采取多种教育形式，使职工树立安全第一的思想，不断强化全员意识，建立安全保证体系，使安全管理制度化、教育经常化。

2、运输车辆及施工机械严加管理，经常检查制动和运转部分情况，防止意外事故发生。在运输繁忙的道口，设立安全监督岗，指挥行人和车辆，确保汽车运输及行人安全。

3、对爆破人员进行爆破技术培训，无合格证者不得从事爆破作业，对爆破器材的、运输、检查、试验、加工等特制定专门的安全操作守则，库房设置应取得地方公安部门的同意。

4爆破时发安全信号，增设安全警戒，发现瞎炮，采取安全、可靠的方法由专业人员进行引爆处理。

5、指派专人找顶找邦。对开挖面及其附近加强检查，如可能产生险情时，应急时采取措施进行处理，以保证施工安全。

6、施工人员到达工作地点时，应检查工作面是否处于安全状态，并详细检查支护是否牢固、如有松动石块或裂缝，应及时予以清除或支护。

7、应使用带净化装置的柴油机车，应经常保证路面平整，加强养护。洞内行车速度施工作业地段不得超过10公里／小时；在非作业地段不得超过15公里／小时；会车时不得超过10公里／小时。行驶中严禁超车，会车时应做到空车让重车。同向行驶时两车前后保持20米距离，洞内能见度差的，应加大间距。会车或洞内有行人时，应关闭大灯，改用近光灯。车辆启动前应鸣笛，进出洞口应鸣笛示警但不使用高音喇叭，洞内倒车与转向时必须开灯鸣笛；车辆严禁超载。

8、洞口、弯道处应设置“缓行”标志，必要时应设置防护人员指挥交通，凡停放在接近车辆行车限界的施工设备与机械应在外缘设置红色闪光灯，组成限界显示。弃碴场应保持4%的上坡段，并在碴堆80cm处设置挡木，并派专人指挥倒车。

九、环保、水保、施工要求

1、认真贯彻执行各级政府的有关水土保护、环境保护方针政策和法令，结合设计文件和工程特点，及时提报有关环保设计，切实按批准的文件组织实施。

2、组织职工学习环保知识，强化环保意识，使大家认识到环保工作的重要性。

3、施工废水，生活废水不得污染水源、耕地、农田、灌溉渠道，工地垃圾及时运到指定地点深埋，使生态环境受损减少到最低程度。

4、场地废料、应按要求处理，防止水土流失。

5、施工中各种建筑垃圾、施工弃渣均需按设计指定的地点堆弃，严禁将废弃物随意堆弃，弃土场有计划的进行绿化，美化环境。