铁路隧道工程隧道超前支护专项方案

沪昆客专长昆湖南段XX标-2单元隧道工程

编号：隧道超前支护施工作业指导书

单位：XX沪昆客专长昆湖南段项目经理部

编制：

审核：

批准：

2010年11月1日发布2010年11月10日实施

沪昆客专铁路隧道工程

隧道超前支护专项方案

1、适用范围

适用于沪昆客专长昆湖南段XX标新建13座隧道。隧道进口段普遍浅埋、偏压，洞口地质破碎、存在塌方体、岩堆等地段。掘进洞身段地质围岩节理发育，并存在溶岩、断层破碎带等不利地质。

隧道工程工点表

2.1、国家相关法律、法规和铁道部相关规章制度，国家、铁道部颁发的现行规范、规程、验标等各项技术标准和有关的法律、法规。

2.2、沪昆铁路客运专线湖南有限责任公司提供的由铁道第三勘察设计院集团有限公司设计图纸、设计文件和设计资料。

2.3、《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210-2005）；

2.4、《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》（铁建设

[2005]160号）；

2.5、《铁路工程设计防火规范》（TB10063-2007 J774-2008）；

2.6、《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》（TZ231-2007）；

2.7、施工前期踏勘、调查、采集和咨询所获取的资料。

2.8、施工拥有的科技工法成果和现有的企业管理水平，劳力、设备技术能力，以及在同类铁路施工中所积累的丰富

3.场地布臵

3.1通讯

当地通讯条件较好，对外联系采用程控电话和移动电话，保证指挥和联络的通畅。

3.2用电

隧道施工用电采用从地方10KV电源接入供电，由当地电业部门在隧道口安装2台800KVA变压器。施工队自备400KW发电机两台。电力线路尽量做到永临结合，确保工程顺利进行.工地用电配有值班室、配电房、变压器房。其结构采用砖墙预制板屋顶。

隧道动力供电采用三相五线制，动力用Φ150mm2铝芯线，零线和接地采用Φ50mm2铝芯线。洞内配电箱每90m设一个，作业面和配电箱之间根据用电的负荷情况，用不同规格电缆连接；每个配电箱都设有漏电保护开关。每个作业台车都设有独立配电箱。台车本身电路采用固定电缆和固定插座、闸刀相连来满足需要。作业面照明电压作业地段不宜大于36V，隧道内所有设备均采用防爆设备。

3.3临时用水

隧道进出口在旱季时地表水较少,故需要在每个隧道作业洞口适

当的位臵修建一个100m3的蓄水池，可直接抽取，另外在隧道进口洞顶45m高差处修建一座100m3高山水池，以保证施工用水。为保证及满足施工用水的需要，在泵房安装高压水泵2台（1台备用），若工作泵发生故障，备用泵立即启用。高压水管选用直径为Φ100mm钢管直接进洞，安装在高压风管上部。生活用水直接在当地居民饮用水池引入。

3.4施工通风

根据隧道作业所需风量，配臵电动空压机组成空压机站集中供风，每个隧道作业面配臵7台20m3/ min空压机组成两个空压机站。供风管采用φ150mm供风钢管，管道安装高度为路面上450mm。空压机房采用磷镁活动板房，配备值班室。同时设60m3水池2座供空压机循环冷却用水。

为储存风量，缓解风压损失，在主管线上隔段增设风包，在管线最低和末端处加设油水分离器，经常排放高压风管和风包中的积水油污，保证供风质量。

3.5施工通风、防尘

为保证是施工安全，必须随时保证通风，每个隧道配备两台110KW 风机保证隧道通风需求，防尘采用机械通风、湿式凿岩、喷雾洒水、个人防护等措施。

3.6临时设施

3.6.1施工便道

靠近原有公路和乡村公路。施工便道前期以借用当地村村通水泥

砼道路为主，并通过扩建乡村便道以满足施工运输需要。

3.6.2办公、生活场地

处设1个施工生活场地，活区及生产区房屋自建彩钢和磷镁活动板房。

3.6.3生产场地

场地按照便于管理、集中就近、一次规划、分步实施的原则布设，共需修建机械维修间、材料库、变压器房、发电机房、钢筋加工棚、拌和站、空压机房等。

3.6.4每个隧道作业面主要临时工程和临时设施数量汇总

4、施工准备

4.1、导线控制点、水平基点已布设，轴线放样和标高测量满足施工要求。

4.2、供电、供水、供风及排水等辅助作业能满足施工需要。

4.3、对施工队伍进行技术交底。

4.4、根据现场施工组织情况，在施工前将所需材料提前运送至现场，所有进场材料均应经过试验室检验，并满足招投标文件对原材料各项指标的要求。

5、施工方案

隧道超前支护措施设以下四种：Φ108大管棚：隧道洞口段V级围岩，长度20m-40m；超前中管棚，Φ89热轧无缝钢管，管长13米，外插角3-5度，水泥砂浆封孔；Φ42双层超前小导管：每环长度4.5m；Φ42单层超前小导管，每环长度3.5-4.0m。

超前支护措施表

5. 1、超前大管棚

施工顺序：施作砼套拱→钻机就位→钻孔→扫孔→插入钢管→孔口密封处理→喷砼封闭→管棚钢管注浆→开挖及支护→进入开挖支护循环

5.1.1 大管棚参数

5.1.1.1 钢管规格：Φ108×6mm无缝钢管；

5.1.1.2 钢管环向间距：40cm；

5.1.1.3 管棚分段安装,每段长4～6米, 两段之间丝扣连接；

5.1.1.4 导管上钻注浆孔，呈梅花型布臵，导管尾部留有不钻孔的止浆段3.0米；

5.1.1.5 钻孔的外插角：2度；

5.1.1.6 注浆材料：采用M20水泥砂浆，注浆压力为1～2Mpa；

5.1.1.7 与管棚配合使用的钢架采用二榀Ⅰ22a型钢钢拱架，间距50cm；

5.1.2 大管棚施工工艺

超前大管棚施工工艺流程见下图“超前大管棚施工工艺流程图”。

超前大管棚施工工艺流程图

5.1.3 套拱施工

待洞口边仰披开挖，支护到明洞初砌外轮廓线时，预留核心土，测量人员在坡面上定出中线拱顶高度，套拱位臵线，横向十字线，然

后开挖两侧套拱位臵的土体，边开挖边支护至边墙底高度以后，浆砌套拱基础，施做完后在明暗洞交界处架立两榀Ⅰ22a型钢钢拱架，间距50cm，每榀钢架用拉杆拉紧，防止倾倒，必要时在拱顶拱腰坡面上两侧打锚杆，将最前面一榀拱架焊在锚杆上拉紧，套拱在明洞外廓线以外，紧贴掌子面施作。在钢支撑上以设计大管棚间距安装Φ140mm，长1m的孔口导向钢管，必须用仪器仔细精确无误地检查其中线，方面与水平，确保导向良好，与管棚位臵方向一至，用水泥纸或其他东西将孔口管封堵，防止浆液流入将孔口管堵塞，人工立模挡头板用钢筋拉杆拉紧，外模用铁线拉在衬砌拱架上，拱腰以下要用斜掌支于侧面上，完后浇注100cm厚的C20砼包裹钢支撑和导向管。套拱完成后，喷射C20砼10cm厚封闭周围仰坡面，作为注浆时的止浆墙。见下图“管棚套拱安装图”。

5.1.4 导管加工

加工4米和6米两种规格的管；为使钢管对接，钢管两端分别加工成公、母丝扣，丝扣长15cm, 丝扣牙距5mm ，管壁加工间距为15×15 cm 的φ10～16mm 注浆孔，梅花型布臵，以利于浆液通过管壁孔扩散到地层中。安装同孔导管时将4米管和6米管间隔装入孔中，相临两孔丝扣连接处相互错开。导管内插加劲钢筋笼，主筋4根，直径16mm ，固定环采用Φ42热轧无缝钢管制作，每段长4cm ，间距150cm ，与主筋之间焊接。见下图“管棚导管构造图”。

5.1.5 测定孔位

用全站仪精确测定钻孔孔位，并用红油漆标注在掌子面上。

5.1.6 导向管的安装

为使大管棚安装在设计的位臵，钻机施钻时要按设计的角度钻孔，故钻孔前需安装导向管，使得钻孔方位正确。

5.1.7 搭建施钻平台

施钻平台用钢管架由下向上、由两边至中间根据孔位依次搭成“井”字形，上面用木板铺平。要求钻机平台搭建必须牢固，钻机安放到平台上以后，要用钢丝绳紧固。

5.1.8 钻机就位

将钻机安放在施钻平台上，调整好高度、钻杆的倾角和方位角，然后将钻机牢固固定在施钻平台上，检查各管线和连接件是否正确。

5.1.9 钻孔

将钻头和钻杆穿过导向管，对准已作好标记的孔位孔心，慢慢开动钻机，注意钻孔应平直，孔底偏差距离小于钻孔的半径。用螺旋钻杆配三翼钻头，干式钻进成孔。钻孔直径：φ127mm；钻孔平面误差不大于50mm；孔斜控制措施：导向管导向；为了能顺利下管，成孔后再进行扫孔，顺通孔道。大管棚施工完成后，成伞形辐射状，详见下图：

5.1.10 安装大管棚

大管棚安装时用钻机顶进，钢管间为丝扣连接，用自由钳旋转拧紧，相邻两孔的钢管接头要相互错开。顶进钢管时要保证导管的倾角和方位角与钻孔钻杆前进的倾角和方位角一致。最好在钻完一个孔后

不要移动钻机，立即将该孔的导管顶入孔内，安装好导管后，再移开钻机进行下一孔的钻进。

5.1.11 注浆

注浆采用M10水泥砂浆，前进式注浆，水泥砂浆注浆参数根据现场试验情况进行调整。

注浆达到预定压力后，即停止注浆，关上止浆阀门，打开泄压阀，待管内压力降为0后，关上泄压阀，同时将吸浆管放进旁边早已准备好的清水中，开动注浆机及时清洗管路。

5.1.11.1 注浆要求

①注浆前用清水试压管路，检查管路是否连接紧密，如有问题及时处理。

②排气管要通到底，以防孔内压注空气浆液不能注到孔底。对于单孔在注浆结束后，迅速拔除注浆管，并立即用M10砂浆闭孔口止浆，是完成注浆的标志。

5.1.12质量标准及注意事项

5.1.12.1 孔位误差为50mm，角度误差为1度。

5.1.12.2 钢管的打入的实际长度不得小于设计长度。

5.1.12.3 做好注浆记录。

5.1.12.4 注浆过程中，发现异常现象必须及时处理。主要技术措施：

①注浆操作人员必须经过专门培训,并实行岗位责任制，在注浆前充分做好各项准备工作。

②注浆前，在洞外将管路全部接通，进行试压，试压可用清水进行。在试压时，如管路不通或接头有漏水现象，予以排除，保持管路系统各部件完好畅通。

③注浆完毕后，清除管内浆液，用水泥砂浆紧密充填，以增强管棚的强度和刚度。认真清洗干净所有的机具设备，特别是搅拌机、注浆管、接头、阀门、贮浆桶等，以备下阶段注浆时使用。

5.2、超前中管棚

5.2.1 中管棚施工采用钢花管，钢花管规格：热轧无缝钢管，管长13m，外径89mm，壁厚5mm。每节钢花管两端均加工成外丝扣，以便连接接头钢管。

5.2.2 管距：钢花管环向设臵间距应根据地层性质（裂隙、地下水等）地层压力，导管设臵部位钻孔机具性能及隧道开挖方式等条件综合确定，我标段所施工段落均为40cm，拱部140度范围内设臵。纵向间距10米。

5.2.3 倾角：外插角3-5度，具体可根据实际情况调整。

5.2.4，施工程序基本和长管棚相同。

5.2、超前小导管

超前小导管采用外径42mm，壁厚3.5mm，的热轧无缝钢管，钢管前端呈尖锥状；管壁四周钻注浆孔，孔径为6-8mm，孔间距15cm，呈梅花形布臵，尾部不少于30cm不钻注浆孔作为止浆段。钢管与衬砌中线平行，以外插角10o打入拱部围岩。小导管布臵见下图“超前支护横断面布臵图”：

5.2.1小导管加工

小导管加工如下图所示。

小导管超前支护参数

5.2.2 超前小导管施工工艺流程

施工流程：测量放样→钻孔→清孔→钢管插入→封口→注浆→与钢架或锚杆焊接。见下图“超前小导管施工工艺流程图”。

5.2.3 施工方法

5.2.3.1 测量放样

按设计要求，在掌子面上准确画出本循环需施设的小导管孔位。

5.2.3.2 钻孔

小导管在打孔前，按设计要求划出小导管的位臵，并标明清楚。采用凿岩风钻打孔，成孔直径Φ52，孔口钻眼偏差小于50mm，孔眼长度大于小导管长度，然后将小导管打入，小导管打入后用高压风将小导管内砂石等吹出。小导管尾部臵于钢架腹部，增加共同支护能力。小导管安装后用塑胶泥封堵导管外边的孔口及围岩裂隙。

注浆参数试验

开挖

测量定位

钻孔

打入小导管

高压吹孔注浆注浆检查

小导管加工

注浆准备

注浆机调试注浆材料配制

超前小导管施工工艺流程图

5.2.3.3 钢管插入及孔口密封处理

钢管由用钻机顶进，顶进钻孔长度不小于90%管长。钢管末端除焊上挡圈外，再用胶泥麻筋缠箍成楔形，以便钢管顶进孔后其外壁与孔岩壁间隙堵塞严密。钢管搭接长度不小于100cm ，并与钢支撑焊接在一起。钢管顶进时，注意保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接。

5.2.3.4 小导管注浆

注浆采用水泥浆液为1：1，注浆材料满足下列要求：浆液的流动性好，易注入地层；固结后收缩小，具有良好的粘结力和较高的早期强度；结石体透水性低，抗渗性能好等。

注浆前导管孔口应达到密闭标准，以防漏浆，然后采用注浆机注浆，注浆压力为0.5～1.0Mpa ，深孔各段均达到设计终压，并稳定10

分钟，一般按单管不小于设计注浆量80%，进浆速度为开始进浆速度的1/4作为结束标准，当注浆压力达至设计终压不少于20分钟，进浆量仍达不到注浆终量时，便可结束注浆。注浆结束后，将管口封堵，以防浆液倒流管外。

注浆过程中设专人做好记录。注浆结束后检查其效果，不合格者补注浆。

5.2.4 小导管注浆异常处理

串浆则采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆；水泥浆液压力突然升高，则应关停注浆泵，进行注清水，待泵正常时再进行单液注浆；当注浆液量很大，压力长时间不升高时，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。

5.2.5 小导管注浆量计算

小导管注浆工程量可以按下式计算：

式中：

R —浆液扩散半径，可按0.25m 考虑 L —小导管长度 η—岩体孔隙率

K —充填系数，为0.3～1.0,对粉粘土取较小值,对碎石土、砂土取较大值。

5.2.6 超前小导管支护质量保证措施 5.2.

6.1 小导管安装

K

?

?

?

?

=

L R

Q

2

π

η

①小导管间距根据围岩状况确定，采用单层小导管时，其间距按小导管超前支护参数表进行；

②前后排小导管错开布臵，前后排小导管的搭接长度不小于100cm；

③小导管外插角度根据注浆胶结拱厚度确定；

④小导管安装前，将工作面封闭严密，并正确测放出钻孔位臵后方可施工。

5.2.

6.2 小导管注浆

①注浆前应喷射混凝土封闭作业面，防止漏浆，喷射混凝土不小于4cm；

②注浆材料应根据地质条件、注浆目的和注浆工艺全面考虑，但确保满足下列要求:浆液流动性好，固结后收缩小，具有良好粘结力和较高早期强度，结石体透水性低，抗渗性能好。当有水侵蚀作用时，采用耐侵蚀材料；

③注浆过程中，注浆压力为0.5～1.0Mpa，并专人做好记录。注浆结束后检查其效果，不合格者应补注浆，注浆达到效果后方可开挖；

④注浆过程中注浆顺序应由拱脚向拱顶进行。

5.3、超前支护施工质量要求标准

5.3.1 钢管及锚杆的材质、型号和规格等应符合设计和规范要求；

5.3.2 超前钢管、锚杆与钢架支撑配合使用时，应从钢架腹部穿过，尾部与钢架焊接牢固；

5.3.3 钢管、锚杆插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。

6 隧道特殊段处理措施

对于本隧道施工的断层破碎带、塌方、涌水、溶洞突水、突泥、富集瓦斯段隧道、富水地段不良地质地段，采取以下相应的处理措施。

6.1 断层破碎带的初期支护

本隧道围岩较破碎，裂隙较发育施工期间早期压力大、围岩变形快，自稳时间短，初期支护的早期强度不能满足围岩自稳要求，采用超前小导管注浆，快速止水加固。在开挖面沿拱墙按纵向间距3m，环向间距0.4m，孔深4.5m，外插角15°钻孔。采用φ42mm(壁厚3.5mm)无缝花管，前端呈锥形，尾部焊加劲箍，打入钻孔。连接双液压注浆泵，采用水灰比1：1水泥注浆，注浆压力为0.5～1.0Mpa。浆液配制应先经试验室测定凝胶时间。钻孔直径应较钢管直径大20mm，用胶泥将导管周围封堵。压浆孔口的压力应严格控制在允许限制内，分段予注浆应有不小于1.5m的达接长度，注浆至开挖前的时间间隔4～8h，开挖循环必须留下一定长度的止浆墙，防止下一次注浆时孔口跑浆。用超声波探测仪检查注浆效果。

超前小导管注浆支护完成后，开挖初期支护随开挖工作面采用喷混凝土。

6.2 塌方处理

6.2.1预防塌方施工措施

预防隧洞施工坍塌，首先作好地质预报，选择相应的安全合理的施工方法和措施，现场施工时，主要遵照以下要点：先排水、短进尺、

弱爆破、强支护、快衬砌、勤检查、勤量测。

随时掌握围岩变形数据，仔细观测每次爆破的围岩情况，并进行认真分析，如发现问题要及时采取措施，防患于未然。

6.2.2处理塌方的方法及步骤

6.2.2.1深入现场观察研究，分析塌方原因，弄清塌方规模、类型及发展规律，核对塌方段的地质构造和地下水活动状况，尽快制定切实可行的塌方处理方案；

6.2.2.2对一般性塌方，在塌顶暂时稳定之后，立即加固塌体四周围岩，及时支护结构物，托住顶部，防止塌穴继续扩大；对于较大塌方或冒顶，还应妥善处理地表陷坑。

6.2.2.3有地下水活动的塌方，应先治水，再治塌方；

6.2.2.4认真制定塌方处理中的安全措施，认真组织塌方处理专业队伍，充分保证处理塌方的必须器材设备供应。

6.2.3塌方处理方法

不同类型的塌方，选择不同的处理方案。某些塌方还需综合处理才能达到目的。对于一般的塌方，采用锚喷法进行处理，其处理程序如下：

6.2．3.1排除淋水，用φ20mm钢管插入排水孔内30～60cm，钢管与岩面用棉纱封紧，再用1：1水泥砂浆(加速凝剂)堵在棉纱外面，在钢管出口套塑料管，沿洞侧悬挂，将淋水导入排水沟内；

6.2.3.2喷早强砼，封闭补平岩面，厚2～5cm；

6.2.3.3按间距0.6×0.8m梅花形埋设锚杆(采用φ22螺纹钢)，