大断面快速掘进施工质量控制.ppt

中铁二十局集团兰新铁路甘青段七标 二一一年三月 制作：王鑫,祁连山隧道不良地质条件下 大断面快速掘进施工质量控制,目 录,第一节 工程概况 第二节 施工工法选择 第三节 各工法简介 第四节 各工法施工配备 第五节 各工法总结 第六节 各工法综合比较 第七节 结论,第一节 工程概况,1.工程概况 祁连山隧道全长9.49km，位于甘青两省交界处。进口位于青海省门源县硫磺沟，出口位于甘肃省民乐县小平羌沟，地处海拔35004300m祁连山中高山区；洞身地表起伏较大，最大埋深达823m；由进口到出口为20单面下坡，隧址位于祁连山冷龙岭断层皱褶带，工程地质及水文地质条件复杂；正洞最大涌水量为10.5万m3/d，1#斜井最大涌水量为5000m3/d，2#斜井正常涌水量最大涌水量为6万m3/d，施工采用“正洞+2座斜井+局部平导”方案，正洞为铁路双线断面，斜井采用双车道（76m），平导采用单车道（56m）。 施工区域位于欧亚大陆腹地，为典型的大陆性季风气候，年平均气温-2.9，极端最高气温31.7，极端最低气温-29.6，最大冻结深度2.3米。,第二节 施工工法选择,1.施工工法选择 目前，随着国家铁路建设步伐的加快，客运专线双线、多线大断面隧道数量增多，许多大断面隧道需穿越复杂地质山区。对于软弱围岩大断面采取何种施工工法是施工中必须优先考虑的因素之一，其出发点是尽可能借助施工方法将工程化大为小，从而尽快沿开挖轮廓形成封闭或半封闭的承载结构。选择在级围岩开挖中比较常用的双侧壁导坑法、cd法、三台阶临时仰拱法三种工法，进行实践比较，反复论证，综合分析各施工方法的优缺点，得出较适合不良地质条件下大断面隧道快速掘进施工的工法。,第三节 各工法简介,1.双侧壁导坑法,双侧壁导坑法施工工序断面图,双侧壁导坑开挖,施工步骤： 1.施工左侧中导坑超前支护结构，开挖部，初期支护（临时支撑）； 2.开挖左侧下导坑部，及时施工左侧支护结构成环； 3.施工右侧中导坑超前支护结构，开挖部，初期支护（临时支撑）； 4.开挖右侧下导坑部，施工右侧支护结构成环； 5.施工左侧上导坑超前支护结构，开挖部，初期支护； 6.施工右侧上导坑超支护结构，开挖部，初期支护； 7.中导坑开挖部并设置临时钢架； 8.中导坑下部开挖部，初期支护封闭； 9.拆除临时支护； 10.灌注x部仰拱及隧底填充； 11.灌注xi部二次衬砌； 12.监控量测； 13.下一循环施工。,施工注意事项： 1.围岩开挖应尽量采用挖掘机和人工配合无爆破施工，局部需爆破施工时，宜弱爆破施工，以尽量减少对地层的扰动； 2.开挖应严格按规范做好监控量测工作，随时掌握围岩及支护的变形情况，以便及时修正支护参数，改变施工方法；同时，应有较准确的超前地质预报； 3.开挖时的排水工作要认真做好，在保证排水畅通的同时，重点要对两侧临时排水沟铺砌抹面，防止钢支撑基底软化； 4.侧壁导坑开挖后，应及时施工初期支护并尽早形成封闭环；侧壁导坑形状应近于椭圆形断面，导坑跨度宜为整个隧道跨度的三分之一；左右导坑施工时，前后拉开距离不宜小于15m；导坑与中间土体同时施工时，导坑应超前3050m。,1,2.中隔壁法（cd法）,中隔壁法（cd法）施工工序横断面及纵断面示意图,施工步骤： 1.先行导坑上部开挖； 2.先行导坑上部初期支护； 3.先行导坑中部开挖； 4.先行导坑中部初期支护； 5.先行导坑下部开挖； 6.先行导坑下部初期支护； 7.后行导坑上部开挖； 8.后行导坑上部初期支护； 9.后行导坑中部开挖； 10.后行导坑中部初期支护； 11.后行导坑下部开挖； 12.后行导坑下部开挖； 13.仰拱超前浇筑； 14.全断面二次衬砌。,中隔壁法(cd法)施工,施工注意事项: 1.上部导坑的开挖循环进尺控制为1榀钢架间距(0.75-0.8m)，下部导坑的开挖进尺可依据地质情况适当加大； 2.初期支护完成后方可进行下一分部开挖，地质较差时，每个台阶底部均应按设计要求设临时钢架或临时仰拱；各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺；应在先开挖侧喷射混凝土强度达到设计要求后再进行另一侧开挖；左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15m；当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合； 3.导坑开挖孔径及台阶高度可根据施工机具、人员等安排进行适当调整。应配备适合导坑开挖的小型机械设备，提高导坑开挖效率； 4.中隔壁的拆除应滞后于仰拱，并应于围岩变形稳定后才能进行，一次拆除长度应根据量测数据慎重确定，拆除后应立即施作二次衬砌。,3.三台阶临时仰拱法,三台阶临时仰拱法工序横断面示意图,三台阶临时仰拱法工序纵断面示意图,三台阶临时仰拱法工序平面示意图,施工步骤： 1.a.利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护；b.弱爆破开挖部；c.施作部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立工字钢架；d.导坑底部喷8cm厚混凝土，施作部临时仰拱；e.钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。 2.a.在滞后于部一段距离后，弱爆破开挖部；b.导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，架立工字钢架；c.施导坑底部8cm厚混凝土，施作部临时仰拱；d.钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。 3.a.在滞后于部一段距离后，弱爆破开挖部；b.隧底周边部分喷混凝土至设计厚度。 4.浇筑部边墙基础与仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充分次施作）。 5.根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌台车一次性浇筑部衬砌（拱墙衬砌一次施作）,施工注意事项： 1.隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、勤量测”的原则； 2.导坑开挖长度及台阶高度可根据施工机具、人员等安排进行适当调整； 3.钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固； 4.复合式衬砌段在施工时，须进行监控量测，根据监控量测的结果进行分析，确定二次衬砌的时机及调整支护参数。,第四节 各工法施工配备,1.双侧壁导坑法机械与人员,2.中隔壁法（cd法）机械与人员,1.三台阶临时仰拱法机械与人员,第五节 各工法总结,1.双侧壁导坑法,现场实践情况表明，双侧壁导坑法在不良地质条件下大断面大跨度隧道施工中，虽然开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面闭合的时间长，但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工中间变形几乎不发展，安全性高，但其施工工序复杂，施工进度慢，但导坑多，施工干扰大，开挖和初期支护的进度受开挖方法人员配置、机械选型等因素的影响，造价高，通风排水困难。,主要问题体现在： 1.挖掘机或装载机出碴，必须正面进洞，倒车出碴。而且必须是一进一出，随着开挖掘进的深入，势必引起循环时间加长； 2.初期支护用的湿喷机等设备，每次施工完后要退出，前后调运的时间周期随着隧道进深而增长； 3.三个独立的导洞让隧道内施工的供电、供水、供气管道增加布置难度和投入增加； 4.双侧壁的支护为连续的钢筋格栅网喷射混凝土墙，对后期的二次衬砌钢筋混凝土施工混凝土破除难度及对安全造成影响。,2.中隔壁法(cd法),现场实践情况表明，cd 法在不良地质条件下大断面大跨度隧道施工中，优点在于有较大的作业空间，利于采用大型配套机械化作业，提高了施工速度，另外工序较少，便于施工组织和管理，施工进度增快。,主要问题体现在： 1.由于开挖面较大，使出碴、湿喷工作量变大，工序所耗时间增 长，虽然工序较双侧壁导坑法减少，但一个工作循环时间并没有明显降低； 2.开挖面较大，围岩稳定性降低，在cd法中，中隔壁是一个很重要的受力构件，其拆除工序繁杂，既费时又不利于隧道的稳定，且每次深孔爆破引起的震动较大，也影响到中隔壁的稳定性，因此，只有在整个洞室开挖完毕后，支护结构形成整体闭合环以后再拆除中壁，并进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业才能较好维稳； 3.经济效益方面，临时支撑耗费材料多，造价也偏高。,图为爆破的时候挤压造成型钢变形,3.三台阶临时仰拱法,现场实践情况表明，三台阶临时仰拱法在不良地质条件下大断面大跨度隧道施工中，缺点在于如果多次扰动拱脚和不能及时封闭成环，便容易造成大的沉降和收敛，影响工程的安全。在现场施工中，开挖本着“短进尺、强支护”的原则，上台阶开挖高度4.63 m，开挖进尺结合钢架间距控制在0.81.6 m；中台阶开挖高度3.83 m，左右交错开挖，进尺结合钢架间距控制在0.81.6 m；下台阶开挖高度3.87 m，左右交错开挖，进尺结合钢架间距控制在0.81.6 m。三个台阶纵向距离基本保持在35 m，能够及早落底。开挖后，尽量减少了围岩暴露时间，迅速完成了初期支护。,1.分台阶作业，工序简洁，施工快速，开挖、支护、拱架加工等不同工班间易于配合和形成流水作业，工作循环时间明显缩短，且利于现场的操作和执行，易被工人接受； 2.软弱围岩在开挖后即开始蠕变变形，自稳性能很差，开挖后需要立即支护，因开挖断面小，支护时间短，减少了围岩暴露时间，降低了变形量； 3.开挖后拱脚处弯矩值最大，收敛明显加快，采用临时仰拱及时封闭工艺，保证了开挖断面的安全和稳定； 4.能够充分利用核心土的支撑作用，掌子面稳定，易于控