排堂岭隧道换拱方案

1、工程概况 1.1、工程地质情况

排堂岭隧道DK118+952.45~DK118+981.5段表层为第四系坡残积层,粉质黏土夹碎块石,洞身穿越下部为侏罗系上统凝灰岩,全风化~弱风化,节理裂隙发育,地下水不发育,埋深15m~23m，其中DK118+952.45~ DK118+955段为Ⅳ级围岩、DK118+955~ DK118+981.5段为Ⅴ级围岩。根据地表测量及设计资料判断：DK118+950~DK119+000段为偏压结构。 1.2、施工情况 1.2.1、施工时间

该段施工时间：2006年4月27日~2006年12月27日。 1.2.2、施工工法

DK118+952.45~DK118+955段设计采用超前锚杆预支护（按纵向间距3.0m一环布置），Ⅰ18钢架加强（按纵向间距1.0m一榀布置），CD法施工;DK118+955~ DK118+981.5段设计采用超前小导管预支护（按纵向间距2.4m一环布置），Ⅰ20a钢架加强（按纵向间距0.8m一榀布置），CRD法施工。根据2006年3月22日变更内容：DK118+952.45~DK118+955段按三台阶临时仰拱法施工;根据2006年5月10日及2006年7月6日变更内容：DK118+955~DK118+975段按三台阶临时仰拱法施工; DK118+975~ DK118+9 81.5段仍按CRD法施工。 1.2.3、施工过程

在施工中能严格按照设计及变更要求进行施作，2006年6月30日该隧道按三台阶临时仰拱法施工至DK118+976，由于围岩较差，现场初期支护钢拱架间距由80cm/榀调整为50cm/榀，停止掌子面开挖。2006年8月8日，DK118+ 963~DK118+976段发现初期支护开裂，裂隙3条、宽度15mm左右；拱顶下沉30mm，水平收敛11cm（8月8日~8月21日）；地表发生开裂，裂隙18条（纵横方向），最大宽度80mm左右。根据2006年8月21日变更，对原地表

新旧裂缝进行封闭，并对DK118+951~ DK118+976段初期支护内侧采用Ⅰ20a钢架加固处理，间距：50cm/榀，并喷C25砼覆盖呈肋状，按照CRD法架立临时仰拱及竖撑，之后采用Φ42mmL=4.5米长小导管径向注浆,间距1m×1m,梅花型布置。在采用护拱加固后，DK118+951~ DK118+976段初期支护基本处于稳定。2006年10月29日，该隧道继续开挖前对护拱钢架进行拆除。该段隧道在施工过程中，拱顶预留量为20~25cm，设有专人对洞内拱顶下沉、收敛及原地表进行量测，并按照有关要求加强量测频率及时上报。截止2007年6月5日，该段隧道仰拱及填充及前后二衬已施工完毕。根据2007年6月15日至今量测结果分析：围岩基本稳定，拱顶最大下沉71cm，单侧最大收敛15cm。 2、换拱方案

鉴于DK118+952.45~DK118+981.5段初期支护已侵入二衬10cm~50cm(详见断面量测结果),而该段隧道Ⅳ级围岩二衬厚度为45cm,Ⅴ级围岩二衬厚度为50cm,为满足设计支护厚度要求，在确保安全及质量的前提下必须对该段隧道初期支护做换拱处理。

2.1、施工准备

2.1.1、成立该隧道换拱领导小组

建立质量责任制，将质量目标层层分解，制定各级、各部门质量工作岗位责任制，明确具体的质量责任，把质量管理的每项工作、每个环节具体落实到每一个部门、每一个人，切实把质量工作落到实处。

组长职责：项目经理作为第一责任人主要组织实施换拱方案，制定落实质量和技术保证措施。定期向建设单位、监理和质量管理部门汇报施工情况。

副组长职责：项目总工具体编制该隧道的换拱方案并组织落实，对施工过程组织技术人员进行监督、指导并作好监控量测，及时处理现场险情。现场负责人主要督促施工人员严格按照方案要求进行施做，并做好现场人员及机械设备的安全管理工作。

工程科职责：具体组织实施换拱方案的落实并对施工全过程进行指导，负责技术交底的制定和现场监控量测并对监控量测结果进行分析，及时上报。对施工人员进行技术交底及培训工作。

安全科职责：制定详细的安全应对措施，对施工全过程进行监控并及时处理。

其他科室：负责落实物资供应及相关配套工作。

施工队：组织有经验的专业施工队伍，施工前对所有施工人员进行安全交底，严格按照换拱方案及有关技术要求进行施工，现场必须听从技术及管理人员的指导。

换拱施工质量管理体系组织机构图

工程 科汪 随东 副组长:马忠玉 副组长:王传民 组长:韩波 质检科田均举安全科王林春物资设备科陈新校计划科龙国平财务科李艳红试验室贾永泽综合办王艳:::: : : :: 施工队

2.1.2、建立健全安全管理组织机构

成立以施工负责人为组长的安全领导小组，现场负责人、技术负责人任安全领导小组副组长，施工队设安全管理检查小组及专职安全员，从施工、技术方面来保证施工生产的安全。

安全领导小组办公室设在工区安全协调科，成立相安全管理检查小组，并在各工班设兼职安全检查员，坚持经常性的施工安全管理检查及监督指导。

安全管理小组 副组长: 王林春、马忠玉 副组长:王传民 组长:韩波 工 程技 术科 汪随 东质量检验科田均举安全协调科王林春物资设备科陈新校计划合同科龙国平财务科李艳红试验室贾永泽综合办王艳: : : : : :: : 施工队专职安全员王平 2.1.3、机械设备

利用该隧道现有设备提前加工换拱台车、钢拱架、制作钢筋网片，按照设计及方案要求加工小导管；购置一台压浆机。

2.2、建立监控量测系统 2.2.1量测程序

监控量测的目的在于监测围岩变形和压力情况，验证支护衬砌的设计效果，保证围岩稳定和施工安全；提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据，确定衬砌的施做时间；通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，作为调整和休整支护参数及施工方法的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的信息。监控量测流程见图2-1

图2-1 监控量测程序图

分析、研究地质资料，制订监控量测计划 施 工 监控量测 工作面状态评价 数据处理 已施工区段的支护加强 安全否 是 否 施工方法变更支护加强 施工方法变 更支护减弱 否 经济否 是 否 施工是否完成 是 结 束

2.2.2测点布置

在排堂岭隧道换拱过程中，监控量测严格进行地表下沉量测、拱顶下沉量测、水平净空收敛量测三项量测，测点布置见图2-2

图2-2 监控量测测点布置图

2.2.3布点观测

施工前，在洞内该段初期支护钢架上布置监控量测点，拱顶下沉观测点及净空收敛观测点按每2米一个断面进行布设，以观测围岩及初期支护结构的变化；洞顶原地表，每5米一个断面布设地表下沉观测点，以观测地表沉降。周边收敛、拱顶下沉及地表下沉各项目测点尽量集中断面布设，以便量测成果分析；

地表下沉观测点，以隧道中线为中心每5米布置5个点，从隧道换拱施工开始进行地表沉降观测，采用全站仪进行观测，观测频率为每天一次。

拱顶下沉观测点，在隧道需换拱的初期支护上每三米设置一个点，换拱施工完的初期支护上每两米设置一个点，并且在换拱施工完6小时内进行第一次观测，仪器采用高精度水准仪，观测频率为每天两次，直至二衬完成后为止。

净空收敛观测点，在拱顶下沉观测点同一断面设置，仪器采用高精度收敛仪，观测频率同拱顶下沉观测。

2.3.4量测整理及分析

通过对量测结果整理与分析，及时安排施做衬砌的时间，是控制隧道下沉，保证隧道施工安全与净空的重要一环。

根据现场量测数据绘制位移-时间曲线图，在位移-时间曲线趋于平缓时进行回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律，回归分析为建立下沉量（U）随时间（T）发展的时态函数，根据测点位移变化速率判断围岩稳定状况，当隧道周边变形趋势有明显减缓趋势，则说明隧道变形基本处于稳定状态，当变化速率过快、过大，或当位移-时间曲线出现反弯点时，说明位移出现反常的急剧增加现象，表明围岩及支护已呈不稳状态，应及时加强支护并停止作业，并根据现场及施工情况进行分分析。

2.2.5、加强监控量测工作

①监控量测不仅对原初期支护钢架变形进行观测，对置换后的拱架同样要加强观测，量测人员应及时对测量结果进行分析。

②开挖过程中注意观察初期支护状态包括喷砼层是否产生裂缝、剥离和剪切破坏、支撑是否压屈变形进行观察分析。对以上情况进行详细描述、记录，并予以评估，作为及时采取支护参数选择的参考及量测等级选择的依据。

③量测方法及频率

现场量测时根据开挖、换拱各工序作业持续时间加大测量频率。 2.3.6其他量测措施

在换拱实施过程中，为了更好的掌握围岩及支护体系的应力变化情况考虑对围岩及支护间的接触应力、钢架应力进行量测，量测方法采用在初期支护钢架背后按设应变感应盒，应变感应盒与拱顶下沉及围岩收敛测设点布置在同一断面，接触应力、钢架应力量测测点布置见图2-3

压力传感器应力计图2-3接触应力测点布置图2.2.7监控量测人员：宋永乐、黄江

2.3、换拱方案

在换拱前，对初期支护钢拱架施做临时支撑，避免压浆或置换过程中原初期支护钢架失稳；采用环向小导管对岩体注浆；置换顺序：利用换拱台车从大里程逐环进行，对每环的拱架置换应遵循先墙后拱的原则；开挖主要以

人工利用风镐开挖为主，严禁采用爆破作业; 采用双层超前小导管预支护（按纵向间距2.4m一环布置）；对已换拱段，必须及时、分段进行衬砌。

2.3.1、临时支撑

①架设临时支撑：利用换拱台车每间隔一榀对初期支护钢架连接处采用Ⅰ18工字钢架设临时竖撑、横撑，横竖撑间采用Φ22钢筋连接，以免在压浆或换拱过程中相临拱架受力过大而失稳；（换拱台车临时示意图见图2.3.1-1）

图2.3.1-1

②根据监控量测结果，必要时利用衬砌台车分段浇注30cm厚C15混凝土作临时支撑，换拱时逐段拆除，以防止初期支护失稳，确保施工安全。

2.3.2、小导管注浆

为保证开挖及换拱过程中人员及机械设备安全,防止岩体受力太大而坍塌,对拱部及局部边墙采用Φ42mm，L=4.5米长小导管注浆，小导管采用钢花管，环、纵向间距1.0米,梅花形布置,在每榀初期支护钢架与小导管连接处将小导管与钢架锁死, 以保证在开挖拆除拱架时的安全。浆液采用1:1水泥浆液,注浆压力：0.8~1.2MPa。技术值班：黄江、迟文达。

2.3.3、置换顺序及原则

利用换拱台车从大里程逐环进行，对每环的拱架置换应遵循先墙后拱的原则。

2.3.4、开挖及钢架拆除

开挖及钢架拆除顺序：充分利用换拱台车长度，采用顺序开挖，先墙后拱方法，且每次只能开挖一榀，开挖主要以人工利用风镐开挖为主，严禁采用爆破作业，尽量减少对围岩的扰动。开挖预留量20cm。

2.3.5、施工辅助措施

采用L=4.5米、6米双层超前小导管预支护, 小导管按纵向间距2.4m一环加强支护,环向间距0.3m,并将置换后钢架与注浆环向小导管焊接以增加稳定性,确保施工安全。

2.3.6置换

开挖前要将制作好的Ⅰ20a钢架及钢筋网运至现场，喷浆机等设备调试好，开挖拆除原初期支护钢架完成后立即对岩面进行初喷，架设新钢架，并铺钢筋网片，同时利用注浆的小导管将钢架与钢筋网焊接固定，完成后立即进行C25喷砼作业，待喷砼强度达到设计强度后方可进行下一循环开挖。

2.3.7、对已换拱段，必须及时、分段进行衬砌。 3、安全保证措施 3.1、换拱台车加固

对换拱台车进行加固，在台车推到作业位置后，首先车轮前后卡死，防止台车的移动，同时台车安装轮胎的横梁要进行加固处理，防止台车受压力过大发生危险，措施为用工字钢加工四个顶撑台座，台车就位固定后，每侧两个顶撑台座支撑在台架下部横梁的下方。

3. 2险情应急处理

现场施工时间专职安全人员在场监视围岩变化，用哨声通知作业人员撤离，在换拱台架的前后各堆放沙堆，在极度危险的情况下，人员可以跳到沙堆上迅速撤离。

施工期间，现场施工负责人会同技术人员对各部支护进行定期检查。当发现量测数据有突变或异变时，立即通知现场负责人，采取应急措施或通知施工人员撤离危险地段。

加强围岩开挖后变形量测，根据量测数据分析结果，反馈指导施工，保证开挖及换拱的安全和质量。施工中，指定专人对洞内围岩及地面位移变形情况进行观测，出现异常情况立即停工处理。

3.3安全教育

对所有现场人员进行全员安全教育，并进行安全技术交底，从思想上高度重视。建立安全领导小组，落实岗位责任制。施工人员进行岗前培训，技术人员上课、现场指导。

所有进入隧道工地的人员，佩戴安全防护用品。对隧道施工人员要坚持班

前安全教育，严禁酒后上班。

作业到达工作面时，先检查工作面是否处于安全状态，如有松动的岩石，立即加以支护或清除。

3.4安全物资

配足必要抢险物资，如砂子、灭火器、急救药品、纱布、强光电筒、安全标示、以及尽量保证一部车辆在工地等。

3.5其他安全措施

对换拱段的地表水系进行疏通，保证地表没有积水，在降雨的过程中雨水可以尽快的排走，对地表的裂缝灌注水泥浆封闭，防止有水从裂缝渗入，对地表裂缝每天进行观察，一发现有新的情况，立即采取措施，根据裂缝的大小，现场施工的情况，监控量测资料综合进行分析，在分析的结果出来后决定是否施工还是采取措施加固。

温福Ⅰ标五工区

2008

年4月27日