湖北四车道高速公路分岔隧道施工工法

'分岔隧道施工工法1、前言在深沟、峡谷地区修建高速公路，桥隧紧相连，缺少足够长的过渡路基。桥梁往往采用整体式布置的斜拉桥、悬索桥或大跨度拱桥等型式，如果分幅修建则造价过高。但是对于长大隧道，考虑到安全、工期和工程造价等因素，不宜将左右幅隧道全部设置为整体连拱形式，而是采取可以基本上不考虑左右幅洞室之间相互影响的分离式隧道（两洞室净距离保持在25～40米左右）。这样为了实现桥隧的合理衔接，就必须将两个相互分离的左右幅隧道逐渐减小间距，最终交汇成一个大拱隧道。这种平面近似“人”字形布置的分岔隧道几乎囊括了隧道工程的各种结构形式和难点，具有很强的代表性。湖北XXX高速公路第15合同段XXX隧道出口为分岔式设计，从出口端往进口方向依次为明洞、四车道大拱段、连拱段和小间距段，然后与分离段相连（参见下面的图1）。它是国内首座大跨度施工的分岔隧道，其跨度在交通行业居亚洲第一，属于“交通部西部交通建设科技项目”。XXX隧道分岔段在施工方面有以下的难点和不安全性：开挖断面多变且施工跨度很大;为了尽可能减少邻近隧道的桥梁宽度及其投资，左右幅两隧道间距很小，中隔墙（中间岩柱）比一般连拱（小间距）隧道的中隔墙（中间岩柱）还要薄得多，承受压力更大且容易因爆破而震裂;左右幅两隧道开挖爆破时存在很大的相互震动的影响，容易造成围岩松动和坍塌。如何确保XXX隧道分岔段施工的安全、质量、进度和控制施工成本，是一个重大的技术难题。图1XXX隧道分岔段平面布置示意图（原设计）依托XXX隧道分岔段的施工实践，中国xx工程总公司与中国交通部xx勘察设计研究院、xx大学、xx大学和中国xxx岩土力学研究所联合开展科技创新，取得了《分岔隧道设计施工指南》这一国内领先、国际先进的新成果，目前正在申报湖北省和交通部的科学技术一等奖。中国铁路工程总公司利用先进的科学技术方法和手段，取得了XXX隧道分岔段施工的胜利，在安全、质量、进度和效益方面都实现了最大程度的成功。在XXX隧道分岔段的施工过程中形成了新颖的《分岔隧道施工工法》。该工法在确保分岔隧道施工的安全、质量、进度和控制施工成本方面效果显著，技术先进，具有明显的经济效益和一定的社会效益、环保效益。15 2、工法特点2.1通过对分岔隧道最优开挖方法的理论研究和实验，大胆地将正台阶法与多部开挖法有机组合在一起，减少了常规开挖分部的部数，最大限度地实现了大断面开挖。这样不但减少了工序及其相互干扰，方便了测量，创造了较大空间来组织机械化作业，而且减少了初期支护的施工缝，有利于提高进度和质量。2.2在洞口段通过超前长管棚注浆来保证浅埋地段的围岩稳定。大拱初期支护通过采用预应力锚杆加固来减小洞室周边岩体的相对变形，有利于在锚杆的预应力作用范围内形成稳定的承载拱。这些措施更好地发挥了新奥法所特别强调的“围岩自身承载能力”。2.3利用中导坑先施工连拱段的中隔墙，既可以探明前方地质情况，又可以在中隔墙的支撑作用下减小开挖跨距，保证施工安全。针对左右幅两隧道间距非常小的特点，通过对开挖爆破方案的理论分析和实验，在连拱段和小间距段实行左右洞交错施工并保持一定间距，既保证了爆破效果，又有效地减小了开挖爆破时存在的相互震动的影响，最大可能地贯彻了新奥法“少扰动”的原则。2.4中隔墙的两侧各预留30cm厚度与隧道主洞二衬整体浇筑，这不但使中隔墙与隧道主洞二衬形成了共同受力的有机整体，而且消除了中隔墙与隧道主洞二衬之间的施工缝，避免了该施工缝过去经常出现的渗漏水现象。2.5通过使用信息化施工技术，对围岩和初期支护的承载能力、保证期限提供了至关重要的定量数据，打破了传统的过度强调“衬砌紧跟、早期施作”的思想束缚，这不但减少了多工序同时作业的相互干扰，同时也避免了开挖爆破对衬砌可能造成的损伤。2.6衬砌防水引入了分区防水的概念，即在初期支护与二次衬砌之间敷设一层EVA／ECB共挤防窜流复合防水板。分区防水一方面使得衬砌渗漏的机率大大降低，另一方面使得衬砌漏水位置与防水板的漏水位置相对应，这给后期整治漏水提供了方便。2.7利用当今先进的数值模拟方法和监控量测信息，以确保安全为前提，动态修正支护参数，优化了中间岩柱和中隔墙的厚度，取消了大拱的中隔墙及内衬结构。这不但减少了隧道本身的施工成本，而且减少了邻近隧道的桥梁宽度及其投资，同时还加快了施工进度。3、适用范围适用于处在地形陡峻的深沟峡谷地区而不得不进行大跨度施工的分岔隧道，对其它隧道乃至于地下工程也具有一定的指导意义。4、工艺原理4.1分岔隧道的施工跨度很大，其结构形式及荷载分布比较复杂，相邻结构施工的相互干扰较大。如何尽可能实行较大断面开挖，又避免坍塌，确保安全，光凭经验和直觉往往是难以准确把握的。我们应用动态施工过程力学原理和二维（三维）断裂损伤有限元方法、三维显式差分法（FLAC3D）等数值模拟的方法模拟了分岔隧道多种可行的开挖方法对围岩稳定性的影响，得到了与不同开挖方法所对应的围岩变形、应力状态、塑性区分布以及围岩可能出现的破坏模式。然后，我们结合具有真实性、可靠性等优点的1/50模型实验、现场实验及其监测，提出了分岔隧道最优的施工开挖方法。4.2以新奥法的基本精神为指导，强调发挥围岩的自身承载能力（分岔隧道在这方面的要求更高）。通过在大拱使用预应力锚杆来更好地发挥了围岩的自身承载能力。“少扰动”是新奥法的基本原则之一，但它仅仅停留在模糊的感性认识上，实践中往往难以准确地把握，对分岔隧道更是如此，因为分岔隧道的中隔墙（中间岩柱）比一般连拱（小间距）隧道的中隔墙（中间岩柱）还要薄得多。为了定量地具体实施“少扰动”15 的原则，有效地保护连拱段的中隔墙和小间距段的中间岩柱，我们通过数值模拟分岔隧道开挖爆破时的围岩振动速度和松动情况，得到了关键薄弱部位的振速控制指标，确定了保证爆破效果、围岩（特别是中间分隔部位）稳定的的合理装药量及其开挖方法。同时，应用弹塑性断裂损伤分析方法研究爆破振动对相邻洞室的围岩及结构的影响。为了进一步减小围岩松动变形的程度，保证施工安全，在连拱段和小间距段采取左右洞交错施工并保持一定间距的开挖方案。4.3“早喷锚、紧封闭”也是新奥法的两个基本原则。为了在实际施工过程中准确地把握喷锚、衬砌的时机，根据新奥法的“勤量测”原则，在隧道内埋设多点位移计、压力盒、应变计和收敛点等监测设备，开展围岩物理力学参数测试、围岩收敛及应力分布量测、围岩深部位移规律量测、初期支护内力量测及锚杆内力量测等工作。然后根据现场实际地质信息、施工信息、围岩变形和支护受力等监测信息对隧道围岩的稳定性进行反演分析，准确掌握了围岩和初期支护的承载能力、保证期限，提出了既方便施工，又确保安全的最佳的支护时机。4.4EVA／ECB共挤防窜流复合防水板上具有连续的、突出的止水肋，能深深地嵌入二次衬砌混凝土中，因此即使防水板局部存在渗漏，地下水也不能在二次衬砌与防水板之间的大范围内流动。这样只有当二次衬砌与防水板在同一区域漏水时，隧道结构才产生漏水现象。4.5我们将应用三维断裂损伤有限元方法和三维显式差分法（FLAC3D）进行模拟计算的结果与现场监控量测的支护应力进行对比，研究了分岔隧道三维围岩的稳定性及支护结构的内力分布规律，优化了中间岩柱、中隔墙的厚度及衬砌结构的支护强度，取消了大拱的中隔墙及内衬结构。5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工准备→洞口开挖及防护→大拱段开挖及初支→连拱段开挖及初支→小间距段开挖及初支→隧道结构施工。5.2操作要点5.2.1洞口开挖及防护分岔隧道成洞面的跨度及净空很大，洞口每延米的刷坡方量也就很大。为了尽可能缩短明洞长度，减少洞口的刷坡方量，保护原始自然生态，我们通过超前长管棚(28m长)注浆来保证成洞面和浅埋地段开挖的稳定和安全，实现了“早进洞，晚出洞”的原则。洞口段开挖以挖掘机为主，辅以人工风镐进行，需爆破时采用浅孔微震爆破，严格控制装药量，避免围岩受到过大扰动。施工中先施作山坡上的截水沟，然后采取从上到下的顺序对边坡进行开挖及防护。一边开挖，一边进行锚喷防护，同时处理好施工用水与降雨的排放，防止其软化边坡坡脚的土体。开挖至成洞面附近时要预留核心土，待套拱、管棚施作后再开挖进洞。洞口开挖及防护施工工艺流程见下面的图5.2.1。图5.2.1洞口开挖及防护施工工艺流程图15 洞口长管棚注浆注意事项：注浆尽量采用单液注浆，这样不仅可以简化工艺，降低造价,而且固结强度较高。因此注浆前先进行单液注浆实验,单液注浆以水泥为主,添加5%的水玻璃(重量比)。如可灌性差,再进行水泥-水玻璃双液注浆实验。双液注浆参数通过现场试验确定。5.2.2大拱段开挖及初支XXX分岔隧道的四车道大拱段长58.6米，Ⅲ、Ⅳ类围岩。开挖断面最大跨度24.7米，最大高度12米。原设计采用的是比较保守的常规开挖方法，即先施作中隔墙，然后在中隔墙的保护作用下开挖两侧边墙（参见下面的图5.2.2-1原设计大拱施工工艺流程图）。我们经过科研论证，取消了原设计的中隔墙及内衬结构，同时对原设计的六部（上面三部，下面三部）开挖方法进行优化，形成了在此种条件下最优的四部（上面一部，下面三部）开挖方法（参见下面的图5.2.2-2实施性大拱施工工艺流程图）。经过优化，取消了中隔墙并最大限度地实现了大断面开挖，但初期支护的强度并没有并没有增加，即优化后的施工方案同样采用原设计的初期支护参数（参见下面的表5.2.2大拱段支护参数）。表5.2.2大拱段支护参数围岩类别初期支护二次衬砌（C25钢筋混凝土）锚杆钢筋网钢拱架喷射砼Ⅲ类和Ⅳ类φ25预应力锚杆(L=6m);φ22全长粘结砂浆锚杆(L=3.5m)双层φ8钢筋网20b工字钢(间距100cm)C20喷射砼(厚25cm)外衬拱部厚80cm（取消原设计内衬结构）施工工序：⑴开挖上半断面拱部;⑹施作中隔墙;⑵施作拱部初期支护;⑺开挖两侧边墙;⑶开挖两侧（拱腰）;⑻施作两侧边墙部初期支护;⑷施作两侧（拱腰）初期支护;⑼全断面施作二次衬砌;⑸开挖中部核心土;⑽施作内衬结构。图5.2.2-1原设计大拱施工工艺流程图15 施工工序：⑴开挖上半断面;⑸施作下半断面左侧壁初期支护;⑵施作上半断面初期支护;⑹开挖下半断面右侧壁;⑶开挖下半断面中槽;⑺施作下半断面右侧壁初期支护;⑷开挖下半断面左侧壁;⑻全断面施作二次衬砌。图5.2.2-2实施性大拱施工工艺流程图施工中的其它问题说明如下：1、Φ25预应力锚杆施工工艺大拱初期支护的Φ25预应力锚杆材料为20MnsiΦ25Ⅱ级钢筋，一般施加80～100KN的预应力，局部围岩较完整地段施加30～50KN的预应力。施工时采用配套钻头成孔并彻底清孔，将安装有涨壳锚头或环氧树脂（20～40cm）锚头的杆体及注浆管插入（若采用环氧树脂锚头，建议杆体在锚头之后包裹40～70cm药卷），然后用力顶紧，施加初始预应力，随后可以采用分段注浆施加预应力或一次性注浆完毕达到要求后施加预应力至设计值即可，注浆材料采用水泥砂浆，应保证锚孔内注浆饱满。2、关于初期支护的承载能力和保障期限原设计要求“大拱中隔墙、二次衬砌及内衬施工应随着开挖及时跟进。隧道主洞准备进洞施工开挖的同时，施工二次衬砌的模板台车必须基本到位，模板台车不到位不得进洞开挖施工”。但我们监控量测的数据显示，表5.2.2中的大拱支护参数至少能使二次衬砌比初期支护滞后7个月施作，所以完全可以等大拱段全部开挖完成后统一进行二次衬砌施工。3、有关要求（后面的连拱段和小间距段亦同）1）通过数值模拟、弹塑性断裂损伤分析和爆破试验，确定爆破遵循以下原则。因分岔隧道对爆破减振要求甚高，炮眼应按浅密原则布设。各种爆破参数应在一般中硬岩光面爆破参数的基础上进一步减小，周遍眼间距宜小于40cm并适当布设空眼以减少单孔装药量，装药不偶合系数宜小于1.5，周边眼装药集中度宜小于0.2kg/m，相对距E/V宜小于0.7。除此之外还应采取增加雷管的段数，加强炮孔堵塞等综合减振措施。施工时应注意对爆破振动速度的监控，加强对爆破实际效果的分析，从而使隧道围岩和支护结构受到的影响降到可接受的范围内。2）为了有利于出碴和初期支护施工，第⑴部上半断面的左右两端应向上微微翘起（参见上图15 5.2.2-2）。3）初期支护严格按设计施工，确保质量，并尽早封闭成环。特别是大拱段以及围岩比较差的地段，初期支护应紧跟开挖面，这时初期支护完成4h后方能进行爆破作业。应注意清净最下部的拱脚处松碴或局部软土，确保初支落底不悬空，必要时可用砼加固基底或采取扩大拱脚、增设锁脚锚杆等措施。5.2.3连拱段开挖及初支XXX分岔隧道的连拱段长120.7米，其实际围岩属于Ⅲ类和Ⅳ类，中隔墙设计最薄处为1.4m。原设计是先一次性施作中隔墙，主洞施工采用保守的环形掏槽先二衬后挖核心土施工方案（参见下面的图5.2.3-1原设计连拱段施工工艺流程图）。这种开挖方法存在以下缺点：1、因一次性浇筑中隔墙，中隔墙顶部与主洞二衬之间会产生施工缝，易发生漏水现象。2、为了先全断面施作二次衬砌，不得不增加第⑶、⑼部开挖。由于第⑴、⑺部开挖已经创造了临空面，开挖下半断面所产生的洞碴抛掷方向是向上的，所以增加第⑶、⑼部开挖对保护中隔墙意义不大，但却增加了工序和费用，不利于进度。3、在第⑹或⑿部开挖前施作第⑸或⑾部二次衬砌，不能使用衬砌台车组织大型机械化快速施工，同时二次衬砌会因开挖爆破而受到损伤。施工工序（假设先从右洞开始）：⑴开挖右侧主洞上半断面;⑺开挖左侧主洞上半断面;⑵施作右侧主洞上半断面初期支护;⑻施作左侧主洞上半断面初期支护;⑶开挖右侧主洞下导坑;⑼开挖左侧主洞下导坑;⑷施作右侧主洞下导坑初期支护;⑽施作左侧主洞下导坑初期支护;⑸浇筑右侧主洞二次衬砌;⑾浇筑左侧主洞二次衬砌;⑹拆除中导坑右侧支护、开挖核心土;⑿拆除中导坑左侧支护、开挖核心土。图5.2.3-1原设计连拱段施工工艺流程图我们经过科研论证，主洞施工实际采用了如下面的图5.2.3-2所示的施工工艺流程。经过现场实践和监测，证明效果非常好。连拱段施工的主要工艺流程是：中导坑开挖、支护→中隔墙浇筑（两侧各预留30cm厚度与主洞二衬整体浇筑）→主洞施工（主洞施工详见下图5.2.3-2）。15 施工工序（假设先从右洞开始）：⑴开挖右侧主洞上半断面;⑹施作左侧主洞上半断面初期支护;⑵施作右侧主洞上半断面初期支护;⑺拆除中导坑左侧支护、⑶拆除中导坑右侧支护、开挖左侧主洞下半断面;开挖右侧主洞下半断面;⑻施作左侧主洞下半断面初期支护;⑷施作右侧主洞下半断面初期支护;⑼浇筑主洞二次衬砌。⑸开挖左侧主洞上半断面;图5.2.3-2实施性连拱段施工工艺流程图施工中的其它问题说明如下：1、第⑴、⑺部左右两端向上微微翘起是为了保护中隔墙，方便出碴和初期支护施工。2、连拱段支护参数（参见下面的表5.2.3）。表5.2.3连拱段支护参数围岩类别初期支护二次衬砌（C25素混凝土）锚杆钢筋网喷射砼Ⅲ类和Ⅳ类φ22药卷锚杆(L=3m)单层φ8钢筋网C20喷射砼(厚15cm)拱部40cm2、关于初期支护的承载能力和保障期限根据我们监控量测的数据显示，表5.2.3中的连拱支护参数至少能使二次衬砌比初期支护滞后3个月施作，所以完全可以等连拱段全部开挖完成后统一用衬砌台车进行二次衬砌施工。3、注意事项1）左右线隧道主洞交错开挖，其开挖掌子面应保持20m以上的距离。2）中隔墙顶部与中导坑之间的空隙用C20喷射砼喷填密实。3）局部围岩软弱地段可据监测信息采取在喷射砼内增加工字钢拱架或钢筋格栅等措施，若遭遇溶洞更应采取专门的治理方案，本项亦适用于下面的小间距段。4）中隔墙防护开挖一侧主洞时，中隔墙与另一侧主洞之间须采取下部用土石回填挤实，上部用原木支撑牢固的措施，防止爆破冲击波导致中隔墙倾斜;中隔墙与本侧主洞之间用竹排防护，防止爆破飞石损伤中隔墙（参见上面的图5.2.3-2实施性连拱段施工工艺流程图）。5.2.4小间距段开挖及初支XXX分岔隧道的小间距段长174.9米，其实际围岩属于Ⅲ类和Ⅳ类，中间岩柱厚度为2.5～15 11.8m。为了尽可能保护洞室周边岩体（特别是中间岩柱）的完整性，小间距段也不宜采用全断面开挖。为了确保施工安全以及隧道使用的耐久性，小间距段最优的施工工艺流程如下图5.2.4所示。施工工序（假设先从左洞开始）：⑴开挖左洞上半断面;⑹施作右洞初期支护;⑵施作左洞拱部初期支护;⑺开挖右洞下半断面;⑶开挖左洞下半断面;⑻施作右洞边墙部初期支护;⑷施作左洞边墙部初期支护;⑼施作二次衬砌。⑸开挖右洞上半断面;图5.2.4小间距段施工工艺流程图施工中的其它问题说明如下：1、小间距段支护参数（参见下面的表5.2.4）。靠近连拱段的42.8m由于中间岩柱很薄，需进行加固。具体办法是：在中间岩柱内设水平方向布置的φ25高强预应力钢筋（预应力50～80KN），岩柱表面设双层φ8钢筋网及喷射砼，高强预应力锚固钢筋的尾端焊接在钢筋网上（参见上面的图5.2.4小间距段施工工艺流程图）。表5.2.4小间距段支护参数围岩类别初期支护二次衬砌（C25素混凝土）备注锚杆钢筋网喷射砼Ⅲ类和Ⅳ类φ22药卷锚杆(L=3m);φ25高强预应力钢筋单双层φ8钢筋网C20喷射砼(厚15cm)拱部40cm靠近连拱段的42.8mφ22药卷锚杆(L=3m)单层φ8钢筋网C20喷射砼(厚15cm)拱部40cm远离连拱段的132.1m2、关于初期支护的承载能力和保障期限根据我们监控量测的数据显示，表5.2.3中的小间距支护参数至少能使二次衬砌比初期支护滞后3个月施作，所以完全可以等小间距段全部开挖完成后统一用衬砌台车进行二次衬砌施工。3、注意事项：左右线隧道主洞交错开挖，其开挖掌子面应保持30m以上的距离。5.2.4隧道结构施工1、主要流程处理初期支护表面→铺设防水板→二衬立模→二衬浇筑→二衬脱模养生→装修工程（防火涂料）。2、注意事项15 1）二次衬砌施作的合理时间应根据施工监测数据确定，尽可能发挥初期支护的承载能力，但又不能超过其承载能力。二衬支护参数应根据实际监测情况和理论分析进行修正和调整。本工法在保证安全和质量的前提下取消了常规分岔隧道所设计的钢筋混凝土中隔墙及内衬结构（中隔墙及内衬结构参见上面的图5.2.2-1原设计大拱施工工艺流程图）。2）分岔隧道断面较大且多变，防排水施工应当引起高度重视。二次衬砌灌筑前应仔细检查防水板有无穿孔，焊缝是否紧密，确保万无一失。3）由于取消了中隔墙及内衬结构，大拱段衬砌断面很大（宽约24m，高约12m），而且断面大小是渐变的（往洞口方向衬砌内轮廓逐渐变小）。为了保证二衬的安全和质量，应进行模板设计和力学检算。由于大拱段长度只有58.6m，在专门厂家订做模板既不经济，也没有必要。为此我们将衬砌台车门架和脚手架结合起来制成了简易实用的模板，实践证明效果非常好。具体支模方法是：以衬砌台车门架（兼作过车通道）为中间骨架，其上部和两侧为φ48钢管脚手架（扣件间距1m*1m*1m，辅以剪刀撑和斜撑）。5.2.5监控量测工作监控量测是新奥法的灵魂。分岔隧道不安全因素较多，监控量测工作更显必要。我们将科研课题中的理论计算、模型试验结果与现场监测信息进行对比分析，及时掌握了围岩在开挖过程中的动态以及支护结构的稳定状态，从而动态修正了爆破参数、支护时机和支护强度等施工方案。本项目主要的监控量测项目及量测方法如下表5.2.5所示。表5.2.5监控量测项目及量测方法序号项目名称方法及工具布置量测间隔时间（d）1～1516～3030～90大于901地质和支护状态观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察或描述，地质罗盘及规尺等开挖后及初期支护后进行每次爆破后进行2锚杆内力量测锚杆测力计每10m一个断面，每个断面至少做三根锚杆————3围岩体内位移（洞内设点）多点位移计每15m一个断面，每断面7个测点每天1～2次每两天1次每周1～2次每月1～3次4围岩与初期支护间压力压力盒每代表性地段一个断面，每断面20个测点5钢支撑内力量测应变计每10榀钢支撑一对测力计6水平收敛及拱顶下沉量测收敛计、水准仪每15m～30m一个断面7支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝量测应变计、应力计、测缝计及表面应力解除法每代表性地段一个断面，每断面11个测点15 5.3劳动力组织（见下表5.3）表5.3劳动力组织情况表序号人员类别人员数量备注1主要领导4正副经理、总工2职能管理部室工程部10合同、计划、统计、验工、技术和测量等3机电物资部44安质环保部45办公室9文件收发、炊事、小车司机、后勤保障、协调等6试验室47财务室28作业班组开挖爆破489出碴1610风、水、电路411锚喷支护2612钢筋913防排水施工1014二衬立模、脱模及养生1615砼拌和及浇筑2816其它717合计2016、材料和设备6.1材料本工法所涉及的大部分材料规格在上一章的支护参数表（表5.2.2、表5.2.3、表5.2.4）中有所体现，基本上属于土木建筑工程的常见材料，其主要技术指标执行相关国家标准，无需特别说明，所以下面的材料表（表6.1）只对两种材料进行具体介绍。表6.1材料表序号材料名称规格主要技术指标备注120MnsiⅡ级钢筋Φ25杆体抗拉强度大拱段预应力锚杆2共挤防窜流复合防水板EVA／ECB断裂拉伸强度≥60N／cm与止水条、止水带配合使用断裂延伸率≥400℅抗渗透性0.3MPa,30min无渗漏加热收缩量＜4mm3其它执行相关国家标准常见材料15 6.2主要设备（见下表6.2）表6.2主要设备表序号设备名称设备型号主要参数数量（台、套）新旧程度（℅）1发电机组IFC6352-4LA4200kw290℅2凿岩机YT2850mm2480℅3空压机4L-20/820m3/min785℅4挖掘机PC300-61.2m3185℅5挖掘机PC4001.6m3180℅6装载机ZL50（ZL50D）3m32（1）80℅7自卸汽车CWB520HDL（FV415J）15t6（4）85℅8自卸汽车CA31608t288℅9钢筋切割机MYG-252kw590℅10钢筋弯曲机GW403kw590℅11电焊机BX1-300-5L22.KVA485℅12砼湿喷机ZSP-66m3/h280℅13注浆泵RG-70D/90S70L/min290℅14砼拌和楼HZS6060m3/h285℅15砼运输罐车JC6Y6m3885℅16衬砌台车SZSM10m285℅17洒水车YGJ5170GSSJN8000L185℅18砼摊铺机RCG0.5-13.3m185℅19砼输送泵HBT6060m3/h285℅20地质雷达pulseEKKOPRO5000V195℅21全站仪GTS-7013mm+2ppmD;1秒190℅22激光断面仪LS11000.2～50m195℅23数字化水准仪S-10.001mm195℅24隧道收敛计SWJ-IV0.01mm195℅25监测读数仪GK-403-1-220±5HZ195℅26砼及钢筋应变计GHB-30.7µε／HZ295℅27电阻应变仪Wavebook/512信号16195℅28万能材料试验机WE-10001000KN180℅29压力试验机NYL-20002000KN180℅7、质量控制7.1执行的现有行业规范、标准按《公路隧道施工技术规范》(JTJ042—94)进行施工;按《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1—2004)|进行质量检验评定。15 7.2关键项目的质量要求（见下表7.2）表7.2关键项目的质量要求分项名称检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率洞身开挖拱部超挖（mm）平均150，最大250水准仪或断面仪：每20m一个断面两侧边墙（mm）+100，-0尺量：每20m检查一处隧底超挖（mm）平均100水准仪：每20m检查3处锚杆锚杆数量（根）不少于设计按分项工程统计锚杆拔力（kN）28d拔力平均值≥设计值;最小拔力≥0.9设计值按锚杆数1℅且不少于3根做拔力试验钢筋网网格尺寸（mm）±10尺量：每50m2检查2个网眼钢支撑安装间距（mm）50尺量：每榀检查喷射砼砼强度（MPa）在合格标准内按JTGF80/1—2004附录E检查喷层厚度（mm）平均厚度≥设计厚度;检查点的60℅≥设计厚度;最小厚度≥0.5设计厚度，且≥50凿孔或雷达检测仪：每10m检查一个断面，每个断面从拱顶中线起每3m检查1点空洞检查无空洞，无杂物凿孔或雷达检测仪：每10m检查一个断面，每个断面从拱顶中线起每3m检查1点防水板搭接宽度（mm）≥100尺量：全部搭接均要检查，每个搭接检查3处焊缝宽（mm）≥25尺量：每个搭接检查5处衬砌钢筋主筯间距（mm）±10尺量：每20m检查5点止水带纵向偏离（mm）±50尺量：每环3处偏离衬砌中心线（mm）≤30尺量：每环3处二衬砼砼强度（MPa）在合格标准内按JTGF80/1—2004附录D检查衬砌厚度（mm）不小于设计值激光断面仪或地质雷达：每40m检查一个断面隧道总体净总宽（mm）不小于设计尺量：每20m（曲线）或50m（直线）检查一次隧道净高（mm）不小于设计水准仪：每20m（曲线）或50m（直线）测一个断面，每断面测拱顶和两拱腰3点隧道偏位（mm）20全站仪或其它测量仪器：每20m（曲线）或50m（直线）检查1处7.3关键项目质量保证的主要措施7.3.1洞身开挖质量保证措施1、做好光爆（局部围岩软弱地段应采取预裂爆破措施），严格控制超欠挖，特别是拱脚和墙脚以上1m内严禁欠挖。为此，应提高测量布眼、打眼的精度，特别是周边眼的精度。2、为了保证二次衬砌的厚度，开挖轮廓要预留支撑沉落量及变形量（约5cm左右），并利用量测反馈信息及时调整。7.3.2锚杆支护质量保证措施1、锚杆应垂直于开挖轮廓线布设。对沉积岩，锚杆应尽量垂直于岩层面。15 2、锚杆垫板应紧贴围岩，围岩不平整时要用M10砂浆填平。7.3.3钢筋网支护质量保证措施1、钢筋网随受喷面的起伏铺设，与受喷面的间隙不要大于3cm，钢筋应该有不小于1cm的保护层。1、双层钢筋网的第二层应在第一层被砼覆盖后铺设。2、钢筋网与锚杆或其他固定装置应连接牢固，喷射砼时不得晃动。7.3.4钢支撑支护质量保证措施1、钢支撑应尽可能多的与锚杆露头或钢筋网焊接。2、钢支撑须用纵向钢筋连接，拱脚基础应牢固。拱脚处不得用块石、碎石砌垫，而应用钢板或砼进行高度调整。3、钢支撑与围岩之间不得回填片石，而应用喷射砼填实。7.3.5喷射砼支护质量保证措施1、喷射砼之前，应检查开挖断面的质量，处理好超欠挖，对渗漏水孔洞、缝隙应采取引排、堵水措施。还应当用水或高压风管将岩壁面的粉尘和杂物冲洗干净以保证粘结力。2、喷射砼的配合比及拌和均匀性每班检查不得少于两次。喷射砼材料计量，一般应以质量计算，其允许误差为：水泥与速凝剂各为2℅;砂与石料各为5℅。3、喷射砼的混和料应拌和均匀，随拌随用，并采用强制搅拌机在短时间内完成，严禁受潮。4、喷射作业应分段、分片由下而上顺序进行，每段长度不宜超过6m。喷射作业还应以适当厚度分层进行，初喷厚度不得小于4~6cm，后一层喷射应在前一层砼终凝后进行。5、喷射砼终凝2h后，应喷水养护，养护时间不得少于7d。7.3.6防排水及二次衬砌的质量保证措施1、防水板铺设前，喷混凝土层表面不得有锚杆头或钢筋头外露;喷层表面漏水时应及时引排。2、防水板焊缝应密实饱满，不得有气泡、空隙。3、止水带与衬砌端头模板应正交。4、防水层表面粉尘应清除并洒水湿润，初期支护与二次衬砌间的空隙必须回填密实。5、砼应分层灌注，每层灌注的高度、次序和方向应根据搅拌能力、运输距离、灌筑速度、洞内气温和振捣等因素确定。8、安全措施8.1我标段中标后总公司抽调专家编写了长达113页的《分岔隧道安全施工方案》，通过把该方案送往设计单位、建设单位和地方安全生产管理局征求意见后再修改完善。同时与大专院校和科研机构开展合作，运用有限元等数值模拟方法以及模型试验、超前地质预报和监控量测等技术手段指导整个施工过程，确保安全。8.2针对分岔隧道所有工序（特别是开挖、爆破和锚喷方面）施工难度大、安全隐患多的特点，在正式开工前项目部组织大家对整个施工过程可能出现的危险源进行了预测和辨识，形成了《危险源辨识与风险评价表》和《重大危险源清单》，同时针对每种危险源制定了相应的预防控制措施和应急预案。8.3项目部主要领导中指定一名主管施工安全的副经理，同时成立安全生产领导小组，明确各成员的岗位职责。以施工现场为安全生产管理的重点，由三名专职安全员24小时轮留值班，及时发现并消除安全隐患。8.4由安质环保部牵头组织每月两次的安全检查和教育。技术交底的时候同时进行安全交底，以书面材料和会议相结合的方式进行。经常不定期地聘请内外人士进行安全授课，举行安全知识竞赛。通过这些措施让大家不但提高了对常规安全知识的了解，也从理论上认清了分岔隧道的特点和不安全性。15 8.5依托地方安全机构，对职工（特别是开挖、爆破和锚喷等特殊工种）进行培训，对特种设备进行检测。8.6严格奖罚制度。对知识竞赛和培训成绩的优异者进行奖励。同时安全管理人员有权对任何班组和个人的安全违规行为开出罚款单并送交财务室进行月底兑现。8.7炸药库建全封闭性围墙和铁丝栅栏，设报警器。炸药管理实行发放审批、余留退库制度，并且定期组织安全、材料人员对炸药数量进行核查。8.8足额发放劳保用品，定期进行体检，确保劳动者的职业健康安全。9、环保措施9.1在正式开工前项目部组织大家对整个施工过程中可能出现的环境污染源（即环境因素）进行了识别，形成了《环境因素识别、评价登记表》、《重要环境因素清单》，同时针对每种污染源制定了相应的预防控制措施和应急预案。然后结合国家有关环境保护的法律、法规，由安质环保部组织各部门、班组分阶段进行学习。9.2尽量租用房屋，少盖工棚，以便减少对土地及其草木资源的占用。在洞口通过超前长管棚将明洞缩短4m，减少刷坡方量，保护原始自然生态。聘请当地林业局对洞口边坡进行植被恢复。9.3用弃碴生产片石、碎石和砂子，减少了弃碴场的征地面积以及弃碴对土环境、水环境的污染，实现了资源的重复利用和节约。对不再使用的弃碴场覆盖40cm厚的种植土并及时进行植被恢复。9.4为了防止油污染和保护水资源，机械油污用集油坑等方式进行收集处理，生活污水、施工污水经沉淀池、隔油池集中处理达标后再进行排放。达标排放的废水用排水沟和跌水沟将引至坡底，防止对边坡造成冲刷。9.5用洒水车对洞内、便道、拌和场和弃碴场经常洒水，确保湿润，以便减少大气受到的扬尘污染以及职工受到的粉尘危害。9.6文明施工注意事项9.6.1工地实行封闭性管理。隧道进出口设门卫，职工胸前挂上岗证出入。9.6.2合理布置施工场地并安排专人清扫。9.6.3材料分类堆放整齐。9.6.4各种标牌醒目齐全。10、效益分析10.1本工法通过减少常规钻爆法开挖分部的部数，最大限度地采用大断面开挖，不但减少了工序及其相互干扰，方便了测量，创造了较大空间来组织机械化作业，而且减少了初期支护的施工缝，有利于提高进度（30℅）和质量。在连拱段台阶法施工中，通过对传统的环形掏槽先二衬后挖核心土施工方案的修改，让二次衬砌在下台阶开挖完成后进行施作，使采用衬砌台车组织大型机械化快速衬砌变为可能，这有利于提高进度，同时避免了二次衬砌因开挖爆破而受到损伤。本工法的成功实践有利于更新认识，促进分岔隧道（或连拱隧道）施工技术的进步。10.2一般连拱隧道的中隔墙厚度为1.4~2.0m，本工法经过优化将分岔隧道连拱段的中隔墙最小厚度减小到了0.8m，同时完全取消了大拱段的中隔墙及内衬结构，开创了交通隧道24m大跨无中间支撑结构的先例，这不但减少了隧道本身的造价，而且大大减少了邻近隧道的桥梁宽度及其投资，为以后的类似项目建设提供了可靠的决策依据和技术指标，因此本工法既具有巨大的经济效益，也具有一定的社会效益（减少征地及拆迁）。单单从58.6m长的大拱段来计算，由于取消中隔墙及内衬结构，就节省了1746m3钢筋混凝土（139万元）。10.3本工法在洞口通过超前长管棚注浆将明洞缩短了4m，减少了刷坡方量，保护了原始自然生态，取得了较好的经济效益、环保效益和社会效益。15 11、应用实例湖北XXX高速公路第15合同段XXX隧道11.1工程概况XXX隧道左洞长3525m，右洞长3548m，大部分地段为标准间距（30m左右）上下行分离式隧道。隧道出口由于紧接高度为578m的四渡河特大悬索桥，采用了分岔式设计。分岔段全长365m，其中明洞段全长10.8m，四车道大拱段全长58.6m，连拱段全长120.7m，小间距段全长174.9m（参见前面的图1）。大拱段开挖断面最大跨度24.7m，最大高度12m;连拱段和小间距段开挖跨度约12.6m,开挖高度约8.2m，各段均为Ⅲ类和Ⅳ类围岩。11.2施工情况XXX隧道分岔段属西部交通建设科技项目，科研课题是《分岔式隧道设计施工关键技术研究》，科研小组由中国铁路工程总公司、中国交通部第二勘察设计研究院、山东大学、同济大学和中国科学院武汉岩土力学研究所联合组成。除模型试验主要在同济大学完成以外，其它科研工作基本上都在施工现场完成，对施工起到了很好的指导作用。尽管施工难度很大，但整个施工过程完全按照本工法所述方案顺利进行，施工一直处于安全、优质、快速和节省的可控状态，得到了监理、业主和国家有关部委的一致好评，整个XXX隧道目前正在申报鲁班奖。11.3工法应用具体效果11.3.1安全和质量1、多点位移计读数显示围岩变形主要集中在接近洞周的较浅范围;围岩内部最大相对位移为4mm，发生在30m深处。药卷锚杆或砂浆锚杆受力约为30～40MPa，最大应力一般发生在锚杆体中部。以上监测数据反映爆破震动控制较好，围岩松动变形不大，开挖爆破方案安全可靠。2、围岩与初期支护间压力在0.3MPa左右。钢支撑内力量测数据在130MPa左右。围岩周边位移最终收敛值一般在-1～-4mm之间，个别点最大为-9.184mm;拱顶最终下沉值一般在1～3mm之间，最大为5.27mm，两种监测值都比较小，且收敛、沉降速度平缓。以上监测数据反映出所采取的较大断面开挖是安全可靠的，同时也为大拱取消中隔墙及内衬结构提供了一些依据。3、中隔墙受力一般稳定在3～5MPa，且受力均匀合理，无明显偏压现象，说明将中隔墙从1.4m优化到0.8m是安全可靠的。该项优化具有突破性的创新意义。4、整个施工过程没有安全生产事故发生，各分项工程的质量评分值均在97分以上。11.3.2进度各分项的开完工时间详见下表11.3.2：表11.3.2各工序开完工日期分项时间明洞和大拱段连拱段和小间距段开挖支护二次衬砌开挖支护二次衬砌开始时间2004年8月20日2005年4月19日2004年11月14日2005年2月25日完成时间2004年11月12日2005年7月5日2005年2月18日2005年4月18日XXX隧道分岔段从2004年8月20日正式开工，2004年9月16日完成洞口刷坡、超前长管棚注浆和明洞开挖，2005年7月5日完成整个分岔段的施工。从表11.3.2可以看出，由于对常规开挖方案和支护结构的优化，开创了极高的分岔隧道施工速度。四车道大拱段分部开挖支护的进度是30.8全断面米/月。为了减少多工序同时作业的相互干扰;研究初期支护的承载能力和保证期限;研究取消大拱段中隔墙及内衬结构的可行性，二次衬砌比初期支护滞后了7个月施工。支架法全断面施工大拱二衬的进度是25m/月。连拱段和小间距段台阶法开挖支护的进度是92.4全断面米/月（单口）。为了减少多工序同时作业的相互干扰;研究初期支护的承载能力和保证期限，二次衬砌比初期支护滞后了3个月施工。连拱段和小间距段台车全断面施工二衬的进度是167m/月（单口）。15'