10.谷竹关垭子隧道换拱施工方案

中铁隧道集团一处有限公司 SYC/ZY/GCB06-1

份号：

关垭子隧道变形侵限换

拱专项施工方案

编号：SYC/ZXSGFA/2013-

拟制： 邵武 日期： 年 月 日 校对： 全民 日期： 年 月 日 初审： 日期： 年 月 日 审核： 日期： 年 月 日 批准： 日期： 年 月 日

关垭子隧道 换拱施工方案 目 录

1.工程概况 ..................................................................................................................................................... 1 1.1 隧道概况 ..................................................................................................................................................... 1 1.2 地质情况 ..................................................................................................................................................... 1 1.3 水文地质条件 ............................................................................................................................................. 1 1.4 现场施工实际情况 ..................................................................................................................................... 1 2.编制依据 ..................................................................................................................................................... 2 3.施工计划 ..................................................................................................................................................... 2 3.1工期计划 ...................................................................................................................................................... 2 3.2 材料计划 ..................................................................................................................................................... 3 3.3 设备计划 ..................................................................................................................................................... 3 4.施工工艺技术 .............................................................................................................................................. 4 4.1 总体施工方案 ............................................................................................................................................. 4 4.2 初支侵限处理施工工艺流程 ..................................................................................................................... 4 4.3 欠挖换拱处理 ............................................................................................................................................. 5 4.4 施工要点 ..................................................................................................................................................... 7 4.5钻爆设计 .................................................................................................................................................... 12 5. 施工安全保证措施 ...................................................................................................................................16 5.1监控量测 .................................................................................................................................................... 16 5.2 安全保证措施 ........................................................................................................................................... 22 5.3防坍塌应急预案 ........................................................................................................................................ 23

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关垭子隧道 换拱施工方案 关垭子隧道左线ZK229+325～ZK229+359段及右线YK229+300～

YK229+336变形处理换拱施工方案

1.工程概况

1.1 隧道概况

隧址所在地隶属位于竹溪县蒋家堰镇，隧道洞轴线走向方位角起点274°、止点285°。左幅隧道起讫桩号均为ZK227+945～ZK229+573.587，长1628.587m，左幅最大埋深170m；右幅隧道起讫桩号均为YK227+945～YK229+571.587，长1626.587m，右幅最大埋深152m。隧道穿过3座山体。

关垭子隧道ZK229+120～ZK229+450为Ⅳ级围岩、ZK229+450～ZK229+568为Ⅴ级围岩， YK229+050～YK229+470为Ⅳ级围岩、YK229+470～YK229+566为Ⅴ级围岩。

1.2 地质情况

隧址区属于竹溪褶皱束，该褶皱束位于北大巴山加里东褶皱带的北部，从西至东所涉及的地层主要为志留系，弱风化片岩，埋深较浅，节理裂隙较发育，岩体破碎，为硬质岩。地下水出水状态为点滴状。BQ/[BQ]=297/[277]。

1.3 水文地质条件

所经区域属汉江流域，路线所经区域的主要河流有竹溪河。其它为山涧溪流，水量受本区域季节性降雨影响，夏季水量较大、秋冬季水量小。地下水为孔隙潜水、上层滞水、构造裂隙水和基岩裂隙水，主要是受大气降水补给。

1.4 现场施工实际情况

关垭子隧道左线ZK229+325～ZK229+359段及右线YK229+300～YK229+336段设计为Ⅳ级围岩段(S4b衬砌类型)，设计地质情况为：弱风化片岩，埋深较浅，节理裂隙较发育，岩体较破碎，为硬质岩，地下水出水状态为点滴状；揭露围岩情况与设计不符，现场围岩情况为：实际揭露围岩为中～强风化碳质片岩，层间结合较差，表面有滑腻感，且绢云母含量较高，围岩破碎，局部渗水较大，围岩遇水软化，微膨胀，开挖后自稳能力较差，容易发生坍塌掉块，现场判别为Ⅴ级围岩；

ZK229+325～ZK229+359段施工时间为2012年10月30日～2013年1月2日，初

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关垭子隧道 换拱施工方案 期支护参数按S5c执行；YK229+300～YK229+336段施工时间为2012年12月11日～2012年12月31日，其中YK229+300~YK229+315段按照设计Ⅳ级围岩施工，YK229+315～YK229+336段初期支护参数按S5c执行。

2012年12月28日，监控量测单位反馈ZK229+329 、ZK229+336 、ZK229+342、YK229+317 、YK229+321、YK229+332断面监控结果日收敛超过3mm，连续观测2日后，日收敛值均超过3mm，我部立即按照监控量测预警程序上报，并采用全站仪及断面仪进行隧道移位及净空检测，检测发现左线拱顶及两侧中台阶均有不同程度的变形，最大变形30.2cm（已扣除预留变形量后侵入二衬的尺寸），右线进洞右侧基本没有变化，进洞左侧中下台阶变形严重，最大变形28.6cm（已扣除预留变形量后侵入二衬的尺寸），我部在征得监理意见后立即对左线拱顶与拱腰以下变形段及右线进洞左侧中下台阶变形段采取注浆加固措施，同时在ZK229+332、YK229+328处增加量测断面进行加密观测。 2.编制依据

1、湖北省谷城至竹溪高速公路一期土建工程施工招标《招标文件》第7篇《技术规范》及补充专用条款；

2、中交第二公路勘察设计研究院编制的《谷城至竹溪高速公路两阶段施工图设计》； 3、施工合同及标前会议精神、补遗书；现场调查的有关资料；

4、国家及交通部现行有关设计、施工规范、验收规范、标准、规程、定额等. 《公路工程国内招标范本》(2003版) 《公路工程技术标准》(JTG B01-2003) 《公路隧道施工技术规范》（JTJ F60-2009） 《公路隧道设计规范》（JTD70-2004）

《公路工程施工安全技术规范》（JTJ 076-95） 《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004） 3.施工计划

3.1工期计划

工期计划见表3-1《工期计划表》。

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关垭子隧道 换拱施工方案 表3-1工期计划表

序号 工程项目 开始日期 结束日期 工期 (d) 备注 关垭子隧道左线ZK229+325～1 ZK229+359段拱顶与拱腰以下2013.1.29 2013.2.17 20 变形段 关垭子隧道右线YK229+300～2 YK229+336段进洞左侧中下台2013.1.29 2013.2.5 8 阶变形段 3.2 材料计划

材料计划详见表3-2《主要施工材料表》。

表3-2 主要施工材料表

序号 材料名称 规格型号 单位 数量 备注 1 喷砼 C20喷射砼 m³ 208 2 钢筋网 φ8 t 3.2 3 砂浆锚杆 φ22 m 4410 换拱 处理 4 超前小导管 φ42 m 2040 5 型钢 I18 t 25.9 3.3 设备计划

设备计划详见表3-3《主要设备配置表》。

表3-3 主要设备配置表

序号 设备名称 规格型号 数量 备 注 1 挖掘机 卡特320 2 带破碎头 2 装载机 ZLC-50C 4 3 通风机 110KW 2 4 电动空压机 20m3 8 5 发电机 250G-WD 1 6 变压器 S11-630 4 7 变压器 S11-500 1 8 变压器 S11-315 1 9 载重汽车 15t 4 10 工程指挥车 三菱 1 3

关垭子隧道 换拱施工方案 序号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 设备名称 皮卡车 搅拌站 电焊机 农用车 湿喷机 弯拱机 注浆机 钻床 套丝机 其他小型设备 规格型号 四缸四驱 JS1000 BX-500 5T CPA-7 KBY50/70 数量 2 1 4 2 2 1 2 1 1 8 备 注 4.施工工艺技术

4.1 总体施工方案

本方案主要针对左线ZK229+325～ZK229+359段及右线YK229+300～YK229+336变形处理换拱专项施工方法。

总体技术措施如下：

侵限处理利用台架作业平台，首先对侵限换拱段进行打设小导管注浆加固措施，采用φ42钢管，单根长度3～4m，钢管管壁钻φ8注浆孔，尾端1m不钻孔。注浆加固且监控量测结果显示无明显变化方可进行换拱作业，否则立即采取增加临时仰拱或扇形支撑等其他加固措施。拱架拆除采用分部浅眼松动爆破，严格控制开挖成型。为了减少对围岩的扰动，关垭子隧道右线侵限部位主要为进洞左侧拱腰及边墙，进洞右侧拱腰局部侵限，侵限处理按测量组标识的侵限范围逐榀分段进行拆除，置换完毕后及时进行喷锚支护，侵限部位处理完后再进行下一榀拱架的置换；关垭子隧道左线侵限部位为拱顶与拱腰以下变形，侵限处理按上下断面法逐榀分段进行拆除，置换完毕后及时进行喷锚支护，整榀侵限部位处理完后再进行下一榀拱架的置换；区段（9m）拱架置换完成后,对初支面布设量测点，进行拱顶沉降和水平收敛量测，量测结果趋于稳定后二衬及时跟进。

4.2 初支侵限处理施工工艺流程

测量→打设超前小导管→上断面初期支护拆除→置换钢拱架→锚喷支护→下台阶左侧初期支护拆除→置换钢拱架→锚喷支护→下台阶右侧初期支护拆除→置换钢拱架

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关垭子隧道 换拱施工方案 →锚喷支护→施做二次衬砌→下一区段拆除

4.3 欠挖换拱处理

ZK229+325～ZK229+359段支护参数：钢拱架采用I18工字钢，间距0.8m；钢筋网：单层Φ8钢筋网，间距20cm×20cm；系统锚杆采用Φ22药卷锚杆： L=3.5m，纵环间距80cm×120cm，梅花型布置，拱架锁脚采用Φ22药卷锚杆，L=350cm，每台阶拱脚每处2根，每榀拱架共设置8根。C20喷射混凝土厚24cm。预留变形量10cm，仰拱、二衬：45cm厚钢筋砼。

辅助施工：超前小导管采用Φ42×3.5mm无缝钢管，小导管每2.4m设置一环，每根长度L=4m，环向间距40cm，每环34根。外插角度10～15°，梅花型布孔，搭接长度不小于1m。

YK229+300-YK229+315段支护参数：钢拱架采用I16工字钢，间距1.2m；单层φ8钢筋网，间距25cm×25cm，系统锚杆采用Φ22药卷锚杆，L=300cm，纵环间距120cm×120cm，梅花型布置。拱架锁脚采用Φ22药卷锚杆，L=300cm，每台阶拱脚每处2根，每榀拱架共设置8根。C20混凝土喷射砼厚22cm。预留变形量7cm，二衬、仰拱：40cm厚钢筋砼。

S4b衬砌类型辅助施工：超前支护采用Φ22药卷锚杆，锚杆每2.4m设置一环，每根长度L=400cm，环向间距40cm，每环32根，外插角度10～25°，梅花型布孔，搭接长度不小于1m。

YK229+315-YK229+336段支护参数：钢拱架采用I18工字钢，间距0.8m；钢筋网：单层Φ8钢筋网，间距20cm×20cm；系统锚杆采用Φ22药卷锚杆： L=3.5m，纵环间距80cm×120cm，梅花型布置，拱架锁脚采用Φ22药卷锚杆，L=350cm，每台阶拱脚每处2根，每榀拱架共设置8根。C20喷射混凝土厚24cm。预留变形量10cm，仰拱、二衬：45cm厚钢筋砼。

辅助施工：超前小导管采用Φ42×3.5mm无缝钢管，小导管每2.4m设置一环，每根长度L=4m，环向间距40cm，每环34根。外插角度10～15°，梅花型布孔，搭接长度不小于1m。

1、测量

测量组根据超欠挖结果进行书面交底，并用红色喷漆对初支侵限部位标出欠挖值。 2、小导管注浆 （1）小导管注浆加固

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关垭子隧道 换拱施工方案 目前已对拱腰及边墙打设注浆小导管和锁脚增补等加固措施，小导管采用长3m，外径42mm，壁厚3.5mm热轧无缝钢管，钢管前端呈尖锥状，尾部焊上Φ8加劲箍，管壁四周钻8mm压浆孔，径向打入围岩。S5c衬砌类型初支纵环间距为80cm×120cm；S4b衬砌类型初支纵环间距为120cm×120cm。小导管注浆采用单液浆，水泥浆水灰比为1:1，注浆压力为0.5～1.0Mpa。注浆结束标准为达到设计注浆量或设计终压。确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。

（2）超前小导管

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发生掉块和坍塌,在初支拆除前根据现场实际情况打设超前小导管，小导管采用长4m，外径42mm，壁厚3.5mm热轧无缝钢管，钢管前端呈尖锥状，尾部焊上Φ8加劲箍，管壁四周钻8mm压浆孔，钢管与中线平行以10～15°仰角打入拱部围岩。环距为40cm；小导管注浆采用单液浆，水泥浆水灰比为1:1，注浆压力为0.5～1.0Mpa。注浆结束标准为达到设计注浆量或设计终压。确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。打设范围为拱部120°范围，并根据现场情况相应增加, 在超前小导管掩护下进行换拱开挖作业，确保拆除拱架时人员的安全。

3、开挖及钢架拆除

开挖及钢架拆除：拱架拆除前必须保证超前施做到位，注浆效果满足要求。第一榀拱架拆除前先在两榀拱架中间爆破开口，再对连接筋切除。每次拆除不得超过1榀拱架，且按上断面、下台阶左侧、下台阶右侧的施工顺序分段进行拆除。开挖主要以弱爆破为主，机械及人工拆除为辅，拱架拆除必须采用浅眼松动爆破，炮孔径向长度不超过初支厚度，采取多打眼少装药的方式进行爆破，尽量减少对围岩的扰动。确保施工安全。

4、置换钢拱架

将制作好的钢拱架及钢筋网等材料运至现场，喷浆机和注浆机等设备调试好。 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，并铺挂钢筋网片，完成经检查合格后立即进行喷砼作业，待喷砼强度达到设计强度后方可进行下一循环开挖。

5、欠挖段置换拱架安装完毕后及时报检，经质检工程师检查合格后，方可进行下一道工序施工。

6、置换长度达到二衬施工条件后，铺设土工布、防水板，对已换拱段及时施作二

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关垭子隧道 换拱施工方案 次衬砌。

4.4 施工要点 4.4.1 喷射混凝土 1)施工工艺

喷射混凝土施工工序流程见图4.1。

施工准备 配合比设计 施喷面清理 喷射料拌制及装运 混凝土初喷 混凝土复喷 厚度不足 质量检查 合格 养护

图4.1 喷射混凝土施工工序流程图

2)施工要求

（1）喷射混凝土作业前，应做好以下准备工作： ①检查开挖断面净空尺寸。

②清除松动岩块和墙脚岩渣、堆积物，并冲洗受喷面（当岩面受水容易潮解、泥化时，应采用高压风清扫）。

③设置控制喷射混凝土厚度的标志。

④检查机具设备和风、水、电等管线路，并试运转，喷射机应具有良好的密封性能，

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关垭子隧道 换拱施工方案 输料连续、均匀，附属机具的性能应能满足喷射作业需要。 ⑤岩面如有渗漏水，应予妥善处理。

对于大股涌水，宜采用注浆堵水后再喷射混凝土，一般情况下，可顺涌水出露点打孔，压注速凝浆液（水泥一水玻璃浆液）进行封堵。

对于小股水或裂隙渗漏水，视具体情况宜进行岩面注浆（布孔宜密，钻孔宜浅），或采用小导管沿隧道周边环形注浆进行封堵。

对于集中出水点，可顺水路（节理、裂隙）设排水半管或线形排水板，将水引到隧底水沟或纵向排水管。

（2）喷射混凝土配合比设计必须同时满足混凝土性能和喷射混凝土工作度（可喷性）要求，喷射混凝土配合比应通过试验确定。 （3）混凝土喷射作业应参照以下要求进行：

①喷射作业应分段分片依次进行，喷射顺序自下而上进行，每次作业区段纵向长度不宜超过一榀拱架间距（0.8m）。喷射时采用螺旋移动方式进行，喷嘴与岩面保持垂直，且距受喷面0.8～1.2m为宜。

②一次喷射厚度可根据喷射部位和设计厚度确定，初喷厚度宜控制在4～6cm，复喷一次喷射厚度拱部不得超过6cm，边墙不得超过1Ocm。

③喷混凝土时控制好风压和速凝剂掺量，减少回弹，喷射压力以控制在0.15～0.2MPa为宜。

④分层喷射混凝土时，后一层喷射混凝土应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝1h后再喷射，应先用风水清洗喷射混凝土表面。

⑤钢架与壁面之间的间隙应用混凝土充填密实；喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖。

⑥喷射作业紧跟开挖作业面时，下一循环爆破应在喷射混凝土终凝4h以后进行。 ⑦对有渗水和大面积潮湿的岩面与喷射混凝土不易黏结，为了增加其黏结性，初喷在岩面上的混凝土可适当增加水泥用量。

（4）喷射混凝土完成后，应及时进行养护，混凝土喷射终凝2h后，应进行湿润养护，养护时间不得少于7d。 4.2 锚杆 1)施工工艺

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关垭子隧道 换拱施工方案 药卷锚杆施工工艺流程见图4.2。

施工准备锚杆钻孔定位钻机就位钻孔高压风清孔 药包浸泡 锚杆制作 放入药包安装锚杆杆体待复喷后安装垫板、螺母图4.2 药卷锚杆施工工艺流程图

2)施工要求

（1）为保证锚杆的施作质量，拱部锚杆应采用锚杆机进行施作，侧墙及拱腰部位可采用一般气腿式凿岩机钻孔。

（2）锚杆施作应在初喷后进行，钻孔前应采用红漆对锚杆孔位置进行标识。 （3）锚杆钻孔方向宜与开挖面垂直，当岩层层面或主要结构面明显时，应尽可能与其成较大交角，但与开挖面的垂直偏差不应大于20°；局部锚杆应尽可能与岩层层面或主要结构面成大角度相交。钻孔完成后应对锚杆孔位、孔深等进行检查。

（4）锚杆的垫板应在复喷完成后安装，安装垫板时，应确保垫板与锚杆轴线垂直，确保垫板与喷射混凝土层紧密接触。

（5）锚杆安设后不得敲击，其端部不得悬挂重物。 （6）普通水泥砂浆锚杆

①普通水泥砂浆锚杆宜选用螺纹钢筋作锚杆。锚杆外露端应加工120～150mm的标准螺纹，并采用配套标准螺母。

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关垭子隧道 换拱施工方案 ②砂浆应随拌随用，一次拌和的砂浆应在初凝前用完，已初凝的砂浆不得使用。 ③采用单管注浆工艺，灌浆管应插至距孔底50～100mm处，开始注浆后反复将注浆管向孔底送，使砂浆将孔内多余的水挤压出孔外，之后随水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出。灌浆压力不宜大于0.4Mpa。

④注浆开始或中途暂停超过30min时，应用水润滑灌浆罐及其管路。

⑤砂浆灌注后应及时插入锚杆杆体，锚杆杆体插到设计深度时，孔口应有砂浆流出，若孔口无砂浆流出，则应将杆体拔出重新灌浆。

（7）水泥砂浆药包锚杆

①应对药包做泡水检验，药包包装纸应采用易碎纸。

②药包不应有受潮结块现象，药包宜在清水中浸泡1～2分钟，随用随泡，待不冒气泡时，取出药包，使药包充分湿润但又不能凝固，其外观判断为用手轻捏柔软均匀。

③第一节药包用木棍捅到孔底，装入药包到2/3孔深，再将锚杆插入，并缓慢转动以破碎药包，连续转动时间不少于1分钟，以保证充分搅拌均匀。在搅动完毕20分钟之后将锚杆焊接固定在已安设好的钢架上。 4.3 钢架 1)施工工艺

钢架施工工艺流程见图4.3。 2)施工要求

（1）钢架应在洞外集中加工场分节段制作，每节段长度应根据设计尺寸及开挖方法确定，不宜大于4m，每片节段应编号，注明安装位置，钢架不宜在受力较大的拱顶及其他受力较大的部位分节。型钢钢架宜采用冷弯法制作成型。格栅钢架应按1：1胎模控制尺寸，所有钢筋节点必须采用对称焊接。

（2）拱架接头钢板厚度及螺栓规格必须符合设计要求；连接钢板必须采用机械切割，其螺栓孔必须采用机械钻孔，严禁采用气割冲孔。

（3）钢架加工完成后，应放在平地上试拼检查，周边拼装允许偏差为±30mm，平面翘曲应小于20mm，严禁不合格品进场。

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关垭子隧道 换拱施工方案 施工准备 测量放线 钢架洞外集中加工 清除拱脚虚渣 安装前试拼 安装钢架 位置检查 不合格 调整 钢架与系统锚杆焊接定位 施工锁脚锚杆 焊纵向连接筋 下一道工序

图4.3 钢架施工工艺流程图

（4）钢架安装前应清除底脚的虚渣及杂物。钢架应按设计要求安装，安装尺寸允许偏差应满足相关规定。当拱脚开挖超深时，应加设钢板或混凝土垫块，安装后利用锁脚锚杆定位。

（5）钢架在初喷混凝土后及时安装，应尽可能与初喷面密贴，间隙必须用喷射混凝土填充密实；钢架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度满足设计要求。

（6）各节钢架间按设计要求连接，连接板应密贴，连接板局部缝隙不得超过2mm，连接钢板平面应与钢架轴线垂直。

（7）钢架立起后，应进行检查，钢架应垂直于隧道中线，竖向不倾斜、平面不错

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关垭子隧道 换拱施工方案 位，不扭曲。上、下、左、右允许偏差±50mm，钢架倾斜度应小于2°。

（8）预留洞室位置的钢架应在施工二衬时拆除。

（9）钢架应经常检查，如发现破裂、倾斜、弯扭、变形以及接头松脱、填塞漏空等异状，应立即进行处理。

(10)局部地方变形侵限需换拱处理的拱架，拱架必须切割齐整，切缝与初支面垂直，连接段采用同规格的工字钢连接，连接缝必须拼接良好，焊缝饱满，两侧采用钢板或钢筋帮焊。 4.4 钢筋网

（1）钢筋网在集中加工场采用胎膜胎架分片制作。

（2）钢筋网搭接长度不得小于35倍钢筋直径，并不得小于一个网格长边尺寸。 （3）钢筋网应在初喷混凝土后铺挂。

（4）采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被喷射混凝土覆盖后铺设。 （5）钢筋网应与锚杆或其他固定装置连接牢固，与钢架绑扎时，应绑在靠近岩面一侧。

（6）喷射混凝土时，应调整喷头与受喷面的距离、喷射角度，以减少钢筋振动。 （7）喷射混凝土过程中如有脱落的石块或混凝土块被钢筋网卡住时，应及时清除。 4.5钻爆设计

拆除采用分部控制爆破，机械切割及人工凿除综合施工方法进行。爆破施工采用浅眼松动爆破，炮孔径向长度不超过初支厚度，采取较多的钻孔，较少的装药，严格控制爆破能量和规模。按上断面、下台阶左侧、下台阶右侧的施工顺序分段进行拆除。

4.4.1炮眼深度

爆破设计的炮眼深度主要受爆破地震动强度控制，拆除进尺不超过1榀拱架。S5c衬砌类型初期支护拆除的炮眼深度为85cm；S4b衬砌类型初期支护拆除的炮眼深度为125cm。

4.4.2炮眼数目及装药量

S5c衬砌类型初支拆除和S4b衬砌类型初支拆除装药结构均采用连续装药方式。单孔装药量见表4-1、表4-2

S5c衬砌类型初支上断面爆破分3个段别，1段环向炮孔数量为14个，3段环向炮孔数量为14个，5段环向炮孔数量为13个；下台阶单侧环向炮孔数量为14个（两侧共

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关垭子隧道 换拱施工方案 28个）；

S4b衬砌类型初支上断面爆破分3个段别，1段环向炮孔数量为21个，3段环向炮孔数量为10个，5段环向炮孔数量为10个；下台阶单侧环向炮孔数量为14个（两侧共28个）。

S5c衬砌类型、S4b衬砌类型初支拆除炮眼数量及装药量详见表4-1、表4-2

S5C衬砌类型换拱爆破参数表（上断面）

段别 炮眼数量(个） 炮眼深度（cm) 每孔药卷数（节） 单孔装药量（kg） 合计药量（kg） 1 14 85 2 0.4 5.6 3 14 85 2 0.4 5.6 5 13 85 2 0.4 5.2 合计 41 16.4 S5C衬砌类型换拱爆破参数表（下台阶单侧）

炮眼数量(个） 炮眼深度（cm) 14 85 每孔药卷数（节） 2 单孔装药量（kg） 合计药量（kg） 0.4 5.6 表4-1 S5c衬砌类型初支拆除炮眼数量表

S4b衬砌类型换拱爆破参数表（上断面） 段别 炮眼数量(个） 炮眼深度（cm) 每孔药卷数（节） 单孔装药量（kg） 合计药量（kg） 1 3 5 合计 21 10 10 41 125 125 125 2.5 2.5 2.5 0.5 0.5 0.5 10.5 5 5 20.5 S4b衬砌类型换拱爆破参数表（下台阶单侧）

炮眼数量(个） 炮眼深度（cm) 14 125 每孔药卷数（节） 2.5 单孔装药量（kg） 合计药量（kg） 0.5 7 表4-2 S4b衬砌类型初支拆除炮眼数量表

4.4.3炮眼布置

S5c衬砌类型初支上断面爆破分3个段别，1段环向炮孔数量为14个，3段环向炮孔数量为14个，5段环向炮孔数量为13个；下台阶单侧环向炮孔数量为14个（两侧共28个）；详见图4.4

S4b衬砌类型初支上断面爆破分3个段别，1段环向炮孔数量为21个，3段环向炮孔数量为10个，5段环向炮孔数量为10个；下台阶单侧环向炮孔数量为14个（两侧共28个）。详见图4.5

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关垭子隧道 换拱施工方案

图4.4 S5c衬砌类型初支拆除炮眼布置图

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关垭子隧道 换拱施工方案 图4.5 S4b衬砌类型初支拆除炮眼布置图

5）炮眼堵塞

堵塞材料采用炮泥（组分 砂:粘土:水=3:1:1）。堵塞质量要求密实，不能有空隙和间断。

6）爆破器材的选择

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关垭子隧道 换拱施工方案 根据减振爆破的特点及爆破部位的不同，选用不同的爆破器材： 炸药：采用二号岩石乳化炸药；炮眼采标准药卷φ32mm（乳化）。

雷管：孔外采用脉冲电雷管起爆，连接件及孔内均采用非电毫秒微差雷管。 起爆器起爆。

4.4.4 爆破监测及设计优化 4.4.4.1爆破效果检查 1）超欠挖检查。

2）拆除轮廓是否圆顺，开挖面是否平整检查。 3）爆破进尺是否达到爆破设计要求。 4.4.4.2爆破设计优化

每次爆破后检查爆破效果，分析原因及时修正爆破参数，对钻爆参数实行动态管理，根据围岩实际情况和前期施工情况进行参数调整。

1）根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况，修正眼距、用药量。 2）根据爆破振速监测，调整单段起爆炸药量及雷管段数。

3）根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度，爆破眼眼底基本上落在同一断面上。 5. 施工安全保证措施

5.1监控量测

5.1.1现场监控量测工作程序 1)现场情况的初始调查

施工前对隧道工程的地质条件、地下水状况及施工影响区域内的周边环境进行初始调查，掌握工程特点和难点，为监控量测工作的顺利开展做好准备。

2)编制实施细则

现场监控量测小组按照监控量测设计的要求，结合初始调查结果编制实施细则，经监理工程师审查批准后实施。

3)布设测点并取得初始监测值

基准点、测点的埋设须严格按照相应规范进行，以确保监控量测数据可靠。测点埋设后应及时取得初始监测值。

4)现场监控量测及分析

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关垭子隧道 换拱施工方案 现场监控量测工作由现场监控量测小组实施，并根据监控量测数据对隧道施工安全及结构的稳定性做出分析评价。

5)提交监控量测成果

监控量测小组以日报的形式提交监控量测成果(包括纸质和电子文件)。当出现异常现象时，应及时反馈，以便采取相应的对策。 5.1.2 监控量测方法

隧道监控量测的主要项目及采用的仪器见下表。

序号 1 2 监测项目 项目名称 拱顶下沉 周边位移 常用量测仪器 水准仪、钢挂尺或全站仪 收敛计、全站仪 1）变形监控量测

① 变形监控量测可采用接触量测或非接触量测方法。 ② 隧道净空变化量测可采用收敛计或全站仪进行。 采用收敛计量测时，测点采用焊接或钻孔预埋。

采用全站仪量测时，测点应采用膜片式回复反射器作为测点靶标，靶标粘附在预埋件上。

③ 拱顶下沉量测可采用精密水准仪和铟钢挂尺或全站仪进行。在隧道拱顶轴线附近通过焊接或钻孔预埋测点。测点应与隧道外监控量测基准点进行联测。采用全站仪量测时，测点及量测方法与隧道净空变化量测相同。 5.1.3 监控量测断面及测点布置 1）控制点的布设 ① 水准基点的埋设

确定水准基点点位时，必须保证点位所在地的地基坚实稳定、安全可靠，并利于标石长期保存与观测。水准基点应尽可能远离工程施工影响范围。

② 工作基点的埋设

工作基点应根据地层土质状况确定，应采用混凝土水准标识，位于靠近观测目标便于联测观测点的稳定，工作基点标石顶面的为圆球状不锈钢的金属水准标志。

2）监测点的埋设

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关垭子隧道 换拱施工方案 水平收敛、拱顶下沉测点应在被测结构面上用风钻或冲击钻成孔，孔径为40～80mm，深20cm，在孔内填塞水泥砂浆后插入收敛预埋件。

拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上。监控量测断面间距为5～10m。

拱顶下沉测点设置在拱顶轴线附近，水平收敛点在台阶两侧布置一条水平测线。测点布置见图5.1

图中点为拱顶下沉量测点，其余为水平收敛量测点。隧道中心线量测点布置图图5.1 量测点布置图

5.1.4 监控量测频率

监控量测频率应根据量测时间、测点距开挖面的距离及位移速度分别按下表确定，应采用较高的频率值。

按时间确定的监控量测频率

监控量测频率 项目名称 1～15d 必测项目 拱顶下沉 周边位移 1～2次/d 1～2次/d 16d～1个月 1次/2d 1次/2d 1～3个月 1～2次/周 1～2次/周 大于3个月 1～3次/月 1～3次/月

按位移速度确定的监控量测频率

位移速度(mm/d) ≥5 1～5 0. 5～1

监控量测频率 2次/d 1次/d 1次/2~3d 18

关垭子隧道 换拱施工方案 0. 2～0. 5 <0.2 5.1.5 监控量测数据的采集、分析、预测 1）数据采集

1次/3d 1次/7d 每次观测后应立即对观测数据进行校核，如有异常应及时补测。

每次观测后应及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差处理等。

2）数据分析

绘制时间-位移曲线散点图和距离-位移曲线散点图，如下图所示。如果位移的变化随时间（或距开挖面的距离）而渐趋稳定，则说明围岩处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的，如图中的正常曲线。在图中的反常曲线中，出现了反弯点，说明位移出现反常的急骤增长现象，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应立即采取相应的工程措施。

3）安全预测

在取得足够的数据后，还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值，预测结构的安全状况。 5.1.6 监控量测信息反馈及工程对策

1）监控量测信息反馈应根据监控量测数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与建议。

2）监控量测信息反馈可按下图规定的程序进行。

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关垭子隧道 换拱施工方案 隧道设计监控量测实施细则现场调查与资料调研隧道施工监控量测经验类比环境及工程安全性评价判定基础理论分析特殊要求是环境及安全是否满足要求否调整设计参数、提出变更建议报监理、业主、设计单位变更设计监控量测信息反馈程序框图

3）施工过程中应进行监控量测数据的实时分析和阶段分析。

实时分析：每天根据监控量测数据及时进行分析，发现安全隐患应分析原因并提交异常报告;

阶段分析：按周、月进行阶段分析，总结监控量测数据的变化规律，对施工情况进行评价，提交阶段分析报告，指导后续施工。

4）工程安全性评价

对位移监测采用三级管理制，即根据隧道围岩位移量大小分别确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级标准，根据不同级别采用相应的工程对策。

监控量测管理基准值应根据有关规范、规程、计算资料及类似工程经验制定，当监测数据达到管理基准值的70%时，定为警戒值，应加强监测频率。当监测数据达到或超过管理基准值时，应立即停止施工，修正支护参数后方能继续施工。

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关垭子隧道 换拱施工方案 监测三级管理表

管理等级 Ⅲ Ⅱ Ⅰ 管理位移 Uo＜Un/3 Un/3≤Uo≤2Un/3 量测，必要时采取相应工程对策 应对措施 正常施工 上报监理工程师，综合评价设计施工措施，加强监控Uo＞2Un/3 上报监理工程师，暂停施工，采取相应工程对策 注：Uo为实测位移值，Un为允许位移值。

监控量测三级管理程序见下图。

数据采集 数据分析处理 监测结果 否 位移是否超过Ⅲ级管理（即U0＜Un/3） 否 位移是否超过Ⅲ级管理（即Un/3≤U0≤Un2/3） 继续施工 安全 不安全 通报监理和施工单位并加强监测 否 位移是否超过Ⅲ级管理（即U0>Un2/3） 采取特殊措施 上报监理工程师，立即停止开挖并会商决策

监控量测三级管理程序框图

当施工中出现下列情况之一时，也应采取Ⅰ级管理： ① 初支结构开裂达5mm或较大开裂； ② 洞内围岩压力有明显异常现象；

③ 监控量测数据连续3d大于3mm或1d大于20mm。

根据工程安全性评价的结果，需要变更设计时，应根据有关变更管理办法及时进行设计变更。

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关垭子隧道 换拱施工方案 5.2 安全保证措施

1、换拱段后方增加临时支撑，保证后方施工安全及避免前方换拱对后方的影响。 2、爆破方面

拆除采用分部控制爆破，机械切割及人工凿除综合施工方法进行。爆破施工拟采用控制爆破法，采取较多的钻孔，较少的装药，严格控制爆破能量和规模，达到“破散不抛”、“就近坍落”，使爆破面比较规整，爆破时产生的飞石、振动、冲击波、破坏区域以及破碎体的散坍方向，控制在规定的限度内。进行爆破时，所有人员应撤到不受有害气体、震动和飞石损伤的地点避炮。

3、换拱施工

（1）拱架的置换应遵循先加固后置换的原则，换拱应逐榀、分部进行。 （2）喷锚支护时，如作业面渗水，会使喷层剥离围岩，应采取埋设导水管疏导涌水的措施，做好排水处理；喷锚支护之后，应按照规定的监控项目和要求，布置测点，观测数据。

（3）喷锚支护前应认真检查以下项目：喷锚地段的危石是否处理，能否使喷层与岩面密贴，台架是否牢固可靠，是否设置防护栏杆，照明是否符合要求，作业范围是否布置警戒人员等。

3、加强监控量测

在置换拱架期间，派专人在已换拱段进行监控量测，对换拱区域前后各10m范围内加密监控量测频次，每24小时保证2次观测频次，并认真做好记录和数据，及时分析出变形结果，据以修正支护参数，指导换拱的施工。如有异常，及时向副经理、安质部和工程部汇报。

4、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

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关垭子隧道 换拱施工方案 以支护或清除。

5、建立值班制度，配备应急救援物资

置换拱架期间，要加强值班制度，除正常的专职安全员需现场值班外，还需配置专门的换拱值班人员，值班人员主要负责现场的安全物资调配及应急汇报。

专职安检人员每班都要对每榀置换拱架进行一次全面检查，尤其是要注意加强对围岩和支护状态的检查，不放过任何微小裂痕变化，并应逐级做好记录。发现问题及时上报。

5.3防坍塌应急预案

在隧道变形侵限换拱施工中应该高度重视防坍塌预防，及时采取相应的施工技术措施，以防止隧道坍塌带来的严重损失，做到防患于未然，确保不发生任何隧道坍塌事故。当发生隧道坍塌时，应尽量保证避免人员伤亡；若发生人员伤亡时，应采取积极的抢救措施，控制隧道坍塌带来的损失，减少人员伤亡程度，积极组织人力、物力、财力弥补坍塌损失，尽快恢复正常施工生产。

5.3.1 应急小组组织机构及职责 组 长：项目经理

副组长：项目总工、副经理、、安全总监

成 员：机械总工、开挖队长、机械队长、安质部、工程、调度主任、质检工程师、综合部、物资部、财务部。

5.3.2 应急处理措施

(1)当发现坍塌时，发现人应及时发出警告信号，在危险区域的人员立即撤离；当险情危急重大设备及人生安全时，人员及设备要撤离危险区；同时，禁止其他工作人员接近或进入危险区域。

(2)上报塌方的同时，立即组织向事故现场调配抢险所备用的抢险机械设备、抢险物资及人员，以便及时进行抢险；工作人员撤离至安全位置后，及时清点现场施工人员数量，查看有无人员伤亡情况。

(3)当发生人员伤亡时，立即采取紧急救援工作，救援时必须2人以上进行防护，在确保救援人员无生命安全威胁的情况下进行抢救工作；若坍塌继续无法救援时，则在安全位置守候待命，以便及时进行抢救，抢救过程中一定要保证抢救人员的生命安全，防止坍塌损害进一步扩大。

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关垭子隧道 换拱施工方案 (4)当抢救出伤员时，根据伤员人数、受伤程度，采取“先重后轻”的原则及时将伤员送到医院进行抢救、治疗。

(5)若坍塌特别严重，自身救援能力有限时，应立即上报十堰市或相关救助部门，请求紧急救援，同时做好相关配合救援工作。

(6)当塌方段有渗水时，采用塑料管对渗水进行引流处理，防止渗水软化塌方土体，引起连续塌方事故。

(7)对一般的塌方段用方木、工字钢支撑塌方掌子面，及时挂网喷射混凝土封闭塌方土体并对距离掌子面5米范围内的初期支护采用工字钢支撑进行加固，喷射混凝土封闭后在塌方段径向打设注浆小导管，并及时注浆回填。

(8)待土体达到强度后可破工作面，开挖过程中采取增加小导管数量，调整超前支护注浆的浆液类型、配合比及注浆压力、持压时间等措施，控制开挖进尺，避免开挖临空时间过长，以免类似事故再次放生。

(9)现场采取与坍塌程度及范围相对应的施工技术措施，控制坍塌的进一步发展，在确保施工人员安全的环境下，积极进行坍塌处理，尽快恢复正常施工生产。

(10)根据伤亡程度及时向上级机关汇报坍塌损害情况，等待上级指令或进一步调查、处理。

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