耿家庄隧道超前支护施工方案

阳泉至五台山高速公路

五台至盂县段第三合同段

超前支护施工方案

编制： 审核： 审批：

中建市政建设有限公司 二〇一一年六月八日

阳泉—娘子关一级公路水峪至娘子关段耿家庄隧道工程超前支护施工方案

目 录

1. 工程概况 ...................................................... 2 2、工程地质 ...................................................... 2 3、编制依据 ...................................................... 5 4、施工人员、机械设备配臵 ........................................ 5 4.1 超前小导管、超前钢管工程量 ................................... 5 4.2 施工人员配臵 ................................................. 5 4.3 机械设备配臵 ................................................. 6 5、施工工艺与流程 ................................................ 6 5.1 超前支护施工工艺 ............................................. 6 5.2 超前支护施工流程 ............................................. 7 6、质量控制 ...................................................... 8 6.1超前支护质量控制基本要求 ...................................... 8 6.2 超前支护具体质量控制措施 .................................... 10 7、安全保证措施 ................................................. 11 7.1 建立安全保证体系 ............................................ 11 7.2 安全教育和培训 .............................................. 11 7.3 落实安全责任制，制定安全管理的各项规章制度 ................... 12 7.4 超前支护针对性安全技术措施 .................................. 12

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1. 工程概况

耿家庄隧道为左右线分离式长隧道，LJ3标合同段左线起讫桩号为ZK7+600至ZK8+578，长度为978m，右线起讫桩号为K7+600至K8+556，长度为956m，双洞总长1934m。隧道设计速度为80km/h，为双向四车道，双洞单向行车。隧道主洞建筑界限宽度为10.25m，高度为5.0m。隧道内轮廓净空面积为.62㎡。紧急停车带隧道建筑界限宽度为：13.00m，高度为5.0m。隧道内轮廓净空面积为87.33㎡。隧道路面横坡坡度为2%。本隧道设有3处人行横通道，1处车行横通道。耿家庄隧道盂县端进口左、右线均为削竹式洞门，洞门长10m，进口左、右线明洞长均为6m。隧道左右线均属长隧道，总体走向近南北向，隧道围岩主要由第四系全新统残坡积（Q4el+dl）碎石土和奥陶系下统（O1）白云质灰岩，局部夹泥质条带灰岩等构成。

2、工程地质

耿家庄隧道属于长隧道，隧址区在地貌上属于构造剥蚀溶蚀、侵蚀低中山区，山体陡峭，冲沟发育。微地貌表现为基岩山脊、冲、沟陡坡等。隧址区地形总体北高南低。两洞边墙间距最大约30米，位于隧道洞身段；最小间距约14.7米，位于盂县端洞口。右洞全长1884米，五台端洞口里程桩号为K6+672，洞口底板设计高程808.418米，盂县端洞口里程桩号为K8+556，洞口底板设计高程796.067米，洞体最大埋深2.7米，位于K7+680处。左洞全长1943米，五台端洞口里程桩号ZK6+635，洞口底板设计高程808.291米，盂县端洞口里程桩号为ZK8+578，洞口底板设计高程795.885米，洞体最大埋深283.168米，位于ZK7+690处。五台端洞口位于清水河南岸，山体陡峭，基岩裸露，盂县端洞口位于耿家庄以北山体斜坡处，坡向260°左右，坡角在20°～30°之间。隧址区范围内植被不发育，以杂草丛及灌木为主。

勘察揭露，隧址区出露地层由新到老依次有：第四系全新统残坡积（Q4el+dl）碎石土和

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奥陶系下统（O1）白云质灰岩，局部夹泥质条带灰岩等构成。其主要特征分述如下：

第四系全新统残坡积（Q4el+dl）碎石土

该套地层仅分布于盂县端洞口段及隧址区缓坡处，岩性为碎石土，土质不均，分选差，碎石成分主要为灰岩，棱角状，含30%～40%粉质粘土，局部粉质粘土含量达70%，中密。厚度17.60～28.20m。

奥陶系下统（O1）白云质灰岩

本隧道左右线洞身围岩主要由该套地层组成，岩性为白云质灰岩，灰白色，间夹薄层状泥质条带灰岩、角砾状灰岩。强～微风化，隐晶结构，中厚层状～中薄层状构造。强风化带厚度20～25m，局部大于30m，岩芯以碎石状为主，岩体节理裂隙发育，呈碎裂-镶嵌碎裂结构；中风化带厚度25～40m，ZK1揭露层厚度达62.12m，岩芯以柱状为主，局部为扁柱状，岩体节理裂隙较发育，呈中薄层状结构，岩体完整性较差；微风化带岩体节理裂隙不发育，呈中厚层状结构，岩体完整性较好。

以上岩层产状为235°∠15°，线路走向近180°，分析岩层走向和线路走向的组合关系，为较有利组合。综合洞体埋深和围岩结构、产状等特点分析，本隧道岩体工程地质条件一般。

隧道围岩岩土力学指标见表1。

饱和岩土名称 密度单轴抗压（g/cm3） 强泊松量 纵波波速度比μ （×Vp(m/s) Rc(Mpa) 白云质灰岩

隧址区地表水系为清水河，水流受季节影响变化较大，冬季仅部分河道有少量间断流水，雨季流量较大。洞身范围内无地下水，地下水对隧道洞身无较大影响。雨季地表水下渗可能形

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弹性模弹性波Cφ（MPa） （°） 104MPa） 0.3～0.35 2.2～2.5 1560～3510 0.5～0.7 40～42.2 2.7～2.80 55.～78.0 阳泉—娘子关一级公路水峪至娘子关段耿家庄隧道工程超前支护施工方案

成暂时性少量地下水，使隧道浅埋段产生局部滴水渗漏现象，设计和施工应采取相应的防水措施。根据清水河地表水水质分析报告，隧址区地表水对混凝土无腐蚀性。

隧址区属温带性季风气候区，受性季风影响明显，日照较充足，昼夜温差大，四季分明。年降水量500mm，一般集中在6-9月；年平均气温5℃，1月平均气温-11℃，7月平均气温21℃；霜冻期为9月下旬至次年4月，无霜期约90-150天。

根据《中国地震动参数区划图》（GBJ8306-2001）的有关规定，结合《山西省地震动峰值加速度区划图》和《山西省地震动反应谱特征周期区划图》，区内地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相对应的地震基本烈度为Ⅶ度。

岩体工程地址级别主要分为：

⑴ZK6+632-ZK6+660、ZK8+300-ZK8+585；K6+660-K6+690、K8+340-K8+6段； 围岩由奥陶系下统强风化白云质灰岩组成，间夹薄层状泥质条带灰岩、角砾状灰岩。节理裂缝发育，岩体破碎，呈碎裂结构。围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌。围岩等级划分为Ⅴ1级。

⑵ZK6+660-ZK6+800、ZK7+110-ZK7+230、ZK7+850-ZK7+990、ZK8+220-ZK8+300；K6+690-K6+780、K7+090-K7+225、K7+860-K8+020、K8+240-K8-340段；围岩由奥陶系下统白云质灰岩组成。中风化，属较坚硬岩。隐晶结构，中薄层状构造，间夹薄层状泥质条带灰岩、角砾状灰岩。节理裂隙较发育，岩溶发育，岩体较破碎。拱部无支护时可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定。洞体位于地下水位以上，地下水对隧道洞身无较大影响，但雨季地表水下渗仍可能形成暂时性少量地下水，使隧道局部发生滴水渗现象。Jv=12-16条/m3，Kv=0.50，BQ=347。围岩等级划分为Ⅳ2级。

⑶ZK6+800-ZK7+110、ZK7+230-ZK7+850、ZK7+990-ZK8+220；K6+780-K7+090、K7+225-K7+860、K8+020-K8+240段；围岩由奥陶系下统白云质灰岩组成。微风化。属坚硬岩。隐晶结构，中厚层状构造，节理裂隙较发育，岩溶发育，岩体较完整。拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定。洞体位于地下水位以上，地下水对隧道洞身无较大影响，但雨季地表谁

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下渗仍可能形成暂时性少量地下水，隧道局部发生滴水渗现象。 Jv=5-/m3，Kv=0.65，BQ=385。围岩级别划分为Ⅲ2级。

3、编制依据

（1）有关的工程地质勘察报告

（2）有关设计文件、图纸，中交公路规划设计院有限公司

（3）《公路建设项目高危工程施工安全强制性要求》，山西省交通运输厅 （4）《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009） （5）《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）

（6）《公路工程质量检验评定标准》（土建工程）（JTG F80/1-2004） （7）《钢筋焊接及验收规程》（JGJ 18-2003）

（8）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086-2001）

4、施工人员、机械设备配置

4.1 超前小导管、超前钢管工程量

耿家庄隧道超前小导管工程量为：Φ42×4超前小导管共42460.76m，水泥浆1320.9m³。超前钢管工程量：R25超前锚杆共21446.39m。

4.2 施工人员配置

根据实际超前小导管或超前钢管的工程量，每个开挖作业面按照表2进行施工人员配臵。

表2 超前支护施工人员配臵一览表（按每个开挖作业面配备） 人员类型 现场施工技术负责人 数 量 1人 备 注 现场施工协调及技术指导 5

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加工、钻孔、安装 超前小导管注浆 电 工 质量员、安全员 8人 6人 1人 各2人 负责超前小导管或超前钢管的加工、成孔、安装 负责超前小导管的注浆作业 负责用电设备接电及电力维修 分别质量、安全检查、监督 4.3 机械设备配置

根据耿家庄隧道超前支护施工方法，配臵以下主要施工机械设备，见表3。

表3 主要施工机械设备配臵一览表（按每个开挖作业面配备）

机械设备名称 风 钻 电焊机 空压机 注浆机 乙炔焊 单 位 台 台 台 台 个 数 量 6 2 1 1 1 用 途 超前小导管、超前锚杆成孔 超前小导管、超前锚杆焊接 提供风压 超前小导管注浆 加工超前小导管、超前钢管 5、施工工艺与流程

5.1 超前支护施工工艺

根据设计要求，耿家庄隧道主洞、紧急停车带超前支护参数见表4。本隧道洞内超前支护采用的是Φ42×4超前小导管及R25超前锚杆，在拱部120°范围内布臵，环向间距为35cm，外插角为15°，尾端焊接于钢架上，每排小导管或超前钢管纵向至少须搭接1.0m。两者均采用风钻成孔，成孔后安装小导管或超前钢管，超前小导管先安装小导管后再进行注浆，并要保证注浆饱满。

表4 耿家庄隧道主洞、紧急停车带超前支护参数一览表 衬砌类型 S5a S5b S4a 适用条件 分离式Ⅴ级加强段 分离式Ⅴ级普通段 分离式Ⅳ级加强段 超前支护参数 备 注 主洞 主洞 主洞 Φ42×4超前小导管L=3.3m，纵/环向间距1.8m/35cm Φ42×4超前小导管L=3.6m，纵/环向间距2.1m/35cm —— 6

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S4b S3 SJ4 分离式Ⅳ级普通段 分离式Ⅲ级 停车带Ⅳ级 Φ42×4超前小导管L=3.2m，纵/环向间距2.0m/50cm —— 主洞 主洞 紧急停车带 Φ42×4超前小导管L=3.7m，纵/环向间距2.4m/50cm 5.2 超前支护施工流程

本隧道超前支护分为两种，即超前小导管和超前锚杆，两者的施工步序大致相同，小导管相对于超前锚杆，多了一项注浆工序，具体如下： （1）超前小导管施工流程图

图1 Φ42×4超前小导管施工流程图

（2）R25超前锚杆施工流程图

加工超前锚杆 钻孔、清孔 安装超前锚杆 图2 R25超前锚杆施工流程图

与拱架等焊接

(3)超前支护施工具体措施

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①超前支护钻孔

a.超前小导管、超前锚杆均采用风动凿岩机成孔。钻孔作业必须按设计要求定出孔位，并做出标记，以利于位臵准确。

b.钻孔利用开挖台架施钻，按照设计间距布孔；孔径比管径或杆径大15mm，深度误差不得大于±50mm；成孔后采用高压风清孔。 ②超前小导管施工措施

小导管预先在洞外做成锥尖型，管尾设有管箍（Φ6钢筋加焊），在管壁上钻设Φ6注浆孔，15cm梅花型布臵。采用Φ42×4热轧无缝钢管，沿开挖轮廓线外按设计间距及外插角度钻孔，钢管用凿岩机顶进，顶进时将风钻的回转爪取掉，将特制的短钎尾插入待进的钢管内，以风钻的冲击力将钢管顶入钻孔中。

小导管长度为4m，拱部120°范围内布臵，环向间距为40cm，纵向间距2.4m，外插角控制在15°，尾端焊接于钢架上，每排小导管纵向至少须搭接1.0m。为增强围岩稳定性，通过小导管注水泥浆，浆液的水灰比为0.5︰1-1︰1，注浆压力为0.5-1MPa，注浆实际采用配比根据施工工艺水平现场试验确定，孔口设止浆塞。

浆液的浓度、凝固时间应符合设计要求。注浆时应经常检查泵口和孔口注浆压力的变化，发现问题及时处理。 ③R25超前锚杆施工措施

R25超前锚杆长为3.6m，拱部120°范围内布臵，环向间距为50cm，纵向间距3m，外插角控制在15°，尾端焊接于钢架上，每排小导管纵向至少须搭接1.0m。

6、质量控制

6.1超前支护质量控制基本要求 （1）超前锚杆质量控制要求 ①基本要求

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A．锚杆材质、规格等应符合设计和规范要求。

B．超前锚杆与隧道轴线外插角宜为5°-15°，长度应大于循环进尺，宜为3-5m。 C. 超前锚杆与钢架支撑配合使用时，应从钢架腹部穿过，尾端与钢架焊接。 D. 超前锚杆插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。 E. 超前锚杆搭接长度应不小于1m。 ②实测项目

表5 超前锚杆实测项目

项次 1 2 3 4 检查项目 长度（mm） 孔位（mm） 钻孔深度（mm） 孔径（mm） 规定值或允许值偏差 不小于设计 ±50 ±50 符合设计要求 检查方法和频率 尺量：检查10% 尺量：检查10% 尺量：检查10% 尺量：检查10% ③外观鉴定

锚杆沿开挖轮廓线周边均匀布臵，尾端与钢架焊接牢固，入孔长度符合要求。 （2）超前小导管质量控制要求 ①基本要求

A．钢管的型号、质量和规格等应符合设计和规范要求。

B．超前钢管与钢架支撑配合使用时，应从钢架腹部穿过，尾端与钢架焊接。 C．钢管插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。 ②实测项目

表6 超前钢管实测项目

项次 1 2 3 4 检查项目 长度（mm） 孔位（mm） 钻孔深度（mm） 孔径（mm） 规定值或允许值偏差 不小于设计 ±50 ±50 符合设计要求 检查方法和频率 尺量：检查10% 尺量：检查10% 尺量：检查10% 尺量：检查10% 9

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③外观鉴定

钢管沿开挖轮廓线周边均匀布臵，尾端与钢架焊接牢固，入孔长度符合要求。

6.2 超前支护具体质量控制措施

（1）超前小导管、超前钢管必须有出厂合格证，材质证明，并经检验合格后，方可使用。使

用前必须进行除锈蚀，其他材料均要有出厂合格证及复检合格试验报告单。小导管、超前锚杆安装前应对孔位进行复检后再安装。

（2）根据设计要求加工小导管、超前锚杆，加工好的小导管、超前锚杆应平放在加工棚内，

挂牌注明规格及使用部位，并注意防潮、防锈。

（3）在冬季进行锚杆施工，超前小导管、超前钢管的加工及焊接均须满足相关要求。冷拉钢

筋时的温度不宜-20℃；张拉预应力钢材时的温度不宜低于-15℃。在钢筋工程焊接施工中，当环境温度低于-5℃的条件下进行钢筋对焊或电弧焊前，必须根据施工条件进行试焊，合格后方可施焊。风力超过四级时，应采取挡风措施。焊后未冷却的接头应避免碰到冰雪。当环境温度低于－20℃时，不得进行施焊。并且，要做好钢筋加工场的防风、防雪及保暖措施。

（4）钻孔前，其钻孔应根据设计图纸和有关规范要求，以及现场围岩的具体情况，定出孔位，

作出标记，其孔位偏差不大于50mm。 （5）钻孔的孔轴方向要满足施工图纸的要求。

（6）孔深应按设计图纸及有关文件要求，其误差值不宜大于±50mm。

（7）钻孔排渣结束后，需将孔内冲洗干净。清孔一定要彻底，对部分孔内粉泥用高压风清不

干净的，宜用高压水冲洗后再用高压风冲洗孔内的水。向孔内注水后，注意孔内漏水情况。若漏水量小，用风吹干孔内水分；若漏水量较大，则向监理工程师、设计代表汇报，以确保相应的处理措施。

（8）安装前，应检查锚杆体钻头的水孔是否畅通，若有异物堵塞，应及时清理。

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（9）水泥浆配合比按照设计图纸要求进行配制。浆液的水灰比为0.5︰1-1︰1，注浆压力为

0.6-1.0MPa。

（10）水泥浆应拌和均匀，随拌随用。一次拌和的水泥浆应在初凝前用完，并严防石块、杂物

等混入水泥浆内。

（11）注浆前，首先检查排气管是否畅通，若排气管堵塞，应先将其疏通再开始注浆。 （12）注浆开始或中途停止超过30 分钟时，应用水或稀水泥浆润滑注浆罐及其管路。 （13）超前小导管、超前锚杆材质检验：每批材料均应附有生产厂家的质量证明书，按施工图

纸规定的材质标准以及监理工程师指示的抽检数量检验小导管、超前锚杆性能。

7、安全保证措施

7.1 建立安全保证体系

项目设立安全管理机构，建立现场安全监督、检查小组，针对本工序特点，进行安全交底，严格执行项目经理部安全保证体系的有关规定，项目经理部与每个作业人员签订安全生产责任书。

7.2 安全教育和培训

（1）对新进场的工人进行安全生产的教育和培训，考核合格后，方准许其进入操作岗位。 （2）对电焊工、电工等特殊工种的工人，进行专门的安全操作培训，持证上岗。 （3）在采用新工艺、新方法、新设备或调换工作岗位时，对工人进行新操作方法和新工作岗

位的安全教育。

（4）设立每周一次的安全活动日，在班前班后会上检查安全生产的活动情况，并对作业人员

进行经常性的安全教育和安全宣传活动。

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7.3 落实安全责任制，制定安全管理的各项规章制度

建立健全各项安全生产的规章和管理制度，体现“全员管理、安全第一”的基本思想，明确安全生产责任，做到职责分明，各负其责。施工中除操作人员本身加强各种安全措施外，项目经理部也将加大检查力度，搞好各方面的协调工作，坚决杜绝各种事故的发生。严格执行施工安全操作规程。

7.4 超前支护针对性安全技术措施

（1）工程开工前，施工单位必须详细学习设计图纸、施工规范，并制定相应的安全措施，施

工场地应作出详细的施工部署，超前小导管、超前钢管等材料的堆放应作出详细布臵。 （2）参加施工的人员，必须接受安全技术教育，熟知和遵守本工种的各项安全技术操作规程。

电焊工必须持有国家相关部门颁发的特种作业证，方可进行焊接作业。

（3）所有进入工地的人员，必须按规定穿戴好（安全帽、安全带、安全绳、安全服）等安全

防护用品，遵章守纪，服从指挥。

（4）隧道内施工作业人员必须严格履行进、出洞登记制度。

（5）超前支护作业人员用电时必须遵守相关规章制度，规范操作，不得违章作业。 （6）进入作业地点时，先检查、熟悉作业环境。若发现不安全因素、隐患，必须及时向有关

部门汇报，并立即处理，确认安全后再进行施工作业。对施工过程中发现危及人身安全的隐患，应立即停止作业，及时要求有关部门处理解决。

（7）现场所有安全防护设施和安全标志等，严禁私自移动和拆除，如需暂时移动和拆除的须

报经有关负责人审批后，在确保作业人员及其他人员安全的前提下才能拆移，并在工作完毕（包括中途休息）后立即复原。

（8）焊机使用、摆放在防雨、干燥和通风良好，远离易燃易爆物品和便于操作的位臵。搬运

时必须切断电源，将电焊机电源线从控制开关下口拆除后再搬运。

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（9）电焊设备的安装、修理和检查必须由电工进行。焊机和线路发生故障时，应立即切断电

源，并通知电工修理。

（10）电焊机必须安放在通风良好、干燥、无腐蚀介质、远离高温高湿和多粉尘的地方。露天

使用的焊机应设防雨棚，焊机应用绝缘物垫起，垫起高度不得小于20crn，按要求配备消防器材。

（11）使用交流电焊机作业应按照下列要求进行操作：多台焊机接线时三相负载应平衡，初级

线上必须有开关及熔断保护器。电焊机应绝缘良好。焊接变压器的一次线圈绕组与二次线圈绕组之间、绕组与外壳之间的绝缘电阻不得小于1Mn。电焊机必须安装一、二次线接线保护罩。电焊机的工作应依照设计规定，不应超载运行。作业中应经常检查电焊机的温升超过A级60℃、B级80℃时必须停止运转。

（12）由于超前支护须要借助开挖台架作为操作平台，开挖台架高度大于2米，属于高空作业，

应做好相关防护措施。

（13）在焊接作业时，施工人员必须配有护面罩，清除焊渣时应小心焊渣入眼。

（14）拱部超前锚杆、小导管焊接时注意下方操作人员，防止焊渣掉落，烫伤其他施工人员。 （15）洞内超前支护焊接作业时，应远离可燃物，注意防火，并要在作业面配备消防器材。 （16）注浆作业人员应配戴防尘口罩等用具，施工操作人员的皮肤应避免与速凝剂等直接接触。 （17）作业中如发生风、水、输料管路堵塞或爆裂时，必须依次停止风、水、料的输送。 （18）在利用高压风清孔时，以防岩屑冲入眼内，必要时佩戴护目镜。

（19）施工期间，尤其在注浆时，应对支护的工作状态进行检查，当发现支护变形或损坏时，

应立即停止注浆并采取相关措施进行处理。

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