一、 编制方案依据
1、吕梁山隧道修改初步设计图。
2、现行铁路、公路设计、施工规范及标准。 3、投标书施工组织设计。 二、 工程概况
1、概述
吕梁山隧道是太中银铁路重点控制工程，该隧道全长20738m,为太中银铁路最长隧道，也是目前国内第二长隧。该隧道DK129+255至出口由中铁三局承担施工。本隧道设计为双洞隧道，两洞间距30米（净距21m）。单洞开挖断面(宽)8.92m×(高)10.77m，洞身按V级围岩加强地段设计。隧道出口段下穿青银高速公路。隧道洞顶至高速公路路面最小埋深为16米。左线隧道中线DK139+750与高速公路中线K40+286相交,下穿高速公路地段为DK139+810～DK139+690，长度为120m；右线隧道中线DK139+709与高速公路中线K40+246相交，下穿高速公路地段为DK139+795～DK139+650，长度为145m.详见“线路平面图”。
2、下穿高速公路地段地质概况
该段位于河流二级阶地，地层为新黄土、老黄土夹砂砾石层，散体状结构，属V级围岩，局部有微量地下水渗出。 三、拟定方案的原则
选用合理的隧道施工方案，确保高速公路的安全畅通。 四、施工方案
为保证高速公路的正常通行及隧道施工安全，设计采用如下施
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工方案：
1、在隧道下穿高速公路地段120m范围内，采用大管棚注浆超前支护，支护拱部140°范围围岩；管棚采用φ108mm钢管，每根长18m,环向间距3根/m，每15m一环，搭接长度为3m，并且在管棚内设钢筋笼，注水泥浆，提高管棚承载能力。
2、初期支护采用φ42超前小导管进行超前支护，不注浆。每根长3米，环向间距3根/m,外插角10°～14°，纵向每1.5m一榀；并设臵格栅钢架锚喷射混凝土加强支护，格栅钢架0.75m /榀。
3、开挖采用短台阶加临时仰拱法开挖，并采用I20工字钢作临时支撑。上断面采用预留核心土环行开挖，以保持围岩稳定。开挖完成后及时施做初期支护、临时仰拱和临时支撑，衬砌紧跟。上台阶采用人工风镐开挖，下台阶采用挖掘机开挖，遇到孤石时，采用预裂爆破破碎。
4、左右线不同时开挖，即左线开挖并进行衬砌封闭15m后,再进行右线开挖。
5、及早封闭初期支护及早施作二次衬砌，同时初期支护强度满足要求及二次衬砌施工完毕，在二次衬砌背后充填注浆，控制地表沉降。
6、施工监测。加强隧道监控量测和路面沉降位移量测，严格控制公路的沉降量，保证行车安全。加大量测频率，根据量测结果指导施工。 五、施工方法
该隧道下穿青银高速地段，属V级围岩加强地段。施工应严格按照“先预防、早治水、管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封
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闭、快衬砌、勤测量、速反馈、控变形”的原则组织施工。为使初期支护及早形成封闭圈，防止衬砌下沉，仰拱超前衬砌施做，保证结构的整体稳定性。
1、左线下穿高速公路施工方法 （1）、超前大管棚施工 1）注浆加固范围及大管棚布设
在隧道的拱部140°范围内设臵φ108mm的大管棚，每根长18m，环向间距3根/m，每15m一环，搭接长度为3m。管棚长度按120m设臵。
2）安装导向管
管棚施工前,在管棚工作室掌子面洞身开挖轮廓线上方架设一榀拱架,用锚杆锁定,将φ127mm ×1m的管棚导向钢管焊在拱架背部。然后挂网喷浆封闭掌子面,只露出导向管端头。考虑到下一循环管棚的开挖及钻具下垂等因素,导向管要加大外插角2°～5°(不包括线路纵坡) 安装。安装时用经纬仪测量定位。
3）钻孔
钻孔是管棚施工的关键工艺环节,钻孔质量的优劣关系到管棚的整体质量。根据地质条件及场地条件,选用2 台MK - 5型液压钻机,该机具有体积小,扭矩大,操作灵活等优点,适于隧道内作业。钻孔主要采用翼片式硬质合金钻进工艺,施工顺序由下向上由两边向中间依次进行。用方木逐层搭建钻机平台。钻孔注意事项和防斜措施:
a、对孔要精确,钻具轴线要与导向管轴线重合。 b、钻机平台要搭建稳固,钻机要固定牢。 c、钻具上安装扶正器。
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d、钻进过程中要随时用罗盘测斜仪或经纬仪测量钻杆角度,发现偏差及时纠正。
4)安装钢管
由于该地质条件差,因此成孔后要及时顶进内设钢筋笼钢管。为便于顶进,第一根钢管前端加工成锥形。管棚钢管利用钻机动力头顶进,钢管间为内套管焊接连接。为了增强管棚的整体结构性能,相邻两孔钢管接头错开至少1m ,同一断面钢管接头数≤50 %。
5）注浆
为了避免围岩内孔隙水通过钻孔流出而引起地面沉降,必须及时注浆。采用KBY50/ 70 型双液注浆泵,前进式注浆,钻一孔注一孔。 注浆压力为1.0～1.5MPa。
（2）、超前小导管施工 1）小导管布设
开挖时超前预支护采用φ42 小导管进行超前支护，不注浆。小导管沿开挖轮廓线从格栅腹部穿过,环向间距3根/m ,单根长3.0m ,外插角10°～14°。布设范围在拱部140°范围内,纵向每1.5m 打设一排小导管,两排小导管纵向搭接长度≥1. 0m。
2）小导管加工制作与安装
超前注浆小导管采用φ42钢管加工制成，长度为3.0m，前端加工成锥形，以便插打。末端焊φ6 环形箍筋,以防止采用气动锤振插小导管时端部开裂，插孔时用气动锤振入。对于砂类土,也可用φ20mm 钢管制作风管,将吹风管缓缓插入土中,用高压风射孔,成孔后将小导管插入。
（3）、隧道开挖
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隧道下穿地段地质属于黄土地段，大管棚及超前小导管施做完毕后，先进行拱部环行开挖，预留拱部核心土.核心土长度不小于250cm。开挖完毕，及时进行初期支护、临时仰拱和临时支撑，临时支撑采用I20的工字钢。待上台阶开挖支护完成5.0m后，再进行下断面左、右半部的开挖。在下断面左、右半部开挖时，为防止初期支护拱脚悬空，引起下沉，在拱脚部位设臵双排锁脚锚杆，同时下断面左右半部前后错开3米开挖，详见“开挖顺序示意图”。上断面采用人工风镐开挖，下断面采用挖掘机直接开挖，遇到孤石时，采用预裂爆破技术进行爆破施工。每循环进尺0.75m,同时每0.75m架设钢拱架一榀，每部开挖完后立即架设钢拱架，临时支撑，并初喷混凝土，然后打锚杆、挂网复喷混凝土。施工中，边墙设拱部设系统锚杆，边墙设砂浆锚杆，保证围岩稳定。
（4）系统锚杆
系统锚杆与钢架构成初期支护系统，且有较好的扩散半径可以在锚杆周边形成一个固结壳体，使锚杆之间的破碎岩体不会因不能固结而下漏，保证支护效果。钻孔采用凿岩台架风钻，孔径大于φ32mm。注浆浆液配比为：1∶1水泥砂浆，水灰比0.38～0.45。注浆后用塑胶泥封堵杆体周围及孔口，工作面上的裂纹也用塑胶泥封堵塞。管端外露20cm，以便安装注浆管。注浆过程中，注浆口最高压力控制每根注浆量在30L/min内。注浆用定量注浆，即每孔注入0.3m3浆液，但孔口压力已达到0.5Mpa时也结束注浆。注浆结束后及时清洗泵、阀门和管路，保证机具完好，管路畅通。
（5）、边墙砂浆锚杆
边墙砂浆锚杆仅在隧道边墙布臵。采用锚杆长3.5m的砂浆锚杆，
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纵向间距1.0m。钻孔采用YT-28型风钻，孔眼间距、深度和布臵符合设计参数的要求，其方向垂直于岩层层面。锚杆钻孔深度应大于锚杆长度10cm,孔距允许偏差±15cm。锚杆的锚头制成Y字型，锚端头最大宽度与锚固剂直径相等，将锚杆的锚头安放在锚固卷底部，用TJ-9型风动搅拌机带动锚杆快速旋转，边旋转边推进，锚头在旋转与推进中强烈搅拌浸水后的锚固卷，使水泥浆获得良好的和易性，水泥浆如沿孔壁下滑，孔口用纸堵塞，施工过程要求迅速，时间不要过长。所有锚杆安装垫板，并与基面紧贴，锚杆插入长度不小于设计长度的95%。施工中，砂浆的强度等级、配合比应符合设计要求。锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实。锚固采用早强型锚固材料。
（6）、喷射混凝土
喷射混凝土前，检查开挖断面尺寸，清除开挖面的浮石和墙角的岩碴、堆积物。受喷面滴水部位埋设导管排水，导水效果不好的含水层可设盲沟排水，对淋水处可设截水圈排水。埋设控制混凝土厚度的标志。喷射混凝土应在开挖后及时进行。喷射作业采用湿喷机、喷射手进行作业。拌合料用混凝土运输罐车运至湿喷机前，通过湿喷机加上速凝剂后，喷至受喷面上。喷射顺序自下而上；在前一层混凝土终凝后进行复喷。喷射混凝土养护在终凝两小时后，采喷雾式养护,控制水量.防止喷水量过大而侵蚀围岩。喷射混凝土平均厚度大于设计厚度，最小厚度不小于设计厚度的2/3，表面平整度允许偏差为100mm。喷射混凝土表面应密实、平整度、无裂缝、脱落、漏喷、露筋、空鼓和渗漏水，锚杆头无外露。
（7）、初期支护拱背注浆
拱部开挖过程中，由于失水产生孔隙，易松动脱离，采用拱背
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注浆充填，效果明显。拱背注浆孔间距根据现场检查结果布臵，一般拱顶拱腰共布臵3个孔为宜。待初期支护强度达到70％以后、在二次衬砌之前，利用预留注浆管进行注浆，对初期支护与围岩间孔隙进行充填，以控制地表下沉，改善隧道受力状态和封堵隧道渗漏水。注浆材料采用水泥—水玻璃双液浆，注浆压力0．2MPa左右。
（8）、二次衬砌施工
为确保隧道施工安全，二次衬砌施作时间应通过监控量测确定，在初期支护沉降基础稳定后及时进行二次衬砌，二次衬砌采用仰拱超前拱墙的方式进行。先施做防水层、安设止水条，然后安装模板台车，灌注混凝土。
（9）、衬砌背后压浆填实
衬砌背后压浆在衬砌强度达到70 %后进行, 及时对背后回填注浆，尤其二次衬砌顶板背后。如留存空隙，既不利于防水，又不利于初期支护与二衬共同承载。二次衬砌背后充填注浆宜采用压力灌浆法，压力0.25MPa。如压力太大，易使衬砌混凝土出现纵向裂隙。其施工工艺流程为:预埋管(衬砌时) →制浆→灌浆→检查→试验→补灌→验收封孔。压浆管在灌筑衬砌混凝土时在拱顶防水板处沿隧道纵向预埋一根塑料压浆管,视混凝土衬砌施工情况通过此管进行衬砌背后压浆填实。压浆材料为水泥砂浆,其配合比:水泥∶砂∶水= 1∶3∶0.8。压浆时要密切监测衬砌混凝土的变形,若发现异常时立即降压或停止压浆。
2、右线下穿高速公路施工方法
右线下穿高速公路地段为DK139+795～DK139+650，长度为145m。施工中左、右线间距30米，为保证隧道施工安全，左线开挖并进行
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衬砌封闭15m后,再进行右线开挖。
六、安全保证措施 1、施工现场监控量测
为保证隧道的安全通过和公路行车安全, 根据可能出现影响安
全的因素, 选择布臵适当的监控方案, 使其能客观地反映隧道通过高速公路时的安全状况。施工监测是该隧道施工下穿高速公路中非常重要的一个环节，合理、及时、准确的施工监测将为制定施工方法和保证施工安全提供可靠的科学依据，使施工过程完全处于信息化控制中。
（1）、施工监测内容
针对该隧道下穿高速公路的具体情况，保证隧道施工的安全及高速公路的正常通行，本隧道施工制定以下监测内容。
高速公路路面沉降； 拱顶下沉； 洞内收敛； 格栅钢架应力； （2）、测点的布臵 1）高速公路路面沉降
为保证隧道下穿高速公路的施工安全,对高速公路路面的下沉进行监测和既有路面边坡进行观测是关键。隧道开挖引起的地层变形是从隧道结构拱顶逐渐向上传递的，直到地表。为了更好分析地层变形规律以及地表沉降与拱顶下沉的关系,监测不同地层的土体沉降,并在高速公路路面布臵沉降观测点. 地表沉降量测布臵：每10m设一个量测断面，每断面设12～15个点.
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2）洞内收敛量测
监测断面按每5m布设一个，每个断面布设2条测线。 3） 拱顶下沉量测
每5m设一个量测断面，每个断面设1～3个测点，拱顶下沉量测断面与洞室收敛量测断面布设在同一里程处。
4）围岩与初期支护间格栅钢架应力量测点布臵
本段地质条件差，5m设一量测断面，测点布设位臵为：拱顶、拱腰、边墙及仰拱。
（3）、监测精度要求
变形测量精度要求为：变形点的高程中误差±0.1mm，水平位移变形点中误差±0.1mm。
沉降观测采用二等水准测量标准，视线长度≤20m时，视线高度≥0.3m;视距累计差≤3.0m。
（4）、监测方法 1）高速公路路面下沉
根据高速公路沉降量测的布臵，测量观察使用NA2+GPM3精密水准仪和铟钢塔尺，量测点的量测应在开挖面前方（2～3）B（B为毛洞宽度）处开始进行，在距开挖面后方（3～5）B，沉降基本停止时结束。作好量测数据的记录，并绘制散点图。
2）拱顶下沉、洞内收敛位移量测
洞室的开挖，改变了围岩的初始应力状态，而由于围岩应力得以重新分布和洞室周边应力得以释放，致使围岩产生变形，以致于洞室周边初期支护产生不同程度的净空内向位移和拱顶下沉。因此，洞室开挖初支后必须及时安设测点进行位移量测。并根据量测结果
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来判断围岩和支护结构的稳定性。
a、拱顶下沉
拱顶下沉监测点的设臵方法为在拱圈初期支护内埋设带钩膨胀螺丝，埋设后铁钩须外露。在测量时，将钢尺垂直悬持于铁钩上，直接读数即可。拱顶下沉观测采用NA2 + GPM3精密水准仪和经校核的钢尺进行，水准基点则利用施工测量中用投点仪投入洞内的控制点作为基点。
b、洞内收敛量测
净空收敛的监测采用在洞室拱圈和边墙上对称埋设带钩膨胀螺丝的方法进行，埋设后，膨胀螺丝的铁钩须外露。
净空收敛采用收敛计进行观测。监测时，将收敛计的两端分别挂在对称的两个铁钩上，读出收敛计的尺数大小即可。膨胀螺丝安装完成后，记录下每条收敛线的初始读数，同条收敛线的后续量测读数与其初始读数的差值即为洞室在此处的位移量。
3) 格栅钢架应力监测
根据设计的监测点布臵，在初期支护背后埋设钢弦式双模压力盒，并配以频率接收仪进行量测。采用钢弦式钢筋应力计。当喷射混凝土结束后，应立即测量应力传感器的稳定值，作为计算应力变化的初始值。
（5）、监测质量的保证措施
1） 坚持按计划、有步骤的进行，监测前编制工程监测实施性计划，包括监测程序、方法、使用仪器，监测精度，监测点的布臵，监测的频率和周期。
2） 使用的仪器及传感器在施工监测过程中要保证其精度和可
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靠性，组织有经验的监测工程技术人员参加监测小组，确保施工监测质量。
3） 所监测的数据必须保证真实、可靠，监测人员对监测数据负责。
4） 根据施工具体情况确定监测项目，设定变形值，内力值及其变化速率预警值，当发现超过预警值时，及时报告总工程师和监理工程师，并采取应急补救措施。
5） 每个工程项目的监测资料保持有完整清晰的监测记录、图表、曲线、监测文字报告，并报送监理审查。
6） 测点变形值采用回归分析，求出变形与时间回归方程和变形与开挖深度的回归方程，以推算最终位移和掌握位移变化规律。对大量的监测信息，使用计算机纭图和分析，将信息及时反馈指导施工。
2、公路行车安全措施
隧道下穿高速公路施工期间，为保证公路的正常运营及隧道的施工安全，施工中条件允许，高速公路宜半幅行车。并按高速公路路政管理规定在施工区域设臵限速标志，可减小行车对施工区域内地面的扰动。必要时，可在高速公路路面铺设防滑钢板，并及时对隧道的施工采取短进尺、强支护措施。以保证公路路基的稳定。 七、质量保证措施
该工程施工中，建立健全质量保证体系，对施工的每个环节进行质量监控，严格按设计图施做。并对下穿青银高速的重点、难点进行攻关，不断推广新技术、新工艺、新材料、新设备的应用，不断提高施工工艺水平，保证和提高工程质量。
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工程所需的钢材、水泥等主要材料，严格把好进货和验收质量关，要求供货厂家提供产品合格证明及检验资料。收货时对材料和设备进行严格的质量检查验收，拒绝接收不符合要求的材料和设备。所有材料均满足设计和验收标准要求。
在隧道下穿青银高速路段施工工程中，严格按设计图施作，严格对超前管棚、超前小导管、格栅钢架及喷射混凝土等施工进行施工过程监控，使工程施工符合设计及施工规范要求。
对混凝土工程严格按照施工配合比拌制，运输、浇注、养护都满足规范，使混凝土施工质量全过程处于监控中，并达到内实外美。 八、施工预案
针对该段工程的施工特点，中铁三局太中银铁路吕梁山隧道项目经理部成立专门的生产指挥组，对该段工程施工过程进行全面的监控，并对超前地质预报、监控量侧，质量控制、安全设施等施工过程的管理，由专人负责，责任到位，确保段该工程施工的安全和高速公路的行车安全。在施工中及时对地质超前预报和监控量测的数据进行分析，并及时反馈监理、业主和设计单位，制定可行性施工方案。
1、地质超前预报
施工中，组建地质超前预报专业小组，采用先进科技手段进行超前地质探测预报，提前准备各种可能的不良地质条件的施工预案，超前处理不良地质，是实现该隧道穿越高速公路安全施工和快速掘进的必要条件。该隧道施工采用超前钻孔法，在正洞掌子面上用水平钻孔打10～20 m的超前钻孔，根据钻取岩芯状况，测定数据和钻孔速度，循环水质预报孔深范围的地质情况。此外还应综合运用地
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球物理探测法并与地质调查相结合，提高预报的准确性。根据地质超前预报提供资料，对不良地质制定可行性施工预案。
2、高速公路路面沉降监控措施
在施工中，为保证高速公路行车安全，对高速公路路面沉降进行观测是关键。通过路面的沉降观测数据，进行分析判断地表的变化，根据变化规律来指导施工，并制定可行性的施工措施。判断路面进入稳定阶段方法为：
（一） 根据沉降量与时间关系曲线来判断。
（二） 在观测中，每期沉降量均不大于2×21/2倍测量中误差，可认为进入稳定阶段。
（三） 若沉降速度小于0.01～0.04mm/d,可认为进入稳定阶段。 3、局部塌方的处理措施
开挖过程中，在砂层地质中拱部易产生小坍塌时，采用超前注浆(如砂层中采用化学浆液)预加固地层，使其固结后再开挖，对坍塌部位采用混凝土砌块回填密实。且加强初期支护拱背注浆。若局部坍塌洞室较大，应考虑先高压吹砂回填后再注浆，并要多次注浆，严禁使用废编织袋、木材等堵塞空洞。隧道施工预防塌方首先做好地质预报，选择安全合理的施工方法和措施。在施工中应采取“早排水、短开挖、弱爆破、强支护、快衬砌、勤检查”施工措施。
4、机械物资准备
备用锚杆钻机、注浆机、挖掘机等机械设备，备足抢险编织带，型钢钢架、木板等抢险应急材料。
中铁三局太中银铁路吕梁山项目经理部
2006年4月19日
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