隧道换拱现场施工方法（专家版）

中铁四局杭黄铁路站前Ⅳ标 常安隧道初支变形段套拱施工方案 目 录

1 编制依据及原则 ................................................. 1

1.1编制依据 ....................................................................... 1 1.2编制原则 ....................................................................... 1

2 工程概况 ....................................................... 1

2.1 设计概况....................................................................... 1 2.2 变更情况....................................................................... 2 2.3 工程现状....................................................................... 2

3 套拱施工方案 ................................................... 3

3.1 施工准备....................................................................... 3

3.1.1 成立该隧道套拱施工领导小组 ............................................... 4 3.1.2 建立健全安全管理组织机构 ................................................. 4 3.1.3 机械设备 ................................................................. 4 3.2 建立监控量测系统 ............................................................... 4

3.2.1 量测程序 ................................................................. 4 3.2.2 测点布置 ................................................................. 5 3.2.3 布点观测 ................................................................. 5 3.2.4 量测整理及分析 ........................................................... 5 3.2.5 加强监控量测工作 ......................................................... 5 3.3 套拱施工....................................................................... 6

5 安全保证措施 ................................................... 6

5.1 台架加固....................................................................... 7 5.2 险情应急处理 ................................................................... 7 5.3 安全教育....................................................................... 7 5.4 安全物资....................................................................... 7 5.5 其他安全措施 ................................................................... 7

6 附件 ........................................................... 7

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中铁四局杭黄铁路站前Ⅳ标 常安隧道初支变形段套拱施工方案 6.1 会议纪要....................................................................... 8 6.2 应急预案....................................................................... 8

常安隧道初支变形段套拱施工方案

（DK82+850~DK82+880段）

1 编制依据及原则 1.1编制依据

（1）国家相关法律、法规和中国铁路总公司相关规章制度以及现行的施工规范、规程，技术规程和验收标准等。 （2）已审核批准的施工设计图纸及设计院下发的交底文件。 （3）业主组织召开的会议纪要。 （4）《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》（铁建设〔2010〕120号）。 （5）国家安全监管总局、交通运输部、国务院国资委、国家铁路局四部门联合印发的《隧道施工安全九条规定》。 1.2编制原则 (1)积极响应招标文件中的安全、质量、工期、环保、文明施工等方面的规定，严格遵守铁路建设工程施工合同条件、合同协议条款及补充协议内容，充分结合投标阶段现场调查资料。 (2)坚持“预防为主，安全第一”的指导思想，结合本工程特点，制定积极有效的安全管理、技术、组织措施，确保人身安全和工程安全。 (3)坚持“百年大计，质量第一”的方针，制定完善的工程质量管理制度，建立质量保证组织体系，针对本工程特点和质量目标的要求，加强过程控制，从各个环节上保证工程质量目标的实现。

(4)根据施工总工期的安排和分阶段节点工期要求，利用网络技术优化工期安排和资源配置，突出重点项目和关键工序，统筹组织，超前计划，合理安排工序衔接。 (5)高度重视文明施工和环境保护工作，珍惜、合理利用土地资源。 (6)采用先进的施工技术，坚持专业化作业与系统管理相结合，科学安排各项施工程序，通过建立先进的项目信息管理系统，实现施工组织的连续、均衡、紧凑、高效。

(7)按照生产组织工厂化、工序控制专业化、现场作业机械化、过程控制信息化的原则组织施工。

2 工程概况 2.1 设计概况

常安隧道位于浙江省杭州市富阳市境内，进口位于常安镇，出口位于场口镇，隧道起讫里程DK82+500～DK83+504，全长1004m，其中正洞长909m、明洞长59m、斜切式洞门长36m，围岩分布

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中铁四局杭黄铁路站前Ⅳ标 常安隧道初支变形段套拱施工方案 情况为：Ⅲ级围岩592m，台阶法施工；Ⅳ级围岩217m，三台阶法施工、Ⅴ级围岩195m，三台阶临

时仰拱法施工。详见隧道围岩分级表。

常安隧道围岩分级表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 起讫里程 DK82+500～DK82+517 DK82+517～DK82+558 DK82+558～DK82+607 DK82+607～DK82+637 DK82+637～DK82+905 DK82+905～DK82+910 DK82+910～DK82+915 DK82+915～DK82+984 DK82+984～DK83+044 DK83+044～DK83+090 DK83+090～DK83+095 DK83+095～DK83+132 DK83+132～DK83+386 DK83+386～DK83+416 DK83+416～DK83+435 DK83+435～DK83+090 DK83+467～DK83+485 DK83+485～DK83+504 长度（m） 围岩分级 17 41 49 30 268 5 5 69 60 46 5 37 254 30 19 32 18 19 Ⅴ Ⅴ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅳ Ⅲ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅴ Ⅴ Ⅴ 衬砌类型 斜切式洞门 明洞 Ⅴb Ⅳa Ⅲa Ⅲ级下锚段 Ⅲa Ⅳb Ⅲa Ⅳa Ⅳ级下锚段 Ⅳa Ⅲa Ⅳb Ⅴb Ⅴb 明洞 斜切式洞门 钢架设计 I20a型钢钢架/0.6m 160格栅钢架/1.0m 140格栅钢架/1.0m I18型钢钢架/1.0m 160格栅钢架/1.0m I18型钢钢架/1.0m 160格栅钢架/1.0m I18型钢钢架/1.0m I20a型钢钢架/0.6m I20a型钢钢架/0.6m 2.2 变更情况 常安隧道DK82+760~+915段洞身表层为Qel+dl粉质黏土，褐黄色，硬塑，厚0.5~1.0m；下伏ε3h条带状灰岩，夹炭质泥岩，青灰色，强风化~弱风化，隐晶结构，层状构造，岩层产状290°∠30°。地下水主要为基岩裂隙水，不发育，设计为Ⅲ级围岩，支护类型为Ⅲa。开挖过程中围岩为炭质泥岩，灰色，强风化，节理裂隙发育，岩层破碎，地下水不发育，通过四方签认将此段变更为Ⅳ级围岩，支护类型为Ⅳb。

2.3 工程现状

常安隧道于2015年3月1日正式进洞，现场按照设计图纸进行施工，截止9月12日，上台阶施工到DK82+960，计412m；下台阶施工到DK82+915，计367m；仰拱施工至DK82+850，计292m；

衬砌施工至DK82+830，计262m。施工纵断面见图1。

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中铁四局杭黄铁路站前Ⅳ标 常安隧道初支变形段套拱施工方案 图1 当日，经现场测量发现DK82+850~+880段右侧边墙初期支护存在变形现象，拱架侵入衬砌结构，后续施工无法保证衬砌厚度，存在安全隐患，我部立即停止隧道内的一切施工，此时掌子面施工到DK82+960，仰拱施工到DK82+850，衬砌施工到DK82+830；9月16日，杭黄公司组织相关单位召开了常安隧道DK82+850~+880段右侧边墙初支变形侵限处理方案会议，要求DK82+850~+880变形段采用临时仰拱加固处理并完成DK82+880~+910段衬砌浇筑后，进行DK82+850~+880变形段的换拱施工，完成后及时施作仰拱和衬砌，消除安全隐患，方可恢复掌子面开挖施工。施工纵断面见图2。

图2 我部于9月17日~19日对DK82+850~+880变形段进行了临时仰拱加固，同时加强变形段监控量测，初支变形已趋于稳定。变形段临时仰拱拱架采用I18工字钢制作，共两个单元，中间位置通过螺栓将连接钢板连接，两侧与初支下台阶钢架拱脚焊接牢固，拱架纵向间距1.0m，通过φ22螺纹钢筋连接，连接筋呈“八”字型，中对中1.0m，拱架安装完成后浇筑厚25cm的C20混凝土。临时仰拱施工见图3、图4。 图3 图4 DK82+850~+880段临时仰拱施工平面图（单位：cm） 待DK82+850~+880段临时仰拱加固稳定后，我部按照会议纪要精神，积极组织人员施工DK82+880~+910段仰拱，于2015年9月22日至9月30施工完成，但在仰拱施工过程中，发现DK880~+913段初支又出现不同程度的变形，造成侵限问题。 2015年10月10日杭黄公司再次组织有关专家及参建各方查看了现场并在我分部召开了常安隧道DK82+850~+913段初支变形侵限处理方案会议，会议决定停止掌子面施工，对DK82+850~+880变形段采用临时加固（套拱加固）后恢复掌子面施工，隧道贯通后再处理初支侵限问题。

3 套拱施工方案 鉴于DK82+850~+880段初期支护已侵入二衬5cm~35cm,而该段隧道Ⅳ级围岩二衬厚度为40cm，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。但此段换拱施工工期较长，严重影响业主要求工期节点，根据10月10日会议纪要精神，要求在此段增

加临时套拱进行加固，完成后恢复掌子面施工，隧道贯通后再处理侵限问题。 DK82+850~+880段临时加固方案：在现有初支上增设钢拱架，喷射混凝土，形成封闭拱圈进行加固，钢拱架采用I18型钢，每隔3m设置3m拱圈（4榀钢架）。设置钢拱架既能起到临时加固，

又有利于后期的换工施工。

3.1 施工准备

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中铁四局杭黄铁路站前Ⅳ标 常安隧道初支变形段套拱施工方案 3.1.1 成立该隧道套拱施工领导小组

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套拱方案，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套拱方案并组织落实，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。 工程部职责：具体组织实施套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。

安质部职责：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。 其他部门：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，严格按照套拱施工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。 套拱施工管理体系组织机构见图3-1。 图3-1 套拱施工质量管理体系组织机构图 3.1.2 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。 安全管理组织机构如图3-2所示。 图3-2 安全管理组织机构框图

3.1.3 机械设备

利用该隧道现有设备提前加工台架、马凳、钢拱架、钢筋网、系统锚杆，按照设计及方案要求

加工锁脚钢管；配备压浆机、电焊机等。

3.2 建立监控量测系统 3.2.1 量测程序

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中铁四局杭黄铁路站前Ⅳ标 常安隧道初支变形段套拱施工方案 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3-3。

图3-3 监控量测流程图

3.2.2 测点布置

在常安隧道套拱施工过程中，监控量测严格进行拱顶下沉量测、水平净空收敛量测两项量测，

测点布置见图3-4。 图3-4 监控量测测点布置图 3.2.3 布点观测 施工前，在洞内该段初期支护背后围岩上布置监控量测点，拱顶下沉观测点及净空收敛观测点按每5米一个断面进行布设，以观测围岩及初期支护结构的变化。周边收敛、拱顶下沉各项目测点尽量集中断面布设，以便量测成果分析。 拱顶下沉观测点，在隧道变形段初期支护上每5米设置一个点，套拱施工完的初期支护上每5米设置一个点，并且在套拱施工完6小时内进行第一次观测，仪器采用高精度全站仪，观测频率为每12小时一次，直至变形稳定为止。 净空收敛观测点，在拱顶下沉观测点同一断面设置，仪器采用高精度全站仪，观测频率同拱顶下沉观测。 3.2.4 量测整理及分析 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析。

3.2.5 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，对增加的套拱同样要加强观测，量测人员应

及时对测量结果进行分析。

②套拱安装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

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中铁四局杭黄铁路站前Ⅳ标 常安隧道初支变形段套拱施工方案 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、套拱施工各工序作业持续时间加大测量频率。

3.3 套拱施工

套拱施工前先对拱部及边墙围岩进行加固处理，拱部及边墙均采用3.5m长的φ42小导管径向支护并注水泥浆液，小导管呈梅花型布置，间距1.0m×1.0m，水泥浆水灰比为1：1，注浆压力为

0.5~1.0MPa。

DK82+850~+880变形段初期支护已施作临时仰拱封闭成环，根据现场监控量测数据显示，此段初支变形趋于稳定，为防止后续施工对该段造成扰动，在此段增加临时套拱进行再次加固，保证后续施工安全。 根据10月10日会议纪要要求，DK82+850~+880变形段长度为30m，共计增加5环临时套拱，套拱采用I18型钢钢架连接成环，每隔3m设置3m套拱（4榀钢架，钢架间通过φ22螺纹钢筋进行连接成一个整体），上中下台阶初期支护喷射厚25cmC25混凝土，仰拱采用厚30cm，C20混凝土浇筑。 套拱钢架间距1.0m，钢架落底至临时仰拱顶面，并支垫密实。钢架利用4.5m长φ50锁脚钢管定位，锁脚锚管施工和U型筋的焊接一定要在现场施领工员的盯控下完成，并且要留有验收人签字的验收记录。利用台架安装套拱拱架，安装尺寸和锁脚锚管的施做如图3-5所示，相关标准按设计图纸施做。 图3-5 套拱拱架安装横断面示意图 图3-6 套拱拱架安装纵断面示意图 首先将需要安装套拱的位置进行锚杆孔的测量放样，进行锚杆钻孔及安装施工，以便在安装套拱时固定拱架，锚杆按照Ⅳb型复合式衬砌进行施工。套拱拱架分单元进行安装，安装从拱顶向台阶底部进行，拱架与台架之间支撑连接牢固，每安装一个单元固定一个单元，相邻单元之间用连接钢板螺栓连接，最后形成一个整体。相邻两榀钢架及时用φ22螺纹钢筋焊接，钢筋中对中距离为1.0m（呈“八”字形焊接），形成整体。钢架加固完成后及时施做锁脚钢管，最后将钢架与初支间的间隙用喷射混凝土回填密实。每环套拱钢架上设监控量测点，施工时对钢架变形和位移进行量测监控。为保证施做的套拱拱架与变形段的Ⅳa初支面密贴，调整临时拱架连接钢板尺寸，连接钢板

尺寸如图3-7。

图3-7 临时钢架连接钢板尺寸

5 安全保证措施

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中铁四局杭黄铁路站前Ⅳ标 常安隧道初支变形段套拱施工方案 5.1 台架加固

对台架进行加固，在台架推到作业位置后，首先将台架底部与下方已完成的临时仰拱固定，防止在安装套拱拱架时台架受压力过大发生危险。措施为用工字钢加工四个横撑，与台架两侧纵梁焊

接牢固，并使用钢筋将纵梁下锚到临时仰拱混凝土面上，锚固深度为不小于20cm。

5.2 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，在挂布台架的前后

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，保证套拱施工的安全和质量。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。

5.3 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，如有松动的初支裂块，立即加以支护或清除。 5.4 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、安全标示以及保证工地有应急车辆等。 5.5 其他安全措施 （1）实行领导包保制度，实行定期值班制度，确保在套拱施工期间项目部至少有一名领导在现场值班，确保施工进度和安全。

（2）增配一名有隧道施工经验的管理人员全程管理套拱施工作业。

（2）启动应急保障预案，在隧道设置专人负责安全监控。套拱施工应急预案见附件。 （3）施工前，就套拱施工注意事项、风险源、风险因素及劳动纪律进行再交底，提高各级人

员的质量安全意识。

6 附件

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中铁四局杭黄铁路站前Ⅳ标 常安隧道初支变形段套拱施工方案 6.1 会议纪要 6.2 应急预案

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