鐵路隧道出口穿越F12號(hào)斷層施工方案

1、向莆鐵路青云山隧道出口穿越f12號(hào)斷層施工方案 編 制： 審 核： 審 批： 中鐵二十三局向莆鐵路fj-10標(biāo)指揮部二oo八年十二月穿越f12斷層施工方案1 工程概況1.1 工程地質(zhì)情況根據(jù)施工圖紙對(duì)該斷層設(shè)計(jì)情況，f12斷層屬?gòu)?qiáng)富水地段，最大單位涌水量為q0=9.92m3/d.m，隧道涌水量q=873m3/d，滲透系數(shù)k=0.1357m/d，隧道通過(guò)含水體長(zhǎng)度b=88m，斷層破碎帶寬度48m，兩側(cè)影響帶各20m，硅化較強(qiáng)，斷層沿走向延伸長(zhǎng)度約850m。根據(jù)向莆鐵路股份有限公司（第三指揮部）會(huì)議紀(jì)要（006），斷層及其影響帶圍巖劃分及施工措施如表1所示。表 1 斷層及其影響帶圍巖劃分及施工措施

2、表序號(hào)里程長(zhǎng)度圍巖級(jí)別襯砌類(lèi)型超前支護(hù)措施注漿措施開(kāi)挖方案1dk512+980dk512+97020b25中空超前錨桿3m徑向注漿臺(tái)階法2dk512+970dk512+92050b超前小導(dǎo)管3m徑向注漿短臺(tái)階法3dk512+920dk512+90020b25中空超前錨桿3m徑向注漿臺(tái)階法4ydk512+952ydk512+93220b25中空超前錨桿3m徑向注漿臺(tái)階法5ydk513+000ydk512+95248b超前小導(dǎo)管3m徑向注漿短臺(tái)階法6ydk513+020ydk513+00020b25中空超前錨桿3m徑向注漿臺(tái)階法1.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)要求，在隧道進(jìn)入斷層影響帶以前

3、，在采用常規(guī)的預(yù)報(bào)工作以外，還采用了tsp203進(jìn)行探測(cè)，其具體預(yù)報(bào)結(jié)果如表2和表3所示。表 2 青云山隧道左線超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析表序號(hào)里 程長(zhǎng)度（m）探 測(cè) 結(jié) 果 推 斷1dk513+039 dk513+02415流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖。圍巖情況一般，弱風(fēng)化，巖體較完整2dk513+039dk512+99346圍巖情況差，強(qiáng)度低。通過(guò)分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)該段內(nèi)主要由p波反射決定，且此段反射界面不多。此段泊松比比前一段并沒(méi)太大變化，故圍巖整體性較好。3dk512+993 dk512+97617流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖。圍巖情況一般，弱風(fēng)化，巖體較完整，裂隙發(fā)育。4dk512+976 dk512+94531由于動(dòng)

4、態(tài)楊氏模量、密度、橫縱波速、泊松比波動(dòng)大變化快，頻率較高。推斷該段內(nèi)為f12斷層帶，切夾雜部分花崗巖，圍巖破碎，裂隙發(fā)育，含裂隙水。5dk512+945 dk512+9405屬f12斷層帶，流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖。圍巖情況一般，弱風(fēng)化，巖體較完整6dk512+940 dk512+9355由于泊松比、密度大幅度下降、縱波、橫波波速均大幅度降低，推斷該段裂隙發(fā)育、圍巖破碎。7dk512+935 dk512+9314屬f12斷層帶，流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖含部分花崗巖。圍巖情況一般，弱風(fēng)化，巖體較完整8dk512+931 dk512+90922由于泊松比、密度大幅度下降、縱波、橫波波速均大幅度降低，推斷該段裂

5、隙發(fā)育、圍巖破碎。9dk512+909 dk512+9045流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖。圍巖情況一般，弱風(fēng)化，巖體較完整表 3 青云山隧道右線超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析表序號(hào)里 程長(zhǎng)度（m）探 測(cè) 結(jié) 果 推 斷1dk513+079 dk513+05815流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖。圍巖情況一般，弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。2dk513+058 dk513+04117由于泊松比、密度下降、縱橫波波速均顯著下降，推斷該段裂隙發(fā)育，圍巖破碎。含裂隙水。3dk513+041 dk513+0383流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖。圍巖情況一般，弱風(fēng)化，巖體較完整，裂隙發(fā)育。4dk513+038 dk513+02414由于動(dòng)態(tài)楊氏模量、密

6、度、橫縱波速波動(dòng)不大變化降低，推斷裂隙發(fā)育，含裂隙水。且含有7-9條裂隙。5dk513+024 dk513+0159流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖。圍巖情況一般，弱風(fēng)化，巖體較完整6dk513+015 dk513+00015由于泊松比、密度下降、縱波、橫波波速均降低，推斷該段裂隙較發(fā)育，圍巖破碎。7dk513+000dk512+99010由于泊松比、密度大幅度下降、縱波、橫波波速均大幅度降低，推斷該段裂隙發(fā)育、圍巖破碎。8dk512+990 dk512+9819由于泊松比、密度下降、縱橫波波速均顯著下降，推斷該段裂隙發(fā)育，圍巖極為破碎。含裂隙水。9dk512+981 dk512+97110流紋質(zhì)晶屑凝灰熔

7、巖。圍巖情況一般，弱風(fēng)化，巖體較完整，裂隙發(fā)育。2 斷層施工方案2.1 開(kāi)挖支護(hù)施工方案 隧道斷層地帶設(shè)計(jì)為級(jí)圍巖支護(hù)，其影響帶設(shè)計(jì)為級(jí)圍巖支護(hù)，針對(duì)這樣的軟巖或破碎結(jié)構(gòu)，全部采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖，并要求為短臺(tái)階形式，施作格柵、鋼拱架、超前錨桿、超前小導(dǎo)管注漿、錨噴等聯(lián)合支護(hù)和及時(shí)支護(hù)技術(shù)，遵循“短開(kāi)挖、弱爆破、快支護(hù)、勤量測(cè)、緊襯砌、早成環(huán)”的原則，在爆破施工中采用減輕地震動(dòng)爆破技術(shù)，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，用圍巖量測(cè)手段，監(jiān)控圍巖變形，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)、襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。施工過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，并根據(jù)變形大小及實(shí)際情況采取如下措施：短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)，環(huán)封閉。加強(qiáng)初期支護(hù)，采用網(wǎng)噴、加長(zhǎng)錨桿、注漿、鋼

8、拱架相結(jié)合，加固圍巖。加大預(yù)留變形量，允許初期支護(hù)后有較大變形，以確保二次襯砌的凈空要求。加強(qiáng)型鋼鋼架或格柵鋼架的底部加固和鎖腳錨桿的施作，盡量減少鋼拱架支護(hù)體系的下沉和收斂。按照設(shè)計(jì)要求加強(qiáng)復(fù)合襯砌的支護(hù)參數(shù)。2.2 涌水地段的施工根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的分析結(jié)果，斷層地帶均有可能出現(xiàn)涌水，可能給隧道施工帶來(lái)較大的危害。隧道施工對(duì)地下水采取“以堵為主，堵排結(jié)合，限量排放”的原則進(jìn)行。實(shí)施以圍巖預(yù)注漿固結(jié)圈、防排水網(wǎng)絡(luò)及復(fù)合式襯砌形成防水結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)涌水量的大小，提前封堵和疏排，同時(shí)做好應(yīng)急準(zhǔn)備，根據(jù)設(shè)計(jì)圖中關(guān)于可能出現(xiàn)的最大涌水量，另外考慮兩倍的富余系數(shù)，出口左右線均配備一臺(tái)抽水量不小

9、于200m3/h的抽水設(shè)備，一旦發(fā)生涌水，能夠迅速排出，以防大量地下水涌入洞內(nèi)，給隧道施工(尤其是仰拱尚未施工的地段)帶來(lái)危害。同時(shí)配合tsp探測(cè)情況，采用超前水平探孔和地質(zhì)雷達(dá)等綜合物探手段預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，判明水源補(bǔ)給、涌水量和突出水壓等情況，有針對(duì)性地采取徑向注漿、超前注漿或管道引排等方案。超前水平探孔采用管棚鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，每一循環(huán)三個(gè)探孔，鉆孔深度定為30m，這樣即可以探明前方圍巖滲水情況，同時(shí)也起到提前釋放前方也隙水壓的作用，減小隧道在開(kāi)挖過(guò)程中突然涌水的可能性。根據(jù)水源補(bǔ)給、涌水量和突出水壓等預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)情況，分別采取徑向注漿、超前注漿等方法，封堵水源，減少補(bǔ)給水量，降低水壓。在斷層地段采用上

10、下臺(tái)階法開(kāi)挖，并輔之以超前小導(dǎo)管預(yù)注漿止水穿越涌水段，開(kāi)挖過(guò)后再進(jìn)行徑向注漿堵水。按順序分部開(kāi)挖隧道斷面，施作支護(hù)。支護(hù)系統(tǒng)錨桿由厚壁小導(dǎo)管代替，施作支護(hù)時(shí)，根據(jù)滲漏水的情況，在各滲漏水處鉆眼引水，設(shè)置彈簧排水管。在大面積淋水或水流量仍很大的情況下，設(shè)置多層彈簧排水管，通過(guò)彈簧排水管將水引入墻腳縱向排水管，引入附近的集水坑抽排至洞外。2.3 裂隙、孔洞發(fā)育地段施工涌水在較厚斷層或裂隙充填物中往往會(huì)導(dǎo)致掉碴掉塊現(xiàn)象，甚至可能造成坍方，而且易使隧道周?chē)鷰r體產(chǎn)生空隙以致大體積的空洞，危害更大。施工中，首先要依靠地質(zhì)超前預(yù)報(bào)作出判斷，根據(jù)涌水量的大小，裂隙和孔洞的寬度，提前采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿進(jìn)行封堵

11、，以加固地層并止水。一旦發(fā)生裂隙充填物掉碴掉塊現(xiàn)象，必須盡快將口堵住。堵塞的材料以鋼筋、鋼管和型鋼為骨架，然后噴射混凝土進(jìn)行回填密實(shí)。堵口后，沿開(kāi)挖面周邊設(shè)超前鋼管支護(hù)，采用直徑40mm、50mm或80mm長(zhǎng)68m的無(wú)縫鋼管。必要時(shí)兩層、三層重疊，形成“套管”以增大抵抗松散地層壓力的能力。同時(shí)在此斷面附近設(shè)置監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，監(jiān)控量測(cè)圍巖收斂變形情況。對(duì)于水量豐富的地層，必須準(zhǔn)確預(yù)報(bào)工作面前方2025m范圍的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，以便為進(jìn)一步制定施工方案和確定注漿參數(shù)提供依據(jù)。強(qiáng)化對(duì)涌水災(zāi)害隱患的測(cè)報(bào)工作。各級(jí)各部門(mén)要加強(qiáng)隱患區(qū)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)上報(bào),同時(shí)要做好原因分析,提出防治建議和措施。

12、提早應(yīng)對(duì),做好防范工作。提前準(zhǔn)備好施工機(jī)械，各種物資材料、應(yīng)急逃生器材，提前做好安全場(chǎng)所的建造。提前組織一定的人員進(jìn)行培訓(xùn)，針對(duì)可能出現(xiàn)的掉碴掉塊乃至塌方等應(yīng)急預(yù)案必須提前作好演練工作，做到早發(fā)現(xiàn)早處理，防范于未然。一旦發(fā)生災(zāi)害,工人退到安全地帶，并通過(guò)洞內(nèi)警報(bào)設(shè)施第一時(shí)間與洞外取得聯(lián)系，然后與項(xiàng)目部聯(lián)系，通知項(xiàng)目經(jīng)理和總工，并認(rèn)真組織實(shí)施，將危害降到最低。2.3 徑向注漿施工措施針對(duì)該斷層地段，設(shè)計(jì)采用3m徑向注漿進(jìn)行圍巖固結(jié)，注漿孔環(huán)向間距1.8m，縱向間距2.6m，注漿擴(kuò)散半徑為2m，孔口管采用50無(wú)縫鋼管（=3.5mm）長(zhǎng)度為1m，孔口采用閘閥作為止?jié){措施，注漿漿液采用水泥漿液，漿液水

13、灰比根據(jù)試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)確定，注漿壓力為0.51.0mpa。徑向注漿布置如圖1所示。圖 1 徑向注漿布置圖2.4 應(yīng)急止水措施由于該段圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜，裂隙極為發(fā)育，當(dāng)出現(xiàn)局部滲水較大，無(wú)法施作徑向注漿時(shí)，為了減少隧道涌水對(duì)施工安全的影響，需采用應(yīng)急止水方案，應(yīng)急止水采用水泥-水玻璃雙液注漿進(jìn)行圍巖固結(jié)。2.4.1 注漿原則針對(duì)漏水影響段的滲漏水情況，并結(jié)合節(jié)理裂隙發(fā)育情況，合理選擇漿液配比，以確保灌入漿液有效的擴(kuò)散半徑，擴(kuò)散半徑控制在3m以內(nèi)，混合漿液初凝時(shí)間控制在2min以內(nèi)。注漿孔位布置應(yīng)遵循“分段，分批，逐步加密”的原則，針對(duì)不同的滲漏情況布設(shè)中深、淺孔，中深孔排水降壓，淺孔注漿；注漿

14、時(shí)應(yīng)遵循“先外后內(nèi)、先稀后濃”的原則，即施工先從影響區(qū)邊緣向中心逐段逼近，灌注漿液濃度應(yīng)由稀逐漸變濃。2.4.2 注漿材料及配比參數(shù)注漿材料：選擇水泥-水玻璃雙液，水泥：選用42.5的普通硅酸鹽水泥；水玻璃：選用濃度be=3040，模數(shù)m=2.83.1的水玻璃原液。配比參數(shù)：為控制水泥-水玻璃漿液膠凝時(shí)間及漿液擴(kuò)散半徑，取得良好的注漿封堵效果，根據(jù)以往注漿經(jīng)驗(yàn)表明，水泥-水玻璃漿液膠凝時(shí)間可在幾秒至幾十分鐘內(nèi)準(zhǔn)確控制，其膠凝時(shí)間與水泥品種、水泥漿水灰比、水玻璃溶液濃度、水玻璃溶液與水泥漿的體積比等因素有關(guān)，如表4和圖2所示。表4 水泥-水玻璃漿液不同條件下的膠凝時(shí)間（m=3.0）水玻璃濃度(水

15、泥漿：水玻璃)be,=30be,=35be,=40w:c(重量比)1：0.527”29”34”0.6：11：1.050”56”107”1：0.531”37”42”0.8：11：1.056”112”132”1：0.550”47”52”1.0：11：1.0112”126”152”圖 2 水泥漿與水玻璃漿液不同體積比的膠凝時(shí)間關(guān)系圖根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在保證漿液可灌性和有效擴(kuò)散距離前提下，應(yīng)根據(jù)滲漏水情況、節(jié)理裂隙發(fā)育情況合理選用漿液配比，并同時(shí)在實(shí)際施工中根據(jù)吸漿量和注漿壓力適時(shí)做以調(diào)整。在注漿過(guò)程中若出現(xiàn)注漿量過(guò)大且壓力尚未達(dá)到預(yù)期值時(shí)，可以采取在漿液中添加絮凝劑的方式減少漿液的流動(dòng)性

16、，并可以盡可能縮小注漿范圍。2.4.3 注漿工藝a 作業(yè)方式：注漿方式采用全孔一次性壓入或間歇式壓入進(jìn)行，便于漿液控制，必須采用雙液注漿機(jī)進(jìn)行注漿，不得采用兩臺(tái)單液注漿機(jī)替代。b 注漿壓力：采用“分級(jí)升壓法”進(jìn)行注漿壓力控制，開(kāi)始注漿時(shí)，不宜將壓力升至過(guò)高，而應(yīng)由低到高逐漸提高，注漿壓力一般控制出水點(diǎn)壓力的23倍范圍內(nèi)，根據(jù)對(duì)滲水段的水頭壓力的估計(jì)值為0.7mpa,制 漿 機(jī)儲(chǔ)漿桶控制閥壓力表制 漿 機(jī)儲(chǔ)漿桶控制閥水泥水水玻璃水壓力表雙液注漿機(jī)注漿減壓控制閥監(jiān)控量測(cè)結(jié)束因此，注漿壓力可取1.52.0 mpa范圍內(nèi)，其具體值還應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)注漿量進(jìn)行調(diào)整。注漿施工工藝如圖3所示。圖3 雙液注漿工藝流

17、程圖3 安全保證措施1、 把安全生產(chǎn)放在首位，加大組織力度，從行政組織上加以重視。2、 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，嚴(yán)格按照量測(cè)間距及量測(cè)頻率對(duì)斷層地段進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，實(shí)時(shí)撐握圍巖變形情況，根據(jù)量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工方案。3、 每項(xiàng)工序開(kāi)始前均應(yīng)對(duì)工班進(jìn)行安全交底，每班上班前領(lǐng)工員、班長(zhǎng)均應(yīng)進(jìn)行班前講話，使每位工人均能按照安全要求、技術(shù)要求進(jìn)行操作。設(shè)專(zhuān)職安全員隨時(shí)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡視，即時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除安全隱患。4、 加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的管、用、養(yǎng)、修制度，確保機(jī)況正常，嚴(yán)禁開(kāi)病車(chē)、開(kāi)快車(chē)等違章操作，非專(zhuān)職人員不得動(dòng)用各種機(jī)械設(shè)備；特種作業(yè)人員必須持證上崗。5、 重視個(gè)人自我防護(hù)，凡進(jìn)入工地按規(guī)定佩戴安全帽。6、 所有人員上班前4小時(shí)不得飲酒，特種作業(yè)人員上班前12小