鐵路隧道出口穿越F12號斷層施工方案

1、向莆鐵路青云山隧道出口穿越f12號斷層施工方案 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)施工圖紙對該斷層設(shè)計情況，f12斷層屬強富水地段，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，隧道通過含水體長度b=88m，斷層破碎帶寬度48m，兩側(cè)影響帶各20m，硅化較強，斷層沿走向延伸長度約850m。根據(jù)向莆鐵路股份有限公司（第三指揮部）會議紀要（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、表序號里程長度圍巖級別襯砌類型超前支護措施注漿措施開挖方案1dk512+980dk512+97020b25中空超前錨桿3m徑向注漿臺階法2dk512+970dk512+92050b超前小導管3m徑向注漿短臺階法3dk512+920dk512+90020b25中空超前錨桿3m徑向注漿臺階法4ydk512+952ydk512+93220b25中空超前錨桿3m徑向注漿臺階法5ydk513+000ydk512+95248b超前小導管3m徑向注漿短臺階法6ydk513+020ydk513+00020b25中空超前錨桿3m徑向注漿臺階法1.2 超前地質(zhì)預報情況根據(jù)施工組織設(shè)計要求，在隧道進入斷層影響帶以前

3、，在采用常規(guī)的預報工作以外，還采用了tsp203進行探測，其具體預報結(jié)果如表2和表3所示。表 2 青云山隧道左線超前地質(zhì)預報分析表序號里 程長度（m）探 測 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，弱風化，巖體較完整2dk513+039dk512+99346圍巖情況差，強度低。通過分析數(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，弱風化，巖體較完整，裂隙發(fā)育。4dk512+976 dk512+94531由于動

4、態(tài)楊氏模量、密度、橫縱波速、泊松比波動大變化快，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，弱風化，巖體較完整表 3 青云山隧道右線超前地質(zhì)預報分析表序號里 程長度（m）探 測 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，弱風化，巖體較完整，裂隙發(fā)育。4dk513+038 dk513+02414由于動態(tài)楊氏模量、密

6、度、橫縱波速波動不大變化降低，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，弱風化，巖體較完整，裂隙發(fā)育。2 斷層施工方案2.1 開挖支護施工方案 隧道斷層地帶設(shè)計為級圍巖支護，其影響帶設(shè)計為級圍巖支護，針對這樣的軟巖或破碎結(jié)構(gòu)，全部采用上下臺階法開挖，并要求為短臺階形式，施作格柵、鋼拱架、超前錨桿、超前小導管注漿、錨噴等聯(lián)合支護和及時支護技術(shù)，遵循“短開挖、弱爆破、快支護、勤量測、緊襯砌、早成環(huán)”的原則，在爆破施工中采用減輕地震動爆破技術(shù)，盡量減少對圍巖的擾動，用圍巖量測手段，監(jiān)控圍巖變形，確保支護結(jié)構(gòu)、襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。施工過程中加強監(jiān)控量測工作，并根據(jù)變形大小及實際情況采取如下措施：短開挖、強支護，環(huán)封閉。加強初期支護，采用網(wǎng)噴、加長錨桿、注漿、鋼

8、拱架相結(jié)合，加固圍巖。加大預留變形量，允許初期支護后有較大變形，以確保二次襯砌的凈空要求。加強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體系的下沉和收斂。按照設(shè)計要求加強復合襯砌的支護參數(shù)。2.2 涌水地段的施工根據(jù)設(shè)計圖紙及超前地質(zhì)預報的分析結(jié)果，斷層地帶均有可能出現(xiàn)涌水，可能給隧道施工帶來較大的危害。隧道施工對地下水采取“以堵為主，堵排結(jié)合，限量排放”的原則進行。實施以圍巖預注漿固結(jié)圈、防排水網(wǎng)絡(luò)及復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，同時做好應(yīng)急準備，根據(jù)設(shè)計圖中關(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)帶來危害。同時配合tsp探測情況，采用超前水平探孔和地質(zhì)雷達等綜合物探手段預測預報，判明水源補給、涌水量和突出水壓等情況，有針對性地采取徑向注漿、超前注漿或管道引排等方案。超前水平探孔采用管棚鉆機進行鉆孔，每一循環(huán)三個探孔，鉆孔深度定為30m，這樣即可以探明前方圍巖滲水情況，同時也起到提前釋放前方也隙水壓的作用，減小隧道在開挖過程中突然涌水的可能性。根據(jù)水源補給、涌水量和突出水壓等預測預報情況，分別采取徑向注漿、超前注漿等方法，封堵水源，減少補給水量，降低水壓。在斷層地段采用上

10、下臺階法開挖，并輔之以超前小導管預注漿止水穿越涌水段，開挖過后再進行徑向注漿堵水。按順序分部開挖隧道斷面，施作支護。支護系統(tǒng)錨桿由厚壁小導管代替，施作支護時，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導致掉碴掉塊現(xiàn)象，甚至可能造成坍方，而且易使隧道周圍巖體產(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)超前預報作出判斷，根據(jù)涌水量的大小，裂隙和孔洞的寬度，提前采用超前小導管預注漿進行封堵

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，然后噴射混凝土進行回填密實。堵口后，沿開挖面周邊設(shè)超前鋼管支護，采用直徑40mm、50mm或80mm長68m的無縫鋼管。必要時兩層、三層重疊，形成“套管”以增大抵抗松散地層壓力的能力。同時在此斷面附近設(shè)置監(jiān)控量測點，監(jiān)控量測圍巖收斂變形情況。對于水量豐富的地層，必須準確預報工作面前方2025m范圍的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，以便為進一步制定施工方案和確定注漿參數(shù)提供依據(jù)。強化對涌水災害隱患的測報工作。各級各部門要加強隱患區(qū)的動態(tài)監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)異常及時上報,同時要做好原因分析,提出防治建議和措施。

12、提早應(yīng)對,做好防范工作。提前準備好施工機械，各種物資材料、應(yīng)急逃生器材，提前做好安全場所的建造。提前組織一定的人員進行培訓，針對可能出現(xiàn)的掉碴掉塊乃至塌方等應(yīng)急預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)生災害,工人退到安全地帶，并通過洞內(nèi)警報設(shè)施第一時間與洞外取得聯(lián)系，然后與項目部聯(lián)系，通知項目經(jīng)理和總工，并認真組織實施，將危害降到最低。2.3 徑向注漿施工措施針對該斷層地段，設(shè)計采用3m徑向注漿進行圍巖固結(jié)，注漿孔環(huán)向間距1.8m，縱向間距2.6m，注漿擴散半徑為2m，孔口管采用50無縫鋼管（=3.5mm）長度為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)試驗室配合比設(shè)計確定，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)條件復雜，裂隙極為發(fā)育，當出現(xiàn)局部滲水較大，無法施作徑向注漿時，為了減少隧道涌水對施工安全的影響，需采用應(yīng)急止水方案，應(yīng)急止水采用水泥-水玻璃雙液注漿進行圍巖固結(jié)。2.4.1 注漿原則針對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散半徑，擴散半徑控制在3m以內(nèi)，混合漿液初凝時間控制在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-水玻璃漿液膠凝時間及漿液擴散半徑，取得良好的注漿封堵效果，根據(jù)以往注漿經(jīng)驗表明，水泥-水玻璃漿液膠凝時間可在幾秒至幾十分鐘內(nèi)準確控制，其膠凝時間與水泥品種、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間關(guān)系圖根據(jù)現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，在保證漿液可灌性和有效擴散距離前提下，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，并同時在實際施工中根據(jù)吸漿量和注漿壓力適時做以調(diào)整。在注漿過程中若出現(xiàn)注漿量過大且壓力尚未達到預期值時，可以采取在漿液中添加絮凝劑的方式減少漿液的流動性

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行，便于漿液控制，必須采用雙液注漿機進行注漿，不得采用兩臺單液注漿機替代。b 注漿壓力：采用“分級升壓法”進行注漿壓力控制，開始注漿時，不宜將壓力升至過高，而應(yīng)由低到高逐漸提高，注漿壓力一般控制出水點壓力的23倍范圍內(nèi)，根據(jù)對滲水段的水頭壓力的估計值為0.7mpa,制 漿 機儲漿桶控制閥壓力表制 漿 機儲漿桶控制閥水泥水水玻璃水壓力表雙液注漿機注漿減壓控制閥監(jiān)控量測結(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)當時注漿量進行調(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、 加強監(jiān)控量測工作，嚴格按照量測間距及量測頻率對斷層地段進行監(jiān)控量測，實時撐握圍巖變形情況，根據(jù)量測結(jié)果及時調(diào)整施工方案。3、 每項工序開始前均應(yīng)對工班進行安全交底，每班上班前領(lǐng)工員、班長均應(yīng)進行班前講話，使每位工人均能按照安全要求、技術(shù)要求進行操作。設(shè)專職安全員隨時對施工現(xiàn)場進行巡視，即時發(fā)現(xiàn)和排除安全隱患。4、 加強機械設(shè)備的管、用、養(yǎng)、修制度，確保機況正常，嚴禁開病車、開快車等違章操作，非專職人員不得動用各種機械設(shè)備；特種作業(yè)人員必須持證上崗。5、 重視個人自我防護，凡進入工地按規(guī)定佩戴安全帽。6、 所有人員上班前4小時不得飲酒，特種作業(yè)人員上班前12小