隧道断层破碎带施工方案设计.docx
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隧道断层破碎带施工方案设计
富阳市公园路向东延伸(大桥路-高尔夫路)工程
第一标段
东洲新城隧道高水压断裂破碎带施工方案
编制:
复核:
审核:
中铁一局集团有限公司公园路向东延伸工程项目经理部
二O一五年九月
东洲新城隧道高水压断裂破碎带施工方案
一、工程概况
东洲新城隧道0+705~1+600左右线单洞合计1790m,设计为双洞机动车双向六车道,两隧进口端间距为11.75m,为小净距隧道。
隧道开挖断面Ⅲ级围岩117㎡、Ⅳ级围岩130~136㎡、Ⅴ级围岩140~143㎡,线路设计标准:
二级城市隧道,双向六车道;设计时速50km/h;暗挖隧道建筑限界三车道段单洞净宽13.5m,车道限高4.5m,检修道净空2.5m。
二、工程地质
隧道岩性主要为中风化、微风化花岗闪长岩和石英砂岩,洞口有粘土夹碎石覆盖层。
洞身穿越地质Ⅲ级围岩790m,占总长44.2%;Ⅳ级围岩290m,占总长16.2%;Ⅴ级围岩690m,占总长38.5%;明洞20m,占总长1.1%。
并穿越F1、F2等不良地质断裂带,F1破碎带位置在左线里程为K0+925~K0+965段,长约40m;在右线里程为K0+974~K1+025段,长约51m。
F2破碎带位置在左线里程为K1+300~K1+350段,长约50m,右线里程为K1+330~K1+390段,长约60m。
根据设计地质,F1断层破碎带主要已充填粘土为主,其余为灰岩、白云质灰岩成分的断层角砾,碎裂岩。
受F1断层的影响,岩体较破碎,呈碎石状压碎结构,围岩稳定性较差,拱顶易坍塌、侧壁不稳,处理不当会造成大的坍塌,隧道出水形式为线状、淋雨状、涌水,流量约400~700m3/d,多雨季节流量约800~1600m3/d。
F2断层破碎带岩性主要为岩溶角砾岩,灰岩、白云质灰岩成分的碎裂岩,受F2断层及大裂缝影响,岩体破碎~较破碎,围岩稳定性较差,破碎带内水量相对集中,开挖时可能会有渗水状、线状、小股状出水,局部淋雨状,核部破碎带可能出现较大的涌流、涌泥及坍塌现象,处理不当会造成大的坍塌,流量约400~700m3/d,多雨季节流量约800~1600m3/d。
三、断层破碎带施工方案
由于断层破碎带地存在涌水、涌泥及发生大规模隧道坍塌的危险,为确保施工过程中不发生安全事故,顺利通过断层破碎带,有效降低施工阶段发生地质灾害所引发的风险,特制定以下施工方案。
首先采用综合超前地质预报系统(主要采用TSP203及地质雷达)进行超前地质预测预报,结合地质勘测资料和地质素描对前方地质进行综合判断,
根据判断结果确定是否注浆和采取哪种注浆方案,以及后续开挖过程中采取什么样的辅助措施,开挖过程中加强对开挖后的地段进行监控量测,根据量测结果指导后续施工。
3.1超前地质预报
主要采用TSP203超前地质预报技术对前方围岩地质进行地质探测,根据TSP203超前地质预报结果和地勘资料进行对前方100米范围内围岩情况进行判段,在现场施工条件未能达到TSP203超前地质预报的施工条件时,则先采用地质雷达对前方25米范围内围岩地质进行探测,然后根据以上几种探测手段所探测的结果对前方围岩进行综合判定。
3.2注浆堵水加固
施工过程中遇大量涌、突水情况时,应结合超前地质预报报告、地质素描资料综合分析,查明掌子面前方地下水分布状况及水量情况后,采取以“防、排、堵、引相结合”的施工措施,根据不同的情况,分别采用全断面帷幕注浆、全断面周边注浆、局部断面注浆等注浆方式,将地下水尽可能封堵在围岩内,集中排放,通过隧道二次衬砌防排水系统排出洞外,以确保施工及结构的安全。
3.2.1全断面帷幕注浆堵水
当隧道穿越的厚度较大(不小于30m)的软塑状断层破碎带、大型溶洞软塑状充填体,2/3探水孔出水,总水量大于10m3/h时,采用全断面帷幕注浆堵水。
注浆范围为开挖轮廓线外6m,注浆段长度按31米设计,分三环实施,第一环22个注浆孔,孔深15m,第二环22个注浆孔,孔深22m,第三环61个注浆孔,孔深31m,全断面共布设105个注浆孔。
3.2.2全断面周边预注浆堵水
当隧道通过岩溶地层及非岩溶地层界面、厚度较小(小于30m)的断层破碎带、溶蚀裂隙,任一探水孔流量>2m3/h,总水量小于10m3/h时,采用全断面周边注浆堵水。
注浆范围为开挖轮廓线外6m,注浆段长度一般按31米设计,分三环实施,第一环22个注浆孔,孔深15m,第二环22个注浆孔,孔深22m,第三环50个注浆孔,孔深31m,全断面共布设94个孔。
3.2.3局部断面预注浆堵水
当隧道通过灰岩地区,断面内局部发生涌、突水时,采用局部断面注浆堵水。
注浆范围为开挖轮廓线外6m,注浆段长度一般按31米设计,分三环实施,第一环10个注浆孔,孔深15m,第二环10个注浆孔,孔深22m,第三环14个注浆孔,孔深31m,全断面共布设34个孔。
3.2.4局部断面排水
当隧道开挖掌子面只有1~2处涌突水,且流量不大时,应采取排水为主的施工措施。
采用80㎜钻头成孔,孔深30m,先把涌水暂时排出,后与二次衬砌防排水系统相结合,排出洞外。
3.2.5预注浆参数
一个注浆段完成后留10m不开挖,作为下一阶段的止浆岩盘。
注浆孔自掌子面沿开挖方向,以隧道中轴为中心呈伞状布置,注浆孔前段暗设φ76×4㎜套管,采用80㎜钻头成孔,后续注浆段采用60㎜钻头成孔。
注浆孔孔底间距不大于3m,浆液扩散半径为2m,注浆压力为静水压力(2.5~4)倍,注浆材料采用水泥、水玻璃双液浆,浆液浓度应根据地质及水文条件进行调整。
初拟为:
C:
S(体积比)=1:
(0.6~1.0),水泥浆水灰比0.8:
1~1:
1,水玻璃浓度模术2.6~2.8,水玻璃浓度为35Be。
注浆压力初拟1.7~2.6Mpa。
注浆前在止浆墙内埋Φ80㎜无缝钢管为孔口管,孔口管长3m,孔口外露20~30cm。
3.2.6预注浆结束标准
单孔注浆压力达到设计终压并继续注浆10min以上,可结束本孔注浆,单孔注浆量与设计注浆量基本相同,结束时的进浆量在20L/min以下时可结束本孔注浆。
3.2.7堵水注浆效果检查
一个注浆段的全部注浆孔注浆完成后,在主要出水点附近设置至少5个检查孔,测孔内涌水量,一般每孔每延米涌水量大于0.15L/min或局部孔涌水量大于3L/min的应追加钻孔注浆,再次压注直到达到设计要求为止。
3.2.8东洲新城隧道全断面(帷幕)超前注浆图
现场施工图
3.3隧道开挖支护及二衬施工
隧道开挖施工时严格按照“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”的原则进行组织施工,开挖初支施工完毕后,加强仰拱距掌子面、二衬距掌子面的步距控制,及时施做仰拱和二衬施工,合理安排二次衬砌尽快封闭成环,确保现场施工安全。
3.3.1开挖支护参数
双层注浆小导管超前支护,小导管直径Φ42mm,单根长4.5m、环向间距0.4m,纵向间距3m。
循环进尺控制在1m以内,爆破时采用微弱爆破,C25喷射砼26cm;I20a工字钢钢拱,间距0.75m;Φ25中空注浆锚杆间距75×75㎝,单根长4.5m;双层Φ8钢筋网,间距20cm×20cm。
3.3.2监控量测
开挖过程中严格实施监控量测工作,针对监控量测数据及时分析,以真实有效的监控量测数据为指导,根据监控量测结果变化突变时,及时调整现场施工参数。
四、质量保证措施
⑴应严格按照设计参数进行钻孔。
钻孔孔位及角度偏差符合相关规范规定,若现场钻孔孔位因为客观条件限制不能满足设计要求,应进行移位并进行计算确定参数,必要时应进行补孔。
⑵注浆材料应满足设计要求,严禁使用过期结块的水泥,必要时进行检验。
⑶浆液配比应符合设计要求,配浆时最大误差为:
水泥、水玻璃、水±5%,外加剂±1%。
⑷浆液搅拌应均匀,一般水泥浆搅拌时间为3~5分钟,但不得超过30分钟。
未搅拌均匀或沉淀的浆液严禁使用。
⑸注浆过程中,时刻注意泵压和流量的变化,若吸浆量很大或压力突然下降,注浆压力长时间不上升,应查明原因,如工作面漏浆,可采取封堵措施。
如跑浆可通过调换浆液、调整浆液配比,缩短浆液凝胶时间,进行大泵量、低压力注浆,必要时采用间歇注浆,以达到控域注浆目的。
⑹注浆过程中压力突然升高,应及时查找原因,进行处理,确因浆液凝胶时间过短,则应停水玻璃泵,只注水泥浆,待泵压恢复正常后再进行双液注浆。
⑺一台泵发生故障时,应立即换上备用泵继续注浆。
⑻注浆过程中,应保持注浆管路畅通,防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断。
⑼双液浆注浆结束后或注浆确实需要停较长的时间时,则先停水玻璃泵,后停水泥浆泵,并用清水清洗管路,以防堵管。
⑽严格进行注浆效果检查评定,符合要求时才能结束注浆作业。
当未达到注浆结束标准时,应进行补孔注浆。
五、安全保证措施
⑴注浆期间溶洞段至少设两个量测断面,严格按隧道施工规范加强量测,并加强掌子面周围初支和衬砌的观察。
⑵注浆管路及连接件必须采用耐高压装置,当压力上升时,要防止管路连接部位爆裂伤人。
⑶孔口管、止浆塞要安装固结牢固,施工期间严禁人员站在其冲出方向前方,以防止孔口管、止浆塞冲出伤人。
⑷注意机械使用、保养、维修,注意用电安全,经常进行检查杜绝漏电,并派专人操作和维修,非机电修理人员不得随意拆卸设备。
⑸钻孔过程中时刻观察前方地层变化,当遇到高压水粉细砂层砂子前应做好防范措施,必要时孔口安装防突装置,以防止高压水及钻杆冲出伤人。
⑹台阶上施工时应设防护围栏,防止人员高空坠落。
⑺需高空作业时,应搭设稳固安全的脚手架和施工平台,防止机翻人伤事故发生。
⑻准备好抢险材料,做好抢险准备工作,当开挖施工中当出现流水、流砂时应立即进行封堵作业,以防止施工中大量涌水形成危害,对涌出的泥砂应及时进行清理。
⑼若遇大的涌水涌砂灾害时,应及时撤出人员和设备。
⑽注浆后隧道开挖应按“三快一抢”(快挖、快支、快封闭和抢时间)的原则进行,确保隧道施工安全。