隧道断层段开挖及处治方案.docx

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隧道断层段开挖及处治方案

隧道断层、浅埋段开挖及处治施工案

1、编制依据及编制原则

1.1编制依据

1.1.1合同文件、茅畲岭隧道施工图设计。

1.1.2《公路隧道设计规》（JTGD70-2004）、《公路勘测规》（JTJ061-99）、《公路隧道施工技术规》（JTJ042-94）、《锚杆喷射砼支护技术规》（GB50086-2001）、《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-98）、《水泥混凝土路面施工及规》（GBJ97-87）、《建筑装饰装修工程质量验收规》（GB50210-2001）、《地下工程防水技术规》（GB20108-2001）、《公路工程施工安全技术规》（JTJ076-95）。

1.1.3、省相关法律与规定。

1.1.4我单位目前的劳动力、施工机械设备能力、技术管理和现场地质实际调查。

1.1.5我单位历年类似工程施工经验、技术积累及设备。

1.2编制原则

1.2.1格遵守合同文件规定的施工工期，积极稳妥、合理安排施工，在工期安排上尽可能提前完成。

1.2.2在坚持实事的基础上，力求“技术先进、科学合理、经济适用”。

在确保工程质量标准的前提下，积极采用新技术、新工艺、新机具、新材料、新测试法。

1.2.3分清分项工程主次，合理安排施工工序，采用流水作业施工，使各工序紧密衔接，保证隧道开挖、支护、二次衬砌及附属工程分步分期完成。

1.2.4重视各项准备工作，特别重视施工的外部条件，使施工计划建立在可行的基础上。

1.2.5重视各项准备工作，特别重视施工的外部条件，使施工计划建立在可行的基础上。

1.2.6贯彻多层次技术结构和技术政策，在施工中层层把关，确保工程一次成优。

1.2.7尽量利用原有的设施，减少各种临时工程量；尽量利用当地的现有资源，合理进行场地规划，节约施工用地，不占或少占农田；保护环境，防止污

染和施工事故，做到文明施工。

1．3编制围

本工程隧道浅埋段、断层破碎带、围岩破碎带及裂隙密集带。

2施工技术案

2．1总体施工案

通过综合超前地质预报，切实掌握断层带的情况，包括破碎带的宽度、填充物、地下水以及隧道轴线与断层构造线向的组合关系，施工前根据有关施工技术和机具设备条件，确定通过断层地段的施工法。

当断层带充填软塑状的断层泥或特别松散的颗粒时，则采用CRD法、CD法或三台阶临时仰拱法施工。

断层地段出现大量涌水时，则采取排堵结合的治理措施；通过断层地段的各施工工序之间的距离尽量缩短，尽快地使断层地段全断面衬砌封闭，以减少岩层暴露、松动和地压增大。

采用爆破掘进通过断层时，格掌握炮眼数量、深度和装药量，尽量减小爆破对围岩的震动；采用上下导坑掘进施工时，其下导坑不宜超前过多，掘进后随即将下导坑予以临时衬砌。

断层地带的支护应宁强勿弱，并应经常检查加固，实行衬砌紧跟开挖面完成，衬砌断面尽早封闭。

2．2施工工艺流程及施工法

2.2.1施工工艺流程

施工工艺流程详见图1《施工工艺流程图》。

2.2.2施工工艺

2.2.2.1地质预报

对于构造复杂的大规模断层，以地面探测和少量的地质钻为主，推断地下一定深度的地质条件与隧道施工实际遇到的地质条件之间的差异。

而隧道施工对地质体的变化又非常敏感，特别是对于大断面开挖，更要求准确预报施工前的工程地质和水文地质条件。

因此，必须把地质超前预报作为一个工序纳入生产过程。

加强

否

图1施工工艺流程

⑴前期准备：

收集和熟悉与工程有关的地质资料，研究隧道施工所涉及的主要地质问题，制定超前预报案。

⑵预报法：

采用超前平导案，以平导与正洞地质、水文观测素描和平导与正洞地质类比为主，辅以地震波、声波、钻速测试，岩微观研究，钻探水研究，红外探水研究，赤平极射投影作图等，互相补充验证。

⑶预报的重点容：

预报开挖面前的地质情况、围岩级别、断层、软弱破碎带在前暴露的位置和对施工的影响、地下水的活动情况。

⑷预报式：

根据勘测设计成果和施工阶段的观测结果，进行综

合分析处理，分阶段作出预报。

长期预报：

根据地质背景，确定地质构造形式，建立具体的地层和构造标志，以地质观测和类比为主要手段，并通过物探、钻等手段加以验证，总体预报断层的规模、分布、性质、构造风带、富水性等，并分析做出工程地质评价。

中期预报：

岩微观构造研究：

在地面不同部位采集岩样，进行长期的微观鉴定和岩组分析，进一步论证断层围、构造分布等。

b.工程地质类比：

根据超前平导日常观测积累的素材，做出岩体分段稳定性评价，采用地质类比法推演正洞，同时根据对正洞掌子面和侧壁剖面的观测，结合地质背景，预报正洞前和超前平导的岩体的稳定性及富水性情况。

c.预报法：

一是各种图析法，即利用赤平极射投影、实体比例投影等作图法，分析岩体稳定状况，判断可能失稳的岩块的分布，提供预报（可以超前平导分段作图预报相应的正洞，也可以用正洞的资料预报前相似的地段）；二是地震反射波法，即在掌子面排列布置地震探测的激发和反射波接受装置，以接受反射波。

对于岩性单一、走向与隧道轴线接近于正交的断层，只要存在破碎程度有差异的界面，便可产生较强的反射波，据此可以判断隧道前岩体的破碎程度和围。

短期预报：

掌子面及其附近的观测预报：

通过地质观测素描地质作图，可以分析判断掌子面与其前（一般数米以）不良地质构造的距离和岩体稳定情况，提出开挖注意事项和防塌措施。

b.掌子面超前钻和声波法预报：

通过30m深钻的岩粉、钻速、水质等的

变化情况，配合声波单探测和跨穿透测试，综合判断并预报前水文、地质条件。

⑸预报效果检查：

开挖至预报位置时，应对实际情况进行素描，和预报地质资料进行对比，以此来评价预报的准确性，积累经验，并为以后的预报提供参考。

2.2.2.2超前平导

对于地下水十分发育、静水压力较大的软弱破碎地层，应设置超前平导，排水降压。

（1）平导的位置、长度、断面尺寸等设计参数的选取，应根据判明的地下水主要补给向和围，以不影响正洞稳定为前提，同时考虑排水降压、超前地质预报双重功能的发挥，以及便于施工等因素。

（2）平导施工不宜进行围岩注浆堵水，开挖前应在掌子面钻排水（长10～15m），宜用常规的支护手段随挖随支，支护紧跟，达到堵渣排水的目的。

（3）平导一般应超前正洞数百米。

2.2.2.3超前支护

断层施工超前支护多采用两种法：

洞身超前管棚支护、超前小导管注浆加强支护。

2.2.2.3.1洞身超前管棚施工

2.2.2.3.1.1钻

采用GLP-150型电动地质钻机。

施工时钢管沿隧道边以5°外插角钻入围岩，施钻时安设导向架或在型钢钢架腹板开以穿管棚。

运用测斜仪进行钻偏斜度测量，格控制管棚打设向。

隧道边布环向间距40cm，钻从两侧拱脚对称地向拱顶钻顶管，使下部注浆体有力地支托其上部的钻进和顶管，同时采用“前进式”注浆加固围岩和钻顶管，尽量使围岩的承托力加大，以减小钻头的下挠。

2.2.2.3.1.2管棚制作

管棚超前预支护采用外径φ89mm、壁厚6mm的热轧无缝钢管及钢花管，每节钢管两端均预加工成外丝扣，同一断面接头数量不超过总钢管数的50％。

钢管前端呈尖锥状，尾部焊接φ10加劲箍，管壁四钻径10～16mm的压浆，呈梅花形布置，尾部留不钻的止浆段150cm。

图中编号为单号者采用钢花管，双号者采用钢管，施工时先打设钢花管并注浆，然后打设钢管，以便检查钢花管

的注浆质量。

管棚两环之间搭接长度不小于3m。

2.2.2.3.1.3注浆

注浆采用立式灰浆搅拌机和注浆泵（YZB-150/10型全液压注浆泵），浆液采用水泥浆液，注浆参数：

水泥浆液水灰比为1：

1（重量比）；注浆压力：

0.5～2.0MPa。

单根钢花管的注浆量按Q=πR2Lη估算,式中R为浆液扩散半径，取R=0.6L0;L0为注浆钢花管的间距；L为钢花管长；η为围岩隙率，断层破碎带一般取值5％。

注浆前进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验。

注浆结束后用M5水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。

施工工艺流程见图2《超前长管棚施工工艺流程图》,超前长管棚布置见图3《超前长管棚布置示意图》。

施工准备

钻孔顶管接管

设备准备

管材加工

材料准备

机具准备

地质调查

注浆设计

现场试验

制定施工方案进入施工

配比试验

注浆参数

喷混凝土封闭掌子面

注浆

注浆站布置

安孔口止浆塞

连接止浆管

开挖

浆液选择

浆液配制

注浆效果检查

补充注浆

合格

不合格

效果检查

图2超前长管棚施工工艺流程图

图3《超前长管棚布置示意图》

2.2.2.3.2超前小导管注浆加强支护

采用风动凿岩机钻插管，注浆前对开挖面及5.0m围坑道喷射厚5～10cm砼封闭，采用注浆机注入水泥浆，由两侧对称向中间进行，自下而上逐注浆，出现窜浆或跑浆时，采用间隔注浆。

2.2.2.3.2.1布以紧靠开挖面的格栅钢架（钢架）为支点，形成管架支护环进行布。

每个注浆眼间距为0.4m，注浆管长3.5m。

2.2.2.3.2.2钻按布置的注浆眼位置钻眼，钻采用φ48mm的钻头，钻外插角应控制在15°左右。

2.2.2.3.2.3顶管小导管采用外径φ42mm钢花管，管壁四按15cm间距梅花形、钻设φ8mm压浆，为防止漏浆，管尾端无部分长1m，管前端锻成铁尖，尾端焊上φ8mm钢筋加劲箍，导管顶入长度不小于钢管长度的90%。

2.2.2.3.2.4封堵导管打入后，用塑料泥（40Be′水玻璃拌合525#水泥）封堵口导管与壁间隙。

2.2.2.3.2.5注浆水泥浆水灰比为0.5～1.0之间调节，液浆由稀到浓逐级变换，即先注稀浆，然后逐级变浓至1.0为止。

注浆压力控制在1MPa，注浆达到设计注浆量和注浆压力时可结束注浆。

注浆过程中随时观察注浆压力，分析注浆情况，防止堵塞、跑浆，做好注浆记录，以便分析注浆效果。

2.2.2.3.2.6注浆异常的处理发生串浆时，在有多台注浆机的条件下，同时注浆，当注浆机较少时将串浆及时堵塞，轮到该管注浆时，再拔下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管杂物清除并用高压风或水冲洗，然后再注浆。

水泥浆进浆量很大，压力长时间不升高，则调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。

图4超前小导管施工示意图

图5超前小导管施工工艺流程图

超前小导管施工见图4《超前小导管施工示意图》。

施工工艺流程详见图5《超前小导管预注浆施工工艺流程图》。

2.2.2.4洞身开挖

断层开挖法一般采用采用CRD、CD法或三台阶临时仰拱法施工。

2.2.2.4.1CRD法施工

CRD法施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，坚持小炮开挖或人工开挖，格控制装药量。

每循环进尺控制在1m左右。

工序变化处钢架（或临时钢架）应设置锁脚钢管以确保钢架基础稳定。

施工过程中每次拆除单榀临时钢架的长度不能超过10m，以确保施工安全。

其开挖工序见图6《CRD法开挖工序图》。

2.2.2.4.2CD法施工

CD法施工坚持小炮开挖，格控制装药量。

每循环进尺控制在1m左右。

工序变化处钢架（或临时钢架）应设置锁脚钢管以确保钢架基础稳定。

施工过程中每次拆除单榀临时钢架的长度不能超过10m，以确保施工安全。

开挖工序见图7《CD法开挖工序图》。

2.2.2.4.3三台阶临时仰拱法施工

三台阶临时仰拱法施工坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、

勤量测”的原则，每循环进尺控制在1m。

其工序见图8《三台阶临时仰拱法工序图》。

图6《CRD法开挖工序图》。

图7《CD法开挖工序图》。

2.2.5钻爆作业

2.2.2.5.1钻眼

钻眼前，钻工要熟悉炮眼布置图，格按钻爆设计实施。

特别是边眼和掏槽眼的位置、间距及数量，未经主管工程师同意不得随意改动。

定人定位，边眼、掏槽眼由经验丰富的司钻工司钻。

准确定位凿岩机钻杆，使钻位置误差不大于5cm，保持钻向平行，禁相互交错。

边眼钻外插角度控制在4°以。

同类炮眼钻深度要达到钻爆设计要求，眼底保持在一个铅垂面上。

2.2.2.5.2装药起爆

采用空气间隔装药式，起爆顺序先中间，后外侧逐渐进行，炮堵塞长度不小于0.2m，禁反向装药，雷管以外不得装药卷。

2.2.2.5.3微震爆破

CRD法、CD法、三台阶临时仰拱法开挖地段采用微震控制光面爆破。

微震爆破作业段最大一段允装药量：

Qmax＝R3×（Vkp／K）3／a

式中：

Qmax—最大一段爆破药量，kg；Vkp—安全速度，cm/s，取Vkp＝2cm/s；R—爆破安全距离，m；K—地形、地质影响系数；a—衰减系数。

K、a值是针对隧道的具体情况，通过多次试爆基础上进行K、a值回归分析后确定。

根据爆破物距爆心的安全距离要求，并由此推出的每段的最大装药量。

装药结构示意图见图9《装药结构示意图》

图9装药结构示意图

2.2.3隧道断层突水突泥施工

2.2.3.1施工程序

详见图10《隧道岩溶突泥突水地段施工程序图》。

图10隧道断层突泥突水施工程序图

2.2.3.2超前小导管注浆固结止水

通过综合超前地质预报，确认隧道掌子面前为小量岩溶突泥突水地段时，即突水量小于10m3/h或个别探水出水量大于2m3/h，则预留5～8m围岩段采用超前小导管注浆固结岩体以达到止水目的。

隧道开挖掘进前，先喷砼将开挖面和坑道5.0m围的地段进行封闭，再沿坑道边打入带的超前小导管，由两侧对称自下而上逐注入水泥-水玻璃双液浆，浆液即由导管渗透到地层中，待浆液硬化后在隧道围形成注浆帷幕以固结围岩止水。

超前小导管采用φ42mm的热轧无缝钢管制作，小导管钻直径较管径大20mm；突水量较大时，其环向间距为0.3m，纵向间距为2m，外插角为10°，超前小导管长度为3.5～4.0m；突水量较小时，其环向间距为0.5m，纵向间距为2.5m，外插角为10°，超前小导管长度为3.5～4.0m。

2.2.3.3环向止水注浆帷幕

围岩结构整体性较好且突水量较小地段，采取在隧道开挖轮廓线外设置环向止水注浆帷幕。

即隧道开挖后，沿隧道开挖轮廓线设置间距为60、长为350cm小导管径向全断面环形布设，采用纯水泥浆注浆，水压较段采用双液浆注浆固结围岩止水。

3、围岩监控量测

3.1监控量测项目及测点布置

3.1.1拱顶下沉量测

测点焊接在钢架上，一个断面布置3个点（即拱顶和两拱腰），断面间距一般为20m，断层泥地段为5m。

3.1.2净空收敛量测

在拱脚及拱腰处增设两条收敛基线，测点焊接在钢架上或埋设在围岩中，开挖下断面时增加收敛基线，断面间距一般为30～50m，断层含泥地段一般为10～20m。

3.1.3钢架反力量测

利用GSJ-1型矿压仪和GH-50型压力盒，量测仰拱的受力状态。

3.1.4临时仰拱受力状态量测

在临时仰拱与钢架拱脚之间埋设GH-50型压力盒，量测仰拱的受力状态。

3.2量测频率

第1～15天，距开挖面2倍洞径以，每天1～2次。

第16～30天，距开挖面2.5倍洞径，每两天1次。

第30天以后，距开挖面2.5倍洞径以上，每星期1次。

单变形速率答允于5㎜/d时，每天量测3次。

4、质量保证体系

以安质管理部门为龙头，成立质量管理领导小组。

项目负责人任质量管理领导小组组长，班组成立QC小组，各施工队配备专职质检员，在各级组织、各个环节都有专人负责，对工程质量实施全面监控，从上到下形成质量控制网络。

详见图11《项目管理组织机构框图》和图12《质量保证体系框图》。

施工过程中加强过程监控，全面实施质量“三阶段”控制原理。

施工前抓好施工技术准备关、工程材料质量检验关和施工过程关；施工中落实质检人员对每道工序操作标准、工艺流程及检测试验进行全过程监督跟踪，对执行情况做出详细记录，针对存在问题的及时整改，同时格执行“自检、互检和交接检”三检制度和“五不施工”交接工序质量控制制度；施工后对分项工程及时进行质量评定和质量偏差纠正工作，保证了工程质量始终处于受控状态。

项目部管理组织机构图

图11项目管理组织机构框图

质量保证体系

工作保证

制度保证

组织保证

质量目标

缺陷责任期

竣工阶段

施工阶段

施工准备阶段

实现优质工程（一次验收合格100%优良90%）

对存在的缺陷病害或其它不合格之处必须修补重建

防行车事故

防电击事故

中间产品质量控制

施工工艺质量控制

施工技术交底

临时工程质量控制

机械设备质量性能控制

工程原材料

提交编制实施性施组设计

挑选合格的技术人员

分部检查

分项检查

工序交接

质量自检

事故报告制

质量教育检查

验收质量签证

分项质量评定

隐蔽工程检查

阶段技术交底

工程试验检查

测量双检制

设计文件复核

开工报告审批

质量责任制

机械材料管理

原材料质量管理

测量放线复测

施工技术管理

质量安全检查

兼职质量员责任制

生产班组长责任制

操作工人质量责任制

测量人员质量责任制

试验人员质量责任制

质检工程师责任制

总工程师质量责任制

项目经理质量责任制

图12质量保证体系框图

5、安全保证体系

成立安全管理领导小组，项目负责人任安全管理领导小组组长，施工队配备专职安全员，工班设专职安全员，使安全管理在该项目的各级组织、各个环节都有专人负责，对安全生产实施全面监控，从上到下形成安全生产管理网络。

详见图13《安全生产管理组织机构框图》。

保证体系详见图14《安全保证体系框图》。

现场保安

现场库管

模板工班组

钢筋工班组

机械操作工

开挖班组

现场电工

砼班工组

初期支护班

出渣班组

图13安全生产管理组织机构框图

图14安全保证体系框图