隧道穿越断层施工方案.docx

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隧道穿越断层施工方案

杭长（沪昆）铁路湖南段HCTJⅠ标段隧道工程

隧道穿越断层、岩溶区安全施工方案

单位：

编制：

审核：

批准：

二〇一〇年七月二十五日

杭长（沪昆）铁路湖南段HCTJⅠ标

隧道穿越断层、岩溶区安全施工方案

1、编制依据

1.1沪昆客专杭长湖南段指导性施工组织设计；

1.2铁路隧道工程施工技术指南（TZ204-2008）；

1.3铁路隧道工程施工安全技术规程（TB10304-2009，J947-2009）；

1.4铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设【2008】105号）；

1.5沪昆客专杭长湖南段HCTJⅠ标隧道设计图；

1.6沪昆铁路湖南公司有关要求。

2、编制原则

2.1高效、适用原则

本方案能高效运行，适合本工程，能正确指导施工；

2.2安全原则

本方案的操作实施要安全，并能指导安全施工；

2.3符合本单位技术水平的原则

本方案拟投入的设备、现场组织协调均符合本单位现有水平，能确保方案顺利实施。

3、适用范围

适用于杭长（沪昆）铁路客专湖南段HCTJⅠ标段隧道。

4、工程概况

4.1隧道概况

本标段共有隧道14座，总长度14.261Km，其中重点隧道茶坡里隧道长3010m、皂角坡隧道长2616m。

。

隧道洞身大部分为粉质粘土下伏板岩，部分隧道为粉砂岩、粉砂质泥岩、绢云母板岩等。

根据设计资料显示，部分隧道内有断层、岩溶，局部地段有突水突泥隐患。

4.2断层、岩溶区施工存在的风险

在穿越断层、岩溶区时，存在坍塌、冒顶、突水、突泥等风险。

4.3穿越断层、岩溶施工对策

4.3.1谨慎的做好超前地质预报，根据预报地质情况及时制定施工对策；

4.3.2加强围岩变形、拱顶下沉的监控量测，分析初期支护的稳定状态，动态调整支护参数；

4.3.3严格按设计工法、辅助措施施工，确保施工安全。

5、穿越断层、岩溶区安全施工方案

断层、岩溶是本标段隧道施工主要的地质隐患之一，如果施工组织不当或管理过程不规范，容易造成坍塌、冒顶、突水、突泥等地质灾害，影响工期目标的实现。

因此，在穿越断层、岩溶时，要加强过程控制，充分利用超前地质预报、监控量测等手段辅助指导施工，对施工过程实行动态、全过程监控。

5.1严格施工流程

隧道穿越断层、岩溶区严格按隧道穿越断层、岩溶施工流程图组织施工。

5.2加强超前地质预报

在用TSP地质预报系统或地质雷达探测到的可能断层、岩溶带以及设计图纸标定的断层、岩溶里程前5m采用水平地质钻机对地层进行超前钻探，确定岩层产状、破碎程度、含水量大小等，并用红外线探水仪复探含水量。

同时，采用地质素描、地表监测等辅助预报措施进行预报。

5.2.1超前地质钻孔探测预报

对开挖面前方30～50m（可达100m）范围的地质岩层整体性、含水构造、水量及水压进行预测。

超前探孔施工时应注意前一循环钻孔与后一循环钻孔之间要搭接5m，利用加长的钻杆，在开挖断面的中部和周边施钻5个孔，均水平施钻。

钻孔位置：

中部1个，周边4个。

①在隧道施工通过断层破碎带或岩溶区每开挖30m，利用超前水平地质钻孔对开挖前进方向进行30～50m的钻探。

②超前钻孔在断层、岩溶区全段进行，探孔成放射形布设。

对超前探测的异常段，需增加钻探。

③钻机钻孔时要固定牢固，并安设孔口管及高压闸阀，确保超前钻孔涌出高压地下水时，能够有效地控制。

5.2.2红外线探水

在断层、岩溶区每开挖15～30m，对开挖面前方施作一红外线探测技术，对地下水进行预报。

5.2.3工作面地质素描

地质素描在断层、岩溶区全段进行。

地质素描内容为：

①根据钻探预报结果，对开挖面和洞身周边综合分析围岩的岩性、结构、构造和地下水情况，判断开挖面前方围岩的工程地质、水文地质特征。

并依此提出工程措施建议和进一步预报的方案。

②根据开挖段围岩的工程地质、水文地质特征进行预报结果的验证，提出是否修改预报方法及参数的意见。

③根据开挖段及开挖面水文地质情况，提出针对性工程方案建议。

6施工方案

6.1方案实施

对于断层破碎带的处理，本着“超前探、预注浆、强支护、弱爆破”稳扎稳打，稳中求快的原则，结合我公司的施工经验，对具体类型施工地段，采取如下具体施工手段：

6.1.1做好做准超前地质预报

超前地质预报是保证正确选用合适的施工方案方法的重要依据，我单位拟采用的超前地质预报方法：

、先采用TSP203超前地质预报仪预报前方围岩的结构特性，基本掌握断层或软岩大变形地段的大致位置，待开挖至预测的断层结构面15-20米时，再采用超前水平地质钻机进行超前钻孔，准确判断断层位置及断层内充填物的性质、富水情况及水压，判断涌水的可能性，制定相应的、可行的技术措施和施工方案并严格按方案进行施工，在超前处理措施实施后进行隧道施工，地质专业工程师进行详细的地质调查和断面地质素描，通过三者有机结合，准确判断前方未开挖地段的围岩情况及超前处理措施的效果。

超前地质预报实施方案见“超前地质预报专项施工方案”。

6.1.2涌水量不大、跨度不长的断层破碎带的施工方案

6.1.2.1注浆法固结围岩

采取先用大管棚超前注浆预支护，然后边开挖边施工中空锚杆径向注浆，充分固结隧道周边3-5米的破碎岩体，形成自稳护拱，再施作钢架支撑加强支护，保证施工和隧道结构的安全。

大管棚超前注浆与超前小导管注浆施工过程要严格把关，确保施工安全。

6.1.2.2开挖及支护方法

开挖方式采用三台阶七步开挖法，开挖进尺控制在0.5～1.0m/循环为宜。

支护措施严格按设计图Ⅴ级围岩衬砌结构施工。

6.1.3涌水量较大的断层施工方案

6.1.3.1堵水

涌水量大而破碎程度一般的断层施工的首要任务是堵水。

计划采用大管棚超前注浆与超前小导管注浆相结合的方式综合堵水。

采取大管棚超前注浆堵水预支护施工，每施工一根即完成注浆作业，分奇偶号间隔施工，在开挖轮廓线外3-5米范围形成一堵水帷幕，为了更好的达到堵水效果，浆液采用水泥水玻璃双液浆。

在开挖过程中，再进行超前小导管注浆，封堵部分未封闭的裂隙，使隧道出水量达到要求。

大管棚超前注浆与超前小导管注浆施工过程要严格把关，确保施工安全。

6.1.3.2开挖方式

采用三台阶七步开挖法，开挖进尺控制在0.5～1.0m/循环为宜。

支护措施严格按设计图Ⅴ级围岩衬砌结构施工。

超前大管棚加超前小导管注浆充分固结隧道周边3-5米的破碎岩体，形成自稳护拱，再施作钢架支撑加强支护，保证施工和隧道结构的安全。

形成严密的止水帷幕，确保每一循环施工的绝对安全。

开挖

进尺控制在0.5～1.0m/循环为宜。

6.1.4特别破碎、甚至是堆积、淤积性断层的施工方案

此种断层为恶性不良地质，根据超前探孔和地质预报仪显示成果，要准确判断充填物及水压力，判断突泥、突水的可能性，制定如下施工方案：

①、在跨越断层前至少预留5m较硬围岩，作为布置工作的安全墙。

如果预留厚度小于5m，应根据超前预报提供的参数，进行浇筑混凝土安全墙，注浆加固。

②、以安全墙为保护，在安全墙设置导向管，安装水平钻机，为全断面帷幕注浆做好前期准备工作。

③、采取小孔试钻探水，并对承压水泄压，洞室内布置好排水应急机具，起动应急预案，发出应急预警，做好一切应急准备工作。

④、开挖轮廓线外采取大管棚超前高压注浆堵水预支护施工，浆液配置为水泥-水玻璃双液浆液，按先下后上的原则进行钻孔并注浆，一步步在断面缩小承压水区域在开挖轮廓线外3-5米范围形成一堵水帷幕。

在开挖轮廓线内采取C6钻机进行钻孔并注浆或旋喷，达到断面超前固结作用，形成稳定的堵水帷幕，保证开挖区域安全。

⑤、待断面注浆工作完成后，再在开挖轮廓线附近进行小孔测试，小孔测试孔长度宜为10m，当测定安全墙墙后10m区域存在不安全部位，立即补注浆，直到孔内无水流出或只有无压泌水为止。

在确认安全后，开始开挖安全部分，开挖长度不大于5延米，5预留至少5延米作为下一循环作业的安全墙。

⑥、开挖方式

采用三台阶七步开挖法，开挖进尺控制在0.5～1.0m/循环为宜。

支护措施严格按设计图Ⅴ级围岩衬砌结构施工。

超前大管棚加超前小导管注浆充分固结隧道周边3-5米的破碎岩体，形成自稳护拱，再施作钢架支撑加强支护，保证施工和隧道结构的安全。

形成严密的止水帷幕，确保每一循环施工的绝对安全。

开挖进尺控制在0.5～0.8m/循环为宜。

⑦、支护形式：

拱顶采用大管棚超前支护。

每循环开挖时采用超前小导管注浆进行超前支护，径向采取径向中空注浆锚杆加固，再施作型钢钢架支护，喷射聚酯纤维混凝土进行支护。

6.2做好围岩量测，明确掌握围岩动态，指导施工。

隧道作业特别是不良地质地段的隧道作业被多个行业划分为高风险作业，因此，对于围岩动态了解至关重要，而发现围岩动态的最佳方法即为围岩量测。

6.2.1围岩量测的目的

确保施工安全及结构的长期稳定性；验证支护结构效果，确认或调整支护参数和施工方法；确定二次衬砌施作时间；监控工程对周围环境影响；积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。

本标段隧道均照监控量测设计及《铁路隧道监控量测技术规程》等相关规定进行施工监控量测，了解围岩稳定状态和支护、衬砌可靠程度，确保施工安全及结构的长期稳定性，为围岩级别变更、衬砌支护和二次衬砌的参数调整提供依据。

6.2.2监测要求

本标段隧道均进行监控量测设计，除必测项目外，根据工程地质、水文地质条件对选测项目进行委托科研单位实施。

隧道地质条件的复杂性和隧道结构的特性，要求在施工阶段根据超前预测预报、施工监控量测资料的分析对设计进行修正，监控量测资料是调整支护结构、施工方法等设计资料的依据。

6.2.3编制监控量测实施细则

编制监控量测实施细则，报送监理、业主批准后实施，并成立现场监控量测小组，建立相应的质量保证体系，监控量测人员要求相对稳定，确保监控量测工作的连续性，监控量测小组负责及时将监控量测信息反馈给施工，当管理等级为II、I级时，反馈设计单位，对设计进行修正。

7技术措施

7.1超前预报

采用水平超前钻探与设计单位现场地质预报综合观察分析相结合，超前探明前方地质与水文情况，确定注浆起始位置以及水量、水压、水质等原始参数。

7.2围岩固结、堵水

采用水泥浆液全封闭预注浆，将隧道四周开挖轮廓线外3～5米厚度的围岩结成一个封闭的截水帷幕，以堵截地下水流入隧道。

7.3大小管棚超前支护

在一些特殊地段，采用大管棚与注浆结合加固围岩，开挖前视情况施作小导管超前。

7.4初期支护

采用型钢钢架、锚杆、钢筋网、喷射混凝土等多种支护手段，构成强支护体系。

在开挖和支护过程中要重视加强监控量测，根据支护的位移量测结果，评价支护的可靠性和围岩的稳定状态，及时调整支护参数，确保施工安全。

7.5仰拱

开挖后尽早施作仰拱，必要时对拱底围岩进行注浆加固。

尽早形成封闭支护体系。

7.6衬砌施工

待围岩和支护变形基本趋向稳定后施作复合式衬砌，全断面一次衬砌。

8.施工工艺

8.1注浆施工工艺

8.1.1注浆方案

采用全断面预注浆：

单孔有效扩散半径5.0m，终孔间距5.0m，注浆终压为测试静水压力的2～3倍，注浆范围为：

开挖轮廓线以外3m。

注浆钻孔孔径130mm和91mm两种，孔口管为φ108mm×5mm热轧无缝钢管，每根长2m，第一循环注浆前施作C20混凝土5m止浆墙。

止浆阀采用内孔径为φ100的高压球阀。

注浆浆液为可调的TGRM特种水泥和普通水泥，特种水泥占水泥浆比重为60%。

8.1.2注浆工艺

深孔超前帷幕注浆主要采用孔口管前进式注浆方式，即在施工5m厚的止浆墙，安设2.0m长的孔口管，采用法兰盘和注浆管相连。

整个钻孔长度30m，钻孔严格按照注浆钻孔布置图进行，钻一孔注一孔，随着钻孔高度的变化，搭设木架放置并固定钻机。

整段注浆结束后进行效果检查，达到标准后，开挖25m，预留5m作业段作为下一段的止浆岩墙。

注浆工艺如图３所示。

8.1.3注浆数量

设计注浆数量控制：

根据现场地质预报资料，注浆单孔注浆量依据

Q=π×R2×h×n×α×（1+β）。

式中：

Q——注浆量；R——浆液扩散半径；h——注浆段长；

n——地层裂隙度；α——浆液填充率；β——浆液损失率。

8.2大管棚施工工艺

8.2.1施做导向（止浆）墙

大管棚施工要有严格的方向性，必须浇筑导向墙，导向墙基础必须落于足够承载力的基础之上，确定大管棚入钻的外插角度，一般取1～3度，安装导向架，安装导向管，确定大管棚实施的环向间距，一般取间距30～40cm。

导向墙设置前进方向长度1延米，宽度覆盖拱部140度范围，径向厚度1m。

8.2.2管棚施工工艺

8.2.2.1大管棚材料机具选择

大管棚选择φ89钢管，壁厚5mm，加工长度3m，阴阳丝扣连接，丝扣长度不小于20cm。

车丝深度2mm，车丝螺距4mm。

钢管分奇偶编号，奇数号加工花管，距孔口8m范围内不加工花孔。

导向管先择φ108钢管，壁厚6mm，加工长度1.0m，环向40cm间距布置。

钻机选型：

MK-5水平地质钻机、C6水平地质钻机。

8.2.2.2注浆材料：

水泥浆、水泥砂浆；当围岩破碎、地下水发育时，为调凝需要，可部分采用水泥-水玻璃双液浆。

采用单孔注浆结束标准：

（1）注浆压力逐步升高，当达到设计终压并稳定10min。

（2）注浆量不小于设计注浆量80%；（3）进浆速度为开始进浆速度的1/4。

8.2.2.3大管棚循环长度

每环施作长度以15～35m为宜。

单环或终环大管棚尾部5m范围一般宜设小管棚搭接；纵向两组管棚间的搭接长度视开挖空间大小、掌子面封闭与否确定，一般为3～5m。

全断面（帷幕）注浆方案实施图

钻孔注浆施工工艺流程图

注浆作业平面布置图

8.3大管棚施工工作室

洞身段施作大管棚时，宜根据钻孔机具性能及开挖方式等相应增加的钻孔施工作业工作室，一般台阶至最后一根管棚的高度低1～1.5m，以保证钻孔施作。

详细尺寸可根据所采用的施工机具及人员配备具体确定。

8.4监控量测

大管棚预支护施作后，开挖过程中应加强监控量测，其中拱顶下沉和净空变化为必测项目。

根据监测反馈信息及时采取相应的措施以保证施工安全和施工质量。

9超前小导管施工工艺

本工序为小范围开挖作业安全支护措施，必须以大管棚和超前注浆工作已完成为前提，以安全得到保障为前提下实施如下工序。

9.1超前小导管施工工艺

9.1.1超前小管导采取φ42钢管，每循环长度4.5m，环向间距30cm，外插角度6～10度，循环搭接长度1.0m，小导管壁厚4mm。

9.1.2在超前小导管保护下实施开挖作业，开挖毛洞净形成后，立即进行素喷-系统锚杆-径向注浆小导（中空锚杆）-钢支撑施工（锁脚）-喷射混凝土。

7监控量测

对支护体系实施监控量测，充分了解围岩动态。

监控量测项目包括拱顶下沉、拱脚收敛、墙脚收敛、底板隆起量测，必要时对锚杆拉力、拱架背后土压力等进行专项量测量。

及时分析量测成果，指导下一步施工，调整施工方案和修改（优化）施工设计。

严格按监控量测专项施工方案进行监测并及时反馈。

8仰拱和衬砌

为保证洞室安全，在监控量测数据指导下，及时施工仰拱和二次衬砌，对开挖洞室尽早完成闭合成环，使围岩应力和支护结构尽早平衡。