明垭子隧道右线涌水塌方处理技术总结.docx

1、明垭子隧道右线涌水塌方处理技术总结新 建 公 路十天高速安康至汉中过境段A-C05合同段（ZK211+780ZK214+845）（YK211+815YK214+940）明垭子隧道涌水塌方处理技术总结编制：李映群 审核：中铁五局十天高速A-C05合同段项目经理部二00九年十一月二十日1、工程概况1.1工程概况明垭子隧道为分离式隧道，洞室间距约35m。我合同段左线进口桩号ZK211+780，出口桩号ZK214+255，左线隧道长2475m；右线进口桩号YK211+815，出口桩号YK214+310，右线隧道长2495m；均属特长隧道，最大埋深320m。左线、级围岩及断层占75.56%，右线、级围岩

2、及断层占83.57%。1.2工程地质情况（1）隧道工程地质条件隧址区除局部缓坡及沟谷处堆积有第四系全新统坡残积层（Q4b+el）、第四系全新统上部冲洪积层（Q42al+pl）外，其余均为基岩裸露。钻探揭露基岩为泥盆系（D）变砂岩夹灰岩（挤压褶皱带）、寒武系（）灰岩夹硅质岩、新元古界耀岭河组（Pt31yl）糜棱岩、侵入岩体（23）糜棱岩化闪长岩及断层角砾、断层泥。（2）水文地质条件隧址区地下水按含水岩性可分为第四系松散层孔隙水及基岩裂隙水两类。按埋藏条件可分为松散覆盖层含基岩风化层组合的浅层水及构造裂隙深层水。（3）、不良地质现象本区属石泉饶峰城口推覆构造带中段，具体位置跨属该推覆带的结晶基底叠

3、覆带（I区段）和盖层强烈褶皱掩覆带（II区段）。断裂构造和褶皱构造都极发育，致使不同地层岩石的强烈变形改造。因此工程条件十分复杂。1.3施工情况明垭子隧道开挖、支护采用V级围岩三台阶法施工。目前右洞上台阶开挖至YK213+710，中台阶挖至YK213+716，下台阶开挖至YK213+722；。一衬仰拱至YK213+723，二衬仰拱至YK213+734，二衬至YK213+780。累计已完成左线开挖622m，右线开挖600m，左线衬砌550m，右线衬砌522m。2、涌水、塌方经过2009年10月1日明垭子隧道右洞掌子面开挖至YK213+710，23:30分在架立上台阶钢拱时掌子面开始出现掉块，喷浆

4、班工人及时将掌子面封闭后，掌子面初支开始出现变形，左侧拱腰位置开始出现大股流水，现场领工员马上组织工人撤离。23:50分，掌子面开始塌方，并伴有大流量涌水，涌水快速向隧道后方推进。塌方的石碴坡顶位置在YK213+725，塌方长度15米，坡脚位置在YK213+736，离掌子面26米。塌方将现场三台喷浆机及小型机具全部掩埋。正在浇筑的YK213+743752段衬砌停止灌注混凝土，人员全部安全撤离。经现场测量，至2009年10月5日15:00，总涌水量约2.85万方，最大涌水流量约20m3/分钟。洞内最高水位达到YK213+993处，最大水深6.4m，隧道被涌水淹没长度283m。根据现场塌落长度初步

5、估计塌方量在1000m3以上。3、涌水、塌方原因分析经现场观察，结合围岩地质情况，初步分析本次涌水塌方原因为隧道洞室处于断层破碎带，围岩为强风化的薄片状泥化碳质板岩，破碎程度严重，节理、层理和裂隙发育，属富水地段，为构造裂隙深层水，地层含水量大。隧道开挖后，围岩及初期支护不能抵抗隧顶巨大水压而发生变形，失稳而发生坍塌。4、涌水塌方处理方案 4.1涌水处理方案10月2日3时开始用编织袋装碴封堵ZK213+850YK213+897.14人行横洞，防止涌水经横洞流入左洞。4时安装好1台7.5KW抽水机开始抽水，4:30再增加2台5KW抽水机同时抽水， 15:30分再增加2台7.5KW抽水机，共5台抽

6、水机同时抽水。据现场水位观测，5台抽水机同时抽水后，现场水位基本不变，17:00左右又增加3台15KW抽水机，共8台抽水机抽水，水位开始下降；最高峰时明垭子隧道右线洞内共有13台抽水机抽排积水，排水能力达到940m3/h，并有备用抽水机15台。随涌水后退不断前移抽水机，至10月5日15:00，水位退至YK213+740处，下降253cm，基本完成洞内积水抽排。排水管采用150钢管两根，200钢管一根，并有一根150钢管备用；抽水机前移作业交替进行，先利用已接长的备用管前移35台抽水机，再逐步移动其余抽水机，尽量缩短停机和接管占用时间，提高抽水效率。在靠塌方体坡脚YK213+740746段中心排

7、水沟位置设置临时积水坑，容积约8m3，配备两台7.5KW抽水机及时抽排洞内渗流水，并准备一台15KW抽水机备用，排水管采用一根150钢管，并预留一根200钢管备用。4.2塌方处理方案本次坍塌长度估计15m以上，塌方量在1000m3左右，且塌方段渗漏水严重，塌腔内部无法目测，不确定因素较多。为安全顺利渡过塌方段，需采取稳妥、合理、快速的处理方案。4.2.1、塌方处理原则、处理方法与措施1）方案制定原则：确保安全，快速处理。2）塌方处理总体方案塌方处理遵循“管超前，严注浆，短进尺，强支护，早封闭，勤量测，速反馈，控沉陷”的原则。对塌方段的处理采用先超前注浆固结坍塌体，然后采用三台阶预留核心土开挖、

8、工字钢拱架+网喷砼支护，分段开挖成环的处理方案。采用超前小导管、径向小导管和自进式中空锚杆注浆方式固结坍体。三台阶预留核心土分部开挖，以弧形导坑开挖留核心土为基础，分上、中、下三个台阶分部开挖，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进施工；开挖的循环进尺以一榀钢架间距为准。为加强初支强度，工字钢拱架采用I20b工字钢。一衬仰拱紧跟下台阶，达到4m长度即施工二衬仰拱和填充，二次衬砌离下台阶距离控制在30米以内。仰拱利用栈桥施工。小导管施工控制和注浆固结效果是本方案实施的关键点。在塌方抢险时，根据实际情况和量测数据及时调整、优化方案。4.2.2、塌方段处理具体方案塌方处理流程：现场清理回填作业平

9、台喷砼封闭塌方体I20a工字钢护拱+注浆加固塌体后部初期支护施作塌体后部二次衬砌双层小导管超前注浆三台阶法预留核心土开挖、I20b工字钢拱架+网喷砼支护、双层超前小导管注浆自进式中空锚杆+径向小导管注浆加固一衬仰拱施工及注浆加固二衬仰拱、衬砌施工。具体施工方案如下：1）现场清理洞内积水抽完后，及时清除洞内淤泥、杂物，材料堆码整齐，保证洞内道路畅通。2）回填作业平台从洞外拉碴土回填，形成反压平台，作业平台顶面长度8m，距隧顶高度3.5m，平台顶面为隧道路面标高上4.5m，斜坡长度8m。3）喷砼封闭塌方体对塌方体先用麻袋装碴土码砌封闭掌子面，厚度1.0m，并预留35根6m长150mm泵送混凝土钢管

10、；然后喷射20cm厚的C20混凝土进行封闭，形成止浆墙。4）采用I20a护拱+注浆加固塌体后部初期支护a、采用I20a工字钢拱架对紧靠塌体的YK213+725+741段初期支护进行临时加固支撑，钢架纵向间距1m，每榀钢拱架两侧分别采用4根22mm锁脚锚杆（单根长4.5m，法向方向设置）加固，钢拱架应与锚杆牢固焊接；喷射10cm厚C20混凝土，护拱两侧拱脚铺设I20a工字钢作为纵梁。临时加固钢架支撑见下图1。图1 塌方体后部初支加固示意图b、对塌体后部的YK213+725+741段初期支护全环施作径向注浆小导管。径向注浆小导管长度4.5m，11m梅花型布置，压注水泥净浆，水泥浆水灰比0.8:1，

11、注浆压力控制在0.51Mpa。c、YK213+740+725段初期支护全环按22m间距增设32自进式中空注浆锚杆进行深层注浆加固，锚杆单根长12m，梅花形布置，压注水泥净浆，水泥浆水灰比0.8:1，注浆压力控制在0.51Mpa。5）施作塌体后部二次衬砌在进行上述工作的同时，对YK213+743+752段未浇筑完毕的二衬进行冲洗及施工缝处理，然后将该环衬砌补充浇筑完毕。6）泵送回填塌腔待止浆墙C20喷射混凝土达到设计强度后，利用150mm泵送管泵送C25混凝土回填塌体空腔，泵送砼时要求分层灌注，并注意观察止浆墙是否出现开裂、漏浆情况。7）上台阶超前小导管注浆上台阶超前小导管采用505mm热轧无缝

12、钢管，按照钢架间距大角度与小角度导管间隔布置，钢管长度5m，环向间距40cm，纵向间距50cm；大角度小导管外插角30，每环24根，注水泥浆，水泥浆水灰比为1:1，注浆压力控制在0.51Mpa。小角度小导管外插角15，每环31根，注水泥水玻璃双液浆，以加快凝结速度，保证注浆效果。水泥浆水灰比为1:1，水玻璃掺量为水泥重量的5%，注浆压力控制在0.51Mpa。靠近塌方体的第一榀钢架(YK213+725.5处)施作小角度小导管，后一榀钢架(YK213+726处)施作大角度小导管，如下图2所示。图2 塌方处理超前小导管环向布置示意图8）三台阶预留核心土分部开挖（1）三台阶预留核心土分部开挖法施工主要

13、步骤a、第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土。开挖循环进尺0.5米，开挖高度3.5m，开挖后立即初喷5cm砼。开挖后及时进行喷、锚、网系统支护，架设I20b钢架，在钢架拱脚紧贴钢架两侧边沿按下倾角45设置2根4.5m长50mm锁脚小导管，并注浆锚固，与钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度26cm。b、第2、3步，左右侧中台阶开挖：开挖循环进尺0.5米，开挖高度为3.44m，左右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷5cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架下部紧贴钢架两侧边沿按下倾角30设置2根4.5m锁脚小导管，并注浆锚固，复喷砼至设计厚度26cm

14、。c、第4、5步，左右侧下台阶开挖：开挖循环进尺0.5米，开挖高度为2.64m，左右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷5cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架脚紧贴钢架两侧边沿按下倾角30设置2根4.5m锁脚小导管，并注浆锚固，复喷砼至设计厚度26cm。d、第6步，开挖核心土。e、第7步，隧底开挖：每循环开挖进尺长度2m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱采用仰拱便桥全幅施工，每次施工长度4m。（2）三台阶预留核心土分部开挖法的施工工艺流程（见下图4）。图4 三台阶预留核心土分部开挖法施工工艺流程图（3）掌子面在每次开挖后立即喷射15cm厚

15、C20混凝土封闭。（4）塌方段开挖、支护及衬砌参数调整为保证塌方段施工安全和后期运营安全，从YK213+725+710塌方段开挖、支护及衬砌参数调整为S断，其中：钢架改为I20b工字钢拱架，纵向间距50cm，初期支护封闭成环；双层505mm超前小导管，单根长度5m，环向间距40cm，大角度小导管外插角30，每环24根，小角度小导管外插角15，每环31根，大角度小导管与小角度小导管交错布置，沿隧道纵向每隔1m施工一环，如下图3所示；图3 塌方体处理纵断面示意图每榀钢架上、中、下台阶拱脚两侧各增加2根4.5m锁脚注浆小导管；初期支护钢筋网和型钢纵向连接筋调整为双层布设；YK213+723+700段

16、二衬厚度调整为80cm，YK213+725处二衬厚度为50cm，YK213+725+723为渐变段；YK213+743+700段衬砌钢筋主筋调整为28钢筋，二衬混凝土调整为C30防水混凝土，混凝土抗渗等级不低于S8；预留变形量不小于30cm。9)径向注浆加固YK213+725+700段全断面均采用径向注浆进行塌方体的补强加固。按22m间距增设32自进式中空注浆锚杆，单根长12m，梅花形布置；同时按22m间距增设50径向注浆小导管，单根长5m，梅花形布置。中空锚杆与小导管交错布置。压注水泥浆，水泥浆水灰比为1:1，注浆压力控制在0.51Mpa。为便于径向注浆小导管施工，拱部喷砼前预埋径向直径80

17、mmPVC管，喷砼完毕后从PVC管中打设径向小导管。10)仰拱注浆加固塌方段因处于富水断层破碎段，围岩软弱，为提高隧底承载能力，YK213+734+710段一衬仰拱施工完毕后，按1.51.5m间距增设50注浆小导管，单根长5m，梅花形布置。压注水泥浆，水泥浆水灰比为1:1，注浆压力控制在0.51Mpa。11)防排水处理因隧道处于富水地段，地层含水量大，为保证防排水效果，按“以排为主，防、排、截、堵相结合”的原则，从YK213+743起采取如下防排水措施：（1）开挖后初喷砼完毕即安装环向80mm软式透水管，纵向间距1.5m设置一环，全环连通，将渗水引至隧底两侧纵向排水管；（2）在初期支护表面按纵

18、向间距每1.5m设置一环半圆排水管，将渗水引至隧底两侧纵向排水管，半圆排水管与软式透水管交错布置；（3）为保证排水效果，将横向排水管纵向间距调整为每10m设置一道。（4）为应对后序施工可能遇到的涌水，在左、右洞从洞口向掌子面各布设一道200mm钢管作为应急排水管，并配备发电机和抽水设备，布设备用排水电线路，排水管在人行横洞处进行串联，确保洞内能及时进行抽水。4.2.3、监控量测1）成立监控量测小组，主要工作内容：围岩拱顶下沉、周边收敛量测；初期支护外观变化观察记录；数据整理、分析，并及时反馈指导施工。2）测点布置及量测频率（1）隧道现场监控量测项目及量测方法见下表1；表1：隧道监控量测项目及量

19、测方法项目名称方法及工具布置量测时间间隔115天1630天30天以上检测项目注浆效果取样或观察小导管注浆后的开挖时进行每次开挖后进行周边收敛水平收敛全站仪每3m一个断面，每断面3对测点12次/天1次/2天1次/7天拱顶下沉全站仪每3m一个断面，每断面1个测点12次/天1次/2天1次/7天初期支护外观目视及测试纸等安排专人巡视记录24小时不间断（2）隧道监控量测点布置按每5m一个监控断面设置。3）数据整理及分析监控量测小组对每天量测记录的数据及时进行整理分析，判断围岩变化稳定情况，并将结果及时反馈现场，正确指导现场施工。5、进度安排5.1、明垭子隧道右洞涌水、塌方抢险结束总体安排：2009年11

20、月10日塌方处理完毕，进入正常施工。5.2、完成节点工期目标分为三个阶段：（1）排水、清淤：2009年10月6日完成；（2）塌方体后部加固：2009年10月11日完成；（3）塌方处理：2009年11月10日完成。 5.3、具体节点工期安排如下：（1）、排水、清淤 明垭子隧道右洞YK213710993段排水10月5日上午完成。 明垭子隧道右洞靠掌子面段清淤10月6日完成。（2）、塌方体后部加固 衬砌台车及输送泵等设备检修、YK213+752+743段未浇筑完毕的衬砌冲洗及施工缝处理、模板加固等准备工作10月6日完成， YK213+752+743段衬砌10月7日完成浇筑。利用钢筋台车作为作业平台架

21、立临时护拱10月6日开始，10月8日完成。衬砌台车脱模后与钢筋台车同时后退，腾出塌方处理施工场地，从洞外拉碴回填形成作业平台10月8日完成。进行作业平台段的护拱架立，并打设径向注浆小导管，进行后部注浆加固10月9日开始，10月11日完成。（3）、塌方处理按照塌方处理方案进行超前注浆，进行塌方段开挖施工准备10月11日完成。YK213710725塌方段处理每天完成12榀钢架，11月10日结束。6、现场人员配置现场施工人员配置见下表2；表2： 涌水塌方处理现场人员配置表序号班组人员数量工作安排备注1开挖班50人负责开挖、打注浆小导管、锚杆共同负责涌水抽排2注浆班20人负责小导管、中空锚杆的注浆3喷

22、浆及支护班40人负责立型钢、安装钢筋网、安装锚杆，喷射砼施工4二衬班30人负责仰拱、填充及二衬施工5搅拌站18人负责混凝土的生产、运输6后勤班15人负责后勤保障及洞内排水、文明施工7钢筋加工班30人负责钢筋加工及排水管法兰盘焊接7、机械设备配置主要机械设备配置见下表3；表3：主要机械设备配置表序号设备名称单位数量备注1风钻台152注浆机台33喷浆机台44挖掘机台15装载机台26自卸汽车台57液压破碎锤台18电焊机台89抽水机台25功率为5、7.5、15KW，其中12台备用，建议配置大功率抽水机10排水管路米2500150钢管1900m，200钢管600m8、技术保证措施（1）、塌方处理之前，应

23、做好岗前培训和技术交底工作；（2）、及时做好监控量测工作，保证量测频率符合要求、数据准确，并及时反馈，以正确指导施工；（3）、在进行开挖支护时，控制好断面中线、水平，并充分考虑预留变形量（30cm），以保证二次衬砌厚度；（4）、做好小导管、锚杆、钢支撑的现场测量放样工作；（5）、技术人员每天进行洞内涌水观测，结合天气预报和降水量统计，分析涌水量与降水量的对应关系，进行涌水预测。9、安全保证措施（1）、塌方处理前应根据监控量测数据处理结果，在变形处于稳定后，对塌区前后初期支护进行径向小导管注浆加固处理；（2）、及时施作仰拱，以使支护快速封闭成环紧跟开挖工作面，加快衬砌施工进度，保证塌方处理作业面

24、的安全；（3）、项目部由领导带班、技术人员和领工员轮流三班制值班，碰到突发事件，立即采取应急处理措施；（4）、在施工过程中，应以安全为重，为了防止作业人员疲惫，采用3班工作制，禁止无关人员进入洞内，安全员随时观察围岩变化。若有突变，所有人员立即撤离。（5）、物资部备齐抢险所需全部物资，现场材料、机具堆放整齐，保证现场操作方便、快速，并保证台阶上下方便，如有突变作业人员能够迅速撤离。（6）、注浆前严格检查机具、管路及接头的牢固程度，以防压力爆破伤人。（7）、操作人员在配制浆液和注浆时，要戴眼镜、口罩、手套等劳保用品，以防止损伤眼睛和皮肤。（8）、注浆时注浆管附近严禁站人，以防爆管、脱管伤人。（9

25、）、严禁人员进入塌腔内作业。（10）、塌方段开挖采用人工配合破碎头开挖，严禁爆破开挖。（11）将目前洞内安设的排水管全部接至下台阶，并备好足够数量的抽水机，随时准备抽水。（12）如发生涌水、塌方，立即启动坍塌、涌水应急预案。10、涌水应急预案 10.1、应急预案方针与原则（1）、防涌水方针：突出重点，加强检查，狠抓隐患整改，坚持“防、避、抢”的工作方针。（2）、防涌水原则：按照先保人身安全，再保护财产的优先顺序进行，使损失和影响减到最小，顾全大局利益，最大限度地降低或减少人员伤害、财产损失和对环境造成的负面影响。10.2、危险源分析涌水可能发生的危险情况有：在地下水丰富的地段施工时，由于排水不

26、及时或方法不当，造成洞内水位迅速上升，致使施工难以进行，给施工人员的人身安全及财产造成极大威胁；也对施工现场的临时设施、电力管线等造成极大的破坏和损失。10.3、应急资源配置（1）、应急机械：挖掘机（2台）、装载机（2台）、翻斗车（5台）等常规施工机械，在事故发生的急需时刻，可随时从施工现场调用。（2）、应急物资包含：排水设备、医护救助、防护等； 10.4、应急方案10.4.1、安全警戒方案：（1）、接到隧道涌水消息电话后，立即组织安全小组以最短的时间赶赴事发地点。（2）、以最短的时间内在洞口拉起警戒线，设立警戒标志。（3）、安排专人疏导车辆，维护交通秩序，将事发现场严格保护起来，防止无关人员

27、进入。（4）、现场安保小组相互间采用对讲机、手持扩音器、口哨、指挥旗帜等进行现场相互间的指挥联络。10.4.2、疏导、救助、医护方案（1）、现场指派对工地十分熟悉的人员首先对事发现场的老人、小孩、妇女及病残人员进行疏导，指导他们从安全的出口或线路转移至安全地点。（2）、对其他施工人员进行疏导，劝导其离开事故现场，勿围观抢险现场。（3）、派人在不易辩认的交通道口、岔路口迎接上级救援队伍，以嬴得更早的救助时间。（4）、接到发生事故消息后，立即通知救援队以最短的时间赶赴事发地点。（5）、救援队到达现场后积极抢救伤员、物资、设备，本着先救人后救物的原则，积极自救。（6）医护小组对救援队抢救的伤员，及时

28、采取力所能及的救助，如对伤员进行伤口清洗、包扎、消毒、输急救氧气、做人工呼吸等抢救措施后，本着就近原则，第一时间送到附近医院救治。（7）、医护小组在救助的同时，及时拨打120求救电话，请求外部救援队伍的支援。10.4.3、事故应急救援程序（1）、报警：由事故的第一发现者口头报警通知现场负责人，现场负责人通过值班电话向应急领导小组报警，应急小组接到报警后，应了解情况决定是否需要启动应急预案，若需要立即启动相应紧急应急预案，并发布启动指令，同时迅速向有关部门报警。（2）、设置警戒、疏散人群：疏散小组成员赶到现场后立即疏散现场工作人员和其他闲杂人员；现场治安组成员在离事故一定距离处设置警界线，阻止无

29、关人员靠近，并保护好现场。（3）、施救：救援队成员到场后应首先判明事故情况并采取适当的措施，如：立即安排人员安装合适的抽水机、架设管道等，及时进行排水工作，控制事故蔓延；若有人员受伤，应及时将其转移至安全地带，交给医护组进行救治；若需要增援及时拨打120急救电话，等候救护车辆的援助。（5）、机具、财物抢救：在事故完全控制、确能保证人员安全的前提下，方可将机械等财物运送至安全地方，严禁冒生命危险抢救财物。（6）、物质配备：后勤小组负责救援物资的供应。应配备的物资主要有口哨、急救箱、担架、防护用品等。（7）、善后处理：救援工作结束后，及时清理现场，在事故隐患彻底排除后才能撤除警戒；在认真调查事故的

30、基础上，本着“实事求是”的原则，进行善后处理。10.4.4、事故报告制度及程序（1）、发生死亡事故要在10分钟内报告项目部安质环保部；发生致残、重伤事故要在半小时内报告项目部安质环保部；发生轻伤事故要在1小时内报告项目部安质环保部，并在2日内写出书面报告。安质环保部接到报告后，应按事故等级在规定的时间分别向有关部门报告。（2）、事故调查：发生灾情事故由安质环保部牵头会同有关领导和部门并邀请地方有关部门参加调查。（3）、事故处理：在认真调查事故的基础上，本着“实事求是”的原则进行妥善处理。（4）、事故统计：发生各类灾情事故均由项目部安质环保部经请示领导批准后统一上报。10.5、应急预案保障措施项目部成立以项目经理为组长的应急指挥领导小组，下设各应急小分组，配备相应的机械设备、物资和救援人员，保证发生紧急情况时在组长的统一指挥下能有序进行救助，使人员伤亡及财产损失降到最低程度。（1）、明垭子隧道左右洞各布置一条常用150排水管路和应急200排水管路，同时在突发涌水时，立即组织抢险班组，将高压风管改为排水管路，以保证突然发生涌水时三条管路同时投入使用。（2）、发生涌水事故各施工班组及时