断层破碎带专项施工方案.docx

1、断层破碎带专项施工方案山西省祁县至离石高速公路路基第十二合同段吕梁山隧道断层破碎带专项施工方案编制： 赵晓林 审核： 李浩 审批： 编制单位：邢台市政建设集团股份有限公司祁离高速LJ-12标项目经理部编制日期：二一八年六月二十八日监表19 专项施工方案报审表施工单位：邢台市政建设集团股份有限公司 合同号：LJ-12祁离高速LJ-12标项目经理部 监理单位：吕梁公路工程监理技术咨询有限 编 号：公司祁离高速吕梁山隧道监理部 致（监理工程师）： 现报上 吕梁山隧道断层破碎带 工程的施工技术方案，请予审查和批准。附件：吕梁山隧道断层破碎带专项施工方案总承包单位（章）：项目负责人： 日 期： 年 月

2、日驻地监理工程师审查意见： 驻地监理工程师： 日 期： 年 月 日总监理工程师审核意见：总监理工程师： 日 期： 年 月 日本表一式三份，项目总监办留一份，退承包人二份。断层破碎带专项施工方案1、编制依据及编制原则 1.1编制依据1.1.1隧道工程地质勘测报告。1.1.2业主、监理对本工程的工期、安全、质量等方面的要求。1.1.3公路隧道设计规范（JTG D70-2004）、公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）、锚杆喷射砼支护技术规范（GB50086-2001）、地下工程防水技术规范（GB20108-2001）、公路工程施工安全技术规范（JTJ076-95）、公路工程质量检验评定标

3、准 第一册 土建部分（JTG F80/1-2017）、山西省交通运输厅公路建设项目高危工程施工安全强制性要求晋交公字【2009】第327号文件等有关公路工程质量、安全方面的规范性文件等。1.1.4我单位可投入本工程的人力、财力、机械设备、测试仪器等各种资源状况，以及施工类似工程所积累的施工经验及施工能力。1.1.5山西省祁县至离石高速公路两阶段施工图。1.2 编制原则1.2.1 严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 在坚持实事求是的基础上，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、

4、新材料、新测试方法。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2、工程概况吕梁山隧道始于文水县的寨子沟村

5、，途经岳家庄村、下庄村，终点位于离石区的牛家岭村，隧道所穿越的地貌单元为梁峁状黄土中低山区、山间河谷区和剥蚀侵蚀低中山区，局部有黄土覆盖。隧道设计为左右线分离式，两洞左侧边墙最大间距为35米,隧道顶板最大埋深429.3米。左线起止桩号为ZK68+538ZK78+344，全长9806.0米；右线起止桩号为K68+560K78+366，全长9806米，隧道设1#、2#两座斜井及1座竖井，左右线均属特长隧道。其中，属于路基第十二合同段施工范围的有：隧道主洞右线里程为K71+300K78+366，长7066米，主洞左线里程为ZK71+287ZK78+344，长7057米；2#斜井K0+005-K0+9

6、37.539，长932.539米。隧道右线明洞为6m，V级615米，IV级1895米，III级4550米。左线明洞为5m，V级624米，IV级1641米，III级4787米。隧道共有五个断层带，分别为：K76+561K76+699，长158米、K78+164K78+240，长76米、ZK76+560ZK76+697，长137米、ZK78+133ZK78+209，长76米、K0+030K0+140（属于2#斜井），长110米。围岩破碎，节理裂隙发育。其中K76+561K76+699、ZK76+560ZK76+697、2#斜井K0+030K0+140三段断层破碎带连续长度超过100m，需进行专家论

7、证。K0+030K0+140属于级围岩，洞体穿越F1-2号断裂构造，围岩岩性为断层破碎带角砾岩及压性碎裂岩构成，岩质软弱，节理裂隙极发育，洞身处在地下潜水位以下，围岩缝隙出水状态一般为涌流状股状，属强富水，洞体围岩松软，遇水极易塑性变形，洞体与洞壁易发生大范围塌方，稳定性极差。BQ=150210。极易发生坍塌事故，成型困难。K76+561K76+699和ZK76+560ZK76+697属于级围岩，洞体穿越F1-1号断裂构造，围岩岩性为断层破碎带角砾岩及压性碎裂岩构成，岩质软弱，节理裂隙极发育，洞身处在地下潜水位以下，围岩缝隙出水状态一般为淋雨状、涌流状甚至股状，属于中等-强富水，洞体围岩松软，

8、遇水极易塑性变形，洞体与洞壁易发生大范围塌方，稳定性极差。BQ=150210。为保证隧道正洞或斜井在通过围岩断层破碎带的施工安全、质量、进度，特编定本专项方案。 3、施工准备3.1施工人员配置：(1)主要施工管理人员配置 序号姓名职务职责1石 超项目经理项目全面负责2李 荣项目副经理项目具体管理3李 浩总工技术交底、质量检查4王鹏辉专职安全员安全指导、检查5陶丽军试验室原材料、配合比控制6李晓林质检科长质量自检、报检7刘建勤测量负责人放样控制、复核、检查8薛云云合同科长合同管理9 董泽全隧道施工现场管理员隧道施工现场管理10 王 强隧道施工现场管理员隧道施工现场管理序号名 称人 数职 责1工班

9、长负责施工组织指挥工作2安全员负责安全工作，发现和排除事故苗头3电工4负责电路4钻孔8负责钻孔工作5爆破8负责制做起爆药卷、运送炸药、装药、联线、起爆6装渣工6负责装渣7扒渣(洞内)12负责洞内扒渣8出渣运输8负责出渣运输9支护10负责支护、注浆堵水加固地层等10守库员2看守雷管、炸药库、保管发放火工材料11修理工3 机械设备维修工作12辅助工2工人配合机械合计67(2) 掘进劳动力组织及分工：(3) 衬砌劳力组织及分工序号名 称人 数职 责1工班长2负责施工组织指挥工作2拌和站3操作拌和站3装料工2砂石料及外加剂上料4砼泵司机2操作砼输送泵及装拆管和砼输送车运输砼5防水板工4安设防水板铺设盲

10、沟6台车就位6台车的移动，定位及模板轮廓尺寸7砼震捣工3捣固砼8修理工2负责设备维修9电工1线路维护合计253.2主要施工机械、仪器配置序号设备名称规格型号数量技术状况拟用何处 1挖掘机R220LC-51良好隧道工程2装载机ZL501良好隧道工程3风钻ERC-30SWD18良好隧道工程4砼喷射机HBT904良好隧道工程5衬砌台车MANA/MN-SDM1良好隧道工程6发电机500KW2良好隧道工程7出渣车15m35良好隧道工程8电焊机BX1-5001良好隧道工程9通风机WSD2.2X22良好隧道工程10全站仪徕卡2良好隧道工程11水准仪DZS32良好隧道工程12液压地质钻ZYG1502良好隧道工

11、程13潜孔钻机YQ1002良好隧道工程14双液注浆泵KBY50702良好隧道工程15单液注浆泵ZG63101良好隧道工程16水泥搅拌机JZ3502良好隧道工程17水泥浆储浆桶自制2良好隧道工程18钻孔注浆台车自制2良好隧道工程19高压阀 5良好隧道工程20高压软管 50良好隧道工程3.3施工材料准备水泥：采用柳林华润水泥厂生产的42.5普通硅酸盐水泥。砂：细度模数在2.42.8的河砂(中粗砂)。碎石：采用离石区吴城镇九里湾石料场加工生产的碎石，严格级配制，含泥量不得大于1压碎值和针片状等各项指标均符合设计要求。 水：采用牛家岭天然水，PH值68,符合设计及规范要求。砼生产：选用普通硅酸盐水泥，

12、以设计施工图为准，在隧道出洞口外建一座自动计量砼搅拌站进行现场生产砼。砼配合比在施工前利用现场材料经试验合理选择级配。 四、施工技术方案4.1方案总体概述隧道穿过断层地段,施工难度主要取决于断层的性质、断层破碎带的宽度、填充物、含水性和断层活动性以及隧道轴线和断层构造线方向的相互关系正交、斜交或平行。在其他条件相差不大的前提下，两者的相互关系直接影响到施工的难易程度、工艺和工期。当隧洞轴线接近于垂直构造线方向时，断层规模较小，破碎带不宽，且含水量较小时，条件比较有利，施工难度相对较小；但当隧洞轴线斜交或者平行于构造方向时，则隧洞穿过破碎带的长度增大，并有强大侧压力，施工难度较大。通常隧道与断层

13、破碎带有如下几种位置关系：a)断层出现在拱部如图(a)这种情况对隧道的影响相对较小，施工难度主要取决于拱部断层带的宽度。当宽度只有数米时，在超前支护完成后，可采用台阶法开挖，但循环进尺应尽量缩短，并加强拱部的初期支护强度；当拱部断层宽度较大时，为安全起见，应改为弧形导坑留核心土法施工。b)断层出现在隧道侧面如图(b)这种情况，施工不当极易造成侧壁整体滑塌，应注意辅以钢架支护和喷射混凝土加强，并在侧壁断层范围加设小导管注浆加固断层岩体；当断层延伸至拱部范围或断层带穿过拱圈大部范围时，如图（c），坍塌的几率增大，应注意调整开挖方法。d)隧道整个从断层破碎带中通过当隧道通过较大规模的断层即断面全部穿

14、越断层时，如图(d)。采用超短台阶法开挖，即先行导坑上部开挖，上部初期支护及临时支护，先行导坑下部开挖，下部初期支护及临时支护，后行导坑上部开挖，上部初期支护，后行导坑下部开挖，下部初期支护，拆除临时支护施作仰拱，铺设防水层施作二次衬砌。根据地质勘测报告及两阶段施工图设计所示吕梁山隧道与断层破碎带位置关系属于（d)类，即隧道整个从断层破碎带中通过的情形；拟采用超短台阶法施工，以便安全通过断层破碎带。此外，断层段地质复杂，常出现涌水、突水等现象，对隧道施工安全影响很大，如何堵水治水尤为关键。针对不同涌水情形，采取不同的措施是行之有效的办法。常见涌水处理措施有：当超前探水孔中总出水量小于15m3但

15、个别探水孔出水量大于3m3时，按局部超前预注浆堵水法处理涌水；当未发现明显的漏水通道而漏水较严重的情形时，采用全断面帷幕注浆法处理涌水。K76+561K76+699、ZK76+560ZK76+697、2#斜井K0+030K0+140三段断层破碎带洞身处在地下潜水位以下，围岩缝隙出水状态一般为淋雨状、涌流状甚至股状，属于中等-强富水。采用全断面帷幕注浆法既是处理涌水的好办法，也是顺利通过断层地段安全必要措施。4.2超前地质预报由于断层段地质复杂，常带有涌水、突水、并携带有大量泥沙，在施工时存在极大的安全隐患，进行超前地质预报对隧道施工有着很好的指导性和必要性。而隧道施工对地质体的变化又非常敏感，

16、特别是对于大断面开挖，更要求准确预报施工前方的工程地质和水文地质条件。因此，必须把超前地质预报作为一个工序纳入整个施工质量管理体系。具体做法如下：（1）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，制定超前预报方案。预报方法：采用 TSP203地质预报仪、超前钻孔长期预报和地质雷达探测、水文地质观察和素描短期预报相结合进行地质预报。预报的重点内容：预报开挖面前方的地质情况、围岩级别、断层、软弱破碎带在前方暴露的位置和对施工的影响、地下水的活动情况。预报方式：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。预报效果检查：开挖至预报位置时，应对

17、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。4.3 超前支护断层施工超前支护多采用两种方法：洞身超前管棚支护、超前小导管注浆加强支护。根据图纸及地质水文情况，采取不同的辅助措施。1)洞身超前管棚施工钻孔采用GLP -150型电动地质钻机。施工时钢管沿隧道周边以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孔以穿管棚。运用测斜仪进行钻孔偏斜度测量，严格控制管棚打设方向。隧道周边布孔环向间距40cm，钻孔从两侧拱脚对称地向拱顶钻孔顶管，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”注浆加固围岩和钻孔顶管，尽量使围岩的承托力

18、加大，以减小钻头的下挠。管棚制作管棚超前预支护采用外径108mm、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，同一断面内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10加劲箍，管壁四周钻孔径12mm 的压浆孔，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段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。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：初压0.51.0MPa，

19、终压2.0MPa。单根钢花管的注浆量按Q=R2L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；为围岩孔隙率，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M30水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。施工工艺流程如下超前长管棚施工工艺流程图。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2)超前小导管注浆加强支护超前小导管

20、的作用：浆液被超前压注到岩体裂隙中并硬化后，既能将破碎岩块或颗粒胶结成整体的预加固，有能起超前支护作用。同时，注浆填充了裂隙，阻隔地下水向坑道渗流的通道，对断层破碎带及富水断层破碎带的稳定能力有很大的增强作用。采用风动凿岩机钻孔插管，注浆前对开挖面及5.0m范围内坑道喷射厚510cm砼封闭， 采用注浆机注入水泥浆，由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆，出现窜浆或跑浆时，采用间隔注浆。布孔 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孔。每个注浆眼间距为0.4m，注浆管长4.2m。钻孔 按布置的注浆眼位置钻眼，钻孔采用48mm的钻头，钻孔外插角应控制在10-15。顶管 小导管采用

21、外径42mm钢花管，管壁四周按15cm间距梅花形、钻设8mm压浆孔，为防止漏浆，管尾端无孔部分长1m，管前端锻成铁尖，尾端焊上8mm钢筋加劲箍，导管顶入长度不小于钢管长度的95%。封堵 导管打入后，用塑料泥（35Be水玻璃拌合42.5水泥）封堵孔口导管与孔壁间隙。注浆 水泥浆水灰比为0.51.0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内，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。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

22、将串浆孔及时堵塞，轮到该管注浆时，再拔下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管内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。注浆过程中要经常检查浆液质量，控制好浆液水灰比、注浆压力、注浆量并逐管填写注浆记录；对水灰比、注浆压力、注浆量、材料耗用量、异常情况及其处理等详细记录，为下一循环断层破碎带收集施工决策依据。施工准备钻孔打小导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效果检查制定施工方案进入施工浆液选择注浆参

23、数喷混凝土封闭掌子面注 浆注浆站布置浆液配制安孔口止浆塞连接止浆管开 挖配比试验施工工艺流程如下图超前小导管预注浆施工工艺流程图。 超前小导管预注浆施工示意图4.4洞身开挖由于断层带围岩松软，极易发生坍塌，按照“管超前、严注浆、短开挖、不(弱)爆破、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则，立足于各工序间协调统一，措施得当，快速通过破碎带。在拱部超前小导管或者管棚注浆预结围岩的保护下，根据断层破碎带与隧道的位置关系，本隧道断层段采用超短台阶法开挖,开挖循环进尺控制在0.5-1.0m。主要施工工序有：（1）施作超前支护，开挖侧导坑上半断面，上半断面超前下半断面5-10m。（2）边挖边施作侧导坑上半断面

24、初期支护及临时支护。（3）开挖侧导坑下半断面。（4）施作侧导坑下半断面初期支护及临时支护，及时封闭成环。（5）开挖另一侧隧道上半断面，上半断面超前下半断面5-10m。（6）边挖边施作上半断面初期支护。（7）开挖下半断面。（8）边开挖边施作下半断面初期支护，及时封闭成环。（9）拆除中间钢支撑，仰拱二次衬砌，铺设防水层及施作拱墙二次衬砌。以上工序中各部的初期支护都必须及时封闭成环，防止洞室下沉，在施工二次衬砌前注意防水板及排水管的铺设。当岩体非常破碎，尽量采用非爆破的人工或小型机械开挖。断层破碎带施工工艺图4.5初期支护加强支护及提高围岩整体稳定是隧道通过断破碎带最基本的施工要求。主要包括：加厚混

25、凝喷层厚度、加密加长锚杆、加强钢筋网、加密钢架距，提高钢架强度和刚度等。锚喷钢筋网联合支护喷射混凝土是使钢架、锚杆、钢筋网组成统一受力整体的关键工序，它可以在围岩表面形成很薄的半刚性衬砌，并在短时间内达到平衡，从而把围岩本身转变成一种有效的承重结构。喷射混凝土具有良好的抗爆破震动和抗冲切性能，能很好地防止坍塌的产生。锚喷网联合支护施工步骤：根据设计图，初喷砼35,及时封闭岩面。锚杆：拱、墙部采用25中空注浆锚杆，锚杆长3.0m，间距100*75cm(环*纵，梅花形布置）；锁脚锚杆采用22早强砂浆锚杆。当断层破碎及其严重或隧道整个从断层中通过时，可以视情况加密加长锚杆。钢筋网：钢筋采用6，网格尺

26、寸2020，钢筋网与锚杆焊接。当破碎严重时，视情况采用更大直径的钢筋并缩小网格尺寸，或采用双层钢筋网。钢支撑支护：钢支撑由18工字组成，纵向间距75；钢架间设置22连接筋，连接筋环向间距1.0m，在钢架外缘交错布置。4.6仰拱施作在初期支护完成后，进行仰拱的开挖、砼浇筑，以便尽早完成衬砌的成环。仰拱施作应要分段进行，开挖的长度不得过大。4.7隧道防水为了使隧道不渗水不漏水，在初期支护与二次衬砌之间敷设土工布+EVA防水板，作为第一道防水措施；拱部及边墙二次衬砌采用C30防水混凝土，作为第二道防水措施。 4.8拱圈衬砌本工程采用以新奥法为核心的锚喷支护复合衬砌。出于隧道衬砌防水要求的考虑和最大限

27、度减少衬砌裂缝的要求，二次衬砌采用C30泵送防水砼结构，抗渗等级应达到P8。 根据现场实际情况，隧道拱圈衬砌采用四台12米模板衬砌台车，台车模板按隧道轮廓线采用整体钢模板，模板拱形骨架间距1.5米，骨架径向由螺杆调节杆支撑，支点设于台车的门架上。台车行走采用被动牵引，其净空可满足大型机械及车辆通过。 砼采用自拌砼。砼运输采用砼搅拌运输车，砼水平垂直运输由砼输送泵完成，两侧均衡浇筑并连续施工，减少施工缝和错台。两侧砼高差不超过1米。 严格按施工规范及设计文件组织施工，根据监控量测结果确定二次衬砌的施作时间。在模板定位、支撑、密封性处理及砼搅拌、运输、灌注间隙时间上严格按规范施工。模筑时严禁模板、

28、堵头等损坏防水层、横纵向排水管，消除错台漏浆、纵向施工缝多及渗漏水等现角，并保证预埋件质量可靠。4.9断层涌突水突水施工预案超前围幕注浆支护根据超前地质预报，当隧道洞身整个通过断层破碎带，且破碎带富水时，采用超前帷幕注浆支护工艺，可形成较大范围的筒状加固区。超前帷幕注浆作用原理：对于破碎岩层，采用中低压力将浆液压注到上述地层中的裂隙、裂缝、空隙里凝固后将岩土或颗粒胶结为整体，以改善、增强破碎带的自稳能力。超前帷幕注浆支护施工工艺：根据地质超前预报结果进行超前注浆，注浆施工工艺详见图8。在超前探明掌子面前方1015m有大的裂隙水时，沿施工掌子面放射状布设超前注浆孔，固结隧道开挖线外5m左右的岩体

29、，一次固结长度35m，开挖30m，预留下段止浆岩盘5m。注浆参数注浆参数是一个动态的参数，一般是随岩性和充填物的性质，并通过试验确定。初步可按以下参数设计，施工过程中根据实际情况再作调整。注浆范围:隧道开挖轮廓线以外约5.0m。注浆压力：一般控制在3MPa，且不大于5MPa。注浆材料：采用水泥、水玻璃混合液（即CS浆液）。浆液配比：水玻璃：模数m为2.43.4，浓度35Be（配置后）水灰比：0.6-1.1；水泥浆与水玻璃浆体积比：1：0.5胶凝时间：浆液凝结时间可通过改变水灰比、水玻璃用量及缓凝剂掺量控制，一般可按3分钟确定，如遇富水情况应先12分钟，待水压小后可改为3分钟。单孔注浆量Q按QR2Ln控制，式中Q为单孔注浆量（m3）；R为单孔有效扩散半径（m）；L为注浆孔长（m）；n为岩层裂隙率，取3；为浆液在岩体裂隙中的充填系数，取0.5；为浆液消耗率，取1.1。n、可在施工中根据具体情况调整。注浆管采用50热轧钢管，壁厚5mm，周边外插角在保证注浆半径不小于5.0m前提下，根据施工中的设备确定。注浆方式：采用