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危险性较大工程施工方案

武广客运专线重点隧道工程SD

标

危险性较大工程专项施工方案

中铁十二局集团有限公司

武广客运专线工程项目经理部

二OO五年十月

武广客运专线重点隧道工程SD

标

危险性较大工程专项施工方案

编制人：

复核人：

审核人：

编制日期：

审

查

意

见

集团公司专家：

年月日

目录

一、岩爆地段施工……………………………………………………1

二、断层破碎带及其影响带施工……………………………………6

三、突水、突泥地段施工……………………………………………8

四、防止围岩失稳和坍塌措施………………………………………10

五、隧道坍方处理……………………………………………………12

危险性较大工程专项施工方案

武广客运专线重点隧道SDⅢ标段的工程项目主要为大瑶山2号隧道出口段和大瑶山3号隧道。

本标段隧道洞身地质复杂，多种地质构造并存。

断裂发育，节理裂隙具有复杂多变的性质，通过对设计提供的工程水文地质等资料的认真研究并结合现场实际反复论证，确定当隧道穿过高地应力、断裂破碎带、岩溶等地段时存在岩爆、突水突泥、围岩失稳等较大危险。

超前地质探测与预报是施工的关键。

一、岩爆地段施工

㈠岩爆基本特征与类型

1、岩爆基本情况

岩爆多发生在埋藏很深、整体、干燥和质地坚硬的岩层中。

岩爆是一种能量转化过程，由围岩原先所积蓄的弹性应变能突然瞬间释放，转换为冲击动能的过程。

岩爆的破坏，多数都是先从毛洞围岩微裂纹的扩展开始，邻近的裂纹由原先的不贯通到相互贯通，在洞周最大切向压应力的作用下，因贯通裂纹间的岩条被剪切而屈服破坏，破裂成的碎块（片）最终在应变能释放和自重作用下掉块，或因应变能急骤释放而使碎块（片）弹射崩出。

2、隧道内岩爆特点

⑴岩爆在未发生前无明显的预兆，虽经仔细找顶，并无空响声。

一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。

在没有支撑的情况下，对施工安全威胁甚大。

⑵岩爆多发生在新开挖工作面及其附近，发生部位多在顶部和拱腰处。

⑶产生岩爆的时间，一般在开挖后2～3h内，但也有在较长时间后发生。

⑷在岩溶或溶孔发育较多的岩层里不发生岩爆。

3、岩爆类型；根据岩爆发生时所表现出来的基本特征分为：

破裂松脱型：

围岩呈块、板、鳞片状爆裂，爆裂声微弱。

爆裂的岩块需经过一段时间后才从母岩表面弹射下来，弹射距离较小。

弹射速度一般小于2m/s，部分岩块是自上而下的坠落。

此类型为微弱的岩爆。

爆裂弹射型：

岩片的弹射及岩粉的喷射，爆裂声响如同鞭炮，爆出的岩块成片状弹射或剥离，射出来的岩块多为中间厚、周边薄的鳞片，其较大的块体达到直径D=0.3～0.5m、厚度h＝0.1～0.3m，岩片弹射的速度一般约为2.0～5.0m/s，发生的部位一般在新开挖的工作面及其附近的拱部。

岩爆发生前连续发生有如破竹般的劈啪声，发生后有岩粉尾随出现。

发生岩爆的洞壁岩面一般光滑平整。

此类型为中等岩爆。

爆炸抛石型：

巨石抛射，声响如炮弹爆炸，抛石体积有数立方米至数十立方米，抛射距离数米至一二十米。

弹射的速度一般大于5m/s，岩爆部位集中于爆破后的开挖面。

岩爆发生在爆破后数分钟内，并很快趋于平稳。

此类型为强烈岩爆。

㈡岩爆地段施工

本标段隧道埋深最大达到650～700m，隧道施工中发生岩爆的可能性极大，施工时将进行预测、监测，做好动态信息化施工，避免或减少岩爆的发生.

1、总体施工方案

隧道施工中可能发生岩爆时应遵循“以防为主，防治结合”的原则。

首先认真研究设计文件及相关地质资料并结合开挖面前方的围岩特性、水文地质情况进行预测、预报，判别岩爆存在的可能性及岩爆等级，以便采取有效的、针对性的防治措施。

2、岩爆预测、预报方法

⑴以超前探孔为主，辅以地震波等手段进行预测预报；

⑵对开挖面及其附近的地质观察、素描，分析岩石的“动态特性”，主要包括岩体内部发生的各种声响和局部岩体表面的剥落、崩裂等现象；

⑶采用工程类比法进行宏观预报。

如设有平行导坑，则平行导坑应掘进超前正洞一定距离，以了解地质分析可能发生岩爆的地段，为正洞相应地段施工提供依据。

3、岩爆存在可能性的判别

依据设计文件、相关地质资料及岩层特征等方面初步判别岩爆存在的可能性，其判别指标如下：

⑴岩石的强度Rb≥80Mpa；

⑵岩层中的原始初应力σ0≥（0.15~0.2）Rb；

⑶围岩的级别：

、

或

级；

⑷隧道洞身埋深H≥50m；

⑸岩石干燥无水、呈脆性，结构较完整，节理基本不发育。

只要满足其中三项指标时，即可判定岩爆存在。

4、岩爆等级划分

为预防岩爆的发生，及采取有效的防治措施，需根据岩爆强度大小进行分级，岩爆强度分级见下表。

岩爆强度分级表

分项指标

分级

σ0/Rb

围岩级别

埋深（m）

Rb（Mpa）

微弱岩爆

0.15~0.25

、

<200

80~120

中等强度岩爆

0.2~0.35

、

200~700

120~180

强烈岩爆

>0.3

、

>700

>180

说明：

Rb：

岩石单轴抗压强度；σ0：

原始最大主应力

5、岩爆地段施工

岩爆的发生速度快，来势猛。

受多种因素的控制，在其活跃地段和活跃期，或者在岩爆孕育期和孕育地段就适时地采用合理的加固措施，是岩爆控制与施工安全的重要环节。

在可能发生岩爆地段的隧道施工中，坚持“短进尺、多循环、以防为主、防治结合”的原则，针对不同的岩爆级别可采取下列技术措施：

⑴掘进时短进尺，每循环进尺宜控制在1.0~1.5m,一般不超过2.0m。

⑵选用预先释放部分能量的方法。

用超前钻孔释放能量或喷射高压水冲洗法，先期将岩层的原始应力释放，以减少岩爆的发生。

①微弱岩爆地段可直接在开挖面上洒水，软化表层，促使应力释放和调整。

②中等岩爆地段在边墙及拱部隧道开挖轮廓线10-15cm范围内打设注水孔，并向孔内喷灌高压水，软化围岩，加快围岩内部应力的释放。

③强烈岩爆段除采用喷注高压水外，可采用开挖超前导坑的方法，提前释放部分应力。

④采用预裂爆破以释放预应力。

⑶加强光面爆破技术，使开挖轮廓线圆顺，降低岩爆发生的强度。

选用与硬岩相匹配的水胶炸药。

周边眼间距较无岩爆地段适当加密，周边眼采用ф20小药卷不偶合装药，严格控制药量，尽可能减少爆破对围岩的影响。

⑷局部增设锚杆及钢筋网或采用钢架锚喷支护等手段进行防护，尽可能减少岩层暴露时间，减少岩爆发生。

①对于岩爆强烈的开挖面，可采用超前锚杆对开挖面前方的围岩进行锁定。

②在拱部及两侧侧壁布置预防岩爆的短锚杆，锚杆长度宜为2m左右，间距宜为0.5～1.0m，并宜与微纤维喷射混凝土联合使用，形成喷锚加固作用。

㈢发生岩爆采取的措施

隧道施工中，一旦发生岩爆，应立即采取下列处理措施：

1、停机待避，同时进行工作面的观察记录，如岩爆的位置、强度、类型、数量以及山鸣等。

2、在工作面、侧壁和拱部，每一循环内进行2～3次找顶。

3、采用能及时受力的锚杆：

锚固剂锚杆。

4、采用喷射微纤维混凝土，厚度为5～8cm。

5、当用台车钻眼，岩爆的强度在中等以下时，可在台车及装碴机械、运输车辆上加装防护钢板，避免岩爆弹射出的块体伤及作业人员和砸坏施工设备。

二、断层破碎带及其影响带施工

断层破碎带及其影响带施工主要应减少对围岩的扰动，其施工时应根据实际情况遵循“先治水，超前支护、分步开挖、随挖随护、密闭支撑、勤快量测”的原则。

㈠探明断层破碎带及其影响带情况

隧道在穿越断层破碎带及其影响带时，其施工难度取决于断层的性质、断层破碎带及其影响带的宽度、填充物、含水性以及隧道轴线与断层构造线方向的组合关系等，施工前要通过多种方法来判明与掌握断层破碎带及其影响带的情况。

1、依据设计提供的工程水文地质资料选用TSP203超前地质预报系统、地质雷达、红外探水仪及超前地质钻孔等探测手段和预报方法，提前预测松散、破碎带及其影响带的宽度、填充物、含水性等情况，对断层做出预测。

2、当断层破碎带的宽度较大，破坏严重，充填物情况复杂，并有较多地下水时，应在隧道一侧或两侧施作导坑，预先探明正洞断层破碎带的地质情况，并有利于排水；导坑穿过断层后，宜在较好的地层中掘进一段距离后转入正洞，开辟工作面，加快施工进度。

3、对破碎带地下水施工中应在每个掘进循环中钻凿不少于2个超前探孔，其深度宜在4m以上，以随时探明地下水情况。

㈡选择合理施工方法

依据预测情况和机具设备条件、进度要求、材料供应等并结合现场实际选择合理施工方法进行断层破碎带及其影响带施工。

1、当隧道轴线与断层构造线大角度相交，断层破碎带不宽，规模较小且含水量较小时对施工有利，可随挖随护；当隧道轴线与断层构造线小角度相交或平行时，则隧道穿过的破碎带的长度增大，并有强大侧压力应加强边墙衬砌，及时封闭。

2、断层破碎带及其影响带施工时首先要治水，应符合如下要求：

当破碎带地下水是由地表水补给时，应在地表设置截排水系统引排。

施工中宜采用注浆堵水结合超前钻孔限量排水。

特大涌水时可采用辅助坑道排水，辅助坑道开挖应超前适当距离。

当地下水与地表水连通时，经技术、经济比选，宜采用注浆堵水措施。

当隧道埋深在20m以内时，可采用地表注浆；当隧道埋深超过20m时，则应采用开挖工作面预注浆。

3、宜采用正台阶预留核心土环形开挖法或采用中隔壁法、交叉中隔壁法或双侧壁导坑法。

4、掘进循环进尺宜为0.5～1.0m。

㈢施工要求

断层破碎带及其影响带施工时主要应减少对围岩的扰动，控制围岩松驰、变形，通过超前加固、注浆加固和及时封闭等方式来提高围岩的自承能力。

施工应遵循“超前支护、分步开挖、随挖随护、密闭支撑、勤快量测”的原则。

1、通过断层破碎带及其影响带时，及时施作初期支护并封闭成环，减少岩层的暴露、松动，各施工工序的距离尽量缩短，衬砌尽早封闭。

2、必须采用爆破法掘进时，严格掌握炮眼数量、深度及装药量，以减少爆破对围岩的震动。

3、采用分部开挖时，其下部开挖宜分左右两侧相距交替作业；

4、断层破碎地带及其影响带的支护宁强勿弱，并经常检查加固；

5、加强围岩监控量测，根据量测结果，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。

三、突水、突泥地段施工

隧道通过富水段接触带时，施工中有可能产生突然涌水、涌泥现象。

㈠突水地段施工

洞内突水对隧道施工的危害很大，施工中必须采取相应的防水、排水措施。

根据涌水量的大小，提前封堵和疏排，同时做好应急准备，一旦发生涌水，迅速排出，以防大量地下水涌入洞内，造成危害。

1、涌水预测方法

根据在类似地质条件隧道工程施工中的成功经验，以超前钻孔探水为主，相似比拟法预测为辅。

2、施工方案

施工中认真研究设计文件，加强地质调查，进行超前钻孔探测，采用综合物探手段预测预报，判明水源补给、涌水量和突出水压等情况，有针对性地采取帷幕注浆、超前注浆或管道引排等方案。

3、施工要点

加强地质预探、预报。

根据设计文件，在开挖即将进入设计富水地段时，加强工作面前方的地质预探、预报工作，准确掌握前方地下水含量、压力、分布，并结合预测结果设置超前探水孔，判断是否有发生涌水的可能。

根据水源补给、涌水量和突出水压等预测预报情况及设计要求，分别采取帷幕注浆、超前注浆堵水措施；超前钻孔、管道引排等方法，排除部分地下水，减少水量，降低水压。

采用上部弧形导坑预留核心土法、台阶法等开挖方法，并辅之以超前小导管预注浆止水（浆液为水泥—水玻璃双液浆）穿越突水段。

按顺序分部开挖隧道断面，施作支护。

支护系统锚杆由厚壁小导管代替，施作支护时，根据渗漏水的情况，在各渗漏水处钻眼引水，设置弹簧排水管。

在大面积淋水或水流量仍很大的情况下，设置多层弹簧排水管，通过弹簧排水管将水引入墙脚纵向排水管，流入排水沟将水排出洞外。

铺设复合防水板，全断面模筑防水钢筋混凝土。

富水地段备足抽水设备，加强施工用水、排水管理，防止拱脚和基底浸泡。

㈡突泥地段施工

涌水在较厚断层泥或溶洞充填物中往往导致突泥，造成坍方，而且使隧道周围岩体产生空隙以至大体积的空洞，危害更大。

施工中，首先要依靠地质超前预报作出判断，根据断层或溶洞规模及填充物的性质，提前采用超前帷幕注浆或超前小导管预注浆进行封堵，以加固地层并堵水。

当在瞬时出水量达到40m3/h（Φ42探孔）、压力在0.06MPa以上的突水情况时和初期支护变形、开裂明显，可能出现突泥时应启动应急响应措施。

出现突泥时，必须尽快将口堵住。

堵塞的材料以钢筋、钢管和型钢为骨架，填塞草袋，劈柴和木板。

堵口后，用喷混凝土将其封闭，并将周围洞身加固；然后沿开挖面周边设超前钢管支护，采用直径φ40mm、φ50mm或φ80mm长6～8m的无缝钢管。

必要时两层、三层重叠，形成“套管”以增大其抵抗松散地层压力的能力。

同时在此断面附近设置监控量测点，监控量测围岩的收敛变形情况。

四、防止围岩失稳和坍塌的措施

㈠围岩坍方前兆

围岩的变形破坏、失稳坍方，是一个从量变到质变的过程。

在量变过程中，围岩的工程水文地质特征及岩石力学特性会反应出一些征兆。

根据这些征兆可预测围岩的稳定性，进行地质预报，采取相应措施，保证施工安全，防止隧道坍方。

围岩的变形破坏、失稳坍方，有以下一些征兆：

1、水文地质条件的变化。

如干燥围岩突然出水、地下水突然增多、涌水量增大、水质由清变浊等都是即将发生坍方的前兆。

2、拱顶不断掉下小石块，甚至较大的石块相继掉落，预示着围岩即将发生坍方。

3、围岩节理面裂缝逐步扩大，很可能要发生坍方。

4、支护结构变形（钢架接头挤偏或压劈、喷射混凝土出现明显裂纹或剥落等），甚至发出声响，有坍塌的可能。

5、围岩或支护结构拱脚附近的水平收敛率大于0.2mm/d或拱顶下沉量大于0.1mm/d，并继续增大时，说明围岩仍在发生变形，处于不稳定的状态，有可能出现失稳坍方。

㈡隧道坍方预防措施

1、全面了解设计提供的地质状况，并及时与现场实际情况对比，领会设计意图。

2、做好超前地质预报工作。

对开挖面前方地层进行探测预报，判明地层和含水情况，为超前支护和止水提供依据，及时修改或加强超前支护和支护参数。

尤其是施工开挖接近设计探明的富水带时，要认真及时地分析和观察开挖工作面岩性变化，遇有探孔突水、突泥、渗水增大和整体性变差等现象，及时调整施工方法。

3、加强施工监控量测，实行信息化施工。

对地表沉降、拱顶下沉、围岩收敛进行量测，及时对数据进行整理分析，及时反馈于设计和施工，及时优化设计参数和施工方法。

当量测数据表明围岩收敛变形接近控制标准的警戒值时，尽快采取加强措施进行加固，抑制变形，防止因变形突变引起坍塌。

4、据不同地质情况和开挖方式，采用超前小导管预注浆加固地层的超前支护措施，注浆选材视不同岩层和地下水情况分别采用水泥浆、水泥—水玻璃双液浆，通过注浆加固周边围岩，提高其自承能力，减少围岩松弛变形。

5、对不同围岩，分别采取上部弧形导坑预留核心土法、台阶法、CRD法、CD法等开挖方法。

分步开挖时，支护要及时闭合成环，每一环支护均施作锁脚锚杆，加强支护，防止拱脚下沉和内移，引起过大变形，导致拱部岩层坍塌。

6、严格控制开挖工序，尤其是开挖进尺，杜绝各种违章施工。

控制爆破装药量，减小对软弱破碎围岩的扰动。

7、保证施工质量。

超前预注浆固结止水、钢架制作、支护和衬砌混凝土质量必须符合设计及规范要求。

8、施工期间，洞口应常备一定数量的抢险材料，如方木、型钢钢架等，以备急用。

9、有下述现象发生时，应启动应急响应措施，先撤出工作面施工人员和机械设备，指定专人观察和进行加固处理后，确认险情排除方可恢复工作面施工:

围岩量测所反映的围岩变形速度急剧加快。

围岩面不断掉块剥落。

支护喷混凝土表面龟裂、裂缝或脱皮掉块，钢架严重变形。

掌子面节理裂隙中渗水量或涌水量明显加大。

五、隧道坍方处理

㈠隧道坍方处理原则

1、隧道发生坍方后应及时迅速处理，不得随意拖延时间。

处理前，必须仔细观测坍方的范围、形状、数量大小及坍体的地质状况、地下水的分布、活动情况等，分析坍方原因，制定合理处理方案。

2、隧道坍方应根据发生的部位、规模及地质条件，采取“治坍先治水，治坍先加强”的原则，采取锚喷支护、注浆、管棚、加强二次衬砌、设置护拱等技术措施，不失时机、不留隐患地进行处理。

3、坍方后首先要防止其扩大，在处理前加强防排水工作。

⑴坍方发生后，首先应防止坍方范围继续扩大：

①在坍方范围的顶部与侧壁危石及大裂缝应先行清除或锚固。

②加强原有支护。

对坍方范围前后原有的支护进行加固，以防止坍方扩大。

③在坍方范围内架设支撑或喷射混凝土，必要时加设锚杆。

⑵处理坍方前应采取下列技术措施，加强防排水工作：

①地表沉陷和裂缝应采用注浆填充和加固，或采用不透水土壤夯填密实，开挖截水坑，防止地表水下渗进入坍体；

②通顶陷穴口的地表四周应挖沟排水，搭设防雨棚遮盖穴顶；洞内衬砌通过坍方后陷穴应及时回填，回填应高于原地面，并用黏土或浆砌片石封闭穴口，作好排水；

③坍体内有地下水活动时，采用管、槽引至排水沟排出，无法进行引排时可采用注浆堵水。

㈡坍方处理

1、隧道洞口坍方处理

⑴中小型坍方应将坍体自上而下全部清除。

根据坍方后坡面情况可选用刷坡卸载的方法，同时应对仰坡面自上而下进行喷锚网加固。

⑵大型坍方的坍体不必全部清除，可采取先挖台阶的形式清除一部分，再进行喷锚网加固，并在仰坡上适当位置设浆砌片石挡墙防护。

⑶仰坡加固完成后，洞口段已露空洞身可采用暗洞明做或改为明洞衬砌，拱圈上部可回填土石或浆砌片石。

⑷根据仰坡坍方的规模及稳定性情况，对洞内二次衬砌应进行加强。

2、石质类坍方的围岩级别一般为

～

级，岩体以未风化或轻度风化的岩层为主，节理较发育，坍体呈碎石状，未坍方的围岩呈相对稳定状态。

坍方规模一般为中、小型，个别为大型坍方。

可按下列方法处理：

⑴根据坍体内坍腔的矢跨比，采取不同的处理措施：

①当矢跨比h/B＜0.7时，可采用外层初期支护（W）加内层初期支护（N）再加防护（F）的方法进行处理；

②当坍腔的矢跨比h/B≥0.7时，可采用W+F的方法进行处理。

⑵岩石类坍方已塌到隧道上方的原地面时，应先处理地面坍口，后处理洞内坍方。

处理洞内坍方时，应采用注浆加管棚整体加固的处理方法，即Z法，并应以渗透注浆为主，管棚应为长大管棚。

3、土质类坍方的围岩级别一般为Ⅳ～Ⅵ级，隧道的围岩以土质风化岩石为主，坍体呈土状，含有大量的黏土、砂质土（≥70%）及少量的石屑和孤石，坍方范围以外的未塌部分呈相对不稳定状态，坍方规模一般较大，主要为大型和特大型坍方。

可按下列方法处理：

⑴土质隧道坍方不宜采用清碴的方式处理；

⑵土质类坍方可采用注浆加管棚的处理方法进行，注浆可视坍体中土质（或砂）的颗粒大小分别采用渗透注浆或劈裂注浆。

4、坍方处理完毕后，应防止其再次发生，隧道的开挖及支护作业应符合下列要求；

⑴采用W+N+F和W中F法处理的坍方，由于坍体已全部清除，故开挖及支护工作是在未坍方的围岩中进行。

因此，应根据其围岩级别、地质构造状况、地下水活动情况等因素综合选定施工方法。

在坍方影响的范围（一般为10～30m）内，应严格按照“短进尺，弱爆破，强支护”的原则组织施工。

⑵采用Z法处理的坍方，其开挖及支护是在已注浆加固的坍体中进行，施工时应正确合理地选择开挖方法，严格控制开挖进尺和爆破装药量。

除在注浆效果十分良好的情况下采用全断面开挖外，一般均应采用台阶法或分部开挖法，其开挖进尺宜为0.5～1.0m。

开挖后，应及时支护。

支护应以喷锚支护为主，宜采用如早强药包锚杆或自进式锚杆等尽早受力的锚杆，并根据现场注浆加固效果和管棚支护效果，选择钢筋网、钢架和微纤维喷射混凝土。

5、坍方地段的衬砌应视坍方的大小和地质情况，采用钢筋混凝土或钢架混凝土予以加强。

衬砌完成后，应及时施作护拱和回填。

采用Z法处理的坍方，其二次衬砌背后应采取填充注浆处理。