莲花山隧道石髻山断层施工方案Word文件下载.docx
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4.超前帷幕注浆施工方法
4.1超前帷幕注浆
DK178+000～DK178+970段地形较为平坦，埋深仅为60～70m,且发育石髻山断层，为挤压性断裂，岩体破碎，且有沟水流经断层破碎带，有突水可能性；
在DK178+700～DK179+000左90～200m间存为莲花山水库，虽现场调查时本水库蓄水量较小，有近一半面积已见底，无漏水现象，来源于山间沟水，该水库现已经没有蓄水灌溉的作用。
但水库位于距离线位仅有90m，对隧道的开挖有较大影响，有突水的可能。
隧道开挖可能引起突水涌水。
采取“以堵为主，限量排放”的原则，通过帷幕注浆控制地下水流量，保证施工安全。
根据设计图纸要求在DK178+590-DK178+810段采用超前帷幕注浆施工。
采用孔口管和小导管注浆，钻孔长30m，孔口管采用直径89mm，壁厚5.5mm，作为止浆和孔口保护。
注浆固结圈控制在5.0m，全断面注浆则注浆孔全断面布置。
为保证注浆效果和均匀性，注浆应分段进行。
超前帷幕注浆施工工艺流程见图4-1。
4.2帷幕注浆参数
根据设计和以往施工经验，先按照以下参数实施，在施工中再按照实际注浆效果进行调整。
①断层破碎带注浆范围开挖轮廓线外4m，每一循环注浆长30m，开挖25m，并保留5m的注浆岩盘。
图4-1帷幕注浆施工工艺流程图
②采用多功能液压钻机施钻，注浆孔直径φ75。
③浆液扩散半径2m，每环孔底间距不大于3m，每一循环设6环125个注浆孔；
正常注浆压力为静水压力加0.5Mpa，注浆终压力不大于2.5倍的静水压力。
施工中根据现场注浆试验进行调整。
4.3注浆材料选择
浆液主要采用纯水泥浆（可根据情况采用双液浆），
水泥：
42.5普通硅酸盐水泥
水玻璃：
40Be’
水灰比：
0.5:
1～0.8:
1
当裂隙发育，水量及水压大时，需根据具体情况选用有快凝、早强、抗流失性能的水反应型浆材。
止浆塞止浆，浆塞胶圈尺寸应与注浆孔径相配。
4.4帷幕注浆孔布置
帷幕注浆注浆孔布置见图4-2、图4-3。
4.5帷幕注浆施工工艺
施工中根据超前探水孔的出水量情况进行注浆设计，可根据压水试验对注浆参数进行优化和调整，据此调整钻孔布置及孔数，同时施工中还可以根据自身机械配置、施工方便等对开孔位置进行调整，但应保证钻孔的终孔位置。
注浆孔布置中第一、二、三环孔对隧道周壁地下水封堵，采用前进式注浆；
第四、五、六环孔及中心孔对每循环注浆的最后5m岩体进行加固，以封堵正面水，并为下一循环注浆加固止浆岩盘，采用后退式注浆。
施工中根据出水点位置对注浆终孔位置进行调整。
①前进式注浆
前进式注浆这种方式是注浆钻孔钻进一段，注浆一段，由外向里依次推进。
分段前进式注浆宜用于裂隙发育或破碎岩层，其优点是堵水效果好，缺点是注浆钻孔钻进重复，工程量较大。
前进式注浆流程见图4-4。
图4-4分段前进注浆工艺流程图
从外圈向里圈注浆。
每环注浆孔先施工奇数编号注浆孔，然后施工偶数编号注浆孔同时作为检查孔。
成孔注浆采用前进式分段注浆，套管安装完成后，每钻进5～7米即开始注浆，注浆达到设计要求后开始下一阶段钻孔注浆。
注浆方式示意图见图4-5。
注浆效果检查采用钻检查孔法，根据注浆状况，确定检查孔位置。
对检查孔进行钻孔检查，检查孔钻深为开挖段长度以内并预留3m段。
根据检查孔涌水量来决定是否需补设注浆孔。
如果每孔每延米涌水量大于0.15L/min或局部孔涌水量大于3L/min的追加钻孔注浆，再次压注直到达到设计要求为止。
图4-5前进式注浆方式示意图
②后退式注浆
这种方式是将注浆钻孔一次钻完，由孔底向外分段注浆。
宜用于裂隙不甚发育的岩层，其优点是注浆钻孔无重复钻进，工程量相对较小。
后退式注浆工艺流程见图4-6。
后退式注浆示意图见图4-7。
每环注浆先注奇数编号的注浆孔，再注偶数编号的注浆孔，并以偶数编号的注浆孔作为检查孔。
待本环所有注浆孔注完后，根据压浆孔的出水量确定局部是否需要补设注浆孔。
一般每孔延米的出水量大于0.5L/min或局部孔出水量大于3L/min时，追加钻孔注浆。
图4-6分段后退注浆工艺流程图
图4-7分段后退式注浆示意图
注浆采用反复压注，稀浆与浓浆交替，压力与注入浆量相结合的方式进行。
注浆压力从低到高逐步增压，起始压力取1.7MPa左右。
注浆时间根据浆液的注入速率进行调整。
当注浆的压力和进浆量均小于规定后，结束该注浆。
4.6注浆顺序
先注外圈，后注内圈，同一圈由下而上间隔施作。
4.7注浆结束标准及注浆效果分析
4.7.1注浆结束标准
注浆结束标准根据注浆压力和注浆量来控制。
一般采用定压注浆。
当注浆压力逐步升高，达到设计终压并继续注浆10min以上，可结束本孔注浆；
单孔注浆量与设计注浆量大致相同，注浆结束时的注浆量在20～30L/min以下，可结束本孔注浆。
注浆结束时，应先打开泄浆管阀门，再关闭进浆管阀门并汲清水将注浆管路冲洗干净后方可停机。
4.7.2注浆效果检查分析
全部注浆孔注浆完成后，于断面上下左右及中部各设一检查孔，每孔长约30m，孔径与注浆孔相同，测孔内涌水量或进行压水实验，若满足设计要求，则可以开挖，否则进行补注浆。
注浆效果判断标准：
对注浆过程中的各种记录资料综合分析，注浆压力和注浆量变化是否合理，是否达到设计要求；
②检查孔出水量小于0.2L/min，任一检查孔漏水量小于10L/min；
③检查孔钻取岩心，观察浆液充填情况；
④根据注浆前后地层声波速度的大小对比来判断浆液的充填密实程度；
⑤采用各种手段测定工作面注浆后的涌水量，涌水量小于规定值，则质量合乎要求。
如不能达到以上要求，则要根据情况进行补孔注浆，直到满足上述要求为止。
4.8异常情况处理
①若钻孔过程中，遇见突泥情况，立即停钻，拔出钻杆，安装孔口管及高压阀，进行注浆。
②若掌子面小裂隙漏浆，先用水泥浆浸泡过的麻丝填塞裂隙，并调整浆液配比，缩短凝胶时间；
若仍跑浆，在漏浆处采用普通风钻钻浅孔注浆固结。
③若掌子面前方８米范围内大裂隙串浆或漏浆，采用止浆塞穿过该裂隙进行后退式注浆。
④当注浆压力突然增高，则只注纯水泥浆或清水，待泵压恢复正常时，再进行双液注浆；
若压力不恢复正常，则停止注浆，检查管路是否堵塞。
⑤当进浆量很大，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，以使浆液在岩层裂隙中有相对停留时间，以便凝胶；
有时也可以进行间歇式注浆，但停注时间不能超过浆液凝胶时间。
5.三台阶临时仰拱法
5.1三台阶临时仰拱法施工工序
5.1.1在上一循环的超前支护下，弱爆破开挖①部，施作①部周边的初期支护：
初喷砼，铺钢筋网，架立钢架（施作锁脚锚管），钻设径向锚杆，复喷砼至设计厚度。
5.1.2弱爆破开挖②-1部，施作②-1部初期支护：
施作临时仰拱：
架设临时横撑A，铺设钢筋网，并喷砼封闭临时仰拱。
5.1.3弱爆破开挖②-2部，施作②-2部初期支护：
5.1.4弱爆破开挖③-1部，施作③-1部边墙初期支护：
5.1.5弱爆破开挖③-2部，施作③-2部边墙初期支护：
5.1.6弱爆破开挖④部，施作④部仰拱初期支护，即初喷砼，铺钢筋网，架立钢架，复喷砼至设计厚度。
5.1.7施作Ⅴ部仰拱钢筋，灌筑Ⅴ部仰拱砼；
待仰拱砼初凝后，灌筑仰拱填充砼Ⅵ部至设计高度。
5.1.8根据监控量测分析，确定二次衬砌施作时机，拆除临时横撑；
铺设环、纵向透水盲管、防水板和土工布，施作衬砌钢筋；
利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅶ部（拱墙）衬砌砼。
5.2施工注意事项
5.2.1隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
5.2.2钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固，工序变化处之钢架应设锁脚锚管，以确保钢架基础稳定，下台阶安全，防止塌方。
5.2.3复合式衬砌段在施工时，须按有关规范及参考图的要求，进行监控量测，根据监控量测的结果进行分析，确定灌筑二次衬砌砼的时机及调整支护参数。
5.2.4施作I18横撑连接处或与钢架连接处均设钢垫板（240×
200×
16mm）。
5.2.5当岩体极破碎自稳性较差时，必要时可采取喷砼封闭掌子面或预留核心土的方法施工。
5.2.6若边墙钢架发生明显内移，必要时可架设临时横撑B；
若拱顶钢架发生明显下沉，必要时可参照CRD法增加临时竖撑，并进行系统支护补强，以确保施工安全。
5.2.7应确保仰拱至开挖面距离不大于40m，以保证及时封闭成环。
台阶法加临时仰拱施工工序横断面见图5-1。
台阶法加临时仰拱施工工序纵断面见图5-2。
台阶法加临时仰拱施工工序平面见图5-3
图5-1台阶法加临时仰拱施工工序横断面
图5-2台阶法加临时仰拱施工工序纵断面
图5-3台阶法加临时仰拱施工工序平面
6.超前地质预报
针对石髻山断层地质条件，采用TSP203地质预报系统、红外线探测仪、地质雷达、超前钻孔探测及地质素描等综合地质预报技术，预测开挖工作面前方一定范围内的工程地质。
由地质预报队具体负责超前地质预报工作，主要资源配置见表6-1。
表6-1超前地质预报主要设备配置表
序号
设备名称
数量
TSP203超前预报仪
1套
2
SIR－3000型地质雷达
1台
3
红外探水仪
4
DTS-1型防爆音频电穿透仪
5
KSY-1型钻孔窥视仪
6
GLP150型全液压钻机（超前水平地质钻机）
超前地质预报的重点内容：
预测开挖面前方地质情况，围岩整体性、断层、软弱围岩破碎带在前方的位置和对施工的影响，地下水活动情况等。
其预报组合见图6-2。
图6-2综合超前地质预报示意图
超前地质预报施工流程见图6-3。
6.1地质预报计划
石髻山断层施工过程中必须将超前地质预报纳入施工工序管理，做到先探测、后施工，不探测不施工。
实施计划总的思路是：
长期预报和短期预报相结合，采用TSP203超前地质预报系统进行长距离宏观控制，红外探水连续实施，地质雷达进一步强化、补充和验证，加打超前水平钻探和孔内数码成像的力度，加强常规地质综合分析，根据地质预报结果，经专业人员进行分析研究后，拟定相应对策以指导施工。
多管齐下，力争把石髻山断层发生地质灾害的机率降至最低。
图6-3超前地质预报施工流程图
地质超前预报计划见表6-4。
6.2预报方法
6.2.1地质素描
地质素描预测法分为岩层岩性及层位预测法、条带状不良地质体影响隧道长度预测法以及不规则地质体影响隧道长度预测法三种。
对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。
表6-4地质超前预报计划表
预测预报手段
仪器
预报内容
预报频率及计划
地质
素描
罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺、数码相机等简单工具
对开挖面围岩级别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、破碎带分布和形态、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，通过对洞内围岩地质特征变化分析，推测开挖面前方地质情况。
地质素描在每次开挖后进行
TSP203技术
重点探查规模较大的破碎带、裂隙发育带等。
每隔100m用TSP203探测一次
地质雷达周边探测
重点进行隧道周边的地质体探测，查找地质破碎带及其它不良地质体，防止开挖通过后，隧道顶板、底板及侧壁出现灾害性的突水突泥。
每隔30～40m内
红外探水
根据构造探测结果，趋近不良地质体和地质异常体时，利用便携式红外线探水仪进行含水构造探测。
当洞内个别区段渗水量较大时，亦用红外探水仪探测预报，探明隧道周边隐伏的含水体。
每隔20m～30m对掌子面进行一次含水构造探测
钻孔射频透视技术
利用钻孔射频透视法探测掌子面前方隧道开挖断面内的小型导水通道，查明其空间分布，以便制定相应措施，在施工时预防和整治。
依据红外探水和高密度电法探测结果确定进一步探测的距离和频率。
水平
超前钻孔
钻机选型用GLP150型全液压钻机，
将超前钻孔作为主要的探测手段，用以验证超前地质预报的精度，并直接探明前面围岩地段的涌水压力及其含量。
按隧道全长进行探测，孔径75mm。
每次钻孔深度30m，必要时进行取芯分析。
测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。
将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在地表地层（岩层）层序中的位置和层位。
依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。
施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。
同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。
及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。
6.2.2TSP203
地震（声）波由特定点上的小规模爆破产生，并由电子传感器接收。
当地震波遇到岩石强度变化大（如物理特性和岩石类型的变化、破碎带、破裂区、陷穴的出现）的界面时，在绕射点处部分射波的能量被反射回来。
反射信号的传播时间与到达边界的距离成正比，因此能作为直接的度量方法。
TSP203系统特别适用于高分辩率的隧道折射地震（微地震）勘探，以及断裂和岩石强度降低地带的监测。
TSP203系统理论上可预测150～300m的距离。
6.2.3地质雷达预报
应用电磁波反射原理进行探测。
通过测定与含水性有关的介电常数的变化来探测充水的地质体，如含水的地层、岩性界面等。
采用TSP203地震反射波法进行中长距离（100m）较大的岩性结构变化情况的预报，采用探地质雷达进行短距离（30～40m以内）的精细岩性结构变化情况的预报。
作为TSP203超前地质预报的补充，在高水压地段对TSP203预报的异常点，比如确定异常体的规模、性质、危害等有困难时采用地质雷达作为补充手段。
6.2.4红外探水
红外探水每20m测量一次。
红外探水仪通过接收岩体的红外辐射强度，根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。
红外探水有较高的准确率，但是它对水量、水压等重要参数无法预报。
6.2.5超前水平钻探
超前钻探是隧道施工期超前地质预测预报最直接、最有效的方法，也是对其他探测手段成果的验证和补充。
通过钻孔钻进速度测试和对钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水等方面的资料。
预报为单孔，孔深一般40～60m，采用地质钻机接杆钻孔。
为防止遇高压水时突水失控，开孔采用φ75钻头，孔内放入3.0m长的φ89钢管做为孔口管，孔口管伸出掌子面50cm，孔壁间用环氧树脂加水泥浆锚固，孔口管伸出部分安封闭装置，并与注浆泵联接，以便遇高压水时及时封堵并注浆。
钻孔时作业平台要求平稳、牢固，钻机施工时不晃动。
施钻过程中，由地质工程师详细记录钻速、水质、水量变化情况，并对岩芯进行统一编录、收集，综合判断预报前方水文、地质情况。
6.3预报效果检查
开挖到预报位置时，将实际地质进行素描，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，为以后的预报提供参考，并及时将预测数据、结果反馈至设计院，调整设计、改变施工方案。
7.监控量测
7.1监控量测目的
现场监控量测是在隧道施工过程中，对围岩和支护系统的稳定状态进行监测，为喷锚支护和二次衬砌的设计参数调整提供依据，确定二衬和仰拱的施作时间，把量测的数据经整理和分析得到信息及时反馈给设计和施工，进一步优化设计和施工方案，以达到安全、经济、快速施工的目的。
监控量测是施工管理中的一个重要环节，是施工安全和质量的保障。
通过现场监控量测了解围岩、支护变形情况，以便及时调整和修正支护参数，保证围岩稳定和施工安全；
提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据，确定二次混凝土衬砌施作时间；
依据量测资料采取相应措施，在保证施工安全的前提下加快施工进度；
积累量测数据资料，提高施工技术水平。
7.2量测项目
监控量测项目及内容：
监控量测项目分必测项目和选测项目两类。
我们将按设计要求开展监控量测工作。
监控量测必测项目见表7-1，监控量测选测项目见表7-2。
表7-1监控量测必测项目表
量测主要项目
量测仪器
主要内容
洞内外观察
目测
数码相机
开挖面围岩自稳性；
岩质破碎带、褶皱节理等情况；
核对围岩类别及风化变质情况；
地下水情况；
支护变形开裂情况；
浅埋地段地表下沉情况。
水平相对净空变化量测
收敛计
根据收敛情况判断：
围岩稳定性；
支护设计和施工方法的合理性；
模筑混凝土衬砌。
拱顶相对下沉量测
水平仪挂钩式钢尺水准尺
监视拱顶下沉值，了解断面变化情况，判断拱顶的稳定性，防止坍方。
浅埋地段地表下沉量测
经纬仪
水准仪
监控浅埋地段地表沉降情况，判断洞口及仰坡稳定。
表7-2监控量测选测项目表
监测项目
测试方法和仪表
测试精度
备注
围岩内部变形量测
多点位移计
±
0.1%F.S
锚杆轴力量测
钢筋计
最小读数≤700kPa/0.01%
围岩压力量测
测缝计、压应力计
支护衬砌应力量测
应变计
最小读数（×
10-6/0.01%）≤3
钢架内力及所承受的荷载量测
钢筋计、应变计
最小读数≤700kPa/0.01%；
围岩弹性波速度量测
钻孔单孔声波和对穿声波法测试
7.3监控量测流程
监控量测的作业流程流程见图7-3。
7.4监控量测作业
7.4.1洞内外观察
①洞内外观察分开挖工作面观察、已施工区段观察以及地表观察，开挖工作面观察应在每次开挖后进行一次，内容包括节理裂隙发育情况，工作面稳定情况、围岩变形等，当地质情况基本无变化时，可每天进行一次，观察后应绘制开挖工作面略图并做好地质素描，填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡。
②对已施工区段的观测每天至少一次，观测内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状态，以及施工质量是否符合规定的要求。
7.4.2拱顶下沉及水平净空变化量测
①拱顶下沉及水平净空变化量测应在同一断面进行量测，并采用相同的量测频率。
如位移出现异常时应加大量测频率。
图7-3监控量测流程图
②观测点布置
观测点布置详见图7-4。
③净空变形量测断面的间距应根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度及工程重要性等确定。
④净空变形量测应在每次开挖后进行，初读数应该开挖后12h内读取，最迟不得大于24h，而且在下一循环开挖前、必须完成读数。
⑤测点应牢固可靠，易于识别并妥为保护，拱顶量测观测点必须埋设在稳定的岩面上，并和洞内水准点建立联系。
⑥量测应选择精度适当，性能可靠，使用及携带方便的仪器，变形量测可阻式和电感式仪器，仪器使用前必须经过严格标定。
⑦水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法，地质条件，量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。
⑧拱顶下沉测量应与水平相对净空量测在同一断面内进行，可采用水准仪等测量下沉量。
当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉和基底隆起量。
⑨拱顶下沉量测与水平净空相对变化量测的频率相同，应从表7-5中根据变形速度和距开挖面距离选择较高的一个量测频率。
表7-5量测频率
变形速度（mm/d）
量测断面距开挖工作面的距离（m）
量测频率
≥5
（0～1）B
（1～2）次/d
1～5
（1～2）B
1次/d
0.5～1
1次/（2～3）d
0.2～0.5
（2～5）B
1次/2d
<
0.2
>
5B
1次/周
7.4.3地表下沉量测
①地表下沉量测根据隧道埋置深度、地质条件、地表有无建筑物、所采用的开挖方式等因素确定。
地表下沉量测的测点应与水平净空相对变化和拱顶下沉量测测点布置在同一个横断面内，地表下沉量测断面的间距见表7-
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