隧道高风险地段施工方案Word格式文档下载.doc
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18、《铁路技术管理规程》(铁道部令第29号)
19、《铁路隧道施工机械配置的指导意见》(铁建设[2008]777号)
20、《铁路隧道设计施工有关标准补充规定》(铁建设[2007]88号)
21、《客货共线及客运专线隧道复合式衬砌运用参考图内轮廓及支护参数审查会专家意见》(经规标准[2007]92号)
22、《时速250公里客运专线铁路双线隧道复合式衬砌》(通隧(2008)0201号)
2.3隧道技术资料
1、五指山隧道设计图纸《南广桂肇施隧93》、《南广桂肇隧参01Y》、《南广桂肇隧参03Y》、《南广桂肇隧参05W》、《南广桂肇隧参06》;
2、南广铁路NGZQ-8标施工相关合同文件;
1)中铁工程设计咨询集团有限公司在施工前期对五指山隧道隧址的水文地质勘察报告;
2)已经监理、业主批准的《五指山隧道出口实施性施工组织设计》。
3)已经监理、业主审批的地质超前预报及监控量测专项实施方案。
3)已经监理、业主审批的不良地质地段隧道施工专项实施方案。
3工程概况
3.1工程地质概况
新建南广铁路五指山隧道起于广东省云浮市都杨镇,止于肇庆市大湾镇禄岸村。
进口里程IDK352+048,出口里程IDK364+256,隧道全长12208m,最大埋深约407m。
隧道洞身设置两处无轨运输斜井,五指山1号斜井斜长916m,与隧道正洞交于IDK355+800;
五指山2号斜井斜长811m,与隧道交于IDK360+994。
整个隧道Ⅱ级围岩8100米,Ⅲ级围岩1896米、Ⅳ级围岩1806米、Ⅴ级围岩383米。
隧道沿线穿越的地层主要为加里东期(地槽)广西运动扶南序列侵入岩,侵入时代为早志留系S1W(坞泥单元)及S1G(高围单元),侵入岩性为细粒~粗粒黑云母斑状花岗岩,以岩基侵入为主,其次为岩株式,该侵入岩体受到强烈的动力变质作用,形成宽度不等的破碎带。
IDK361+301之后为寒武系高滩组及水石组地层,地层岩性为砂岩、千枚岩等。
不同时期花岗岩侵入呈侵入接触关系,侵入接触面产状:
走向一般为北东向,倾向东南,倾角30°
~40°
。
花岗岩地层与寒武系地层呈侵入接触关系,接触产状变化较大。
据钻探揭露,隧址区地层按其成因分类,主要为第四系残坡积层、早志留系花岗岩侵入体及寒武系砂岩、千枚岩。
3.2高风险地段确认
3.2.1断层破碎带及可能存在突泥涌水地段
1)、IDK355+875~IDK356+290(Fw2)段、IDK359+235~+390(Fw3)段、IDK362+856~+876(Fw5)段、IDK362+956~+976(Fw5)段、IDK363+796~IDK364+108(Fw6)段为节理密集带,岩体较破碎,设计采用双排小导管超前注浆预支护,开挖后隧道出现渗漏水时,采用开挖后局部径向补注浆堵水措施。
2)、IDK361+621~+766(Fw4)段为断层片理构造带及富水带,设计采用双排小导管超前注浆预支护,开挖后隧道出现渗漏水时,采用开挖后局部径向补注浆堵水措施。
由以上低阻异常带探测资料可得知,Fw3~Fw6段地质岩体破碎,且有断层及富水影响,存在突泥涌水及坍塌的地质风险。
3.2.2浅埋段及可能存在坍塌地段
1)、五指山隧道进口端IDK352+071~IDK352+131段岩性为加里东期花岗岩,风化程度依次为:
全风化层,黄褐色,岩芯多呈砂土状,结构松散;
强风化层,黄褐色,中-粗粒状结构,块状构造,节理裂隙发育,岩体较破碎;
弱风化,灰白色,岩体完整。
2)、IDK364+050~+150段及五指山隧道出口端IDK364+226~+256段岩性为寒武系泥质砂岩,风化程度依次为:
全风化层,黄褐色,岩芯多呈土状,结构松散;
强风化层,褐灰色,岩体破碎;
弱风化,岩体较完整。
以上地段地表埋深0~50米,埋深较浅极易存在坍塌风险。
3.2.3可能存在岩爆地段
1)、IDK356+620~+770地表高程410~443米,最高处IDK356+700,地表高程443米,最大埋深370米,洞身穿越加里东期花岗岩;
2)、IDK357+210~+300地表高程435~461米,最高处IDK357+255,地表高程461米,最大埋深395米,洞身穿越加里东期花岗岩;
3)、IDK358+610~+800地表高程447~486米,最高处IDK356+703,地表高程486米,最大埋深403米,洞身穿越加里东期花岗岩;
4)、IDK360+790~+900地表高程350~395米,最高处IDK360+836,地表高程395米,最大埋深310米,洞身穿越加里东期花岗岩。
根据设计图纸及地形地貌踏勘,全隧共有以上四处埋深超过300米且围岩整体性较好,岩性均为花岗岩,岩体强度母材强度较高,存在岩爆可能。
4施工技术方案
4.1超前地质预报
根据以上不良地质地段资料情况,按照《铁路隧道超前地质预报技术指南》要求,对软弱夹层、物探异常带,岩体破碎带、富水的岩层分界面、富水地层中的裂隙水等发育情况进行预测预报,并纳入施工工序。
不良地质地段采用的超前地质预报主要有地质素描、地质雷达、红外探测和超前地质钻探等。
根据超前地质预测预报工作获取的地质信息调整隧道的施工方案,以确保施工。
每个开挖循环掌子面进行地质素描,在距设计断层带或节理密集带约150米进行第一次长距离的TSP203地震反射法地质预报,宏观掌握掌子面前方的地质情况。
根据该次地质预报结果显示断层带、节理密集带、浅埋破碎带、深埋花岗岩地段的情况。
进一步验证前方围岩情况,对于破碎及节理密集带采用HSP水平声波仪在距断层带或节理密集带50米左右处进行一次中长距离的探测,对围岩的破碎和富水程度再次进行预测和验证,视预报的分析资料结合实际情况,往前开挖后,采用地质雷达探测断层破碎带的位置,采用红外线探水仪探测富水带,最后采用超前水平钻探(MK-5单孔水平钻探)进行验证,指导施工,超前水平钻探贯穿整个断层破碎带及富水带。
对于可能存在岩爆地段,采用采用超前水平钻探(MK-5单孔水平钻探)进行验证。
及时将地质预报结果报相关单位,调整设计,改变施工方案及施工方法。
在节理裂隙发育破碎带内注意加强对不稳定性岩体(块)的支护,注意锚杆的施做,以防贯通型软弱结构面与隧道开挖轮廓形成不利组合,形成隧道坍塌;
在断层破碎带及富水地段附近施工应加强初期支护质量,各项注浆辅助措施应到位,避免发生岩溶涌泥(涌水);
施工过程中及时进行隧道内围岩变形监测,及时施做仰拱及二衬。
4.2断层破碎带及可能存在突泥涌水地段施工技术方案
4.2.1破碎带施工技术方案
首先对区段进行超前地质预报工作,宏观掌握断层破碎段地质及地下水情况,主要根据地下水量大小情况采取相应堵排水措施。
开挖及初期支护按三台阶七步法进行施工,按照“小分块、短台阶、早成环、环套环”的施工原则;
严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针。
隧道堵水措施根据涌水量的大小可采用超前帷幕注浆、径向注浆、局部注浆。
当出现大量涌水时,采用超前帷幕注浆堵水;
当隧道开挖后围岩出现股状流水或小范围的面状淋水时,主要采用局部注浆进行封堵围岩裂隙,可减少底层水流向隧道的排泄量;
隧道开挖后,洞壁渗漏水较大时,或支护后围岩软弱,支护结构变形较大时,通过径向注浆达到堵水减排和加固围岩、限制变形的目的。
隧道排水主要分为顺坡排水与反坡排水,其中顺坡排水主要利用自然坡度沿两侧水沟将水排出洞外,反坡排水应结合排水设备(如抽水机)进行,沿隧道纵向每隔100m~150m设置一个集水井,分段开挖反坡侧沟,采用分段接力方式利用抽水设备将水排出洞外,在洞口处需设置污水处理池,洞内排出的污水需经处理满足排放标准后方可排放。
通过节理密集带或断层段的各工序间的距离尽量缩短,并尽快封闭成环,减少岩层暴露、松动和地压增加。
采用爆破法掘进时,严格掌握炮眼深度、数量和装药量,并采用减弱松动爆破法施工。
断层破碎段的支护只能加强不得减弱,并须经常检查加固,加强监控量测,及时调整支护参数。
4.2.2超前帷幕注浆
当地下水与地表水连通时,富水以及排水能力无法满足安全施工要求时采用超前帷幕注浆加固隧道前方核心区及轮廓线外约5~8m范围内的围岩。
超前帷幕注浆采用钻机成孔(设止浆墙),开孔直径为130mm,开孔深度2~3m,开孔完成后安设并固定孔口管(孔口管径采用108mm)。
之后,用钻机通过孔口管钻注浆孔,注浆孔径应不小于75mm,不大于孔口管内径,为90mm。
注浆方式采用前进式注浆,钻到设计的分段深度后,进行注浆,注浆完成后,再钻到下一设计的分段深度并注浆,以此循环,直到钻到设计孔深并注浆完成。
钻孔和注浆的顺序是从外圈到内圈,隔孔加密。
根据成孔情况,钻机能力和现场试验,也可利用钻杆进行后退式注浆,后退式注浆较前进式注浆效率提高很多。
达到单孔和全段注浆结束标准后,结束注浆。
超前帷幕注浆参数表
序号
参数名称
注浆方案
备注
1
注浆加固圈厚度
开挖轮廓线外5m
开挖轮廓线外3m
根据涌水量及水压和地质条件确定
2
每循环加固段长度
30m
含止浆岩盘及砼止浆墙厚度
3
每循环掘进长度
25m
预留5m止浆岩盘
4
混凝土止浆墙厚
2~4m
根据情况决定是否施做。
5
浆液扩散半径
R=2.0m
理论计算
6
注浆孔终孔间距
2~3.0m
考虑钻孔精度,取3.0m。
7
注浆分段长
3~5m
可根据地质情况适当调整
8
注浆方式
易塌孔时采用前进式注浆,否则采取后退式注浆
根据现场实际情况确定
9
注浆速度
10~110L/min
R,理论扩散半径,取2m;
L,单段或单孔长度;
n,地层空隙率;
α,地层有效充填系数,取0.8;
β,浆液损耗系数,取1.2;
A,开挖轮廓线内面积;
SR开挖轮廓线外5m范围面积。
10
注浆终压
(静水压力+1~2)MPa
11
单孔(段)注浆量
Q=πR2L·
nαβ
12
每循环注浆量
Q=(A+SR)L·
13
单液水泥浆
W:
C=0.8~1:
普通硅酸盐水泥(42.5MPa)单液浆为主要注浆材料,双液浆、超细水泥浆等作为备用材料。
14
水泥-水玻璃双液浆
1;
C:
S=1:
15
注浆孔(检查)数
130个
(7~13个)
110个(6~11个)
根据实际情况调整,平导亦按流程设计
正洞超前帷幕注浆方案(3m)——注浆钻孔布置及纵剖面图
正洞超前帷幕注浆方案(3m)——B-B、C-C、D-D断面终孔位置图
不好
前进式分段注浆
测量放线、标注钻孔位置
钻机及平台车就位固定
钻孔方向确定
钻Φ130钻孔至2.5m深度
安设Φ108孔口管及闸阀
配制浆液
补孔注浆
钻设Φ90mm钻孔5m
第一分段长度注浆
第二个分段长度钻孔
第二分段长度注浆
…
好
继续注浆
结束该孔钻孔注浆施工
效果检查
结束
整体注浆效果检查
超前帷幕注浆施工工艺流程图
4.2.3超前小导管预注浆
在断层破碎带,软弱围岩地段拱部采用双排超前小导管注浆预支护来加强围岩的稳定性。
超前支护施工配合钢架使用,其纵向搭接长度不小于1.0m,使其形成一个整体来支撑围岩。
1、超前小导管设计参数:
1)超前小导管规格:
采用外径50mm,壁厚5mm的热扎无缝钢花管;
2)超前小导管环向间距40cm,拱顶120°
范围布置;
3)倾角:
下排外插角以10°
为宜,上排外插角≯40°
,可根据实际情况作适当调整;
4)注浆材料:
采用水泥浆液,注浆参数为:
水泥浆液水灰比1:
1(重量比)
注浆压力:
0.5~1.0Mpa。
超前小导管采用φ50无缝热扎钢管制成,在前部钻注浆孔,孔径6~8mm,孔间距15cm,呈梅花型布置,前端加工成锥形,尾部长度100cm作为不钻孔的止浆段。
为保证小导管的支护效果,减小小导管的外插角,在配合使用的型钢钢架地段,可在型钢腹板穿孔以便小导管穿过,也可以采用一榀格栅钢架替代开孔型钢钢架,钢管尾部与钢架焊接。
2、超前小导管施工要求:
1)小导管安设一般采用钻孔打入法,即先按设计要求钻孔,钻孔直径大3~5mm,然后将小导管穿过钢架用锤击或钻机顶入,顶入长度不小于钢管长度的90%,并用高压风将钢管内的砂石吹出;
2)小导管安设后,用塑胶泥封堵孔口及周围缝隙,必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土,以防工作面坍塌;
3)隧道开挖长度应小于小导管注浆长度,预留部分作为下一次循环的止浆墙;
4)注浆前应进行压水试验,检查机械设备是否正常,管路连接是否正常,为加快注浆速度和发挥设备效率,可采用群管注浆(每次3~5根);
5)注浆量达到设计注浆量或注浆压力达到设计终压可结束注浆;
6)注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化,分析注浆情况,防止堵管、跑浆、漏浆。
做好注浆记录,以便分析注浆效果。
3、超前小导管施工工艺见下图
施工准备
注浆孔孔位布置
洞外小导管加工
钻孔
清孔
注浆
导入小导管
结束
喷砼、安止浆墙
注浆质量综合检查
浆液配制
格合
不合格
压水试验
超前小导管施工工艺图
4.2.4径向注浆
径向注浆设计加固范围外开挖轮廓线外5m,可采用手持式风钻或轻型潜孔钻机钻孔。
隧道底部注浆,一般在仰拱开挖前进行,钻孔长度大于5m,宜采用轻型潜孔钻机或地质钻机钻孔,当地下水较丰富时,底部注浆时需安设孔口管。
注浆分二序到三序进行,注浆材料以普通硅酸盐水泥单液浆为主,必要时可使用水泥-水玻璃双液浆和特种水泥浆材。
岩体软弱时,拱墙部位的径向注浆孔安设42mm钢管作为注浆管。
注浆参数见“径向注浆参数表”,注浆方案见“径向注浆方案——注浆钻孔布置及平面图”。
径向注浆参数表
参数值
根据情况,可在5~8m范围内调整
R=0.8m
注浆孔间距
0.8~1.2m
全孔一次性注浆
40~50L/min
注浆压力根据地层情况确定,注浆过程中注意观察支护变形情况。
0.8~1.5MPa
C=0.6~1:
径向注浆方案——注浆钻孔布置及平面图
径向注浆工艺流程见下图。
开挖支护
钻孔下注浆管
径向注浆
补充注浆
结束
达到设计要求
单孔注浆效果检查
未达到设计要求
径向注浆施工工艺流程图
4.2.5局部注浆
隧道围岩周边或掌子面个别部位出现明显涌水时采取局部注浆方案,在出水点上游钻孔注浆截断水源,并在出水点周围布孔加固围岩,加固深度一般为开挖轮廓线外3~5m,局部注浆采取全孔一次性注浆方式进行,注浆顺序由少水处向水多处逐步注浆施工。
当洞壁岩面或支护面局部淋水,涌水量超过设计要求时,采用局部注浆方案堵水减排。
局部注浆以水泥单液浆为主,水量大时采用普通水泥-水玻璃双液浆,注浆压力为1~2MPa。
注浆方案见下图。
局部注浆方案——溶隙裂隙出水注浆示意图
局部注浆方案——面状出水注浆示意图
4.2.6开挖
由于隧道断面大,为了减小对围岩的扰动,保持围岩稳定和及时支护,断层及破碎带施工按设计要求采取三台阶七步开挖方法,在开挖过程中视围岩情况对开挖台阶长度及工法进行调整。
首先进行超前支护,进行上部弧形导坑开挖→初期支护施工→中部左右侧交错开挖→边墙支护→下部左右侧交错开挖→边墙支护→核心土开挖→仰拱开挖与支护。
三台阶七步开挖法施工工序图下图。
三台阶七步开挖法施工工艺图
上部弧形开挖超前中部5m,采用风钻钻孔,弱爆破,人工翻碴至两侧导坑内,装载机端碴;
中部左侧超前右侧5m,左右交错进行开挖与支护,采用装载机端碴,自卸汽车运输,中部采用风钻钻孔,弱爆破;
下部左侧超前右侧5m,左右交错进行开挖与支护,采用装载机端碴,自卸汽车运输,中部采用风钻钻孔,弱爆破。
上部核心土跟中部左侧同时开挖,中部核心土和下部左侧同时开挖,下部核心土在下部右侧开挖只护后开挖。
施工过程中上部弧形拉开距离后各作业面可同步作业。
底部仰拱开挖后进行支护及时封闭成环。
开挖过程采用弱爆破时,严格按照爆破设计进行,并不断进行优化。
特别注意断面交界处的超欠挖和成形控制是重点。
量测必须及时紧跟,及时分析反馈,指导安全施工。
4.2.7初期支护
按设计要求初期支护采用钢架+锚喷网联合支护,钢架紧跟开挖施作,及时封闭成环。
对开挖后的岩面及时进行初喷,加强监控量测工作,根据位移量测结果,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。
4.2.8隧道底部处理
如隧道底部为松散或软塑状的粘土或砂粘土沉积物,为了防止列车运行过程中结构产生固结沉降,加强对基地的处理,隧道底部的处理可采用注浆加固、换填、桩基等方法。
①隧道底部换填
如果隧道基底溶洞充填物的厚度小于2.0m(2.0m以下为基岩或微风化地层),可以考虑采用换填方法,换填材料可以选用浆砌片石、混凝土等。
②隧道底部注浆加固
如隧道基底溶洞充填物的厚度小于2.0m,可考虑采用垂直注浆加固。
钻孔深度深入基岩3.0m左右,注浆材料宜选用普通水泥或超细水泥浆,注浆管上端和仰拱相连,以提高支护结构的强度和刚度。
③桩基处理
如基底溶洞范围超过20m,可考虑采用挖孔桩、钻孔桩、粉喷桩或钢管桩等进行加固。
具体加固厚度和范围由设计单位综合考虑后确定。
4.2.9仰拱超前,衬砌适度紧跟
仰拱超前施工,衬砌适度紧跟,形成封闭结构,提高衬砌结构的承载力;
施工缝、沉降缝作特殊处理,一方面为了防水,另一方面可减弱地层活动性对衬砌结构的危害。
4.2.10防排水施工的技术要求
1)、二次衬砌混凝土应按防水混凝土要求施工,施工缝、变形缝的防水处理必须满足质量要求。
2)、防水层铺设前应对喷射混凝土基面作平整和清除浮碴处理。
3)、防水层铺设应平顺,并密贴喷射混凝土基面,接缝应采用常规法、充气法或真空法检查,确保严密可靠。
4)、必须先进行注浆并达到止水目的后,方可铺设防水层。
防水层铺设后,严禁在铺设防水层范围内注浆。
5)、排水盲管安装前应对岩面进行平整,纵横向排水管和水沟应在二次衬砌施工前完成,基底应清理干净,确保排水顺畅。
4.3浅埋段及可能存在坍塌地段
4.3.1开挖方法
浅埋段采用双侧壁导坑法进行开挖掘进。
具体施工方法见下图。
侧壁导坑、中央部上部、中央部下部错开一定距离后平行作业。
侧壁导坑可采用短台阶法开挖,左右侧壁导坑施工同步进行,当量测显示支护体系稳定,变形很小时,可适当加大循环进尺。
双侧壁导坑开挖法施工工艺图
4.3.2大管棚施工
隧道进出口段及洞身浅埋易坍塌地段采用大管棚超前支护,大管棚采用地质钻机成孔,注浆泵注浆,外插角为1°
~3°
施工准备:
开挖至管棚施作空间位置时,预留钻机作业平台,安设导向架或施做套拱,搭设作业平台架并固定牢固。
成孔:
采用水平地质钻机,从导向管内钻孔。
安设:
由机械顶进,钢管节段间用丝扣连接;
顶进前先进行管节加工采用不同长度规格,相邻间交替错接安装。
管棚顶到位后,钢管与导向管间隙用速凝水泥或其它材料堵塞严密,以防浆液冒出,堵塞时设置进浆孔和排气孔。
注浆:
注浆压力为0.5~1.0Mpa,当排气孔流出浆液后,关闭排气孔,继续注浆,达到设计注浆量或注浆压力时停止注浆。
施工过程中,为了防止注浆过程中发生串浆,每钻完一个孔,随即就安设该孔的钢管并注浆,然后再进行下一孔的施工。
大管棚施工工艺框图
前期准备(测量放线和场地平整)
管棚施工作业平台或操作间
套拱(洞内时工作室)
导向架
导向管
顶进管棚
综合检查
注浆
大管棚加工
钻机就位、钻孔
补孔、下管
合格
注浆检查
砼生产
钢筋加工
4.3.3其它施工措施
其它超前导管注浆、径向导管注浆、初期支护、仰拱、二衬等措施严格按照设计图纸施工,必要时参照断层破碎带施工辅助措施加强支护。
4.4可能存在岩爆地段
4.4.1开挖方法
严格按光面爆破进行作业,减少对围岩扰动,周边孔间距不得大于45cm,并采用小药卷间隔