01隧道涌水专项施工方案

G309 线 固 原 至 西 吉 公 路 A5 合 同 段 隧道涌水专项施工方案 编制： 审核： 批准： 中铁十四局集团固西公路 A5 合同段 项目经理部 2014 年 2 月 25 日 2 一、工程概况 3 1.1 设计概况 3 1.2 地形、地貌 3 1.3 区域内地质概况 3 1.4 水文地质 4 1.5 不良地质 5 1.6 地震 .5 1.7 气候及气象 5 二、涌水段施工原则 5 2.1、隧道涌水处理原则 .5 2.2、积极发挥超前地质预报作用 .6 三、局部堵水注浆方案 6 四、超前预注浆方案 8 4.1、施工方法 .8 4.2、施工工艺流程 .8 五、径向注浆支护施工 9 5.1、工艺流程如下 .9 5.2、施工要求和质量检查： .10 六、注浆施工要求 10 6.1、围岩注浆原理 .10 6.2 围岩注浆的施工要求 11 七、施工安全注意事项 15 中铁十四局集团固西公路 A5 合同段项目经理部 隧道涌水专项施工方案 1 中铁十四局 G309 固西公路 A5 合同段项目部 隧道防涌水专项施工方案 隧道施工时发生的涌水不仅对作业环境有影响，也会使掌子面不稳定，使 喷混凝土和锚杆施工效果降低。特别是在有多量、高压涌水的情况下，常造成 重大事故。我项目部根据隧道的富水情况，特制定以下涌水施工专项方案。 一、工程概况 1.1 设计概况 炸山嘴隧道为双线四车道、左右分离式隧道，左右线隧道长分别为 2469m、2922m，本合同段左线桩号为 ZK24+816.31ZK26+004，长 1187.69m， 右线桩号为 K24+800K25+972 右线全长 1172。左右线均位于直线段上，左右 线洞内设单坡， -2.13%上坡施工，左右线暗洞里程分别为 ZK25+988、YK25+956。 1.2 地形、地貌 本项目位于宁夏回族自治区南部山区的黄土高原，地势呈南高北低，由于 受河水切割、冲击，形成丘陵起伏，沟壑纵横，梁峁交错，山多川少，塬、梁、 峁、壕交错的地理特征，属黄土丘陵沟壑区。路线沿线地势起伏较大，海拔在 16902200m 之间。区内地段地貌类型主要有侵蚀剥蚀中低山地貌、侵蚀堆积 黄土丘陵地貌。 1.3 区域内地质概况 1、地层岩性 主要为发育北祁连加里东褶皱带沉积碎屑岩，以河湖相沉积为主，在白垩 系局部滨海相沉积，发育灰岩、泥灰岩。地层主要为： （1）白垩系下统乃家河组（K1n）：按岩性可分为上、中、下三段，下段 为浅蓝灰色钙质泥岩夹页岩及石膏质泥岩；中段为浅蓝与暗紫色泥岩互层；上 2 段为暗紫色泥岩、砂质泥岩，内含丰富的植物化石。下部灰质增多，局部还有 方解石脉及铁质，风化面呈片状，块状；节理裂隙较发育，每米发育 23 条， 裂隙延伸较短，裂隙间泥砂质充填。 （2）下第三系新统寺口子组（E2s）：以河流、湖泊相沉积为主，局部为 山麓相堆积。岩性为一套棕红色、砖红色含泥质砾岩、砂砾岩、含泥质砂砾岩， 夹有含砾泥质砂岩、粉砂岩及砂质泥岩透镜体。局部地段泥质含量增高，成为 泥质砾岩。砾石成分以石英岩、绿泥石片岩和花岗岩为主。半棱角状，分选性 差。砾径一般在 0.22cm，大的可十几厘米。泥质半胶结或未胶结，较疏松。 与下伏白垩系乃家河组呈平行不整合接触。 （3）老第三系渐新统清水营组（E3q）：为湖相沉积为主，河流相为次， 岩性下部为砖红色块状细砂岩、粉砂岩及粉砂质泥岩，底部普遍具有 1020m 厚的中细砂岩；上部为紫红色泥岩、砂质泥岩夹蓝灰色泥岩及石膏层，含钙质 结核层及砂岩薄层。 （4）第四系上更新统风积黄土（Q3eol）：多为浅黄、灰黄、褐黄、土黄 色黄土、粉砂质黄土，虫孔和大孔发育，见蜗牛碎屑和钙质粉末。本组具有风 成黄土的典型特征，如粉土粒级占绝大多数，具自重湿陷性，湿陷强烈。 （5）第四系全新统冲洪积物（Q4al+pl）：分布于隧道中间地带，为隧址 区小冲沟冲洪积所致，其岩性为粉质粘土、粉土和部分碎石土，其岩性单一， 呈可塑-软塑状。 2、区域地质构造 本标段位于隧道出口段，地质构造相对简单，多为第四系覆盖。 1.4 水文地质 （1）地表水 本区域内水资源比较贫乏，丰水季节，在地表冲沟形成季节性径流。 （2）地下水 地下水主要受地质构造、地貌、岩性、气候和古地理等条件的控制和影响， 根据各含水层的岩性和赋水特征，地下水可分为第四系松散岩类孔隙水、基岩 裂隙水。 本标段范围内地表水和地下水水质良好，对混凝土结构无腐蚀性，可用于 中铁十四局集团固西公路 A5 合同段项目经理部 隧道涌水专项施工方案 3 混凝土施工。 1.5 不良地质 本标段隧道不良地质主要是隧道出口浅埋段围岩等级偏弱，新黄土具有自 重湿陷性，岩体属半成岩的极软岩，岩性呈散体状，隧道开挖后极易发生坍塌 至地表。 1.6 地震 路线所经地区地震动峰值加速度 0.20g0.30g，相当于地震基本烈度 VIII 度。 1.7 气候及气象 本标段区域属于干旱区大陆性季风气候，其特征是：雨量少，蒸发强烈，春 寒干旱，夏短温和，秋凉多雨，冬冷少雪，四季分布不均，无霜期短，全年 100150 天，光照资源丰富。日照时间长，年平均日照时数 2322.3h，太阳总 辐射为 122.36 千卡/cm2/年。区域年均气温在 47之间，历年极端最低气温 为-28.1，极端最高气温 34.6，最热月（7 月）平均气温为 17.8。历年 平均降水量在 400470mm 之间，79 月份降水量占全年总降水量的 60.9%。全 年多风，年平均风速 2.4m/s，最大风速 20m/s，冬季多西北风，夏季多东南风。 主要灾害有干旱、冰雹、霜冻、暴雨等。最大冻土深度 120cm。 二、涌水段施工原则 2.1、隧道涌水处理原则 2.1.1 地下水发育，施工时可能产生突泥涌水等危及施工安全的岩溶、破 碎带发育地段，采取“以堵为主，防突防涌“的治理原则，通过注浆堵水加固围 岩，防止突泥突水，确保施工安全。施工中揭示的岩溶管道水、暗河时，在不 影响地表环境的前提下，采取“疏导引排水为主“治水原则。 2.1.2、对隧道开挖导致地下水流失，有可能引起地表环境变化并影响到 居民生产生活用水的段落，采取“以堵为主“的防水措施。经过我部的现场调查， 在隧道出口上方有数处泉眼，该泉眼出水量相当大，终年冒水。 4 2.2、积极发挥超前地质预报作用 隧道围岩地质复杂，需综合超前地质预报手段探测掌子面前方岩溶发育情 况（规模、性质及位置等） 、地下水赋存情况（水量及水压等） ，并用超前探孔 进行验证，据此进行突水突泥危险性判别。 2.2.1、布置超前水平钻孔探测 1） 、每次探水段长 35m，开挖 30m，保留 5m 开始下一次探水。 2） 、探水孔要详细记录出水点位置、水量、水压等。 3） 、探水孔孔径（终孔）为 55mm，钻孔外偏角为 5 度。 4） 、根据超前钻孔探水的结果，分别采取不同的措施进行下一循环工作， 当探水孔有 2/3 孔满水且总水量大于 15m/h 时，采用超前预注浆；当总水量小 于 15m /h 但个别孔出水量大于 3m /h 时，采用局部堵水注浆；当 6 孔出水量 均小于 3m /h 且总出水量小于 15m /h 时，进入下一循环。 对地表出露泉眼进行监测。如因隧道的开挖引起地表泉眼水量有明显下降 时，应立即采取注浆堵水。 三、局部堵水注浆方案 在隧道施工中，当总水量小于 15m /h 但个别孔出水量大于 3m /h 时， 采用局部堵水注浆方案。施工时根据探水钻孔探明的出水点位置、水量和预注 浆段岩层节理、裂隙发育情况，布置注浆孔个数和位置，注浆孔孔径为 108mm，开孔孔径 150mm。 3.1、注浆范围：在出水通道范围内，隧道开挖外轮廓线以外 56m，单孔 注浆有效扩散半径 R=3.6m，注浆结束最终压力为净水压力的 23 倍。 3.2、注浆后，总出水量小于 2m/h 且一处出水量小于 0.6m/h，即可结束 注浆。 3.3、注浆材料主要采用单液浆，困难时采用水泥水玻璃双液浆，水泥 为 425 号普通硅酸盐水泥，水灰比 W/C0.6 1.1，水泥浆与水玻璃体积比 1：0.05，凝胶时间根据现场情况确定。 中铁十四局集团固西公路 A5 合同段项目经理部 隧道涌水专项施工方案 5 局部预注浆堵水动态施工程序图 记录各孔出水位置、水量、水压等 报告业主、设计代表 确定不需堵水注浆 确定需堵水注浆 注浆后，总出水量小于2m/h 且一处出水量小于0.6m/h 四、超前预注浆方案 对松散地层和软弱地层，特别是涌水量大（探水孔有 2/3 孔满水且总水量 大于 15m/h）的断层破碎带和岩性分界面等，可通过超前预注浆对开挖面前方 岩体进行加固，封堵涌水，然后再选用适宜的开挖方法进行开挖。 4.1、施工方法 超前预注浆采用“深浅孔组合-后退式分段注浆”方式,外层注浆孔长度为 20m，内层注浆孔长度为30m。 注浆顺序先施作短孔，再施作长孔，最后施作检查孔。按“由外到里，从 施工探水钻孔后，测量各孔出水量 总水量小于 15m/h 但个别孔出水量大于 3m/h 研究注浆堵水方案 按局部超前预注浆堵水设计图施 工 进入下一循环作业 6 下往上”原则进行施工，同时结合涌水水源点位置和水流方向，按由“有水孔 到无水孔”顺序施作；检查孔施工顺序待注浆孔注浆结束后视现场情况而定。 根据地层特点，每次注浆分段长度为24m,钻孔至设计深度以后每后退24m进 行一次注浆,前期注浆孔采用单孔注浆量控制，后期注浆孔采用注浆终压控制， 达到设计注浆终压时，且注浆孔注入率小于40L/min时，延续2030min,即可结 束注浆。 洞口设2m长127孔口管。钻孔过程中如遇到突涌水、涌砂、则立即停止钻 孔进行注浆。在部分涌水量较大的段落应先进行适量的排放，待水流稳定后再 进行注浆封堵。 注浆孔间距1.01.0m，梅花形布置，外插角宜取525度，注浆材料为双 液浆，水灰比0.6-1.1，水泥浆与水玻璃体积比 1：0.05，注浆压力1.5- 3.0MPa，浆液配合比和注浆压力可以通过现场试验确定。灌浆浆液的浓度由稀 到浓，注浆压力由低到高，逐级变换。 4.2、施工工艺流程 不合格 不合格 注 浆 测量放线、标注钻孔位置 钻机及平台架定位 钻孔方向确定 补孔注浆 钻设注浆孔 35m 第一分段注浆 第二个分段钻孔 第二分段注浆 合格 继续注浆 结束该孔钻孔注浆施工 效果检查 合格 结 束 整体注浆 效果检查 配制浆液 分段 配制浆液 喷混凝土 钻孔口管孔至 2m 深度 安设孔口管、继续钻注浆孔 中铁十四局集团固西公路 A5 合同段项目经理部 隧道涌水专项施工方案 7 五、径向注浆支护施工 对于开挖后仍呈面状渗水或围岩较破碎时，对开挖周边进行径向注浆加固， 达到止水和加固围岩的作用。径向注浆根据注浆设计图纸并结合地层特点进行 确定，并在现场施作过程中不断完善。 5.1、工艺流程如下 径向注浆施工工艺框图 5.2、施工要求和质量检查： 5.2.1、 径向注浆成孔施工 首先在周边按设计标识出钻孔位置， 利用台车或风钻成孔， 达到设计 孔深后， 进行清孔、验孔； 完成后安装注浆孔口管或小导管。 5.2.2、 径向注浆方式径向注浆采用一次性注浆方式进行施工。 配制浆液 测量放线、标注径向注浆孔位置 否 是 钻检查孔检查注浆效果 确定钻孔方向并钻孔 钻机就位固定 是否符合注浆 结束标准 补孔注浆 注浆结束 全孔一次性注浆施工工艺 开孔、安装花管或孔口管 8 5.2.3、 径向注浆结束标准径向注浆结束标准以注浆压力和注浆量相结合进行 控制。 注浆施工过程中，以注浆压力为第一控制指标。 在该段最大设计压力 下，当注入率不大于1L/min时，继续灌注5min即可结束；如果长时间注浆压力 不上升（一般指30分钟） ，将注浆材料调整为双液浆，再注30分钟后仍不上升， 可按定量标准进行注浆控制并报请监理工程师共同确定结束标准。注浆结束标 准一般以达到设计注浆终压及设计注浆量要求进行控制，且检查合格经监理确 认后方可结束。 5.2.4、 径向注浆效果检查评定 径向注浆所有注浆孔的注浆P-Q-t曲线符合设计意图；径向注浆结束后达到 设计规定的允许流水量或围岩填充密实标准要求；检查孔检验注浆效果并对检 查孔进行补注浆。 超前支护作为一种软岩开挖辅助手段，对隧道施工成功有决定作用，各种 方法应根据地质情况、设计文件灵活选用，同时可以考虑几种方法配合使用， 效果更好。 六、注浆施工要求 6.1、围岩注浆原理 作用在隧道衬砌上的水压值与围岩的渗透系数有直接关系，可以采用压注 固化填充浆液的方法来降低围岩空隙率，使围岩的渗透系数减小至一定数值以 下，围岩变成基本不透水的岩墙，使注浆范围内岩体外周承受水压力作用。在 地质判断中，当渗透系数小于 - cm/s时，就可以认为围岩是不透水的。6107 据此，如果隧道通过一定范围内的注浆，把围岩的渗透系数降低到 cm/s，610 就可以不考虑水压力对衬砌的作用。隧道周边围岩渗透性的降低，不仅使得衬 砌结构不再承受水压力，减少了衬砌变形、开裂的可能，同时渗人围岩和衬砌 之间的水量和需隧道排出的水量也很小。 6.2 围岩注浆的施工要求 6.2.1隧道工程施工应根据地质情况、掘进和支护的方式、支护预期的变形 中铁十四局集团固西公路 A5 合同段项目经理部 隧道涌水专项施工方案 9 量、相邻隧道的相互影响及其它构筑物的位移、沉降、水资源保护的要求进行 注浆防水方案的选择。 6.2.2超前预注浆施工应符合下列要求： 1 预注浆应根据岩层裂隙状态、地下水情况、加固范围、设备性能、浆液 扩散半径和对注浆效果的要求等综合分析确定注浆孔数、布孔方式及钻孔角度。 2 预注浆段的长度应视具体情况合理确定，宜为2050m；掘进时必须保留 止水岩盘的厚度，一般为38m。 3 岩石地层预注浆设计压力应根据围岩水文地质条件合理确定，宜比静水 压力大0.51.5MPa；当静水压力较大时，宜为静水压力的23倍；注浆泵的压 力应达到设计压力的1.31.5倍。 4 注浆方法应根据水文地质情况、机械设备等综合因素选择。 5 钻孔孔位最大允许偏差为50mm，钻孔偏斜率最大允许偏差为0.5，同时 应满足设计要求。 6 钻注浆顺序为：先钻注布置在隧道顶板上的注浆孔，后钻注隧道两侧孔， 最后钻注底板孔；或先内圈孔后外圈孔；或先无水孔后有水孔。 7 预注浆后的渗水量应小于设计允许值，浆液固结体达到设计强度后方可 开挖。 6.2.3局部堵水注浆布孔应符合下列规定： 1 在软弱地层或水量较大处布孔。 2 大面积渗漏，布孔宜密，钻孔宜浅。 3 裂隙渗漏，布孔宜疏，钻孔宜深。 4 大股涌水，布孔应在水流上游，且从涌水点四周由远到近布设。 6.2.4初期支护施工后有渗漏水的地段，应在初期支护上凿孔进行回填注浆。 6.2.5围岩注浆及初期支护后回填注浆施工顺序应符合下列要求： 1 沿隧道轴线由低到高、由下往上、由少水处到多水处钻注。 2 在多水地段，应先两头向中间钻注。 6.2.6二次衬砌施工后应利用预留的注浆管（孔）对拱顶部位进行回填注浆。 10 回填注浆应在衬砌混凝土强度达到设计强度的70%后进行。 6.2.7二次衬砌后有渗漏水时应采用衬砌内注浆，注浆孔应根据衬砌渗漏水 情况布置，孔深为衬砌厚度的1/32/3之间。衬砌内注浆可采用电冲击锤成孔， 专用注浆泵注浆，浆液采用化学浆液或超细水泥浆液。 6.2.8回填注浆及衬砌内注浆压力应小于0.5MPa。 6.2.9浆液注入量可根据扩散半径及岩层裂隙率计算确定，计算可参考下列 公式： Q=R2H 式中：Q浆液注入量（m3） ； R浆液扩散半径（m） ； H注浆段长度（m） ； 岩层裂隙率，一般取15； 浆液在裂隙内的有效充填系数，视岩层性质而定，约0.30.9。 6.2.10预注浆的注浆材料可参考下列原则综合比较，合理确定注浆材料： 1 静水注浆材料符合以下要求： 1）浆液具有良好流动性、可灌性。 2）浆液耐久性强。 3）固化时体积收缩小，与岩石、混凝土、砂土等有一定的粘结力。 4）浆液结石率高，固结后有较高的强度等级和抗渗性。 5）稳定性好，注浆时材料不产生离析和沉淀。 6）原材料来源丰富、便于运输与储存，在常温、常压下较长时间存放不改 变其基本性质，存放不受温度、湿度变化的影响，同时价格适宜。 7）浆液无毒、无臭，不污染环境，对人体无害。 8）浆液对注浆设备、管路、混凝土结构物及橡胶制品等无腐蚀性，并容易 清洗。 9）浆液配制方便，工艺及设备简单、操作容易简便。 2 动水注浆材料在满足静水注浆材料的要求下，还需考虑以下条件： 1）优异的填充性，注入后浆液几乎不会发生流失到限定范围以外的现象。 2）注入时，抗分散性好。 中铁十四局集团固西公路 A5 合同段项目经理部 隧道涌水专项施工方案 11 3）具有良好的止水性能。 4）为防止浆液的大量流失及满足快速充填的要求，浆液的凝胶时间可根据 需要调节（视现场涌水流量及流速大小而确定） 。 5）结石体防冲刷性能好。 3 目前已有的注浆材料不可能同时满足上列全部要求，施工中应根据具体 情况选用能满足上列几项的浆液即可。 6.2.11注浆前应做压水或吸水试验，选择浆液类型和浓度。 6.2.12单孔注浆结束的条件，应符合下列规定： 1 预注浆各孔段均达到设计终压并稳定10min，且注浆量不小于设计注浆量 的80、进浆速度为开始进浆速度的1/4。 2 初期支护后衬砌前围岩注浆达到设计终压。 3 其它各类注浆应满足设计要求。 6.2.13预注浆及围岩注浆后，必须在分析资料的基础上进行注浆效果检查， 可采取钻孔取芯法对注浆效果进行检查；或进行压（抽）水试验,当检查孔的吸 水量大于1.0/（minm）时，必须进行补充注浆；或采取连续测流量的方法， 当所测流量小于设计涌水量时，则注浆效果满足要求。注浆结束后注浆钻孔及 检查孔应封填密实。 6.2.14注浆应防止对环境的污染，在注浆施工期间及工程结束后，应对水 源取样检查。当有污染时，应及时采取相应措施。 6.2.15水泥类浆液宜选用强度等级不低于32.5的水泥，其它浆液材料应符 合规定。注浆前应对浆液的配合比，工艺流程经现场试验合格后再施工。 6.2.16水泥浆液性能的调整方式： 1 调整水泥浆液的凝胶时间：浆液中可掺入氯化钙、水玻璃等速凝剂。 2 为提高浆液稳定性和可灌性，可掺分散剂或悬浮剂（膨润土、甲基纤维 素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸及基盐类等） 。 3 为控制水泥浆液扩散范围，提高注浆堵水效果，可在水泥浆液中掺加速 凝剂或早强剂。 4 为降低浆液在含水层中的稀释率，改善浆液的强度，可在水泥浆中掺入 一定的增强型防水剂，使浆液水化物质呈胶状且在输浆管内承压后不脱水，以 12 加大单液水泥浆的粘度与胶凝时间的可调范围。 6.2.17使用水泥-水玻璃浆液时应掺入增加耐久性的外加剂，以提高浆液的 后期强度。 6.2.18在涌水量大、压力高的地段钻孔时，应先设置带闸阀的孔口管，当 出现大量涌水时，拔出钻具，关闭孔口管上的闸板阀，待做好准备后，进行注 浆；当掌子面岩层破碎，应先设置止浆墙和孔口管。孔口管埋入岩石深度随最 大注浆压力而定，