铁路隧道工程不良地质(流砂)段安全掘进专项施工方案.docx

市郊铁路（轨道延长线）xx至xx段xx隧道工程不良地质（流砂）段安全掘进专项施工方案xx有限公司xx都市快轨铜梁试验线xx隧道项目经理部市郊铁路（轨道延长线）xx至xx段xx隧道节点工程目 录1 工程概况11.1 工程概况11.2 工程地质情况21.3 水文地质情况21.4 周边环境情况21.5 工程风险分析22 编制依据42.1 文件依据42.2 规范依据53 施工计划53.1 施工总体部署53.2 施工进度计划与保证措施73.2.1 施工进度计划73.2.2 施工进度保证措施73.3 施工机械配备计划73.4 主要工程数量计划84 施工工艺技术94.1 施工顺序94.2 施工工艺94.2.1 管棚工作室掘进94.2.2 导向墙施工94.2.3 管棚施工104.2.4 K1+993K2+973掘进施工124.3 超前及初期支护134.4 加固注浆164.5 工程质量措施175 施工安全技术措施195.1管棚钻孔后补注浆195.2单排小导管变更成双排超前小导管195.3导坑先行，实施径向补注浆195.4临时仰拱隆起处理205.5全断面加固注浆205.6隧底注浆215.7加强现场监控量测,做好应急预案225.7.1隧道洞内拱顶下沉、净空收敛量测225.7.2隧道钢支撑、锚杆及喷层表面应力监测235.7.3应急预案246 劳动力计划257 计算书及相关图纸267.1 通风系统267.2 供风系统267.3 供电系统267.4 隧道供水、排水261 工程概况1.1 工程概况市郊铁路（轨道延长线）xx至xx段xx隧道工程全长3637.5m，包括200.5mxx1#隧道、102m路基段及3335mxx2#隧道。xx隧道地质条件复杂，岩溶发育，施工过程中有煤层、采空区、断层破碎带、高压地下水等。2#隧道共有2条断裂带，正穿越长达192m梨树坪断裂带核心区，根据综合超前地质预报显示掌子面K1+999前方约12m22m存在大型溶腔填充物，隧道开挖易出现涌水、涌砂现象。2016年12月9日2017年4月18日，对在xx片区首次揭露的“流砂”现象开展科技技术攻关，自上而下成立了流砂段注浆堵水突击队，多次组织参建各方、专家组就流砂段隧道的注浆堵水施工措施进行研讨，历时4个多月，本段流砂得到一定固结，流砂及周边地层成孔性较好。（附图一：梨树坪断层破碎带纵断面图，附图二：梨树坪断层破碎带平面图）溶腔充填介质表观密度2680Kg/m3，细度模数为0.9，属粉细砂，粉细砂的粒径组成见下表1.1。该饱和粉细砂是因须家河组砂岩受断裂带挤压，在水作用下随裂隙进入空腔。图1.1 溶腔纵断面示意图表1.1 粉细砂颗粒组成粒径(mm)4.752.364.752.361.181.180.600.600.300.300.15小于0.15占比(%)12.321.91238.642.21.2 工程地质情况梨树坪断层：走向北北东，倾向南东，倾角6080。见于青木关南金竹凼东、经干天池东、龙洞坡、梨树坪、雷家窝凼、肖家湾一带。该断层带仍具逆冲断层特征，断裂带构造岩以构造角砾岩和糜棱岩为主。断层带宽约15m，断裂带上盘岩层以三叠系下统嘉陵江组(T1j)第四段、中统雷口坡组(T2l)层位可溶性岩类和上统须家河组(T3xj)长石石英砂岩夹页岩等为主，下盘岩层主要为三叠系下统嘉陵江组(T1j)第三段、第四段、中统雷口坡组(T2l)和上统须家河组(T3xj)等层位岩层。自肖家湾以南可观测到梨树坪断裂与凉亭关断裂斜接，以及梨树坪断裂上盘牵引褶曲核部的脱空现象，该断层在肖家湾以南已深埋，具有隐伏断层特点。本次勘察的3条纵向EH4物探断面显示里程K2+072附近有1条倾向东、倾角7080的低阻条带与ZK30揭露的地层重复出现，证明梨树坪断层的存在，并且证明断层倾向南东。1.3 水文地质情况主要由三叠系下统嘉陵江组和中统雷口坡组(T2l)等含盐溶角砾岩、石膏层的可溶性碳酸盐岩类组成。上述含水岩组出露区地表溶蚀洼地、槽谷、落水洞、竖井等垂直岩溶形态串状发育，而地表以下则串状分布，由水平溶洞、地下暗河等顺层发育，地下水赋存、补给、运移及排泄严格受区域性侵蚀基面制约，大泉及暗河出口流量一般为5.015/s。钻井的出水量达1000至5000m3/d，如金剑山地热井涌水量可达7000m3/d以上，k8.312.5m/d。该含水岩组属极富水的含水岩组。1.4 周边环境情况隧道埋深约170m，水天池距隧道梨树坪断层破碎带水平距离约1300m，隧道上方秦家岚垭约有三户散户。1.5 工程风险分析根据建质200987号关于印发危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知，K1+993K2+973不良地质（流砂）段掘进施工方案属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程专项方案，需组织专家论证会。该工程风险分析及防风险措施见表1.2。表1.2 工程风险分析及防风险措施表序号风险工程名称风险等级风险工程基本状况防风险措施1梨树坪断裂带核心部位二级该断层带仍具逆冲断层特征，断裂带构造岩以构造角砾岩和糜棱岩为主。断层带宽约15m，影响范围192m。(1)采用综合超前地质预报方法。(2)采用CRD法机械开挖，控制循环进尺。(3)采用小导管注浆加固作为超前支护，钢拱架支撑。(4)加强现场监控量测，及时掌握围岩和支护的动态信息,做好应急预案。2大型溶腔内填充粉细砂层二级该段粉细砂是因须家河组砂岩受断裂带挤压，在水作用下随裂隙进入溶腔。该溶腔周边边界受限于现有的仪器、设备，无法作出精准的判断。在未扰动下，粉细砂密度大，处于稳定状态。但由于外部作用或者边界条件变化，会产生超静孔隙水压力，使粉细砂发生液化现象，隧道施工存在安全隐患。注浆前钻孔最大孔涌水量达到84L/min，注浆后检查孔最大出水量为8L/min，堵水率为90%，成孔较好，出水量、含砂量较少，开挖过程中可能遭遇少量流砂未固结。(1)根据预报显示，导坑先行，小导洞开挖。(2)根据导洞开挖情况，进行径向补注浆，浆液材料采用超细水泥浆、水泥水玻璃浆液。(3)采用小导管注浆加固作为超前支护，钢拱架支撑。(4)加强现场监控量测及时掌握围岩和支护的动态信息,做好应急预案。(5)若揭露后，流砂内还受水量影响，则：环向加密超前小导管，由单排小导管变更成双排超前小导管。为防止临时仰拱底部隆起，对临时仰拱进行加固注浆，间距1.0m*1.0m梅花形布置。封闭掌子面，对掌子面前方5m范围采用50钢花管，全断面加固注浆，间距1.0m*1.0m梅花形布置。每次预留2m岩柱，每次掘进3m对掌子面挂网喷射厚200mmC25混凝土。3地表水体丰富三级埋深约180m，隧道上方存在散户居民，地表水体主要有井泉水，据隧道水平1.2km处存在天然水资源水天池旅游景区。(1)全断面超前帷幕固结注浆。(2)径向注浆。(3)防水板防水+速凝液体橡胶喷涂料防水。(4)纤维素纤维混凝土结构自防水。2 编制依据2.1 文件依据(1)xx都市快轨铜梁试验线（xx-xx段）xx隧道节点工程施工招投标文件；(2)xx轨道交通一号线西延伸段xx隧道岩土工程勘察报告；(3)xx隧道工程实施性施工组织设计；(4)xx市都市快轨铜梁试验线（xx-xx段）工程施工图设计第五篇区间工程第一册xx站-xx站区间（xx隧道）第五分册xx号隧道洞身段CQKGJB-QJ01-SS-JG05-054A；(5)xx轨道交通(集团)有限公司提供的相关资料及有关要求；(6)建质200987号关于印发危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知；(7)渝建发201416号64关于印发危险性较大的分部分项工程安全管理实施细则的通知；(8)铁建设2010120号关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知；(9)安监2014104号隧道施工安全九条规定；(10)国家安全生产监督管理总局第69号令有限空间安全作业五条规定；(11)建质200382号建筑工程预防坍塌事故若干规定；(12)隧道施工环境安全评估报告;(13)2017.1.17 xxII号隧道K2+003K1+973段不良地质段全断面固结、止水注浆专家咨询会;(14)2017.2.23 市郊铁路（轨道延长线）xx隧道K2+003K1+973段不良地质（流砂）全断面帷幕固结注浆方案专家咨询会;(15)2017.4.18 市郊铁路xxII号隧道K2+003K1+973段固结注浆效果评定总结会。2.2 规范依据铁路隧道施工规范（TB10204-2002）；铁路隧道工程施工质量验收标准（TB10417-2003）；钢筋机械连接技术规程（JGJ 107-2016）铁路隧道锚喷构筑法技术规范（TB10108-2002）；钢筋焊接及验收规程（JGJ18-2012）；生产过程中危险和有害因素分类与代码（GB/T13861-2009）；建筑施工作业劳动防护用品配备及使用标准(JGJ184-2009)；生产经营单位安全生产事故应急预案编制导则（GB29639-2013）；施工现场临时建筑物技术规范（JGJ/T188-2009）；高处作业分级(GB/T36082008)。根据上述规范和文件，结合我公司现阶段的施工能力、技术装备、管理水平及历年来承担类似工程的施工经验编制本方案。3 施工计划3.1 施工总体部署根据注浆评定专题会要求，为确保施工质量和施工、运营安全，对该流砂段增设超前大管棚支护；管棚施作完毕后采用CRD法，先开挖导坑，根据开挖效果，动态组织补注浆或掘进施工。（1）管棚室施作。管棚施作采用RPD-180CBR矿研钻机（长*宽*高=8500*2600*3100）钻孔，管棚仰角3，该钻机在洞内施作管棚最低需要扩挖80cm、长6m的操作空间，即K1+999K1+993段除仰拱外的其他部分扩挖80cm。超前小导管支护，材料为热轧无缝钢管，L=3.5m，壁厚3.5mm，环向间距0.4m，纵距2m，外插角510；初支拱架采用20工字钢，间距0.5m。具体如图3.1所示。图3.1 K1+999K1+993扩挖段初支参数示意图（2）管棚。施作2.0m长导向墙，采用3榀I20工字钢做骨架，采用C25普通喷射混凝土封闭;隧道右侧拱墙及拱顶、左侧75位置设置108*6mm管棚，L=25m，环距400mm，仰角3，即设置55根管棚。（3）开挖。管棚施作后，采用CRD法机械开挖，先开挖导坑，根据开挖情况，施作超前钎眼，若流砂固结效果不理想，则进行补注浆加固；若流砂体固结效果较好，则继续按CRD法组织施工。图3.2 K1+995K1+993管棚横断面示意图3.2 施工进度计划与保证措施3.2.1 施工进度计划（1）2017年4月19日4月25日，掌子面K1+999掘进6m。（2）2017年4月26日4月28日，完成上半部分31根133*6mm孔口管安装、导向墙施作；2017年4月29日5月9日，完成上半部分管棚钻孔、顶管、注浆； 2017年5月10日5月12日，完成下半部分24根133*6mm孔口管安装、导向墙施作。2017年5月13日5月20日，完成下半部分24根管棚钻孔、顶管、注浆。（3）计划于2017年5月21日恢复开挖，采用CRD法施工（导坑先行开挖），机械开挖，计划于5月30日安全穿越K1+987K1+977段。施工过程根据实际情况，按照动态设计、信息化施工原则，确定是否对该流砂段组织帷幕补注浆施工。3.2.2 施工进度保证措施（1）提前做好物资准备、技术交底等各项准备工作，包括各方协调以及危险点的处理。（2）根据工程实际情况，加强机械设备配置，提高机械化作业率。（3）加强监管作业各个工序，各项工序作业必须提前30分钟到位。（4）锚杆、拱架等均在加工厂制作，在现场安装。（5）保证现场作业环境，在安全无忧的情况下作业，杜绝事故发生。（6）施工现场所有部位均实行“三检制”即自检、互检、交接检。3.3 施工机械配备计划根据工期计划要求，结合工程的实际需要，投入该工程项目的施工机械、设备及器具等情况见表3.1 主要机械设备配置计划。表3.1 主要机械设备配置计划序号设备名称型号规格数量生产能力备注一开挖支护机械1挖掘机CAT320D21.1m32破碎锤CAT320D23装载机ZL50C21.85.6m34侧卸式装载机WA320-312.2m35自卸汽车铁马520m36砼搅拌机JS7501750L7风动凿岩机YT28152m/min二钻孔注浆设备1多功能快速钻机RPD-180CBR115m/h2双液注浆机FBY30/12020.5-12Mpa3单液注浆机ZJB系列43m3/h4高压注浆泵2TGZ60/21016-21Mpa5浆液搅拌机SJ60073m3/h三钢筋加工机械1电焊机BXL-40065mm）的石子都会被回弹落地，这时的回弹量最大，随着喷射作业的延续和速凝剂的作业，在岩面上很快形成一层厚约5mm的砂浆垫层，喷向受喷面的砂浆垫层厚度不断增加，回弹明显减小，在高压风的推动下，砂粒、石子象子弹一样被“射”进不断增加的砂浆层中，砼的附着力增加，回弹就更加减小。喷射时，液态速凝剂在喷嘴处被雾化后能与物粒混合并充分发生反应，喷在受喷面上的砼能在23min内初凝，10min终凝。(3)在喷射混凝土时，钢筋、钢支撑及挂网的后部不留空隙。4.其他质量控制措施(1)超前支护材质、规格、根数、间距必须符合设计要求，采用无缝钢管。超前大管棚采用108热轧无缝钢花管，导管上注浆孔孔距15cm、孔径15mm,内增设钢筋笼，连接长度35d，同一截面搭接数量不大与50%。(2)严格把好原材料进场质量关，不合格材料不准验收，保证使用的材料全部符合工程质量的要求。每项材料到工地有出厂检验单，并严格执行验收制度，消除外来因素对工程质量的影响。(3)在导向墙及初支面设变形观测点，定期进行观测。如出现变形加剧等现象应立即停止洞内施工，待将不安全因素清除后，方可恢复施工。5 施工安全技术措施通过孔内成像、检查孔情况，本段流砂得到有效固结，流砂及周边地层成孔性较好。但由于存在小于0.15mm的特细砂未有效固结，检查孔中仍有少部分出水出砂现象，且溶腔周边边界无法做出精准判断，再加上管棚施工和开挖掘进对流砂体的扰动，会产生超静孔隙水压力，使粉细砂发生液化现象。因此该流砂段的开挖仍存在一定的安全风险，针对掘进过程中可能出现的突发情况，我项目部将采取以下措施。5.1管棚钻孔后补注浆若管棚钻孔后仍有出水出砂量较大、成孔性差、易塌孔等现象，下管困难且流砂可能通过钢花孔流入管棚，造成堵塞。则钻孔后进行补注浆，浆液材料采用超细水泥浆、水泥水玻璃浆液，水灰比1：1。补注浆后再重新钻孔，安装管棚。5.2单排小导管变更成双排超前小导管若导坑超前钻孔有出水出砂现象，则单排小导管变更成双排超前小导管，且双排小导管较单排小导管加固圈厚，效果更佳。向围岩打设第一排小导管（外插角30），主要发挥锚杆作用及扩大注浆作用；第二排小导管（外插角， 10），主要起棚架作用，通过梁效应来提高岩体的力学性能，有效的约束围岩的松动变形。42小导管长3.5m，环向间距40cm，两组小导管水平搭接长度不小于100cm。图5.1 双排小导管示意图5.3导坑先行，实施径向补注浆根据物探、超前探孔资料及2016年12月至2017年4月两次全断面超前固结注浆226个钻孔的钻孔记录，流砂体主要集中在隧道掌子面右侧，左侧围岩情况相对较好。流砂段掘进时先开挖导坑，根据开挖情况，施作超前钎眼，若流砂固结效果不理想，则进行径向补注浆加固，注浆孔深度5米，间距1m*1m梅花型布置，浆液材料采用超细水泥浆、水泥水玻璃浆液，水灰比为1:1。图5.2 空腔范围横断面示意图5.4临时仰拱隆起处理若导坑开挖后发生临时仰拱底部隆起，立即停止开挖，采用沙袋或土方反压，对临时仰拱进行加固注浆，注浆孔长5m，间距1.0m*1.0m梅花形布置，浆液材料采用超细水泥浆、水泥水玻璃浆液，水灰比为1:1。图5.3 临时仰拱注浆孔布置示意图5.5全断面加固注浆若掌子面出水出砂，立即停止隧道开挖施工，迅速用工字钢、方木、钢筋、钢筋网进行加固、封堵，并焊接双层钢筋网，采用20cm普通C25喷射混凝土封闭掌子面，对掌子面前方5m范围采用50钢花管实施全断面加固注浆，间距1.0m*1.0m梅花形布置，注浆材料采用超细水泥浆、水泥-水玻璃浆液。每次预留2m岩柱，每次掘进3m对掌子面挂网喷射厚200mmC25混凝土。5.6隧底注浆隧底每循环开挖后进行取芯1组，若流砂固结效果不理想，对隧底进行加固注浆，注浆孔长5m，间距1.0m*1.0m梅花形布置，浆液材料采用超细水泥浆、水泥水玻璃浆液，水灰比为1:1。若仰拱开挖发生涌水涌砂，立即回填沙袋或土方，采用快硬硫铝酸盐水泥注浆或灌注快凝混凝土封堵涌口，采取抽水措施，防止涌水涌砂进一步扩大。制止住涌水涌砂后，对隧底进行加固注浆，注浆孔长5m，间距1.0m*1.0m梅花形布置，浆液材料采用超细水泥浆、水泥水玻璃浆液，水灰比为1:1。图5.4 全断面加固注浆示意图图5.5 隧底注浆示意图5.7加强现场监控量测,做好应急预案施工监控测量项目包括：工程地质及现状的观测，周边收敛位移，拱顶下沉，钢支撑、锚杆应力及喷层表面应力，地表水位监测等内容。5.7.1隧道洞内拱顶下沉、净空收敛量测（1）监测断面及测点的布置洞内各监测断面同时进行拱顶下沉、净空收敛观测，严格执行铁路隧道监控量测技术规程布点间距，当每部的初期支护完成后，按5米一个断面布设监控量测点。按照监控量测技术规程要求，部和部应布设三条测线，测线布设如下图示。隧道内净空收敛满足以下要求，拱脚水平相对净空变化值小于0.8%，拱顶相对下沉小于0.55%。监控测线布置如下图5.6：图5.6隧道断面监控测线布置示意图（2）量测仪器、方法及频率拱顶下沉观测采用DS05自动安平精密水准仪、FS1型测微器、钢挂尺及铟钢变形观测尺，测量观测点与基准点间的相对高差，从而计算出拱顶下沉量，观测精度可达0.1mm。净空收敛观测采用JSS30A型收敛仪或SWJ-收敛计进行观测，观测精度可达0.01mm。观测频率：洞内新布设断面后，按以下表格原则确定监测频率，当各种方法确定的频率不一致时，选择最高频率监测。表5.3净空变化监控的频率（历时）时间量测频率115天12次/天16天1个月1次/23天13个月12次/周3个月后13次/月表5.3净空变化监控的频率（位移速度） 位移速度(mm/d)监控频率52次/d151次/d0.511次/(23)d0.20.51次/3d0.21次/7d表5.4净空变化监控的监控频率（距开挖面距离）监控断面距开挖面距离(m)监控频率1B2次/d(12)B1次/d(25)B1次/(23)d5B1次/7d注：B为隧道实际开挖宽度。5.7.2隧道钢支撑、锚杆及喷层表面应力监测(1)监测内容通过监测，掌握支护结构受力、应力状态，从而对支护、围护效果和稳定性进行评价。(2)监测断面及监测点的布置每10榀钢支撑一对测力计，每代表性地段一个断面，每断面设5个测点及5根锚杆。通过监测，综合分析围岩的位移、支护的内力情况，从而对隧道的稳定性作出判断，并及时反馈给施工、业主、设计、监理等各方，达到监控量测的目的。各监测断面形式如图5.7和图5.8。图5.7 钢拱架应力测点布置示意图图5.8 锚杆轴力测点布置示意图（3）量测仪器、方法及频率采用钢筋应力计进行钢支撑内力监测，通过测试传感器钢弦频率的大小来计算钢支撑内力的大小。量测频率：115天，2次/天；16天1个月，1次/2天；13个月，12次/周；3个月以后，13次/月。5.7.3应急预案应急预案另成册，应急救援物资表5.5 主要应急救援物资配置计划表。1） 应急物资表5.5 主要应急救援物资配置计划表序号材料名称规格型号单位数量备注1雨衣套302雨鞋双303水泵台14救生衣带有反光条件105铁锹把106担架副27发电机24V 低压电源台18编织袋个20009警戒隔离带50m/卷卷1010对讲机对311手电防水强光个512急救箱个113鼓风机个114洋镐把1015圆木15cm、长5米根