梅花山隧道出口F7断层施工方案.doc

赣龙铁路扩能改造工程GL-5标 梅花山隧道出口F7断层施工方案新天心山隧道出口F7断层施工方案一、工程概况赣龙铁路扩能改造工程新天心山隧道（DK253+840DK229+750）全长13780m，位于福建省连城上杭县境内，出口位于上杭县古田镇洋绸村。新天心山隧道出口段（DK224+881DK229+750）全长4869米，隧址区发育有2条断层、4条岩性接触带和1处节理密集带。1、F7断层设计地质概述F7断层里程DK229+360DK229+240，发育于燕山早期花岗岩，与线路相交于DK229+296，断层破碎带宽度约80m，两侧影响带各20m。根据物探资料揭示，DK229+280附近横向电阻变化明显，其中DK229+265DK229+320段电阻率较低，物探弹性波速2550m/s，产状10382,与线路夹角64，向大里程倾斜，如图1。图1 F7断层位置F7断层带内挤压破碎，挤压擦痕，破碎带及其影响带围岩受构造影响，破碎松散，自稳能力差，对隧道洞身稳定性有较大影响。且此处埋深较浅，沿断层影响带地貌上形成深切的冲沟，地表汇水面积大，属强富水区，预测最大涌水量为13895m3/d。隧道施工过程中易产生涌水、突水及掉块、坍塌。2、设计支护方法F7断层设计支护方法序号里程超前预注浆超前支护施工工法衬砌类型1DK229+360+340 （影响带20m）5m超前周边注浆型超前小导管三台阶临时仰拱法b2DK229+340+260 （断层破碎带80m）5m超前帷幕注浆89洞身长管棚+套打50小导管b3DK229+260+240 （影响带20m）5m超前周边注浆型超前小导管b二、超前地质预报情况1、HSP声波反射法探测根据中铁西南科学院地质预报单位7月5日“新天心山隧道出口地质预报简报第07期（DK229+380+310）”报告显示，DK229+360DK229+310段岩体为中风化花岗岩，发育两组节理，大角度相交，岩体破碎呈碎块状结构，岩体自稳性差，部分地段发育长大不利结构面和次级小断层，节理裂隙切割使岩体破碎，受构造影响此段节理密集带可能成为富水区。2、超前地质钻探7月15日至16日在掌子面DK229+360施作三个超前地质钻孔，长度分别为90米（1#孔线左侧拱腰）、60米（2#孔拱部中间）、60米（3#孔线右侧拱腰）。地质探测情况为DK229+360+300发育节理裂隙密集带，岩体破碎，钻孔过程中有线状水出露，最大出水量8.5m3/h（2#孔）。3、地表调查地表植被发育，地形起伏较大，相对高差2050米，切割呈U形状，山间冲沟发育，埋深浅。DK229+330处为乡村水泥公路(宽约3.0米)，埋深约32米；DK229+315为常年流水的河沟 (宽约20米),沟底埋深约21米（沟底淤泥厚约23米），如图2。图2 F7断层区域地表三、存在的风险及对应措施F7断层存在的风险与对应措施序号存在的风险风险产生的原因对应措施备注1坍塌受断层构造带影响，节理裂隙发育，围岩破碎松散，自稳能力差，隧道开挖后，极易产生上部及侧面塌方。注浆预加固； 加强支护措施； 短台阶、短进尺、弱爆破。2涌水地貌形成深切的冲沟，地表汇水面积大，对地下水补给强。构造作用岩体裂隙发育，对水流有良好的渗透性。超前预注浆堵水； 做好洞内排水措施。3地表塌陷地表起伏大、埋深浅，岩体破碎。超前预注浆加固； 加强超前支护； 短台阶、短进尺； 减震控制爆破。4地表透水地表常年流水的河沟，埋深浅。河床采取围堰方式； 河沟底铺C15砼； 沟底地表注浆。四、总体施工方案按照“地质预报先导、注浆预加固先行”、“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、速反馈”的方针组织施工。1、以地质为先导，系统做好超前地质预报工作，包括HSP声波反射探测、超前水平探孔、地质素描等，以探明掌子面前方地质与水文情况，为施工决策提供依据，确保施工安全。2、按照设计要求施作超前周边预注浆与超前帷幕预注浆，以达到注浆堵水、加固围岩的目的。3、按照设计要求进行超前支护，断层破碎带段施作89洞身长管棚+套打50小导管超前支护。4、采用三台阶临时仰拱法施工，严格按照设计要求规范施工。5、开挖采取减震控制爆破技术，严格控制炮眼深度与装药量，减少对围岩的扰动。6、做好围岩监控量测工作，加强监测频率，及时反馈信息。7、仰拱与二衬要紧跟、及时施作，尽早封闭成环。8、做好洞内施工排水措施。9、做好施工预防与应急措施。五、施工方法1、超前地质钻探F7断层段超前地质钻探采取长距离超前探孔与短距离加深炮孔相结合的方式。1）在DK229+360、DK229+310分两次施作长距离超前探孔（钻孔直径125mm），每次探孔长度不少于60米，搭接长度为10米；探孔布置在拱顶、左右侧拱腰处，孔口距开挖轮廓线23米，孔底距开挖线外约5米。超前探孔布置如图3。图3 超前探孔布置图2）超前钻孔应装设孔口管（1085mm热轧无缝钢管），管长3m，前端焊接法兰盘，为防止突发涌水孔口管安设与孔口管配套的高压闸阀。3）加深炮孔钻探是利用风钻在隧道开挖工作面钻小孔径获取地质信息的一种方法，孔径与爆破孔相同。每开挖23米施作5米长加深炮孔钻探。2、超前预注浆施作5m超前周边预注浆（两侧影响带各20米）与5m超前全断面帷幕注浆（断层破碎带80米），以达到注浆堵水、加固围岩目的。1）采用川桑豹履带式大型钻机钻孔，开孔直径125mm,终孔直径90mm；装设孔口管（1085mm热轧无缝钢管），管长3m，前端焊接法兰盘，并安设与孔口管配套的高压闸阀。孔口管应埋设牢固，孔口管止浆措施采用麻绳缠绕后再顶进孔内，并用锚固剂封闭孔口管与孔壁的缝隙；注浆时用带法兰盘的注浆管与孔口管连接，如图4。图4 注浆钻孔结构与孔口管安装图2）每循环钻孔注浆纵向长度30m，开挖25m,保留5m止浆岩盘，必要时设置混凝土止浆墙；分别在DK229+370、+345、+320、+295、+270开挖掌子面分五次进行钻孔注浆。超前预注浆布置如图5。图5 超前预注浆布置图3）注浆范围为开挖断面至开挖轮廓线外5m；钻孔和注浆顺序由外向内，同一圈孔间隔施工；超前预注浆采用后退式注浆工艺（若成孔困难、易塌孔时则采用前进式分段注浆）。4）注浆材料一般采用1:1普通水泥浆，特殊情况采用水泥+水玻璃双液；浆液扩散半径23米；注浆终压为注浆处实测水压+1.5MPa。5）注浆结束标准:注浆过程中，压力逐渐上升、流量逐渐下降，当注浆压力达到设计终压并稳定10分钟后，即可结束该孔注浆。6）注浆结束后进行注浆效果检查，未达到设计要求的应进行补注浆；开挖后若仍出现大量水，应采取径向注浆措施，以满足设计防排水要求。3、超前支护1）型超前小导管DK229+360DK229+340、DK229+260DK229+240段施作型超前小导管注浆预支护。拱部120范围内布设双层小导管，采用505mm热轧无缝钢管制作成钢花管，钢管外插角分别采用40和510交错布置；小导管每环48根，单根长5米，环向间距30cm。小导管配合钢架使用，相邻两排小导管的水平搭接长度不小于1.5米。2）洞身长管棚DK229+340DK229+260段施作89洞身长管棚+套打50小导管超前支护。洞身长管棚布置在拱部120范围内，80m一次打设。采用895mm热轧无缝钢管制作成钢花管；每环37根，环向间距中至中40cm，外插角8。3）钢花管注浆钢花管注浆是对前面超前预注浆的有效补充手段，以提高注浆施工质量，确保施工安全。注浆材料为1:1水泥浆，注浆压力0.51.0MPa。4、开挖与爆破方法1）开挖工法F7断层段采用三台阶临时仰拱法施工，严格控制台阶开挖长度58米，掌子面循环开挖进尺约0.6m（一榀钢架间距），边墙每循环开挖进尺约1.2m（两榀钢架间距）；中下台阶左右侧错开开挖（错开约2米）。2）减震控制爆破开挖爆破采用减震控制爆破技术，严格控制炮眼深度与装药量，尽量减少对围岩的扰动，有效控制浅埋、断层破碎带引起塌方的几率，为隧道安全快速施工创造条件。减震控制光面爆破的要点是缩短循环进尺，合理选择周边眼布置、装药参数和装药结构，选取适宜的掏槽形式、钻爆参数和起爆顺序，减少爆破震动强度，保证爆破后开挖断面的良好成型，尽量避免对围岩的扰动。减震控制爆破采取的措施主要有：严格控制循环开挖进尺，宜在0.60.8m，周边眼采用小直径（25mm）乳化炸药，装药结构为空气间隔装药。选择合理的掏槽形式和掏槽眼布置是减震控制爆破的关键措施，采用楔形掏槽形式，掏槽眼尽量靠下靠外布置，掏槽区增打减震孔以增加临空面。选择合理的非电毫秒雷管起爆间隔时差，为避免地震波叠加作用引起较大震动，非电雷管延迟间隔时差应控制在120ms以上。由于埋深浅，严格控制装药量，单段爆破用药量不超过6kg。采取理论计算与现场试爆相结合的方式，科学做好减震爆破设计。选择合理的炮眼数量、炮眼间距、单眼装药量、起爆顺序等钻爆参数，炮眼采用线形布孔、线性起爆，提高装药质量和炮口堵塞质量，达到减震目的。5、初期支护初期支护严格按照设计要求规范施工，使初期支护形成整体支护体系，控制围岩变形。支护参数见下表：初期支护参数表衬砌类型喷混凝土6钢筋网片锚杆参数钢架施作部位厚度（cm）设置部位网格间距（cm）设置部位类型环距纵距d(m)长度（m）设置部位类型纵距（m）b拱墙23拱墙2020拱部25中空1.51.53.5全环18型钢1仰拱23边墙22砂浆1.51.2b拱墙25拱墙2020拱部25中空1.51.54.0 全环I20a型钢0.6仰拱25边墙22砂浆1.21.0初期支护应尽早封闭成环，隧道开挖后立即对开挖面进行初喷封闭，并及时施作。钢架架立应考虑足够的预留沉降量，钢架之间连接筋按设计布置、焊接牢固，钢架拱脚必须位于坚实基础上不得悬空，钢架连接板必须用高强螺栓螺母连接牢固，按设计要求施作50锁脚注浆锚管。同时加强工序衔接，尽量减少围岩长时间暴露时间。6、仰拱与二衬紧跟作业仰拱施工应紧跟掌子面，尽早封闭成环，二衬及时施作。仰拱开挖前必须完成边墙钢架的锁脚锚管，每循环开挖进尺不大于3米。施工安全步距：仰拱初支距掌子面距离不大于35米，二衬距掌子面距离不大于70米。六、监控量测1）地表沉降观测与洞外观察F7断层穿越乡村公路与溪沟段，埋深浅（最浅约20米）。沿乡村公路、溪沟边埋设地表沉降观测点，在隧道穿越区域横向距离每35米布置一个，每天进行2次沉降观测。每天观察地表是否存在开裂、变形现象。2）洞内拱顶下沉、净空收敛监测按设计规范要求做好洞内拱顶下沉、净空收敛监测工作，监控量测点布设断面间距不大于5米，每个断面布设1个拱顶下沉点、3条净空水平收敛测线（每个台阶布设一条），监测频率每天2次。3）洞内观察洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后进行地质素描；已施工地段观察初期支护表面的工作状态。4）信息反馈每天及时分析监控量测数据，并及时将监控量测信息反馈施工现场，当发现异常时，立即报告相关单位，调整施工方法、加强支护措施，确保施工安全。七、洞内排水措施F7断层为富水区，隧道防排水本着“堵排结合”的原则，通过超前预注浆与径向注浆进行堵水，以控制发生大量涌水的可能性。隧道采取顺坡排水，在已施作的仰拱前方设置临时集水坑，利用隧道中心排水沟将水引至洞外。掌子面通过挖水沟将水引至集水坑，同时预备2台11kw（抽水量100m3/h）潜水污水泵，当水量较大时将掌子面的水抽至集水坑。集水坑配置2台18.5KW（抽水量250m3/h）潜水污水泵（同时预备1台），将水抽至隧道中心排水沟，引至洞外。八、主要劳动力和设备配置合理配置劳动力和设备，合理安排工序衔接，缩短循环时间，保证断层带安全快速施工。主要劳动力配置表序号名称人数备注1开挖支护班42其中开挖24人、立架支护18人2出碴班83喷浆班6采用阿立瓦湿喷机4二衬班（仰拱）30其中防排水、钢筋16人，模板、混凝土14人5抽水4专职抽水6综合班10配合钻孔、注浆及其它主要设备配置表序号名称数量（台）备注1管棚钻机1川桑豹履带式大型钻机2注浆机22TGZ60/210双液调速高压注浆泵3挖掘机14装载机1侧卸式5出碴汽车415T6湿喷机1阿立瓦大型湿喷机九、预防与应急措施F7断层围岩破碎、埋设浅，强富水区，存在隧道坍塌、涌水的风险，因此施工中应做好隧道防坍塌、防涌水的预防措施和应急措施。1、预防措施针对F7断层编制专项施工方案，采取合理正确的施工措施。施工方案报建设单位组织评审，严格按照批准的施工方案进行施工。1）加强学习与培训，提高意识与能力施工前对现场管理人员、班组长、作业人员进行详细的技术交底，并进行施工方案、技术交底培训。加强施工人员对F7断层可能存在风险的认识，了解风险的成因、发生途径和突发前兆，牢固树立防范、预防和保护意识；组织学习与培训，掌握各种预防技术和处理技术，提高对隧道紧急突发事件的预防能力、应急能力和处理能力。2）加强地质超前预报施工过程中要详细了解工程地质资料，掌握地质成因、组成方式、断层规模、以及地质变化趋势等。坚持以地质为先导的原则，加强超前地质预报，做好HSP、超前水平钻探、加深炮孔、地质素描等工作，时刻掌握地质情况，异常地质及时上报相关单位。3）超前预加固开挖前严格按设计要做好超前预注浆，以达到注浆堵水、加固围岩的目的。4）采取减震控制爆破开挖在进行开挖爆破时，必须采用减震控制爆破技术，严格控制爆破规模，遵循“短进尺、少装药、多段别、弱爆破”的原则，科学谨慎地进行爆破设计。5）加强监控量测加强洞内外观察、地表沉降、拱顶下沉、净空收敛等项目的监测，及时分析数据反馈施工现场。6）严格管理、科学施工严格按设计施工方法规范施工，加强标准化施工管理，严格遵守“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、速反馈”的方针施工。2、成立应急抢险救援领导小组项目部成立以项目经理（刘冬雯）为组长，党工委书记（蒋启顺）、副经理（张志坚、陈俊义、彭泽武）、总工（尹晨）为副组长，各部门负责人、机械服务站站长、现场领工员、安全员、班组长、医护人员与小车司机为组员的应急抢险救援领导小组。应急抢险领导小组下设办公室，办公室设在安质部，安质部长（陈务实）任主任。应急抢险领导小组设四个专业工作小组：事故救援组、物资设备保障组、医疗救护组、后勤保障组。3、应急抢险救援措施编制隧道防坍塌、防涌水应急预案，施工前组织相关人员进行应急预案演练。1）应急准备报警系统及通讯设备：电话、手机、对讲机、扩音喇叭;应急照明设施及机具：备用电线、电缆、电灯、手电筒、应急提灯、移动配电箱等;其它材料：氧气、乙炔、木材、型钢拱架、铁锹、撬棍、麻绳、口哨、救生衣、排水管等;抢救机械：挖掘机、装载机、汽车、指挥车、运输车辆、混凝土喷射机、潜水泵、抽水机等;伤员急救设备：伤员担架、急救箱、氧气袋、药品等。2）事故报告及应急响应事故发生后，现场施工员或作业人员应立即向应急救援领导小组组长（或副组长）报告，并在事故现场周围设置警戒线，安装安全警示牌，保护