隧道断层段开挖及处治方案.doc

台州市黄岩沙埠至茅畲公路工程一标段隧道断层、浅埋段开挖及处治施工方案1、编制依据及编制原则1.1 编制依据1.1.1 合同文件、茅畲岭隧道施工图设计。1.1.2 公路隧道设计规范（JTG D70-2004）、公路勘测规范（JTJ061-99）、公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）、锚杆喷射砼支护技术规范（GB50086-2001）、公路工程质量检验评定标准（JTJ071-98）、水泥混凝土路面施工及规范（GBJ97-87）、建筑装饰装修工程质量验收规范（GB50210-2001）、地下工程防水技术规范（GB20108-2001）、公路工程施工安全技术规范（JTJ076-95）。1.1.3 国家、省相关法律与规定。1.1.4 我单位目前的劳动力、施工机械设备能力、技术管理和现场地质实际调查。1.1.5 我单位历年类似工程施工经验、技术积累及设备。1.2 编制原则1.2.1 严格遵守合同文件规定的施工工期，积极稳妥、合理安排施工，在工期安排上尽可能提前完成。1.2.2 在坚持实事求是的基础上，力求“技术先进、科学合理、经济适用”。在确保工程质量标准的前提下，积极采用新技术、新工艺、新机具、新材料、新测试方法。1.2.3 分清分项工程主次，合理安排施工工序，采用流水作业施工，使各工序紧密衔接，保证隧道开挖、支护、二次衬砌及附属工程分步分期完成。1.2.4 重视各项准备工作，特别重视施工的外部条件，使施工计划建立在可行的基础上。1.2.5 重视各项准备工作，特别重视施工的外部条件，使施工计划建立在可行的基础上。1.2.6 贯彻多层次技术结构和技术政策，在施工中层层把关，确保工程一次成优。1.2.7 尽量利用原有的设施，减少各种临时工程量；尽量利用当地的现有资源，合理进行场地规划，节约施工用地，不占或少占农田；保护环境，防止污染和施工事故，做到文明施工。13编制范围本工程隧道浅埋段、断层破碎带、围岩破碎带及裂隙密集带。2施工技术方案21总体施工方案通过综合超前地质预报，切实掌握断层带的情况，包括破碎带的宽度、填充物、地下水以及隧道轴线与断层构造线方向的组合关系，施工前根据有关施工技术和机具设备条件，确定通过断层地段的施工方法。当断层带内充填软塑状的断层泥或特别松散的颗粒时，则采用CRD法、CD法或三台阶临时仰拱法施工。断层地段出现大量涌水时，则采取排堵结合的治理措施；通过断层地段的各施工工序之间的距离尽量缩短，尽快地使断层地段全断面衬砌封闭，以减少岩层暴露、松动和地压增大。采用爆破掘进通过断层时，严格掌握炮眼数量、深度和装药量，尽量减小爆破对围岩的震动；采用上下导坑掘进施工时，其下导坑不宜超前过多，掘进后随即将下导坑予以临时衬砌。断层地带的支护应宁强勿弱，并应经常检查加固，实行衬砌紧跟开挖面完成，衬砌断面尽早封闭。22施工工艺流程及施工方法2.2.1 施工工艺流程施工工艺流程详见图1施工工艺流程图。2.2.2 施工工艺 2.2.2.1地质预报对于构造复杂的大规模断层，以地面探测和少量的地质钻孔为主，推断地下一定深度的地质条件与隧道施工实际遇到的地质条件之间的差异。而隧道施工对地质体的变化又非常敏感，特别是对于大断面开挖，更要求准确预报施工前方的工程地质和水文地质条件。因此，必须把地质超前预报作为一个工序纳入生产过程。施工设计图施工准备、确定总体施工方案，配备劳力、机械、材料 地质超前预报确定施工方法：开挖断面形式、支护形式、开挖方法、施工顺序、断面闭合方式确定辅助方法量测设计修改施工方案排水注浆超前支护观察量测开挖初期支护加强拱墙二次衬砌边墙基础及仰拱稳定安全性检查否铺 底结 束图1 施工工艺流程前期准备：收集和熟悉与工程有关的地质资料，研究隧道施工所涉及的主要地质问题，制定超前预报方案。预报方法：采用超前平导方案，以平导与正洞地质、水文观测素描和平导与正洞地质类比为主，辅以地震波、声波、钻速测试，岩石微观研究，钻孔探水研究，红外探水研究，赤平极射投影作图等，互相补充验证。预报的重点内容：预报开挖面前方的地质情况、围岩级别、断层、软弱破碎带在前方暴露的位置和对施工的影响、地下水的活动情况。预报方式：根据勘测设计成果和施工阶段的观测结果，进行综合分析处理，分阶段作出预报。长期预报：根据地质背景，确定地质构造形式，建立具体的地层和构造标志，以地质观测和类比为主要手段，并通过物探、钻孔等手段加以验证，总体预报断层的规模、分布、性质、构造风带、富水性等，并分析做出工程地质评价。中期预报：岩石微观构造研究：在地面不同部位采集岩样，进行长期的微观鉴定和岩组分析，进一步论证断层范围、构造分布等。b.工程地质类比：根据超前平导日常观测积累的素材，做出岩体分段稳定性评价，采用地质类比方法推演正洞，同时根据对正洞掌子面和侧壁剖面的观测，结合地质背景，预报正洞前方和超前平导的岩体的稳定性及富水性情况。c.预报方法：一是各种图析法，即利用赤平极射投影、实体比例投影等作图法，分析岩体稳定状况，判断可能失稳的岩块的分布，提供预报（可以超前平导分段作图预报相应的正洞，也可以用正洞的资料预报前方相似的地段）；二是地震反射波法，即在掌子面排列布置地震探测的激发和反射波接受装置，以接受反射波。对于岩性单一、走向与隧道轴线接近于正交的断层，只要存在破碎程度有差异的界面，便可产生较强的反射波，据此可以判断隧道前方岩体的破碎程度和范围。短期预报：掌子面及其附近的观测预报：通过地质观测素描地质作图，可以分析判断掌子面与其前方（一般数米以内）不良地质构造的距离和岩体稳定情况，提出开挖注意事项和防塌措施。b.掌子面超前钻孔和声波法预报：通过30m深钻孔的岩粉、钻速、水质等的变化情况，配合声波单孔探测和跨孔穿透测试，综合判断并预报前方水文、地质条件。预报效果检查：开挖至预报位置时，应对实际情况进行素描，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，并为以后的预报提供参考。2.2.2.2超前平导对于地下水十分发育、静水压力较大的软弱破碎地层，应设置超前平导，排水降压。（1）平导的位置、长度、断面尺寸等设计参数的选取，应根据判明的地下水主要补给方向和范围，以不影响正洞稳定为前提，同时考虑排水降压、超前地质预报双重功能的发挥，以及便于施工等因素。（2）平导施工不宜进行围岩注浆堵水，开挖前应在掌子面钻孔排水（孔长1015m），宜用常规的支护手段随挖随支，支护紧跟，达到堵渣排水的目的。（3）平导一般应超前正洞数百米。2.2.2.3 超前支护断层施工超前支护多采用两种方法：洞身超前管棚支护、超前小导管注浆加强支护。2.2.2.3.1 洞身超前管棚施工2.2.2.3.1.1 钻孔采用GLP -150型电动地质钻机。施工时钢管沿隧道周边以5外插角钻入围岩，施钻时安设导向架或在型钢钢架腹板开孔以穿管棚。运用测斜仪进行钻孔偏斜度测量，严格控制管棚打设方向。隧道周边布孔环向间距40cm，钻孔从两侧拱脚对称地向拱顶钻孔顶管，使下部注浆体有力地支托其上部的钻进和顶管，同时采用“前进式”注浆加固围岩和钻孔顶管，尽量使围岩的承托力加大，以减小钻头的下挠。2.2.2.3.1.2管棚制作管棚超前预支护采用外径89mm、壁厚6mm的热轧无缝钢管及钢花管，每节钢管两端均预加工成外丝扣，同一断面内接头数量不超过总钢管数的50。钢管前端呈尖锥状，尾部焊接10加劲箍，管壁四周钻孔径1016mm 的压浆孔，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段150cm。图中编号为单号者采用钢花管，双号者采用钢管，施工时先打设钢花管并注浆，然后打设钢管，以便检查钢花管的注浆质量。管棚两环之间搭接长度不小于3m。2.2.2.3.1.3注浆注浆采用立式灰浆搅拌机和注浆泵（YZB-150/10型全液压注浆泵），浆液采用水泥浆液，注浆参数：水泥浆液水灰比为1：1（重量比）；注浆压力：0.52.0MPa。单根钢花管的注浆量按Q=R2L估算,式中R为浆液扩散半径，取R=0.6L0; L0为注浆钢花管的间距；L为钢花管长；为围岩孔隙率，断层破碎带一般取值5。注浆前进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验。注浆结束后用M5水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。施工工艺流程见图2超前长管棚施工工艺流程图,超前长管棚布置见图3超前长管棚布置示意图。施工准备钻孔顶管接管设备准备管材加工材料准备机具准备地质调查注浆设计现场试验制定施工方案进入施工配比试验注浆参数喷混凝土封闭掌子面注 浆注浆站布置安孔口止浆塞连接止浆管开 挖浆液选择浆液配制注浆效果检查补充注浆合格不合格效果检查图2 超前长管棚施工工艺流程图图3超前长管棚布置示意图2.2.2.3.2超前小导管注浆加强支护采用风动凿岩机钻孔插管，注浆前对开挖面及5.0m范围内坑道喷射厚510cm砼封闭， 采用注浆机注入水泥浆，由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆，出现窜浆或跑浆时，采用间隔注浆。2.2.2.3.2.1布孔 以紧靠开挖面的格栅钢架（钢架）为支点，形成管架支护环进行布孔。每个注浆眼间距为0.4m，注浆管长3.5m。2.2.2.3.2.2钻孔 按布置的注浆眼位置钻眼，钻孔采用48mm的钻头，钻孔外插角应控制在15左右。2.2.2.3.2.3顶管 小导管采用外径42mm钢花管，管壁四周按15cm间距梅花形、钻设8mm压浆孔，为防止漏浆，管尾端无孔部分长1m，管前端锻成铁尖，尾端焊上8mm钢筋加劲箍，导管顶入长度不小于钢管长度的90%。2.2.2.3.2.4封堵 导管打入后，用塑料泥（40Be水玻璃拌合525#水泥）封堵孔口导管与孔壁间隙。2.2.2.3.2.5注浆 水泥浆水灰比为0.51.0之间调节，液浆由稀到浓逐级变换，即先注稀浆，然后逐级变浓至1.0为止。注浆压力控制在1MPa内，注浆达到设计注浆量和注浆压力时可结束注浆。注浆过程中随时观察注浆压力，分析注浆情况，防止堵塞、跑浆，做好注浆记录，以便分析注浆效果。2.2.2.3.2.6注浆异常的处理 发生串浆时，在有多台注浆机的条件下，同时注浆，当注浆机较少时将串浆孔及时堵塞，轮到该管注浆时，再拔下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管内杂物清除并用高压风或水冲洗，然后再注浆。水泥浆进浆量很大，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或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。图4 超前小导管施工示意图施工准备钻孔打小导管设备准备管材加工材料准备机具准备地质调查注浆设计现场试验效果检查制定施工方案进入施工浆液选择注浆参数喷混凝土封闭掌子面注 浆注浆站布置浆液配制安孔口止浆塞连接止浆管开 挖配比试验图5 超前小导管施工工艺流程图超前小导管施工见图4超前小导管施工示意图。施工工艺流程详见图5超前小导管预注浆施工工艺流程图。2.2.2.4 洞身开挖断层开挖方法一般采用采用CRD、CD法或三台阶临时仰拱法施工。2.2.2.4.1 CRD法施工CRD法施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，坚持小炮开挖或人工开挖，严格控制装药量。每循环进尺控制在1m左右。工序变化处钢架（或临时钢架）应设置锁脚钢管以确保钢架基础稳定。施工过程中每次拆除单榀临时钢架的长度不能超过10m，以确保施工安全。其开挖工序见图6CRD法开挖工序图。2.2.2.4.2 CD法施工CD法施工坚持小炮开挖，严格控制装药量。每循环进尺控制在1m左右。工序变化处钢架（或临时钢架）应设置锁脚钢管以确保钢架基础稳定。施工过程中每次拆除单榀临时钢架的长度不能超过10m，以确保施工安全。开挖工序见图7CD法开挖工序图。2.2.2.4.3 三台阶临时仰拱法施工三台阶临时仰拱法施工坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，每循环进尺控制在1m。其工序见图8三台阶临时仰拱法工序图。图6CRD法开挖工序图。图7CD法开挖工序图。2.2.5钻爆作业2.2.2.5.1 钻眼钻眼前，钻工要熟悉炮眼布置图，严格按钻爆设计实施。特别是周边眼和掏槽眼的位置、间距及数量，未经主管工程师同意不得随意改动。定人定位，周边眼、掏槽眼由经验丰富的司钻工司钻。准确定位凿岩机钻杆，使钻孔位置误差不大于5cm，保持钻孔方向平行，严禁相互交错。周边眼钻孔外插角度控制在4以内。同类炮眼钻孔深度要达到钻爆设计要求，眼底保持在一个铅垂面上。2.2.2.5.2 装药起爆采用空气间隔装药方式，起爆顺序先中间，后外侧逐渐进行，炮孔堵塞长度不小于0.2m，严禁反向装药，雷管以外不得装药卷。2.2.2.5.3 微震爆破CRD法、CD法、三台阶临时仰拱法开挖地段采用微震控制光面爆破。微震爆破作业段最大一段允许装药量：QmaxR3（VkpK）3a式中：Qmax最大一段爆破药量，kg；Vkp安全速度，cm/s，取Vkp2cm/s；R爆破安全距离，m；K地形、地质影响系数；a衰减系数。K、a值是针对隧道的具体情况，通过多次试爆基础上进行K、a值回归分析后确定。根据爆破物距爆心的安全距离要求，并由此推出的每段的最大装药量。装药结构示意图见图9装药结构示意图图9 装药结构示意图2.2.3 隧道断层突水突泥施工2.2.3.1 施工程序详见图10隧道岩溶突泥突水地段施工程序图。综合超前地质预报体系小量岩溶突泥突水地段（涌水量小于10L/s）大量岩溶突泥突水地段（涌水量大于10L/s）超前小导管注浆固结岩体深孔超前全封闭帷幕注浆固结围岩微震动控制爆破开挖环向止水帷幕洞内观察与地质描述、地质雷达TSP-203地震波探测仪HY-303型红外线探测仪探水超前水平钻探测突水量测突水压力注水试验注浆液配合比设计与试配注浆设计锚喷支护施作围岩与支护间空隙压浆防水层铺设与质量监控结构衬砌混凝土浇筑施工缝、沉降缝施作与质量监控衬砌结构背后注浆隧道渗漏水检查隧道渗漏水处理隧道开挖止水与防水隧道结构防水排导系统施作图10 隧道断层突泥突水施工程序图2.2.3.2 超前小导管注浆固结止水通过综合超前地质预报，确认隧道掌子面前方为小量岩溶突泥突水地段时，即突水量小于10m3/h或个别探水孔出水量大于2m3/h，则预留58m围岩段采用超前小导管注浆固结岩体以达到止水目的。隧道开挖掘进前，先喷砼将开挖面和坑道5.0m范围内的地段进行封闭，再沿坑道周边打入带孔的超前小导管，由两侧对称自下而上逐孔注入水泥-水玻璃双液浆，浆液即由导管渗透到地层中，待浆液硬化后在隧道周围形成注浆帷幕以固结围岩止水。超前小导管采用42mm的热轧无缝钢管制作，小导管钻孔直径较管径大20mm；突水量较大时，其环向间距为0.3m，纵向间距为2m，外插角为10，超前小导管长度为3.54.0m；突水量较小时，其环向间距为0.5m，纵向间距为2.5m，外插角为10，超前小导管长度为3.54.0m。2.2.3.3 环向止水注浆帷幕围岩结构整体性较好且突水量较小地段，采取在隧道开挖轮廓线外设置环向止水注浆帷幕。即隧道开挖后，沿隧道开挖轮廓线设置间距为60、长为350cm小导管径向全断面环形布设，采用纯水泥浆注浆，水压较大地段采用双液浆注浆固结围岩止水。3、围岩监控量测3.1监控量测项目及测点布置3.1.1拱顶下沉量测测点焊接在钢架上，一个断面布置3个点（即拱顶和两拱腰），断面间距一般为20m，断层泥地段为5m。3.1.2净空收敛量测在拱脚及拱腰处增设两条收敛基线，测点焊接在钢架上或埋设在围岩中，开挖下断面时增加收敛基线，断面间距一般为3050m，断层含泥地段一般为1020m。3.1.3钢架反力量测利用GSJ-1型矿压仪和GH-50型压力盒，量测仰拱的受力状态。3.1.4临时仰拱受力状态量测在临时仰拱与钢架拱脚之间埋设GH-50型压力盒，量测仰拱的受力状态。3.2量测频率第115天，距开挖面2倍洞径以内，每天12次。第1630天，距开挖面2.5倍洞径，每两天1次。第30天以后，距开挖面2.5倍洞径以上，每星期1次。单变形速率答允于5/d时，每天量测3次。4、质量保证体系以安质管理部门为龙头，成立质量管理领导小组。项目负责人任质量管理领导小组组长，班组成立QC小组，各施工队配备专职质检员，在各级组织、各个环节都有专人负责，对工程质量实施全面监控，从上到下形成质量控制网络。详见图11项目管理组织机构框图和图12质量保证体系框图。施工过程中加强过程监控，全面实施质量“三阶段”控制原理。施工前抓好施工技术准备关、工程材料质量检验关和施工过程关；施工中落实质检人员对每道工序操作标准、工艺流程及检测试验进行全过程监督跟踪，对执行情况做出详细记录，针对存在问题的及时整改，同时严格执行“自检、互检和交接检”三检制度和“五不施工”交接工序质量控制制度；施工后对分项工程及时进行质量评定和质量偏差纠正工作，保证了工程质量始终处于受控状态。项目部管理组织机构图项目部组织机构图项目经理 王朝阳项目部项目总工程师 杨加强项目副经理 杨龙职能部门综合办公室 黄