隧道通过断层技术交流方案

泽雅隧道安全通过泽雅隧道安全通过 F12 断层断层 施工技术经验交流施工技术经验交流 目 录 一 工程概况一 工程概况 二 超前地质预报的施作二 超前地质预报的施作 三 方案的确定三 方案的确定 四 超前注浆施工四 超前注浆施工 五 过富水断层施工总结五 过富水断层施工总结 一 工程概况 1 隧道概况 隧道概况 泽雅隧道进口位于青田县油竹新区小口村 出口位于温州市瓯 海区泽雅镇 隧道全长 12030m 为单洞双线隧道 是金温线铁路上 最长的隧道和重点控制性工程之一 泽雅隧道优化设计共四个施工区段 分别为泽雅隧道进口段 1 斜井施工段 2 斜井施工段和出口施工段 2 泽雅隧道主要工程难点 泽雅隧道主要工程难点 隧道洞身断层破碎带发育 本隧道共通过断层 14 处 断层破碎 带及其影响带内岩体受构造影响严重 岩体破碎 本隧道主要不良 地质为褶皱 断裂破碎带等 其中 F4 F12 属于泽雅水库水源补给 区 山体植被茂密 溪谷较多 水量较丰富 形成了有利的地下水 通道 地表水沿断层下渗会对隧道造成一定影响 断层构造带具有 一定的导水性和储水性 在隧道开挖时有可能产生突泥 突水 隧 道施工穿越此处时应采取措施防止地表水渗漏 泽雅隧道不良地质示意图泽雅隧道不良地质示意图 共 共 14 条断层 已经顺利通过条断层 已经顺利通过 4 条 条 3 F12 断层概况断层概况 泽雅隧道于 2012 年 DK165 488 DK165 540 段穿越 F12 断层 设计为 级围岩 属于泽雅隧道 2 斜井工区施工范围 该断层属北 东向断裂 破碎带宽 2 20m 局部有岩脉充填 断裂性质早期为压 性 晚期为张性 本段岩体破碎 地下水发育 施工中存在坍塌 突水 涌水的可能 F12 断层距泽雅水库水平距离仅为 1100 米左右 而且泽雅水库 水位比隧道拱顶标高高 25 米左右 具体关系图如下 F12 断层与泽雅水库平面位置图断层与泽雅水库平面位置图 二 地质超前预报 2012 年 3 月 15 日 开挖施工到 DK165 550 距设计断层 结构面 10 米的距离 掌子面围岩开始破碎 节理发育 拱顶有 少量水流出 根据围岩条件分析 即将进入 F12 断层破碎带 和 设计里程基本相符 按设计要求 项目部进行了超前地质预报工 作 先后施作了掌子面地质素描 超前水平钻钻探 TSP 探测和 红外探水 1 超前水平钻的实施 超前水平钻的实施 根据设计要求 在 DK165 543 掌子面上导施作了 5 个孔 具体为拱部 3 个孔 边墙 2 个孔 孔径为 110mm 孔深达到 27 30 米左右 钻孔在施作到 12 米左右的时候 即到里程 DK165 531 拱顶三个孔均出现涌水 经估算 合计涌水量约 150m3 h 后经过四天的观察 随着时间的推移水量并无明显减 少 同时 在 12 米至 16 米范围时 即 DK165 531 DK165 527 钻孔过程中出现明显卡钻 有泥浆冒出 推测该地 段为断层 超前探孔施工 2 红外探水探测 红外探水探测 2012 年 03 月 23 日 中铁隧道勘测设计院工程勘察分院在 现场监理见证下 运用 HW 304 红外探测仪对 DK165 543 掌子 面及后方 50 米范围进行探测 预报掌子面前方 30 米地质情况 根据红外探测结果及已开挖揭示的围岩地质情况分析 DK165 543 DK165 513 段 岩体较破碎 节理裂隙发育 地下 水发育 红外探水探测 3 TSP203 探测探测 2012 年 03 月 23 日 中铁隧道勘测设计院工程勘察分院在 现场监理见证下 采用瑞士生产的 TSP203 仪器在 165 543 里程 出进行了 TSP 探测 探测结果如下 在探测段 DK165 543 DK165 402 范围内 掌子面已开挖揭 示的围岩为为侏罗系上统灰紫色流纹质玻屑凝灰岩 弱风化 块 状构造 岩体整体较破碎 属硬岩 节理裂隙发育 地下水较发 育 DK165 543 DK165 444 岩体较破碎 围岩稳定性一般 节 理裂隙发育 属硬岩 DK165 444 DK165 402 岩体较完整 围 岩稳定性较好 节理裂隙较发育 其中在 DK165 520 DK165 506 段滴水 渗水 存在线状水 发育或股状水 DK165 444 DK165 442 DK165 424 DK165 421 段附近存在渗水 滴水现象 TSP203 施作 三 方案的确定 通过施作超前地质预报工作 确认了前方断层带有大量涌 水 又经过业主 设计 监理及施工单位共同现场确认 在泽雅 隧道 2 斜井召开了现场会议 根据四方会议精神 决定 DK165 540 DK165 478 段采用全断面超前帷幕注浆加固围岩 注浆范围为开挖轮廓线外 5 米 四 帷幕注浆施工 注浆技术是以堵水和加固岩土为目的的 实用性强 应用 范围广 在隧道及地下工程中 注浆技术主要用于富水断层破碎 带的堵水加固等 由于围岩软弱破碎 稳定性差 加之水的影响 采用一般的方法 施工极其困难 掘进速度慢 施工安全难以保 证 在这种不良地质地段施工 采用深孔超前帷幕注浆全封闭固 结止水技术 是一种安全可靠的有效方法 1 帷幕注浆原理 帷幕注浆原理 隧道帷幕注浆就是沿开挖轮廓线 含底部 按轴向辐射状 布孔 按一定的间距 钻一些直径 70 160mm 的孔 孔深为 20 50m 为了防止开挖面涌水 在开挖面中心也布孔 然后注 入按一定比例配制而成的浆液 浆液渗透扩散到破碎带的孔隙中 并快速凝固 与周围破碎岩块固结成具有一定强度的结石体 在 隧道周边及开挖面形成一个堵水帷幕 加固区 切断地下水流 通路 并和周围的岩体固结成一体 从而达到固结围岩和止水 保持围岩稳定 增强施工安全的目的 2 帷幕注浆施工工艺流程 帷幕注浆施工工艺流程 注浆参数设计 施工准备 钻机就位 钻 孔 埋设孔口管 注浆泵就位 管路连通试水 结 束 效果检查 注 浆 下注浆管 Y 补充注浆 N 浆液制备 超前地质预报 布 孔 注浆参数设计 施工准备 钻机就位 钻 孔 埋设孔口管 注浆泵就位 管路连通试水 结 束 效果检查 注 浆 下注浆管 Y 补充注浆 N 浆液制备 超前地质预报 布 孔 3 帷幕注浆施工 帷幕注浆施工 1 施工准备 施工准备 方案确定之后 现场立即组织注浆工作的具体实施 购置 了注浆机 3 台 对工班进行了多次技术交底工作 让注浆工班熟 练掌握帷幕注浆的工艺流程及重点工序 施工准备包括设备 人 员进场及试验等工作 其中试验工作尤为重要 应对选用的注浆 材料品种进行以下试验 主要试验项目主要试验项目 材料配合的试验 确定各种试样的配合比方案 凝胶时间试验 通过控制和调节凝胶时间确定注浆半径和注浆效 果 抗压强度试验 确定材料品种和使用范围 渗透性试验 检验各种浆液的可注性 粘结强度试验 检测被加固体与浆液的粘结程度和加固效果 机械设备的选择机械设备的选择 根据隧道内场地狭小 要求所选用的钻机 注浆机等机械 在洞内操作方便 功率强大 性能优良 转移便捷 体积小 占 用作业空间小 钻机应能水平钻孔 30m 以上 且成孔快 注浆机 应能满足 4MPa 以上注浆压力 并且操作简单 配合比易控制 配备的主要注浆设备见下表 注浆设备表注浆设备表 2 布孔 钻孔 布孔 钻孔 在完成现场施工准备后 由测量人员用红漆在掌子面上按注 浆设计画出钻孔位置 并标注编号 钻孔时做到轻加压 速度慢 给水多的操作要点 钻孔时 认真做好钻孔记录 孔号 进尺 起止时间 岩石发育情况 出 现涌水位置 涌水量和涌水压力 钻孔过程中 若单孔涌水量小 于 30L min 可继续钻孔 如单孔涌水量大于 30L min 应立即 停止钻孔 进行注浆 全断面帷幕注浆孔位布置 全断面帷幕注浆纵断面孔位布置 3 埋设孔口管 埋设孔口管 为保证注浆孔的钻进方向 一般在孔口段安设钢管套管 其 埋设方法 钻进 3 米后安放 108 壁厚 5mm 长度 3m 的孔口管 再将 2 8m 长一端焊上法兰盘 外露 20 cm 孔口管前端 30cm 及 60cm 处分别用 6 5 钢筋焊成倒锥形 以增加抗拔力 管壁 与孔口接触处用麻丝填塞 再向孔口管内注双液浆固结 孔口管 起着导向作用 钻孔安装时要控制好外插角度 孔口管埋设 帷幕注浆参数设计 根据现场实际情况 结合工程类比 确定全断面超前帷幕注浆 设计参数 参参数数名名称称泽泽雅雅隧隧道道过过F12断断层层全全断断面面超超前前帷帷幕幕注注浆浆 指指导导思思想想以以堵堵为为主主 限限量量排排放放 帷帷幕幕厚厚度度开开挖挖轮轮廓廓线线外外5m 注注浆浆段段长长度度27 30m 扩扩散散半半径径2m 终终孔孔间间距距2 8m 注注浆浆终终压压6 8MPa 开开挖挖长长度度24 27 m 注注浆浆速速度度5 min 参参数数名名称称泽泽雅雅隧隧道道过过F12断断层层全全断断面面超超前前帷帷幕幕注注浆浆 指指导导思思想想以以堵堵为为主主 限限量量排排放放 帷帷幕幕厚厚度度开开挖挖轮轮廓廓线线外外5m 注注浆浆段段长长度度27 30m 扩扩散散半半径径2m 终终孔孔间间距距2 8m 注注浆浆终终压压6 8MPa 开开挖挖长长度度24 27 m 注注浆浆速速度度5 min 3 注浆作业 注浆作业 进行帷幕注浆加固时 注浆方法有前进式注浆和后退式注浆 两种方式 前进式注浆主要用于围岩破碎严重 成孔困难及地层 软弱的地段 后退式主要用于围岩破碎程度相对稍好一些的地段 前进式注浆采用分段注浆 每段长度 3 5m 钻一段注一段 一直钻孔注浆到设计深度 后退式注浆 钻孔至设计孔深后 插 入袖阀套管 再插入带止浆塞的注浆管 接上注浆管路 自孔底 到孔口进行分段后退式注浆 每段长度控制在 2 3m 泽雅隧道此 段围岩并不是很破碎 钻孔时很容易成空 所以采用后退式注浆 方法 4 注浆注意事项 注浆注意事项 注浆时先开水泥浆液泵 一般 5 分钟后根据单液进浆量的 大小确定凝结时间 再开水玻璃浆液泵 注浆浆液应按先稀后稠 稀浆与浓浆交替 压力与注入浆 量相结合的方式进行注浆 注浆压力从低到高逐步增压 凝结时 间应先长后短 但不能小于 30s 每环注浆先注奇数编号的注浆孔 再注偶数编号的注浆孔 并以偶数编号的注浆孔作为检查孔 待本环所有注浆孔注完后 根据压浆孔的出水量确定局部是否需要补设注浆孔 一般每延米 的出水量大于 0 5L min 时 追加钻孔注浆 注浆结束标准是孔口压力达到设计终压并维持 10 20min 且单位进浆量很少 注浆流量不变 若压力长时间不上升 浆液应调浓 流量 急剧减少 压力上升很快 浆液应调稀一级 5 注浆效果检查 全断面注浆结束后 应钻孔检查浆液渗透及固结状况 对注 浆效果进行检测 当孔内出水量小于每延米 0 15L min 即可进 行下一轮注浆的施工 如果注浆效果达不到设计要求 应继续补 充注浆直至符合要求为止 泽雅隧道 F12 断层在 5 月 10 日结束注浆工作 掌子面涌水完 全消失 且前方 30 米范围无较大水体 经过现场业主 设计 监理及施工单位共同确认之后 开始该断层的开挖支护工作 五 过富水断层施工总结 1 在隧道施工过程中 对断裂富水段进行全断面超前帷 幕注浆是行之有效的 也是有必要的 2 超前地质预报工作是顺利断层破碎带的必要前期工作 为后续施工方案的确定提供依据 经多种方式预测方式共同结合 确认 3 超前帷幕注浆施工质量的好坏与注浆施工工