隧道工程特殊地质施工方案及技术措施方案

隧道工程特殊地质施工方案及技术措施方案高地温隧道DK48+520～DK54+430、DK54+630～DK55+985、DK58+665～DK60+815存在高地温危害。应对措施：施工中采取加强施工通风降温；使用高压枪洒水降温，根据隧道实际施工测得的空气温度值及岩温值，可判定隧道施工是否属地热环境下作业，铁道部规定，隧道内气温不得超过28℃，本隧道就以28℃作为地热判断的临界值。为达到规定的标准，在施工中一般采取通风和洒水及通风与洒水相结合的措施。地温较高时，可采用通风设备予以降温。地温很高时，在正洞开挖工作面前方的一段距离，利用平导超前钻探，如有热水涌出，可在平导内增建降水、排水设施和排水钻孔，以降低正洞的水位。如正洞掘进施工中仍有热水涌出时，可采用水玻璃水泥系药液注浆，以发挥截水及稳定围岩的作用。高温地段的衬砌混凝土：在高温的岩体及喷混凝土上浇筑二次衬砌混凝土时，即使厚度再薄，水化热也不易逸出。由于混凝土里面和表面的温差，在早龄期有可能存在裂缝。因此，对二次混凝土衬砌防止裂缝，应采取下述措施：为了防止高温时的强度降低，应选定合适的水灰比，并考虑到对温泉水的耐久性，混凝土配合比和掺合剂应作试验优选。在防水板和混凝土衬砌之间设置隔热材料，可隔断从岩体传播来的热量，使混凝土内的温度应力降低。突发性涌水(涌泥)处理方案隧道可能发生涌突水的段落如下：隧道穿越20条断层、2处岩性接触带及1处褶皱，上述地段岩体破碎，导水性及富水性好。断层及破碎影响带具体情况见下表。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s118断层及破碎影响带一览表序号断层破碎带起止里程长度（m）备注1DK47+895～DK47+99095存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险2DK48+410～DK48+530120存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险3DK49+180～DK49+290110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险4DK50+220～DK50+330110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险5DK50+480～DK50+590110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险6DK51+010～DK51+170160存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险7DK52+250～DK52+360110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险8DK52+430～DK52+540110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险9DK52+850～DK52+960110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险10DK53+570～DK53+680110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险11DK54+400～DK54+510110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险12DK55+800～DK55+910110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险13DK56+170～DK56+280110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险14DK56+570～DK56+730160存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险15DK57+270～DK57+380110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险16DK57+600～DK57+710110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险17DK57+880～DK57+990110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险18DK58+230～DK58+340110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险19DK59+940～DK60+050110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险20DK61+310～DK61+420110存在坍塌掉块、坍塌或涌水涌泥风险X隧道在设计探测中，岩溶高压水及裂隙水较发育，设计全隧正常涌水量达19405立方米/天，雨季时期和向斜汇水区的涌水量另算，施工中易发生突发性涌水(涌泥)的情况。突涌水（泥）分析既要正确认识突水(泥)的危害性，但又必须以科学的态度正确对待它，尽可能避免灾难性事故的出现，因此首先学会如何分析和判断突涌水(泥)产生的部位至关重要，突涌水(泥)容易在以下部位产生：可溶岩与非可溶岩接触界面；隧道通过的断层、向斜、背斜核部位置；但由于地下岩溶水发育的不规律性，尽管采用了超前预测预报、超前探孔等手段对地下水进行探测，但有可能还存在个别盲区，这样在施工中将有可能出现突发性的突水、涌泥的地质灾害。当有这种突发性事故发生时，将按以下处理预案执行。突涌水（泥）处理预案超前钻探过程中出现高压力、大流量涌水时的处理：在岩溶富水地段，超前钻探过程中可能会出现高压力、大流量涌水，这也是灌浆堵水工作的重点。遇有这种情况，必须先进行灌浆封堵。封堵的方法有原孔灌浆封堵法和引水分流封堵法。原孔灌浆封堵法：原孔灌浆封堵法是指在涌水的钻孔中用钻机的机械力将高压灌浆塞固定在孔口部位，然后进行双液或单液灌浆堵漏。施工要点：安设灌浆塞：用钻机的立轴钻杆做灌浆管，将液压灌浆塞通过连接头固定于钻杆上，通过钻机立轴将灌浆塞压入涌水孔中。灌浆塞长度0.8m，安设在距孔口1～2m的位置，然后用液压泵升压，使灌浆塞膨胀，封闭孔口。国内最新研制的液压灌浆塞可以承受25MPa的灌浆压力，能够满足本工程的承压要求。灌浆压力：安设好灌浆塞后要对孔内的静水压力进行测定，以确定合适的灌浆压力。灌浆压力大于静水压力2MPa。单液灌浆：单液灌浆具有工艺简单、易于操作等特点，故应优先选用。但所选用的浆液必须具有以下特点：遇水不分散、流动度低、可以泵送、失去流动性的时间在5～20min、结石有足够的强度等。见“灌浆材料”节。施工时，应在现场做浆液试验，以准确控制凝结时间。其凝结时间的长短用吸浆率来控制，吸浆率大则凝结时间控制在5min左右，吸浆率相对较小时则凝结时间相应长一些。每次搅拌的浆液必须在预定时间内注完。双液灌浆：根据具体情况，也可以采用双液灌浆。双液灌浆系统示意图见双液灌浆系统示意图。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s125双液灌浆系统示意图采用水泥-水玻璃双浆液。当进浆量很大、泵压长时间不升高时，凝胶时间取1～2min；当进浆量中等、泵压稳定上升时，凝胶时间取3～4min；当进浆量较小、泵压升高很快时，凝胶时间取5～6min。凝胶时间的控制可以采取以下三种方式：一是水灰比固定，水玻璃浓度不变，调整双液比例；二是水玻璃浓度不变，双浆液比例固定，调整水灰比；三是水灰比不变，双浆液比固定，调整水玻璃浓度。浆液配合比：采用水泥—水玻璃双液注浆，实际配合比根据岩石裂隙情况、灌浆压力和浆液扩散半径通过试验确定。灌浆结束标准：吸浆率在20～30L/min以下，达到设计终压后继续注浆10min。复灌：待凝8h后，重新扫孔进行复灌。灌浆效果评定与追加灌浆孔：灌浆结束后应待凝8h，然后再进行下一段的勘探孔钻进。若不再发生涌水、突泥现象，则直到孔深30m为止；若又发生大的涌水，则仍采用上述方法进行处理。涌水处理结束后，应对注浆效果进行检查和评定。其方法是在被灌孔一侧0.5m处钻一检查孔，观察并记录其漏水量的变化情况，若漏水量还较大，则作为补孔灌浆。引水分流封堵法：当涌水压力过大造成膨胀式液压灌浆塞无法安设时，应在涌水孔一侧打一灌浆孔，其孔位布置在受涌水影响较小的位置。钻进角度要通过计算，以保证在富水部位与涌水孔接近，并进入富水构造。引水侧孔封堵示意图见引水侧孔封堵示意图。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s126引水侧孔封堵示意图在钻进侧孔时，开孔孔径要大于正常孔径一级，并根据岩石的完整情况开孔1～2m，镶铸孔口管。新开的孔作为灌浆孔，涌水孔作为引水降压孔。还可以根据涌水压力情况决定是否增加引水降压孔。灌浆工艺与原孔灌浆封堵法相同。隧洞开挖过程中出现涌水、突泥的处理：由于地下岩溶水发育的不规律性，尽管采用了超前预测预报、超前探孔等手段对地下水进行探测，但有可能还存在个别盲区，这样在施工中将有可能出现涌水、突泥等情况。这时的堵漏灌浆一般应按下列步骤进行施工：钻设若干个与裂隙相交的灌浆孔，并镶上孔口管；漏水裂隙凿槽，先用棉纱、麻纱等对缝嵌塞，迫使渗水全部从管中流出，然后再用快凝砂浆将槽填平；对灌浆孔进行压力灌浆。涌水、突泥现象非常严重，无法用上述方法处理时，应做混凝土止水墙。具体方法如下：根据其喷水、喷泥的距离，先用沙袋施作2～3m围堰，同时根据水量在围堰的外侧施作3～5m厚的混凝土止水墙，并通过钢管将围堰内的水导出止水墙外，同时增加排水能力，启动移动泵站台车排水系统；另一方面在不影响围岩和混凝土止水墙的前提下在围堰中抛填片石。围堰和止水墙须封闭坑道全断面。止水墙施作完成并达到设计强度后，关闭预埋的导水管，同时观测止水墙的稳定性和止水性能。如止水墙的稳定性和止水效果不好，则打开导水管，在止水墙外侧进行再加固或对止水墙漏水处进行处理；如止水墙稳定且止水效果满足要求，则自下而上逐个对导水管进行顶水灌浆。顶水灌浆完成后，根据超前灌浆设计图及灌浆标准逐环灌浆通过。灌浆过程中应密切注意对止水墙稳定性的监测，以确保安全。岩爆处理方案表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s119高地应力里程序号不良地质里程部位1高地应力DK48+600～DK49+720DK49+900～DK51+060DK53+635～DK54+250DK54+720～DK55+790DK58+710～DK59+895DK60+360～DK60+719DK49+720～DK49+900DK51+060～DK53+635隧道DK49+720～DK49+900、DK51+060～DK53+635为极高应力区，施工中有可能发生岩爆的风险。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s120岩爆地段辅助施工措施表辅助施工措施目的超前措施开挖超前导坑超前释放部分应力超前钻孔爆破破碎围岩释放应力超前钻孔注水软化围岩降低脆性开挖后措施开挖面喷雾射水软化围岩降低脆性径向钻孔注水软化围岩降低脆性施工工艺分部开挖、短进尺爆破弱化岩爆程度加强支护钢架/网喷砼、超前锚杆、预应力锚杆及加长系统锚杆弱化岩爆程度、增加支护强度隧道最大埋深约830m，岩体质地坚硬，受构造影响，岩爆产生的影响因素一般由以岩性为主的内部因素和以围岩应力、岩层结构为主的外因共同构成，当围岩处于高地应力地区，甚至极高应力地区时，同时具备岩石干燥和脆性两个条件时，则极有可能造成岩爆现象的出现。施工过程中，对于岩爆易发地段，应先做好超前地质预报工作，可采用先导坑、后扩挖，短进尺、光面、弱爆破，超前应力解除（释放），孔内注水、高压喷水，“防”、“治”结合的综合支护措施。做好超前地质预报在施工时，一方面可直接根据施工掌子面的地质条件，如岩体结构面产状、岩体的破碎程度、岩石的变质程度、岩体强度及地质应力等，再结合设计岩爆地段，对掌子面前方的岩体条件、产状及完整性进行预测，用以指导采取预防措施。另一方面，按设计要求，采用超前探测孔和TSP地质预报对前方地质进行探测，得出数据后，进行地质预测，在开挖中结合掌子面地质情况应证和纠正；并不断提高预测水平。高压喷水爆破后立即向工作面及以后约15m范围内隧道周边喷洒高压水，以改变岩石表面物理力学性质，降低岩石脆性、增强塑性，以达到减弱岩爆剧烈程度的目的。另外将围岩表面冲洗干净也便于进行检查。爆破、通风、找顶后洞壁、掌子面撒水三遍，每遍相隔5～10分钟，使开挖面充份湿润，撒水喷头水柱不小于10米。在钻爆施工时，可在拱角、边墙及顶部加深钻打周边眼，然后向眼孔内喷灌高压水，对围岩进行软化，从而人为提前加快围岩的应力释放。眼孔超前深度可取2m。预先在工作面有可能发生岩爆的部位有规则地打一些空眼，不设锚杆而注水，以便释放应力，阻止围岩达到极限应力而产生岩爆。短进尺、光面、弱爆破施工采用光面爆破技术，周边眼间距控制在25cm以内，采用隔眼装药，堵塞炮泥，增加光爆效果，以达到开挖轮廓线圆顺。尽量避免凹凸不平造成应力集中，以达到减弱岩爆的发生。调整钻爆设计，采用“短进尺，弱爆破”。缩短循环进尺，减少一次用药量。拱部采用小药卷或大药卷在长度方向对半分割，光面爆破措施，拉大不同部分炮眼的雷管段位间隔，从而延长爆破时间，减少对围岩的爆破扰动，减少爆破动应力的叠加，控制爆发裂隙的生成，避免由于爆破诱发岩爆，从而降低岩爆频率和强度。先导坑、后扩挖实施全断面光面爆破开挖，循环进尺不超过3m。必要时作超前10m导洞，导洞直径不大于5米，可作为岩爆超前预报和释放地应力。超前应力解除（释放）打设超前钻孔转移隧道掌子面的高地应力或注水降低围岩表面张力超前钻孔可以利用钻探孔，在掌子面上利用地质钻机打设超前钻孔，钻孔直径为75mm，每循环可布置4～8个孔，深度5～10m，必要时也可以打设部分径向应力释放孔，钻孔方向应垂直岩面，间距数十厘米，深度1～3m不等。必要时，若预测到的地应力较高，可在超前探孔中将完整岩体用小炮震裂，或向孔内压水，以避免应力集中现象的出现。支护支护的方法是在爆破后立即向拱部及侧壁喷射混凝土，再加设锚杆及钢筋网。必要时还要架设钢拱架和打设超前锚杆进行支护。衬砌工作要紧跟开挖工序进行，以尽可能减少岩层暴露的时间，减少岩爆的发生和确保人身安全，必要时可采取跳段衬砌。同时应准备好临时钢木排架等，在听到爆裂响声后，立即进行支护，以