银洞坡隧道F4断层施工技术方案

黔桂铁路扩能改造工程5标段银洞坡隧道F4断层施工技术方案11.编制依据1.1.铁道第二勘测设计院黔桂线站前施工5标段银洞坡隧道施工设计图。1.2.改建铁路黔桂线扩能改造站前施工5标段工程招投标文件。1.3.现场调查的相关资料及现场实际情况。1.4.国家、铁道部、地方政府有关安全、环境保护、水土保持的规定、规则、条例。1.5.《铁路工程施工安全技术规程》；《铁路隧道施工规范》；《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2003）及国家有关施工安全规定。2.工程概况银洞坡隧道位于改建铁路黔桂线扩能改造工程（贵州段）站前工程施工5标段，起讫里程DK476+616～DK485+132，全长8516m。隧道于DK481+400在平面上与地面冲沟相正交，围岩为白云岩，岩溶中等发育，岩层遭受构造破坏强烈。隧道DK481+040～+310段穿越F4招摆正断层，断层破碎带宽20～60m，以断层角砾为主，断层角砾胶结性差，地下水丰富，施工中存在坍塌、突水、突泥的可能。3.施工方案、施工方法及各项措施3.1施工方案Ⅴ级围岩地段采用台阶法施工，横洞及平导采用全断面法施工。F4招摆断层及软弱围岩段的施工，坚持“预报超前，治水先行、管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、勤量测、速反馈、控黔桂铁路扩能改造工程5标段银洞坡隧道F4断层施工技术方案2变形”的施工原则，当涌水量超标时，采用帷幕注浆固结破碎围岩堵水，结合超前小导管、辅以格栅钢架、系统锚杆、钢筋网等支护措施，有效提高岩体的的完整性和稳定性，全断面开挖。F4招摆断层位置靠近银洞坡隧道出口3822米处，11‰的反坡施工1990米处，故在帷幕注浆能够满足堵水要求时，由出口工区施工F4招摆断层；如帷幕注浆施工后，围岩出水量仍超标，则由进口平行导坑施工至断层处能够为出口开挖工作面迂回排水时，由进出口两工作面相对掘进施工。隧道正洞、平导工作面和通过平导施工正洞的工作面均采用自制凿岩台架风钻钻孔，正洞采用挖掘装载机装碴，平导采用小型挖掘装载机或立爪装岩机装碴。隧道顺坡地段洞内排水采用自然排水，反坡地段在工作面设集水坑，抽水机抽至变坡点后自然排出。3.2施工顺序及方法3.2.1施工顺序超前地质预报预测制定施工措施细化施工方法、工艺和工序施工现场实施及施工过程监控施工信息反馈。3.2.2超前地质预报预测施工前对开挖段进行综合超前地质预报预测,首先通过TGP12超前地质预报系统对前方进行远距离预报,有效预报范围200m；其后，利用HY-303红外探水仪进行中距离预报，有效预报范围30m；最后，利用地质钻机进行浅孔钻探，并根据其详细的地质资料来最黔桂铁路扩能改造工程5标段银洞坡隧道F4断层施工技术方案3终确定掘进施工方案。3.2.2.1TGP12超前地质预报系统TGP12地质预报系统利用在隧道边墙的炮孔激发线阵弹性波，弹性波在三维空间传播的过程中，遇到地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等声阻抗界面，会产生弹性波的反射现象，这种反射波通过预先埋设在隧道围岩中的检波器接收下来，通过对反射回波旅行时间、传播衰减以及相位变化等分析，从中拾取掌子面前方的反射波信息，推断预报隧道前方200米范围内的岩性变化、断层、破碎带、岩溶发育带以及它们的产状、规模、岩层的含水特性、岩石力学参数等。3.2.2.2HY-303红外探水仪在地质勘探资料显示或TGP12预报前方围岩构造异常时，利用HY-303红外探水仪对前方构造含水性能进行探测。HY-303红外探水仪通过接收不同岩体红外辐射场的红外辐射波，根据其强度变化分析判断开挖面前方30米范围内是否存在含水体及含水体的集中位置，为有效地预先排队突泥突水隐患提供依据。3.2.2.3超前钻孔探测在地质勘探资料显示或上述预报显示前方围岩构造异常时，采用地质钻机对前方围岩进行钻孔探明,根据钻探资料,可详细了解前方30米范围内地质资料情况,交依此确定最终掘进施工方案。超前探孔布置见详图。3.2.3注浆堵水为保证施工安全，断层破碎带地段的地下水采取“以堵为主，黔桂铁路扩能改造工程5标段银洞坡隧道F4断层施工技术方案4堵排结合”的处理原则。施工中，采用超前探孔探测地下水如超过封堵标准，须采用超前预注浆进行封堵，禁止在探测出水且超出封堵标准危及施工安全的条件下不封堵面开挖掘进。3.2.3.1超前预注浆根据地质综合评判，当开挖面前方存在较大规模的涌水、突水可能或岩体结构性能较差，开挖将导致岩壁失稳诱发涌突水者，必须采用帷幕注浆;当超前探孔2/3出水，且总量＞10m3/h时,必须采用帷幕注浆;当开挖面超前探水出水总量＜10m3/h,但个别孔出水量＞2m3/h时,则实施超前局部注浆。3.2.3.2开挖后径向注浆根据超前探水及地质综合评判结果，开挖面较大范围渗水，但开挖面出水总量＜10m3/h，且单孔出水总量＜2m3/h,预测开挖不致导致岩体失稳，采取开挖后对周围岩壁进行径向注浆堵水。3.2.3.3补注浆超前预注浆或开挖后径向注浆后洞壁出水量仍大于允许排放标准,或排水量虽达到排放标准,但仍有个别出水点呈股状或线状出水,则采取补注浆对地下水进行封堵。3.2.4加强支护F4断层DIK481+040～+310段设置全环格栅钢架及拱部φ42超前小导管加强支护，格栅钢架间距0.8m/榀，超前小导管纵向间距1.6m，环向间距0.4m，每环20根，每根长3.5m。3.2.5开挖支护施工黔桂铁路扩能改造工程5标段银洞坡隧道F4断层施工技术方案5台阶法开挖施工，上台阶用YT－28凿岩机钻眼。下台阶用凿岩台架YT－28凿岩机钻眼、光面爆破、非电毫秒雷管起爆。断层开挖遵循“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早封闭”原则。详见“隧道台阶法开挖支护工序图”、“隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩正台阶法开挖爆破设计图”和“装药结构图”及“一把抓连接方式示意图”。3.2.6监控量测F4断层段施工中加强监控量测，根据净空变化、拱顶下沉等量测数据，通过绘制量测数据时态曲线进行回归分析，确定围岩稳定状态、支护等级和二次衬砌施作时机。3.2.7施工排水隧道上坡施工段排水采用顺坡自然排水，下坡施工段采用集水井级梯排水，在开挖面附近及开挖面后每隔100m挖集水井积水，由污水泵通过φ200钢管抽至顺坡段，自然排水至洞外污水处理池，处理后外排。隧道穿过断层破碎带及富水地层，有突水的可能，施工中做好地质超前预报探明前方水文地质情况，提前疏排及做好其它措施准备，并预备发电机、应急抽水设施等，迅速排水，确保施工安全。机具设备按应急预案要求配置，当超前探测有水量超过正常水量时，立即启动应急预案。3.2.8二次衬砌DIK481+040～+310过F4招摆断层段采用V级V型复合衬砌，全环采用C30钢筋砼衬砌，衬砌砼抗渗等级不小于P6，其中DIK481+150～+300段衬砌砼护渗等级为P8，岩溶等不良地质根据水黔桂铁路扩能改造工程5标段银洞坡隧道F4断层施工技术方案6量、水压、封堵方式及效果确定抗渗等级。洞身衬砌分两步施工，先进行仰拱和铺底衬砌，后进行边墙及拱部衬砌；衬砌施工采用整体衬砌台车与人工衬砌台架相结合，当监控量测数据分析结果需要及时进行二次衬砌封闭时，采用人工衬砌台架突击衬砌，封闭围岩。砼在洞外搅拌站集中拌制，轮胎式砼搅拌运输车运输。HBT60C泵送入模，插入式（或附着式）振捣器振捣。银洞坡隧道防水等级为二级。穿越招摆断层破碎富水带（DK481+040～+310）采取超前帷幕注浆、超前局部注浆、开挖后经注浆及补注浆等注浆堵水措施，根据超前预测预报成果对堵水注浆段落、堵水方式等作适当调整。隧道衬砌喷混凝土与模筑混凝土之间拱、墙均设置复合防水板，板后设置环向φ50透水盲管，环向盲管按间距10m一道设置，环向盲管的设置数量在富水段施工中可根据围岩出水情况作相应调整。透水管采用5cm长的锚固钉及PE板窄条（8×20cm）锚固在喷砼面上，锚固钉距按50cm布置。纵环向盲沟用三通连接，设于防水板与初期支护之间，将衬砌背后水流汇入侧沟内。隧道环向施工缝均设止水带，施工缝按10m一道设置。初期支护与二次衬砌间拱墙设复合防水板，先用专用锚钉或木楔在喷射砼层上布设纵向铁线,再将防水板悬挂在铁线上,防水板搭接用热焊机焊接,中间留检查孔。钢筋绑扎用门式钢管架做绑扎工作平台。为保证洞身钢筋位置黔桂铁路扩能改造工程5标段银洞坡隧道F4断层施工技术方案7准确，上下垂直，间隔均匀，在平台上按洞身截面尺寸设纵向钢管做托架，架起洞身主筋，并固定钢筋位置，下部与仰拱钢筋搭接焊，然后从下至上对称绑扎钢筋。绑扎前钢筋上用卷尺量出控制点并划线，搭接长度符合规范要求，在搭接焊周围用石棉水泥板进行遮挡，以保护防水层。隧道衬砌背后均进行充填压浆。衬砌施工时，在拱顶预埋注浆管，预埋注浆管采用能与注浆机出浆口匹配的塑料PVC管，塑料管伸入混凝土端紧靠防水板，用密度纸包住端口，防止砼堵塞注浆管。隧道衬砌完成后，在洞内沿线路正坡方向进行衬砌压浆施工，压浆所用的水泥砂浆浆液在现场拌制，施工时根据实际情况调整施工配比。人工搭设门架式移动作业台架，注浆采用注浆机，由低向高压浆施工，逐孔实施，待邻孔有浆液渗出时，结束注浆，用纸袋或草袋封闭注浆口，而后移动作业台架进行下一循环施工。压浆施工完成一段后，重复进行检查压浆，检查压浆的浆液采用水泥净浆，若邻孔仍有渗浆，则继续进行水泥砂浆浆液压注。3.3.不良地段施工措施银洞坡隧道于DK481+375段通过F4断层，其破碎带宽度20～60m，以断层角砾为主，局部后期可能重新胶结。断层带内饱水，隧道开挖可能坍顶、遇突水、突泥，影响施工安全。3.3.1突水、突泥的预防及处理措施突水地段施工时采取相应的防水、排水措施。根据涌水量大小，提前封堵和疏排，同时做好应急准备，一旦发生涌水，迅速排出，黔桂铁路扩能改造工程5标段银洞坡隧道F4断层施工技术方案8以防大量地下水涌入洞内造成危害。涌水预测方法：根据在类似地质条件隧道施工中的成功经验，以超前钻孔为主，相似预测法为辅。施工方案：施工中认真研究设计文件，加强地质调查，进行超前钻孔探测，采用综合物探手段预测预报，判明水源补给、涌水量和突水压等情况，有针对性地采取帷幕注浆、超前注浆或管道引排等方案。采用上部弧形导坑预留核心土法、台阶法等开挖方法，并辅之以超前小导管注浆止水穿越突水段。按顺序分部开挖隧道断面，施作支护。支护系统锚杆由厚壁小导管代替，施作支护时，根据渗漏水的情况，在各渗漏水处钻眼引水，设置弹簧排水管。在大面积淋水或水流量仍很大的情况下，设置多层弹簧排水管，通过弹簧排水管将水引入墙脚纵向排水管，流入排水沟将水排出洞外。富水地段备足抽水设备，加强施工用水、排水管理，防止拱脚和基底浸泡。突泥地段施工时依靠地质超前预报作出判断，根据涌泥量的大小，提前采用帷幕注浆或超前小导管预注浆封堵，以加固地层止水。一旦发生有危害的突泥时，尽快将口堵住。堵塞的材料以钢筋、钢管和型钢为骨架，填塞草袋、劈柴和木板。堵口后，用喷混凝土将其封闭，并将周围洞身加固；然后沿开挖面周边设超前钢管支护，采用φ42mm、长3.5m的无缝钢管。必要时两层、三层重叠，形成“套管”以增大其抵抗松散地层压力的能力。同时在此断面附近设置监控量测点，监控量测围岩的收敛变形情况。黔桂铁路扩能改造工程5标段银洞坡隧道F4断层施工技术方案93.3.2坍方的预防及处理措施3.3.2.1坍方的预防首先做好地质预报，选择安全合理的施工方法和措施。先排水。在施工前和施工中均采取相应的防排水措施，尽可能将坑外之水截于坑道之外。短开挖。尽量缩短各部开挖工序间的距离，以减少围岩暴露时间。弱爆破。爆破时，用浅眼、密眼、并严格控制用药量并选用微差毫秒爆破。强支护。针对地压情况，布尔什维克支护结构有足够的强度。快衬砌。衬砌工作紧跟开挖工作面进行，力求衬砌尽快成环。3.3.2.2坍方的处理坍方发生后，首先防止坍方的范围继续扩大在坍方范围顶部与侧壁铁危石及大裂缝，先进行清除或锚固。加强原有支护。对坍方范围前后原有的支护进行加固，以防止坍方扩大。在坍方范围内架设临时支撑支顶或喷射混凝土，必要时加设锚杆及加设纵向