隧道高风险地段施工方案

1新建南广铁路NGZQ-8标段五指山隧道工程五指山隧道高风险地段施工方案单位：中铁隧道集团南广铁路NGZQ-8标编制：审核：批准：2009年08月01日发布2009年08月01日实施2五指山隧道高风险地段施工方案1总则为规范南广铁路NGZQ-8标段五指山隧道风险地段施工技术管理工作，建立和完善隧道风险防范管理体系，依据《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设【2007】200号）及《关于印发南广铁路隧道风险评估与管理实施办法（暂行）的通知》(南广铁安质发【2009】66号)文件规定，结合五指山隧道设计概况，在施工过程中为了确保五指山隧道施工安全和工程工期目标的实现，规避突发性和灾难性风险，特制定本实施方案。2编制依据2.1相关文件1、南广铁路隧道风险评估与管理实施细则(南广铁安质发【2009】66号)；2、设计单位的设计风险交底资料。2.2相关的国家和行业标准、规范及规定1、《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设[2007]200号）；2、《铁路基本建设项目预可行性研究、可行性研究和设计文件编制办法》(铁建设[2007]152号);3、《新建时速200-250公里客运专线铁路设计暂行规定》(铁建设[2005]40号)；4、《铁路隧道设计规范》(TB1003-2005);5、《铁路隧道施工技术指南》（TZ204-2008）6、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001);7、《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）8、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）9、《铁路隧道监控量测技术规程》(TB10121-2007)10、《铁路双层集装箱运输装载限界》(暂行)和《200km／h客货共线铁路双层集装箱运输建筑限界（暂行）》（铁科技函[2004]157号）11、《铁路隧道超前地质预报技术指南》（铁建设[2008]105号）312、《铁路建设贯彻国防要求技术规程（试行）》（铁计[2005]23号）13、《铁路工程环境保护设计规范》(TB10501-98)14、《中空锚杆技术条件》(TB／T3209-2008)15、《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》及局部修订条文的通知（铁建设[2005]157号）16、《铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB10417-2003)17、《铁路工程施工安全技术规程》(TB10401.1-2003)18、《铁路技术管理规程》（铁道部令第29号）19、《铁路隧道施工机械配置的指导意见》（铁建设[2008]777号）20、《铁路隧道设计施工有关标准补充规定》（铁建设[2007]88号）21、《客货共线及客运专线隧道复合式衬砌运用参考图内轮廓及支护参数审查会专家意见》（经规标准[2007]92号）22、《时速250公里客运专线铁路双线隧道复合式衬砌》（通隧（2008）0201号）2.3隧道技术资料1、五指山隧道设计图纸《南广桂肇施隧93》、《南广桂肇隧参01Y》、《南广桂肇隧参03Y》、《南广桂肇隧参05W》、《南广桂肇隧参06》；2、南广铁路NGZQ-8标施工相关合同文件；1）中铁工程设计咨询集团有限公司在施工前期对五指山隧道隧址的水文地质勘察报告；2）已经监理、业主批准的《五指山隧道出口实施性施工组织设计》。3）已经监理、业主审批的地质超前预报及监控量测专项实施方案。3）已经监理、业主审批的不良地质地段隧道施工专项实施方案。3工程概况3.1工程地质概况新建南广铁路五指山隧道起于广东省云浮市都杨镇，止于肇庆市大湾镇禄岸村。进口里程IDK352+048，出口里程IDK364+256,隧道全长12208m，最大埋深约407m。隧道洞身设置两处无轨运输斜井，五指山1号斜井斜长916m，与隧道正洞4交于IDK355+800；五指山2号斜井斜长811m，与隧道交于IDK360+994。整个隧道Ⅱ级围岩8100米，Ⅲ级围岩1896米、Ⅳ级围岩1806米、Ⅴ级围岩383米。隧道沿线穿越的地层主要为加里东期（地槽）广西运动扶南序列侵入岩，侵入时代为早志留系S1W(坞泥单元)及S1G（高围单元），侵入岩性为细粒～粗粒黑云母斑状花岗岩，以岩基侵入为主，其次为岩株式，该侵入岩体受到强烈的动力变质作用，形成宽度不等的破碎带。IDK361+301之后为寒武系高滩组及水石组地层，地层岩性为砂岩、千枚岩等。不同时期花岗岩侵入呈侵入接触关系，侵入接触面产状：走向一般为北东向，倾向东南，倾角30°～40°。花岗岩地层与寒武系地层呈侵入接触关系，接触产状变化较大。据钻探揭露，隧址区地层按其成因分类，主要为第四系残坡积层、早志留系花岗岩侵入体及寒武系砂岩、千枚岩。3.2高风险地段确认3.2.1断层破碎带及可能存在突泥涌水地段1)、IDK355＋875～IDK356＋290（Fw2）段、IDK359＋235～＋390（Fw3）段、IDK362＋856～＋876（Fw5）段、IDK362＋956～＋976（Fw5）段、IDK363＋796～IDK364＋108（Fw6）段为节理密集带，岩体较破碎，设计采用双排小导管超前注浆预支护，开挖后隧道出现渗漏水时，采用开挖后局部径向补注浆堵水措施。2)、IDK361＋621～＋766（Fw4）段为断层片理构造带及富水带，设计采用双排小导管超前注浆预支护，开挖后隧道出现渗漏水时，采用开挖后局部径向补注浆堵水措施。由以上低阻异常带探测资料可得知，Fw3～Fw6段地质岩体破碎，且有断层及富水影响,存在突泥涌水及坍塌的地质风险。3.2.2浅埋段及可能存在坍塌地段1)、五指山隧道进口端IDK352＋071～IDK352＋131段岩性为加里东期花岗岩，风化程度依次为：全风化层，黄褐色，岩芯多呈砂土状，结构松散；强风化层，黄褐色，中-粗粒状结构，块状构造，节理裂隙发育，岩体较破碎；弱风化，灰白色，岩体完整。2)、IDK364＋050～＋150段及五指山隧道出口端IDK364＋226～＋256段岩性为寒武系泥质砂岩，风化程度依次为：全风化层，黄褐色,岩芯多呈土状，结构松5散；强风化层，褐灰色,岩体破碎；弱风化，岩体较完整。以上地段地表埋深0～50米，埋深较浅极易存在坍塌风险。3.2.3可能存在岩爆地段1）、IDK356+620～+770地表高程410～443米，最高处IDK356+700，地表高程443米，最大埋深370米，洞身穿越加里东期花岗岩；2）、IDK357+210～+300地表高程435～461米，最高处IDK357+255，地表高程461米，最大埋深395米，洞身穿越加里东期花岗岩；3）、IDK358+610～+800地表高程447～486米，最高处IDK356+703，地表高程486米，最大埋深403米，洞身穿越加里东期花岗岩；4）、IDK360+790～+900地表高程350～395米，最高处IDK360+836，地表高程395米，最大埋深310米，洞身穿越加里东期花岗岩。根据设计图纸及地形地貌踏勘，全隧共有以上四处埋深超过300米且围岩整体性较好，岩性均为花岗岩，岩体强度母材强度较高，存在岩爆可能。4施工技术方案4.1超前地质预报根据以上不良地质地段资料情况，按照《铁路隧道超前地质预报技术指南》要求，对软弱夹层、物探异常带，岩体破碎带、富水的岩层分界面、富水地层中的裂隙水等发育情况进行预测预报，并纳入施工工序。不良地质地段采用的超前地质预报主要有地质素描、地质雷达、红外探测和超前地质钻探等。根据超前地质预测预报工作获取的地质信息调整隧道的施工方案，以确保施工。每个开挖循环掌子面进行地质素描，在距设计断层带或节理密集带约150米进行第一次长距离的TSP203地震反射法地质预报，宏观掌握掌子面前方的地质情况。根据该次地质预报结果显示断层带、节理密集带、浅埋破碎带、深埋花岗岩地段的情况。进一步验证前方围岩情况，对于破碎及节理密集带采用HSP水平声波仪在距断层带或节理密集带50米左右处进行一次中长距离的探测，对围岩的破碎和富水程度再次进行预测和验证，视预报的分析资料结合实际情况，往前开挖后，采用地质雷达探测断层破碎带的位置，采用红外线探水仪探测富水带，最后采用超前水平钻探（MK-5单孔水平钻探）进行验证，指导施工，超前水平钻探贯6穿整个断层破碎带及富水带。对于可能存在岩爆地段，采用采用超前水平钻探（MK-5单孔水平钻探）进行验证。及时将地质预报结果报相关单位，调整设计，改变施工方案及施工方法。在节理裂隙发育破碎带内注意加强对不稳定性岩体（块）的支护，注意锚杆的施做，以防贯通型软弱结构面与隧道开挖轮廓形成不利组合，形成隧道坍塌；在断层破碎带及富水地段附近施工应加强初期支护质量，各项注浆辅助措施应到位，避免发生岩溶涌泥（涌水）；施工过程中及时进行隧道内围岩变形监测，及时施做仰拱及二衬。4.2断层破碎带及可能存在突泥涌水地段施工技术方案4.2.1破碎带施工技术方案首先对区段进行超前地质预报工作，宏观掌握断层破碎段地质及地下水情况，主要根据地下水量大小情况采取相应堵排水措施。开挖及初期支护按三台阶七步法进行施工，按照“小分块、短台阶、早成环、环套环”的施工原则；严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针。隧道堵水措施根据涌水量的大小可采用超前帷幕注浆、径向注浆、局部注浆。当出现大量涌水时，采用超前帷幕注浆堵水；当隧道开挖后围岩出现股状流水或小范围的面状淋水时，主要采用局部注浆进行封堵围岩裂隙，可减少底层水流向隧道的排泄量；隧道开挖后，洞壁渗漏水较大时，或支护后围岩软弱，支护结构变形较大时，通过径向注浆达到堵水减排和加固围岩、限制变形的目的。隧道排水主要分为顺坡排水与反坡排水，其中顺坡排水主要利用自然坡度沿两侧水沟将水排出洞外，反坡排水应结合排水设备（如抽水机）进行，沿隧道纵向每隔100m～150m设置一个集水井，分段开挖反坡侧沟，采用分段接力方式利用抽水设备将水排出洞外，在洞口处需设置污水处理池，洞内排出的污水需经处理满足排放标准后方可排放。通过节理密集带或断层段的各工序间的距离尽量缩短，并尽快封闭成环，减少岩层暴露、松动和地压增加。采用爆破法掘进时，严格掌握炮眼深度、数量和装药量，并采用减弱松动爆破法施工。断层破碎段的支护只能加强不得减弱，并须经常检查加固,加强监控量测,及时调整支护参数。4.2.2超前帷幕注浆7当地下水与地表水连通时，富水以及排水能力无法满足安全施工要求时采用超前帷幕注浆加固隧道前方核心区及轮廓线外约5～8m范围内的围岩。超前帷幕注浆采用钻机成孔（设止浆墙），开孔直径为130mm，开孔深度2～3m，开孔完成后安设并固定孔口管（孔口管径采用108mm）。之后，用钻机通过孔口管钻注浆孔，注浆孔径应不小于75mm，不大于孔口管内径，为90mm。注浆方式采用前进式注浆，钻到设计的分段深度后，进行注浆，注浆完成后，再钻到下一设计的分段深度并注浆，以此循环，直到钻到设计孔深并注浆完成。钻孔和注浆的顺序是从外圈到内圈，隔孔加密。根据成孔情况，钻机能力和现场试验，也可利用钻杆进行后退式注浆，后退式注浆较前进式注浆效率提高很多。达到单孔和全段注浆结束标准后，结束注浆。超前帷幕注浆参数表序号参数名称注浆方案备注1注浆加固圈厚度开挖轮廓线外5m开挖轮廓线外3m根据涌水量及水压和地质条件确定2每循环加固段长度30m含止浆岩盘及砼止浆墙厚度3每循环掘进长度25m预留5m止浆岩盘4混凝土止浆墙厚2～4m根据情况决定是否施做。5浆液扩散半径R=2.0m理论计算6注浆孔终孔间距2～3.0m考虑钻孔精度，取3.0m。7注浆分段长3～5m可根据地质情况适当调整8注浆方式易塌孔时采用前进式注浆，否则采取后退式注浆根据现场实际情况确定9注浆速度10～110L/minR，理论扩散半径，取2m；L，单段或单孔长度；n,地层空隙率;α,地层有效充填系数,取10注浆终压(静水压力+1～2)MPa11单孔（段）注浆量Q=πR2L·nαβ812每循环注浆量Q=(A+SR)L·nαβ0.8;β,浆液损耗系数,取1.2；A，开挖轮廓线内面积；SR开挖轮廓线外5m范围面积。13