芭蕉隧道不良地质段施工方案

中铁隧道股份有限公司安毛高速公路AME16合同段项目经理部芭蕉特长隧道不良地质段施工方案第1页共13页包头至茂名高速公路陕西境安康至陕川界（毛坝）AME16合同段芭蕉特长隧道不良地质段施工方案编制：审核：批准：中铁隧道股份有限公司安毛AME16标项目经理部2009年6月6日中铁隧道股份有限公司安毛高速公路AME16合同段项目经理部芭蕉特长隧道不良地质段施工方案第2页共13页芭蕉隧道不良地质段施工方案1.编制依据(1)芭蕉隧道在开挖施工现场实际情况。(2)软弱围岩段“预支护、再开挖”的设计施工原则。(3)国家及地方相关的技术标准、规范、规程、规定等。(4)安康至陕川界（毛坝）高速公路两阶段施工设计图及相关图纸。2.地质情况2.1.地形地貌隧址区位于汉江流域—任河北侧的陡峻山地中，山顶海拔高度在900米左右，任河谷底高程为310～629米，切割深度为500～600米，属中切割的中低山区。山体斜坡坡度多在45～55度，斜坡沟谷处坡度在55～65度，坡顶发育有宽缓的剥夷平台，平台一代分布有水田、旱地，居民点零星分布。隧道通过段坡面冲沟发育。山体半坡以上，以木本植物为主，生长茂密；半坡以下，以草本植物为主，其间零星有旱地分布。2.2.地层岩性隧道区出露地层为志留系下统陡山沟组（Slds）泥质，粉砂质板岩；志留系斑鸠关组（O3～S1）b泥质粉砂质板岩夹绢云千枚岩：印支进入体辉绿岩墙及第四系残坡积，崩坡积（Qeldl+QC+dl）碎石类土。2.3.不良地质现象芭蕉隧道岩石属可溶性碳酸盐岩，岩溶较发育，围岩稳定性较差，含水较丰富；区内断裂构造发育，有一条构造发育的断层斜穿隧道，围岩破中铁隧道股份有限公司安毛高速公路AME16合同段项目经理部芭蕉特长隧道不良地质段施工方案第3页共13页碎，降低了围岩级别，并构成了地下水通道。隧道施工出现了断层破碎带、涌突水、软弱松散等不良地质地段。隧道进出口地形坡度较陡，岩体破碎、松散，风化严重，围岩稳定性差，洞口边坡及浅埋段及时采取了相应的加强支护措施，未产生坍塌、冒顶现象。本隧道内不存在有毒有害气体，无高地温地层。3.施工方案3.1.总体方案依据山岭隧道新奥法施工原理及芭蕉隧道施工设计图纸，采取TSP203等超前地质预报手段，通过对不良地质地段采用超前预支护加固处理，对隧道开挖施工方法和方案进行调整，及时加强初期支护，使隧道成功穿过了F04、F05地质断层、富水涌水、破碎带、软弱松散地质段，为隧道的快速施工创造了有力保障，大大降低了工程造价。3.2.超前物探和超前探孔采用地质素描、隧道地震超前预报仪、单点声波反射仪、地质雷达、红外探水、超前水平钻探等手段综合预测。以长距离和一种或几种短距离物探方法相结合进行预测，同时进行多孔超前钻探探查，以现场地质素描为主。局部复杂地段，开展多种短距离物探探测等多种方法综合预测。3.3.开挖在芭蕉隧道遇到不良地质段围岩后，对施工方法和方案进行了相应的调整，采用长台阶法、短台阶法、微台阶法和CD法进行施工。微台阶法中铁隧道股份有限公司安毛高速公路AME16合同段项目经理部芭蕉特长隧道不良地质段施工方案第4页共13页台阶长度控制在5～10m，短台阶法台阶长度控制在10～15m，及时落底封闭，以保证初期支护承载能力。严格遵循“短进尺、弱爆破”的施工原则，根据现场实际情况及时调整爆破参数，修改并完善爆破施工方案。对不良地质地段采用每循环布设超前地质钻孔，钻孔长度为5～10m，布设钻孔数量5个，探明前方水文地质情况以指导现场施工。3.4.预支护结合超前物探和超前探孔结果，芭蕉隧道对不良地质段进行预注浆加固处理，采用全断面和局部帷幕超前预注浆施工方案。采用施做砼止浆墙封堵围岩面，注入单液或双液水泥浆，帷幕注浆固结效果达到要求后，对施工方案和施工方法上进行调整，在不良地质段采用台阶法、CD法、CRD法进行施工；在围岩整体性好的地方扩挖施工全断面φ108钢管，再次注浆加固围岩，形成大管棚超前支护体系。3.4.1.超前锚杆预支护沿开挖轮廓线环向均匀布设φ22超前锚杆，超前锚杆长度3.5m，纵环向间距2.0×0.4m，施做部位为两侧起拱线拱部120°范围，梅花形布置，外插角5～15°，纵向搭接1.0m。锚杆尾端焊接在钢拱架上或系统锚杆尾端。3.4.2.超前小导管预支护开挖前沿钢架腹板上预留孔施做拱墙φ42小导管并注浆，环向间距40cm，小导管长度3.0m、6.0m两种规格，外插角7°。注浆材料采用单液水泥浆液，水泥浆水灰比1︰1，注浆压力0.5～2.0MPa。浆液凝固形成中铁隧道股份有限公司安毛高速公路AME16合同段项目经理部芭蕉特长隧道不良地质段施工方案第5页共13页棚架结构后再开挖。3.4.3.大管棚超前预支护超前大管棚采用壁厚4mm的Φ108热轧无缝钢管加工而成，管棚长度30m，环向间距40cm，全断面共设置58个，以隧道断面圆心为基准呈环向布设，共设3环。管棚由3m和6m的管节通过丝扣联结而成，以隧道中轴线为伞状平面布置，注浆范围为隧道开挖线外6米，浆液扩散半径取2米，外插角2°。所有管棚均加工成钢花管。管棚采用间隔钻孔、间隔注浆，先注单号后注双号，浆液均采用1︰1的水泥单浆液。在帷幕注浆达到固结、板结破碎带效果后，向前开挖部分砼止浆墙，留6m厚止浆墙作为止浆岩盘和保证施工安全。然后将止浆墙退后6m段扩挖以满足全断面施工φ108大管棚的条件，最后施作大管棚并注浆预支护。施工大管棚时考虑前方破碎段预留足够补强空间。3.4.4.帷幕超前预注浆根据芭蕉隧道现场实际围岩情况，不良地质地段采取了不同的施工方案，在灰岩地段、断层、破碎带等地段采用全断面帷幕超前预注浆，判定标准为超前地质钻孔中单孔流水量2m3/h，总水量10m3/h；在局部涌突水地段采用局部帷幕超前预注浆，判定标准为超前地质钻孔中单孔流水量2m3/h，总水量10m3/h。施工时根据实际的岩溶管道位置、大小、围岩孔隙率及浆液扩散等来布设注浆孔位置。3.4.4.1.导向墙施工中铁隧道股份有限公司安毛高速公路AME16合同段项目经理部芭蕉特长隧道不良地质段施工方案第6页共13页预注浆前施工厚度为50cm的C25砼导向墙（止浆墙）。因管棚较长、钻眼较深，为了保证管棚施工质量，充分发挥大管棚超前预支护的作用，在导向墙内设置套拱(导向架)两榀，再在套拱上安装导向管。套拱安装到位后安装长3m的Φ115导向管，外插角取2°。安装时根据设计外插角逐根准确定位，并牢固焊接在两榀导向拱架上。灌注Ｃ25砼，施做砼导向墙。3.4.4.2.注浆注浆浆液可采用普通水泥单液浆或普通水泥-水玻璃浆液，成孔注浆采用前进式分段注浆，采取反复注入稀浆与浓浆交替、压力控制与注入浆液量控制相结合的措施，注浆压力从低到高逐渐加压，注浆时间根据浆量的注入速率进行灵活调整，浆液等强期到后，再进行下循环开挖。管棚顶管到位后即采用2台GZJB型注浆机对管棚注浆预支护，加固围岩、封堵岩溶裂隙。浆液采用普通水泥单液浆，水灰比1:1，注浆终压2.0Mpa，浆液扩散半径取2m。施工中，钻孔采用隔孔钻进，先施工单管再施工双钢管，钻一孔注一孔。3.5.初期支护3.5.1.初期支护根据隧道埋深和围岩级别，以及隧道实际围岩地质情况，施工中加强初期支护手段，支护断面采用Ⅳ～Ⅴ级围岩曲墙断面增设带仰拱I18型工字钢钢架。工字钢拱架具有刚度大，发挥作用快的特点，每榀工字钢钢拱架之间用Φ22的钢筋连接，并与径向锚杆及钢筋网焊为一体，与围岩密中铁隧道股份有限公司安毛高速公路AME16合同段项目经理部芭蕉特长隧道不良地质段施工方案第7页共13页贴，再喷射砼封闭，快速形成承载结构，对于隧道成功穿越岩体自稳能力差的不良地质地段特别重要。全断面设置I18型钢钢架（包含仰拱），间距0.5～1.0m/榀；锚杆采用L＝3.0m的D25中空注浆锚杆，纵环间距1.0×1.0m；拱墙铺设双层φ8钢筋网片，网格尺寸20×20cm；素喷C20砼厚度为26cm。3.5.2.径向补注浆加固围岩开挖及初支完成后及时进行径向注浆加强。径向注浆采用长度3.0m的D25中空注浆锚杆，纵环间距1.0×1.0m，注浆参数如下：①注浆材料采用普通水泥单液浆，水灰比W：C＝1︰1。②按由下到上顺序，采用全孔一次性注浆，注浆压力：初压0.5～1.0MPa，终压控制在2.0MPa。③单孔注浆结束标准：以定压和定量作为注浆结束控制标准，以定压控制为主。具体控制标准为：注浆压力应达到设计终压，持续注浆15分钟压力不降低；单孔进浆速度小于5L/min；单孔注浆总量控制在2m3以内。④整体注浆效果检查：注浆完成后，应进行整体注浆效果检查，当每延米出水量不大于2m3/d时，则说明注浆达到效果，否则应补孔注浆。3.5.3.辅助施工措施施工中加强围岩收敛监控量测，发现变形异常立即加强支护，比如施做横撑、套拱后再喷26cm砼。若补强后仍无法使围岩变形稳定，则考虑利用小台架提前施做该段二次衬砌。4.主要材料计划和机械设备配备主要材料计划如表1，主要机械设备配备如表2。中铁隧道股份有限公司安毛高速公路AME16合同段项目经理部芭蕉特长隧道不良地质段施工方案第8页共13页表1主要材料计划序号材料名称型号数量单位备注1水泥P.O42.53000T分批购进2水玻璃35Be′1000T分批购进3导向管L＝3.0m，Φ115200m4Φ108钢管Φ108×4mm2900m分为3m和6m两种5高压闸阀Φ12515个6高压闸阀Φ4040个7压力表30MPa4个8压力表10MPa3个9双液混合器4个10Φ25中空锚杆L＝3.0m1000根11方木10cm×10cm5m312小导管Φ423000根分为3m和6m两种13木板5cm×20cm3m314编织带2000个表2主要机械设备配备表序号机械名称型号数量单位备注1水平地质钻机MK－52套满足钻孔深度不小于30m2单液注浆泵ZJB-302台P≤30MPa，流量≥100L/min。3双液注浆机GZJB1台4搅拌通2台5抽水机5台5.人员配备主要施工人员配备见表3表3主要施工人员配备表序号工序人数作业内容1施做止浆墙24人堆码沙袋、清理泥沙、浇注砼2钻孔、顶管15人钻机操作、安装钻杆、顶管3注浆24人搭设钻机作业平台、辅助顶管、配制浆液、注浆4开挖、初支30人钻眼、装药、立拱、挂网、打锚杆5喷射砼8人喷砼6技术值班6人控制钻孔外插角、规范现场作业行为、解决现场突发问题7试验人员值班2人调整浆液配合比、调整双液浆胶凝时间中铁隧道股份有限公司安毛高速公路AME16合同段项目经理部芭蕉特长隧道不良地质段施工方案第9页共13页6.施工注意事项1）主要施工、管理人员一同对此方案进行协商、讨论，并对作业人员进行处理方案的培训，使人人熟知施工过程和操作要求。2）对于此段的处理，分队、技术人员安排专人值班，发现异常情况及时进行协调解决，确保机械及人员的安全。3）堆码砂袋围堰（模型）、清理围堰内泥浆和施做砼止浆墙时，机械设备不得放置于出水口正前方、施工人员不得在出水口正前方作业，如确需在出水口前方作业必须快速完成，并安排专人在旁观察出水口情况，防止岩溶管道在压力累积到一定程度后突然释放形成涌水涌泥而造成人员伤亡、设备损坏。4）人工配合装载机清理时，人员要时刻注意装载机的走行，保证机械不伤人员。5）砼止浆墙要保证厚度和密实度满足技术要求，切实起到止浆墙作用。6）钻孔注浆要随时注意钻进的速度，发现问题及时处理，保证钻孔作业安全。7）进行注浆时保证注浆压力，待压力有明显升高时，进行合理的判断是否注满，保证注浆效果。8）单孔注浆结束后，立即换注清水清洗注浆管路，然后关闭注浆阀，拆卸注浆管，防止堵管。9）对地表进行彻底的勘踏，对塌陷考虑利用浆砌片石封填，防止在中铁隧道股份有限公司安毛高速公路AME16合同段项目经理部芭蕉特长隧道不良地质段施工方案第10页共13页雨季到来时此处形成管道流。10）开挖过程中坚持“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的原则，防止围岩坍塌造成安全事故。11）开挖过程中加强监控量测，及时进行回归分析，发现异常及时制定合理的