铁路隧道出口穿越F12号断层施工方案

1、向莆铁路青云山隧道出口穿越f12号断层施工方案 编 制： 审 核： 审 批： 中铁二十三局向莆铁路fj-10标指挥部二oo八年十二月穿越f12断层施工方案1 工程概况1.1 工程地质情况根据施工图纸对该断层设计情况，f12断层属强富水地段，最大单位涌水量为q0=9.92m3/d.m，隧道涌水量q=873m3/d，渗透系数k=0.1357m/d，隧道通过含水体长度b=88m，断层破碎带宽度48m，两侧影响带各20m，硅化较强，断层沿走向延伸长度约850m。根据向莆铁路股份有限公司（第三指挥部）会议纪要（006），断层及其影响带围岩划分及施工措施如表1所示。表 1 断层及其影响带围岩划分及施工措施

2、表序号里程长度围岩级别衬砌类型超前支护措施注浆措施开挖方案1dk512+980dk512+97020b25中空超前锚杆3m径向注浆台阶法2dk512+970dk512+92050b超前小导管3m径向注浆短台阶法3dk512+920dk512+90020b25中空超前锚杆3m径向注浆台阶法4ydk512+952ydk512+93220b25中空超前锚杆3m径向注浆台阶法5ydk513+000ydk512+95248b超前小导管3m径向注浆短台阶法6ydk513+020ydk513+00020b25中空超前锚杆3m径向注浆台阶法1.2 超前地质预报情况根据施工组织设计要求，在隧道进入断层影响带以前

3、，在采用常规的预报工作以外，还采用了tsp203进行探测，其具体预报结果如表2和表3所示。表 2 青云山隧道左线超前地质预报分析表序号里 程长度（m）探 测 结 果 推 断1dk513+039 dk513+02415流纹质晶屑凝灰熔岩。围岩情况一般，弱风化，岩体较完整2dk513+039dk512+99346围岩情况差，强度低。通过分析数据发现该段内主要由p波反射决定，且此段反射界面不多。此段泊松比比前一段并没太大变化，故围岩整体性较好。3dk512+993 dk512+97617流纹质晶屑凝灰熔岩。围岩情况一般，弱风化，岩体较完整，裂隙发育。4dk512+976 dk512+94531由于动

4、态杨氏模量、密度、横纵波速、泊松比波动大变化快，频率较高。推断该段内为f12断层带，切夹杂部分花岗岩，围岩破碎，裂隙发育，含裂隙水。5dk512+945 dk512+9405属f12断层带，流纹质晶屑凝灰熔岩。围岩情况一般，弱风化，岩体较完整6dk512+940 dk512+9355由于泊松比、密度大幅度下降、纵波、横波波速均大幅度降低，推断该段裂隙发育、围岩破碎。7dk512+935 dk512+9314属f12断层带，流纹质晶屑凝灰熔岩含部分花岗岩。围岩情况一般，弱风化，岩体较完整8dk512+931 dk512+90922由于泊松比、密度大幅度下降、纵波、横波波速均大幅度降低，推断该段裂

5、隙发育、围岩破碎。9dk512+909 dk512+9045流纹质晶屑凝灰熔岩。围岩情况一般，弱风化，岩体较完整表 3 青云山隧道右线超前地质预报分析表序号里 程长度（m）探 测 结 果 推 断1dk513+079 dk513+05815流纹质晶屑凝灰熔岩。围岩情况一般，弱风化，节理裂隙发育，岩体破碎。2dk513+058 dk513+04117由于泊松比、密度下降、纵横波波速均显著下降，推断该段裂隙发育，围岩破碎。含裂隙水。3dk513+041 dk513+0383流纹质晶屑凝灰熔岩。围岩情况一般，弱风化，岩体较完整，裂隙发育。4dk513+038 dk513+02414由于动态杨氏模量、密

6、度、横纵波速波动不大变化降低，推断裂隙发育，含裂隙水。且含有7-9条裂隙。5dk513+024 dk513+0159流纹质晶屑凝灰熔岩。围岩情况一般，弱风化，岩体较完整6dk513+015 dk513+00015由于泊松比、密度下降、纵波、横波波速均降低，推断该段裂隙较发育，围岩破碎。7dk513+000dk512+99010由于泊松比、密度大幅度下降、纵波、横波波速均大幅度降低，推断该段裂隙发育、围岩破碎。8dk512+990 dk512+9819由于泊松比、密度下降、纵横波波速均显著下降，推断该段裂隙发育，围岩极为破碎。含裂隙水。9dk512+981 dk512+97110流纹质晶屑凝灰熔

7、岩。围岩情况一般，弱风化，岩体较完整，裂隙发育。2 断层施工方案2.1 开挖支护施工方案 隧道断层地带设计为级围岩支护，其影响带设计为级围岩支护，针对这样的软岩或破碎结构，全部采用上下台阶法开挖，并要求为短台阶形式，施作格栅、钢拱架、超前锚杆、超前小导管注浆、锚喷等联合支护和及时支护技术，遵循“短开挖、弱爆破、快支护、勤量测、紧衬砌、早成环”的原则，在爆破施工中采用减轻地震动爆破技术，尽量减少对围岩的扰动，用围岩量测手段，监控围岩变形，确保支护结构、衬砌结构稳定。施工过程中加强监控量测工作，并根据变形大小及实际情况采取如下措施：短开挖、强支护，环封闭。加强初期支护，采用网喷、加长锚杆、注浆、钢

8、拱架相结合，加固围岩。加大预留变形量，允许初期支护后有较大变形，以确保二次衬砌的净空要求。加强型钢钢架或格栅钢架的底部加固和锁脚锚杆的施作，尽量减少钢拱架支护体系的下沉和收敛。按照设计要求加强复合衬砌的支护参数。2.2 涌水地段的施工根据设计图纸及超前地质预报的分析结果，断层地带均有可能出现涌水，可能给隧道施工带来较大的危害。隧道施工对地下水采取“以堵为主，堵排结合，限量排放”的原则进行。实施以围岩预注浆固结圈、防排水网络及复合式衬砌形成防水结构体系。根据涌水量的大小，提前封堵和疏排，同时做好应急准备，根据设计图中关于可能出现的最大涌水量，另外考虑两倍的富余系数，出口左右线均配备一台抽水量不小

9、于200m3/h的抽水设备，一旦发生涌水，能够迅速排出，以防大量地下水涌入洞内，给隧道施工(尤其是仰拱尚未施工的地段)带来危害。同时配合tsp探测情况，采用超前水平探孔和地质雷达等综合物探手段预测预报，判明水源补给、涌水量和突出水压等情况，有针对性地采取径向注浆、超前注浆或管道引排等方案。超前水平探孔采用管棚钻机进行钻孔，每一循环三个探孔，钻孔深度定为30m，这样即可以探明前方围岩渗水情况，同时也起到提前释放前方也隙水压的作用，减小隧道在开挖过程中突然涌水的可能性。根据水源补给、涌水量和突出水压等预测预报情况，分别采取径向注浆、超前注浆等方法，封堵水源，减少补给水量，降低水压。在断层地段采用上

10、下台阶法开挖，并辅之以超前小导管预注浆止水穿越涌水段，开挖过后再进行径向注浆堵水。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，引入附近的集水坑抽排至洞外。2.3 裂隙、孔洞发育地段施工涌水在较厚断层或裂隙充填物中往往会导致掉碴掉块现象，甚至可能造成坍方，而且易使隧道周围岩体产生空隙以致大体积的空洞，危害更大。施工中，首先要依靠地质超前预报作出判断，根据涌水量的大小，裂隙和孔洞的宽度，提前采用超前小导管预注浆进行封堵

11、，以加固地层并止水。一旦发生裂隙充填物掉碴掉块现象，必须尽快将口堵住。堵塞的材料以钢筋、钢管和型钢为骨架，然后喷射混凝土进行回填密实。堵口后，沿开挖面周边设超前钢管支护，采用直径40mm、50mm或80mm长68m的无缝钢管。必要时两层、三层重叠，形成“套管”以增大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，监控量测围岩收敛变形情况。对于水量丰富的地层，必须准确预报工作面前方2025m范围的工程地质和水文地质情况，以便为进一步制定施工方案和确定注浆参数提供依据。强化对涌水灾害隐患的测报工作。各级各部门要加强隐患区的动态监测,发现异常及时上报,同时要做好原因分析,提出防治建议和措施。

12、提早应对,做好防范工作。提前准备好施工机械，各种物资材料、应急逃生器材，提前做好安全场所的建造。提前组织一定的人员进行培训，针对可能出现的掉碴掉块乃至塌方等应急预案必须提前作好演练工作，做到早发现早处理，防范于未然。一旦发生灾害,工人退到安全地带，并通过洞内警报设施第一时间与洞外取得联系，然后与项目部联系，通知项目经理和总工，并认真组织实施，将危害降到最低。2.3 径向注浆施工措施针对该断层地段，设计采用3m径向注浆进行围岩固结，注浆孔环向间距1.8m，纵向间距2.6m，注浆扩散半径为2m，孔口管采用50无缝钢管（=3.5mm）长度为1m，孔口采用闸阀作为止浆措施，注浆浆液采用水泥浆液，浆液水

13、灰比根据试验室配合比设计确定，注浆压力为0.51.0mpa。径向注浆布置如图1所示。图 1 径向注浆布置图2.4 应急止水措施由于该段围岩地质条件复杂，裂隙极为发育，当出现局部渗水较大，无法施作径向注浆时，为了减少隧道涌水对施工安全的影响，需采用应急止水方案，应急止水采用水泥-水玻璃双液注浆进行围岩固结。2.4.1 注浆原则针对漏水影响段的渗漏水情况，并结合节理裂隙发育情况，合理选择浆液配比，以确保灌入浆液有效的扩散半径，扩散半径控制在3m以内，混合浆液初凝时间控制在2min以内。注浆孔位布置应遵循“分段，分批，逐步加密”的原则，针对不同的渗漏情况布设中深、浅孔，中深孔排水降压，浅孔注浆；注浆

14、时应遵循“先外后内、先稀后浓”的原则，即施工先从影响区边缘向中心逐段逼近，灌注浆液浓度应由稀逐渐变浓。2.4.2 注浆材料及配比参数注浆材料：选择水泥-水玻璃双液，水泥：选用42.5的普通硅酸盐水泥；水玻璃：选用浓度be=3040，模数m=2.83.1的水玻璃原液。配比参数：为控制水泥-水玻璃浆液胶凝时间及浆液扩散半径，取得良好的注浆封堵效果，根据以往注浆经验表明，水泥-水玻璃浆液胶凝时间可在几秒至几十分钟内准确控制，其胶凝时间与水泥品种、水泥浆水灰比、水玻璃溶液浓度、水玻璃溶液与水泥浆的体积比等因素有关，如表4和图2所示。表4 水泥-水玻璃浆液不同条件下的胶凝时间（m=3.0）水玻璃浓度(水

15、泥浆：水玻璃)be,=30be,=35be,=40w:c(重量比)1：0.527”29”34”0.6：11：1.050”56”107”1：0.531”37”42”0.8：11：1.056”112”132”1：0.550”47”52”1.0：11：1.0112”126”152”图 2 水泥浆与水玻璃浆液不同体积比的胶凝时间关系图根据现场试验数据统计结果显示，在保证浆液可灌性和有效扩散距离前提下，应根据渗漏水情况、节理裂隙发育情况合理选用浆液配比，并同时在实际施工中根据吸浆量和注浆压力适时做以调整。在注浆过程中若出现注浆量过大且压力尚未达到预期值时，可以采取在浆液中添加絮凝剂的方式减少浆液的流动性

16、，并可以尽可能缩小注浆范围。2.4.3 注浆工艺a 作业方式：注浆方式采用全孔一次性压入或间歇式压入进行，便于浆液控制，必须采用双液注浆机进行注浆，不得采用两台单液注浆机替代。b 注浆压力：采用“分级升压法”进行注浆压力控制，开始注浆时，不宜将压力升至过高，而应由低到高逐渐提高，注浆压力一般控制出水点压力的23倍范围内，根据对渗水段的水头压力的估计值为0.7mpa,制 浆 机储浆桶控制阀压力表制 浆 机储浆桶控制阀水泥水水玻璃水压力表双液注浆机注浆减压控制阀监控量测结束因此，注浆压力可取1.52.0 mpa范围内，其具体值还应根据当时注浆量进行调整。注浆施工工艺如图3所示。图3 双液注浆工艺流

17、程图3 安全保证措施1、 把安全生产放在首位，加大组织力度，从行政组织上加以重视。2、 加强监控量测工作，严格按照量测间距及量测频率对断层地段进行监控量测，实时撑握围岩变形情况，根据量测结果及时调整施工方案。3、 每项工序开始前均应对工班进行安全交底，每班上班前领工员、班长均应进行班前讲话，使每位工人均能按照安全要求、技术要求进行操作。设专职安全员随时对施工现场进行巡视，即时发现和排除安全隐患。4、 加强机械设备的管、用、养、修制度，确保机况正常，严禁开病车、开快车等违章操作，非专职人员不得动用各种机械设备；特种作业人员必须持证上岗。5、 重视个人自我防护，凡进入工地按规定佩戴安全帽。6、 所有人员上班前4小时不得饮酒，特种作业人员上班前12小