龙门山坳隧道出口左线涌水突泥处理方案(调整方案)

1、广州至河源高速公路（惠州段）第九合同段龙门山坳隧道左线出口ZK119+940.5掌子面坍方涌水突泥处理方案编制：复核：审核：审批：二一年十一月十四日中铁二十局集团第四工程有限公司广河高速公路惠州段第九合同段项目经理部龙门山坳隧道左线出口ZK119+940.5掌子面坍方涌水突泥处理方案目 录龙门山坳隧道左线出口ZK119+940.5掌子面坍方涌水突泥处理方案1一、坍方涌水突泥基本情况介绍1二、处理施工准备2（一）后方段落加固2（二）注浆固结前方坍体2（三）前方地质状况探查4三、通过坍方段初期支护方案4四、注意事项5跟管式钻进大管棚及双侧壁导坑通过坍方涌水突泥段调整方案1一、大管棚超前支护11、地

2、质条件分析12、施工难点及对应技术措施1三、施工工艺21、修筑施工平台22、测量定位33、原支护结构凿孔34、钢管、钻头加工35、跟管钻进3四、施工组织71、 主要施工设备72、施工用材料73、施工条件要求74、施工人员配备8五、双侧壁导坑通过8第 i 页龙门山坳隧道左线出口ZK119+940.5掌子面坍方涌水突泥处理方案一、坍方涌水突泥基本情况介绍龙门山坳隧道河源端左线掌子面自ZK119+943.5处开始，拱部围岩状况突变，现场判断全风化粉细砂岩地质构造带，厚度不明，填充红褐色岩屑，围岩极其破碎，呈土状，外观表现为土夹孤石，孤石块径约0.51.0m，有地下渗水，自稳能力非常差，围岩级别为级偏

3、弱。发现此围岩变化后，我部在施工ZK119+943.5940.5段（原设计为型支护，I18工字钢钢架间距70cm，）拱部初期支护时，采用加强超前支护和加密钢架间距等支护加强措施进行支护，钢架间距由原设计I18工字钢钢架100cm间距加密至70cm间距。2010年11月2日中午约14：00，在进行个别岩石部位开挖爆破施工后，此段发生小型坍方，坍方方量80100m³，ZK119+943.5940.5段拱部三榀受坍落岩体冲击，初期支护结构右半部严重变形，侵入净空达到1.0m以上；左半部分因受到冲击较小，变形较小，倒数第3榀与第4榀钢架处有一道环形0.51.0cm的裂纹。11月4日，业主、设

4、计、监理、监控量测和施工单位相关人员在九标项目召开专题会议并确定处理方案（已形成会议纪要）。至11月7日，已完成小坍方处理施工准备、厚度段落加固（拱架锁脚加强、坍口护拱，见后续段落）等工作和变形初期支护结构拆除工作，11月8日凌晨5：00左右，在清理完坍渣准备架设钢拱架时，突然出现直径约为5cm股状涌水，后涌水量持续加大，8日上午8：30，涌水量达到峰值，股流直径约0.5m，短时间就将洞内充填达10m，体积约400m³，涌水时间长达60小时，现涌水已逐渐变小至线状渗流。根据现场实际情况分析，此处为一小断层，涌水为构造层间水，为大气补给，基岩为粉砂岩，节理发育，围岩级别为级偏上，级偏下

5、。因无法直接观察坍口封闭，无法直接观察前方状况，断层厚度不祥。二、处理施工准备（一）后方段落加固在此前小坍方处理之前，以对后方段落进行加固，主要如下：1、在坍方变形段后加设护拱，巩固坍口。护拱采用两榀I20b型工字钢钢架，间距100cm，采用22钢筋纵向连接，连接钢筋环向间距100cm，且与原初期支护结构钢架加钢筋焊接成整体，焊接点环向间距100cm；挂单层8钢筋网，网孔尺寸20cm×20cm；喷射C20混凝土封闭，厚度以封闭钢架外加2cm保护层为宜。若此护拱侵入二衬范围，待二次衬砌施工到此处时，将其拆除，确保衬砌厚度。拆除时须结合此段监控量测数据。2、坍方段后方5m范围内，拱部钢架

6、拱脚加打设42锁脚锚管，每个拱脚打设两排，每排两根，单根长度3.5m，管中注水泥净浆充填补强，打设方向朝下倾斜约1520°，尾部采用“骑马焊”与钢架脚焊接，锁固拱脚。3、后方5m范围内设扇形落地支撑，总共设三排，每排五道。支撑材料采用I20b型工字钢制作，上方支撑于原初期支护钢架，原支护钢架表面喷射混凝土须凿出，支撑工字钢上端与原初期支护钢架焊接，支撑下端带30cm×30cm12mm钢板脚板,下设双层10cm×10cm木方，木方支垫范围不小于50cm×50cm；工字钢支撑必须落到原状岩体，落脚处须修凿平整且垂直于支撑；支撑长度现场量取制作。（二）注浆固结

7、前方坍体通过现场勘察，坍口已被封闭，坍体大多由较大块径风化石组成，小颗粒土和泥质物质全被涌水带走并沉积于隧道内场地内。为安全通过涌水突泥坍方段落，应事先对前方堆积的坍体进行注浆固结，使得坍体自身具有一定自成拱能力，确保通过坍方体时开挖掌子面的稳定。1、排水清淤，平整掌子面在出口处理设置引水管疏导水流，干燥土体，以利清除。隧底抽排积水，恢复后部仰拱及二次衬砌施工。清理后方施工场地淤泥，以利后续处理施工的开展。人工辅助挖掘机稍平整掌子面，坡比控制在1：0.75左右，在控制注浆范围的同时，保证斜坡的稳定。2、封闭现有掌子面，形成止浆墙考虑注浆为有压注浆，须承受注浆外泄的压力，止浆墙采用挂网喷砼的形式

8、，挂设820×20cm单层钢筋网，钢筋网周边于原初期支护钢架焊接固定（钢拱架表面喷射混凝土凿除），钢筋网尽量贴近坡面并保证7cm保护层；后喷C20砼封闭掌子面，厚度20cm，形成止浆墙。3、打设钢花管掌子面封闭完成后，利用仰拱开挖的洞渣垫成工作平台，打设钢花管。（1）在护拱后方第一榀钢架间（I18工字钢钢架，间距100cm）打设一环超前钢花管，环向间距40cm，全环打设45根，外插角20°；采用896无缝钢管制作，前端制作成尖锥形，管壁钻12注浆孔，间距30cm，梅花形布置，管口100cm范围内不钻孔作止浆段。钢花管兼备超前支护和注浆通道两种功能，长度以插入前方基岩为准，具

9、体如下：充分利用896注浆钢花管较好的刚度和强度，在其超前支护的保护下，确保自坍口开始5m范围开挖支护施工的安全，提高在坍方体上“重新开设洞口”的安全系数。较大的外插角，保证注浆扩散至初期支护拱顶外围3.0m，此范围内松散坍体固结成岩，形成自成拱，提高支护结构的整体受力的能力，有效抵御上方坍腔继续掉块的冲击，有效控制初期支护后期变形量，提高隧道运营后的安全性。（2）掌子面范围内打设两圈水平注浆钢花管，钢花管用424无缝钢管制作，长度6.0m，前端制作成尖锥形，管壁钻8注浆孔，间距20cm，梅花形布置，管口30cm范围内不钻孔作止浆段；外圈紧贴坍口护拱内圈打设，环向间距1.0m，共打设17根，内

10、圈距外圈1.0m，环向间距0.9m，与外圈呈对空打设，共设14根。4、注浆固结注浆管打设完成后，按照由内向外、自低而高顺序依次注浆，注浆浆液为CS浆液，根据类似注浆加固工程经验，浆液水灰比为1：1，水玻璃波美度32，与水泥净浆的比例为1：1，具体浆液配比根据现场渗水量和浆液凝固时间的情况进行试验确定。注浆压力为0.51.0Mpa。（三）前方地质状况探查由监控量测单位安排地质雷达进场，对前方进行地质雷达探测，确定前方断层厚度、地下水状况和地质情况，为断层处理方案实施提供依据。三、通过坍方段初期支护方案1、以两榀I20b型钢钢架护拱为依托，以89超前注浆钢管为超前支护，在其保护下，人工配机械进行开

11、挖，每循环进尺为一榀钢架间距即50cm。2、采用I20b型钢钢拱架，安装间距50cm，钢架采用22钢筋纵向连接，间距0.5m，内外交错布置，挂设双层8钢筋网，并喷26cm厚C20砼封闭，喷砼封闭前，径向预留22钢筋头，间距1.0×1.0m，梅花形布置，上端与型钢钢架焊接，埋入喷砼内深度不小于26cm，外露长度不小于15cm，尾部做10cm长90°弯起，为后面粗钢筋网喷护与钢架支护结构连接用；3、为保证初期支护强度，在拱架内侧加设单22粗钢筋网，网格尺寸20×20cm，与22预留钢筋头焊接固定，后再喷25cmC20砼封闭，形成联合支护结构。如拱部拱脚处围岩松软，则此

12、补强钢筋喷射混凝土结构持续向下直至基岩或仰拱拱脚处，以形成连续补强结构，以利应力传递；4、受后方钢架间距和前段处理支护结构净空所限，89超前注浆钢花管仰角比较大，处理支护结构后段拱顶至89超前注浆钢花管高差较大，三角楔体厚度较大，为有效控制超挖，须在坍口进入坍方3m后，增设42430cm，长度350cm，纵向间距150cm，形成多排超前小导管的超前支护结构。5、因坍体饱和含水或渗水，如渗水较大，则采用草垫围幕法，达到滤水、固砂、稳泥，只许清水流出，使泥砂沉积，尔后充填干燥。6、初步判断此处断层，拱部围岩极差，但中台阶和下台阶部分围岩较好，为“上软下硬”分布，故在处理过程中，拱部钢拱架拱脚必须落

13、在基岩上，并强化锁脚，型钢两侧各设两对（共八根）骑马焊42锁脚锚管，长度不小于3.5m。7、为保证二次衬砌厚度，初期支护净空须预留20cm变形量。四、注意事项1、处理过程中，必须严防安全事故发生，严格执行安全值班制度，设专人在处理现场旁站，观察支护结构稳定程度和围岩变化状况，若有异常情况，及时发出警报并组织人员迅速撤离现场，避免发生安全事故；2、钢架安装施工时，拱脚必须落到原状实岩处，严禁用虚渣垫脚，连接螺栓数量、紧固程度必须严格把关，纵向连接筋必须焊接牢固，确保钢架的整体性；3、处理过程中，必须及时迅速，钢架安装、钢筋网施工完成后，必须立即支撑加固并喷砼封闭，拱架安装时必须加强测量放样，确保

14、初期支护净空，有条件，须预留足够的变形量，预留变形量设定为25cm；4、坚持处理一榀加固一榀成功一榀，锁脚锚管及时跟上锁固拱脚；5、拱脚护脚宽度不小于1.5m，确保拱脚，且刷成1：0.81.0的坡，使被动土压力平衡拱脚产生的侧压力；6、喷射混凝土必须密实平整，确保混凝土强度和初期支护整体支承能力；7、坍方处理段，因拱部背后为松软堆积体，围岩无自成拱能力，处理过程无法打设系统锚杆，可在固结注浆完成后再打设；通过此断层带后，系统锚杆施工须严格施工工艺，充分利用围岩自成拱能力，与初期支护结构形成一个整体受力体系；8、超前小导管须严格按照设计要求施工，确保纵向搭接长度和环向间距，并注浆进行提前预加固处

15、理，提高开挖后围岩的稳定能力；9、严肃施工队伍管理，加强施工现场监管力度，落实工程质量检查制度，确保工程实体质量和施工安全；10、处理过程中和通过此坍方段后，加强监控量测，及时形成观测数据，反馈指导坍方处理施工和后续段落开挖支护施工。第 7 页 共 6 页跟管式钻进大管棚及双侧壁导坑通过坍方涌水突泥段调整方案经过封闭掌子面作止浆墙、打管注浆等工序后，发现注浆压力达到23Mpa，注浆速率明显下降，于是停止注浆，待浆液凝固后开始按照原方案进行试探性开挖掘进，挖开发现注浆效果不甚理想。扒开坍渣，上方继续坍落土状岩体，手捏成团，且断断续续但无长时间停歇，渣土难以清理干净，于是判断上方围岩自稳能力极差，

16、坍方短时间内不会停止，且仍有渗水流出。原方案执行难度较大，后采用侧壁导坑进行试探性开挖，掘进至坍口里程时，上方坍方继续发展，坍体难以清理干净，无法架设钢架形成初期支护支护结构（含临时支护），故经多方探讨研究，拟采用跟管式钻进大管棚超前支护，后用双侧壁导坑小断面通过，故提出此调整方案。一、大管棚超前支护1、地质条件分析由外露坍体判断此处为全风化粉细砂岩地质构造带，厚度不明，填充红褐色岩屑，围岩极其破碎，呈土状，外观表现为土夹孤石，孤石块径约0.51.0m，有地下渗水，自稳能力非常差，围岩级别为级偏弱。显然在大管棚同一孔的钻进的过程中，可能会遇到这不同类型、强度不一的地层。根据对外露坍体的现场踏勘

17、，钻进过程中遇到孤石是不可避免的。2、施工难点及对应技术措施（1）根据地质勘察报告，管棚所在位置地层主要为坍方体，表现为土夹石，如果采用普通的三翼合金钻头或合金套筒钻头及楔型钻头在遇到孤石等坚硬地层时无法通过，而且在风化地层中的钻进效率极低。根据以往的工程施工经验，宜采用风动潜孔锤跟管钻进成管法或风动潜孔锤冲击成孔送管法；（2）在风化和破碎地层中，管棚在打设时极易抱钻及侵限。必须采用专用大扭矩、大推力管棚钻机才能有效解决上述问题；（3）如果地下水位高，可能在钻进时出现涌水导致孔壁坍塌，需密切监视出浆量。可根据工程需要，在掌子面下部左右两侧各打设23个水平降水孔，让作业区内的地下水自然流出，降低

18、水位，以提高管棚打设及隧道开挖过程中的施工安全度；（4）采用通常的先成孔后下钢管的方法，即或风动潜孔锤冲击成孔送管法。但考虑到在风化或破碎层中容易塌孔或缩径，引起地面沉降，对拟穿过的坍方段造成不利，同时下管也会非常困难，很难达到设计深度。采用风动潜孔锤跟管钻进方法，将钢管直接钻入，对地层的扰动小。（5）潜孔锤直接成孔法与潜孔锤跟管钻进成孔法比较，施工工艺较为简单，无需套管，对施工设备的能力要求比较低。（6）施工设备的选定STG-250型全液压驱动水平定向钻机。技术参数如下：功率最大输出扭矩输出转数顶进/回拖力最大行程55KW9000N·m3060r/min250KN6000mm管棚采

19、用1088无缝钢管制作，分节钻进，单节长度4.5m，管节之间连接采用公-母丝连接，钻头采用1148无缝钢管制作，长度26cm，前端镶嵌26块八角合金块作切削点。三、施工工艺1、修筑施工平台利用坍渣修整出大管棚施工工作平台，平台长度和高度以利于管棚钻机施钻为宜，若坍渣量不足以修筑平台，则用钢管搭设钢管架作为施工平台。2、测量定位依托原支护结构，在坍口护拱后第一榀钢架间距间测设管棚钻孔位置，以便钻机就位，减少定位误差，提高钻孔定位精度。仰角以钢架间距控制为宜，理论角度为17°。3、原支护结构凿孔在原支护结构上，按测量放样位置，凿开原支护喷射混凝土，凿孔大小以能让108钢管通过为宜，钻孔完

20、成后，及时采用喷射混凝土封闭。凿孔不宜大面积展开，以“凿开一个钻孔一根，钻完一根封闭一孔”为基本原则，避免原初期支护喷射混凝土大面积凿开，影响原初期支护结构的安全。4、钢管、钻头加工大管棚钢管采用1088无缝钢管切段车丝而成，分段长度4.5m，管节之间以及管节与钻头之间采用“公母”丝牙连接，丝牙长度10cm，牙型为梯形方丝。管壁钻12注浆孔，纵向间距30cm，环向4孔，梅花形布置，管尾3m范围内不钻孔作止浆段。5、跟管钻进（1）施工工法所谓的潜孔锤跟管钻进成管法是采用水平定向钻机通过锤头前端带有外锤头的潜孔锤冲击成管，外锤头通过丝扣跟管棚钢管连接，管棚打设到位后将外锤头与管棚钢管一同留在孔内，

21、然后注浆加固围岩的管棚成管工法。潜孔锤跟管钻进成管法适用于砂卵层、风化破碎带等不易成孔地层的管棚施工，要求用强度较高的无缝钢管作管棚钢管，每节钢管长度必须与钻杆配套，通过丝扣连接，便于接管加尺。管壁厚度不得小于6mm，管壁太薄时容易出现断管的情况，影响管棚质量，本次管棚钢管采用壁厚1088mm无缝钢管。管棚施工过程中要求现场供风压力不得低于6MPa，确保孔内钻渣排出干净，保证管棚质量。潜孔垂跟管钻进法采用60mm127mm钻杆为钻具，钻进时潜孔冲击器振动、冲击中心钻头，中心钻头传递冲击给套管钻头并带动套管钻头钻进，套管与回转动力头无连接。冲击器与内钻杆连接，内钻杆通过连接头的内螺纹与回转动力头

22、连接，回转动力头通过连接头传递扭矩给套管和钻杆，将管棚钢管依次打入土层。当钻进到设计长度时，反向旋转内钻杆90度即可将中心钻头与套管钻头分离，然后把内钻杆全部提到孔外，将套管（管棚钢管）留在孔内。每打设一根进行封孔注浆，最终在隧道拱部形成一个环形拱架。（2）施工步骤（1）机具组装调试、安装钻机前，要对轨道进行铺设，要求H型钢轨找平误差<3mm，底盘对角线找平误差±3mm，四柱对角误差±5mm，斜拉筋需绷紧，交叉拉力基本相等；、卡瓦及所有螺母必须拧紧，丝杠、顶杠要顶紧，安装要牢固，确保不因震动而松动或脱落。、钻进前应对钻机定位情况、方位、倾角情况，孔口管对中情况，确认正

23、常后方可进行试钻；、空压机使用前要经过全面检修,通气管连接要严密，在通气管的端头另外安装一小气管,随时清理钻杆内孔;、钻具前部的潜孔冲击器，必须经检验，保证质量合格，性能可靠，以下为钻具连接示意图。潜孔冲击跟管钻进示意图（2）潜孔锤钻进钻进前须先开气泵，待压缩空气流通正常后，方可钻进；钻进时,空气压力应控制在0.61.0MPa，泵量为1012L/min为宜，保持中低压力、匀速钻进；现场操作机手须及时对钻进长度及每次加管长度进行详细记录；每钻进一定距离须排一次沙土以防抱钻。（3）成孔检测钻孔完成后，须检测成孔质量，检测项目有，成孔深度、入岩深度、成孔仰角、成孔左右倾斜度等。（4）回取锤头当钻进到

24、设计长度时，钻机反向旋转90°，内钻杆即可将中心钻头与套管钻头分离，此时将内钻杆全部退出孔外，即可将套管留在孔内。6、封孔注浆（1）、单孔打设验收合格后，通过管内压注水泥浆，对管内及管外环状间隙进行充填；（2）、终孔后，管棚的注浆压力要控制在0.61.0MP之间，注浆压力不宜过大。注浆量以出浆口流出水泥浆为准。（3）、浆液用普通硅酸盐水泥浆，水灰比1：1。动力头走完最大行程准备工作选择钻机钻具组合架设工作平台孔口测量定位安放钻机开 孔跟管钻进退钻、接杆、接管继续跟管钻进达到设计孔深否？探棒回收注浆、封孔移孔或结束插入管棚钢管管棚钢钢管加工管棚运至现场注浆场地布置设备调试管棚注浆及效果

25、检验施工工艺框图四、施工组织根据设计要求和现场特点，本次施工采用有线导向水平跟管钻进方法一次将钢管打到设计长度，钢管用丝扣连接。1、 主要施工设备（1）STG-250型水平定向钻机1台。全液压驱动，功率：55KW；顶进/回拖力：250KN；最大输出扭矩：9000NM；（2）SE1型水平导向系统1套。包括探头和监视器，导线连接。可测钻头倾角及钻头斜面的面向角，探头发射的光束可监测左右偏斜；（3）泥浆系统。包括BW250型泥浆泵1台，泥浆搅拌器1台，2KW污水泵1台；（4）BX1500型电焊机1台；（5）H3移动式钻机工作台架1套。2、施工用材料（1）1088无缝钢管内接管；（2）注浆用水泥；（3）膨润土及泥浆添加剂；（4）施工用水电；（5）铁板及速凝剂等。3、施工条件要求（