圆梁山深埋特长隧道设计硕士研究生毕业论文

山东科技大学工程硕士专业学位论文山东科技大学工程硕士专业学位论文PAGE92PAGE93第一章绪论1.1工程概述及工程与水文地质特征1.1.1工程概述圆梁山深埋特长隧道是渝怀线的关键性控制工程，隧道全长11068m。隧道进口位于细砂车站怀化端，车站伸入隧道949m，出口紧邻炭厂河一号大桥。隧道地处渝、鄂、黔三省市毗连地区，为川东褶皱山地与鄂西山地、贵州高原的接触带，属中、低山地形。主要发育毛坝向斜、桐麻岭背斜及伴生断裂、向斜区内发育较多横张断裂。地貌形态明显受构造和岩性控制，具带状展布特征，以褶皱构造为骨架，形成北北东向山脉和纵向河谷相间。隧道穿越乌江水系与沅江水系的分水岭——武陵山脉。地形条件十分困难，地质条件异常复杂，该隧道被称为国内隧道设计、施工禁区。该工程主要工程地质问题有：岩溶涌（突）水、高水压、高应力及煤层瓦斯，其中岩溶、高压富水地质是最为关键的问题。[1]1.1.2本区水系基本呈格子状水系，主河流大多沿北北东向发育。背、向斜中的可溶岩地块中多为各自封闭的岩溶洼地，难以形成较大的地表径流。本区河流除细纱河属于乌江水系外，其余均属沅江水系，两者分水岭位于毛坝向斜西翼标高1350m以上的长条形山地。本区气候温和，具有春雨、夏旱、秋绵、冬干的特点，多年平均气温17.7℃，最高温度44.1℃，最低气温1.1.3地层岩性本区广泛分布巨厚层的海相地层，出露最老的地层为桐麻岭背斜轴部的寒武系中统高台组，最新为毛坝向斜部的三叠系下统嘉陵江组，中间缺失整个石炭系、志留系中、上统和泥盆系中、下统。本区出露地层由新至老分述如下。工程地质状况如图1所示。（1）三叠系（T）①嘉陵江组（T1j）：灰色薄层至中厚层状泥岩、白云质灰岩，未见顶，与下伏地层整合接触。属V级次坚石。②大冶组（T1d）：厚378m，按其岩性可分为三段。大冶组一段（T1d1）：灰绿色薄层状泥岩夹泥灰岩，底部的黄绿色水云母粘土岩与下伏地层分界，整合接触，厚17m，属Ⅳ级软石。该段在走向上分布不稳定，在向斜东翼杉木坳至茨竹坝变薄至尖灭。二段（T1d2）：上部为浅灰色厚层状鲕粒灰岩及生物碎屑灰岩，厚326m，属V级次坚石。三段（T1d3）：紫红色薄层泥岩、砂质泥岩夹泥灰岩及灰岩，厚34m，属Ⅳ级软石。（2）二叠系（P）①长兴组（P2c）：灰、深灰色中至厚层状燧石结核灰岩，局部地段成为白云岩化的生物灰岩，厚52m，与下伏地层呈整合接触，属V级次坚石。②吴家坪组（P2w）：上部为深灰、灰黑色薄至中厚层状灰岩与硅质灰岩不等厚互层；中、下部为厚5～10m灰黑色薄层含炭泥岩及煤层（厚0.05～0.3m）、铝土质泥岩，含较多黄铁矿结核，底界面凹凸不平，厚84m，与下伏地层呈假整合接触，属Ⅳ级软石～Ⅴ③茅口组（P1m）：浅灰、灰色厚层状灰岩，含少量燧石结核，下部为灰黑色中厚层状沥青质灰岩，含透镜状有机质泥岩及燧石结核，俗称“眼球状灰岩”，厚249m，与下伏地层呈整合接触，属V级次坚石。④栖霞、梁山组（P1l+q）：灰、深灰色中厚层状灰岩与灰黑色沥青质泥岩，厚183m，属V级次坚石。底部梁山组厚1（3）三叠系（D）本区内残留上统水车坪组（D3s）：厚40m，属Ⅳ级软石，与下伏地层呈假整合接触。岩性由上至下分别为：灰、黄色中厚层状灰岩，黄绿、紫红色泥岩，底部为厚2.9m（4）志留系（S）志留系在中部为黄绿色，紫红色薄层状泥岩、砂质泥岩，下部为灰绿色薄至中厚层状粉砂岩与砂质泥岩不等厚互层，底部为黄绿色、黑色粉砂质页岩，厚1960m，与下伏地层呈整合接触，属Ⅳ级软石。（5）奥陶系（O）①奥陶系中、上统（O2+3）：由上至下分别为黑色薄层状页岩、深灰色含泥灰岩（瘤状灰岩），灰色中厚层状龟裂纹灰岩，下部为灰、灰绿色瘤状灰岩，厚75m，与下伏地层呈整合接触，属Ⅳ级软石～V级次坚石。②大湾组（O1d）：上部为灰绿色薄层状粉砂岩夹钙质泥岩；中部为紫红色薄至中厚层状泥灰岩；下部为灰绿色、紫红色薄层状钙质泥岩，厚145m，与下伏地层呈整合接触，属Ⅳ级软石。③红花圆、分乡及南津关组（O1n+f+h）：上部灰至深灰色厚层状结晶灰岩；中部为灰绿色薄层状灰岩与钙质泥岩互层；下部为灰色中至厚层状灰岩，含白云质及燧石结核；底部为厚30～40m灰色厚层状生物碎屑灰岩，含较多介壳化石，厚254m，与下伏地层整合接触，属V级次坚石。（6）寒武系（∈）①毛田组（∈3m）：灰色中厚状含白云质灰岩、灰质白云岩，上部夹竹叶状灰岩及燧石结核；具涡卷状构造，底部具假鲕状结构，厚190m，与下伏地层整合接触，属V级次坚石。②耿家店组（∈3g）：灰色中至厚层状结晶白云岩，细至中晶结构，砂状断口，下部含灰岩及白云质灰岩，厚333m，与下伏地层整合接触，属V级次坚石。③平井组（∈2p）：灰色薄至中厚层状白云质灰岩、灰岩，常具涡卷状构造，偶见豹皮状构造，底部为黄色薄层状泥质白云岩夹钙质泥岩，厚373m，与下伏地层整合接触，属V级次坚石。④高台组（∈2g）：零星出露于背斜轴部，本区内未见底，岩性为灰色中厚层状白云岩，属V级次坚石。1.1.4地质构造本区构造单元属扬子准地台东南部的上扬子台坳，为川东陷褶束之秀山穹褶束与黔江凹褶束结合部。区内主要发育毛坝向斜、桐麻岭背斜及伴生断裂，次级褶皱不发育，仅在桐麻岭背斜西翼发现一次级褶曲，向斜区内发育较多横张断裂。在地表DK352+710～DK355+600为二叠系（P）、三叠系下统（T1）可溶岩地层构成的毛坝向斜地段，DK351+465～DK352+710和DK355+600～DK357+820为泥盆系（D）、志留系（S）非可溶岩地层构成的翼部地段，DK357+820～DK362+530为寒武系（∈）、奥陶系（O）可溶岩地层构造的桐麻岭背斜地段，DK358+750～DK358+900为耿家店组（∈3g）可溶岩地层构成的冷水河浅埋段，此段隧道埋深约150～180m。测区内断裂主要为NNE向的纵向断裂和NWW向的横向断裂，形成了燕山期。测区内共有13个断层，其中桐麻岭背斜区3条，毛坝向斜区10条，除F1、F2、F3、F01、F02为走向逆断层，具压性特征外，其余均为横向断层，具张扭特性。1.1.5隧道通过地带岩溶和岩溶水发育分布特征（1）毛坝向斜通过地带岩溶和岩溶水隧道穿越毛坝向斜富水区长度2200m，通过泥盆系（D3S）中厚层灰岩、泥岩，二叠系栖霞、梁山组（P1l+q）中厚层灰岩与泥岩互层，二叠系茅口组（P1m）厚层灰岩，二叠系吴家坪组（P2w）中厚层灰岩、中下部含炭泥岩及煤层（厚0.03～0.3m）。向斜翼部最大埋深780m，核部最小埋深550m。该段正常涌水量55000m3/d，最大涌水量83000m3/d，特大暴雨之后，可达200000m3/d。毛坝向斜与区域主要构造形迹的产状一致，其南段呈北北东向，而向北渐变为北东向，总体形貌呈向北西凸出的弧形。两翼为下古生界，核部为上古生界中古生界，核部向斜的形态呈长舟形状。南北长65km，东西宽2～3（2）冷水河浅埋段岩溶和岩溶水DK358+750～DK358+900段为∈3g可溶岩地层构成的冷水河浅埋段，此段隧道埋深约150～180m左右。∈3g地层因冷水河河谷深切，风化与卸荷回弹致使浅部0～75m段裂隙相当发育，通过地表河水动态观测，表明冷水河在隧道通过地带存在渗漏。该段正常涌水量10000m3/d，最大涌水量15000m3/d。从位于背斜西翼冷水河边Ddz-y-5#钻孔的钻探结果来看，地下水具承压性，水头高出孔口浅部（75m以上）岩溶发育以溶蚀裂隙及蜂窜状溶孔为主。溶蚀裂隙多为直立的溶蚀裂隙与沿层面发育的溶蚀裂隙，地下水为岩溶孔隙～裂隙水，岩石渗透性较好（k∈3g浅=0.1130m/d）；深部（100m以下）岩溶发育较差，以孤立的溶孔为主。而且不连续，偶见蜂窝状溶孔，见少量溶蚀裂隙；地下水主要赋存于溶孔中，岩层渗透性较浅部差（k∈3g深=0.0（3）桐麻岭背斜核部岩溶和岩溶水桐麻岭背斜区在本区内为四周被地表水系所切割的单独水文地质单元，地下水为寒武、奥陶系下统的岩溶水。DK357+655～DK358+750地段属奥陶系中、上统（Q2+3）、下统的大湾组（Q1d）、红花圆和分乡及南津关（O1n+f+h）、寒武系上统的毛田组（∈3m）、耿家店组（∈3g）等以灰岩、白云质灰岩为主构成的桐麻岭背斜西翼部分，其预测正常涌水量为4300m3/d，最大涌水量为6450m3DK358+750～DK358+900地段属桐麻岭背斜西翼寒武系耿家店组（∈3g）的白云质灰岩、灰岩为主的冷水河浅埋段，其预测正常涌水量为10000m3/d，最大涌水量为15000m3DK358+900～DK359+925地段属桐麻岭背斜核部西部寒武系耿家店组（∈3g）、平井组（∈2p）、高台组（∈2g）以白云质灰岩、灰岩为主地段，其正常涌水量为：6840m3/d，预测最大涌水量为10300mDK359+925～DK360+675地段属桐麻岭背斜核部西部寒武系平井组（∈2p）、高台组（∈2g）以白云质灰岩、灰岩为主地段，其预测正常涌水量为4890m3/d，最大涌水量为7350m3DK360+675～362+530地段属桐麻岭背斜核部东部及东翼寒武系高台组（∈2g）、平井组（∈2p）、耿家店组（∈3g）、毛田组（∈3m）及下奥陶（O1n+f+h）以白云质灰岩、灰岩为主地层的地段，其预测正常涌水量为12100m3/d，最大涌水量为18200m3（4）隧道涌水量及毛坝向斜区水压预测①全隧道总涌水量预测□全隧道正常总涌水量为：9.8×104□全隧道正常总涌水量为：14.5×104□特大暴雨之后，全隧道最大涌水量可能达30×104②毛坝向斜区水压预测根据深孔钻探资料证实存在P2w+c、P1q+m两层呈压水。相对于隧道洞身标高而言，其静水头（H）：P1q+m为460m，P2w+c为446m。这表明在隧道洞身处确实存在P1q+m层段4.6Mpa和P2w+c层段4.46Mpa的静水压力。[3]1.2研究的必要性国内外在高水压、富水、岩溶地层修建的隧道不多，施工技术并不成熟。日本青函隧道全长53.85km，海底段长23.3km，埋深最浅处距海底100m（此处海水深140m），共有10多条大断层和1000多条小断层，大断层的影响大，近断层处的破碎带海水易灌入，施工过程中曾遇到四次大的突水、涌泥。例如：1974年1月8日，吉冈作业坑最大涌水量达15840m3/d，采用注浆堵水法直接通过，处理时间为362天；1976年5月6日，吉冈作业坑又发生100800m3/d涌水，采用遇回导坑法通过，处理时间为162天，给施工造成了很大损失。青函隧道的灌浆材料主要为矿渣胶体水泥和（S）№1水玻璃浆，灌浆泵主要为双液注浆泵，灌浆最高压力为8MPa大瑶山隧道F9断层（DK4+600～DK5+065）为区域性大断层，其上盘为挤压破碎富水的石英砂岩，地下水位高出洞顶400m；下盘为强裂片理化、千枚化并受强烈切割的灰岩；核心带为40m宽的膨胀性断层泥。1988年6月11日，DK4+850处发生涌水，其正常涌水量为15000～28000m3/d，峰值涌水量高达42000m3/d。主要原因是，隧道内地下水不仅以垂直岩溶管道形式和地面水有水力联系，而且还通过各种裂隙、孔道使断层上盘与下盘发生水力联系。针对这一情况，在洞内采用了周边预注浆，径向注浆和围截堵水注浆等地层加固方法使隧道顺利通过。但在运营过程中，隧道的F9断层区域又不断出现涌水、涌砂，造成中断行车的事故。地下水大量流失，造成隧道底部鄱浆冒泥，拱墙渗漏水，地表出现多处陷坑，给隧道周围环境带来了不利影响，为此1990年铁道部专门组织成立了总之，从国内外的施工实例及发展趋势来看，高水压、富水、岩溶地段的注浆理论还不成熟，堵水及岩溶的处理技术有待发展，注浆材料、注浆方式、注浆参数等等内容还需进一步的研究和完善。根据国内外施工实例来看，针对圆梁山隧道高压富水这一特点，若施工中采取大量排水将引起岩溶地下水水位大幅度下降造成翼部暗河出口水量减小，甚至可能被袭夺疏干；水位大幅下降，水力梯度大幅增加，溶蚀加强，随着时间的推移，隧道通过地带村民引饮水水源的局部运流系统小岩溶泉水点将被袭夺疏干，从而增加了居民生产、生活用水的困难；由于隧道和地下水的埋深均较大，地表松散层很薄，疏干排水甚至可能产生危及生命、财产安全的大面积岩溶塌陷；局部溶洞充填物或溶蚀漏斗、洼地覆土层被岩溶水水流不断携带，可能产生局部地面岩溶塌陷或开裂；同时，堵水施工又是保证安全开挖的前提，因而，经过多次专家会议论证，为确保圆梁山隧道修建成功，为确保圆梁山隧道修成后的“绿色工程”，圆梁山隧道采取“以堵为主、限量排放”的原则实施各项工程技术措施。依托圆梁山隧道工程，对高压、富水、岩溶隧道进行注浆技术研究是十分必要的。[6][7][11][12][13]1.3国内外注浆技术发展现状注浆用于堵水和改良地层已有尽二百年的历史。早在1802年法国人别鲁尼第一次用撞击泵向地层中注入粘土和水凝性石膏来稳定地层；自1824年发明波特兰水泥后，1885年德国人提琴斯首先采用向岩层裂隙注入水泥浆的方法，来防止涌水取得成功，并在欧洲矿山建设中广为应用。1920年，荷兰人尤斯登发明用水玻璃-氯化钙浆液分开注入地层，利用两种浆液的化学反应加固地层。日本于1924年在旧丹那铁路隧道中，采用水泥-水玻璃混合浆液注入断层破碎带，取得了良好的效果，以后在隧道工程中广泛应用。注浆经过二百年的发展，由开始的单液注浆发展到多液注入；浆材由粘土类发展到高效无毒易注的化学类浆；设备由单一的注浆设备发展到勘测、制浆、灌注、记录、检查分析配套专用设备。工艺技术日臻完善，应用领域愈加广泛。在我国应用注浆只有几十年的历史，但真正发展是从1955年开始的。材料从水泥浆发展到水泥-水玻璃双液浆、化学浆等。工艺从单液注浆发展到双液注浆再到化学注浆，设备也从泥浆泵等代用设备发展到成套专用注浆设备。但与欧洲和日本等先进国家相比，特别是在高压注浆泵、自动记录设备方面，还存在较大差距。[14][17][22][23]1.4研究主要内容根据国内外注浆技术的发展现状，结合圆梁山隧道的具体工程及水文地质特征，依托圆梁山隧道对高压富水隧道工程主要进行以下方面内容的研究。（1）注浆施工方案的研究与制定；（2）超前地质预测预报；（3）注浆材料的选择与研究；（4）机械设备配套研究；（5）注浆施工工艺研究第二章注浆方案设计研究2.1设计依据（1）《新建铁路重庆至怀化线补充技术设计圆梁山隧道设计图（第五册，共九册）》铁道部第二勘测设计院2001.5（2）《圆梁山隧道富水区高水压地段注浆堵水实施性施工方案》中铁隧道集团有限公司2001.6（3）国家、地方及各部委相关的规范及标准（4）采用工程类比，参照其它类似注浆工程施工实际2.2注浆方案的选择标准注浆方案的选择主要是研究地层的注浆方式、注浆圈加固厚度。2.注浆方式包括预注浆和后注浆两种。预注浆是指在开挖面采取超前钻孔，通过钻孔进行注浆施工，预注浆包括全断面超前预注浆和局部超前预注浆，及探水孔预注浆；后注浆是指在开挖完成后，对开挖面不能满足工程质量要求时而采取的一种注浆措施，后注浆包括径向注浆、局部注浆和补充注浆。注浆方式的选择应以掌子面能否满足进行安全开挖施工为前提，若掌子面前方地质条件能满足安全开挖施工要求，则应首先进行掌子面的开挖施工，在开挖施工完成后进行后注浆措施，以达到注浆堵水、加固围岩的目的；若掌子面前方地质条件不能满足安全开挖施工要求，则应首先在掌子面进行预注浆措施，以达到注浆堵水、加固围岩的目的，满足隧道的安全开挖施工要求。关于注浆方式的选择标准主要参考①铁二院地质设计资料，《新建铁路重庆至怀化线补充技术设计圆梁山隧道设计图（第五册，共九册）》所提供的相关内容；②现场进行超前TSP预报资料、洞内地质素描和预测预报资料；③现场超前地质探孔预测预报等。在施工过程中，通过监控量测，根据铁二院动态设计要求，在施工中对注浆方案选择标准进行完善。圆梁山隧道注浆方式选择标准如表1所示。[2][3]注浆方式选择标准表表1方案选择标准超前预注浆方案一①可溶岩与非可溶岩接触带，断层破碎带及毛坝向斜核部；②施工中可能发生严重突水突泥等地段；③探水孔流水量≥10m3方案二①岩层接触带，物探电阻异常带；②施工中可能发生严重突水突泥等地段；③探水孔流水量≥10m3后注浆方案三①一般富水地段；②岩体完整，探水孔流水量2m3/h≤Q＜10m方案四①一般富水地段；②岩体完整，探水孔流水量2m3/h≤Q＜10m③开挖后局部有较大的流水；④初支完成后不能满足铁二院设计的排水量≤5m32.注浆圈加固厚度主要应满足开挖施工安全要求，开挖后抗水压要求。根据力学模拟计算，注浆加固圈厚度一般情况下应满足下式要求：[9][10]式中：——注浆加固圈厚度（m）；——开挖断面宽度或高度（m）。根据注浆加固圈计算公式，结合圆梁山隧道工程及水文地质特点，以及开挖施工状况，注浆加固圈厚度选择标准如表2所示。注浆加固圈厚度选择标准表表2参数值全断面超前预注浆径向注浆平导3m5m3m下导坑2m3m58正洞5m8m5m隧道开挖施工主要包括平导开挖、正洞全断面开挖、下导坑开挖，以及利用下导坑进行正洞扩挖等四种开挖型式。①平导全断面超前预注浆可根据地层中水量大小，围岩破碎状况选择注浆加固圈厚度为3m、5m两种；径向注浆加固圈厚度为3m；②下导坑全断面超前预注浆可根据地层中水量大小，围岩破碎状况选择注浆加固圈厚度为2m、3m两种；径向注浆主要是通过下导坑加固正洞开挖轮廓线外5m③当正洞采用全断面开挖施工时，正洞全断面超前预注浆可根据地层中水量大小，围岩破碎状况选择注浆加固圈厚度为5m、8m两种；径向注浆加固圈厚度为2.3设计参数注浆设计参数，主要是根据力学计算，工程类比等手段选择合理的浆液扩散半径、终孔间距、注浆段长度、止浆岩墙厚度等参数，并在施工中不断完善、优化。[4][15][16][18]2.3.1根据堵水要求和注浆加固后的抗水压要求，结合圆梁山隧道工程地质及水文地质特点，注浆材料选择采用普通水泥-水玻璃双液浆、普通水泥单液浆、和TGRM单液浆三种注浆材料。根据注浆材料的颗径尺寸，采取工程类比，浆液扩散半径选取为：=2m。在现场注浆施工过程中，可根据注浆施工中地层的吸浆能力，注浆效果的检查评定等状况，对浆液扩散半径进一步调整。2.3.2根据注浆加固交圈理论，注浆后应能形成严密的注浆帷幕，在注浆终孔断面上，根据注浆扩散半径进行注浆设计时不应有注浆盲区存在，这样，在进行注浆设计时，注浆终孔间距应满足下式要求。式中：——注浆终孔间距（m）；——浆液扩散半径（m）。2.3.3注浆段长度一般应综合考虑选择钻机的最佳工作能力、余留止浆墙厚度、根据加固圈要求进行注浆设计时盲区最小时的最佳设计孔数等等内容。根据工程类比，经过进行预设计，在进行超前预注浆施工时，注浆段长度选择为=30m。2.3.止浆岩墙主要是指在进行超前预注浆施工时，为满足抵抗注浆施工过程中注浆压力的要求而采取的止浆模式。在注浆工程施工中，除第一循环止浆岩墙采用模筑砼施工外，其它循环段止浆岩墙主要由喷射砼层（或模筑砼层）+上一注浆循环余留止浆墙共同组成。（1）第一循环注浆施工采用模筑砼止浆岩墙。止浆岩墙厚度一般按下式进行计算。式中：——止浆岩墙厚度（m）；——最大注浆压力（MPa）；——注浆断面面积(m2

)；——混凝土容重（t/m3）。上式计算结果一般偏大，在国内煤矿部门进行注浆施工时，一般采用如下经验数值。当<2MPa时，取=1m；当=2～5MPa时，取=1.5～2.0m；当=5～7.5MPa时，取=2.5～3.0m。根据计算公式，并结合国内煤矿部门的经验数据，在圆梁山隧道注浆施工中，止浆岩墙厚度按表3进行取值。止浆岩墙厚度选择标准表表3参数值注浆加固圈厚度23m5m8m平导0.8～1.0m1.0～1.5m下导坑0.5～0.8m0.8～1.0m正洞1.0～1.5m1.5～2.0m（2）自第二循环开始，当采取余留上一注浆循环止浆墙时，一般情况下，止浆岩墙厚度按下式进行计算。式中：——止浆墙厚度（m）；——注浆段长度（m）。在进行超前预注浆施工时，注浆段长度选择为=30m，由公式计算得止浆墙厚度=6～9m。一般情况下，喷射砼或模筑砼层选择标号为C20，厚度一般为30～50cm；余留止浆墙可参考计算结果，并结合尽量消除注浆盲区，减少注浆孔的布设数量的原则，采取工程类比，进行余留止浆墙的设计。2.4注浆设计根据注浆设计参数进行注浆设计。2.（1）超前预注浆（=3m）平导超前预注浆（=3m）注浆设计如图2所示，注浆孔设计参数如表4所示。注浆孔横断面布设图注浆孔终孔交圈图注浆孔纵剖面布设图图2平导超前预注浆（=3m）注浆设计图平导超前预注浆（=3m）采用MKD-5S钻机成孔，成孔直径φ90mm，钻孔深度参照注浆孔布设参数表。注浆段长度30m，注浆施工采用水囊式止浆塞进行后退式分段注浆，若地层围岩较差，出现返浆现象严重时，可采用袖阀管后退式分段注浆工艺进行注浆施工。注浆完成后开挖26.2m，余留3.8m作为下一循环注浆施工的止浆岩墙。在该注浆设计中，针对钻孔-注浆盲区，应在长管注浆完成后，应每开挖2m，采取超前小导管进行补充注浆，以提高注浆施工质量，确保开挖施工安全。[4][8]平导超前预注浆（=3m）注浆孔布设参数表表4注浆孔号开孔坐标终孔坐标偏角（度）立角（度）孔深（m）X0(cm)Y0(cm)X(cm)Y(cm)163.9279.8135.1530.22178.9224.4378.5430.23258.6124.5546.9230.24287.00.0607.00.06.10.030.25258.6-124.5546.9-263.45.5-2.730.26178.9-224.4378.5-474.63.8-4.830.2763.9-279.8135.1-591.81.4-5.930.28-63.9-279.8-135.1-591.8-1.4-5.930.29-178.9-224.4-378.5-474.6-3.8-4.830.210-258.6-124.5-546.9-263.4-5.5-2.730.211-2870.0-607.00.0-6.10.030.212-258.6124.5-546.9263.4-5.52.730.213-178.9224.4-378.5474.6-3.84.830.214-63.9279.8-135.1591.8-1.45.930.2150.0124.50.0320.00.03.730.116129.3124.5226.330.017143.50.0320.00.03.40.030.118129.3-124.5226.3-226.31.9-1.930.0190.0-124.50.0-320.00.0-3.730.120-129.3-124.5-226.3-226.3-1.9-1.930.021-143.50.0-320.00.0-3.40.030.122-129.3124.5-226.3226.3-1.91.930.0230.00.00.00.00.00.030.0（2）超前预注浆（=5m）平导超前预注浆（=5m）注浆设计如图3所示，注浆孔设计参数如表5所示。平导超前预注浆（=5m）采用MKD-5S钻机成孔，开孔直径φ130mm，开孔深度2m，开孔完成后安设φ108mm孔口管，之后，采用φ90mm钻头进行钻孔，若地层破碎，可采取前进式分段注浆工艺进行注浆施工，否则，可采取后退式分段注浆工艺进行注浆施工。钻孔深度参照注浆孔布设参数表。注浆段长度30m，注浆完成后开挖23m，余留7m注浆孔横断面布设图注浆孔终孔交圈图注浆孔布设纵剖面布设图图3平导超前预注浆（=5m）注浆设计图平导超前预注浆（=5m）注浆孔布设参数表表5注浆孔号开孔坐标终孔坐标偏角（度）立角（度）孔深（m）X0(cm)Y0(cm)X(cm)Y(cm)10.0287.00.0807.00.09.830.42124.5258.6350.1730.43238.3160.0631.05030.44281.648.1786.830.55279.8-63.9786.8-179.69.6-2.230.46224.4-178.9631.0-503.27.7-6.230.47124.5-258.6350.1-727.14.3-8.930.480.0-287.00.0-807.00.0-9.830.49-124.5-258.6-350.1-727.1-4.3-8.930.410-224.4-178.9-631.0-503.2-7.7-6.230.411-279.8-63.9-786.8-179.6-9.6-2.230.412-281.648.1-786.8179.6-9.62.530.513-238.3160.0-631.0503.2-7.56.530.414-124.5258.6-350.1727.1-4.38.930.41539.3234.0135.1530.216117.8209.3378.5474.65.05.130.217158.8160.0546.9230.318204.70.0607.00.07.60.030.319194.5-63.9546.9-263.46.7-3.830.320164.8-121.4378.5-474.64.1-6.730.32199.3-178.9135.1-591.80.7-7.830.322-99.3-178.9-135.1-591.8-0.7-7.830.323-164.8-121.4-378.5-474.6-4.1-6.730.324-194.5-63.9-546.9-263.4-6.7-3.830.325-204.70.0-607.00.0-7.60.030.326-158.8160.0-546.9263.4-7.42.030.327-117.8209.3-378.5474.6-5.05.130.228-39.3233.9-135.1591.8-1.86.830.2290.0160.00.0320.00.03.130.03079.4160.0226.330.031102.30.0320.00.04.20.030.13280.0-63.9226.3-226.32.8-3.130.1330.0-121.40.0-320.00.0-3.830.134-80.0-63.9-226.3-226.3-2.8-3.130.135-102.30.0-320.00.0-4.20.030.136-79.4160.0-226.3226.3-2.81.330.0370.00.00.00.00.00.030.0（3）径向注浆（=3m）平导径向注浆是在平导开挖完成后，垂直于开挖轮廓线环向布设φ42注浆钻孔。注浆钻孔呈梅花型布置，开孔间距1.49m，排距3.2m。根据围岩状况，当围岩条件较好时，可不安设注浆小导管，直接采用TSS止浆系统进行注浆施工；当围岩条件较差时，应进行注浆小导管的安设，利用注浆小导管进行注浆施工，加固围岩，以达到抗水压要求。平导径向注浆（=3m）注浆设计如图4所示。注浆孔横断面布设图注浆孔终孔交圈图图4平导径向注浆（=3m）注浆设计图（4）局部注浆和补充注浆局部注浆是指当探水孔出水量大于2m3/h，而小于10m3/h时，对探水孔采取的一种注浆措施。局部注浆还包括隧道开挖完成后局部出水量较大的情况，而仅对局部采取注浆措施。补充注浆是指隧道开挖后，不能满足铁二院设计的排水量2.4（1）超前预注浆（=5m）正洞超前预注浆（=5m）注浆设计如图5所示，注浆孔设计参数如表6所示。注浆孔横断面布设图注浆孔终孔交圈图注浆孔纵剖面布设图图5正洞超前预注浆（=5m）注浆设计图正洞超前预注浆（=5m）采用MKD-5S钻机成孔，成孔直径φ90mm，钻孔深度参照注浆孔布设参数表。注浆段长度30m，注浆施工采用水囊式止浆塞进行后退式分段注浆，若地层围岩较差，出现返浆现象严重时，可采用袖阀管后退式分段注浆工艺进行注浆施工。注浆完成后开挖23m，余留7m作为下一循环注浆施工的止浆岩墙。在该注浆设计中，针对钻孔-注浆盲区，应在长管注浆完成后，应每开挖正洞超前预注浆（=5m）注浆孔布设参数表表6注浆孔号开孔坐标终孔坐标偏角（度）立角（度）孔深（m）X0(cm)Y0(cm)X(cm)Y(cm)10536.401035.10.09.430.42-161.0489.2-321.1968.3-3-294.9365.3-611.6754.4-6.07.430.44-385.4213.5-824.5455.2-8.34.630.45-434.550.0-940.9108.0-6-443.5-114.7-936.8-241.6-9.3-2.430.47-410.0-285.3-832.9-577.9-8.0-5.630.48-314.9-437.2-611.7-846.1-5.7-7.830.49-160.8-510.7-313.1-987.2-2.9-9.030.4100.0-535.90.0-1036.00.0-9.530.411160.8-510.7313.1-987.22.9-9.030.412314.9-437.2611.7-846.15.7-7.830.413410.0-285.3832.9-577.98.0-5.630.414443.5-114.7936.8-241.69.3-2.430.415434.550.0940.9108.016385.4213.5824.5430.317294.9365.3611.6754.46.07.430.618161.0489.2321.1930.4190.0414.60.0756.70.06.530.220-122.1379.4-230.1715.1-2.16.430.221-245.6258.5-480.5505.8-4.54.730.222-309.5136.4-618.1272.4-5.92.630.223-340.011.1-672.721.9-24-339.7-122.6-666.6-240.7-6.2-2.330.225-301.3-265.0-555.1-448.2-4.8-3.530.226-169.1-379.4-300.4-674.0-2.5-5.630.2270.0-414.20.0-752.80.0-6.430.228169.1-379.4300.4-674.02.5-5.630.229301.3-265.0555.1-448.24.8-3.530.230339.7-122.6666.6-240.76.2-2.330.231340.011.1672.730.232309.5136.4618.1230.233245.6258.5480.55030.234122.1379.4230.1730.2350.0301.90.0422.20.02.330.036-153.2221.1-235.5340.0-1.62.330.037-233.574.8-322.6103.4-1.70.530.038-243.9-111.5-358.6-164.0-2.2-1.030.039-165.5-254.8-215.4-331.6-1.0-1.530.0400.0-301.60.0-496.60.0-3.730.141165.5-254.8215.4-331.61.0-1.530.042243.9-111.5358.6-164.02.2-1.030.043233.574.8322.630.044153.2221.1235.5340.01.62.330.0450.053.40.053.40.00.030.0460.0-120.00.0-1200.00.030.0（2）超前预注浆（=8m）正洞超前预注浆（=8m）注浆设计如图6所示，注浆孔设计参数如表7所示。注浆孔横断面布设图注浆孔终孔交圈图注浆孔纵剖面布设图图6正洞超前预注浆（=8m）注浆设计图正洞超前预注浆（=8m）采用MKD-5S钻机成孔，开孔直径φ130mm，开孔深度2m，开孔完成后安设φ108mm孔口管，之后，采用φ90mm钻头进行钻孔，若地层破碎，可采取前进式分段注浆工艺进行注浆施工，否则，可采取后退式分段注浆工艺进行注浆施工。钻孔深度参照注浆孔布设参数表。注浆段长度30m，注浆完成后开挖22m，余留正洞超前预注浆（=8m）注浆孔布设参数表表7注浆孔号开孔坐标终孔坐标偏角（度）立角（度）孔深（m）X0(cm)Y0(cm)X(cm)Y(cm)10536.401336.7014.931.02-134.7502.8-342.81297.3-414.831.13-244.4423.3-6501125.3-7.713.231.14-324.5324.5-895.2895.2-10.810.831.15-382.2220.7-1076.6621.6-137.631.16-420.7112.7-1193.4320-14.4431.07-441.10-1243.20-15031.18-443.3-118.8-1222.9-327.7-14.6-431.19-423.3-244.4-1157.6-668.4-13.8-831.210-372.7-372.7-941.6-941.6-10.7-10.731.111-270-467.6-670-1160.4-7.6-1331.012-138.5-516.7-345.5-1290-3.9-14.531.0130-535.90-13360-14.931.014138.5-516.7345.5-12903.9-14.531.015270-467.6670-1160.47.6-1331.016372.7-372.7941.6-941.610.7-10.731.117423.3-244.41157.6-668.413.8-831.218443.3-118.81222.9-327.714.6-431.119441.101243.2015031.120420.7112.71193.432014.4431.021382.2220.71076.2621.6137.631.122324.5324.5895.2895.210.810.831.123244.4423.36501125.37.713.231.124134.7502.8342.81229.3413.630.9250436.401117.5012.830.826-128.8396.5-315.1970-3.610.830.627-224.1298.2-578.5796.3-6.79.430.628-280.7204-768.4558.3-9.26.730.629-318.6103.5-890289.2-10.83.530.630-3410-973.20-11.9030.731-346.3-105.6-983.8-300-12-3.730.732-328.9-227.7-861.6-600-10.1-7.130.733-257.4-354.3-610.8-840.7-6.7-9.230.634-134.4-413.7-320.1-985-3.5-10.830.6350-435.90-1116.90-12.830.836134.4-413.7320.1-9853.5-10.830.637257.4-354.3610.8-840.76.7-9.230.638328.9-227.7861.6-60010.1-7.130.739346.3-105.6983.8-30012-3.730.7403410973.2011.9030.741318.6103.5890230.642280.7204768.4530.643224.1298.2578.5730.644128.8396.5315.19703.610.830.6450336.4081809.130.446-128.8289.7-293.5660.1-3.1730.347-193.4160-545.6451.4-6.75.530.348-22953.1-633.2146.8-7.71.830.349-248.6-56.7-797.5-182-10.4-2.430.550-243.1-194-640-510-7.5-630.451-146.7-304.5-355-737-4-8.230.4520-316.10-8180-9.530.453146.7-304.5355-7374-8.230.454243.1-194640-5107.5-630.455248.6-56.7797.5-18210.4-2.430.55622953.1633.230.357193.4160545.6430.358128.8289.7293.5660.13.1730.3590236.40501.30530.160-101202.8-299.1322.4-3.82.330.161-126.385-287.440.8-3.1-0.830.062-134.7-32.7-492.3-193.3-6.8-3.130.363-126.3-192.6-296.2-443.8-3.2-4.830.2640-196.30-6000-7.730.365126.3-192.6296.2-443.83.2-4.830.266134.7-32.7492.3-193.36.8-3.130.367126.385287.440.83.1-0.830.068101202.8299.1330.1690134.10184.60130.07000000030.071-58.9-108.4-151.9-275.4-1.8-3.230.17258.9-108.4151.9-275.41.8-3.230.1（3）径向注浆（=5m）正洞径向注浆是在正洞开挖完成后，沿开挖轮廓线径向环向布设φ90注浆钻孔。注浆钻孔呈梅花型布置，开孔间距1.6m，排距3m。采用全孔一次性注浆措施进行注浆施工。正洞径向注浆（=5（4）局部注浆和补充注浆局部注浆是当探水孔出水量大于2m3/h，而小于10m3/h时，对探水孔采取的一种注浆措施。局部注浆还包括隧道开挖完成后局部出水量较大的情况，而仅对局部采取注浆措施。补充注浆是指隧道开挖后，不能满足铁二院设计的排水量注浆孔横断面布设图注浆孔纵剖面布设图图7正洞径向注浆（=5m）注浆设计图2.4为保证圆梁山隧道的开挖施工进度，确保工期的顺利完成，在该工程施工中采取了下导坑超前开挖方案，然后进行正洞大断面的扩挖施工。针对下导坑施工方案，在高压富水区地段，首先通过采取超前注浆措施，保证下导坑的安全顺利开挖施工，然后通过下导坑采取径向注浆，加固正洞开挖断面外5m、8m（1）超前预注浆（=2m）下导坑超前预注浆（=2m）注浆设计如图8所示，注浆孔设计参数如表8所示。注浆孔横断面布设图注浆孔终孔交圈图注浆孔纵剖面布设图图8下导坑超前预注浆（=2m）注浆设计图下导坑超前预注浆（=2m）采用MKD-5S钻机成孔，成孔直径φ90mm，钻孔深度参照注浆孔布设参数表。注浆段长度30m，注浆施工采用水囊式止浆塞进行后退式分段注浆，若地层围岩较差，出现返浆现象严重时，可采用袖阀管后退式分段注浆工艺进行注浆施工。注浆完成后开挖25m，余留5m下导坑超前预注浆（=2m）注浆孔布设参数表表8注浆孔号开孔坐标终孔坐标偏角（度）立角（度）孔深（m）X0(cm)Y0(cm)X(cm)Y(cm)1032605360.04.030.122152153244322.14.130.1321503241232.12.330.04215-134307-1831.8-0.930.050-1340-3440.0-4.030.16-215-134-307-183-1.8-0.930.07-2150-324123-2.12.330.08-215215-324432-2.14.130.19015302530.01.930.010000-200.0-0.430.0（2）超前预注浆（=3m）下导坑超前预注浆（=3m）注浆设计如图9所示，注浆孔设计参数如表9所示。注浆孔横断面布设图注浆孔终孔交圈图注浆孔纵剖面布设图图9下导坑超前预注浆（=3m）注浆设计图下导坑超前预注浆（=3m）采用MKD-5S钻机成孔，开孔直径φ130mm，开孔深度2m，开孔完成后安设φ108mm孔口管，之后，采用φ90mm钻头进行钻孔，若地层破碎，可采取前进式分段注浆工艺进行注浆施工，否则，可采取后退式分段注浆工艺进行注浆施工。钻孔深度参照注浆孔布设参数表。注浆段长度30m，注浆完成后开挖2下导坑超前预注浆（=3m）注浆孔布设参数表表9注浆孔号开孔坐标终孔坐标偏角（度）立角（度）孔深（m）X0(cm)Y0(cm)X(cm)Y(cm)1032606360.05.930.221702813285483.05.130.232151625252715.92.130.242150525-695.9-1.330.25215-134394-3003.4-3.230.1675-134139-3031.2-3.230.17-75-134-139-303-1.2-3.230.18-215-134-394-300-3.4-3.230.19-2150-525-69-5.9-1.330.210-215162-525271-5.92.130.211-170281-328548-3.05.130.212801891583351.52.830.0131080283443.30.830.114000200.00.430.015-1080-28344-3.30.830.116-80189-158335-1.52.830.0（3）径向注浆（=5m）下导坑径向注浆是在下导坑开挖完成后，通过采用MKD-5S钻机径向布设φ90mm注浆钻孔。采用止浆塞进行径向注浆，下导坑径向注浆（=5m）注浆设计如图10所示。注浆孔布设参数如表10注浆孔横断面布设图注浆孔纵剖面布设图图10下导坑径向注浆（=5m）注浆设计图下导坑径向注浆（=5m）注浆孔布设参数表表10注浆孔号开孔坐标终孔坐标偏角（度）立角（度）孔深（m）X0(cm)Y0(cm)X(cm)Y(cm)10480014390.030.019.2294.7467.2351.41363.98.828.119.03175.0434.1636.41157.915.522.818.74225.0369.1829.4882.120.016.218.45225.0277.7936.7570.06225.0200.0956.2218.17225.094.9893.1-51.521.9-4.718.08225.00.0733.3-329.417.0-10.717.79137.10.0475.1-537.711.5-17.617.81045.70.0162.9-634.24.0-20.917.811-45.70.0-162.9-634.2-4.0-20.917.812-137.10.0-475.1-537.7-11.5-17.617.813-255.00.0-733.3-329.4-16.1-10.817.614-225.094.9-893.1-51.5-21.9-4.718.015-255.0200.0-956.2259.2-22.91.918.016-225.0277.7-936.7570.0-17-255.0369.1-829.4882.1-19.116.318.318-175.0434.1-636.41157.9-15.522.818.719-94.7467.2-351.41363.9-8.828.119.01＇46.9476.9180.21419.94.629.519.12＇134.3476.9505.71274.612.625.118.83＇213.3453.7743.91025.017.718.218.34＇225.0409.2893.1731.921.910.218.25＇225.0323.4956.5417.823.83.018.26＇225.0232.0935.1102.523.2-4.118.17＇225.0140.6825.9-199.419.9-10.918.08＇182.849.2612.4-446.614.5-16.117.89＇91.40.0322.5-599.17.9-19.717.810＇0.00.00.0-646.00.0-21.317.811＇-91.40.0-322.5-599.1-7.9-19.717.812＇-182.80.0-612.4-446.6-14.5-14.617.713＇-225.049.2-825.9-199.4-19.9-8.017.814＇-225.0140.6-935.1102.5-23.2-1.218.115＇-225.0232.0-956.5417.8-23.85.818.216＇-225.0323.4-893.1731.9-21.912.918.417＇-213.3409.2-743.91025.0-17.719.518.518＇-134.3453.7-505.71274.6-12.625.818.919＇-46.9476.9-180.21419.9-4.629.519.1（4）径向注浆（=8m）下导坑径向注浆（=8m）是在下导坑开挖完成后，通过采用MKD-5S钻机径向布设φ108mm注浆钻孔。采用止浆塞进行径向注浆，下导坑径向注浆（=8m注浆孔横断面布设图注浆孔纵剖面布设图图11下导坑径向注浆（=8m）注浆设计图下导坑径向注浆（=5m）注浆孔布设参数表表11注浆孔号开孔坐标终孔坐标偏角（度）立角（度）孔深（m）X0(cm)Y0(cm)X(cm)Y(cm)104800.017390.037.220.8294.7467.2434.61654.511.635.020.73175.0434.1801.81417.320.729.020.34225.0369.11063.21080.526.820.919.95225.0277.71216.5694.530.812.219.86225.0186.31258.1219.67225.094.91187.7-116.130.1-6.319.38225.00.0986.7-493.624.6-15.118.99137.10.0635.0-792.116.7-24.619.11045.70.0217.5-929.45.9-29.119.111-45.70.0-217.5-929.4-5.9-29.119.112-137.10.0-635.0-792.1-16.7-24.619.113-225.00.0-986.7-493.6-24.6-15.118.914-225.094.9-1187.7-116.1-30.1-6.319.315-225.0186.3-1258.1289.2-31.93.019.616-225.0277.2-1216.5694.5-30.812.219.817-225.0369.1-1063.21080.5-26.820.919.918-175.0434.1-801.81417.3-20.729.020.319-94.7467.2-434.61654.5-11.635.020.71＇46.9476.9222.21717.56.036.620.82＇134.3453.7631.31552.216.732.420.53＇213.3409.2944.71258.123.825.120.04＇225.0323.41153.8891.429.216.619.95＇225.0232.01251.2492.731.77.619.76＇225.0140.61237.386.331.4-1.619.57＇225.049.21105.1-314.827.9-11.019.18＇182.80.0821.0-663.521.0-20.519.09＇91.40.0430.7-879.711.6-27.419.110＇0.00.0-946.00.0-29.70.019.111＇-91.40.0-430.7-879.7-11.6-27.419.112＇-182.80.0-821.0-663.5-21.0-20.519.013＇-225.0492.0-1105.1-314.8-27.9-23.220.414＇-225.0140.6-1237.386.3-31.4-1.619.515＇-225.0232.0-1251.2492.7-31.77.619.716＇-225.0323.4-1153.8891.4-29.216.619.917＇-213.3409.2-944.71258.1-23.825.120.018＇-134.3453.7-631.31552.3-16.732.420.519＇-46.9476.9-222.21717.5-6.036.620.82.4隧道出口段DK358+900～DK362+530穿越桐麻岭背斜段，注浆堵水主要解决溶洞涌水和裂隙出水两种出水情况。（1）裂隙出水点注浆方案对开挖过程中遇到的岩溶裂隙面出水或砂岩裂隙面状出水，采取“围截注浆法”注浆堵水。首先在出水点周围适当范围内布孔注浆，以形成封闭式止水帷幕，浆液首先充填与大裂隙连通的小裂隙，一方面加固了该部分的围岩，另一方面又有利于提高该部分围岩的抗水压能力。这样从远到近，由外至里，层层缩小包围圈，在注浆深度范围内使岩溶裂隙水和砂岩面裂隙面状水成为管道型涌水，最后集中在出水口作逆流注浆，这样浆液扩散更有方向性，沿大裂隙逆流而上到达更深远的地层，从而达到注浆堵水的目的。（2）溶洞涌水注浆方案溶洞涌水注浆有两种情况：第一种情况是根据地质超前预报及超前探水确定在工作面前方存在溶洞，从而在开挖前需要进行注浆堵水处理；第二种情况是在开挖过程中遇到了岩溶管道涌泥涌水，从而需要立即进行注浆堵水处理。针对第一种情况即在开挖前已判明工作面前方存在溶洞的，首先应根据地质超前预报和超前探水孔提供的资料，分析溶洞的位置、范围、溶洞水的流量和压力。然后根据溶洞水的流量和压力设置若干个分流孔减少流量和水压，分流孔尽可能向水源方向钻进和溶洞交汇，以确保能够封堵水源。分流孔钻设完毕后，在孔口安设孔口管，管与孔壁之间用堵水材料有效封堵，最后进行注浆堵水。针对第二种情况即在开挖过程中遇到的岩溶管道涌泥涌水，一般在出水口附近钻2～4个分流孔以减少流量和水压，当涌水量及压力较大时，应视具体情况再增设l～2个分流孔，分流孔在一定深度内(3～l0m)与溶洞或溶隙交汇。再在出水口及分流孔孔口安设孔口管，并对孔口管与孔壁之间用堵水材料有效封堵，最后进行注浆堵水。由于裂隙出水和溶洞涌水的现场情况干差万别，因此在遵循上述原则的前提下，应根据遇到的每一个实际情况，再制定有针对性的详细注浆设计，确保注浆质量。第三章超前地质预测预报为保证圆梁山隧道的安全正常顺利施工，有效地采取针对性措施，确定并选择有效的注浆施工方案，为动态设计提供理论性指导，在圆梁山隧道施工中采取四种地质超前预测预报手段，即红外线超前地质预测预报、TSP超前地质预测预报、超前探水孔钻探和地质述描综合判断等。3.1红外线超前地质预测预报红外线超前地质预测预报是目前较为先进的地下水预报方法之一。在煤碳系统已有所应用，取得了较好的应用效果。3.1把含水裂隙、含水构造、含水体作为寻找对象场源时，场源所形成的场要远远大于场源本身，当我们由远而近接近场源（含水构造等）时，仪器显示屏上的读数值会发生明显变化。在工程现场，当掌子面前方存在含水构造时，含水构造产生的异常场会迭加到掌子面后方的正常场上，产生场的畸变，由于到场源的距离不同，畸变后的场强亦不同，在数据曲线上表现为突变。而当掌子面前方没有含水构造时，由掌子面到其后一定距离内所测的红外辐射场场值均为正常场值，为一常数，其数据曲线表现为一近似直线。3.1.22002-2-1，在圆梁山进口平导中应用红外探测仪在里程PDK354+244.5进行了红外线超前探水测试。根据测试数据绘制测试结果如图12、图13所示。图12掌子面场强分布图由图12、图13可以得到如下结论。（1）由图12掌子面场强分布图可知，所测掌子面红外辐射场强值其最大值为675μW/cm2，最小值为661μW/cm2，则红外场强差值为14μW/cm2，大于仪器所取的安全值10μW/cm2，由于红外场强差值较大，且掌子面探测数据以左上右下对角线分为大、小数值区，根据仪器原理与以前探测经验，可判断前方地质体为非均质构造，发育有含水构造等异常体，而且主要集中在右下角。（2）由图13纵向场强分布图线图可以看出：由掘进后方，向掌子面方向，红外探测曲线的辐射场强值平稳中有起伏，在整体上表现为缓慢增大，没有突变，基本正常。根据上述（1）、（2）两种判别方法，并结合现场开挖所揭露的围岩、和已经出露的地下水情况，经过综合分析，确定被探掌子面前方里程PDK354+244.5~PDK354+274.5段有发生涌突水的可能。图13纵向场强分布图线图3.2TSP超前地质预测预报TSP202超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的、目前世界上在这个领域最先进的设备，它是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掌子面前方及周围临近区域的地质情况。TSP202超前地质预报具有以下特点：（1）适用范围广。TSP202超前地质预报适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况。它是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掌子面前方及周围临近区域的地质情况。（2）预报距离长。能准确预报掌子面前方100～350m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大．它的接收器系统是获得专利的双轴传感器，具有6个超灵敏加速计，能接收到极其微弱的地震波反射信号。（3）对隧道施工干扰小。它可在隧道施工间隙进行，即使专门安排此项工作，也不过一个小时左右。它的接收器和炮眼不是在掌子面上，而是在掌子面附近的边墙上，打接收器孔和炮眼时不影响正常的隧道掘进，而是在接收信号时为减少噪音干扰做短暂停工。（4）提交资料及时。在现场采集数据的第二天即可提交正式成果报告。它设计了一套专用处理软件，将复杂多解的波形分析转换为直观的单一解的波形能量分析图．将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，就可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质体相对于隧道的空间位置，计算机就会自动绘出弹性波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。3.2.1TSP202超前地质预报系统不是在掌子面上，而是在掌子面附近的边墙上布置接收器孔和炮眼（如图14所示）。一般情况下布设24个炮眼和1个接收器孔，接收器孔距最近的一个炮眼20m，炮眼间距1．5m。洞内采集数据时24个炮眼依次进行微弱爆破，数据记录器依次记录每炮接收器接收到的地震波信号。图14TSP超前地质预报孔位布置图3.2.在平导PDK354+085～+265进行了TSP超前地质预测预报，预报结果如图15所示。根据预报结果图进行如下判断分析：图15TSP超前地质预测预报结果（1）PDK354+085～+109段有明显表示岩体由硬变软的反射信号，围岩级别与目前掌子面处基本相同，为Ⅱ级。（2）PDK354+099～+155段有多条明显的较为杂乱的反射信号，岩体完整性差，节理裂隙发育，富含地下水。结合超前钻探及区域地质资料，该段为茅口组与吴家坪组含炭泥岩、煤层、铝土质泥岩的接触带，同时也为吴家坪组含炭泥岩、煤层、硅质灰岩的接触带，两个接触带是地下水较活跃的地方，溶孔、溶隙可能较为发育，同时泥岩遇水软化，围岩级别降低，本段围岩级别以Ⅵ级为主，局部为Ⅴ级。（3）PDK354+155～+265段有几条弱反射信号，岩体完整性较好，围岩级别为Ⅲ级。3.3超前探水孔钻探3.3.1平导超前探水孔在平导开挖面布设，根据机械配置特点，平导超前探水孔共布设4个，其中2个位于上部拱腰处，另2个位于边墙部位。平导超前探水孔采用MKD-5S、MKD-3S地质钻机施做，钻孔直径φ90mm。探水孔探水段长30m，探水孔终孔位于隧道开挖轮廓线外0.5m～1.5m（在一般区域选择为1.5m横断面布设图纵剖面布设图图16平导超前探水孔设计图平导超前探水孔布设参数表表12序号编号开孔坐标(mm)终孔坐标(mm)角度(度)钻孔深度(m)X0Y0XY偏角立角1探1-124214-171.5295.9-0.911.5630.12探2-2470-3420-1.8030.13探3247034201.8030.14探4124214171.5295.90.911.56（1）探孔前掌子面状况2002-1-31，在PDK354+244.5～+274.5段施作超前地质探孔前，掌子面拱顶偏左侧有一竖向张裂隙，裂隙自拱部开始向下延伸30～50cm长，宽度2～4cm，断裂处流水量为10m3图17探孔前掌子面（PDK354+244.5）状况图（2）探水孔施工过程及状况①2002-2-10:②在探水孔施作过程中，首先探1#、探2#孔分别钻至6m、7.5③在继续钻孔过程中，探3#孔钻至15m时钻孔内出现涌水、涌泥，开始时表现为混浊水，含有部分角砾石，然后继续钻进时，顺钻杆周壁流出塑状粘泥，钻进速度极快，此现象持续10min。之后，又表现为涌水（混浊状）现象。钻至27m时，岩层开始变硬。④在探3#出现涌水、涌泥后不久，探4#孔钻至12m左右，也表现为涌水、涌泥现象，至接近终孔时（30.2⑤探2#钻孔钻进过程中未表现出涌水、涌泥现象。钻进过程表明岩体结构较完整，坚硬。⑥探1#孔最后结束，钻至18m时钻进速度较快，也表现出涌水、涌泥现象，并由钻孔状况可明显看出探1#孔和探4#孔连通性极强。⑦钻孔过程中测试掌子面探测里程段内探测孔总涌水量为35m3/h左右。钻探结束后，各孔涌水量依次为1#、2#探孔基本无水，3#探孔涌水量为15m3/h，4#探孔涌水量为3.4地质述描综合判断地质述描综合判断是根据已开挖的地质状况，并结合红外线超前探水预测预报、TSP超前地质预测预报，以及超前探水孔钻探等技术手段，并参照设计单位提供的地质资料，经综合分析得出相应的可靠性结论，从而有效地对施工进行指导。例如在平导PDK354+255.8~+274.5段就是通过各种预测手段综合判断后得出了可靠的结论：圆梁山隧道进口平导PDK354+255.8~+274.5地段里程范围内发育一贯通性强、宽约12m~15m的大型溶洞，内含大量淤泥、砾石，富水。该溶洞构造通过四个超前探水孔的涌水量累计为30～60m3/d，水力联系较强，水头压力可能受淤泥阻挡未完全表现。地层岩性为泥岩和灰岩的接触带，岩体破碎、裂隙发育、自稳能力较差。根据地层岩性判断，该套地层可能处于吴家坪组地层向长兴组地层过渡的地段。针对红外线超前探水预测预报、TSP超前地质预测预报，以及超前探水孔钻探等技术手段，经过圆梁山隧道现场研究应用，其特点及适用性比较如表13所示。超前预测预报手段比较表表13预测手段优点缺点红外线超前探水○可有效地预报较大涌水的存在。○操作简单，易行。○不占用开挖时间，不影响施工。○费用低。○当地层含水量不大时，准确性较差。○预报距离较短。TSP超前地质预报○能有效地反映大型断层构造。○预报距离长。○占用开挖时间少，基本不影响施工。○费用较高。○对地下水构造反映不明显。○对岩溶管道反映不明显。超前探水孔钻探○对地下水及岩溶构造判断准确性最高。○操作简单，易行。○费用低。○占用开挖时间，对施工有影响。根据以上比较，利用其优缺点，其三种预测预报手段可根据工程需要选择采用。在圆梁山隧道工程中，根据工程的重要性，采取了三种综合手段，取得了较好的地质预报结论。第四章注浆材料研究根据圆梁山隧道注浆堵水及地层加固的要求，从可行性、可靠性、无毒性污染、可操作性强等特点综合考虑，选择采用三种注浆材料。即：普通水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆、TGRM单液浆。普通水泥单液浆主要用于在地下水量不太丰富的条件下施作径向注浆加固时采用；普通水泥-水玻璃双液浆主要用于在地下水量较大，严重影响到开挖施工时采用，其主要作用是注浆堵水，一般在超前预注浆时采用；TGRM单液浆主要利用其抗压、抗剪强度高，耐久性好等特点，用于正洞的8m加固段，以及溶洞区域。4.1普通水泥-水玻璃双液浆普通水泥-水玻璃双液浆是地下工程施工中常用的注浆材料，该材料用于堵水施工时，可靠性极高，对于普通水泥-水玻璃的性能而言，国内外许多科研单位已经在室内做过了深入的研究，目前该材料已在国内外重大工程施工中被广泛采用。[19][20][21][22]受原材料的影响，可能在施工中普通水泥-水玻璃双液浆的性能会发生微小的变化，对于施工应用而言，需要进行现场中间试验，测试注浆材料的凝胶时间，从而根据机械配制状况、工人的熟练程度、工艺的要求进行现场注浆材料配比的选择。4.1.12001-7-7～2001-7-8对现场提供的材料进行普通水泥-水玻璃双液浆中间试验。（1）原材料水泥：P·O32.5R和P·O42.5R三峡牌普通硅酸盐水泥水玻璃：浓度38Be′，模数不详缓凝剂：Na2HPO4工业用品水：现场用水（2）测试数据中间试验测试数据如表14。中间试验测试数据表表14水泥种类配比参数材料用量凝胶时间W:CC:S水玻璃浓度（Be′）缓凝剂掺量(%)水泥浆（ml）水玻璃（ml）缓凝剂（g）P·O42.50.6:11:0.33050015011.0″P·O42.50.6:11:0.53040020013.3″P·O42.50.6:11:0.73028620016.6″P·O42.50.6:115″P·O42.50.6:11:0.33550015012.3″P·O42.50.6:11:0.53540020013.1″P·O42.50.6:11:0.73528620017.0″P·O42.50.6:110″P·O42.50.8:11:0.33050015014.4″P·O42.50.8:11:0.53040020019.1″P·O42.50.8:11:0.73028620023.0″P·O42.50.8:118″P·O42.51:11:0.33050015015.9″P·O42.51:11:0.53040020020.4″P·O42.51:11:0.73028620024.4″P·O42.51:115″P·O42.51.5:11:0.33050015025.5″P·O42.51.5:11:0.53040020032.7″P·O42.51.5:11:0.73028620038.0″P·O42.51.5:114″P·O32.50.6:11:0.33050015010.4″P·O32.50.6:11:0.53040020015.2″P·O32.50.6:11:0.73028620020.4″P·O32.50.6:112″P·O32.50.8:11:0.33050015014.6″P·O32.50.8:11:0.53040020018.6″P