铁路隧道工程不良地质控制措施

铁路隧道工程不良地质控制措施顺层、浅埋、断层破碎带地段施工技术措施施工前必须根据超前钻孔及地质预报资料确定方案后，再开始下一循环施工。施工时根据开挖后掌子面围岩的具体情况，及时调整施工方案和支护参数，防止涌水和塌方。开挖的各施工工序之间的距离宜尽量缩短，并尽快地使用全断面衬砌封闭，以减少岩层的暴露、松动和地压增大。适当增加监控量测频率，及时掌握围岩的各种动态反馈信息，为下一循环施工提供可靠的技术参数，确保整个断层地段施工的安全与平稳。断层破碎带一般富水，采用超前管棚注水泥浆通过；水量过大时，也可考虑注入化学浆液堵水，注浆材料应选用普通水泥浆、TGRM浆，如局部出现漏浆可采用发泡注浆抢堵剂进行封堵。当断层破碎带的长度较长、水量较大时，为防止突水突泥，可采用注浆等措施进行堵水和围岩预加固。在断层破碎带及其影响带范围内由于地质条件比较差，岩体破碎，施工时易引起塌方，预防塌方首先要做好地质预报工作，掌握地质情况，选择安全、合理的施工方法和制定可靠的保证措施。在施工过程中要做到以下几点：先排水：在施工前和施工中采取相应的防排水措施，尽可能将隧道外之水堵截于隧道之外，特别是软弱岩层和围岩破碎地段。管超前、严注浆：开挖前打设超前管棚，并注浆加固围岩，然后再开挖。短开挖：各工序间的距离要尽量缩短，以减少围岩暴露时间。弱爆破：在爆破时，要用浅眼、密眼，并严格控制用药量。强支护：每步开挖后要及时进行初期支护，针对地压情况，选定合理的支护厚度，确保支护结构有足够的强度。快封闭：衬砌工作须紧跟开挖工作面进行，力求衬砌尽快成环。勤检查、勤量测：加密监控量测频率，发现围岩变形较大或异状，立即采取有效措施及时处理隐患。涌、突水地段施工技术措施⑴涌水地段地质预报利用地震波反射法(TSP203)、红外探水、地质雷达、常规地质法等方法，对施工掌子面前方30～100m范围内的山体进行探测，结合各种探测资料分析前方围岩情况、是否有潜水、水源补给、水质、涌水量大小、突水压力等情况。通过正洞已开挖地段实测涌水量来推断未开挖地段的涌水量。当采用物探法探测前方有可能出现涌水时，利用水平钻机钻孔，探测前方可能发生涌水的情况。⑵施工原则 严格按照“以堵为主、限量排放”的原则进行施工，具体方法是：采用帷幕注浆、超前导管、管棚，堵塞渗水通道，降低围岩的渗透系数，控制地下水流失。将绝大部分地下水尽可能封堵在围岩外，少量水由隧道排放，避免洞内出现大量水而影响施工。对于间隙性涌水采用泄水孔进行排水。配足大型抽水设备，以备施工段发生突水时急用。⑶开挖方法开挖采用大拱脚台阶法开挖或中隔壁法开挖，减少一次进入断层或富水段的工作面积。开挖时尽可能采用机械开挖，不宜采用爆破开挖，若必须采用爆破开挖时，坚持多打眼、少装药的弱爆破施工技术，减小对围岩的扰动。上部断面开挖时，工作面水平钻机超前探水孔深30～50m，进行泄水，然后再进行开挖。⑷注浆封堵施工为防止突水突泥，采用帷幕注浆等措施进行堵水和围岩预加固。帷幕注浆施工方案注浆方式采用超前预注浆、后注浆、局部注浆、补注浆四种方式相结合，基本注浆方案分为下列几种：①超前预注浆：隧道开挖后全断面径向注浆，每循环长度15m，固结范围为开挖轮廓线外4m，施工时根据实际地质情况进行调整。②后注浆：待每个环节注完后，可钻2～3个检查孔检查注浆效果，如未达到预期效果，应以小导管压注补充注浆。③局部注浆：洞室开挖后，如果局部还有漏水，可进行局部直接暴露注浆。④补注浆：上述三种注浆方式实施后，仍未达到设计要求时，根据实际情况选择上述注浆方式一种或几种进行补充注浆。⑤注浆材料：注浆材料选用普通水泥浆、TGRM浆，如局部出现漏浆可采用发泡注浆抢堵剂进行封堵。⑸涌水突泥的应急处理措施如果突涌水处理不当或处理不及时，大量的涌水将淹没开挖面，甚至造成人员、设备的损失，处理工作费时费力费钱，并延误工期。为此制定以下几种应急预案，并准备好相应的材料和设备。①快速封堵当钻孔推进中遇到涌水，但涌水量不大压力不高时，钻杆不拔出，随即在孔口插小直径注浆管，实施顶水预压(采用凝胶时间短的水泥－水玻璃双液浆)，将钻孔已施钻部分封住，不让水涌出。然后在其周围另行钻孔实行前进式注浆，即钻一段注一段，逐步推进。②增设混凝土止浆墙分流减压注浆当钻孔施钻过程中，孔内涌水大、压力高，出现突然涌水时，按以下步骤处理：涌水孔孔口紧贴开挖面设钢管汇水引流，将涌水的大部分从钢管内引排至排水沟；在孔口钢管四周拼组木箱，作为涌水散流部分的汇水箱，以免影响第一段混凝土止浆墙的浇筑质量。沿隧道轴向紧贴撑子面分两段浇筑混凝土止浆墙。第一段，紧贴开挖面浇筑，厚度2.5m左右；并在汇水木箱内布置３根φ89钢管作为涌水的补充引流管；第二段止浆墙厚度2m左右。墙内预埋周边注浆管，注浆封堵止浆墙与开挖面之间的空隙，防止止浆墙漏浆。在止浆墙上布孔施钻，并从下而上逐管前进式分段压浆。先注水泥浆，后注双液浆。压浆时除注浆孔，其他孔开闸放水减压。压注最后一个涌水孔时，其他孔的管口闸阀均关闭，对该孔实施高压顶水压浆方法封堵。③编织袋封堵在施工中预先准备一定数量装好碎石砂的编织袋，在施工中遇到突水涌泥情况时，先用袋装碎石对突泥进行封堵拦截，并根据情况采取迂回排水法或帷幕注浆堵水，并根据突水涌泥对围岩的扰动情况，采用长大管棚、型钢拱架等强支护措施，掩护开挖。防止围岩失稳和坍塌施工技术措施⑴围岩坍方前兆围岩的变形破坏、失稳坍方，是一个从量变到质变的过程。在量变过程中，围岩的工程水文地质特征及岩石力学特性会反应出一些征兆。根据这些征兆可预测围岩的稳定性，进行地质预报，采取相应措施，保证施工安全，防止隧道坍方。围岩的变形破坏、失稳坍方，有以下一些征兆：=1\*GB3①水文地质条件的变化。如干燥围岩突然出水、地下水突然增多、涌水量增大、水质由清变浊等都是即将发生坍方的前兆。=2\*GB3②拱顶不断掉下小石块，甚至较大的石块相继掉落，预示着围岩即将发生坍方。=3\*GB3③围岩节理面裂缝逐步扩大，很可能要发生坍方。=4\*GB3④支护结构变形（钢架接头挤偏或压劈、喷射混凝土出现明显裂纹或剥落等），甚至发出声响，有坍塌的可能。=5\*GB3⑤围岩或支护结构拱脚附近的水平收敛率大于0.2mm/d或拱顶下沉量大于0.1mm/d，并继续增大时，说明围岩仍在发生变形，处于不稳定的状态，有可能出现失稳坍方。⑵隧道坍方预防措施=1\*GB3①做好超前地质预报工作。对开挖面前方地层进行探测预报，判明地层和含水情况，为超前支护和止水提供依据，及时修改或加强超前支护和支护参数。尤其是施工开挖接近设计探明的富水带时，要认真及时地分析和观察开挖工作面岩性变化，遇有探孔突水、突泥、渗水增大和整体性变差等现象，及时调整施工方法。=2\*GB3②加强施工监控量测，实行信息化施工。对地表沉降、拱顶下沉、围岩收敛进行量测，及时对数据进行整理分析，及时反馈于设计和施工，及时优化设计参数和施工方法。当量测数据表明围岩收敛变形接近控制标准的警戒值时，尽快采取加强措施进行加固，抑制变形，防止因变形突变引起坍塌。=3\*GB3③据不同地质情况和开挖方式，采用超前小导管预注浆加固地层的超前支护措施，注浆选材视不同岩层和地下水情况采用水泥浆，通过注浆加固周边围岩，提高其自承能力，减少围岩松弛变形。=4\*GB3④视不同围岩情况，分别采取大拱脚台阶法开挖或中隔壁法开挖方法。分步开挖时，支护要及时闭合成环，每一环支护均施作锁脚锚杆，加强支护，防止拱脚下沉和内移，引起过大变形，导致拱部岩层坍塌。=5\*GB3⑤严格控制开挖工序，尤其是开挖进尺，杜绝各种违章施工。控制爆破装药量，减小对软弱破碎围岩的扰动。=6\*GB3⑥保证施工质量。超前预注浆固结止水、钢架制作、支护和衬砌混凝土质量必须符合设计及规范要求。=7\*GB3⑦施工期间，洞口应常备一定数量的抢险材料，如方木、型钢钢架等，以备急用。=8\*GB3⑧有下述现象发生时：围岩量测所反映的围岩变形速度急剧加快。围岩面不断掉块剥落。支护喷混凝土表面龟裂、裂缝或脱皮掉块，钢架严重变形。掌子面节理裂隙中渗水量或涌水量明显加大。发生以上现象时，应先撤出工作面施工人员和机械设备，指定专人观察和进行加固处理后，确认险情排除方可恢复工作面施工。⑶隧道塌方发生后，处理步骤如下：①加固塌体两端原有支护，防止塌方范围继续扩大；②先行清除或锚固塌方范围内顶部或侧壁危石及大裂缝；③采用超前大管棚或超前小导管进行注浆加固；④采用分部短进尺开挖及支护；⑤施作仰拱和二次衬砌。对于坍穴高度较大的塌方，采用施作护拱，坍穴内吹砂填充，然后注水泥浆加固。岩溶地段施工技术措施在施工岩溶地段前，必须根据设计文件的地质资料、超前预报资料和现场实际，查明岩溶分布范围、类型情况（大小、有无水，溶洞是否在继续发育、以及其填充物）、岩层的稳定程度和地下水流情况（有无长期补给来源、雨季水量有无增长）等，对岩溶裂隙地层较富水地段，采用注浆堵水、限量排放，分部开挖，及时封闭，加强量测，注意安全。对隧道穿越溶洞地段分别以引、堵、越等措施进行处理。注浆堵水采用综合超前地质预测与预报手段确定注浆地段，通过注浆封闭加固，提高岩体完整性使其成为具有一定承载能力的结构体，形成围岩注浆固结圈，以限制排水量，实现控制排放，并与喷锚支护一起共同保证施工期间洞室稳定及安全。注浆方式采用超前预注浆、后注浆、局部注浆、补注浆四种形式。超前预注浆，每一循环长度30m，注浆加固范围为：正洞为衬砌轮廓线外5～8m；后注浆为开挖后全断面径向注浆加固支护；局部注浆分为：局部超前注浆、开挖后局部径向注浆等几种。根据超前地质预报探明的局部岩溶实际分布（定位、定量）或开挖后地下水渗流状态分别采用。补注浆为按上述三种注浆方式实施后，仍未达到设计要求时，根据实际情况选择上述注浆手段一种或多种补充注浆。在注浆实施过程中，根据地质超前预报及揭示的地质信息。注浆工艺、注浆效果及浆液的可能性、结石强度、耐久性及注浆前、后承压、水量变化特征等注浆施工资料和相关科研阶段成果适时对注浆方式、注浆范围、注浆标准、注浆材料等予以调整。引、堵、越等技术措施引排水:当溶洞有水流时,不得堵塞水流通道。查明水源流向及其与隧道位置的关系后,采用暗管、涵洞、盲沟等设施进行疏导。堵填：对已停止发育、跨径较小、无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置关系及其填充情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭，根据地质情况决定是否需要加深边墙基础。拱部以上空洞采用喷锚支护加固，或加设护拱及拱顶回填的办法处理。该措施必须慎重选择。跨越：当溶洞较大较深时，采用梁、拱跨越。但梁端或拱座应置于稳固可靠的基岩上，必要时用圬工加固。隧道在不同的部位遇到溶洞的跨越措施：当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，则加深该侧的边墙基础通过。当隧道底部遇到较大溶洞并有水流时，在隧道底部以下砌筑浆砌片石支墙，支撑隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水。当隧道边墙遇到较大、较深的溶洞时，在边墙或隧道底部以下筑拱跨越。当隧道中部及底部遇到深狭的溶洞时，加强两边墙基础，并根据情况设置墩台架梁通过。绕行：施工中遇到一时难以解决处理的溶洞时，采取迂回导坑绕行溶洞区，继续隧道施工，再行处理溶洞。溶洞地段隧道施工注意事项⑴加强地质探测与预报。施工过程中必须进行综合详细的地质超前预报工作，调查清楚岩溶的大小和其他发育情况，根据其类型确定正确的处理方案。⑵保证施工期间的安全。充分体现以人为本的理念，确保施工安全，在施工过程中，喷锚支护及开挖面应在无水压和低水压的状态下施工。在进入高水压地段之前，进一步加强工作面前方地质超前预测预报，施工中根据富水情况及水压大小，采用超前帷幕注浆或限量管道排放等手段降低工作面水压，并在开挖时严格遵循“先预报、短进迟、控爆破、快封闭、早支护、勤量测”的原则。⑶保证隧道支护安全和运营期间的使用安全。施工中注意检查溶洞顶板，及时处理危石。当溶洞较高时，应设置施工防护排架或钢筋防护网。在溶蚀地段的爆破作业，应尽量做到多打眼，打浅眼，并控制药量。在溶洞充填体中掘进时，加强超前支护措施，必要时采取预注浆加固地层。溶洞未做出处理方案前，不要将弃渣随意倾填于溶洞中。采用高强度抗水压钢筋混凝土衬砌，在该段不设盲沟和泄水孔，防水层全环铺设，并在衬砌两端设止水隔离带,使高压水安全封堵在衬砌之外。⑷保证地表生态环境不受或少受影响。为防止隧道施工可能造成的地下水严重流失，导致生态环境遭到破坏，做好地表水、出水点的观测工作，必要时对地表进行处理。对暗河地段施工排水采用“以堵为主，限量排放”的原则，尽量维系岩溶暗河的既有通路，使地下水恢复到原有水位。穿越瓦斯地层段施工技术措施部分隧道施工过程中存在有害气体逸出的可能，应加强通风及瓦斯检测。瓦斯及有害气体采用的具体防治措施如下：⑴加强瓦斯检测施工中设专人检查瓦斯含量，定时测量，在钻眼、装药、放炮前和放炮后四个环节上搞好瓦斯巡回检测工作，瓦斯检查按《铁路瓦斯隧道技术规范》及《煤矿安全规程》有关规定执行。⑵加强施工通风隧道在掘进过程中，预防瓦斯燃烧与爆炸的主要措施是加强施工通风以降低瓦斯浓度，使其在允许值之下。为此配备双回路电源和备用风机，风管采用阻燃和搞静电的双抗风管，瓦斯含量高时，配备两套独立的通风机，必要进工作面局部扇风机进行通风，同时加强洞喷雾洒水等防尘措施，施工通风和瓦斯监测按《铁路瓦斯隧道技术规范》的要求办理。⑶防止瓦斯喷出及突出在掘进工作面的前方或两侧钻孔，探明是否有断层、裂缝和溶洞及其分布位置、瓦斯贮存情况，以便采取相应措施。①排放瓦斯：瓦斯含量不大时，使其自然排放；当瓦斯含量大，喷出强度大，持续时