断层破碎带施工方案

改建铁路南平至龙岩线扩能改造工程站前VI标(NLZQ-VI标)（DK154+081.9DK194+835.47）段九鹏溪隧道DK178+593拱部塌方施工方案 中国水利水电第三工程局南龙铁路NLZQ-6标项目经理部二一五年十二月十八日目录一、编制范围和编制原则11.1 编制范围11.2 编制原则1二、工程概况2三、总体施工方案43.1 3m超前预注浆53.2 3m径向围岩注浆123.3 超前小导管153.3 管棚20四、成立断层破碎带应急小组29五、安全保证措施30断层破碎带地段施工方案一、 编制范围和编制原则1.1 编制范围本标段多条隧道存在断层破碎带及影响带，岩体破碎，裂隙地下水发育，施工时需要较强防排水措施。存在破碎带的隧道如下：1、温坑隧道：DK154+265DK154+295段存在F1断层破碎带。DK154+977DK155+090段存在F2断层破碎带及其影响带。2、冯田隧道：DK157+035DK157+065段存在断层破碎带及影响带。3、望己楼隧道：DK161+738发育一条F断层。4、南门圳隧道：DK163+400DK163+440段为F1破碎带及其影响带。DK164+255DK164+495段存在F2破碎带及其影响带。5、九鹏溪隧道：DK178+806DK178+821附近为F1断层。6、遂林隧道：DK183+230附近存在F1断层。7、卓宅隧道：DK190+514附近发育F1断层。DK190+856附近发育F2断层破碎带及影响带。1.2 编制原则1、温坑隧道设计图（南龙施隧44）；2、冯田隧道设计图（南龙施隧45）；3、望己楼隧道设计图（南龙施隧50）；4、南门圳隧道设计图（南龙施隧51）；5、九鹏溪隧道设计图（南龙施隧58）；6、遂林隧道设计图（南龙施隧59）；7、卓宅隧道设计图（南龙施隧61）；8、上述隧道施工组织设计；9、与本方案相关的规范、标准等；10、其他设计文件。二、 工程概况九鹏溪隧道：DK178+689DK178+789附近为F1断层破碎带及其影响带。F1断层与线路交角为28，产状5685，倾向小里程，为震探及EH-4验证断层。侏罗系上统兜岭群下亚群凝灰岩与三迭系上统大坑组粉砂岩以断层接触。岩体破碎，围岩稳定性较差，预测F1断层正常涌水量为78m3/d，为强富水区。设计在本段采用型超前小导管（纵向间距2.4m），并在DK178+714DK178+764段采用洞身长管棚（间距7m）。三、 总体施工方案本标段隧道穿越断层破碎带的地段，为保证隧道的顺利施工，避免地下水发育、断层地段突水突泥等灾害的发生，防止造成地表水、地下水流失，破坏当地生态环境，均设计有加强措施。主要的措施有：3m径向注浆、3m超前预注浆、89管棚、108管棚、型超前小导管、型超前小导管等。另外施工前认真合适施工图显示的不良地址段里程，认真做好超前地质预报工作。如果施工过程中存在与设计不符或按照设计不能处理断层破碎带的情况，应及时进行变更。3.1 3m超前预注浆3m超前预注浆适用于水压（预测地下水压0.51MPa）和涌水量较大，且围岩自稳能力差的地层，隧道开挖可能引起突水涌泥或地下水、地表水流失，采取“以堵为主、限量排放”的原则，通过超前预注浆控制地下水流量，保证施工安全。注浆范围为开挖轮廓线外3m进行设计。在一定范围内加固围岩，减小加固圈岩体孔隙率及渗透系数，控制围岩涌水量，达到堵水效果。3m超前预注浆施工工艺流程如下图所示。注浆设计施工准备钻孔压水试验注浆隧道开挖满足注浆质量要求封闭掌子面制备浆液3m超前预注浆施工工艺流程图1、注浆设计根据超前地质预报的成果资料，并结合现场实际地质情况，对需要进行3m超前预注浆的地段，应提前进行计划，做好注浆设计。2、施工准备按照制定好的注浆设计，提前准备相关的材料和设备，并对作业人员进行交底，阐明作业要点，保证施工质量；制定注浆过程中可能出现突发情况的处理措施，确保施工安全。3、封闭掌子面在钻孔之前，应喷射混凝土封闭掌子面，必要时可以设置厚度1m的止浆墙，保证注浆效果。4、钻孔采用钻机按照设计要求进行钻孔，钻孔方向控制在钻孔前按照设计，计算出各钻孔在工作面上的坐标，用全站仪放出注浆孔的准确位置，钻孔和注浆顺序由外向内，同一圈孔间隔施工。注浆孔开孔直径不小于110mm，终孔直径不小于91mm；孔口管采用108mm，壁厚5mm的热轧无缝钢管，管长3m，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。5、压水试验注浆系统检测查合格后，立即转入压水试验。观测静止水位,每分钟应观测一次，当连续三次变化小于1cm/min时，则最后一次水位为静止水位。压水实验一完成系列升压步骤接着减压(MPa)：0.10.30.50.71.00.70.50.30.1。压力起点为静水压力。根据压水试验的结果，对设计注浆参数（如注浆浓度、扩散半径等）进行适当的优化和调整，并据此调整优化钻孔布置及孔数。6、注浆注浆材料：一般选择普通水泥浆（水灰比1：1）；特殊需要时，可考虑超细水泥或化学浆液等。注浆压力：设计注浆压力（终压值）一般参考注浆处静水压力加上11.5MPa进行。设计已给出了共参考的围岩孔隙率：严重风化岩层2.5%，断层破碎带5%，粘土质地层20%，砂质地层40%。具体根据现场施工注浆试验确定。岩层破碎容易造成塌孔时，采用前进式注浆，否则采用后退式注浆。钻进过程中遇涌水或因岩层破碎造成卡钻时，应停止钻进，进行注浆扫孔后再进行钻进。每一循环注浆长度为27m，开挖24m，保留3m止浆岩盘，必要时考虑设置厚度1m的混凝土止浆墙，防止漏浆、压力不足等情况发生。具体详见图3-1注浆纵断面布置图和图3-2注浆平面布置图。图3-1注浆纵断面布置图图3-2注浆平面布置图浆液扩散半径23m，孔底间距34m。注浆孔按扩散半径2m，孔底间距3m布置，每循环共设5环79个注浆孔。每个注浆孔的孔口、中部和尾部位置见注浆横断面：A-A断面图，B-B断面图，C-C断面图。注浆孔开孔直径不小于110mm，终孔直径不小于91mm；孔口管采用108mm，壁厚5mm的热轧无缝钢管，管长3m，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。钻孔和注浆顺序由外向内，同一圈间隔施工。注浆钻孔结构图（示意）注浆结束的标准及结束注浆的时机根据注浆压力和注浆量来控制。一般采用定压注浆。注浆结束时，应先打开泄浆管阀门，再关闭进浆管阀门并用清水将注浆管冲洗干净后方可停机。7、注浆检查注浆完成后，在开挖轮廓线范围内打设检查孔，检测注浆效果，每循环设检查孔5个，其中拱部2个，左右边墙各一个，底部一个，检查孔直径110mm，长度约27m，平均出水量0.2L/min，压水检查在1MPa压力下，吸水量2L/min；加固体抗压强度不小于3MPa；岩体RQD指标（岩石质量指标）达到7580.马满足上述条件，则认为达到注浆效果，注浆达到效果后方可 开挖。注浆检查孔在注浆效果检查完成后应及时采用M10水泥砂浆进行全孔封堵。3.2 3m径向围岩注浆3m径向围岩注浆适用于初期支护出现大面积漏水或初期支护结构变形较大的地段。在一定范围内加固围岩，减小加固圈岩体孔隙率及渗透系数，控制围岩涌水量。施工准备孔位放样钻孔、清孔安设孔口管径向注浆注浆效果检查结束浆液配合比设计制备浆液注浆泵调试满足要求3m径向围岩注浆的工艺流程如下：1、施工准备在隧道施工中，应综合组织，提前准备，对于需要进行3m径向围堰注浆的地段，提前准备好注浆设备和所需注浆材料，并对对作业人员进行交底。2、孔位放样本标段3m径向围岩注浆按照浆液扩散半径1m布设，注浆孔按梅花形布置，孔口环向间距拱墙为120cm、拱脚90cm、仰拱部140cm，孔底环向间距170cm，注浆孔纵向间距170cm。具体详见注浆钻孔图。注浆钻孔正面图 注浆钻孔平面图注浆钻孔剖面图3、钻孔、清孔注浆孔采用风机钻开孔，孔径52mm，钻孔深度3m；钻孔完成后，及时采用高压风进行清孔。4、安设孔口管孔口管采用50mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，管长1m，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。5、径向注浆正式注浆之前，应先选择几孔进行注浆试验，初步掌握注浆填充率，注浆量，浆液配比，凝胶时间，浆液扩散半径，注浆终压等指标。注浆方式：注浆有分段前进式注浆、分段后退式和一次全孔注浆三种方式。钻孔中未出现泥夹层或涌水量较小，就一钻到底，全孔一次压入注浆封孔；钻孔中遇泥夹层或涌水量较大，立即停止钻进，采取钻一段注一段的分段前进式注浆，直至终孔。注浆材料选用普通水泥浆，注浆压力按11.5MPa。6、注浆效果检验注浆完成后，在注浆范围内打设检查孔，检测注浆效果，纵向每10m设检查孔5个，其中拱部2个，左右边墙各1个，底部1个，检查孔直径52mm，长度约2m，平均出水量0.2L/min。满足条件则认为注浆达到效果。注浆检查孔在注浆效果检查完成后应及时采用M10水泥砂浆进行全孔封堵。3.3 超前小导管小导管的主要作用是加固洞壁一定范围围岩，与钢架组合成预支护系统，控制软弱围岩的变形。本标段断层破碎带及其影响带采用的小导管主要为型超前小导管、型超前小导管。型超前小导管适用于级围岩软弱浅埋及深埋地段，岩层接触带及拱部为土层的地段。型超前小导管适用于级围岩断层破速递唉，较软弱浅埋地段。超前小导管配合钢架使用，型小导管相邻两排小导管的水平搭接长度不小于100cm，型超前小导管相邻两排小导管水平搭接长度不小于1.5m。1、小导管设计参数型超前小导管设计参数：（1）规格：热轧无缝钢花管，单根长4.5m，外径42mm，壁厚3.5mm。（2）小导管环向间距40cm。（3）倾角：外插角以1015为宜，可根据实际情况做适当调整。（4）注浆材料：水泥浆液。水泥灰：1：1（重量比）或根据现场确定，注浆压力0.51MPa。（5）小导管采用42热轧无缝钢管制成，前部钻注浆孔，孔径10mm，孔间距15cm，呈梅花形布置，前段加工成锥形，尾部不钻孔长度不小于30cm，作为止浆段。型超前小导管正面布置图钢管构造图型超前小导管设计参数：（1）规格：热轧无缝钢花管，单根长5m，外径50mm，壁厚5mm。（2）小导管环向间距30cm。（3）倾角：外插角分别采用40和1015交错布置。（4）注浆材料：水泥浆液。水泥灰：1：1（重量比）或根据现场确定，注浆压力0.51MPa。（5）小导管采用50热轧无缝钢管制成，前部钻注浆孔，孔径10mm，孔间距15cm，呈梅花形布置，前段加工成锥形，尾部不钻孔长度不小于30cm，作为止浆段。型超前小导管正面布置图2、施工工艺小导管施工工艺流程如下图所示。喷混凝土封闭开挖面沿周边布孔插入小导管注 浆开挖小导管加工浆液准备钻 孔超前小导管施工工艺框图3、施工方法采用风枪钻孔，人工安装超前小导管并与钢架焊接固定，小导管外插角符合设计，用注浆泵进行注浆作业，注入水泥单液浆，注浆压力为0.51.0MPa，施工中根据现场试验确定合理的注浆参数。小导管在构件加工厂制作，前端做成尖锥形，尾部焊接6mm钢筋加劲箍，管壁上每隔15cm交错钻眼，眼孔直径为10mm。钻孔完毕后，将小导管按设计要求插入孔中，围岩软弱地段用游锤将小导管沿格栅钢架中部打入，尾部与钢架焊接到一起，共同组成预支护体系。注浆前先喷射混凝土510cm封闭掌子面作止浆墙，当单孔注浆量达到设计注浆量时，结束注浆。注浆参数应根据注浆试验结果及现场情况调整。注浆作业中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。小导管注浆工艺流程如下图所示。开挖前试挖掌子面，无明显渗水时进行开挖作业。小导管注浆工艺流程图4、施工外插角控制方法超前小导管利用手风钻孔，因为小导管比较短，外插角比较好控制，施工中控制好钻头与钻机尾部的高差，通常情况高差在0.8m1m之间。小导管施工要求：（1）小导管安设一般采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大35mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出。（2）小导管安设后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，防止工作面坍塌。（3）隧道的开挖长度应小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一次循环的止浆墙。（4）注浆前进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确，为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用群管注浆（每次35根）。（5）注浆量达到设计注浆量或注浆压力达到设计终压时可结束注浆，注浆完成后管内灌注M10水泥砂浆。（6）注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆。做好注浆记录，以便分析注浆效果。3.4管棚本标段断层破碎带地段多数设置洞口长管棚和洞身长管棚。洞口长管棚适用于洞口级及以下围岩，无自稳能力，或洞口段地表有重要建筑物，有沉降控制时。作用主要是加固周边一定范围围岩，与钢架组合成预支护系统，防止洞口软弱围岩坍塌，创造进洞条件。洞身长管棚适用于级围岩浅埋、偏压地段，自稳能力差地段。主要作用是加固周边一定范围围岩，与钢架组合成预支护系统，防止洞身软弱围岩坍塌、下沉或松弛。3.1.1洞口长管棚洞口长管棚需设置导向墙，导向墙采用C20混凝土，截面尺寸1m*1m，内设2榀I18工字钢，钢架外缘设140壁厚5mm导向钢管，钢管与钢架焊接。1、设计参数：1）钢管规格：长管棚一般为1060m，用每节长度46m的热轧无缝钢管（108mm，壁厚6mm）以丝扣连接而成，同一断面内接头数量不得超过总钢管数的50%。2）其中奇数号者采用钢花管，偶数号采用钢管，施工时先打设钢花管并注浆，然后打设钢管，以便检查钢花管的注浆质量。3）钢花管上钻注浆孔，孔径1016mm，孔间距15cm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段110cm。4）管距：环向间距中至中为40cm。倾角：钢管轴线与衬砌外缘线夹角13。5）注浆采用水泥浆液：水灰比1：1（重量比），注浆压力0.52MPa。6）管棚注浆前，应向开挖工作面、拱圈及空口周边喷10cm厚喷射混凝土，必要时设置2050cm模筑混凝土封闭，防止钢管注浆时浆液向开挖面跑浆。洞口长管棚正面布置图洞口长管棚纵向布置图2、洞口长管棚施工工艺流程1）工艺流程：大管棚施工工艺流程见下图。大管棚施工工艺流程图2)施工工艺(1）导向墙导向墙施工前，应准确测量明暗交界直立面位置，并标出隧道中心线及拱顶标高，导向墙采用C20混凝土，截面尺寸为1m*1m，导向墙环向长度应根据南龙隧参04-11-01图中洞口段长管棚正面布置图放线，并根据现场开挖所揭示的实际地质情况进行调整，调整幅度报上级主管部门批准后再进行施工，确保其基础稳定性。导向墙内设两榀I18工字钢钢架作为导向管的导向架，钢架间距60cm，同时预埋导向管，导向管采用140壁厚5mm的钢管，长1m，焊接于钢架上，导向管共46根（直线段无加宽），环向间距40cm，埋设仰角为13。导向墙砼浇筑完毕，应进行洒水养护，保证砼的强度。浇筑导向墙时，对混凝土取样，并对试块做同条件养护。（2）管棚施工导向墙施工完毕后，可搭设管棚施工作业平台，及钻机就位和定位工作，待导向墙砼达到设计强度后及可进行长管棚施工。长管棚采用108热轧无缝钢管，壁厚6mm，每环46根，环向间距为40cm，打设仰角为13。导管上钻注浆孔，孔径1016mm，孔纵向间距15cm，呈梅花形布置，尾部留不小于110cm的不钻孔的止浆段。钻孔时每钻入一节续接下一节钻杆，直至设计长度。每完成一孔便应顶进一孔的钢管，完成一孔的注浆，钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm。钻孔顺序：先钻钢花管的孔位，即1、3、547号孔位，待钢花管注浆完后再施工2、4、646号孔位。钻孔过程中用测斜仪经常检查钻孔的倾斜度，偏差过大时应注浆处理后再调整钻进，钻孔成孔允许偏差详见下表。为了提高导管的抗弯能力，可视围岩情况在导管内增设钢筋笼。钢筋笼由四根主筋和固定环组成，主筋直径为18mm，固定环采用短管节，将其与主筋焊接，按1m间距设置。管棚钻孔允许偏差表 序号项目名称允许偏差1方向角132径向不大于20cm3相邻钢管之间环向不大于10cm（3）注浆及封堵注浆压力初压宜控制在0.51.0Mpa,终压宜控制在2.0Mpa为宜。注水泥砂浆，初步水泥浆液水灰比1：1（重量比），具体浆液配合比和注浆压力由现场实验确定。注浆结束后立即进行孔口封堵。孔口封堵分为两部分：a钢管与孔壁间空隙的封堵：利用自制工具将早强水泥砂浆塞入管棚钢管与导向管之间封堵，封堵长度为塞入孔内不小于1m，确保封堵质量。b管棚管的封堵：在钢管尾部（最外端）1m范围内不设置注浆孔，采用M10水泥砂浆灌注封堵。3.1.2洞身长管棚洞身长管棚适用于洞身断层破碎带或浅埋偏压地段，地下水发育地段，易引起塌方地段等。管棚长度一般为10m一环，两环之间搭接长度不小于3m。1、设计参数：1）热轧无缝钢管及钢花管，外径89mm，壁厚5mm。每节钢管两端均预加工成外丝扣，同一断面内接头数量不得超过总钢管数的50%。2）其中奇数号者采用钢花管，偶数号采用钢管，施工时先打设钢花管并注浆，然后打设钢管，以便检查钢花管的注浆质量。3）管距：环向间距中至中40cm。钢管上钻设注浆孔，孔径1016mm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段150cm。4）倾角：外插角35，有条件设置管棚工作室时应有限设置，尽量减少管棚外插角，确保支护效果。5）注浆采用水泥浆液：水灰比1：1（重量比），注浆压力0.52MPa。6）管棚注浆前，应向开挖工作面、拱圈及空口周边喷10cm厚喷射混凝土，防止钢管注浆时浆液向开挖面跑浆。洞身段长管棚正面布置示意图管棚纵向布置图2、洞身长管棚施工工艺流程1）工艺流程：洞身长管棚施工工艺流程见下图。是否否施工准备钻孔、下管钻孔是否达到设计孔深注浆是否达到注浆要求结束是洞身长管棚施工工艺流程图2)施工工艺(1）施工准备开挖至管棚设计位置附近，应停止开挖，封闭掌子面，准备管棚的施工。管棚按照顺序依次放出钻孔位置，并用油漆标识。洞身管棚施工前，应在管棚设计里程的起始位置前，进行扩挖，形成管棚工作室。管棚工作室应综合考虑钢管外插角、管棚钻机型号、施作断面前后的支护情况及施工的可操作性。本标段设计管棚的外插角为35，经过断面及现场实际情况分析，断面前方预留长度2.53m左右、宽度0.30.6m左右的环向管棚工作室，施工时根据现场情况合理确定。管棚工作室应按照初期支护要求进行支护，确保安全。（2）钻孔、下管钻孔之前，应先对钻孔机械进行检查维护，钻机应定位准确，基础坚实牢固。钻孔机械布置完成后，开始钻孔。打设仰角为35。导管上钻注浆孔，孔径1016mm，孔纵向间距15cm，呈梅花形布置，尾部留不小于150cm的不钻孔的止浆段。钻孔时每钻入一节续接下一节钻杆，直至设计长度。每完成一孔便应顶进一孔的钢管，完成一孔的注浆，钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm。钻孔顺序：先钻钢花管的孔位，即1、3、543号孔位，待钢花管注浆完后再施工2、4、642号孔位。钻孔过程中用测斜仪经常检查钻孔的倾斜度，偏差过大时应注浆处理后再调整钻进，钻孔成孔允许偏差详见下表。为了提高导管的抗弯能力，可视围岩情况在导管内增设钢筋笼。管棚钻孔允许偏差表 序号项目名称允许偏差1径向不大于20cm2相邻钢管之间环向不大于10cm（3）注浆及封堵注浆压力初压宜控制在0.51.0Mpa,终压宜控制在2.0Mpa为宜。注水泥砂浆，初步水泥浆液水灰比1：1（重量比），具体浆液配合比和注浆压力由现场实验确定。注浆结束后立即进行孔口封堵。孔口封堵分为两部分：a钢管与孔壁间空隙的封堵：利用自制工具将早强水泥砂浆塞入管棚钢管与导向管之间封堵，封堵长度为塞入孔内不小于1m，确保封堵质量。b管棚管的封堵：在钢管尾部（最外端）1m范围内不设置注浆孔，采用M10水泥砂浆灌注封堵。四、 成立断层破碎带应急小组1、断层破碎带应急组织体系详见下图。2、组织体系组 长：王满仓（总工程师）副组长：王 宇（副总工程师）郭长江（副总工程师）罗 鹏（副总工程师）成 员：雷义文（分部经理） 张 宁（分部经理） 孟春来（管段负责人） 安彦军（管段负责人） 闫建忠（管段负责人）断层破碎带应急小组组长：王满仓副组长：王宇雷义文张宁孟春来安彦军闫建忠应急救援队郭长江罗鹏五、 安全保证措施1、及时对工人进行断层破碎带施工专题安全教育、培训。2、设置现场专职安全员，实行24小时分班值班制度。由于断层破碎带地段容易引起涌水、坍塌等事故，施工中应密切监测，发现以上情况，立即上报应急领导小组成员，确保人员安全的情况下立即采取措施，确保施工安全和工程质量。3、严格按照设计要求进行施工，遵循各种规章制度。施工过程中密切关注周边围岩的稳定情况；钻孔时注意孔口位置的出水情况，防止发生突水突泥事故；注浆过程中密切注浆压力变化，出现压力异常，应停止注浆，处理完毕后再进行注浆作业。4、加强管理，洞口设置门岗，坚持24小时值班，监督所有进洞施工人员，其他人员需进洞经现场负责人批准后在洞口值班室登记方可进入，洞内施工机械实行进、出登记制，并建立详细记录台帐。5、施工现场防护装置、安全防护措施必须齐全，严格遵守安全操作规程。6、根据现场作业特点，我们将给现场工人配备相应的劳保用品，如安全帽、雨鞋、工作服、手套、手灯、口罩等。所有参加作业的人员（含配属人员）必须配备安全帽，未戴安全帽严禁进入现场。7、施工现场的机具设备，必须设置切实可靠的防护、分隔措施和明显的警示标志、警示灯。8、加强现场用电管理，确保用电安全，洞内及掌子面照明，保证光线充足。9、施工现场设立明显指示牌和警示牌。