施工计划隧道异常涌水大口径排水工法.doc

東部鐵路改善北迴線新永春隧道新建工程隧道南口通過斷層破碎、湧水段大口徑鑽孔排水施工計畫專 業 廠 商: 蘇 建 興 營 造 有 限 公 司中華民國89年 12月27日新永春隧道南口(山側NW迂迴隧道)通過斷層、湧水段大口徑鑽孔排水施工計畫目錄壹、預估湧水地質模式貳、推斷結果及預予規劃事項參、山側NW迂迴隧道大口徑鑽孔排水3-1.大口徑鑽孔排水考量事項3-2.大口徑鑽孔排水作業3-2-1. 鑽設前置作業3-2-2. 排水孔鑽孔3-2-3. 排水孔序組及數量3-2-4. 排水管安裝肆施工預估數量伍、施工預定進度陸、施工重要機具柒、施工人員組織新永春隧道南口(山側NW迂迴隧道)通過斷層、湧水段大口徑鑽孔排水施工計畫壹、預估湧水地質模式新永春隧道南口湧水段位置高程約EL.055，地表覆土厚僅約250m，但依長距離水平鉆探孔LBH-1LBH-2LBH-3等3孔得知Max Pw45kg/cm2，致可推斷此區域地下湧水已形成一封閉地下連通管道水系，水頭高程至少位於EL.505處，由新永春隧道工程地質圖可判斷，其地下水補充之模式推估如下： 依現地地形圖幅，可知由東澳嶺(821m) 西帽山(966m) 大白山(1369m)與蘭崁山(1477m)連結而形成的嶺線，構成本區重要河系的分水嶺此分水嶺與較不透水角閃岩間，形成一約1.5 km3.0 km之集水區。由區域地質圖顯示其間亦夾雜一局部區域之凸透鏡狀大理岩，於地表面亦有一線狀系列之採石場致判斷此一大理岩有也许帶狀相連，向西延伸至中央山脈，兼No.2號斷層局部橫切此區段，此剪裂破碎大理岩帶使水脈相連，兼週遭之Bs(石英雲母片岩)Ch(綠泥石片岩) ，係較不透水地層提供受壓條件，致可充份提供此長期之地下水源及甚高之地下水壓；若此湧水地質模式成立，則湧水也许由山側方向湧出。貳、推斷結果及預予規劃事項(1). 大理岩MD整條脈狀相連且收集周圍水系，導致水量豐沛。(2). 水量補充也许不只是目前之持續水量主坑約20 m3/min和長距離水平鉆探孔約13.019.0 m3/min，而也许趨於突發湧水時之80 m3/min。目前之隧道穩定水流是類同排水管，已遭局部堵塞之滲流量，致長距鉆探之13.5m3/min排水量仍無法减少主坑之水量且水壓高達Max Pw45kg/cm2(3). 水壓高達Max Pw45 kg/cm2，對隧道鏡面推壓力高達約15,500T，任何銅牆鐵壁之支撐保護工，均無法有效安全支撐，致最有效方式乃是考慮洩水降壓；有關洩水降壓水文模式，如圖一所示，只要洩排水量大於補給水量即可達到降壓之目的。(4). 隧道周遭鉆設長距大口徑排水孔予排水宣洩此水量，可有效避免臨時支撐系統承受過大水壓，類同大樓基礎開挖，四周均得預予安排點井排水。(5). 處理基本原則採 “近灌遠排、預撐防護”，可有效洩降地下水壓及預予防範支撐保護，確保隧道安全進行。(圖一)說明:一. 關於Q1(補給量) Q2(外溢量)及Q3(洩排水量)之互相關係如下:1. 當Q1Q3時，Q20 因水頭不降，水壓不會减少。2. 當Q1=Q3時，Q2=0 因水頭不降，水壓不會减少。3. 當Q1Q3時，Q2=0 因水頭下降，致水壓會逐漸减少。二. 由裝設之壓力計流量計等設施，所量測得之Q3(洩排水量)及水壓資料，可推估下列水文狀況:1. 由水壓力水量等PQ關係圖形，可推估Q1(補給量) Q2(外溢量) 。2. 由水壓力變化率水量變化率時間等d/dtdQ/dt t關係圖形，可推估V(地下水庫蓄納量) 。參、 山側NW迂迴隧道長距大口徑排水孔鑽設3-1.大口徑鑽孔排水考量事項：(1). 山側NW迂迴隧道預鉆一系列排水孔幕，如圖二所示，孔深大於 50m100m，孔數位置視實需目的為使海側NE迂迴隧道開挖時，周遭3D範圍內之地下水壓减少至35kg/cm2以下及將地下湧水量儘量預予排除。(2). 因地下水系密閉相通，致若欲將海側NE迂迴隧道水壓降至35 kg/cm2，則假設於山側NW迂迴隧道水壓須降至0.51.0 kg/cm2以下，則每支f4”長距離排水孔洩排水量約3 T/min，致約3050支f4”排水孔，即足敷所需；惟實際鑽設排水孔孔數，仍視現地鑽設時排水情況而定，若己鑽設完毕孔滿管，即再鉆設。(3). 因岩盤剪裂破碎，於鑽設長距大口徑排水孔後，局部高壓湧水會入滲至岩盤剪裂縫，而對隧道鏡面及周圍拱圈保護工，產生極大之水壓力；得預先對此岩盤剪裂縫隙灌漿改良，使固結封塞此等剪裂縫隙减少孔隙水壓，另得強化此保護工厚度及強度，予承受此等孔隙水壓，確保隧道穩定性及工作人員安全。(4).此長距離排水孔幕可兼做為探查孔，供量測水壓、水量及水文調查等功能；致得於某些排水孔，孔口裝設閥門、壓力計、流量計等設施(此設施及檢測由專業商配合，其相關費用不涉及本計劃內)，惟考量關閉閥門量測水壓水量時，此排導鋼管將承受相關水壓推力，致得預先於排水孔口預埋鑽孔鋼套管，各項握裹固定設施，使得予錨固此排導管。 (5).預施做隧道仰拱及側壁之永久襯砌，避免長距離排水孔幕鑽設後於水中作業，確保襯砌保護工施工品質管控。(6). 排水孔幕重要於隧道NW8+138鏡面及NW8+150擴挖處鏡面、隧道NW8+138NW8+160山側側壁，呈傘狀排水孔幕鑽設，另可可考量於NW迂迴隧道山側開設排水工作坑，再預鉆長距離排水孔，予更有效達到預排水效果。3-2. 大口徑鑽孔排水作業：3-2-1、鑽設前置作業：大口徑排水孔鑽設前，工作面得施做章節3-1.(3).(4).(5) 等考量事項，如預施做隧道仰拱混凝土襯砌及側壁掛網噴凝土、強化隧道鏡面及周圍拱圈保護工之厚度及強度、岩盤剪裂縫隙灌漿改良、預埋鑽孔鋼套管握裹固定設施等，如圖三、四所示，施工程序內容如下：(1).於隧道NW8+138鏡面、NW8+150擴挖處鏡面，各組裝橫向H-150型鋼橫擋，一組2支及於隧道NW8+138NW8+160山側側壁，組裝橫向H-150型鋼橫擋，一組2支，如圖四所示。(2).於隧道NW8+138鏡面、NW8+150擴挖處鏡面，及於隧道NW8+138 NW8+160山側側壁，仰拱及側壁澆置雙層鋼線網混凝土fc=210kg/cm2襯砌，厚t=50cm，襯砌高h=90cm；NW8+138NW8+178其他區段仰拱及側壁襯砌厚 t=30cm，如圖三所示。 (3).於隧道NW8+138NW8+178區段鏡面、拱圈等處，均施噴t=30cm雙層掛網噴凝土。(4).於第(2)項進行時，配合於鑽設長距大口徑排水孔孔位處，預埋設f6”，L=50cm鑽孔鋼套管置留，置留鑽孔鋼套管夾在2支H150型鋼中間，電焊與H150鋼支堡成一体。(5).用鑽堡機打設L=9m自鑽式岩栓；於隧道NW8+138鏡面、NW8+150擴挖處鏡面，及於隧道NW8+138NW8+160山側側壁，自鑽式岩栓打設位置在2支H150型鋼中間，如圖三、四所示。(6).於隧道NW8+138鏡面、NW8+150擴挖處鏡面，及於隧道NW8+138 NW8+160山側側壁，再掛網施噴厚t=20cm噴凝土，使此鑽設大口徑排水孔孔位處，支撐保護工厚度均至少達到厚t=50cm。(7).用自鑽式岩栓管L=9m作為灌漿管，進行隧道拱圈岩盤剪裂縫隙灌漿改良，使固結封塞此等剪裂縫隙减少岩壁孔隙水壓，原則採水泥漿液施灌；惟於目前已鑽設鑽心取樣孔(LBH-15)附近灌漿孔位，為避免水泥漿液被湧水沖失，採化學(水泥+水玻璃)及聚亞氨樹脂液施灌。(8).鎖緊固定自鑽式岩栓，並預施預拉力至8 T/支，予確保隧道工作面穩定性。3-2-2. 排水孔鑽孔採履帶式雙套管鑽機，頂擊式機頭可搭配底擊式使用，機具備能鑽設深度至50100m以上之能率鉆孔過程若排導孔管滿管，則再加強打設，以符合排導水功能鑽孔之深度、孔數、間距、方位及角度，如圖圖三、四所示，或由現場工程師指示。3-2-3. 排水孔序組及數量排水孔幕鑽孔，區分兩個序組進行，先完毕第一序組孔，第二序組孔則再視地質及實際湧水情況，予以適當調整孔位及孔數。排水孔幕鑽設期間，若水壓過大，導致鑽孔困難時，則先轉移鑽設其他排水孔位，俟該處水壓洩降後，再續補鑽孔深至預定深度。3-2-4. 排水管安裝(1).以頂擊雙套管鑽掘之方式外套管外徑f133mm內徑105mm，將外套管藉由鑽桿鑽頭前進鑽掘同時帶入孔內。套管植入規定深度時，退出鑽桿及鑽頭置留外套管，植入f4鑽孔眼之鋼管或PVC製排水管，以鑽機推入外套管內至預定深度，再拔外套管。(2).如(1)預強大水壓無法順利植入f4鑽孔眼之鋼管或PVC製排水管時，改採先拔外套後，以先端引孔方式導入管排水管，再拔出引導裝置。(3).排水管至規定深度後，孔口固定於預埋設f6”，L=50cm鑽孔鋼套管內並連結固定。其排水管長度、間距、角度和位置均應依設計圖所示，或依工程司指示辦理。肆施工預估數量：4-1. 4”排水孔鉆孔3050支(50100m)4,000m 小計:3,000m4-2. 混凝土fc=210kgcm2, (含仰拱及側壁)A=(0.90.32)+(3.020.3)=2.34m3m假定打設約100mV=1.71100=234.0m3小計: 234.0m34-3鋼筋#715cm預埋,假設100.0m,損耗5%小計:4.3T4-4.噴凝土(一) t=30cm小計:315m2(二) t=50cm封面小計:22m2(三) t=3050cm, 平均40cm小計:78m24-5.鋼絲網(雙層)(315+22+78)2830m2小計:830m24-6.模板(假設100m)0.9m2側100m180m24-7.自鉆式岩栓, L=9m1.NW8+139147:5輪11支輪+15輪5支輪+30支(封面)9 m支147支9m支1,440m4-8.H-150型鋼, 損耗5%4-9.6”預埋鑽孔套管(含加工) t=8mm4-10.灌漿地盤改良假設化學漿(水泥+水玻璃)30%,固結灌漿30% 聚亞氨樹脂50%1.化學漿V1=VK0.3=18500.270.310.0包m3小計1,499包2. 固結灌漿V2=VK0.3=18500.270.314.4包m3小計2.158包3. 聚亞氨樹脂V2=VK0.4=18500.270.4100kgm3小計19,980kg伍、施工預定進度5-1.施工預定進度 (由正式施工日起算 日夜班)陸、施工重要機具：6-1.施工重要機具：項次名 稱單 位數量備 註1履帶式套管鑽機台1CasagrandeC-7或同等級機具2分離式套管鑽機桁架台13鑽保台14套管133及鑽桿鑽頭式15挖溝機PC-120台26乾式噴漿機台17空壓機750台18吊卡車8.8t台19灌漿機具組210其他必要管路 閥門 蓄槽 配件 壓力表等 柒、施工人員組織7-1.人員組織:主任一人 /領班3人 /技工10