隧道岩溶岩溶水发育地段专项施工方案～.doc

北岭山隧道进口岩溶及岩溶水发育段专项施工方案 一、总则 为规范南广铁路NGZQ-8标段北岭山隧道风险地段施工技术管理工作，建立和完善隧道风险防范管理体系，依据铁路隧道风险评估与管理暂行规定（铁建设【2023】200号）及关于印发南广铁路隧道风险评估与管理实行办法（暂行）的告知(南广铁安质发【2023】66号)文献规定，结合北岭山隧道设计概况，在施工过程中为了保证北岭山隧道施工安全和工程工期目的的实现，规避突发性和劫难性风险，特制定本实行方案。 二、编制依据 2.1相关文献 .南广铁路隧道风险评估与管理实行细则 (南广铁安质发【2023】66号)； .设计单位的设计风险交底资料。 2.2相关的国家和行业标准、规范及规定 2.3隧道技术资料 .北岭山隧道施工图、南广桂肇隧参01Y、南广桂肇隧参03Y、南广桂肇隧参05W、南广桂肇隧参06； .中铁征询集团南广铁路配合施工指挥部设计联系单“中铁咨南广指隧202309号”。 三、合用范围 北岭山隧道进口D3K384+310D3K384+600岩溶及岩溶水发育地段。 四、工程概况 新建南广铁路北岭山隧道位于肇庆市市区北部，隧道全长12438m。进口里程D3K384+082，内轨顶标高63.56m。 地质概况：强弱风化灰岩，围岩破碎，岩溶发育，并有地下水及泥浆充填，易坍塌，有突水突泥的危险。 五、施工准备 施工图纸已到位，施工便道、施工用水和用电已解决，管理技术人员、施工人员、机械设备已按规定配置，满足施工需要。 六、解决原则及方案 依据规范及中铁征询集团南广铁路配合施工指挥部设计联系单“中铁咨南广指隧202309号”规定，溶蚀及溶洞段采用以下解决原则及方案： 6.1超前地质预报 因受开挖工法、安全距离及TSP施做钻孔规定的限制，此段超前地质预报采用每循环地质素描、红外探水、长短探孔相结合的综合超前地质预报方法对前方围岩进行超前地质预测、预报，并纳入施工工序。根据超前地质预测预报工作获取的地质信息调整隧道的施工方案，以保证工程及施工安全。 6.2洞内监控量测原则 在岩溶及溶蚀段采用按每5m一个监测断面布设，依据监控量测结果分析支护措施及强度，用以修正前方支护参数及施工工艺，以保证工程及施工安全。 6.3开挖原则 一般地段采用三台阶七步法开挖方案，若溶洞贯穿整个隧道开挖范围时，为保证支护早封闭，避免上、中台阶拱架悬空，则采用全断面法开挖，根据隧底揭露围岩情况，采用隧底换填、隧底注浆加固或桩基解决的方式对隧底进行加固解决后，再行施做上部支护部分。 6.4衬砌方式 采用钢架及锚网喷联合支护，钢架紧跟开挖施作，及时封闭成环。遵循“强支护、早封闭”的原则，钢拱架采用I22a工字钢，纵向间距0.5m/榀，其余支护参数参照VC衬砌支护参数支护执行，二次衬砌尽早施做。 6.5溶蚀、溶洞解决方案 岩溶解决采用以堵为主、注浆加固的回填方案为主。岩溶水以引排为主。.对于“弱风化灰岩，岩体破碎，溶蚀裂隙发育，泥质填充或有泥浆流出”的段落；措施方案：开挖后及时挂网，喷射混凝土封闭岩溶裂隙，加固岩面，初支钢架及时封闭成环，溶蚀裂隙发育范围，打设双排超前导管进行注浆加固，做法参见“南广桂肇隧参03（Y）-17”图。 .溶洞、黄泥填充 断面中部及右侧增长短孔钻探，探明溶洞范围及含水情况。假如溶洞内黄泥填充，具有流动性，通过爆破揭示，采用以排为主的方法，将泥浆排出后，根据溶腔的大小，采用相应的解决措施。 对于小型溶洞进行回填，对于较大溶洞，则采用溶洞壁打设锚杆、架立钢架，保证岩壁稳定，正洞施做612m89大管棚，施工通过后，对初支背后泵送混凝土回填。假如填充物不具有流动性，则对探明的溶洞范围及两侧3m范围内，采用加固圈5m的预注浆加固后，再行开挖。 在溶洞揭示出来以后，解决方案可根据下表相应溶腔大小采用相应的措施，支护参数见下表。 岩溶回填治理参数岩溶发育规模治理参数发育高度纵向发育长度回填厚度溶腔防护层（喷锚支护）结构保护层初期支护加强层（钢拱架）结构保护层（浆砌片石）缓冲层（水泥砂浆）排水系统（盲管）锚杆（长度间距）网喷混凝土厚度3m2m密实配合北岭山隧道岩溶范围内级钢架使用2m密实35m2m3m110mm2m2m2m2m6cm0.5m1m0.5110mm510m2m5m110mm2m1.5m8cm0.8m2m1m110mm10m2m5m150mm2m1.5m10cm1m3m1m150mm .局部注浆堵水：对于局部岩溶裂隙水采用局部注浆堵水的方式进行封堵。 七、施工方法和技术规定 7.1三台阶七步法施工工艺 一方面进行超前支护，进行上部弧形导坑开挖初期支护施工中部左右侧交错开挖边墙支护下部左右侧交错开挖边墙支护核心土开挖仰拱开挖与支护。三台阶七步开挖法施工工序图下图。三台阶七步开挖法施工工艺图 上部弧形开挖超前中部5m，采用风钻钻孔，弱爆破，人工翻碴至两侧导坑内，装载机端碴；中部左侧超前右侧5m，左右交错进行开挖与支护，采用装载机端碴，自卸汽车运送，中部采用风钻钻孔，弱爆破；下部左侧超前右侧5m，左右交错进行开挖与支护，采用装载机端碴，自卸汽车运送，中部采用风钻钻孔，弱爆破。上部核心土跟中部左侧同时开挖，中部核心土和下部左侧同时开挖，下部核心土在下部右侧开挖只护后开挖。施工过程中上部弧形拉开距离后各作业面可同步作业。底部仰拱开挖后进行支护及时封闭成环。 开挖过程采用弱爆破，严格按照爆破设计进行，并不断进行优化。特别注意断面交界处的超欠挖和成形控制是重点。量测必须及时紧跟，及时分析反馈，指导安全施工。 7.2洞内监控量测 洞内监控量测分为拱顶下沉及净空变位收敛量测, 根据围岩类别、隧道尺寸和埋深等，沿隧道纵向在拱顶和墙中布设测点，其间距为5m，拱顶下沉、收敛量测起始读数要在36h内完毕，其他量测应在每次开挖后12小时内且在下一循环开挖前取得起始读数。 监测仪器：精密水准仪，水准尺， 收敛计。 监控量测频率：量测频率根据监测数据的变化情况而定，一般按以下表量测频率表进行。量测频率表项目量测仪器设备量测时间间隔拱顶下沉水准仪，钢挂尺或全站仪位移速度5mm/d时，2次/d位移速度（15）mm/d时，1次/d位移速度（0.51）mm/d时，1次/23d位移速度（0.20.5）mm/d时，1次/3d位移速度0.2mm/d时，1次/7d净空变化收敛计、全站仪同上 监测结束标准：根据收敛速度判别 一般地段：收敛速度5mm/d时，围岩处在急剧变化状态，加强初期支护系统；收敛速度0.2mm/d时，围岩基本达成稳定。 各量测项目连续到变形基本稳定后2周结束，假如位移长时间不能稳定期，延长量测时间并采用加强措施。 监测数据的记录分析与信息反馈： .量测数据的整理、分析数据整理：把原始数据用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特性计算以及离群数据的取舍。 .回归分析和曲线拟合： 绘制量测数据的时态变化曲线图和距开挖面关系图。在取得足够的数据后，根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点也许出现的最大位移值或应力值，预测结构和建筑物的安全状况，防患于未然。 7.3大管棚施工 溶洞段采用612m89大管棚超前支护，支护范围为拱部140度，大管棚采用地质钻机成孔，注浆泵注浆，外插角为13。 施工准备：开挖至管棚施作空间位置时，预留钻机作业平台，搭设作业平台架并固定牢固。 成孔：采用水平地质钻机钻孔。 管棚安装：由机械顶进，钢管节段间用丝扣连接；顶进前先进行管节加工采用不同长度规格，相邻间交替错接安装。管棚顶到位后，钢管与岩壁间隙用速凝水泥或其它材料堵塞严密，以防浆液冒出，堵塞时设立进浆孔和排气孔。注浆：注浆压力为0.51.0Mpa，当排气孔流出浆液后，关闭排气孔，继续注浆，达成设计注浆量或注浆压力时停止注浆。施工过程中，为了防止注浆过程中发生串浆，每钻完一个孔，随即就安设该孔的钢管并注浆，然后再进行下一孔的施工。大管棚施工工艺框图前期准备(测量放线和场地平整)管棚施工作业平台或操作间注浆钻机就位、钻孔补孔、下管注浆检查大管棚加工顶进管棚综合检查合格不合格 7.4双排超前小导管施工 在溶蚀及溶洞段采用双排超前小导管注浆预支护来加强围岩的稳定性。超前支护施工配合钢架使用，其纵向搭接长度不小于1.5m，使其形成一个整体来支撑围岩。 .超前小导管设计参数： .超前小导管规格：采用外径50mm，壁厚5mm的热扎无缝钢花管； .超前小导管环向间距30cm，拱部140范围布置； .倾角：下排外插角以10为宜，上排外插角40，可根据实际情况作适当调整； .注浆材料：采用水泥浆液，注浆参数为： 水泥浆液水灰比1：1（重量比） 注浆压力：0.51.0Mpa。 超前小导管采用50无缝热扎钢管制成，在前部钻注浆孔，孔径68mm,孔间距15cm，呈梅花型布置，前端加工成锥形，尾部长度100cm作为不钻孔的止浆段。为保证小导管的支护效果，减小小导管的外插角，在配合使用的型钢钢架地段，可在型钢腹板穿孔以便小导管穿过，也可以采用一榀格栅钢架替代开孔型钢钢架，钢管尾部与钢架焊接。 .超前小导管施工规定： .小导管安设一般采用钻孔打入法，即先按设计规定钻孔，钻孔直径大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； .小导管安设后，用塑胶泥封堵孔口及周边缝隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防工作面坍塌； .隧道开挖长度应小于小导管注浆长度，预留部分作为下一次循环的止浆墙； .注浆前应进行压水实验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正常，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）； .注浆量达成设计注浆量或注浆压力达成设计终压可结束注浆； .注浆过程中要随时观测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。.超前小导管施工工艺见下图施工准备注浆孔孔位布置洞外小导管加工钻 孔清 孔注 浆导入小导管结 束喷砼、安止浆墙注浆质量综合检查浆液配制格合不合格压水实验 7.5超前预注浆 假如溶洞内填充物不具有流动性，则对探明的溶洞范围及两侧3m范围内，采用加固圈5m的预注浆加固。 超前预注浆采用钻机成孔（设止浆墙），开孔直径为130mm，开孔深度23m，开孔完毕后安设并固定孔口管（孔口管径采用108mm）。之后，用钻机通过孔口管钻注浆孔，注浆孔径应不小于75mm，不大于孔口管内径，为90mm。注浆方式采用前进式注浆，钻到设计的分段深度后，进行注浆，注浆完毕后，再钻到下一设计的分段深度并注浆，以此循环，直到钻到设计孔深并注浆完毕。钻孔和注浆的顺序是从外圈到内圈，隔孔加密。根据成孔情况，钻机能力和现场实验，也可运用钻杆进行后退式注浆，后退式注浆较前进式注浆效率提高很多。达成单孔和全段注浆结束标准后，结束注浆。超前预注浆参数表序号参数名称注浆方案备注1注浆加固圈厚度开挖轮廓线外5m开挖轮廓线外3m根据涌水量及水压和地质条件拟定2每循环加固段长度30m含止浆岩盘及砼止浆墙厚度3每循环掘进长度25m预留5m止浆岩盘4混凝土止浆墙厚24m根据情况决定是否施做。5浆液扩散半径R=2.0m理论计算6注浆孔终孔间距23.0m考虑钻孔精度，取3.0m。7注浆分段长35m可根据地质情况适当调整8注浆方式易塌孔时采用前进式注浆，否则采用后退式注浆根据现场实际情况拟定9注浆速度10110L/minR，理论扩散半径，取2m；L，单段或单孔长度；n,地层空隙率;,地层有效充填系数,取0.8; ,浆液损耗系数,取1.2；A，开挖轮廓线内面积；SR开挖轮廓线外5m范围面积。10注浆终压(静水压力+12)MPa11单孔（段）注浆量Q=R2Ln12每循环注浆量Q=(A+SR)Ln13单液水泥浆W:C=0.81:1普通硅酸盐水泥（42.5MPa）单液浆为重要注浆材料，双液浆、超细水泥浆等作为备用材料。14水泥-水玻璃双液浆W:C=0.81:1;C:S=1:115注浆孔（检查）数130个（713个）110个（611个）根据实际情况调整，平导亦按流程设计正洞超前预注浆方案（3m）注浆钻孔布置及纵剖面图正洞超前预注浆方案（3m）B-B、C-C、D-D断面终孔位置图不好不好前进式分段注浆测量放线、标注钻孔位置钻机及平台车就位固定钻孔方向拟定钻130钻孔至2.5m深度安设108孔口管及闸阀配制浆液补孔注浆钻设90mm钻孔5m第一分段长度注浆第二个分段长度钻孔第二分段长度注浆好继续注浆结束该孔钻孔注浆施工效果检查好结束整体注浆效果检查配制浆液超前预注浆施工工艺流程图 7.6局部注浆 隧道围岩周边或掌子面个别部位出现明显涌水时采用局部注浆方案，在出水点上游钻孔注浆截断水源，并在出水点周边布孔加固围岩，加固深度一般为开挖轮廓线外35m，局部注浆采用全孔一次性注浆方式进行，注浆顺序由少水处向水多处逐步注浆施工。当洞壁岩面或支护面局部淋水，涌水量超过设计规定期，采用局部注浆方案堵水减排。局部注浆以水泥单液浆为主，水量大时采用普通水泥-水玻璃双液浆，注浆压力为12MPa。注浆方案见下图。局部注浆方案溶隙裂隙出水注浆示意图局部注浆方案面状出水注浆示意图 7.7隧道底部解决 如溶洞底部为松散或软塑状的粘土或砂粘土沉积物，为了防止列车运营过程中结构产生固结沉降，应加强对基地的解决，隧道底部的解决可采用注浆加固、换填等方法。 .隧道底部换填假如隧道基底溶洞充填物的厚度小于2.0m（2.0m以下为基岩或微风化地层），可以考虑采用换填方法，换填材料采用C20混凝土等。 .隧道底部注浆加固如隧道基底溶洞充填物的厚度小于2.0m，可考虑采用垂直注浆加固。钻孔深度进一步基岩3.0m左右，注浆材料宜选用普通水泥浆，注浆管上端和仰拱相连，以提高支护结构的强度和刚度。 八、安全应急救援预案 8.1基本原则 坚持“以人为本，防止为主”，针对施工过程中存在的重大危险源，通过强化平常安全管理，贯彻各项安全防范措施，查堵各种事故隐患，做到防患于未然。各施工队、作业班组紧紧结合各自施工区的实际，制定和完善施工应急预案，做好相关应急准备工作，涉及救援器材。 坚持统一领导，统一指挥，紧急处置，快速反映，分级负责，协调一致的原则，建立单元项目部、工区、施工队、班组应急救援体系，保证施工过程中一旦出现重大事故，可以迅速、快捷、有效的启动应急系统。 8.2应急救缓预案 预案是针对未预测到或已预测到将要发生的突水、突泥等地质灾害引起的安全事故，但仍未发生前而制定的抢险预案，是应急救灾措施的总纲，涉及救援组织、救援通讯、救援材料、救援方案及自救互救、事故调查及解决等。 8.3突发事故报告、应急措施及解决 8.3.1突发事故报告 .事故报告与报警 施工中发生重、特大安全事故后，施工队迅速启动应急预案和专业预案，并在第一时间内向项目经理部应急救援领导小组报告，火灾事故同时向119报警。报告内容涉及：事故发生的工区、事故发生的时间、地点，初步判断事故发生的因素，采用了哪些措施及现场控制情况，所需的专业人员和抢险设备、器材、交通路线、联系电话、联系人姓名等。 .应急程序 a.工区主任接到事故报告后，立即向项目应急救援领导小组报告事故情况以及救援情况。 b.事故发生初期，现场人员采用积极自救、互救措施，防止事故扩大，指派专人负责引导指挥人员及各专业队伍进入事故现场。 c.指挥人员到达现场后，立即了解现场情况及事故的性质，拟定警戒区域和事故应急救援具体实行方案，布置各专业救援队任务。 d.各专业征询人员到达现场后，迅速对事故情况作出判断，提出处置实行办法和防范措施；事故得到控制后，参与事故调查及提出整改措施。 e.救援队伍到达现场后，按照应急救援小组安排，采用必要的个人防护措施，按各自的分工开展抢险和救援工作。 f.施工队严格保护事故现场，并迅速采用必要措施抢救人员和财产。因抢救伤员，防止事故扩大以及疏通交通等因素需要移动现场时，必须及时做出标志、摄影、拍照、具体纪录和绘制事故现场图，并妥善保存现场重要痕迹、物证等。 g.事故得到控制后，由项目经理部部统一布置，组织相关专家，相关机构和人员开展事故调查工作。 8.3.2救灾防备措施 .抢险器材准备 物资设备部按抢险需要，提前备足抢险器材，如草袋、抽水机、速凝剂、发电机、灭火器及一些切割、焊接用品，供氧瓶、担架和其它抢救器材与药品等，这些器材分发到抢险预备队，分人保管，并熟悉用途和用法，分放在易于装卸地点，平时不能动用。 .人员准备 凡担任抢险预备队人员，休息时间内允许在现场附近活动，如远离现场必须请人代替，并且须经队长批准，保证一旦发生险情能立即投入抢险。 .抢险技能准备 对参与抢险预备队人员进行抢险技能培训，使他们熟悉抢险环节、方法、器材使用。 8.3.3突发事故的应急解决措施 .隧道突水段的抢险与自救、互救措施 施工中尽量避免发生突泥、突水事件，一方面在钻探孔时安好孔口管，当孔内涌水时立即拔出钻杆，关闭闸门，注浆解决后再开挖。假如出现突泥、突水事件，一方面是人员自救与互救，待水衰减后再进行解决，解决方法有闸门法、围堰封堵法。 对预测有大型涌水地段，在开挖前，先备好草袋，木板、草袋装好土，木板两侧边安装鼓型止水条，放置在平车上，停在最近的横通条道内备用，一旦发生突水，立即用木板作闸门，并安装输送泵向门槽中灌入混凝土，门槽上部用草袋封堵。 凡在通过断层、低阻带和岩溶发育地段，支护施工队在两侧边墙上留出锚杆头，并在掌子面附近加挂钢筋梯，遇突泥突水来不急逃跑时上梯自救，等待救援人员；水势不大时，向洞口逃跑，安放闸门，并在闸门前摆放草袋。 .隧道塌方解决与自救互救措施 在断层破碎带及软岩地段易塌方，导致塌方的因素多数是地下水因素引起裂隙开张，减少了围岩互相作用力，加速围岩变形，使支护失稳而塌方，防止塌方措施是按设计规定和工艺规定做好超前支护和开挖后的联合支护，特别是超前注浆，一是截断地下水流入开挖面通道，二是提高结石率，增强围岩互相作用力，减轻支护圈压力，达成减少塌方机率。假如出现塌方我们将按下述方案进行解决。小型塌方解决：小塌方先清理塌方面，然后对塌方面用超长锚杆加固，将锚杆伸入到围岩的稳定区，锁住松动圈，然后用加强联合支护法支护，最后再进行塌方解决。 较大塌方解决：塌方的一般规律是围岩压力增大，支撑压紧，发出声响，接着产生位移变形，围岩掉碴，出现裂缝，直至滑动、坍塌。大塌方解决一般是塌方基本稳定后进行，先查看塌方规模，分析产生塌方因素，再制定塌方解决方案或按预案执行。解决方法一般有支顶法、固结法，两种方法均需先进行治水和支护加固，防止塌方事态扩大。 支顶法一般选择围岩稳定地段开挖导洞，埋入型钢，用钢筋砼锁住溶洞两侧，上部用浆砌片石封填，对较大塌方可用套拱法，保证塌方面稳定后再进行清理。固结法是采用注浆法，先将塌体和松动部分进行注浆解决，将松动部分固结后再清理塌体。塌方时的自救与互救：在开挖断层破碎带或软岩地段时，除了在开挖时用微震动法外，专职安全员跟班作业，发现不安全因素立即撤离施工人员，对装碴设备，在顶部安装钢板顶棚，当发现有岩粉飞扬，掉碴、喷锚开裂、或支架发出声响立即组织撤离，如开挖面后方塌方，工班长立即制止人员跑动、组织人员自救互救，洞口值班室立即到洞内查看险情，制定抢救方案，想方设法运用未砸断管给洞内人员供风、供氧、供水。 8.4突发事故的调查及解决 在接到事故单位的报告后，应急救援小组立即赶赴现场，参与各方面组成的事故调查、解决委员会，组织指挥有关人员积极抢救伤员，采用措施迅速恢复施工，并做好调查工作，拟定事故性质和责任。调查解决工作内容：勘察现场，检查机械、车辆及其他设备，做成记录；检查施工方法、机具车辆、材料设备、工程质量等情况并记录；调查关系人，做出记录并经本人签字；调查有关文献、资料并记录。 调查完毕，及时完毕事故分析，认定事故类别、事故因素及责任单位，完毕事故分析纪要。 九、安全保证措施.以“安全第一，防止为主”指导方针，结合施工图提前分析研究岩溶状态，估计也许碰到的溶洞的地段，制定好施工安全保证措施和应急预案。 .对地表水、出水点、地表陷穴等具体了解和测量，采用截排水和对地表进行解决，防止地表水下渗。.做好超前地质预报工作，探明溶洞大小、范围、位置，充填情况以及出现涌水的也许性等，拟定了岩溶的情况才干施工。 .贯彻“不坍就是进度”的指导思想，“安全第一，防止为主”指导方针，对的解决好进度、质量、安全三者之间关系，做好开挖面施工安全保证措施，杜绝塌方。 .施工区域设立警示标牌，严禁非工作人员出入，施工人员必须佩戴安全帽和防护用品。 .施工严格控制进尺，每次开挖一榀钢架间距并尽快施作初期支护，做到“管超前、短进尺、强支护、勤量测、早封闭”。 .规范施工用电管理。要做到“一机、一闸、一保护”，进洞电缆都要采用绝缘电缆线架空进洞。 .开挖成型后要及时进行初喷混凝土封闭开挖面，防止围岩风化。初期支护和临时支护要及时施作，控制围岩的初期变形量，提高隧道围岩的自稳能力。 .严格按照机械设备的操作规程合理使用施工机械，对各种机械设备要定期进行检查，保证机械设备在正常状况下工作。