膏溶角砾岩地段隧道施工技术措施范本.doc

膏溶角砾岩地段隧道施工技术措施

20
2020年4月19日
文档仅供参考
膏溶角砾岩地段隧道施工技术措施

膏溶角砾岩工程力学性质很特殊，单轴饱和抗压强度极低，Rc=0.14～2.2MPa，属于极软岩，隧道挖开后稳定时间很短，容易发生坍塌和大变形，如果遇水则强度很快降低,极易崩解软化，同时具有弱至中等程度的膨胀性，其自由膨胀率在40%～66%。膏溶角砾岩角砾成分复杂，主要为泥灰岩、灰岩的碎屑、泥砾，而且岩体结构存在很大的差别，岩体强度不均匀，无胶结不含角砾呈土状、半胶结含少量角砾呈块状或钙质胶结含角砾呈柱状，部分夹有石灰石的块体，呈散体状。
隧道经过有水膏溶角砾岩地段施工时，应做好地质超前预报工作，以指导施工，确保施工质量、安全和进度。开挖前采用全断面帷幕注浆，增强支护参数，隧道基底软弱层处理采用Φ400混凝土静压桩加固。
1. 膏溶角砾岩地段隧道施工顺序
施工工序依次排列为1、②、3、④、5、⑥、（7）、8、⑨、X、10、Ⅻ。
开挖：开挖上台阶弧形导坑1→开挖上台阶核心土3→开挖下台阶5 →落底开挖8→ 凿除临时仰拱10
支护：拱部挂网、喷、锚及钢架架立②→临时仰拱挂网、喷混凝土及中壁钢架架立④→边墙挂网、喷、锚及钢架架立⑥→仰拱挂网、喷混凝土及钢架架立⑨
基底处理：隧道底部混凝土桩施工（7）
衬砌：仰拱施工X→ 边墙及拱部衬砌施工Ⅻ。
图一 膏溶角砾岩地段隧道施工顺序图

2. 膏溶角砾岩地段隧道施工预加固措施
有水膏溶角砾岩地段，开挖前全断面帷幕注浆的措施；无水膏溶角砾岩地段，采用拱部采用小导管注浆预加固的措施。保证隧道开挖的安全。
2.1 超前地质预报
隧道开挖过程中，必须进行超前地质预报，经过地质超前钻孔、地质雷达、红外线声波探测等办法，了解开挖前方要经过地层的地质、水文、该段的岩性特性和工程力学情况。如：经过超前钻孔探水，可知钻孔的涌水量、水头压力；地质雷达测试可知前方地层、岩层的破碎程度；红外线声波探测可知区域内储水量的大小。只有这样才能制订出科学的施工方案，避免施工的盲目性。超前钻孔探水，钻孔出水量大于10m3/h时，该段即需要帷幕注浆，如果出水量小于10 m3/h大于2m3/h时，该段也可采用在出水孔周围进行局部注浆方式堵水。
2.2. 帷幕注浆施工
遵照设计，结合设备能力及工期要求，每循环注浆段长15m，开挖12m，留3m作止浆盘，为消灭注浆死角采用8环的伞形辐射状布孔。单孔有效扩散
半径为4m，钻孔开口直径89mm。
2.2.1帷幕注浆材料
所用浆液根据工程地质及水文地质按设计采用超水泥砂浆和TGRM新型灌浆材料。
TGRM抗分散性注浆材料分为加固型、超细防水型、轻质防水型等型号。超细防水型具有超早强、可灌性好，自密实、自流平、微膨胀、在水中不离散等特点。产品性能：单液浆水灰比0.4，初凝时间13min，终凝时间15min，流动度260cm，特别适合隧道内帷幕注浆。
2.2.2帷幕注浆设计要求
。注浆固结范围：开挖洞室轮廓线外3.5m以内的围岩。
。单孔注浆浆液扩散半径为4m。
。注浆压力：一般控制在0.5～1.0Mpa。
。注浆材料：采用水泥、水玻璃混合液（即CS浆液）。
水泥：525号普通硅酸盐水泥。
水玻璃：模数n=2.4～3.4，波美度35B e″。
水灰比：浓浆：0.8:1；稀浆：1.25:1～1.5:1.
水泥浆与水玻璃体积比取1：0.8。
5.4.13-11 Ⅴ级围岩膏溶角砾岩段衬砌断面图

缓凝剂：磷酸氢二钠加入量为水玻璃重量的3%。
。注浆方式：采用分段前进式注浆。
。注浆顺序：先注无水孔，后注有水孔。在无水地段，能够从拱脚起顺序注浆，也能够从拱顶顺序注浆。注浆速度根据注浆孔出水量大小而定，一般从快到慢。
。钻孔和注浆的要求：
钻孔和注浆的顺序先外环后内环，同一环先下部后上部，间隔交替钻孔注浆，后序孔检查前序孔的注浆效果。应先注无水区后注有水区，钻一孔注一孔。
在钻孔过程中遇到涌水或卡钻时应停止钻进，进行注浆、扫孔后再继续钻孔。岩溶填充物内前进式注浆
根据设计要求，本隧道富水地段围岩采用衬砌5m范围内帷幕注浆堵水并加固岩体。
。注浆循环段长度和注浆孔的布置
遵照设计，结合设备能力及工期要求，本隧道每循环注浆段长15m，开挖12m，留3m作做下段止水盘，如地层极坏，钻孔极困难，可视具体情况缩短注浆长度。注浆管采用φ73热扎钢管，壁厚5mm，与之匹配的钻孔直径为89mm，周边外插角在保证注浆扩散半径不小于3.5m前提下，可根据施工中采用的设备情况确定。帷幕注浆见图一
图一 帷幕注浆示意图 

2.2.3注浆施工
。机具设备选用
钻孔设备：
根据本隧道施工机具设备配备情况，及开挖断面的具体情况，尽量采用与其相适用的钻孔设备。
帷幕注浆钻孔采用MK50型地质钻机，每掌子面配2台。选用合乎孔径要求的钻头进行钻孔作业。
注浆设备：
采用两台KBY50/70全液压双液注浆泵。
制浆设备：
选用JZM750叶片式搅拌机4台作为制浆设备，为了保证浆液的均匀性和在注浆间隙时间不沉淀，另备搅拌储浆桶2个，容量各为1.0m3。
。止浆盘施工及孔口管埋设：
根据开挖面地质情况，综合超前地质预报的成果，研究分析，确定施工
方案，在掌子面挂钢筋网，喷射C20号砼，厚度20cm，做止浆墙，每个注浆段开始处应保证有不小于3.0m厚的止浆墙。止浆墙施工完毕后，按照确定的施工方案布孔。用φ100mm钻头钻2m孔，放入φ89mm孔口钢管，长2m，与孔壁的间隙用麻丝填塞，再用道钉楔紧，上留排气孔，外露0.2～0.3m接法兰盘连接注浆管后压入TGRM浆液进行加固，孔口管锚固强度不得小于50KN。
。钻孔：
当孔口管稳固后即可钻孔，由下部到上部间隔钻孔。钻孔要确保孔位准确，外插角度准确，各环钻孔深度达设计要求。
当卡钻或有水涌出不能钻进时暂停钻孔，用注浆机注入TGRM浆液后再用钻机继续钻进。
。注浆：
压水试验：在正式注浆前用3Mpa的压力压水检查，其目的是：检查管路是否连接正常，是否耐压，有无漏水现象，测定岩层吸水量，以确定浆液的初始浓度和预计注浆量。测定注浆压力损失情况，确定注浆终压，将岩层裂隙内的充填物挤压至注浆范围以外，增加注效果。
制浆在搅拌机开动的情况下，加入定量清水，水量需计算准确，然后按水灰比加入水泥，连续搅拌3min后即可经过钢丝过滤后进入储浆桶中，在储浆桶中二次搅拌后，供注浆使用，TGRM浆液和水泥浆液同属于单液浆，制浆办法相同。TGRM浆液初凝时间13min，终凝时间15min，制浆后必须保证在10min以内注入孔中，不能存浆过多，影响注浆效果。
首先根据压水试验情况及围岩的裂隙发育情况估算单孔注浆数量，注浆时要随时观察泵压及注浆数量，分析注浆是否正常。如单孔注浆量过大，仍达不到终压的要求，可暂停该孔注浆，过4～6h用钻机清孔后再继续注浆。注浆要作好充分准备，要紧张有序，忙而不乱，特别是TGRM浆液，要严防堵管，影响注浆质量。
。注浆结束标准：
当注浆压力逐步升高，达到设计要求的终压，需继续注浆10min，可结束本孔注浆；在单孔注浆量与设计注浆量大致相同，同时每分钟注浆量小于20L，也可结束本孔注浆。
。注浆效果检查：可根据后序钻孔的钻进情况、涌水情况，判定注浆效果。注浆效果好的地段，经开挖后可观察到裂隙及空隙充填效果良好，几乎所有裂隙都充填有浆，开挖后掌子面比较干燥。如果开挖后仍有渗水现象，堵水效果达不到要求时，可采用局部径向注浆处理，使其达到堵水设计标准。
3. 膏溶角砾岩地段隧道开挖
隧道开挖采用超短台阶预留核心土环形开挖法开挖。上台阶施做临时仰拱。拱部采用小导管超前支护，小导管每2.0m一环，每环20根，环向间距0.4m，每根长3.5m。短台阶，台阶长3～5m，上台阶预留核心土，上下台阶同时施工。每循环进尺0.75或1.5m，每天2个循环，全断面平均月进尺计划50～60m。
上台阶开挖采用小炮松动后风镐开挖，支护结构紧跟，并及时进行封闭，防止围岩暴露过久。下台阶采用挖掘机开挖，必要时采用弱爆破短进尺（1.0～1.5m）分阶段起爆的控制爆破。
4. 膏溶角砾岩地段隧道支护
及时设置临时仰拱或锁脚锚杆，将初期支护封闭成环，控制围岩的侧向变形。
初期支护以喷射HLS微纤维C25混凝土、锚杆、型钢钢架组成。
锚杆拱墙布置，间距1.0m，梅花型布置，采用EX27N涨壳式预应力中空注浆锚杆，长6.0m。锚杆采用YT-28气腿式凿岩机或凿岩台架钻眼安设。
。HW175型钢钢架施工
HW175×175型钢钢架按0.75m/榀设置，出碴完成后，初喷混凝土4cm厚后架设，架设完毕后复喷砼至设计厚度，钢架之间经过连接筋连接，每榀钢架中心焊接φ32 ×80×3.5的套管，连接钢筋插入其中，连接钢筋采用φ22钢筋，长1m，环向间距1m。单元钢架在架设前在钢架两端各设2根φ20钢筋定位锚杆固定。
。EX型胀壳式可预应力中空锚杆施工
EX型胀壳式可预应力中空锚杆的加工，应符合设计质量要求，在存放、运输及安装过程中，不得有损伤和变形。
锚杆安装要平直不紊乱，同时安设排气管。锚杆推送就位后， 即可进行安装千斤顶张拉。一般先用20％～30％的预应力值预张拉1～2次，促使各相连部位接触紧密，使钢杆平直。最终张拉值应有5％～10％的超张拉量，以保证预应力损失后仍能达到设计要求的有效预应力。张拉时千斤顶后严禁站人，以防不测。
预应力无明显衰减时，才最后锁定。且48h内再检查。注浆应饱满，注浆达到设计强度后，进行外锚头封盖。
5. 膏溶角砾岩地段隧道的地基加固
隧道的地基加固为中线两侧3.45m范围,采用静压预制桩的方法。钢筋砼桩基础采用φ400mm的预制钢筋混凝土桩长4m，沿洞底纵向梅花型布设，间距150cm，横向间距1.5m。采用螺旋钻机成孔、静压桩机插桩。
5.1. 施工顺序
隧道开挖下台阶按0.75m步距，从而可做到每次落底后即可进行加固桩施工。每环砼桩钻孔时，首先进行中间桩孔的钻挖，然后再钻挖两侧的桩孔。预制桩体插桩时，则从两侧向中间跳跃插桩，施工顺序如下图。

5.2.钢筋混凝土桩的预制及存放
钢筋混凝土方桩均在现场预制，工地制桩场地的布置，应预先考虑起重设备的安装、拆卸及运桩便道。钢筋采用机械加工，钢筋分类、分规格堆放整齐，主筋连接可采用闪光对焊，布置在同一截面的接头不超过50%，同根钢筋两接头的距离应大于30d，并不小于500mm，钢筋骨架的允许偏差均应符合规范要求。
桩预制采用单层法预制。模板使用钢模，混凝土应由桩顶向桩尖方向连续灌筑，不得中断，并以震捣器捣实。桩上应标明编号和制作日期。应根据种类和使用先后堆放，堆放场地必须平整、坚实，堆放层数不超过四层，支点距离应符合施工规范，垫木必须保持在同一平面上。在灌注混凝土前要按设计预埋测试元件及吊环。
5.3.桩的起吊和搬运
桩混凝土强度达到设计值的100%后方可起吊、运输和打桩。方桩运输时要按沉桩顺序分层垫平放稳，装卸时要保持稳定。
5.4.旋挖钻机成孔。
钻孔直径φ400cm。采用螺旋钻机成孔。钻孔时根据不同的地质，调整好钻机的钻速，控制好进尺速度，
钻进过程中，必须保证钻机架底座水平，钻头中心和起重滑轮缘必须在同一竖直线上，并经常检查校正。钻孔要连续不间断进行，确保孔壁稳定。停钻时，必须将钻头提出孔外，避免塌孔埋钻。
成孔检查：成孔深度达到设计标高后，桩底虚土要夯实处理或按设计办理。经检查合格后，用钢板将孔口盖住，以防落渣。
5.5.静压插桩施工
根据桩的设计参数和地质情况，拟采用江阴市万达基础设备有限公司出厂的ZYJ－200静压桩机施工。其程序如下：
桩机就位→桩尖就位、对中、调直→压桩→接桩→再压桩→检测。
桩尖就位、对中、调直：对于YZJ型压桩机，经过起动纵向和横向行走油缸，将桩尖对准桩位；开动压桩油缸将桩压入土中1m左右后停止压桩，调正桩在两个方向的垂直度。第一节桩是否垂直，是保证桩身质量的关键。
压桩：经过夹持油缸将桩夹紧，然后使压桩油缸伸程，将压力施加到桩上，压入力由压力表反映。在压桩过程中要认真记录桩入土深度和压力表读数的关系，以判断桩的质量及承载力。当压力表读数突然上升或下降时，要停机对照地质资料进行分析，看是否遇到障碍物或产生断桩情况等。
接桩：当下一节桩压到露出地面0.8～1.0m时，应接上一节桩。
送桩：如果桩顶接近地面，而压桩力尚未达到规定值，能够送桩。静力压桩情况下，只要用另一节长度超过要求送压深度的桩放在被送的桩顶上便能够送桩， 不必用专用的送桩机移位。
6．膏溶角砾岩地段施工监控
6.1.监控项目及量测点的布置
按照设计将洞内围岩及支护状态观察、净空变化(拱顶下沉，底板隆起、净空收敛和围岩位移)围岩压力(围岩与支护结构的接触应力)、支护结构的应力状态(钢架内力和锚杆轴力)的监控量测为必测项目；围岩弹性波速度测试、初期支护喷射混凝土应变和二次衬砌混凝土应变监控量测等为选测项目。
6.1.1．洞内围岩及支护状态观察
开挖面地质描述，包括围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向、有无松散坍塌、剥落掉块现象、有无渗漏水等；初期支护状态包括喷层是否产生裂缝、剥离和剪切破坏、格栅支撑是否压屈进行观察分析。以上情况应详细描述、记录，并予以评估，作为支护参数选择的参考及量测等级选择的依据，具体可采用分值评价表进行，评价方法可参 照“专隧(93)0034”或“专隧(95)0014”。
6.1.2．净空变化(拱顶下沉、底板隆起、净空收敛和围岩位移)的监控量测
将净空变化量测的各项内容布置在同一个断面，拱顶下沉量测的测点布置在拱顶及拱顶两侧2m(可适当移动)，底板隆起与拱项下沉对应布宜：围岩位移量测是在钻孔中埋设位移计，以量测岩体内部各点的相对位移，经过挣空收敛(水平向、竖向及斜向收敛)量测以验证围岩位移结果是否正确。拱项下沉及底板隆起量测断面纵向间距为5～10m(前面数字为施工初期阶段，后面数字为取得效果后：下同)，围岩位移量测断面纵向间距为20～40m，拱顶下沉及底板隆起每个断面各布置3个测点，围岩位移每个断面布置12个测点，净空收敛布置4条水平向基线、1条竖向基线、6条斜向基线。

6.1.3．围岩压力(围岩与支护结构的接触应力)的监控量测
为了全面了解支护背后的压力情况(围岩压力)，该监测项目在施工初期阶段必须严格执行，在掌握其变化规律后可减少或选择代表性地质的地段监测。断面上测点对称布置，每个标准断面布置24个测点，测点仪器一般放在钢架支撑板底下面和每个钢架单元中间(必须与支护和围岩紧密相贴)。
6.1.4．支护结构的应力状态(钢架内力和锚杆轴力)的监控量测
钢架内力应与围岩压力对应布置，测点可布置在围岩压力量测的断面上，以便校对，锚杆轴力监测应与围岩位移对应布置。除以上所述，应根据具体情况进行必要的补充量测。
6.2.量测数据整理、分析
现场量测数据及时整理，绘制量测数据与时间的关系曲线及量测数据与开挖面距离的关系曲线，并应进行数据处理或回归分析。
依据回归分析、预测位移、收敛、拱顶下沉及钢筋应力的最终值。
以位移、时间曲线为基础，根据位移、位移速率等分析、评定围岩和支护的稳定性，当位移急骤增加，每天的相对净空变化超过15mm时，应重点加强观测，并密切注意支护结构的变化；特别，初期支护收敛量达到l0cm(即吃进预留变形量5cm)后或监测的钢筋应力接近钢筋承载力要求时，且相对变化仍超过lmm／日必须加强支护，采用增加喷混凝土厚度，补喷5cm厚的网喷砼或增加预应力注浆锚杆的长度、数量。当位移、时间曲线出现反弯点时，同时支护开裂或掉块，此时应尽快采取补强措施以防坍方。当位移、周边收敛、拱顶下沉量达到予测最终值的80～90%，收敛速度小于0.5mm／d，拱顶下沉速率小于0.15-0．3mm／d时，可认为围岩基本稳定，可施作二次衬砌。利用位移、应力(格栅主筋应力)反分析程序对围岩及支护结构的稳定性进行分析、评价。综合以上综合分析、评价及时修正设计，调整支护参数，对施工及时提供建议和措施。
根据围岩与支护间的接触应力量测结果，可知围岩压力在横断面的分布情况及围岩压力值随开挖时间变化的规律，与理论计算方法做比较，以取得较为合理的围岩压力计算方法，检算初期支护的受力情况(内力及位移)，判别初期支护的工作状态、支护特点，并对初期支护进行安全度评估；对二衬进行验算，修改设计。根据实测所得的锚杆轴向力绘制沿锚杆长度方向的轴力图，由所得的状态曲线分析、判断围岩松弛区范围，以便修改锚杆长度、间距。根据监测钢架内力的结果，按钢材的容许应力判断已施工地段的支护是否安全，从而可调整支撑的间距或支撑钢架的截面尺寸等；同时，可根据监测的应力结果，分析，反算轴力、弯距、剪力，并推断围岩土压力的分布状态。因围岩变化特性不了解，施工初期可适当放大开挖面，待掌握其变化规律后可优化设计。
7. 预防膏溶角砾岩地段施工塌方的措施
首先做好地质超前预报，针对围岩情况，选择相应的施工方法和措施。
。先排水。在施工前和施工中均应采取防排水措施尽可能将坑内的水引出坑道之外。
。短开挖。隧道施工中每循环进尺相应缩短。初期支护紧跟开挖面，以减少围岩暴露的时间。
。尽量采用机械和人工风镐开挖，如需爆破时，采用弱爆破。在爆破时，采用浅眼、密眼、间隔装药、光面爆破，并严格控制用药量。
。强支护。针对地应力情况，加强拱顶预支护效果，开挖后立即喷砼封闭岩面，初期支护采用格栅钢架，喷射砼覆盖钢架，确保初期支护有足够强度和刚度。及时设置上台阶钢架拱脚加设锁脚锚杆，并加设临时钢横撑。
。勤量测。建立动态信息化管理系统，加强围岩量测统计工作，发现围岩有变形或异状，要立即采取有效措施及时处理，提高监控量测密度或手段。
不必用专用的送桩机移位。