1、不良地质流砂段安全掘进专项施工方案市郊铁路（轨道延长线）尖顶坡至璧山段缙云山隧道工程不良地质（流砂）段安全掘进专项施工方案中国建筑第五工程局有限公司重庆都市快轨铜梁试验线缙云山隧道项目经理部二0一七年四月二十六日市郊铁路（轨道延长线）尖顶坡至璧山段缙云山隧道节点工程不良地质（流砂）段安全掘进专项施工方案编制：复核：审核：中建五局缙云山隧道工程项目经理部2017年4月26日1 工程概况1.1 工程概况市郊铁路（轨道延长线）尖顶坡至璧山段缙云山隧道工程全长3637.5m，包括200.5m缙云山1#隧道、102m路基段及3335m缙云山2#隧道。缙云山隧道地质条件复杂，岩溶发育，施工过程中有煤层、采
2、空区、断层破碎带、高压地下水等。2#隧道共有2条断裂带，正穿越长达192m梨树坪断裂带核心区，根据综合超前地质预报显示掌子面K1+999前方约12m22m存在大型溶腔填充物，隧道开挖易出现涌水、涌砂现象。2016年12月9日2017年4月18日，对在重庆片区首次揭露的“流砂”现象开展科技技术攻关，自上而下成立了流砂段注浆堵水突击队，多次组织参建各方、专家组就流砂段隧道的注浆堵水施工措施进行研讨，历时4个多月，本段流砂得到一定固结，流砂及周边地层成孔性较好。（附图一：梨树坪断层破碎带纵断面图，附图二：梨树坪断层破碎带平面图）溶腔充填介质表观密度2680Kg/m3，细度模数为0.9，属粉细砂，粉细
3、砂的粒径组成见下表1.1。该饱和粉细砂是因须家河组砂岩受断裂带挤压，在水作用下随裂隙进入空腔。图1.1 溶腔纵断面示意图表1.1 粉细砂颗粒组成粒径(mm)4.752.364.752.361.181.180.600.600.300.300.15小于0.15占比(%)12.321.91238.642.21.2 工程地质情况梨树坪断层：走向北北东，倾向南东，倾角6080。见于青木关南金竹凼东、经干天池东、龙洞坡、梨树坪、雷家窝凼、肖家湾一带。该断层带仍具逆冲断层特征，断裂带构造岩以构造角砾岩和糜棱岩为主。断层带宽约15m，断裂带上盘岩层以三叠系下统嘉陵江组(T1j)第四段、中统雷口坡组(T2l)层
4、位可溶性岩类和上统须家河组(T3xj)长石石英砂岩夹页岩等为主，下盘岩层主要为三叠系下统嘉陵江组(T1j)第三段、第四段、中统雷口坡组(T2l)和上统须家河组(T3xj)等层位岩层。自肖家湾以南可观测到梨树坪断裂与凉亭关断裂斜接，以及梨树坪断裂上盘牵引褶曲核部的脱空现象，该断层在肖家湾以南已深埋，具有隐伏断层特点。本次勘察的3条纵向EH4物探断面显示里程K2+072附近有1条倾向东、倾角7080的低阻条带与ZK30揭露的地层重复出现，证明梨树坪断层的存在，并且证明断层倾向南东。1.3 水文地质情况主要由三叠系下统嘉陵江组和中统雷口坡组(T2l)等含盐溶角砾岩、石膏层的可溶性碳酸盐岩类组成。上述
5、含水岩组出露区地表溶蚀洼地、槽谷、落水洞、竖井等垂直岩溶形态串状发育，而地表以下则串状分布，由水平溶洞、地下暗河等顺层发育，地下水赋存、补给、运移及排泄严格受区域性侵蚀基面制约，大泉及暗河出口流量一般为5.015/s。钻井的出水量达1000至5000m3/d，如金剑山地热井涌水量可达7000m3/d以上，k8.312.5m/d。该含水岩组属极富水的含水岩组。1.4 周边环境情况隧道埋深约170m，水天池距隧道梨树坪断层破碎带水平距离约1300m，隧道上方秦家岚垭约有三户散户。1.5 工程风险分析根据建质200987号关于印发危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知，K1+993K2+973不
6、良地质（流砂）段掘进施工方案属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程专项方案，需组织专家论证会。该工程风险分析及防风险措施见表1.2。表1.2 工程风险分析及防风险措施表序号风险工程名称风险等级风险工程基本状况防风险措施1梨树坪断裂带核心部位二级该断层带仍具逆冲断层特征，断裂带构造岩以构造角砾岩和糜棱岩为主。断层带宽约15m，影响范围192m。(1)采用综合超前地质预报方法。(2)采用CRD法机械开挖，控制循环进尺。(3)采用小导管注浆加固作为超前支护，钢拱架支撑。(4)加强现场监控量测，及时掌握围岩和支护的动态信息,做好应急预案。2大型溶腔内填充粉细砂层二级该段粉细砂是因须家河组砂岩受断裂
7、带挤压，在水作用下随裂隙进入溶腔。该溶腔周边边界受限于现有的仪器、设备，无法作出精准的判断。在未扰动下，粉细砂密度大，处于稳定状态。但由于外部作用或者边界条件变化，会产生超静孔隙水压力，使粉细砂发生液化现象，隧道施工存在安全隐患。注浆前钻孔最大孔涌水量达到84L/min，注浆后检查孔最大出水量为8L/min，堵水率为90%，成孔较好，出水量、含砂量较少，开挖过程中可能遭遇少量流砂未固结。(1)根据预报显示，导坑先行，小导洞开挖。(2)根据导洞开挖情况，进行径向补注浆，浆液材料采用超细水泥浆、水泥水玻璃浆液。(3)采用小导管注浆加固作为超前支护，钢拱架支撑。(4)加强现场监控量测及时掌握围岩和支
8、护的动态信息,做好应急预案。(5)若揭露后，流砂内还受水量影响，则：环向加密超前小导管，由单排小导管变更成双排超前小导管。为防止临时仰拱底部隆起，对临时仰拱进行加固注浆，间距1.0m*1.0m梅花形布置。封闭掌子面，对掌子面前方5m范围采用50钢花管，全断面加固注浆，间距1.0m*1.0m梅花形布置。每次预留2m岩柱，每次掘进3m对掌子面挂网喷射厚200mmC25混凝土。3地表水体丰富三级埋深约180m，隧道上方存在散户居民，地表水体主要有井泉水，据隧道水平1.2km处存在天然水资源水天池旅游景区。(1)全断面超前帷幕固结注浆。(2)径向注浆。(3)防水板防水+速凝液体橡胶喷涂料防水。(4)纤
9、维素纤维混凝土结构自防水。2 编制依据2.1 文件依据(1)重庆都市快轨铜梁试验线（尖顶坡-璧山段）缙云山隧道节点工程施工招投标文件；(2)重庆轨道交通一号线西延伸段缙云山隧道岩土工程勘察报告；(3)缙云山隧道工程实施性施工组织设计；(4)重庆市都市快轨铜梁试验线（尖顶坡-璧山段）工程施工图设计第五篇区间工程第一册尖顶坡站-璧山站区间（缙云山隧道）第五分册缙云山号隧道洞身段CQKGJB-QJ01-SS-JG05-054A；(5)重庆轨道交通(集团)有限公司提供的相关资料及有关要求；(6)建质200987号关于印发危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知；(7)渝建发201416号64关于印发
10、危险性较大的分部分项工程安全管理实施细则的通知；(8)铁建设2010120号关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知；(9)安监2014104号隧道施工安全九条规定；(10)国家安全生产监督管理总局第69号令有限空间安全作业五条规定；(11)建质200382号建筑工程预防坍塌事故若干规定；(12)隧道施工环境安全评估报告;(13)2017.1.17 缙云山II号隧道K2+003K1+973段不良地质段全断面固结、止水注浆专家咨询会;(14)2017.2.23 市郊铁路（轨道延长线）缙云山隧道K2+003K1+973段不良地质（流砂）全断面帷幕固结注浆方案专家咨询会;(
11、15)2017.4.18 市郊铁路缙云山II号隧道K2+003K1+973段固结注浆效果评定总结会。2.2 规范依据铁路隧道施工规范（TB10204-2002）；铁路隧道工程施工质量验收标准（TB10417-2003）；钢筋机械连接技术规程（JGJ 107-2016）铁路隧道锚喷构筑法技术规范（TB10108-2002）；钢筋焊接及验收规程（JGJ18-2012）；生产过程中危险和有害因素分类与代码（GB/T13861-2009）；建筑施工作业劳动防护用品配备及使用标准(JGJ184-2009)；生产经营单位安全生产事故应急预案编制导则（GB29639-2013）；施工现场临时建筑物技术规范（
12、JGJ/T188-2009）；高处作业分级(GB/T36082008)。根据上述规范和文件，结合我公司现阶段的施工能力、技术装备、管理水平及历年来承担类似工程的施工经验编制本方案。3 施工计划3.1 施工总体部署根据注浆评定专题会要求，为确保施工质量和施工、运营安全，对该流砂段增设超前大管棚支护；管棚施作完毕后采用CRD法，先开挖导坑，根据开挖效果，动态组织补注浆或掘进施工。（1）管棚室施作。管棚施作采用RPD-180CBR矿研钻机（长*宽*高=8500*2600*3100）钻孔，管棚仰角3，该钻机在洞内施作管棚最低需要扩挖80cm、长6m的操作空间，即K1+999K1+993段除仰拱外的其他
13、部分扩挖80cm。超前小导管支护，材料为热轧无缝钢管，L=3.5m，壁厚3.5mm，环向间距0.4m，纵距2m，外插角510；初支拱架采用20工字钢，间距0.5m。具体如图3.1所示。图3.1 K1+999K1+993扩挖段初支参数示意图（2）管棚。施作2.0m长导向墙，采用3榀I20工字钢做骨架，采用C25普通喷射混凝土封闭;隧道右侧拱墙及拱顶、左侧75位置设置108*6mm管棚，L=25m，环距400mm，仰角3，即设置55根管棚。（3）开挖。管棚施作后，采用CRD法机械开挖，先开挖导坑，根据开挖情况，施作超前钎眼，若流砂固结效果不理想，则进行补注浆加固；若流砂体固结效果较好，则继续按CR
14、D法组织施工。图3.2 K1+995K1+993管棚横断面示意图3.2 施工进度计划与保证措施3.2.1 施工进度计划（1）2017年4月19日4月25日，掌子面K1+999掘进6m。（2）2017年4月26日4月28日，完成上半部分31根133*6mm孔口管安装、导向墙施作；2017年4月29日5月9日，完成上半部分管棚钻孔、顶管、注浆； 2017年5月10日5月12日，完成下半部分24根133*6mm孔口管安装、导向墙施作。2017年5月13日5月20日，完成下半部分24根管棚钻孔、顶管、注浆。（3）计划于2017年5月21日恢复开挖，采用CRD法施工（导坑先行开挖），机械开挖，计划于5月
15、30日安全穿越K1+987K1+977段。施工过程根据实际情况，按照动态设计、信息化施工原则，确定是否对该流砂段组织帷幕补注浆施工。3.2.2 施工进度保证措施（1）提前做好物资准备、技术交底等各项准备工作，包括各方协调以及危险点的处理。（2）根据工程实际情况，加强机械设备配置，提高机械化作业率。（3）加强监管作业各个工序，各项工序作业必须提前30分钟到位。（4）锚杆、拱架等均在加工厂制作，在现场安装。（5）保证现场作业环境，在安全无忧的情况下作业，杜绝事故发生。（6）施工现场所有部位均实行“三检制”即自检、互检、交接检。3.3 施工机械配备计划根据工期计划要求，结合工程的实际需要，投入该工程
16、项目的施工机械、设备及器具等情况见表3.1 主要机械设备配置计划。表3.1 主要机械设备配置计划序号设备名称型号规格数量生产能力备注一开挖支护机械1挖掘机CAT320D21.1m32破碎锤CAT320D23装载机ZL50C21.85.6m34侧卸式装载机WA320-312.2m35自卸汽车铁马520m36砼搅拌机JS7501750L7风动凿岩机YT28152m/min二钻孔注浆设备1多功能快速钻机RPD-180CBR115m/h2双液注浆机FBY30/12020.5-12Mpa3单液注浆机ZJB系列43m3/h4高压注浆泵2TGZ60/21016-21Mpa5浆液搅拌机SJ60073m3/h三
17、钢筋加工机械1电焊机BXL-4006400A2钢筋切断机CQ50232次/min3钢筋弯曲机GW50210次/min4型钢弯曲机WGJ-25011-13mm/s5钢筋调直机GT101四动力设备1柴油发电机GF3002300KW其它小型器具，根据现场实际需要配置。3.4 主要工程数量计划主要工程数量表如下：表3.2 主要工程数量表序号材料名称规格或型号单位预计数量进场时间1水泥P.O42.5Rt170.42017.42碎石510mmt305.22017.43机制砂机制砂t305.22017.44速凝剂t10.12017.45钢筋8、C22t13.952017.46砂浆锚杆C22m28802017
18、.47无缝钢管133m1342017.48无缝钢管108m16752017.49无缝钢管42m22752017.410中空注浆锚杆R32m58082017.411工字钢20t84.32017.44 施工工艺技术4.1 施工顺序施工准备管棚室管棚CRD法掘进【导坑导坑导坑导坑】仰拱、衬砌。4.2 施工工艺4.2.1 管棚工作室掘进根据注浆评定专题会，在爆破止浆墙（K2+003K1+999）后，洞内扩挖0.8m、纵向6m(K1+999K1+993)作为管棚工作室，并对其进行初期支护，支护参数见图3.1、3.2。在K1+993处拱顶及拱墙范围内施作超前大管棚支护。图4.1 洞身段超前长管棚纵断面设计
19、示意图4.2.2 导向墙施工K1+999K1+993段洞内扩大开挖纵向6m、高0.8m作为管棚施工工作室，并对其进行初期支护以保证施工安全。导向墙对管棚结构起到有力的支撑作用，预防在施工过程中隧道开挖轮廓线外松散流砂体对管棚及初支结构荷载过大，造成已施工的初期支护变形甚至坍塌；其次，可以准确定位，有效控制管棚施工角度，保证管棚效果。且施作导向墙后可一次性安装导向管到位，提高工效。导向墙采用C25喷射混凝土，截面尺寸为2000mm*800mm，环向浇注至拱脚。导向墙设3榀I20工字钢作骨架，工字钢间设22连接筋、间距1000mmm，钢架外缘设133mm壁厚6mm导向钢管，钢管与钢架焊接。管棚施作
20、前，采用40cm厚、C25普通喷射混凝土封闭掌子面（K1+993），既能预防掌子面突水突砂，也可防止管棚注浆时浆液沿缝隙流出。4.2.3 管棚施工1.管棚制作管棚采用25米长108mm壁厚6mm热轧无缝钢管制作而成，钢管连接采用丝接；钢管上钻注浆孔，孔径1016mm，孔间距3050cm，呈梅花型布置，尾部留2m不钻孔的止浆段。2.钻孔、清孔及验孔。采用RPD-180CBR矿研钻机；用全站仪定位、定向孔口及孔轴线，管棚环向中心间距40cm，管棚轴线与衬砌外缘夹角3。钻孔选用RPD-180CBR矿研钻机钻进成孔，并严格控制钻孔上抬量和角度。若钻进过程阻力较大，可退回1m左右，多次反复，阻力减小后继
21、续钻进。初钻用低压顶进，以保持方向，防止孔位偏斜。清孔采用RPD-180CBR矿研钻机反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。成孔后用经纬仪、斜测仪等检测孔深、倾角、外插角。验孔合格后方可进行管棚安装，对不合格的孔应封孔后原位重钻。3.顶管给每个孔编号，编号为奇数的第一节管采用3m长钢管，以后每节均采用3m长钢管；编号为偶数的第一节采用2m长钢管，以后每节均采用2m长钢管。同一断面内的接头数量不得超过钢管总数的50%，相邻钢管接头错开1m。管棚安装采用RPD-180CBR矿研钻机，在人工配合下顶进第一节钢管。当钢管孔外剩余3040cm时，用管钳卡住管棚，安装套管连接下一节管棚依次
22、顶进管棚至设计位置。如遇故障，需清孔后再将钢管插入。4.安装钢筋笼管棚钢管安装好后，在管内安放钢筋笼，增加管棚刚度。钢筋笼由4根18螺纹钢筋焊接在壁厚3.5mm、长5cm的管节上而成，钢筋笼在加工中心分节制作，在工作面逐节焊接起来，直至与钢管同长。图4.2 钢管构造示意图附：管棚施工流程图图4.3 管棚施工工艺流程5.注浆钢筋笼安装完毕后进行注浆，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，可同时采用35根管注浆。注浆浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。注浆材料为普通硅酸盐水泥P0.42.5R，水灰比1：1，注浆量为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限
23、，未达到压力要求，调整浆液浓度继续注浆，确保管棚内填充饱满。 水泥浆液水灰比：1:1。 注浆压力0.51.8MPa，终压1.8MPa，并稳压15min。 单孔注浆量(参考)： Q=RK2L式中：RK-浆液扩散半径（m）；L-压浆段有效长度（m）；-岩石裂隙率；-浆液在裂隙内的有效充填系数。4.2.4 K1+993K2+973掘进施工1.CRD法开挖根据综合超前地质预报及注浆效果评定意见，开挖顺序初步定为：导坑导坑导坑导坑。各部开挖时，周边轮廓要求圆顺。在先开挖侧喷射混凝土强度达到设计要求后进行另一侧开挖，左右两侧开挖导坑工作面的纵向间距不大于15m，上下导洞工作面的纵向间距3m5m。2.施工工
24、序流程(1)利用上一循环架立的钢架施作超前小导管并注浆，在小导管的支护下，开挖导坑，施作超前小导管。正洞拱部及中壁初喷C25混凝土、正洞拱部打入径向系统锚杆、正洞拱部及中部架立钢架、挂钢筋网、中壁设置局部锚杆、复喷混凝土至设计厚度;横隔墙部位初喷C25混凝土、立临时钢架、再复喷混凝土至设计厚度。(2)导坑开挖支护掘进35m后，继续开挖导坑。正洞边墙、中壁及仰拱初喷C25混凝土、正洞边墙打入径向系统锚杆、正洞边墙、仰拱及中壁接长钢架、挂钢筋网、中壁设置局部锚杆，并复喷混凝土至设计厚度。(3)导坑开挖支护掘进35m后，导坑利用上一循环架立的钢架，施作超前小导管并注浆，在小导管的支护下开挖掘进。正洞
25、防护初喷C25混凝土、拱部打入径向系统锚杆、拱部架立钢架、挂钢筋网、复喷混凝土至设计厚度；横隔墙部位初喷C25混凝土，立临时钢架，再复喷混凝土至设计厚度。(4)导坑开挖支护掘进35m后，开挖导坑。正洞边墙初喷C25混凝土，立临时拱架，再复喷混凝土至设计厚度。3.按照红线管理规定范围内,掌子面距离仰拱不超过35m、二衬距离掌子面不大于70m。图4.4 CRD法施工工序图4.3 超前及初期支护K1+999K1+973段隧道超前支护及初期支护参数详见图4.5所示，施工工艺见4.2.1节所示。图4.5 K1+993K1+970段衬砌初支结构图1.超前小导管施工采用42超前小导管进行超前支护，材料为热轧
26、无缝钢管，L=3.5m，壁厚3.5mm，环向间距:0.4m，纵距2m，外插角510。导管穿过钢架腹部并插入岩体，钢管前端做成尖椎状，尾部焊上箍筋，注水泥浆加固围岩。(1)钻孔：采用手持风钻钻孔比设计钻孔深度适当加深，用TY28手风钻造孔，采用普通钻杆和50mm直径钻头，以满足成孔后孔径大于钢管直径35mm的要求。施钻过程中及时观察钻杆方向及外插角度，当发现方向及外插角偏差较大时应予以调整。完成后用高压风清孔。(2)钢管加工：将钢管前端加工成锥状，尾部焊一圈6加强钢筋。除尾部1m外，管壁四周钻10的梅花形布置压浆孔眼，孔径68mm，孔间距15cm，呈梅花型布置。(3)钢管插入及密封：钢管尾部套入
27、特殊的钎尾，采用凿岩机冲击的方法将钢管贯入孔内(也可用锤击法贯入)，贯入孔深不小于设计长度的90%。为防止注浆漏浆，在小导管的尾部用胶泥麻筋缠箍成楔形，以便钢管顶进孔内后其外壁与岩壁间隙堵塞严密。注浆：采用注浆机注浆，注浆前检查导管孔口是否达到密闭标准，注浆结束后，将管口封堵。(4)注浆：采用超细水泥注浆，水灰比为1:1；注浆压力0.51.0Mpa。注浆过程中及时观察掌子面围岩情况，并根据吸浆量及压力上升情况，当两者之一达到设计规定时可结束注浆作业。水泥浆液采用专用的浆液拌制机在现场拌制，拌制时用磅秤对水泥及用水量进行称量控制。超前小导管以紧靠开挖面的钢架为支点，小导管尾段与钢架焊联，打入钢管
28、后注浆，形成管栅支护环。2.锚杆施工（1）R32自进式中空注浆锚杆自进式中空锚杆是一种空心锚杆，锚杆通体螺纹，采用联接套接长，前端安装一次性钻头。1)锚杆的安装使用前，检查钻头、钻杆是否通气，如有堵塞应处理通畅后方可使用;连接钻头和锚杆、凿岩机和钎尾、钻机连接套和钎尾、锚杆和钻机连接套等;锚杆对准设计的锚孔位置，凿岩机应先给风或水，然后钻进，在破碎岩中钻进时，钻头的水孔易堵塞，因此在钻进时，应放慢钻进速度，多回转，少冲击，注意水从钻孔中流出的状况，若有水孔堵塞的现象，应后撤锚杆500mm左右，并反复扫孔，使水孔畅通，然后慢慢推进，直到设计深度。钻进至设计深度，用水或空气洗孔，检查钻头上的孔是否
29、畅通，然后将锚杆从钻机连接套上卸下，锚杆按设计要求外露。用钢管将止浆塞通过锚杆外露端打入孔口100mm左右作为封孔进行注浆，如注浆压力较大或围岩较为破碎，也可采用锚固剂封孔。同时安装锚杆垫板及螺母，但此时不宜上紧。2)锚杆注浆检查注浆泵及其配件是否齐备和正常，水泥砂浆的水灰比1:1;用水或空气检查锚孔是否畅通，从泵出口出来的砂浆，必须要均匀;迅速将锚杆和注浆管及泵用快速接头连接好，开动泵注浆，整个过程应连续灌注，不停顿，必须一次完成，观察浆液从止浆塞边缘流出或压力表达到设计值，即可停泵。若注浆过程中，出现堵管现象，应及时清理锚杆、注浆软管和泵，此时若泵的压力表显示有压，应反转电机1-2秒卸压，方可卸下各接头，电机反转时间必须短暂。当完成一根锚杆的注浆后，应迅速卸下注浆软管与锚杆的接头，清洗并安装至另一根锚杆，然后注浆，若停泵时间较长，在对下根锚杆注浆前应放掉前段不均匀的灰浆，以避免堵孔。在整个注浆过程中，操作人员应密切配合，动作迅速，保证注浆过程的连续性。（2）砂浆锚杆1)成孔隧道锚杆采用风动凿岩机成孔，锚杆钻孔利用开挖台阶搭设简易台架施钻，按照设计间距布孔；钻孔方向按照一定角度钻进初喷砼表面；锚杆孔比杆径大15，深度误差不得大于
