九岭山隧道3斜井排水专项施工方案修改汇编.docx
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九岭山隧道3斜井排水专项施工方案修改汇编
新建蒙西至华中地区铁路MHSS-7标段
九岭山隧道3#斜井
反坡排水施工方案
中铁十九局集团蒙西华中铁路MHSS-7标段项目经理部
二O一六年四月
新建蒙西至华中地区铁路MHSS-7标段
九岭山隧道3#斜井
反坡排水施工方案
编制:
审核:
批准:
中铁十九局集团蒙西华中铁路MHSS-7标段项目经理部
二0一六年四月
目录
1编制说明1
2编制范围2
3工程地质及水文特征2
3.1工程地质2
3.2水文地质2
4工程概况3
4.1地形地貌3
4.2地质条件4
4.2.1工程地质、地层岩性4
4.2.2地质构造4
4.3水文地质特征6
4.4气象条件6
5隧道抽排水施工方案11
5.1斜井及正线抽排水系统11
5.1.1反坡排水的特点及重要性11
5.1.2九岭山隧道正线反坡排水11
5.1.2斜井施工期间反坡排水12
5.1.3斜井及正线反坡排水13
5.2斜井及正线抽排水供电系统14
5.3突、涌水段施工排水14
5.4污水处理15
6.劳动力组织15
7.安全保证措施16
8.环境保护措施17
9.其他安全保证措施17
10.斜井及正线抽排水示意图19
九岭山3#斜井反坡排水施工方案
1编制说明
1.1编制依据
⑴国家、行业现行铁路建设相关技术规范和规定;
⑵九岭山隧道施工图设计文件。
⑶《蒙西华中铁路九岭山隧道指导性施工组织设计》(修改)
⑷《铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10417-2003
⑸当前铁路建设的技术水平、管理水平和施工装备水平
九岭山隧道现场办公会议纪要、蒙华铁路重点隧道工程技术方案优化专题会议精神及变更设计图纸。
1.2编制原则
1、在超前地质预报的基础上,为了控制隧道涌水、突泥,可采用超前预注浆减小涌水量和水压,保证隧道施工安全;环境条件许可时,对于地层中的孔隙水或节理、裂隙水,可采用地表或洞内降水的方法降低地下水位,提高地层的稳定性;当降水方案不能满足要求或无降排水条件,在隧道施工中遇到高压涌水危及施工安全时,宜先采用排水的方法降低地下水的压力,然后用注浆法进行封堵。
封堵涌水注浆应先在周围注浆,特别是向水源方向注浆,切断水源,然后顶水注浆,将涌水堵住。
2、隧道涌水的处理应贯彻预防为主的原则,应采取先堵后排的措施,预计有大量涌水或涌水量虽不大,但开挖后可能引起大规模塌方时,应在开挖前进行帷幕注浆。
3、反坡段施工排水应以设计图纸为依据,尊重现场实际情况,超前规划、统筹全局,合理安排现场施工方案,与实际不符时及时给予优化,随现场实际情况调整施工方案,实现施工动态管理。
4、隧道施工防排水工作应按防、截、排、堵相结合的综合治水原则。
2编制范围
新建蒙西至华中地区铁路煤运通道MHSS-7标段,九岭山隧道3#斜井及正线工程。
3工程地质及水文特征
3.1工程地质
1.地形地貌
隧道区为中低山区,山体陡峻,流水侵蚀切割剧烈,地形起伏较大,自然陡坡度约30°~60°,相对高差1000m左右,隧道最大埋深约862m,山坡植被多为松树林及灌木丛,自然坡度为20°~30°。
2.地层岩性
九岭山隧道3#斜井表层覆盖粉质黏土,黄色,硬塑,厚约1.1m,下伏基岩为花岗岩、花岗闪长岩,褐黄色,全风化,层厚约10m。
3.2水文地质
隧道区地下水类型包括第四系孔隙潜水和基岩裂隙水,受大气降水补给,向低洼处排泄。
由于山体切割强烈,沟谷纵横,地下水径途径较短,受大气降雨影响较大。
4工程概况
九岭山隧道位于江西省宜春市境内,起于铜鼓县小水村附近,止于宜丰县黄岗镇。
隧道结构形式为单洞双线,进口里程DK1680+696,出口里程DK1696+086,隧道全长15390m,主要不良地质有断层破碎带(断层6条,节理密集带4条)、岩爆、软岩大变形、地热等。
隧道Ⅱ级围岩8805m,III级围岩4520m,Ⅳ级围岩1492m,Ⅴ级围岩573m,Ⅱ、III、Ⅳ、Ⅴ级围岩分别占全长的57.21%,29.38%,9.69%,3.72%;
3#斜井位于宜丰县黄岗镇汪家槽村,线路左侧,采用双车道断面,斜井与隧道正洞交于DK1691+600处,斜井与1线线路中线大里程方向交角60度,斜井综合坡度为9.15%,井口里程X3DK1+607,斜井斜长1613.7米。
隧道正线为单洞双线、斜井设计为无轨运输双车道,按照新奥法设计,洞身结构为初期喷锚(必要时加钢架)支护、复合式衬砌(洞口段、洞内软弱围岩段、三叉口处);辅助措施有:
超前注浆小导管、3m帷幕注浆、5m帷幕注浆、3m径向注浆、5m超前注浆等。
4.1地形地貌
本标段地形多为中低山区,山体陡峭,流水侵蚀切割剧烈,地形起伏较大,自然坡度约为30°~60°,相对高差1000m左右,植被发育,多为松树林及灌木丛。
山间沟谷呈狭长条状,与线位呈大角度相交,植被发育,多为竹林、松树等,局部被辟为农田和村庄,谷地覆盖层厚度1~2m,局部厚度较大。
其中九岭山隧道经过区域最高山峰的标高为1404.6m,隧道最大埋深约862m。
4.2地质条件
4.2.1工程地质、地层岩性
标段施工区出露的地层岩性主要为雪峰期晚期第一次侵入(γδ22a)花岗岩、花岗岩长岩,局部发育有酸性岩脉和石英脉,全风化层厚度4.8~24.5m,此外还有地表零星分布的第四系坡洪积及残坡积土层。
隧道围岩级别以Ⅱ、Ⅲ级为主,围岩总体稳定性好。
4.2.2地质构造
根据遥感资料、区域地质资料、地质测绘资料、物探成果资料和钻探资料综合分析、判定,区域有6条断层与线路相交,构造特征以压扭性、压性为主;另有节理密集带3条。
断裂构造
①F1断层:
断层于DK1683+930附近地面与线路相交,交角约为118°,地表表现为狭长条带状山间沟谷,植被发育,多为竹林、松树等。
断层为压扭性断裂,走向约165°,倾向南西,倾角约64°。
深孔Jz-Ⅲ132-1683850揭示该断层,产状255°∠64°,孔深116-124m范围为断层带,岩体破碎,岩芯呈碎块。
根据物探及钻探资料综合分析,推测断层带及影响带宽度约为140m。
②F2断层:
断层于DK1684+760附近地面与线路斜交,交角约为25°,地表表现为沟谷,植被发育,多为灌木、松树等。
机动钻孔Jz-Ⅲ135-1684725揭示该断层,压扭性断裂,推测断层带及影响带宽度约160m,Jz-Ⅲ132-1684725揭示该断层,产状283°∠70°,109.5-115.5m为断层破碎带,节理很发育,岩体极破碎,构造裂隙水较发育,围岩稳定性差;69-215m为断层影响带。
③F3断层:
断层于DK1686+480附近地面与线路斜交,交角约为126°,物探EH-4揭示该断层,压性断裂,断层走向约为50°,倾向北西向,倾角约67°,推测断层带及影响带宽度约100m,岩体破碎,构造裂隙水较发育,围岩稳定性差。
地貌上表现为沟谷。
④F4断层:
断层于DK1691+545附近地表与线路相交,交角约为104°,物探揭示该断层,压扭性断裂,断层走向约为28°,倾向北西向,倾角约81.5°,推测断层带及影响带宽度约110m,岩体较破碎围岩稳定性较差。
⑤F5断层:
即下元坑—天宝埚断裂,为区域断裂,断层于DK1692+710附近与线路相交,交角约为145°,区域、物探揭示该断层,压扭性断裂,断层走向约为69°,倾向南东向,倾角约58.5°,推测断层带及影响带宽度约180m。
Jz-Ⅲ132-1692900揭示,196.3-199.8m为断层破碎带,节理很发育,岩体极破碎,构造裂隙水较发育,围岩稳定性差。
断层清晰,可见擦痕、阶步。
岩体破碎,围岩稳定性较差。
地貌上表现为沟谷。
⑥F6断层:
即黎源村—官山断裂,为区域断裂。
断层于DK1694+280附近与线路相交,交角约为132°,区域、物探揭示该断层,压扭性断裂,断层走向约为56.5°,倾向东北向,倾角约75°,推测断层带及影响带宽度约90m,带内节理裂隙密集发育,岩体极破碎,围岩稳定性较差。
节理密集带
①地表DK1687+930~DK1688+180段物探EH-4低阻异常带,影响宽度约250m,带内节理裂隙发育,岩体较破碎。
地下水多为基岩裂隙水,发育。
②地表DK1690+740~DK1690+880段物探EH-4低阻异常带,影响宽度约140m,带内节理裂隙发育,岩体较破碎。
地下水多为基岩裂隙水,发育。
③地表DK1693+830~DK1693+980段物探EH-4低阻异常带,影响宽度约150m,带内节理裂隙发育,岩体较破碎。
地下水多为基岩裂隙水,发育。
地表DK1684+170~DK1684+480段物探EH-4低阻异常带,影响宽度约310m,带内节理裂隙发育,岩体较破碎。
地下水多为基岩裂隙水,不堪发育。
4.3水文地质特征
标段施工区地表水以DK1690+050处北东向山脊为分水岭,向两侧排泄,分别汇入定江河和锦江。
隧道山体冲沟水系较发育,发育有3条大型冲沟,常年有流水,树枝状分布,径流条件较好,流量受大气降雨影响较大。
标段施工区地下水类型包括第四系孔隙潜水和基岩裂隙水
4.4气象条件
1地表水
隧道区地表水以DK1690+050处北东向山脊为分水岭,向两侧排泄,分别汇入定江河和锦江。
隧道山体冲沟水系较发育,常年有流水,树枝状分布,径流条件良好,流量受大气降雨影响较大。
隧址区发育有3条大型冲沟,常年流水,按里程顺序叙述如下:
DK1684+000发育有一小型河流,河床可见大量花岗岩孤石,由于长期受水流冲刷,磨圆度好。
河流宽约6m,水深1-1.5m,水流湍急,流速约为10m/s,流量Q=90L/s。
DK1684+900处有两条小溪流交汇于此,溪流经过之处可见大量花岗岩孤石、块石,磨圆度较好。
溪流宽约2-3m,水深0.5-1m,水流较急,流速约为5m/s,流量Q=15L/s。
DK1687+600发育有一河流,河床可见大量花岗岩孤石,由于长期受水流冲刷,磨圆度好。
河流宽约2-3m,水深0.5-2m,水流湍急,流速约为8m/s,流量Q=50L/s。
2.地下水
隧道区地下水类型包括第四系孔隙潜水和基岩裂隙水,受大气降水补给,向低洼处排泄。
由于山体切割强烈,沟谷纵横,地下水径流途径较短,受大气降雨影响较大,局部浅埋及构造带处直接受附近地表溪流短距离补给。
孔隙潜水:
主要分布于在隧道通过区的沟谷中,含水层主要为第四系坡积或洪积黏性土与碎石类土中,由于含水层厚度极薄,水量很小。
基岩裂隙水:
主要包括风化裂隙水和构造裂隙水
①风化裂隙水:
隧址区花岗岩不均匀风化现象明显,局部全风化花岗岩厚度大,为良好的含水层,在沟谷等地段,其含水量丰富,风化裂隙水发育。
局部全风化花岗岩呈现球状风化囊形态,排水不畅,存在上层滞水可能,其由雨水、融雪水等渗入时被完整基岩隔水阻滞形成,消耗于蒸发及沿隔水层边缘下渗。
由于接近地表和分布局限,上层滞水的季节性变化剧烈,一般多在雨季存在,旱季消失。
②构造裂隙水:
隧址区岩性主要为硬质岩,受区域构造影响,断层、节理等构造裂隙发育,在断层破碎带、侵入岩接触带、裂隙密集带及揉皱强烈发育带等储水构造中,构造裂隙水发育,水量较大。
地下水的补给、径流和排泄条件受地形地貌、岩性和地质构造控制。
地下水的补给来源主要为大气降水、地表水及周边山地的基岩裂隙水,出露地表的松散含水层主要接受大气降水补给,也受到局部地表水的渗漏和迴水补给。
大量降水-部分以地表片流形式流向沟谷河流,另-部分沿基岩裂隙下渗转变为地下水径流。
孔隙水及基岩裂隙水的径流方向基本与地表一致,斜坡洼地地带为地下水的补给、径流区,河谷地带为其排泄区。
潜水排泄方式主要表现为地表流和渗流,与地形条件关系密切,即由分水岭沿山坡向沟谷方向流动。
很少见泉涌。
3.地下水化学特征
本次勘察共采取地下水6组进行水质检测试验,根据试验成果结合《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB10005-2010)判定:
DK1680+850~DK1682+500段(1650m)隧址区地下水有酸性侵蚀,环境作用等级为H1;DK1694+300~DK1696+060段(1760m)隧址区地下水有酸性及二氧化碳侵蚀,环境作用等级为H1;隧址其他段地下水无侵蚀性。
隧址区碳化环境为T2。
4.涌水量预测
地下水的补给来源主要为大气降水,其补给量的多少受降水强度、降水持续时间、地形及地表节理裂隙的发育程度控制。
根据不同方法涌水量计算结果,结合地层岩性、工程地质条件、水文地质特征综合考虑,推荐隧道F1断层根据实测渗透系数采用地下水动力学法计算,其他段采用降雨入渗法计算。
隧道洞身涌水量及围岩富水程度见下表。
表1九岭山隧道分段涌水量预测汇总表
里程范围
宽度m
正常涌水量
m3/d
正常单位涌水量m3/d/m
最大涌水量m3/d
最大单位涌水量m3/d/m
围岩富水程度分区
备注
DK1680+691~DK1680+920
229
51
0.22
84
0.37
弱富水
DK1680+920~DK1681+740
820
78
0.1
128
0.16
弱富水
DK1681+740~DK1683+760
2020
314
0.16
511
0.25
弱富水
DK1683+760~DK1683+900
140
13380
95.57
21768
155.48
强富水
F1断层
DK1683+900~DK1685+190
1290
685
0.53
1115
0.86
弱富水
F2断层
DK1685+190~DK1685+740
550
171
0.31
279
0.51
弱富水
DK1685+740~DK1686+150
410
19
0.05
31
0.08
贫水区
DK1686+150~DK1686+470
100
685
6.85
1115
11.15
强富水
F3断层
DK1686+470~DK1687+930
1460
1047
0.72
1703
1.17
中等富水
DK1687+930~DK1688+180
250
628
2.51
1022
4.09
中等富水
节理密集带
DK1688+180~DK1689+300
1120
452
0.4
735
0.66
弱富水
DK1689+300~DK1689+500
200
285
1.43
464
2.32
中等富水
DK1689+500~DK1690+425
925
143
0.15
232
0.25
弱富水
DK1690+425~DK1690+600
175
262
1.5
426
2.43
中等富水
节理密集带
DK1690+600~DK1691+340
740
86
0.12
139
0.19
弱富水
DK1691+340~DK1691+690
350
523
4.76
851
7.74
强富水
F4断层
DK1691+690~DK1692+400
710
33
0.05
54
0.08
弱富水
DK1692+400~DK1692+880
480
1113
2.32
181
3.77
中等富水
DK1692+880~DK1693+000
180
1713
9.51
2786
15.48
强富水
F5断层
DK1693+000~DK1693+830
830
649
0.78
1056
1.27
中等富水
DK1693+830~DK1693+980
150
1151
7.68
1873
12.49
强富水
节理密集带
DK1693+980~DK1694+280
300
71
0.24
116
0.39
弱富水
DK1694+280~DK1695+370
90
422
4.69
687
7.64
强富水
F6断层
DK1694+370~DK1695+600
1230
357
0.29
580
0.47
弱富水
DK1695+600~DK1695+760
160
190
1.19
310
1.93
中等富水
浅埋段
DK1695+760~DK1696+086
326
100
0.33
163
0.53
弱富水
X1DK0+180~X1DK0+090
90
1115
12.29
强富水
F2断层
X3DK0+311~X3DK1+391
80
57
0.71
93
1.16
中等富水
裂隙密集带
X3DK1+506~X3DK1+607
101
1300
12.87
强富水
F5断层
合计
15246
24665
40917
断层F1、F5、F6、DK1693+830~+980(150m)节理密集带、断层F4所在汪家槽斜井洞身段属强等富水段(区);断层F3、F4、DK1687+930~DK1688+180(250m)节理密集带、DK1690+425~DK1690+600(175m)节理密集带所在的隧道正洞洞身段、DK1692+000~+880(880m)段洞身、DK1693+000~+830(830m)段洞身、DK1695+600~+760(160m)段洞身浅埋段、断层F2所在坪田斜井洞身段、断层F5所在汪家槽斜井洞身段、X3DK0+311~X3DK1+391汪家槽斜井裂隙密集发育带属于中等富水段(区),其它地段属弱富水段(区)。
根据上述结果,九岭山隧道正常涌水量为24665m3/d,最大涌水量为40917m3/d。
3#斜井及承担正洞最大涌水量为8553m³。
该隧道地质构造发育,局部岩体较破碎,为地下水的富集提供了有利条件。
经综合分析,该隧道水文地质条件较差。
5隧道抽排水施工方案
九岭山隧道3#斜井正线施工里程为DK1688+085,终点里程为DK1693+710。
其中DK1688+085~DK1691+600为正坡排水,长度为3515m综合坡度为-5.1‰,相对高差为18.9m;DK1681+400~DK1683+857为反坡排水,长度为2110m,综合坡度为-5.1‰,相对高差为10.8m。
3#斜井全长1607米,斜长1613.713米,综合坡度为9.15%,最大坡度为9.75%。
斜井洞口路面高程为374.226m,与正线相交处路面高程为227.191m,相对高差147.035m。
洞内排水系统采用分级型式在斜井井身单侧边墙底部增设集水仓(集水泵站),配备高扬程水泵分级抽排水至洞外。
5.1斜井及正线抽排水系统
5.1.1反坡排水的特点及重要性
反坡施工向洞内施工前进方向为下坡,洞内水向工作面汇集,需要及时抽排,以防止施工掌子面水积聚过深,影响隧道围岩的稳定、危及隧道施工的机械设备及施工人员的安全,影响正常的施工生产。
5.1.2九岭山隧道正线反坡排水
九岭山隧道在没有设置固定泵站以前,间隔200m处设置移动泵站;施工长度超过500m时,在洞身左侧500m处设置集水仓(长×宽×高=2.5m×2m×2m),共计4处。
在隧道掘进方向根据现场施工情况设置移动泵站和临时集水坑,集水坑设于洞内左侧,紧跟掌子面。
临时集水坑的容量按该段3min的汇水量加上施工用水量(每工作面2.23m3/min)合计确定,一般集水坑尺寸为:
3m(长)×2.5m(宽)×1.0m(深),容量7.5m3,可根据实际情况进行调整。
移动泵站距离固定集水仓的间距根据现场施工情况进行设置。
工作面积水采用移动式潜水泵抽至就近泵站或临时集水坑内,其余已施工地段隧道渗(涌)水经隧道内侧沟自然汇积到临时集水坑或泵站水池内,由固定排水站上工作泵将积水经排水管线抽排至上一级集水仓内,如此由固定式集水仓接力将洞内积水经斜井抽排至洞外,经三级沉淀池沉淀后排放。
集水仓容量按10³min设计涌水量设计,并考虑施工和清淤方便及具有应急能力综合确定,临时集水坑根据汇水段水量大小而定。
工作水泵按使用1台、备用1台、同时为防止断层突水,设置利用高压风管作为1套应急排水系统。
并设专业排水队伍进行管理和操作。
5.1.2斜井施工期间反坡排水
3#斜井反坡排水
斜井与正线未贯通期间,3#斜井抽排水系统可根据现场渗涌水量情况在斜井洞身线路左侧设置集水仓,间距约为150m(长×宽×高=2.5m×2m×2m)。
采用分级集水仓,分级抽排至洞外;
水泵、管路的选型计算:
3#斜井最大涌水量为8553m3/d,水泵的排水能力计算:
427.65m3/h(按照涌水量1.2倍进行计算)Q=Cq/M=1.3x427.65/0.65=855m3/h
水泵的排水能力按80%储备排水能力:
Q=855/0.8=1068.75m3/h
排水管直径计算:
=1.8*√1068,75/2.2=40(cm),设置两根Φ200mm排水管能满足要求。
管路:
根据各区段涌水情况;施工斜井期间,洞口至三叉口处采用1根Φ200排水管,施工正线期间采用两根排水管,各集水仓逐级抽排至洞外施工污水处理池。
5.1.3斜井及正线反坡排水
3#斜井及正线反坡排水
3#斜井及正线抽排水系统根据现场渗涌水量情况,在3#斜井井身段设置一套独立的排水系统,在正线洞身段设置一套排水系统。
斜井井身段排水系统:
一套设置在斜井井身右线侧。
设置在斜井右线侧的排水系统,前期集水泵站未形成时,采用分级集水仓(共设置5+2座集水仓),分级抽排至洞外;斜井内1#集水泵形成后在泵站内设置2台立式75KWISG150-250I-THT离心泵(抽水能力200m³/h),主要抽排X3DK0+857~X3DK1+607段围岩渗水及X3DK0+857~X3DK0+000段开挖及施工用水。
三叉口处集水泵站形成后,泵站内设置2台立式75KWISG150-250I-THT离心泵(抽水能力200m³/h),通过2条φ200排水管路抽排至1#集水仓,由1#集水仓直接抽排至洞外沉淀池;集水泵站全天24小时抽排作业,每个集水泵站配置2个专人看管。
管路:
φ200无缝钢管3227m;
水泵:
1#、2#集水仓各设置立式75KWISG150-250I-THT离心泵2台。
正线内排水系统:
3#斜井正线吉安方向为反坡排水,集水仓和集水泵站设置在左线侧。
3#斜井正线岳阳方向为顺坡排水,各集水仓间采用1条φ200钢管自然排水;3#斜井正线吉安方向设置4座集水泵站;根据掌子面施工渗水段落,临时在掌子面附近设置临时集水仓,正线内一般每500米设置一座集水仓,共设置4座集水泵站,3#集水泵站站配备1台7.5kw(抽水能力145m3/h)、1台37kw污水泵(抽水能力200m3/h),4#、5#集水泵站配备1台7.5kw(抽水能力145m3/h)、1台15kw污水泵(抽水能力180m3/h),6#集水泵站配备1台7.5kw污水泵(抽水能力65m3/h)各集水仓间管线采用1条或2条φ150塑胶管连接抽排至各分级集水仓内,由分级集水仓抽排至斜井内集水泵站,再抽排至洞外;
管路:
φ200无缝钢管;φ150塑胶管;
水泵:
7.5kw污水泵5台、15kw污水泵3台、37kw污水泵1台。
5.2斜井及正线抽排水供电系统
考虑3#到斜井井身较长,再加上正洞洞身长度,供电线路较长,电压及电流变弱,同时不因为电路问题导致抽水间断,为此,抽排水形
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