宜万铁路不良地质隧道施工管理技术措施.docx
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宜万铁路不良地质隧道施工管理技术措施
宜万铁路不良地质隧道施工管理措施
宜万铁路工程地质、水文地质复杂,全线共有隧道113座,总长223km,约占线路总长度近60%,其中长度在3~10km以内的隧道18座,长度大于10km的隧道3座。
隧道穿越地段,岩溶、岩溶水、暗河、岩堆、高地应力、煤系地层和瓦斯、天然气等不良地质普遍,为安全、优质、按期完成宜万铁路建设,现制定不良地质隧道施工管理措施,望各单位遵照执行。
第一章超前地质预测预报
1.1超前地质预测预报的作用与意义
超前地质预测预报是保证隧道施工安全,以及隧道施工完成后运营安全的一项重要措施,同时,它又是隧道动态设计的主要决策依据,因此,超前地质预测预报工作必须纳入到施工工序管理中。
1.2超前地质预测预报的主要工程
宜万铁路白云山隧道、五爪观隧道、王家岭隧道、堡镇隧道、八字岭隧道、野三关隧道、大支坪隧道、云雾山隧道、马鹿箐隧道、齐岳山隧道和别岩槽隧道共11座被列为超前地质预测预报重点隧道。
1.3超前地质预测预报的实施原则
1.3.1超前地质预测预报和隧道掘进开挖之间的关系原则是“有疑必探、先探后挖”;超前地质预测预报和隧道基底处理之间的关系原则是“加强探测、强化治理”。
1.3.2根据宜万铁路工程地质与水文地质复杂的特点,为提高超前预报的准确性,超前地质预测预报方案采取五结合原则,即:
地表和洞内相结合原则,长距离和近距离相结合原则,宏观控制和微观探测相结合原则,构造探测和水探测相结合原则,地质法、物探与钻探相结合原则。
1.3.3超前地质预测预报必须严格按照预报程序和设计图纸所确定的预报内容采取综合的预测预报技术。
1.4超前地质预测预报的程序和责任分工
1.4.1超前地质预测预报基础程序为:
设计阶段地质勘察分析→施工阶段超前地质预测预报→确定施工方案→重大不良地质构造的补充勘察分析。
1.4.2设计阶段的地质勘察分析结果是施工阶段超前地质预测预报的依据和基础。
设计单位应根据地表勘察结果提供“隧道工程地质勘察报告”,宏观分析隧道工程的工程地质及水文地质条件,确定洞内施工阶段超前地质预测预报的范围和预报方法。
同时,在施工阶段,设计单位应针对施工过程中所出现的重大不良地质进行地表的补充勘察,并提交“隧道工程地质补充勘察报告”。
1.4.3施工阶段超前地质预测预报结果是确定施工方案的依据和基础。
施工单位应认真参考设计单位所提供的“隧道工程地质勘察报告”,严格按照设计图纸所确定的预报范围和预报方法进行现场实施,并及时反馈,提交“隧道工程超前地质预测预报报告”,以供施工方案决策时参考,实现信息化设计、动态化施工、科学化管理。
1.5超前地质预测预报的方法和作用
1.5.1设计单位应采取地表深孔钻探、大地音频电磁EH-4、大地音频电磁V6、大地音频电磁GDP-32、电磁波CT、弹性波CT、全景式孔内数字摄影、地表地质分析等综合手段进行隧道工程的地质勘察工作。
1.5.2施工单位应根据设计要求,采取地质法、物探法和钻探法等综合方法进行超前地质预测预报工作。
通过地质法分析前方地质构造;通过物探法预报前方异常体构造;通过钻探法确定前方不良地质。
通过对各种预测预报方法相互印证,不断总结提高预测预报的水平和准确性。
(1)地质法包括掌子面地质素描法、平导先行指导正洞法。
(2)物探法包括TSP203法、地质雷达法、瑞利波法、CT法、红外线法、高密度电法、钻孔射频透视法、声发射法、瓦检仪法。
①TSP203可进行长距离超前预测预报,是超前预测预报大规模的溶洞、暗河、断层、破碎带、裂隙发育段等不良地质构造的主要方法。
②地质雷达、瑞利波、CT法是一种中等距离预测预报的方法,它主要是对TSP203预测预报结果的补充和完善。
通过采取地质雷达、瑞利波,查找隐伏的小规模的岩溶、暗河、地质破碎带等不良地质体;查找大规模不良地质构造体的边界和型态。
③红外线探水仪、高密度电法、钻孔射频透视是确定含水构造、含水位置和含水层空间型态的超前预测预报方法。
④声发射法是高地应力岩爆的超前预测预报方法。
⑤通过采用瓦检仪对超前地质探孔进行瓦斯浓度检测,是超前预测预报瓦斯地段方法。
(3)钻探法是目前最为准确的超前地质预测预报方法,施工单位应严格按照设计图纸所要求的位置、数量、深度、角度和孔径采用地质钻机进行超前探测。
(4)地质法、钻探法,以及物探法中的TSP203法、地质雷达法、红外线法、瓦检仪法是必须实施的超前地质预测预报方法。
1.6超前地质预测预报的技术标准
1.6.1掌子面地质素描隧道全程实施。
1.6.2一般情况下,平导应超前正洞300m以上。
特殊情况下,当平导施工严重受阻时,施工单位应以书面形式提交报告,由宜万总指进行施工决策。
1.6.3TSP203预测预报距离应控制在100m以内,每两次预报位置搭接长度不得小于10m。
当预测预报前方存在重大不良地质构造时,应加大预测预报频率,预报距离控制范围应相应缩短,预报位置搭接长度应相应加长。
1.6.4采用地质雷达进行超前预测预报时,预测预报距离应控制在30m以内,每两次预报位置搭接长度不得小于5m。
当采用地质雷达进行溶洞范围探测时,应在刚性支护前完成,以消除钢结构对其产生影响。
当采用地质雷达探测到溶洞范围及规模较大时,必须采取钻探法验证。
1.6.5采用红外线进行超前探水时,预测预报距离应控制在30m以内,每两次预报位置搭接长度不得小于5m。
1.6.6对于预设计中所给出的煤系地层,应采用瓦检仪对超前地质探孔进行瓦斯监测。
瓦斯监测包括钻孔前监测、钻孔过程中监测、钻孔结束后监测,钻孔过程中应每钻进5m监测一次。
1.6.7钻探法主要是在预设计的富水地段、断层破碎带地段,以及TSP203所反映的重大不良地质段采取。
(1)钻探方式与钻探距离
①深孔长距离钻探是在大规模的断层构造段实施,钻探距离一般为50~80m,原则上应一次穿越不良地质构造段,形成综合预报结果。
②中距离钻探是针对富水地段所采取的主要钻探方式,钻探距离为30m,钻探后根据所探测到的地质情况开挖长度选取20~25m,地层围岩级别高时取小值,地层围岩级别低时取大值。
③浅孔短距离钻探是针对深孔长距离探测和中距离探测所探测到的不良地质段,在施工钻布炮眼时所采取的补充钻探方式,钻探距离为5m,每开挖一个循环施做一次。
。
(2)钻探位置和探孔数量
①深孔长距离钻探和中距离钻探应按设计要求确定钻探位置和钻孔数量。
平导探孔数量1个,布设在开挖断面中间位置,水平布置。
正洞探孔数量5个,分别布设在拱顶、两侧边墙、拱底和中间位置,中间位置水平布置,其它位置终孔应位于开挖轮廓线外1.5m。
②浅孔短距离探孔数量5个,分别布设在拱顶、两侧边墙、拱底和中间位置,均水平布置。
1.6.8施工单位所采取的其它非必测项目可按照相应的技术规范实施。
1.7超前地质预测预报报告的提交
1.7.1设计单位应在隧道施工前提交“隧道工程地质勘察报告”。
“隧道工程地质补充勘察报告”应在重大不良地质段施工前提交。
1.7.2施工单位应在超前地质预测预报结束后1天内提交“隧道工程超前地质预测预报报告”。
1.7.3设计单位和施工单位应给宜万总指提交书面报告一式三份,以及电子文档资料。
1.8超前地质预测预报的管理
1.8.1施工单位应成立超前地质预测预报机构,专业负责隧道的超前地质预测预工作。
主要组成人员必须具有地质经验和隧道施工经验,并应精通所负责的预测预报项目的仪器设备使用和分析方法及能力。
当施工单位无此能力时,应将超前地质预测预报工作委外。
1.8.2施工单位应按招标要求配置配够相应的测试仪器与设备,所采用的仪器设备必须经标定,并在标定的有效使用期内使用。
1.8.3宜万总指应制定超前地质预测预报管理办法,施工单位应严格执行管理办法。
1.8.4宜万总指每半年召开一次全线超前地质预测预报技术成果总结会,不断地提高宜万铁路的超前地质预测预报水平,为隧道的安全、优质、顺利和经济施工保驾护航。
第二章隧道施工
2.1开挖方法要求
施工单位应严格按照设计图纸指定的方法进行开挖。
单线隧道Ⅰ~Ⅲ级围岩宜采用全断面开挖;Ⅳ级围岩宜采用台阶法开挖;Ⅴ、Ⅵ级围岩宜采用微台阶法开挖。
双线隧道及燕尾段隧道根据地质条件宜采用台阶法和CD法开挖。
三线隧道宜采用CRD法开挖。
四线隧道宜采用中洞法施工。
2.2机械配套要求
全断面开挖应采用凿岩台车或凿岩台架凿岩,长大隧道出碴应采用挖掘装载机装碴,电机车牵引梭式矿车出碴,装载机配合自卸汽车二次倒运。
2.3爆破技术要求
爆破开挖应采用光面爆破或预裂爆破技术成型,光面爆破炮眼残留率:
硬岩应大于80%,软岩应大于60%。
2.4允许超欠挖要求
2.4.1全线隧道不允许有欠挖。
2.4.2隧道开挖允许超挖值不得大于下表要求。
隧道开挖断面允许超挖值(cm)
开挖部位
围岩级别
检验数量
检验方法
Ⅰ
Ⅱ~Ⅳ
Ⅴ~Ⅵ
拱部
平均线性超挖10
平均线性超挖15
平均线性超挖10
每一开挖循环检查一个断面
采用激光断面仪、全站仪测量周边轮廓线,绘制断面图与设计断面核对。
最大超挖20
最大超挖25
最大超挖15
边墙
平均10
平均10
平均10
2.5超前支护要求
根据设计要求和超前地质预测预报信息,针对不良地质应采取合理可靠的超前支护体系,以确保工程施工安全,减小开挖施工所引起的沉降与变形。
2.5.1对于软岩破碎地段,应采取小导管超前支护,小导管长度不应短于3m,直径不应小于φ32mm,壁厚不应小于2.5mm。
小导管沿开挖轮廓线环向布置,外插角宜小于10°,环向间距小应大于30cm,布设范围为拱腰以上。
纵向两组小导管搭接长度不应小于1m。
小导管加工成花管模式,必要时应采取注浆加固。
2.5.2针对较大规模的断层破碎带或充填型溶洞,应采取管棚超前支护,管棚选钢管直径不应小于φ70mm,壁厚不应小于6mm。
管棚沿开挖轮廓线环向布置,外插角宜为1~3°,环向间距小应大于50cm,布设范围为拱腰以上。
纵向两组小导管搭接长度不应小于3m。
管棚布置后应采取注浆封填,注浆材料采用水泥砂浆或水泥浆。
2.6注浆加固要求
2.6.1应严格按照注浆设计进行注浆施工。
注浆方案有超前注浆、径向注浆、局部注浆三种,注浆方案应根据超前地质预测预报信息制定。
2.6.2注浆材料应严格按设计要求采用,注浆过程中应按照由粗到细,由单液到双液的原则进行注浆材料调整。
2.6.3注浆机械配套的数量和性能应满足工程要求。
2.6.4应严格按照注浆工艺进行注浆施工。
(1)注浆顺序要求:
应按由下到上、由外到内、由远水源处向近水源处、间隔跳孔四个原则进行。
(2)注浆工艺要求:
当注浆段长大于5m时,必须采取分段式注浆,小于5m时,可采取全孔一次性注浆。
(3)注浆参数要求:
按设计的注浆参数进行注浆试验,根据试验结果,现场动态调整注浆参数。
(4)应严格按制定的注浆结束标准进行注浆施工控制。
(5)应通过调整注浆材料、调控注浆参数等方式进行可控域注浆,从而达到控制注浆量,提高注浆质量的目的。
2.6.5可采用分析法、物探法、钻检查孔法和试验法进行注浆效果的检查评定,不符合要求时,应进行补孔注浆,直到达到设计要求。
2.7初期支护要求
2.7.1支护型式要求:
初期支护应根据围岩特点、断面尺寸和使用条件等选择喷混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等单一或组合的支护型式。
2.7.2锚杆要求:
锚杆长度和数量必须达到设计要求,锚杆间距误差不得大于15cm。
锚杆施作后锚杆头必段割除,以免损伤防水层。
2.7.3钢筋网要求
(1)钢筋网宜采用Q235钢,钢筋直径宜为φ6mm,网格尺寸宜为20cm×20cm,搭接长度应为1~2个网格。
(2)喷射混凝土时,钢筋网保护层厚度不得小于2cm。
2.7.4钢架要求
(1)钢架应根据地质情况要求选用格栅钢架、型钢钢架。
在一般软岩地段,宜采用格栅钢架;在断层破碎带和溶洞地段,宜采用型钢钢架。
(2)钢架应严格按照设计图纸加工,格栅钢架的主筋不得小于φ18mm。
(3)钢架应在开挖或喷射混凝土后立即架设,钢架间距应严格按照设计要求,允许间距误差不得大于5cm。
(4)钢架架设不得侵入二次衬砌净空。
(5)钢架架设后,钢架与围岩之间的间隙必须采用喷射混凝土充填密实,对于局部较大超挖部位,不得采用砂袋、片石等杂物回填。
钢架应全部被喷射混凝土覆盖,应与喷射混凝土形成一体,喷射混凝土保护层厚度不得小于4cm。
2.7.5喷射混凝土要求
(1)喷射喷射混凝土必须达到设计厚度要求,宜采用湿喷工艺。
喷射混凝土应做到“一密贴三密实”原则,即喷射混凝土与岩面密贴,喷射混凝土本体密实,喷射混凝土与格栅钢架之间的密实,喷射混凝土与钢筋网之间的密实。
(2)喷射混凝土应达到设计强度要求,并严禁选用具有潜在碱活性骨料。
(3)喷射混凝土应紧跟开挖面,必须在隧道开挖后及时进行施作。
2.8仰拱开挖要求
一般地段仰拱跟进开挖面不大于100m。
在软弱围岩地段,结合开挖工法原则上应采取仰拱紧跟,及时封闭成环,否则,应设置临时仰拱。
2.9二次衬砌要求
2.9.1机械要求:
1km以上隧道必须采用9~12m模板衬砌台车衬砌,不同断面型式应外用外挂新模板。
混凝土施工必须采用自动计量拌和站拌和,采用混凝土输送泵灌注,机械振捣。
2.9.2衬砌方式要求:
二次衬砌应采用全断面一次或先墙后拱法灌筑,严禁采用先拱后墙法灌筑。
2.9.3质量要求:
(1)衬砌混凝土厚度和强度应达到设计标准要求。
采用钢筋混凝土结构时,钢筋选型、钢筋间距应达到设计标准要求。
(2)衬砌混凝土应与防水层密贴,要保证二次衬砌混凝土的本体密实度。
2.9.4施做时间效应、空间效应要求:
二次衬砌混凝土应在初期支护变形基本稳定后施作。
为保证隧道安全,二次衬砌应在开挖支护后及时施做,原则上二次衬砌跟进开挖面距离不得超过100m,在特殊重点地段,应优先衬砌。
2.9.5拆模、养护要求:
(1)二次衬砌拆模时,混凝土强度应达到2.5MPa以上。
(2)二次衬砌后拆模后采用洒水养护,养护时间不得少于7d。
2.10辅助坑道要求
2.10.1辅助坑道的位置、高程、断面尺寸、支护型式应严格按设计要求施做。
2.10.2平导:
一般情况下平导应超前正洞300m以上。
特殊情况下,当平导施工严重受阻时,施工单位应以书面形式提交报告,由宜万总指进行施工决策。
2.10.3斜井:
斜井施工期间应注意防止溜车和加强洞口截排水措施。
2.10.4横洞:
原则上按设计位置施作,现场可根据围岩条件应尽量选择围岩较好的位置施作。
2.11附属洞室要求
附属洞室应按设计尺寸、数量施工,但位置应结合现场实际情况设置,应尽量选择在围岩条件较好的位置。
2.12洞门要求
洞门原则上在进洞超过200m,且在雨季前完成。
第三章防排水
3.1隧道治水总原则
隧道治水总原则:
以堵为主,限量排放,防、排、堵、截相结合,因地制宜,综合治理。
对于涌水突泥地段,采取“以堵为主,限量排放”的原则,隧道建成后允许排放量标准为5m3/m·d。
对于一般地段,采取“防、排、堵、截相结合,因地制宜,综合治理”的原则。
3.2注浆施工要求
应严格按设计图纸进行注浆施工。
3.3排水要求
反坡施工时,可根据坡度、预计涌水量和设备情况布置管路和泵站,一次或分段接力排出洞外。
集水坑位置应考虑减少施工干扰,按预计的排水量确定集水坑容积。
配备抽水机的能力应大于排水量20%以上,并应有备用台数。
3.4排水盲管要求
排水盲管应严格采用设计指定的型号,环向排水盲管设置间距8~12m,施工时根据地下水出露情况进行加密。
加强型衬砌地段不设置环向盲沟。
3.5防水板要求
防水板应严格采用设计指定的材料,使用移动式工作平台铺设,采用无钉铺设工艺施工。
防水板搭接宽度不应小于10cm,允许偏差为-10mm,焊缝宽度不应小于2cm。
对于漏焊、假焊、烤焦、焊穿、刺穿和破坏的部位,必须采用设计指定的母材焊贴覆盖。
3.6止水带要求
应严格采用设计指定的止水带型号。
在一般衬砌地段,施工缝设置遇水膨胀橡胶止水带;在加强型衬砌地段,施工缝设置两道止水带,在防水板和二次衬砌之间设置外贴式橡胶止水带,中间设置镀锌钢板止水带。
3.7防水混凝土要求
必须采用设计抗渗等级要求的防水混凝土。
第四章不良地质施工
4.1岩溶段
针对岩溶强烈发育地段,应根据超前地质预测预报信息确定安全稳妥的注浆堵水施工方案。
施工中应严格按照设计图纸进行注浆,通过注浆,达到加固、堵水的目的,从而有效的减少透水地层的渗透能力,增大透水途径,降低渗水量。
岩溶地段,必段根据水压情况,采取相应的加强型抗水压复合式衬砌。
4.2暗河
当进行超前地质预测预报表明隧道穿越暗河时,应尽量不改变原有暗河的排水体系,按“宜排不宜堵”的原则制定措施。
4.3瓦斯地段
4.3.1针对瓦斯地段,应采取超前探孔探测,采用瓦检仪确定瓦斯可能突出的位置。
4.3.2瓦斯地段应严格按照《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120-2002)有关规定进行施工。
4.3.3瓦斯地段施工时,必须建立瓦斯及有害气体监测、报警系统,加强施工通风,稀释和排出洞内有害气体,防止洞内瓦斯聚集,应保证施工期间洞内瓦斯浓度不大于0.3%。
4.3.4瓦斯地段探孔及开挖时,必须采用湿式钻孔,严禁干钻。
4.3.5瓦斯地段施工严禁明火进洞。
4.3.6当超前探孔表明前方瓦斯和有害气体浓度较高,压力较大时,应增设排放钻孔,释放泄压。
4.3.7石门揭煤时,应制定揭煤设计方案,聘请有经验的研究单位进行技术指导,确保安全。
4.4高地应力地段
针对高地应力地段,应设专人加强对高地应力监测,采取强有力的施工措施,确保施工安全。
4.4.1施工时应采取浅孔爆破,采用短进尺(循环进尺不得大于2m)、多循环的作业方式,降低一次爆破用药量,减少爆破对围岩的影响。
4.4.2实施光面爆破,开挖后应对隧道周壁进行喷雾和以高压水冲洗,以改变岩石物理性质,降低岩石的脆性。
4.4.3开挖后应立即清除危石,及时喷锚,必要时应采取网喷支护、钢纤维喷锚支护或局部地段设置钢架。
4.4.4对岩爆较强地段应采取钻孔释放应力,消弱岩爆强度。
4.5大变形地段
针对可能产生大变形地段应严格按设计进行支护。
施工中应加强监控量测,及时反馈监测信息,为动态设计提供依据。
大变形地段应严格按照新奥法,采取浅孔光面爆破,短进尺、多循环,降低一次爆破装药量。
4.6断层破碎带
断层破碎带应根据地质特点选取合理的超前支护体系,并严格按照即定的支护体系进行支护。
开挖施工时,应严格按照新奥法进行施工,隧道开挖应按“三快一抢”(快挖、快支、快封闭和抢时间)的原则进行,确保隧道施工安全。
第五章监控量测
5.1监测目的
5.1.1监控量测是保证隧道施工安全,指导隧道信息化施工的一项重要手段。
5.1.2通过监控量测,掌握地层稳定性变化规律,预见事故和险情,作为调整和修正支护设计及施工方法的依据。
5.1.3通过监控量测,判断围岩和支护体系的稳定情况,确定二次衬砌的施作时间。
5.2监测责任主体
监控量测由各施工单位负责完成,监控量测结果应及时提供给设计单位、监理单位和宜万总指。
5.3监测项目要求
严格按设计要求的项目进行监测,隧道洞内外观察、拱顶下沉和周边收敛、洞内水量为必测项目。
5.4监测断面间距要求
Ⅰ、Ⅱ级围岩地段可根据情况设置,但每种岩层至少设一个监测断面;Ⅲ级围岩地段每30~50m设置一个监测断面;Ⅳ级围岩地段每10~30m设置一个监测断面;Ⅴ、Ⅵ级围岩地段每5~10m设置一个监测断面。
5.5监测断面布置要求
每个监测断面各布置一个拱顶下沉测点和一条水平收敛测线。
当采取分部开挖时,应在每部均布置监测断面。
5.6监测频率要求
洞内观察应在每次开挖后进行一次,洞外观察每天一次,洞内水量监测每天一次,必要时应加强。
拱顶下沉和水平收敛监测频率应按时空效和变形速率制定,见下表。
拱顶下沉、水平收敛监测频率(按变形速率)
变形速率(mm/d)
监测频率
≥5
2次/d
1~5
1次/d
0.5~1
1次/2~3d
0.2~0.5
1次/3d
<0.2
1次/7d
拱顶下沉、水平收敛监测频率(按距开挖面距离)
监测断面距开挖面距离(m)
监测频率
(0~1)b
2次/d
(1~2)b
1次/d
(2~5)b
1次/2~3d
>5b
1次/7d
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