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1、莲花山隧道突泥、突水安全技术方案1、工程概况莲花山隧道横穿莲花山，属低山丘陵地貌，地表起伏较大，进出口地面坡度3050，植被发育。进口位于饶平县东镇新村,出口位于潮安县铁铺镇洪厝铺村，附近为县X086，交通方便。进口里程为DK174+123，出口里程为DK181+771，中心里程为DK177+947，全长7648m，隧道最大埋深245m。全隧道设无轨运输斜井两座。隧道围岩总体情况较好，以级围岩为主；在断层破碎带及其影响带范围内节理裂隙发育，岩体较破碎，为、级围岩。其中级围岩4240m，占隧道总长的55.4%；级围岩620m，占隧道总长的8.1%；级围岩1730m，占隧道总长的22.6%；级围岩
2、1058m，占隧道总长的13.8%。2、地质构造隧区地层岩性为燕山三期花岗岩，缓坡段风化层厚3060m，陡坡段基岩出露，节理发育，主要发育石髻山断层。石髻山断层：为区域压性断层，断层上下盘均发育在燕山期花岗岩中，与线路正交于DK178+680附近，产状N1020W/7585NE。断层附近有一鱼塘，经调查未发生漏水现象，山上沟水未发生断流现象。据钻探及物探揭示，DK178+560DK178+860段，受断层挤压影响，岩体局部破碎，多为强风化碎块状，可见绿泥石化，为断层破碎带；据抽、提水试验报告显示，破碎带含水量较小，根据物探资料，DK178+600DK178+800段隧道洞身剖面电阻率S 值为1
3、11293.m，以极破碎岩体为主，夹部分破碎岩体，DK178+560DK178+600，DK178+800DK178+860隧道洞身剖面电阻率值262493.m，岩体破碎。3、施工方法根据设计图纸要求在DK178+680-DK178+810段采用超前帷幕注浆施工。采用孔口管和小导管注浆，钻孔长30m，孔口管采用直径89mm，壁厚5.5mm，作为止浆和孔口保护。注浆加固厚度控制在4.0m，全断面注浆则注浆孔全断面布置。为保证注浆效果和均匀性，注浆应分段进行。 3.1注浆目的在岩溶水发育地段，当地下水大量排放可能影响当地生态环境时，采取“以堵为主，限量排放”的防排水原则。注浆的主要目的是加固围岩，
4、限制排水量，保证隧道洞室稳定，确保施工及运营安全，实现有控制排放，减少（防止）水资源流失。本方案设计排水量控制标准按注浆后每延米洞壁渗漏量不大于13m3/dm考虑，施工过程中应根据工程场区环境敏感程度、超前地质预报预测及揭示的地质条件予以调整。为达到目的，施工中可根据工点的具体工程地质、水文地质、条件选用以防渗、堵水、固结或回填为目的的一种或几种的组合注浆措施。（1）防渗降低围岩的渗透性，消除或减少地下水的渗流量，降低工程扬压力或孔隙水压力，提高围岩的抗渗透变形能力，限制排水量。（2）堵水截断水流，改善工程施工、运营条件。（3）固结改善隧道围岩的力学性能，提高其整体性。（4）回填充填隧道围岩的
5、孔洞（溶洞、溶槽）、缝隙（裂隙、溶隙），防止塌陷，改善结构的力学条件。3.2注浆主要施工工艺及施工方法3.2.1帷幕注浆是通过在掌子面钻注浆孔，再向孔内压注化学浆液，浆液挤出开挖断面及其周围一定范围内的岩缝中的水，保证围岩的裂隙被具有一定强度的浆体充填密实，并与岩体固结成一体，形成止水帷幕。3.2.2采用孔口管和小导管注浆，钻孔长30m，孔口管采用直径89mm，壁厚5.5mm，作为止浆和孔口保护。注浆加固厚度控制在5.0m，全断面注浆则注浆孔全断面布置。3.3帷幕注浆施工方案超前帷幕预注浆，每一循环长度30m，开挖25m，预留5m止浆岩盘。固结范围：开挖轮廓线外4m。3.4帷幕注浆部位石髻山断
6、层 DK178+680-DK178+8103.5注浆材料3.5.1注浆材料的选择及适用范围水泥：42.5普通硅酸盐水泥水玻璃：40Be水灰比：0.5:10.8:1针对断层破碎带发育情况，拟采用以下两种不同的注浆堵水材料。单液水泥浆类浆液单液水泥浆类浆液是以水泥为主，添加一定量的速凝剂，用水调剂成的浆液。它的主要特点是：凝结时间可根据实际需要随意调节，其变化范围为几分钟至几小时；浆液结石率可达100%，抗压强度可达510Mpa，抗渗性能好；工艺设备简单，操作方便，但难以注入0.2mm以下岩溶裂隙；浆液无毒性，对地下水和环境无污染，较之使用化学药剂为添加剂的浆液更安全；来源丰富，价格便宜；凝结时间
7、相对较长。根据注浆对浆液凝胶时间的要求，施工中在隧道内对不同浆液配比进行分组试验，取得不同凝胶时间下的配比，供注浆选用。水泥水玻璃类浆液水泥水玻璃类浆液是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定比例采用双液方式注入，必要时加入缓凝剂（磷酸氢二钠）所形成的注浆材料。它的主要特点是：来源丰富，价格便宜；结石体抗压强度高，可达520Mpa，但后期强度由于水玻璃的作用易降低；浆液结石率为100%，结石体渗透系数10-3cm/s，抗渗性能好；但难以注入0.2mm以下岩溶裂隙；采用双液方式注入，施工工艺较单液复杂。注浆施工时，浆液类型的选择原则是根据岩溶水赋存情况和涌水量大小而确定：当遇到断层破碎带或涌水量大时，
8、选用单液或双液浆；以上两种注浆材料各有所长，在注浆过程中配合使用。3.6注浆工艺和作业要点3.6.1注浆工艺流程（见下图）注浆施工工艺流程图3.6.2注浆段长和注浆孔的布置根据钻机性能，选用每循环注浆段长30米；帷幕注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则，据此根据设计注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置。帷幕注浆孔口布置图及纵剖面图帷幕注浆剖面图3.6.3注浆方式采用分段前进式注浆或全孔一次压入式注浆。当钻孔过程中未遇见泥夹层或涌水，就一钻到底，全孔一次压入式注浆；在钻孔过程中遇到泥夹层或涌水，立即停止钻孔，采取注一段钻一段的分段前进
9、式注浆，直至终孔。3.6.4注浆参数的选择每循环注浆长度30m，单孔有效扩散半径2 m，孔底间距不大于3m；注浆范围为隧道开挖断面外4m。注浆方式：如果出水量较小且成孔容易，用一次性注浆方式或分段后退式注浆；如果成孔困难，则采用分段前进式注浆。注浆压力：正常注浆压力为静水压力+0.5Mpa，注浆终压不大于2.5倍的静水压力。施工中根据现场注浆试验进行调整。浆液的注入量：指单孔注入量，按假设浆液在地层中均匀扩散公式为： Q=R2Ln式中：Q-单孔注浆量（m3）； R-浆液扩散半径（m）取2.5m； L-注浆孔长（m）； n-地层的裂隙（），取24%； -浆液在岩石裂隙中的充填系数，视岩石情况取0
10、.30.9； -浆液消耗率，取1.1。3.6.5止浆岩盘一个止浆岩盘止浆效果的好坏，将直接关系到帷幕注浆成功与否。本隧道根据注浆段围岩情况预留5m止浆岩盘，这样既确保注浆效果，又避免每个注浆循环浇筑混凝土作为止浆墙这道工序，可以加快施工进度。3.6.5.1止浆岩盘的施工当出现大股涌水时，应采用下面的施工方案：先对掌子面出水点进行引流工作，清底，浇筑砼止浆墙，砼施工过程中预埋孔口管与小导管注浆建造止浆岩盘，最后进行引流管的关水工作。止浆墙的设置：根据掌子面围岩及出水情况确定砼止浆墙长3米，具体施工步骤：在出水点采用260钢管引水，同时自制“U”形槽放置于引流管下方，使散水归槽，保证掌子面基底干燥
11、。砼止浆墙施工时在涌水点用模板加工成木箱形图状，并预留2根108泄水管。在砼浇筑过程中预留第一环注浆孔的孔口管，第一段浇筑完后，浇筑第二段砼前，对孔口管、引流管及泄水管进行接长处理。同时在浇筑第二段砼中预埋二、三环注浆孔的孔口管，和拱部预埋32小导管，小导管环向间距40cm。3.6.5.2止浆岩盘注浆加固注浆孔的布置：分三种方式：第一，按圆形布置注浆孔，根据地质和涌水情况确定注浆加固孔，预留注浆加固孔的2倍的孔位用于帷幕注浆和检查孔；第二，小导管布置在拱部；第三，108泄水管，布置在引流管下方。注浆加固注浆前进行关水试验,观察止浆墙背后渗水情况。由于散水未能全部归流，可能在止浆墙与周边岩壁之间
12、、以及止浆墙集水槽底部的砼面均有少量水渗出。打开引水管，进行注浆加固。先利用注浆机注拱部及周边小导管，注浆过程中双液浆会随水从周边流出，稳定注浆压力，待浓浆流出且压力升高时，停止该孔注浆，间隔进行下一孔注浆。所有小导管注浆完成后，对集水槽108泄水管注单液浆，直至引水管内有浓浆流出后停止。关水检查加固完成半小时，关水检查，如止浆墙无渗漏则进行帷幕注浆，如仍有渗水，重新加固止浆墙。3.6.6埋设孔口管固结牢固密实，保证不漏浆、不窜浆的孔口管是决定注浆效果好坏的重要因素，其埋设方法：先用YQ-100型冲击式钻机钻3.0m深，再将89孔口管插入，外露2030cm，管壁与孔口接触处用麻丝填塞，再向孔口
13、管内注双液浆固结。孔口管起着导向作用，钻孔安装时要控制好外插角度。3.6.7钻孔先根据设计图孔位、钻孔参数，在工作面上放出钻孔位置，并用油漆标定。调整钻杆的仰角和水平角，移动钻机，将钻头对准所标孔位。将棱镜放在钻杆的尾端，用全站仪检查钻杆的姿态并调整。根据探孔预测结果，决定是否采用孔口管。对探孔预测水压较高（P1.0MPa），且水量较大（Q20m3/h）的区域，采用孔口管注浆，否则采用止浆塞止浆方式注浆。当采取后退式分段注浆时，可直接钻孔至设计深度。当采取前进式分段注浆时，采取钻一段注一段的方式，直至设计孔深。钻孔按先外圈，后内圈的顺序进行。内圈钻孔可参照外圈钻孔的顺序，后序孔可检查前序孔的注
14、浆效果。逐步加密注浆一方面可根据钻孔的情况调整注浆参数，另一方面如果钻孔情况证明注浆效果已达到设计要求，即可进行下一圈孔的钻进，减少钻孔的工作量，加快施工进度。钻孔时，还要严格作好钻孔记录，包括孔号、进尺、起讫时间、岩石裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水量和涌水压力。施钻过程中，若单孔出水量小于30L/min，可继续施钻；若单孔出水量大于30L/min ，立即停钻进行注浆。3.6.8浆液的配制单液水泥浆先在机内放入定量清水进行搅拌，然后放入水泥，连续搅拌3分钟即可。双液浆水泥浆的配制同上，水玻璃浆的配制方法是现在搅拌桶内加一定量的清水，然后再放入一定量的浓水玻璃，搅拌均匀即可。两种浆液通过注浆机
15、在混合器处混合后进入地层。水泥水玻璃双液浆中水泥浆越浓，水泥浆与水玻璃的比值越大，则凝胶时间越短，一般在30秒到数分钟；若要缩短或增加凝胶时间，可加入速凝剂或缓凝剂，可调范围十几秒至几十分钟。(3)制浆注意事项为了保证浆液质量，配料时制浆材料必须计量准确，水泥、缓凝剂、速凝剂等固体材料采用重量称量法，水、水玻璃采用体积称量法，其中水、水泥、水玻璃称量误差不应大于5，外加剂称量误差不应大于1。严格按照顺序加料，有外加剂的浆液中，外加剂未完全溶解，不得加入水泥，搅拌时不得将绳头、纸片等杂物带入搅拌机内，搅拌后的浆液必须经筛网过滤后方可进入注浆机。搅拌时间不断少于3min，以免浆液搅拌不均。掺有速凝剂的水泥浆必须在30min内用完。根据选定浆液的配比参数拌好浆液，其中水泥浆拌好后用11mm网筛过滤，放入叶片立式搅拌机进行二次搅拌，确保浆液均匀。3.6.9注
