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1、壁板坡隧道岩溶富水地段施工的预防和控制摘要：岩溶这种地质现象，由于其隐蔽性和不可预见性，在隧道施工中一直是个难题，虽然目前有多种预测预报方法，但准确率存在一定局限性。新建沪昆铁路客运专线（云南段）JL1标管段穿越岩溶地区，且岩溶发育强烈，富水量大，为确保施工安全和今后的运营安全，有针对性的研究制定隧道岩溶富水地段预防和控制方案，是我们监理和施工单位面临的重大课题。引言：当隧道掘进时遇到有水溶洞、暗河，由于事先没有进行超前地质预测预报或预报有误，在施工过程中可能会发生突泥、突水，造成人员伤亡和财产损失。当隧道穿过有填充物的溶洞时，溶洞填充物由于自身稳定性极差，多会发生坍塌事故。当隧道底部有溶洞没
2、有被发现，在施工或运行中由于重载施工机械、列车运行时常会发生塌陷。因此在岩溶隧道施工前，按照工程设计，编制有效的预防和控制方案，并严格规范和要求施工，就可以减少和避免灾害和事故带来的损失。一、 工程概况壁板坡隧道全长14756m，是全线重难点、控制性工程和3座I级风险隧道之一。该隧道为特长隧道，中心里程为DK985+035，起讫里程DK977+657DK992+413，全长14756m,进口位于贵州盘县红果镇上纸厂村，出口位于云南省富源县后所镇三丘田村。进口合修、出口分修，分修起点为DK979+020，合修段长度1363m，分修段长度13393m。辅助坑导为贯通平导，长度14717m，平导进出
3、口均设在左线左侧，分修段平导设于左右线之间。线路纵坡设计为“人”字坡，变坡点DK985+200，最大坡度25，最大埋深为735米，隧道洞身穿过地层岩性以砂泥岩、灰岩、白云岩、玄武岩、泥质白云岩和碎屑岩为主。设计隧道正常涌水量Q75700m3/d，雨洪期最大涌水量Q=184100m3/d。隧道不良地质现象主要有坍塌、岩溶、涌水、煤层瓦斯等。二、 岩溶地段施工的基本原则根据沪昆铁路客运专线设计等级、工期要求和地质条件，首先应重视超前地质预测预报，通过预测预报充分了解前方的地质情况，查明溶洞分布范围,类型情况,岩层的稳定程度,溶洞内填充物和地下水流情况等,在对地质情况有充分了解的前提下，采取有针对性
4、的施工方法。在施工过程中，一旦发现浑水、携带泥沙、顶钻、高压喷水、水量突然增大等异常情况，应立即停止施工，分析原因，采取措施进行处理。三、溶地区隧道的施工，可采用下列技术措施进行处理岩溶隧道的施工应按“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则，岩溶隧道施工的技术措施可总结为：绕、截、排、堵、越，与分部开挖，加强支护相结合。本项目在岩溶地段隧道施工时，根据现场实际情况可选用以下措施。、经超前地质预报确认岩溶发育，岩层破碎、地下水发育，可能发生涌水、突水或岩体结构性能软弱，开挖后开挖后极可能导致掌子面失稳诱发突水、突泥的段落，采取超前帷幕注浆方式对周边岩体进行固结，达到止水的目的。、可采用暗
5、管、涵洞、小桥或泄水洞、平行导坑等排水方法，将溶洞积水或暗河水排走。、当不能排水，或由于溶洞规模大且溶洞填充物为含水量较大的岩溶泥时，可采用封堵的方法。当溶洞在隧道底部时可采用旋喷桩，在边墙及拱部时可采用注浆、管棚等，形成堵水墙（边墙）和防水帷幕（拱部）。、对于停止发育、跨径较小，且无水的中、小型溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其填充情况，采用干砌片石、浆砌片石或低等级混凝土进行填充。、溶洞仅在隧道底部且较大较深，或者填充物松软不能承载结构物时，可采用旋喷桩进行地基加固处理或设置梁、拱跨越。四、 岩溶隧道施工的准备工作在岩溶地区隧道施工过程中，应根据可能发生的地质灾害作好相应的应急预案和准备工
6、作，贮备相关应急物资，并根据可能发生的突发事故进行应急演练，让全体施工人员对突发事故的应急处理有所了解，在发生突发事故时能正确进行处理，确保施工安全。、根据设计文件中明确可能发生的突发事故，制定相应的应急预案，并组织全体施工人员学习，让全体员工对施工过程中存在的安全风险有所了解，组织施工人员进行现场应急演练，让大家在发生突发事故时能有针对性地高效率地进行应急处理。、本隧道属高风险隧道，超前地质预报工作由设计院负责，经理部、分部应派专人负责超前地质预报的协调管理工作，收集预报信息并及时反馈至领导层和作业层，以便于领导正确决策，便于作业层采用正确的施工方法。施工作业班组在施工过程中如发现有异常情况
7、或者与施工图、超前地质预报出入较大时，应及时向分管超前地质预报管理工作的人员反映，以便及时与设计单位勾通进行复查。、在预测预报前方为岩溶发育地段时，应根据设计地质情况和超前地质预报情况和岩溶地段可能发生的危害，按照应急预案作好应急物资、机械、抢险人员等相应的应急准备工作。、经TSP预测预报并经超前钻孔验证的富水地段，在钻孔时应预埋孔口管，以便测定水量、水压等参数。、经TSP预测预报并经超前钻孔验证的富水地段，应及时将预测预报结果反馈至监理单位、设计院配合组和曲靖指挥部，根据四方共同意见对前方采取预注浆加固等处理措施。五、 超前地质预测预报为保证隧道的顺利施工，避免地下水发育地段突水、突泥及洞身
8、坍塌事故的发生，防止地表水、地下水流失，破坏当地生态环境，确保施工安全，需要采取有效措施对隧道掌子面地质情况进行较为准确的预测预报。施工中将超前地质预报工作作为一个关键工序来进行安排，建立地质预报管理组织机构，成立专业超前地质小组。经过超前地质预报，在开挖后对地质条件再次认知，通过对比反馈信息和分析，逐步提高对围岩的预报判释能力。六、 岩溶隧道超前地质预报的原则内外兼顾，内为重；长短结合，短为重；直间并用，直为重；综合集成、长期预报。结合隧道不同的地质条件，超前地质工作按照长短结合、上下对照、定性与定量相结合的办法来保证预报的准确性。根据各种探测方法的特点，可分为长距离控制预报、中距离预报、短
9、距离验证预报。1、 超前地质预报的主要方法长距离宏观控制预报：在隧道穿过的灰岩地段以及断层在洞身水平方向上采用TSP203超前地质预测预报系统进行距离110m的预报，每次搭接10m。中距离预报：采用仪器（红外探测仪）和超前地质钻孔进行的距离在30m的验证预报。短距离预报：地质素描法和采用加长炮眼孔进行的距离小于30m的预报。综合超前地质预报主要措施表措 施位 置地质素描洞顶及洞壁左侧洞壁、右侧洞壁、洞顶掌子面每10m拍摄一张数码相片计算物探方法TSP（掌子面岩溶，不良地质）洞身每次110m，搭接10m地质雷达（基底岩溶探测）在隧底中心和两侧红外探水根据TSP探测情况有必要时或在富水带进行超前钻
10、孔单孔水平钻探（一般钻孔深度30米）每个断面5个探孔，其中1个取岩芯加深炮孔洞身每次6m，搭接不小于3m基底岩溶勘查地质雷达和钻探根据具体情况测试试验水量、水压力测试洞内断层段、溪谷、岩溶水软岩物理力学、膨胀性试验按50米计划取样一组地下水侵蚀性判定取样灰岩地段每150米计划取样一组2 超前帷幕注浆（超前预注浆）根据补充初步设计文件内容，D1K981+400+585、D1K991+225+325、D1K992+165+265三段穿越断层破碎带，拟进行超前帷幕注浆。其它穿越可溶岩与非可溶岩接触带等地段，根据超前地质预测预报结果综合分析确定。3 超前帷幕注浆的作用及适用条件在超前探测前方为断层及破
11、碎带段落存在高压富水区、具有较大规模、较大可能的涌水、突水或岩体结构性能软弱，开挖后极导致掌子面失稳诱发突水、突泥的段落。超前帷幕注浆的作用是在一定范围内加固围岩，减小加固围岩体空隙率及渗透系数，控制围岩涌水量。超前帷幕注浆设计加固范围为5m和8m两种，30m为一环。压注纯水泥浆液或多组合浆液，以起到预加固的作用（详见施工图）。4、 超前帷幕注浆施工工艺流程图止浆墙制作测量布孔钻孔钢管加工、制作清孔、孔口管安装洞身开挖及支护下一环超前帷幕注浆施工注浆注浆材料及机具准备5、施工方法、止浆墙制作为保证超前帷幕注浆的效果在第一环注浆时按要求采用C20混凝土制作止浆墙，墙厚为2m（8m）、1.5m(5
12、m)。止浆墙采用搭设脚手架加钢模板并加设斜撑，与开挖面周边接触处用5cm木板进行补充。由于开挖面跨度较大，因此在使用钢模板立模时分段进行，并在混凝土接触面留埋接茬石。混凝土浇筑采用混凝土输送泵。泵送混凝土前按操作规程的要求对管路进行必要的检查，并先用清水对管路进行润湿。正式泵送混凝土前先用两盘砂浆进行试泵，在输送泵运转正常后方可进行混凝土正常泵送作业。混凝土捣固采用插入式振动棒捣固。捣固时严格按要求进行。当需变换其在混凝土中的位置时，应竖向缓慢拔出，不得在混凝土浇筑仓内平拖，其捣固时间宜为1030s。严禁漏捣和过捣。当混凝土强度达到设计的70%后方可进行下段混凝土的施工，直至整个止浆墙施作完成
13、。、测量布孔根据设计的要求孔位在止浆墙上成圆环型布置，8m超前帷幕注浆孔为306个，5m注浆孔为190个。布孔时按照先外后内的原则先标识出最外侧孔位，待外侧孔位钻完成并注浆完成后再布设内侧孔位。孔位布设时严格按设计进行，其孔位偏差不大于5cm。、钻孔、钻孔采用地质钻机进行，其钻孔顺序为先外后内，同一环钻孔时应间隔进行。成孔后其孔径要求为：开孔直径不小于108mm，终孔直径不小于90mm。工艺要求a钻机就位时用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线和导向轴线相吻合。b由于开挖面高度过大，因此，在钻凿上部眼时需搭设钻孔平台。钻孔平台搭建时必须有足够的强度和刚度，并应满足承受
14、机具、材料、人员荷载要求，连接牢固、稳定，防止施钻时产生不均匀的下沉、摆动、位移等影响钻孔的质量。c钻孔时经常测量孔的斜度，发现误差超限应及时纠正，至终孔仍然超限者应封孔，原位重钻。以保证钻孔完成后其底线在预加固范围之内。d在钻孔时，若出现卡钻、塌孔时应注浆后再钻。钻孔时，应有针对性地填好钻孔记录，并根据钻孔出屑或取芯情况详细记录前方地质情况，以达到超前探测围岩的目的。、清孔、孔口管安装钻孔完成后及时用高压风和高压水对成孔进行清扫，清除孔内石碴和灰土。并根据设计的要求在孔口段安装3m长的108mm，壁厚5mm的热轧无缝钢管。孔口管安装采用人工进行，人工安装有困难时可辅以适当的锤击。孔口管安装完
15、成后再用M5砂浆对孔口管四周进行封闭，以确保注浆作业时不出现漏气现象。、注浆、孔口管安装完成后即可进行注浆，注浆材料及配合比为：水泥浆水灰比0.81，水泥浆:水玻璃浆液1:0.8。、工艺要求a注浆时先内圈后外圈，同一圈孔间隔施工，5、6、7、8环各孔采取后退式注浆，其注浆范围为孔底至开孔方向5m；1、2、3、4环各孔采取前进式注浆。注浆压力1.52Mpa。注浆前应做压水或吸水试验，并根据实际地质情况调整浆液浓度和注浆压力，以选择最为合适的注浆参数。b注浆过程中应做好施工记录，包括孔位、孔径、孔深、浆液配比、注浆压力、注浆量等。C单孔结束标准：注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上，注浆结束时的进浆量小于20L/min，检查孔涌水量小于0.2L/m.min。全段结束标准：所有注浆孔均已符合单孔注浆条件，无漏注现象；注浆后预测涌水量小于3m3/m.d；浆液有效注入范围大于设计值。注浆结束后用M5砂浆进行封堵。d注浆效果直接影响防水和预加固的效果，因此，在施工过程中应采用措施保证注浆时能达到预期目的。e注浆完成后应进行注浆效果检查。当注浆达不到预期效果时应及时进行补注。达到预期效果后方可
