黄织铁路岩溶隧道施工工法

'黄织铁路岩溶隧道施工工法申报单位：中铁二十五局集团柳州公司申报时间：2009年1月申报人：黄坚刘学良李军明宁卫刘存贵 目录一.前言1二.工法特点1三.适用范围1四.工艺原理2五.施工工艺流程及要点2（一）超前地质预报2（二）判定岩溶类型,确定穿越方案11（三）超前预加固措施13（四）开挖支护25（五）衬砌施工26六.施工机具设备27七.质量控制28八.安全措施30十.技术经济分析33十一.工程实例33 黄织铁路岩溶隧道施工工法中铁二十五局集团柳州铁路工程有限公司黄坚刘学良李军明宁卫刘存贵一.前言喀斯特地形地貌广泛分布在我国西南地区,特别是云贵高原及高原边缘地区地广西.湖南.川渝等,喀斯特地区代表性岩石为石灰岩（碳酸钙）在略有酸性地水中容易发生溶解,存在岩溶极发育地地质特点,溶沟.溶槽.管道.落水洞.暗河.天坑.溶蚀大洼地.石林遍布等,可溶性地碳酸盐岩层与非可溶性地砂页岩.火山岩交互成层,再加上褶皱紧密.断裂错综,形成许多各异地可溶岩体及富含滞流水,地下水经过岩溶管道以及岩石节理渗透,无所不在,在该类型地区修筑铁路隧道必定要穿越大小不等地岩溶不良地质,由于存在不可预见性.不确定性,盲目掘进必然要发生塌方.突泥涌水等安全风险.二.工法特点隧道岩溶施工工法是针对我国西南地区地岩溶极发育地隧道施工中常发生塌方.突泥涌水事故,把超前地质预报.预加固措施与隧道施工地常规工艺程序结合起来科学管理,并把超前地质预报.预加固措施地施工作为重点工艺,纳入到作业循环之中,确保穿越岩溶施工有序.安全,减少盲目揭示岩溶发生塌方.突泥涌水地安全风险.该工法能及时预报地质情况便于及早变更设计,不必等到揭示不良地质再决定方案,极大地争取了调整施工方法及机械地时间；超前进行了预加固措施,确保安全地穿越不良地质地段.三.适用范围适用于岩溶极发育地西南地区铁路.公路.过水洞等地岩溶隧道施工,也可用于一般地质地隧道施工.34 四.工艺原理重点突出超前地质预报地作用和效果,着重确保预加固等安全措施,有机地与隧道常规施工工艺程序相结合,统一纳入作业循环中科学管理,充分利用超前地质预报.预加固等手段措施避免安全风险.严格遵循：超前地质预报→判定岩溶类型确定穿越方案→预加固措施施工→开挖支护施工→衬砌施工地施工流程进行.五.施工工艺流程及要点（一）超前地质预报1.超前地质预报工作原则把超前地质预报.预测列入到工序管理行列,纳入到作业循环之中,把地质预报作为施工越险和不良地质隧道一个必不可少地工序进行管理.检查.验证；对岩溶地区地地质超前预报必须坚持长短结合,以短为主地思路原则,地质预报坚持以钻探为主.根据地质预报地结果个性化地问题提出解决方法措施.（开挖）对复杂岩溶地质必须坚持十六字方针：物探先行,综合验证,有掘必探,先探后掘.综合验证就是要进行物探和钻探相结合,物探前方有明显异常时,必须执行超前钻孔验证,及时调整思路和方法,提供可靠依据.2.超前地质预报工作流程为确保安全.按计划地穿越存在岩溶.地下暗河.断层破碎带及可溶岩与非可溶岩接触带,岩溶及岩溶水丰富等诸多不良地质地段,根据具体情况,分别采用长距离.中距离.短距离相结合地开展预报工作.超前地质预报工作流程如下图示.隧道中线地表勘测细化设计地质总体推断细化TSP-203地质超前预报一般地段150m一次异常地段100m一次地质预报分析超前水平地质钻探作业计划每次钻进30m20m一环超前水平地质钻探结果分析判断按设计的方案施工存在异常(不良地质)报科技攻关组及建指、设计、监理四方研究制定穿越方案按批准方案组织施工，相关领导干部跟班作业岩性描述；出水、水压、水量及变化描述正常34 图1超前地质综合预报工作流程图采用工程地质法,根据地面测绘.施工揭示地质条件和其它基础资料对隧道地地层界线.地质构造.围岩级别.赋水构造.富水规模以及其它特殊工程地质问题进行宏观预测,预测距离在掌子面前方100m以上.中长距离预报采用地震波勘探法对岩溶.暗河.断层.可溶岩与非可溶岩接触带地位置.规模.性质作较为详细预报,预报距离50～200m.34 短距离预报是在长距离预报及中距离预报基础上采用超前探孔和局部加深炮眼对掌子面前方30m范围地质情况作较为准确地预报和验证.3.地表勘测细化由地质工程师沿隧道中线地表进行全线勘测,记录具体里程地地表岩性.走向倾角.风化程度以及地形地貌植被情况,结合设计地地质进行进一步细化分析.4.采用TSP203预报系统进行长距离预报采用TSP203隧道地质超前预报系统对进行长距离探测,可预测掌子面前方150m范围不良地质,包括断层.特殊软岩.溶洞.暗河和岩溶陷落柱.断层等,通过专用数据处理软件进行处理,从而准确预报掌子面前方及周围区域地地质情况,为隧道掘进施工提拱依据.（1）TSP203超前预报系统图示及流程S1S24接收器20m1.5m*23=34.5m接收器掌子面图2TSP203超前预报系统布置图隧道掘进不少于150m，接近前次预报结束里程测量放样，确定爆破孔位和接受器孔位钻爆破孔和接受器孔清孔装药、安装传感器掌子面200m范围不得有噪音，停止一切活动连接主机、传感器、起爆器和爆破孔确认安全、实施爆破和数据采集原始数据处理预测成果报告与施工过程揭示的工程地质核对，总结提高34 图3TSP203超前地质预报工艺流程（2）准备工作探测系统（测量剖面）设计.根据隧道施工情况及地质条件,确定接收器（检波器）和炮点在隧道左右边墙地位置.根据隧道轴确定参考面位置.参考面是用来将TSP测量地相对坐标系（X.Y.Z）与隧道里程连接起来（即隧道轴X由隧道m“TM”来注记）.参考面应接近器地位置,或条件许可,参考面应包括由接收器和隧道轴组成地横剖面.根据参考面,确定所有接收器和炮点地相对位置.接收器和炮点地位置应在同一水平面上.根据实际情况,若需要较短或较长距离地探测,上述距离也可相应地减少或增加.所有接收器和炮点地位置应测定,并作出相应地标识.（3）接收器孔和炮孔地钻制根据测定地接收器和炮点地位置进行钻孔.一般情况下,不能偏离测定地位置.特殊情况下,以测定位置为圆心,在半径0.2m范围内钻孔.在不稳定地岩层中钻炮孔,应防止炮孔围岩坍塌,可以利用薄壁地塑料管（外径应与孔径一致）放入孔中加以保护.安装接收器接管.34 （4）TSP测量装炸药.用装药杆通过PVC管将炸药包装入孔中.在TSP测量中,炸药采用二号岩石乳化炸药,雷管采用瞬发雷管,药量配置参考如下：炮点号炮检距（m）较硬岩层药量（g）较软岩层药量（g）1-220-21.550-6060-703-423-24.560-8070-905-2426-54.580-10090-110系统安装.启动记录单元.在操作面板上标有POWER,通过按黑色地ON开关启动记录单元.电压显示至少应为6V.噪音测试.使用TSPwin软件,对装入地接收器和记录单元地噪音进行测试.起爆和记录成功后地震数据从记录单元缓冲储存上载到电脑储存.（5）地震数据采集及数据处理建立TSPwin文件.确定数据采集参数.噪音检查.数据记录.采集地震道显示.野外数据质量控制.通过检查显示地震道特征来进行数据质量控制.记录回放.回放地震炮记录,用于比较和检查保存在计算机中地数据.系统整理.所有数据记录完成后,应对测量文件地正确存储进行最终检查.（6）成果解释与评估对探测数据地处理结果进行解释和评估时,34 应结合以下成果资料进行：隧道工程勘察资料；隧道设计资料；隧道施工地质资料；探测时间剖面；深度偏移剖面；反射层提取；二维成果显示；岩石力学参数.推断隧道工作面前方围岩地工程地质和水文地质情况,如弱岩层.断层.岩层破碎带.裂隙发育带.富水带.溶洞.河等不良地质地性质.规模和位置.结合岩石物理力学参数.围岩软硬.含水情况.构造影响度.节理裂隙发育等资料,参照《铁路隧道设计规范》,读围岩稳定性进行评估.（7）成果报告要求及应用成果结论报告要明确掌子面前方围岩地软硬情况.破碎情况.节理裂隙发育情况,是否有软弱夹层带.是否存在岩溶及填充.是否含有裂隙水.成果报告出来后,现场地质工程师.施工负责人.技术人员认真学习,针对成果报告进行分析,施工掘进过程中全程对照.核实,预报结果与设计地质相同或相近地,则按原设计措施继续掘进.对探测出可能存在地不良地质或与设计地质有差异段,应提前30m,采用其他手段进行验证,并上报监理.设计.建指.5.超前水平钻孔验证针对TSP203在长距离预报地质情况基础上,对探测出可能存在地不良地质或与设计地质有差异段采用超前水平钻孔对掌子面前方30m左右范围内地地质情况作较为准确地预报和验证.超前钻孔孔径采用φ75,超前探孔探测长度一般为30m左右,相邻两环探孔之间应搭接5m.（1）超前水平钻探设备采用XY-2PC型地质钻机进行钻孔作业.XY-2PC型钻机动力22kw,转速最高1172k/min,是专门地岩芯钻机,可完成50m地深孔钻探任务.（2）超前水平钻探孔点布置34 针对TSP预报结果结论存在地岩溶发育地段和节理发育密集破碎带等不良地质地段,采用每个断面设1个超前探孔.如下左图.针对TSP预报结果结论存在地岩溶发育填充夹层地段.富水地带.可溶性和非可溶性岩接触带等不良地质地段,采用每个断面设3个超前探孔.如下右图示.图5水平钻探3孔布置图图4水平钻探1孔布置图（3）施工按设计要求确定钻孔地方向和仰角钻探施工及施工记录.开钻前必须量测立轴钻杆地方向是否符合设计要求.开孔孔径宜在110～mm之间,且以低压力,慢转速钻进为原则.当钻探达到一定深度并确定未偏离方向时,可以适当提高钻进速度.每钻进10m左右量测钻孔方向是否偏离方向,如有偏离时进行纠正.钻进过程中认真作好钻探记录.采取地岩芯须整齐摆放在标准岩芯箱中,并贴上岩芯标签.现场技术员详细做好地质编录工作.根据钻探过程中钻进情况（是否卡钻.漏水.涌水等）.岩芯地完整性（RQD值）和岩芯采取率,初步分析确定该钻探进尺范围内岩性状态.结构及破碎程度和含水量等.34 （4）水平钻探注意事项及成果应用水平钻探过程中配备1名具有实践工作经验地地质工程师进行现场值班,在掌握TSP预报地隧道围岩地质构造.工程地质.水文地质地基础上,随时了解水平钻探地钻进过程,了解钻探过程中钻进是否卡钻.有无渗水.涌水现象等.水质情况和水压情况.水量情况,判定前方是否存在发育丰富岩溶水及是否填充夹泥,掌握水质变化.水压变化.水量变化,对于水压长时间不减小地情况下,应停止往前钻,采用限排管堵塞.上报设计等有关部门到现场决定方案措施.安装限排管如下图示.安装限排管程序为：在钻孔之前,首先准备好安装有阀门地水管限排管和锚固剂等,在钻探出现涌水且水量.水压长时间不变时,应抽出钻杆,插进限排管和锚固剂,待锚固剂起锚固作用后关上阀门.图6水平探孔遇到涌水限量排放示意图岩溶在钻进过程中,在无渗水.涌水现象或涌水水压.水量变小,继续钻探,并取出芯样.根据岩芯地完整性（RQD值）和岩芯采取率,初步分析确定该钻探进尺范围内岩性状态.结构及破碎程度等.根据地质勘探资料及时编制成果报告.成果结论报告要明确掌子面前方围岩地软硬情况.破碎情况.节理裂隙发育情况,是否有软弱夹层带.是否存在岩溶及填充.是否含有裂隙水.34 成果报告出来后,施工负责人.技术人员认真学习,针对成果报告进行分析,预报结果与设计地质相同或相近地,则按原设计措施继续掘进.探测存在不良地质或与设计地质有差异段,并上报设计等有关部门确定方案措施.6.局部加深炮孔超前探孔图8探孔布置平面示意图B1B1B图7探孔布置纵断面示意图1B针对超前水平钻孔探测掌子面前方30m范围内存在不良地质情况,在逼近不良地质地段时,采用局部加深炮孔短距离超前探孔进一步探测.直接利用加长钻杆超前探孔和周边扇形探孔手段对不良地质地段进行进一步探孔核实,预防遗漏局部岩溶管道和隧侧岩溶管道地遗探引发突发性地质灾害.具体探测位置根据总体判释和超前水平地质钻孔进行安排,列入日作业计划.探孔布置图如下图示.加长钻杆按掌子面前方9m以上控制,扇形周边以隧道开挖轮廓外6m以上控制,保证在钻爆后有6m安全岩盘.如探测隧道开挖轮廓外6m.掌子面前方9m岩盘内存在不良地质,则严禁爆破开挖,报请设计变更.（二）判定岩溶类型,确定穿越方案1.空腔型（1）岩溶洞穴.溶隙溶槽34 直接开挖揭露,刚架支护通过,初支后空腔回填砼或浆片.（2）岩溶管道型直接开挖揭露,刚架支护通过；管道无过水则拱部初支上设1～2m护拱砼,边墙设厚度3～5m浆片；管道有过水则预留泄水口引排到侧沟或留设过水通道.（3）大型溶洞直接开挖揭露；如不侵入基底刚架支护通过,拱部初支上设1～2m护拱砼,边墙设厚度3～5m浆片；侵入基底,发育深度小于5m采用板跨或回填,发育深度5～20m时采用管桩板跨,发育深度20～30m时采用桩基梁跨或桩基托梁,规模较大可采用路基方案,回填及路基需留设过水通道,衬砌另行设计.2.充填型（1）岩溶洞穴.溶隙溶槽小导管超前预加固,台阶法开挖,刚架支护通过,基底清除回填砼或浆片,隧底仰拱闭合,衬砌加强紧跟.（2）岩溶管道以静储量为主地充填泥砂（水）型管道,规模不大,补给不强,采用小导管超前或大管棚对隧道开挖轮廓线外5m预加固,台阶法开挖,刚架支护通过,基底清除回填砼或浆片,隧底仰拱闭合,根据水压确定抗水压衬砌.充填泥砂型岩溶管道补给量丰富地,采用帷幕注浆超前预加固和大管棚结合处理措施,径向注浆.局部注浆配合台阶法开挖,刚架支护通过,基底清除回填砼或浆片,隧底仰拱闭合,采取加强衬砌结构.34 充填块石型岩溶管道,采用大管棚预加固,台阶法开挖,刚架支护通过,基底清除回填砼或浆片,隧底仰拱闭合,采取加强衬砌结构.（3）大型溶洞采用全断面帷幕注浆超前预加固,加固范围为开挖轮廓线外5～8m,注浆材料采用水泥浆和水泥—水玻璃双液浆,采取前进式分段注浆,分段长度5m,注浆终压3～4Mpa,设计扩散半径2～3m.同时采用大管棚超前支护,径向注浆.局部注浆配合台阶法开挖,型钢钢架支护,衬砌采用钢筋砼加强结构.必要地基底还需要管桩或树根桩加固.3.充水过水型（1）充水岩溶洞穴.溶隙溶槽采用局部超前注浆堵水及小导管超前预加固措施,台阶法开挖,刚架支护通过,隧底仰拱闭合,衬砌加强.（2）过水岩溶管道过水岩溶管道位于隧道上部且有一定岩柱时,采用大管棚预加固,台阶法开挖,刚架支护通过,加强锚网喷支护,加强二次衬砌,原则上维持过水管道系统.过水型岩溶管道位于隧道下部,采用托梁及板梁跨越,由跨越结构承受荷载,岩溶管道下穿,维持原排水系统.正交型岩溶管道,首先探明排水系统走向,在无水或量少时期揭露,在隧道边墙外另设过水管道引水,并设钢筋砼墙隔壁,保证排水系统畅通；型钢钢架支护,加强二次衬砌.（3）暗河34 暗河位于隧道上部且有一定岩柱时,采用全断面帷幕注浆超前预加固,加固范围为开挖轮廓线外5～8m,注浆材料采用水泥浆和水泥—水玻璃双液浆,采取前进式分段注浆,分段长度5m,注浆终压3～4Mpa,设计扩散半径2～3m.同时采用大管棚超前支护,径向注浆.局部注浆配合台阶法开挖,型钢钢架支护,衬砌采用钢筋砼加强结构.暗河位于隧道下部,岩柱厚度足够,采用径向注浆加固；岩柱厚度不足,则采用梁跨越,由跨越结构承受荷载,同时采用径向注浆加固.暗河正交型,探明水系走向后根据排还是堵地要求,另设泄水洞排水或另设暗河过水通道,同时对隧道暗河区域采用全断面帷幕注浆超前预加固,结合采用大管棚超前支护,径向注浆.局部注浆配合台阶法开挖,型钢钢架支护,衬砌采用钢筋砼按抗水压加强结构.（三）超前预加固措施当超前地质预报有岩溶存在时,不能轻易揭露,必须要确定并完成超前预加固措施后才能开挖.1.小导管超前支护施工超前小导管一般采用直径42mm~50mm,壁厚3mm~5mm地热轧钢管,长度3m~6m,管壁每隔10cm~20cm交错钻眼,眼孔直径6mm~8mm.布置在拱部或边墙地局部,环向间距20cm~50cm,外插角10°~30°,注水泥浆或水泥水玻璃双液浆.具体设单层.双层要视情况而定,纵向两环不小于1m地搭接长度.小导管采用普通风钻钻孔,孔眼较钢管管径大2.0cm以上,钻孔做到孔圆直.角度准.深度够.然后把小导管插入孔后外露约一定长度,34 以便于连接注浆管,并用塑胶泥（浓度为40Be水玻璃拌42.5水泥）将导管周围孔隙封堵密实.在压水试验检验管路及密封孔口达到要求后,进行注浆.超前小导管一般和钢拱架支撑配合使用,并从钢拱架腹部穿过,尾部焊接在钢拱架上,前端呈尖锥形状.2.大管棚超前支护施工大管棚是通过钢管穿过自稳定性差地不良地层,在预定地范围内形成棚架结构,通过给钢管外围岩注浆固结,提高围岩抗剪切强度,从而实现超前支护.大管棚一般采用直径89mm~130mm,壁厚6mm~10mm地热轧钢管,长度10~40m不等.布置在拱部,环向间距20cm~50cm,外插角5°~10°,注水泥浆或水泥水玻璃双液浆.具体设单层.双层要视情况而定,纵向两环不小于5m地搭接长度.大管棚施工首先在隧道拱部扩挖高1m.长2~5m地工作仓,如掌子面围岩好直接在围岩上钻孔,否则在工作仓前施工2m厚地砼导向墙；然后埋设孔口管,孔口管作为管棚地导向管,安设地平面位置.倾角.外插角地准确度直接影响管棚地质量.钻孔采用潜孔钻机钻孔.钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设,平台支撑连接要牢固.稳定；钻机与孔口管方向平行,精确定位；钻头直径采用比管棚大10mm以上地,钻机开钻时,可低速低压,待成孔1.0m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压.如钻进时产生坍孔.卡钻,需补注浆后再钻进.如采用管棚钻机钻孔,则省略了平台并提高效率.成孔后即进行来回扫孔,用高压风管从孔底向孔口清理钻渣,确保孔径.孔深符合要求.防止堵孔.34 安装管棚钢管利用钻机冲击力.推力低速顶进或10t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进,如采用管棚钻机则直接套管跟进.接长钢管应满足受力要求,相邻钢管地接头应前后错开.安装好有孔钢花管后即对孔内注浆,采用单液或双液注浆以及注浆参数按设计要求或现场试验调整.注浆结束后及时清除管内浆液,并用水泥砂浆充填,增强管棚地刚度和强度.3.帷幕注浆预加固施工（1）帷幕注浆预加固选择对富水岩溶地带施工执行“先探水,预注浆,后开挖,补注浆,再衬砌”地十五字方针,采用帷幕注浆预加固时遵循以下判断原则：对可溶岩与非可溶岩接触带.断层破碎带及向斜核部预测水压大.极可能发生严重突水突泥地段,探孔2/3出水,且出水总量>10m3/h,地下水压力≥3.0MPa时,采用帷幕注浆预加固,固结范围：开挖轮廓线外8m.对可溶岩与非可溶岩接触带.断层破碎带及向斜核部预测水压大.极可能发生突水突泥地段,探孔出水总量〈10m3/h,但地下水压力＜3.0MPa并≥2.0MPa时,采用帷幕注浆预加固,固结范围：开挖轮廓线外5m.对不同年代地层岩层接触带.物探异常区.预测水压大.可能产生突水突泥地段,探孔出水总量〈10m3/h,但地下水压力＜2.0MPa并≥1.0MPa时,采用帷幕注浆预加固,固结范围：开挖轮廓线外3m.（2）帷幕注浆预加固工艺流程图测量放线、标注钻孔位置钻机就位固定钻孔口管至2m深度安设孔口管、继续钻注浆孔孔口管内继续钻孔安设送浆管/止浆塞注浆效果检查继续注浆结束该孔钻孔注浆施工整体注浆效果检查注浆钻设注浆孔3~5mYN制备浆液第一分段注浆第二分段钻孔第二分段注浆结束Y补孔注浆N。。。。。34 图9分段前进式注浆施工工艺流程图钻机及平台架定位钻孔方向确定钻孔口管至2m深度安设孔口管、钻注至设计深注浆效果检查继续注浆结束该孔钻孔注浆施工整体注浆效果检查后退分段式注浆继续注浆浆液配置YN下入止浆系统进行第一分段注浆达到要求后退止浆系统进行第二分段注浆结束Y补孔注浆N。。。。。测量放线、标注钻孔位置NY34 图10分段后退式注浆施工工艺流程图（3）钻孔施工帷幕注浆预加固采用气动潜孔锤钻进成孔.注浆钻孔结构及施工技术要求：帷幕注浆预加固地注浆孔开孔孔径为φ110mm,埋设3m长φ108mm孔口管,3m以后孔径为φ91mm,直至终孔.注浆钻孔孔口位置应准确定位,偏角应符合设计要求.每钻进一段,检查一段,及时纠偏,孔底位置偏移应小于1/40孔深.钻孔施工顺序应由外圈向内圈,同一圈孔间隔施工.钻进时对孔内情况需进行详细记录,如掉块.坍塌.堵钻.钻速等,尤其是出水量地变化需准确记录.埋孔口管：钻进预埋孔口管段,采用φ110mm钻头钻进,该段长度为3m.钻进结束后,装入规格φ108×5mm地热轧无缝钢管,再用锚固剂或用锚杆固定.待初凝48h后,安装闸阀,开始扫孔.孔口管兼测量水压力和涌水量,34 并按表格填写记录.主要内容有孔号.进尺.起始时间.岩石裂隙发育情况.涌水位置.涌水量和涌水压力等.涌水量大.压力高地地段钻孔时,应先设置带闸阀地孔口管；当出现大量涌水时,拔出钻具,关闭孔口管上地闸阀,做好准备后,进行注浆.如工作面围岩破碎,应先设置止浆墙和孔口管.孔口管埋入止浆墙深度随最大注浆压力而定.（4）注浆设计帷幕注浆预加固每一循环为25m,开挖20m,留5m作为止浆岩盘,第一循环设置2m厚混凝土止浆墙.注浆钻孔地注浆方式分为前进式注浆.后退式注浆和一次全孔注浆.为使浆液在岩层裂隙中均匀扩散,保证注浆质量,提高注浆堵水率,对于单个注浆钻孔宜采用分段注浆方式.注浆段分段长度系根据岩层裂隙发育程度和涌水量大小而定.为实现分段注浆,可采用分段前进式注浆或分段后退式注浆两种方式.分段前进式注浆宜用于裂隙发育或破碎,难以成孔地岩层.全孔自孔口开始,钻一段注一段,直到孔底最后一段注完为止.前进式分段注浆第一段可采用全孔注浆,继续向前钻孔注浆时可采用袖阀管注浆.分段前进式注浆优点是堵水效果好,缺点是注浆钻孔钻进重复,工程量较大.分段后退式注浆宜用于裂隙不甚发育,可以成孔地岩层.钻孔一次钻到全孔深,从孔底开始,对一个注浆分段进行注浆施工；第一分段注浆完成后,后退一个分段长度进行第二分段注浆；如此往复,直到将整个注浆段完成.分段后退式注浆地优点是注浆钻孔无重复钻进,工程量相对较小.（5）注浆施工工艺34 压水试验：压水试验地目地是为了了解注浆孔各注浆段岩层地富水性.透水性,用以确定浆液配比,预估浆液消耗量及材料用量.压水实验方法采用双塞正水法,压力表安装在孔口管回水管上,试验压力取静水压力地1.5～2.0倍,试验时每间隔10分钟观测一次流量和压力,流量和压力保持相对稳定,流量连续四次读数,其最大值与最小值之差小于最终值地10%,试验工作即可结束,以最终流量为计算流量.钻孔冲洗：当决定钻进孔段需注浆时,必须立即进行钻孔冲洗工作,钻孔冲洗地目地是清除钻孔中地残留岩粉,岩石裂隙中所充填地粘土杂质等物,冲孔质量地好坏直接影响注浆质量地好坏.冲孔干净地钻孔水泥浆液充填进入裂隙中,与岩石呈紧密胶结.冲孔方式采用压力骤升骤降地放水方式,冲洗结束地标准为：出水管地水洁净后再延续10min,总冲洗地时间不低于30min.注浆设备：注浆设备拟采用天津市聚能高压泵厂生产地XPB-90D型高压注浆泵.水泥浆掺合BR-CA型增强防水剂制成地水泥-BR-CA型浆液采用孔口封闭,纯压式注浆.由于岩石裂隙地发育情况.地下水地渗流速度.止水封堵地空间容积及其连通性地差异是千差万别地,要取得好地注浆效果,必须掌握好注浆地几个重要参数.注浆压力：注浆压力是浆液扩散地动力,是监测浆液在裂隙中充填扩散过程是否正常地主要依据.注浆压力系指注浆所承受地全压力,34 施工过程中一般将压力表安装在孔口处.注浆压力与岩层裂隙发育程度.涌水压力.浆液材料地黏度和凝胶时间长短有关,目前均按经验确定.正常注浆压力为静水压力+0.5MPa,注浆终压不大于2.5倍地静水压力.施工中根据现场注浆试验进行调整.根据注浆处地层深度计算P=KH式中：P—设计注浆压力（终压值）（MPa）；H—注浆处深度（m）；K—由注浆深度确定地压力系数.压力系数K地取值如下表所示.压力系数K取值表注浆深度（m）＜200200～300300～400400～500＞500K0.023~0.0210.021~0.0200.020~0.0180.018~0.0160.016在溶洞有充填物及细小裂隙段.注浆终压宜加大,加大到多少视现场具体情况确定,但不大于静水压力地2.5倍.注浆初始压力,一般应低于注浆终压,根据浆液消耗量,灵活掌握,逐渐升高到注浆终压,并稳定一段时间达到终灌结束标准.浆液浓度地变换：岩石注浆一般采用先稀浆,后浓浆逐级加浓地原则进行浆液浓度地变换.初始浓度根据岩石单位吸水率确定,一般在裂隙岩层中注浆连续灌注30～40分钟仍不起压,则改用浓一级地浆液.当加浓一级地注浆,压力上升很快,则应立即变稀回到原来地浓度继续灌注.当采用最浓地水泥浆灌注仍不起压时,则应采用间歇注浆,间歇时间为注浆初凝以后,终凝以前,34 必要时可采用其它如加速凝剂措施.注浆结束标准：注浆结束标准对注浆质量起控制作用,掌握好注浆结束时机,既可以使注浆达到设计要求,取得比较好地堵水效果,又可以节省工程费用.单孔注浆结束标准：注浆压力逐步升高至设计终压,并继续注浆10min以上；注浆结束时地进浆量小于20L/min；检查孔涌水量小于0.2L/min；检查孔钻取岩芯,浆液充填饱满.注浆全段结束标准：所有注浆孔均已符合单孔结束条件,无漏注现象；注浆后预测涌水量小于5m3/m.d；浆液有效注入范围大于设计值；预测岩体经注浆后可保证开挖后洞壁稳定.注浆过程中地技术措施：注浆顺序由外向内,同一圈孔间隔施工.岩层破碎容易造成坍孔时,采用前进式注浆,否则采用后退式注浆.为保证注浆质量,浆液每桶搅拌时间不得少于5min,水泥浆制备到用完时间不得大于4h.注浆中出现注浆压力突然下降.流量增大,属跑浆或超扩散.可采用缩短凝胶时间,增大浆液浓度,或采用低压.间歇注浆方法,及时调整处理.（6）注浆效果检验及资料整理注浆段地注浆孔全部注完后,应进行注浆效果检查和评定,不合格者应补钻孔注浆.首先对注浆过程中地各种记录资料进行综合分析,分析注浆压力和注浆量变化是否合理,是否达到设计要求.其次通过打检查孔来判断注浆质量；钻取岩芯,观察浆液充填情况,并检查孔内涌水情况；检查孔涌水量要求小于0.2L/m.min.检查孔应布置在出水较多地部位或布置在开挖断面四周,每循环段布设2～3个检查孔.34 4.径向注浆或局部注浆（1）径向注浆或局部注浆选择对岩体完整.其结构性能可保证开挖安全,但大面积淌水且流量大于控制排水量（探孔出水总量<10m3/h,但个别孔出水量>2m3/h）,且预测地下水压力＜1.0MPa时）,实施开挖后全断面径向注浆,加固范围：开挖轮廓线外5m.岩体完整.其结构性能可保证开挖安全,但局部出水且流量大于控制排水量时,对出水处实施局部注浆.在注浆后流量仍大于控制排水量.注浆固结圈综合渗透系数大于设计控制值或仍有局部出水点时,实施局部补注浆.（2）径向注浆工艺流程图测量放线、标注钻孔位置钻机就位固定钻孔口管至2m深度安设孔口管、继续钻注浆孔注浆效果检查继续注浆结束该孔钻孔注浆施工整体注浆效果检查注浆YN制备浆液结束Y补孔注浆N34 图11径向注浆施工工艺流程图（3）钻孔施工对于全断面径向注浆采用风机钻成孔,孔径为φ52mm,孔口管采用φ50mm地热扎无缝钢管,管长1m（可以采用φ42mm小导管注浆,则相应地钻孔孔径为φ42mm）.钻孔一次钻到孔底.（4）注浆设计径向注浆每一循环为2.5m,注浆加固范围为隧道轮廓线外5m,多孔联注,每孔一次性注浆.注浆压力.配合比.注浆结束标准同帷幕注浆相关参数.（5）注浆施工工艺采用全孔一次注浆法,其注浆设备.浆液配合比.注浆压力控制.注浆结束标准同帷幕注浆相关参数.（6）局部注浆措施开挖后暴露地涌水溶洞注浆：在出水口附近钻2～4个孔径为φ50mm分流孔,以减小涌水量和压力.分流孔应在一定深度（3～10m）与溶洞或溶隙交汇,34 在出水孔与分流孔口安设孔口管,并对孔壁与孔口管之间用膨胀快硬水泥进行有效封堵,然后再进行注浆处理,注浆液采用抗分散防水型TGRM水泥基特种材料,水灰比为0.4～0.5.超前探水孔遇溶洞涌水注浆：溶洞涌水量不大时,使用孔口安装止浆塞直接利用探水孔进行注浆；若涌水量及压力较大时,则在出水孔口处2～4m范围内钻一至二个分流孔,以减小涌水压力,有利注浆,探水孔与分流孔均作为注浆孔；若孔口段岩层破碎,应安设孔口管,孔口管安设之前应先用麻丝棉纱等缠绕孔口管,然后打入注浆孔,孔口与岩壁之间采用膨胀快硬水泥堵塞,然后注浆,注浆完毕后,封堵孔口.注浆液采用抗分散防水型TGRM水泥基特种材料,水灰比为0.4～0.5.若溶洞涌水压力较小且空洞较大时,可考虑采用混凝土输送泵压注C20混凝土充填.裂隙水局部注浆：间隔1.0～1.5m根据现场情况布设若干φ50mm注浆孔,注浆孔与出水裂隙面尽量最大角度相交,注浆材料选用抗分散防水型TGRM水泥基特种材料,水灰比为0.4～0.5；岩溶缝隙涌水量较大时,应先钻引水孔泻压后,再对裂隙注浆,最后用膨胀快硬水泥对引水孔进行封堵处理.（四）开挖支护对于隧道岩溶必须坚持：物探先行,综合验证,有掘必探,先探后掘.隧道岩溶开挖在预加固措施地保护采用台阶法施工,两台阶或三台阶视围岩安全性定.一般上台阶环形部分人工采用风镐开挖,预留核心土体,34 循环进尺控制在0.5m~1.2m,以钢架间距相宜.上台阶环形部分开挖后即对该部分进行喷射砼封闭,安装钢筋网.钢架及锚杆,再复喷砼到设计厚度.下台阶或中.下台阶部分可采用挖掘机开挖.装碴,循环进尺也以钢架间距控制,对于存在岩石应遵循“弱爆破.短开挖”原则,以减少对围岩地扰动.由钢筋网.钢架.锚杆和喷射砼组成地初期支护是为保护围岩地天然承载力,初期支护要尽快施作.首先用高压风吹净岩面,喷射砼厚3-5cm,然后挂设Φ8mm钢筋网,钢筋网应随受喷面地起伏铺设；根据设计间距,每开挖一榀地位置即安装一榀钢架.钢架架设按单元拼装,施工放样确定钢架基脚位置后铺设槽钢垫板,施作定位钢筋,安装拱部单元,安装拱部连接钢筋和锁脚锚杆,然后安装墙部单元,安装墙部连接钢筋和锁脚锚杆.安装固定好钢架后即可施工系统砂浆锚杆,采用砂浆锚固或锚固剂锚固,锚杆尾部设钢垫板并与钢架焊接一起.钢架必须置于稳固地地基上,为增强钢架地整体稳定性,应将钢架与纵向连接筋.结构锚杆.定位钢筋和锁脚锚杆焊接牢固.在钢筋网.钢架.锚杆都施工完成后即可复喷砼到设计厚度,喷砼须分层喷射,每层5~6cm厚,钢架保护层不小于2cm,整个喷射混凝土表面要平顺.初期支护完成,严格按要求进行拱顶下沉和周边收敛位移量测,通过监控量测地信息反馈,及时调整支护参数,以保证衬砌结构地安全.（五）衬砌施工衬砌施工首先进行盲沟铺设.复合型防水板挂设.止水带埋设等防排水.纵向盲沟于两侧边墙脚各布设一根φ100mm软式透水管,横向盲沟按10m一环设,渗水地段加密；采用塑料胀栓将软式透水管固定在喷锚支护面上,34 透水管安装按线路纵坡平行以便排水.对于初支表面严重凹凸不平地部位须进行修凿和找平,切除初期支护外露锚杆头.钢筋网头等突出铁件,抹砂浆遮盖.防水板采用吊挂台车铺设,以防水板幅中对准隧道中线,根据防水板幅面大小,将防水板托起贴着喷锚支护表面,用射钉枪浆吊挂肋条锚固在喷锚支护面上；两幅防水板搭接不小于15cm,用爬焊机浆搭接缝焊好,双面焊缝宽度不小于2cm；防水板铺设预留一定地富余量,以防过紧而被混凝土挤破.止水带安装使用钢筋卡沿衬砌接缝固定.隧道衬砌施工采用拱墙一次整体衬砌,隧道每口配备1台全断面液压衬砌台车.在对位准确安装固定衬砌台车后,可进行砼灌注,砼采取在搅拌站集中生产,砼运输车运输,输送泵泵送；砼泵送入模时,左右对称灌注,沿隧道高度分层进行,每一循环应连续灌注；采用插入式捣固器配合附着式振捣器捣固.六.施工机具设备主要施工机具设备配置表机械设备型号数量备注超前探测设备TSP地质预报系统TSP2031套地质雷达LTD-20001套水平地质钻机YUX-75A2台红外探测仪HY-303型2套地质罗盘4个瓦期检测仪2套笔记本电脑IBM1台预加钻机MD-504台34 固设备管棚钻机KR80412-31台注浆机XPB-90D2台双层搅拌机YL-3402台高压双液注浆机2TGZ-60/2101台钻爆设备空气压缩机20m3/min5台多功能钻孔台架(半断面)自制1台多功能钻孔台架(全断面)自制1台气腿式凿岩机YT-2830台风镐10台出碴设备无轨挖掘机PC200-5C2台装载机L502台自卸汽车12t8台有轨挖装机Wz-1601台梭式矿车SB184台电瓶车XK12-9/1444台充电机4台通风设备射流通风机2台轴流通风机2×55KW2台支护设备湿喷机TK5003台锚杆钻机6台衬砌设备衬砌台车FQM-942台仰拱桥自制2台砼施工设备强制式搅拌机JS500型2台混凝土配料机PL800D1套砼输送泵HBT602台砼输送车HNJ5220GJB4台侧卸装载机ZL501台钢筋钢筋调直机GTJ1403台34 加工设备钢筋弯曲机WJ402台钢筋切断机GQ40D2台弯板机1台电焊机BX1-315F8台其他配备设备发电机组200KW1台变压器500KVA2台抽水机WQ5.54台七.质量控制1.建立健全各项质量管理制度工程质量责任制：指挥部（项目经理部）设置质量检查机构,并配相应人员,建立工程质量责任制,将质量责任落实到各部门和人员,层层把关.人人负责.技术交底制度：根据工程实际情况编制作业指导书,并积极采用新工艺.新技术.针对特殊工序要求编制有针对性地作业指导书.每个工种.每道工序施工前都应组织技术交底,包括技术人员对工长地技术交底,工长对班组长地技术交底,班组长对作业人员地技术交底.材料进场检验制度：材料进场必须进行材料产品外观质量地检查验收和材质复核检验,不合格地不得使用.样板引路制度：施工操作应注意工序地优化.工艺地改进和标准化操作,通过不断探索,积累必要地管理和操作经验,提高工序地操作水平.操作质量.各工序如光面爆破.初期支护.衬砌等都要在开始大面积操作前做出示范样板,把标准实物化,统一操作要求,明确质量目标,达到标准要求.施工挂牌制度：工地地钢筋.水泥.砂石等建材存放地点,钢筋.模板.34 混凝土拌和等加工地点,均在现场实行挂牌制,注明管理者.操作者.施工日期,并做相应地图文记录,以落实相关地质量责任.过程三检制度：实行自检.互检.交接检制度,并有相关文字记录.隧道隐蔽工程要先由主管技术人员.质量检查人员检查,检查合格填写好隐蔽工程检查证,再向监理单位或建设单位申报检查.质量文件记录制度：质量记录是质量责任追溯地依据.现场施工记录.检测记录.工程日志.材料及强度等试验报告.质量检验记录.隐蔽工程检查证等均应及时.如实.准确.完整,并妥善保管.2.认真执行各项质量保证措施开工前,认真核对设计文件,编制实施性施工组织设计.认真执行超前地质预报要求,为保证地质预报资料地完整性,在掘进接近预报结束里程时,及时进行下一循环地预报作业.数据处理后.及时出预测成果报告.并与实际揭露地工程地质进行比较,不断总结,提高预测预报地准确率.隧道在掘进过程中,逐段核实围岩级别,取样化验地下水,若与设计不符,及时向业主和设计部门提出,以便处理.采用初期支护在洞身开挖后及时施作,采用地支护类型与围岩级别相适应,支护原材料满足规范要求,喷射砼采用湿喷技术,为提高砼力学性能,可掺入XD-F型微纤维,喷射砼与围岩全面.紧密地粘结,确保喷射砼与周边围岩共同工作,喷砼厚度.强度,锚杆数量.长度.抗拔力符合设计要求.施工中按设计及规范要求开展监控量测工作,及时整理分析量测结果,反馈相关信息,及时调整支护参数指导施工,确保施工及结构安全.34 安装模板前复核隧道中线.水平.断面厚度净空尺寸.隧道采用衬砌台车整体浇筑.衬砌所用地原材料规格符合设计要求,边墙基底稳固,无虚碴.杂物及积水,拱.墙砼捣固密实,达到隧道衬砌内实外光,结构线条顺直美观.二次衬砌混凝土灌筑要连续进行,不得出现冷接缝.防水板及止水带等防排水材料采用各项技术指标符合设计材料性能要求地合格产品,防水板铺挂前,在平地上做防水板焊接试验,防水板采用热焊.粘接工艺,先用木楔与墙壁定位牢固,防水板再与木楔定位,确保砼浇筑时防水板与墙壁密贴.不脱位.按规定配足试验人员及质检工程师,对工程施工开展各项测试工作.使每种建筑材料.施工成品质量.配合比.试件均符合规范要求.杜绝因材料质量不合格而发生工程质量事故.八.安全措施1.建立建全各项安全管理制度安全生产责任制度：建立安全生产逐级负责制,落实各级管理人员和操作人员地安全职责,做到分工明确,责任清楚,措施到位,管理到位.各级领导认真贯彻国家和上级颁发地有关安全施工地政策.法令和规章制度；主管施工生产地领导和施工负责人员在布置施工任务时,必须同时布置安全工作.安全教育培训制度：开工前,组织员工学习国家有关安全生产地法律.法规,以及建设单位地各项安全生产地规章制度及有关安全管理办法.施工项目经理.副经理,安全.技术.质量等主要负责人必须经有关部门培训.考试合格后担任.安全员.34 防护员.爆破员.带班人员和工班长经过有关部门培训考试合格后执证（合格证）上岗.施工人员（包括劳务工）未经安全教育培训并考试合格者,不得参加本标段施工.特殊工种严格按照《特种作业人员安全技术考核管理规则》执行,经过培训考核合格,持证上岗.安全技术交底制度：配合建设单位.设计单位地安全技术交底工作,派专人负责,并形成会议纪要等形式文件,以便在施工中贯彻落实.在施工中,技术部门要对作业层进行详细准确地安全技术交底安全生产检查制度：定期召开安全例会,保证检查制度地落实,加强监督检查,发现隐患及时上报,出现事故本着“四不放过”地原则处理.对于施工过程中建设单位.监理单位检查提出地安全生产施工要求,要认真贯彻落实,自觉接受业主.监理地监督检查.定期开展安全检查评比工作,对检查中发现地问题必须及时纠正.处理.对检查中发现地安全隐患,进行登记,并制定防范措施加以整改,及时消除隐患.如有危及行车安全.人身安全地险情,必须立即停工,处理合格后方可继续施工.2.认真执行各项安全保证措施认真执行超前地质预报要求,对岩溶地质必须：物探先行,综合验证,有掘必探,先探后掘原则.施工中严格遵循短进尺.禁爆破.快支护.勤量测.紧衬砌.早闭合.对参加施工地人员进行安全教育,从事爆破及操作机械地人员,经过专业培训和考试,取得合格证后,方予上岗.34 钻眼人员到达工作面时,先检查工作面是否处于安全状态.钻眼采用湿式凿岩机,严禁在残眼中钻眼.洞内爆破作业,进行统一指挥.进行爆破时,所有人员撤至不受有害气体.振动及飞石伤害地地点.在照明不足.工作面岩石破碎尚未及时支护.发现涌泥涌水未经妥善处理时,严禁装药爆破.机械装碴时,坑道断面满足装载机械安全运转,设置专人指挥,以免机械碰断电线或碰坏已做好地初期支护,确保安全.锚杆地质量.长度,喷混凝土地质量.厚度,以及钢拱架地安装位置.间距等严格按设计施工.在施工过程中,时刻对已完成地初期支护进行监控与量测,发生异常情况,立刻停止施工,待查明情况确保安全后再进行施工.衬砌台车作业地段距开挖面拉开一定地距离,台车下地净空保证车辆能顺利通过,并悬挂明显地缓行标志.爆破物品地管理和使用.爆破器材库地设置必须符合《爆破安全规程》地有关规定和要求.库房远离居民区,炸药库.雷管库及看守房呈三角形分开布置,库内保持通风良好.库房周围设置警戒隔离区和警戒标志,安设报警器.避雷针.十.技术经济分析1.本工法确保穿越岩溶施工有序.稳妥.安全地进行,减少盲目揭示岩溶发生塌方.突泥涌水地安全风险,以安全保效益.2.但凡岩溶,都属于在Ⅱ.Ⅲ级围岩中遇上,必然要把全断面开挖法调整为台阶法开挖,都需要进行超前加固措施,本工法能及时确定地质情况.及早进行变更预加固,极大地争取了施工地时间.3.但凡岩溶大都填充相关软弱地物质或地下水,一般揭示都存在涌出34 地现象,如都在揭示后再对涌出物进行处理将大大增加投入.十一.工程实例采用本工法地黄织铁路凤凰山隧道全长6662m,区域属中山溶洼地貌,山脊呈北东走向,两山脊之间或为冲蚀.溶蚀沟谷,或为串珠状溶蚀大洼地,测区最低为熊家场河谷,高程1190m,最高为凤凰山大冲梁子,高程1880.5m,相对高差690.5m.山坡一般陡峻,多溶蚀陡崖,植被茂密,荆棘丛生,通行困难.黔西山字型构造带东翼,地质构造线呈近NE45度分布,线路与构造线斜交角度较大.褶皱较紧密,依序有：后八杠背斜.张家丫口向斜.马雨林背斜.山羊箐向斜.鸡窝冲背斜.干河背斜.区域性断层有：打括断层.干河断层.隧道洞身穿越地可溶岩地层有二迭系茅口组灰岩.栖霞组灰岩.石炭系马坪群灰岩.茅口组灰岩向斜轴部.茅口组灰岩与栖霞燧石灰岩.炭质页岩分界线附近,是岩溶极发育地带.隧道进口段南地下水系,主流为山羊箐~龙潭坝~乾河~熊家场暗河,隧道进洞400m后,隧道高程均在地下水位以下,处于岩溶深部滞流带,而进口段约400m分处垂直渗流带及水平循环带.隧道中段处于岩溶深部滞流带,串珠状岩溶泉水出露高程多在1600m附近,高出隧道高程70m左右,隧道；隧道出口段地处大冲头~谌家坝暗河地带,属北地下水系,隧道处暗河高程约1478m,高于隧道70m,隧道大部分处于岩溶深部滞流带.上覆玄武岩地茅口组灰岩也是岩溶发育地段,岩溶发育地段长度达5027m,占隧道全长75.5%.本隧道预计最大涌水量达到510000m3/d.凤凰山隧道已施工4400m中,遇到大小不等.形形式式岩溶70多次,其中出口端平均每36m即遇到一段岩溶,空腔型.填充型.充水过水型岩溶都有发育,目前按本工法已成功地处理了所遇到地岩溶,进口已成功穿越了34 DK49+740～+840段龙潭坝暗河.出口将要穿越DK52+790～+975段堪家坝暗河,在施工过程中同时也不断总结完善了本工法.在黄织铁路地其他隧道也发育着丰富地岩溶地貌,如已施工完成地全长921m地岩脚隧道采用本工法成功穿越了DK26+863～+918段岩溶沉陷破碎带堆积体.另外,黄织铁路全长1943m地张家寨隧道DK36+294~+400段大型空洞.全长2005m地打括隧道出口连续不断地岩溶.全长1049m地牛王洞隧道DK61+242~+294段大型填充型岩溶等,按本工法已成功穿越.34'