中铁隧道集团有限公司
蒙华铁路MHSS-3标
中条山隧道
帷幕、全断面注浆专项施工方案
编制：
复核：
审核：
批准：
中铁隧道集团有限公司
蒙华铁路MHSS-3标段项目经理部三工区
二〇一五年四月
施工组织设计／方案报审表
建设单位批准的实施性施工组织设计，建设单位5份，有关参建单位各1份，均含电子文件。
目录
一、编制依据 (1)
二、编制原则 (1)
三、工程概况 (1)
四、工程地质及水文地质 (2)
4.1.地形地貌 (2)
4.2.地层岩性 (2)
4.3.地质构造 (2)
4.4.地震动参数 (3)
4.5.水文地质 (3)
五、施工进度指标 (3)
六、施工工艺 (3)
七、施工方案 (4)
7.1.注浆方案选择原则 (4)
7.2.超前帷幕注浆 (6)
7.2.1.注浆钻孔布置 (6)
7.2.2.超前预注浆注浆段长及止浆岩盘厚度确定 (11)
7.2.3.浆液扩散半径 (11)
7.2.4.钻孔施工 (11)
7.2.5.注浆施工工艺 (12)
7.2.6.注浆效果检查及评定 (15)
7.2.7.注浆质量检验及资料整理 (15)
7.2.8.注浆参数 (15)
7.2.9.注浆材料 (16)
7.3.帷幕注浆施工要求 (16)
7.4.注浆注意事项 (17)
八、施工组织 (17)
8.1人员配置 (17)
8.2机械设备配置 (18)
九、施工安全保证措施 (19)
9.1.安全管理组织机构 (19)
9.2.安全保证措施 (19)
9.3.安全应急救援预案 (21)
9.3.1.应急救援组织机构 (21)
9.3.2.应急救援小组职责 (21)
9.3.3.应急预案 (22)
9.3.4.重大安全风险应急救援措施 (24)
9.3.5.应急救援措施演练 (27)
9.3.6.灾情、事故搜集和报告 (27)
9.4.监控量测 (27)
十、工程质量保证措施 (29)
10.1.组织保证措施 (29)
10.2.思想保证 (29)
10.3.制度保证 (30)
10.4.技术保证 (31)
十一、施工环保措施 (32)
隧道帷幕、全断面注浆专项施工方案
一、编制依据
（1）蒙西华中铁路股份有限公司以及我隧道局集团公司相关管理制、标准化施工、信息化管理及精细化管理的相关规定和要求；
（2）集团公司、公司各系统部门《项目管理交底》；
（3）中条山隧道施工图；
（4）新建蒙西至华中铁路MHSS-3标标段投标施组；
（5）公司签发的《项目施工调查报告》；
（6）我单位类似工程的施工经验；
（7）目前铁路煤运通道成熟的施工工艺和施工方法。
二、编制原则
（1）贯彻执行国家的方针、政策及相关的工程施工规范、规定，当地政府的相关制度；
（2）确保满足建设单位、监理单位、设计单位管理要求；
（3）严格按照实施性施工组织设计总体安排合理编制，确保履约；
（4）符合国家和地方关于环境保护、职业健康安全、水土资源及文物保护、节能减排的要求；
（5）对本项目职业健康危害主要影响因素进行识别以及采取的措施。
三、工程概况
新建蒙西至华中地区铁路煤运通道重点控制工程MHSS-3标段位于山西省运城市，起讫里程为：DK614+862.04～DK633+608，全长18.746km，路基工程分布在隧道两端。中条山隧道线路穿越中条山山脉。隧道进口端位于运城市盐湖区境内，出口端位于运城市平陆县常乐镇刘卫庄村。
本合同段工程主要为中条山隧道1座，设计为双洞单线隧道。隧道一般段线间距设计为35m，隧道最大埋深约840m。隧道左线进口里程DK615＋065，出口里程DK633＋470，左线全长18405m；右线进口里程DK615＋075，出口里程DK633＋485，右线全长18410m，设辅助坑道6座，排水平导1座，盖板涵1座、路基及站场290.96m。
三工区管段为中条山隧道4#、5#斜井以及正洞和平导任务。工区起讫里程DK628+690～DK630+300，长1610m；正洞DK628+690～DK630+300，为双洞单线隧道，长1610m；4#斜井长1227m，XJK0+00~XJK0+562段由进洞高程516m缓慢降坡至511m，XJK0+562~XJK1+227坡率11.19%；5#斜井长500m，坡度i=9.95；平导PD0+000～PD1+570，长1570m。
四、工程地质及水文地质
4.1.地形地貌
本段可划分为三个地貌类型，以中条山为界，中条山北麓为运城盆地，中条山为构造侵蚀中山区，中条山南麓为构造-侵蚀堆积地貌。中条山总体走向：北东段呈北北东向，中段呈北东－北东东向，西南段呈北东向展布，总体为北东南西呈“S”型延伸。测区内海拔在400～1358 m，相对高差为800～950 m，总体地形南高北低，中等切割深度，局部切割强烈。山谷多呈V字型或U字型，分水岭以北地势陡峻，以南相对较平缓。
4.2.地层岩性
本段主要位于运城盆地、中条山隆起带和中条山南麓堆积区，主要出露太古界、下元古界、震旦系、寒武系、第三系、第四系地层和晚远古代、燕山期侵入岩。
隧道通过的地层有太古界、下元古界、震旦系、寒武系、第三系、第四系地层和晚元古代侵入岩。
4.3.地质构造
测区地处新华夏构造体系中部运城多字型构造带中，该构造展布于河津、新绛以南到芮城至平陆的中间地带，包括河津～新绛一段汾河谷地、峨嵋隆起、运城沉降带、中条山西南段隆起和三门峡沉降带。这些一级隆起和沉降呈雁行式排列，生成了彼此联系的统一整体，中部运城多字型构造总体呈北北东走向。
表1-1中条山隧道围岩级别情况表
4.4.地震动参数
测区地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.35g。
4.5.水文地质
根据区内地形、地貌和岩性构造条件，同时遵循气象、水文特征整体性原则，区内可分为三个水文区划单元，即运城盆地水文区（Ⅰ）、中条山基岩水文区（Ⅱ）和中条山南麓水文区（Ⅲ）。中条山基岩水文区（Ⅱ）可细分为基岩裂隙水文亚区（Ⅱ1）和碳酸盐岩岩溶水亚区（Ⅱ2）。中条山南麓水文区（Ⅲ）可细分为承压水亚区（Ⅲ1），浅层潜水亚区（Ⅲ2），黄河高阶地亚区（Ⅲ3），黄河低阶地、河漫滩亚区（Ⅲ4）。其中黄河高阶地亚区（Ⅲ3），黄河低阶地、河漫滩亚区（Ⅲ4）位于隧道出口外侧。隧道出口段通过浅层潜水亚区（Ⅲ2）；地下水主要靠大气降水补给；地下水对混凝土结构无侵蚀性。DK628+690～DK633+470（4780m）正常涌水量36500m3/d。最大涌水量无设计。
五、施工进度指标
进度指标
六、施工工艺
帷幕注浆工艺流程图
帷幕注浆工艺流程图
七、施工方案
设计提供注浆措施拟采用全断面超前注浆、全断面帷幕注浆、局部帷幕注浆三种措施相结合，工艺基本相同，作业面钻孔上下范围较大，需要在仰拱初支与仰拱二衬跟进后施工。
7.1.注浆方案选择原则
施工中根据超前地质预报等措施和设计院提供地质资料综合分析隧道围岩的工程地质条件，岩体完整性，岩溶发育情况，涌水位置、水量、水压及岩体的综合渗透系数等情况来合理选择注浆方案。
（1）地层极其松散破碎或者为断层泥，隧道开挖后掌子面无法自稳；超前探水孔单孔出水量>60L/min；探水孔水压>1.0MPa采取全断面帷幕注浆。
（2）隧道局部断面为胶结较差的半胶结地层或局部断面围岩节理裂隙较发育或比较破碎，其余部位围岩比较完整；超前探水孔单孔出水量25~60L/min；探水孔水压0.5~1.0MPa段可适当调整钻孔数量和范围，采用局部帷幕注浆的方案。
中条山隧道正洞设计具体注浆措施及相应里程见下表：
中条山隧道斜井、平导设计具体注浆措施及相应里程见下表：
施工注浆实施方案可根据超前地质预测预报及揭示的地质条件予以调整。
7.2.超前帷幕注浆
根据围岩条件不同选取不同的注浆方法，分别有全孔一次性注浆、分段前进式注浆，分段后退式注浆，在施工时根据钻孔状况可灵活选取。
全孔一次性注浆方式主要用于围岩条件较好，裂隙较均匀地层，施工工艺流程如下：施工准备→施工止浆墙→测量布孔→孔口管段钻孔安装→钻孔至设计深度→安装注浆系统→注浆。
分段前进式注浆主要用于裂隙发育难以成孔岩层，即自孔口开始钻进一段，注浆一段，直至孔底，分段长度一般3~5m，施工工艺流程如下：施工准备→施工止浆墙→测量布孔→孔口管段钻孔安装→第一段钻孔5m→第一段注浆→分段钻孔注浆。
分段后退式注浆主要用于局部发育可以成孔岩层，即一次性钻孔完毕，自孔底向外分段设置注浆塞注浆，分段长度一般3~5m，施工工艺流程如下：
施工准备→施工止浆墙→测量布孔→孔口管段钻孔安装→钻孔至设计深度→分段安装注浆塞注浆。
7.2.1.注浆钻孔布置
注浆钻孔的布置，根据注浆范围、注浆段长、单个注浆钻孔的作用范围，岩层裂隙发育情况，含水层分部情况和钻孔作业要求而定，超前预注浆孔长短结合并呈伞形辐射状布置。
帷幕注浆钻孔布置示意图见下图
斜井帷幕注浆钻孔示意图
说明:
1、本图尺寸以cm计；
2、帷幕注浆钻孔每循环25m，开挖22m，
留3m止浆岩盘；
3、钻孔孔底距开挖轮廓线外3-5m。
平导Va断面帷幕注浆钻孔示意图
说明:
1、本图尺寸以cm计；
2、帷幕注浆钻孔每循环25m，开挖22m，
留3m止浆岩盘；
3、钻孔孔底距开挖轮廓线外3-5m。
平导Vb帷幕注浆钻孔示意图
说明:
1、本图尺寸以cm计；
2、帷幕注浆钻孔每循环25m，开挖22m，
留3m止浆岩盘；
3、钻孔孔底距开挖轮廓线外3-5m。
7.2.2.超前预注浆注浆段长及止浆岩盘厚度确定
根据设计图纸，为保证注浆质量，超前与注浆每一段注浆段长度取为25m，止浆盘厚度为3m。
7.2.3.浆液扩散半径
根据设计超前帷幕注浆浆液扩散半径为3.0m。
7.2.4.钻孔施工
7.2.4.1.注浆钻孔结构及施工技术要求
对于超前帷幕注浆的注浆孔开孔孔径为Φ110mm，埋设2.0m长Φ108mm孔口管，2.0m以后孔径为Φ91mm直至终孔。
注浆钻孔孔口位置应准确定位，与设计位置的容许偏差为±5cm，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30cm；钻孔顺序应先外后内，同一圈孔间隔施工，钻进时对孔内情况进行详细记录，如掉快、坍塌、堵钻、钻速等，尤其是出水量的高低需要准确记录。
7.2.4.2.钻机安装
钻孔选用SM-14地质钻机，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。
同时采用罗盘根据计算的方位角与倾角复核钻杆状态，确保钻孔准确。
7.2.4.3.埋孔口管及试验
钻进预埋孔口管段，采用Φ110mm钻头钻进，该段长度为3.0m，钻进结束后，装入规格Φ108mm×5mm/L=3.0m的热轧无缝钢管，再灌入水灰比为0.5：1的早强水泥浆将其固定，待凝48H后，安装闸阀，开始扫孔。扫孔结束后，采用1.2~1.5倍的设计注浆压力进行耐压及抗渗试验，经试验确认无泄漏且满足耐压要求，才可以继续钻进，否则必须进行处理直至达到设计要求为止。
7.2.4.4.钻进成孔
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。
（1）钻进过程中的技术措施
①为了及时清除孔内岩渣、减少钻具的磨损，应经常从孔底提起冲击器，对孔进行充分的排渣。
②如孔内突然发生坍塌、钻进过程中遇涌水或岩层破碎造成卡钻，应停止钻进，同时保持冲击器动作并立即在孔内上下运动，如果有必要，可以增加冲击器转速，一直到冲击器能自由上下，以及时岩渣从孔内排清为止。
③加接钻杆时，要特别注意钻杆内的清理，以免砂土、岩渣及管内铁锈等赃物进入冲击器，引起零件损坏或发生停钻事故，钻杆螺纹应涂润滑脂。
④当一根钻杆打完时，必须将孔内岩渣吹扫干净，然后减少气量，将冲击器慢慢放入孔底，过一会在缓慢停气，方可接上另一根钻杆，以防岩渣倒灌进入冲击器。
⑤调换钻头时，要保证替换钻头只讲小于被替换钻头，以防替换钻头卡在孔内，因此，钻头应排队使用。
⑥应经常检查圆键及柱销的磨损情况，及时修理或调换，以防钻头掉进孔内。
（2）钻进过程中的防尘措施
①无水正常钻进时，孔内将返出大量灰尘，这是需在孔口安装防尘罩，并在防尘罩与孔口之间喷射高压水流。
②现场工作人员需佩戴防尘口罩和防护眼镜。
③加强现场的通风。
7.2.5.注浆施工工艺
7.2.5.1.压水试验
压水试验的目的是为了了解注浆孔各注浆段岩层的富水性、透水性，以确定浆液配比。预估浆液消耗量及材料用量。压水试验方法采用双塞正水法，压力表安装在孔口管回水管上，试验压力取净水压力的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，其最大值和最小值之差小于最终值的10%，试验工作即可结束，以最终流量为计算流量。
7.2.5.2.钻孔冲洗
决定钻进孔段需注浆时，必须立即进行钻孔冲洗工作，钻孔冲洗的目的是清除钻孔中的残存岩粉，岩石裂隙中所填充的粘土杂质等物。冲孔方式采用压力骤升骤减的放水方式，冲洗结束的标准为：出水管的水洁净后再延续10min，总冲洗时间不低于30min，对个别特殊情况还要增加冲洗时间。
7.2.5.3.浆液材料及制浆
针对第三系地层采取超前预注浆后径向注浆等措施堵水。对于注浆材料，可选择普通水泥、硫铝酸盐水泥、超细水泥注浆材料，慎用水玻璃和化学浆液，提高浆液材
料的耐久性。
浆液采用纯水泥浆或水泥—水玻璃浆液。水泥浆的水灰比（重量比）为0.8:1~1:1，水泥采用PO425普通硅酸盐水泥，水泥细度要求通过80um方孔筛的筛余量不大于5%，所用水泥必须新鲜无结块，每批进场水泥均应有出厂合格证及检验分析报告单，不合格的水泥不能使用。水玻璃浓度采用波美度Be’=40，模数为2.4~3.0。水泥浆：水玻璃浆液=1:0.8。
选用JZ350叶片式搅拌机作为制浆设备，为了保证浆液的均匀性和在注浆间隙时不沉淀，另自行加工搅拌储浆桶两台，容量1立方米，采用立式电动机和摆线针轮式减速器，用支架倒立于储浆桶上，通过联轴节将动力直接传给搅拌轴。为了方便吸浆，在储浆桶外侧设两个以上取浆口，以保证大流量注浆时浆液的供应。
根据选定浆液的配比参数拌好浆液，其中水泥浆拌好后用1×1mm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。
7.2.5.4.注浆
当注浆孔涌水量小于30L/min，选用纯水泥浆或水泥-水玻璃浆液；当注浆孔涌水量在30～200L/min范围内，选用凝胶时间为4～6min的浆液；当注浆孔涌水量大于200L/min，选用凝胶时间为3～4min的浆液。
注浆顺序：先注外圈，后注内圈，先稀后密，由下而上间隔施作。
注浆结束标准：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；注浆结束时的进浆量不小于设计注浆量80%，进浆速度为开始进浆速度的1/4。
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；注浆后涌水量小于1m3/m.d；浆液有效注入范围值大于设计值。
（1）注浆过程中的技术措施
①注浆前、在类似地质条件下的岩层中进行注浆试验，初步掌握浆液填充量、注浆量、浆液配比、凝结时间、浆液扩散半径、注浆终压等指标。
②一个孔段的注浆作业一般应连续进行直到结束，不宜中断，应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断。对于因实行间歇注浆、制止串浆冒浆等有意中断，则应先扫孔至原设计深度后进行复注。
③注浆顺序由外向内、同一圈孔间隔施工。
④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。
⑤当注浆中断时间超过浆液凝胶时间时，应在浆液凝胶之前把浆液从注浆管路系统中排出，用清水冲洗干净，查明中断原因，排除故障，处理好后再恢复注浆。
⑥为防止浆液中混入纸片及水泥硬块杂物堵塞管路，在搅拌桶进口及出口处设置过滤筛或过滤网。
⑦注浆过程中，必须注意观察注浆压力和吸浆量的变化情况，当出现异常时，应
立即检查并及时处理。
⑧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。
（2）特殊情况下的注浆措施
①注浆中断
对于注浆中断，应及时采取措施，缩短中断时间，尽量恢复注浆。如中断时间较长，应及时冲洗钻孔，并检查注浆设备，找出中断原因，采取有效措施，对注浆中断的孔段扫孔并进行复注弥补，以保证注浆质量。
②串浆
当发生串浆应立即采取措施，可对串浆孔同时进行灌浆，或者将串浆孔用堵头封堵，带灌浆孔结束灌浆后，再将串浆孔打开，进行扫孔，冲洗，而后继续钻机或注浆。
③岩层大量漏浆：
发生岩层大量漏浆时，应立即停止注浆施工，查明原因。
查询钻孔记录，如是可能溶腔或裂隙发育部位，采用后退式注浆方式通过溶腔部位。同时缩短注浆段高，降低注浆压力，限制进浆量或加大浆液浓度等措施，严格控制注浆量，既保证注浆质量又不浪费浆液。
7.2.6.注浆效果检查及评定
（1）P-Q-t线法曲。通过对注浆施工中所记录的注浆压力P、注浆速度Q 进行P-t，Q-t 曲线绘制，根据地质特征、注浆设备性能、注浆参数等对P-Q-t 曲线进行分析，从而对注浆效果进行评判。当注浆施工中P-t 曲线呈上升趋势，Q-t 曲线呈下降趋势，注浆结束时，注浆压力达到设计终压，注浆速度达到设计速度(常取5～10 L/min)，则满足效果检查要求。
（2）检查孔法。选择可能出现的薄弱环节进行钻孔检查，检查孔数量按注浆孔总数的10%控制。检查孔不塌孔，检查孔出水量小于0.2L/min·m。
7.2.7.注浆质量检验及资料整理
注浆段的注浆孔全部注完后，应进行注浆效果检查和评定，不合格者应补钻孔注浆。
重新采用地质雷达检测围岩体破碎状况，并与第一次检测结果相比较。对注浆质量的检查和评定可采取对注浆过程中的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。
另外可通过打检查孔来判断注浆质量，钻取岩心，观察浆液充填情况，并检查孔内涌水情况。检查孔应布置在出水较多的部位或布置在开挖面中心处，每循环拟布设2~3个检查孔。
7.2.8.注浆参数
超前帷幕注浆开挖20米，注浆范围为隧道拱部、边墙开挖线以外5m，隧道底部开挖线外3m，注浆加固循环纵向长度25m，掌子面前止浆岩盘厚度不小于3m。
全断面帷幕注浆参数见表2-1。
表2-1全断面帷幕注浆参数表
7.2.9.注浆材料
一般断裂带及断层破碎带采用水泥浆，半胶结地层采用双快硫铝酸盐单液浆和超细水泥单液浆。施工过程根据地质情况及地层吸浆情况进行材料种类及配比选择调整。
所使用材料必须合格、保质、新鲜。
浆液配比参数如表2-2所示。
表2-2浆液配比参数表
7.2.10.帷幕注浆施工要求
（1）注浆范围为隧道拱部、边墙开挖线以外5m，底部开挖线外3m。注浆段长度为25m，掌子面前止浆岩盘厚度不小于3m。
（2）注浆孔开孔直径Φ110，终孔直径Φ91。注浆前在止浆盘内埋Φ108焊接钢管作为孔口管，孔口管以钻孔长度确定，孔口外露20cm。
（3）施工时可根据超前探孔、各部位钻孔揭示的岩石破碎情况及出水量大小，对注浆孔间距、位置、注浆压力、浆液配比等参数进行调整。
（4）施工全断面帷幕注浆时，应先施工上半断面，由外向内逐圈施工，同一圈孔间隔施工。下半断面施工时由上至下，分层施作钻孔和注浆。
（5）岩层破碎容易造成坍孔时，采用前进式注浆，其他情况采用后退式注浆。
（6）钻进过程中遇涌水或因岩层破碎造成卡钻时，应停止钻进，进行注浆扫孔后再行钻进。
7.2.11.注浆注意事项
为确保注浆效果，施工中要做好以下工作：
（1）认真填写掌子面地质描述，及时向设计院上报超前地质预报成果，以便及时进行帷幕施工设计，以指导施工。
（2）严格按设计和施组安排进行布孔，严格掌握布孔参数，并认真做好钻孔记录。钻孔资料将对注将施工提供较为直接依据。
（3）严格按既定注浆顺序按跳孔原则定量定压或定压原则进行控制钻孔和注浆施工。
（4）搞好现场注浆试验，在注浆施工前分别取3个孔均以定压注浆原则进行注浆试验，以验证注浆计算设计合理与否。验证合理后，应按所选参数进行注浆控制。否则，监理单位将及时将注将试验情况报设计单位并上报，组织四方会勘，重新确定现场控制参数。
（5）严格控制现场注浆，按设计原则进行注浆量控制，当出现个别注浆孔长时间注浆而压力不上升时，适当调整注浆材料和浆液配比参数，以便通过采取复注浆措施到达可控区域注浆，并满足加固圈厚度要求。
（6）注浆材料选择调整顺序：注浆材料由细颗粒浆材调整到粗颗粒浆材，浆液由单液浆调整为双液浆。
（7）浆液配比参数：通过调整浆液配比参数，将低浓度浆液调整到高浓度浆液，将凝胶时间长的浆液调整到凝胶时间短的浆液。
（8）复注浆措施：当注浆压力长时间不上升时，应停止注浆，待8小时后对该孔继续注浆或在该注浆孔旁进行补孔注浆。
八、施工组织