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隧道穿越富水断层破碎带涌突治理技术发布时间：2021-06-07T07:31:25.408Z 来源：《建筑学研究前沿》2021年5期作者：周囿圆[导读] 隧道富水断层破碎带地段施工时，易发生坍方、涌水突泥等地质灾害，对隧道建设影响巨大。
中铁五局五公司湖南长沙 410100摘要：隧道富水断层破碎带地段施工时，易发生坍方、涌水突泥等地质灾害，对隧道建设影响巨大。
本文结合新建玉磨铁路安定隧道穿越大马厂断层涌突治理工程实例，详细分析了隧道穿越富水断层破碎带地区涌突成因，系统地提出了加强超前地质预报、超前高位泄水降压、全断面帷幕注浆、小导管配合大管棚超前支护等工程措施，成功解决了断层破碎带涌突治理难题，在确保质量安全的基础上，保证了施工进度。
关键词：富水断层破碎带涌突治理0 引言新建玉磨铁路是中老国际通道的重要组成部分，是国家“一带一路”倡议的重要工程，位于云南省南部，全长508.5km，为国铁Ⅰ级电气化铁路。
全线地处印度板块与欧亚板块碰撞缝合带附近，通过区域以泥岩、页岩、炭质板岩、炭质千枚岩等软岩为主，高压富水断层破碎带等不良地质发育。
高压富水断层破碎带具有岩体破碎松散、自稳能力差、地下水发育（构造裂隙水、地表水和地下水水系良好）等特点，施工中极易发生大变形、涌水突泥等地质灾害，造成人员伤亡及财产损失，给施工安全和进度带来严重影响。
1 工程概况1.1 设计概况安定隧道位于玉磨铁路南溪河站至墨江站区间，进口里程DK125+489，出口里程DK142+965，全长17476m，为单洞双线隧道，玉磨铁路第一长隧，全线控制性工程，Ⅰ级高风险隧道。
设计列车行车速度160km/h，为客货共线电力牵引。
该隧道纵坡为单面上坡，分别为22.8‰（14.8公里）、11.6‰（2.3公里）、0‰（0.4公里）。
除进口段1.2公里位于曲线外，其余地段均为直线。
原设计采用4座斜井施工方案，斜井总长8985m，其中1#斜井2601m，为全线最长的斜井。
简述隧道富水区域施工方案的确定以慈母山隧道为例摘要：本文以慈母山隧道富水区域YK0+407～YK0+433的施工为例，介绍了该项目在富水区域施工中如何确定施工方案，在较为复杂的地质条件下确保施工方案的安全性、合理性、可行性和经济性，为在类似地质条件隧道工程施工方案的确定提供借鉴。
关键词：隧道;富水区域;施工Abstract: this article with the loving mother mountain tunnel rich water area YK0 + 407 ~ + 433 YK0 construction as the example, this paper introduces the item in rich water area in the construction of how to determine the construction plan and in complex geological conditions to ensure the safety of the construction scheme, the rationality, feasibility, in similar geological conditions for the determination of tunnel engineering construction scheme for reference.Keywords: tunnel; Rich water area; construction一、工程概况慈母山隧道及连接道(峡江路)一期工程系重庆市重点工程项目。
全长8.57公里，为城市快速干道，其中慈母山1号隧道、慈母山2号隧道及长岭岗隧道长约5.8公里。
慈母山为重庆南山山系的一段，该山系植被茂盛，地形、地貌较为复杂。
慈母山隧道穿过地带最高处垭口高程为548m，隧道最低处出口高程约为204m，隧道穿过地带相对高差达344m。
( 安全管理 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改铁路隧道施工安全事故案例及原因分析(最新版)Safety management is an important part of production management. Safety and production are inthe implementation process铁路隧道施工安全事故案例及原因分析(最新版)一、铁路隧道施工安全事故类型及案例（一）复杂岩溶隧道突水、突泥。
1、2006年01月21日，宜万铁路马鹿箐隧道出口段平导开挖至DK255+978时发生突水、突泥，突水总量约18万方，在抢险抽水时又多次发生突水。
马鹿箐隧道全长7879m，最大埋深约660m，隧道自进口至出口为连续15.3‰上坡。
在线路左侧30m预留二线位置设置贯通平导，平导全长7850m。
隧道穿越地层中灰岩地层为7408m，占隧道总长的94%，隧道区域漏斗、落水洞、暗河十分普遍，岩溶强烈发育，管道岩溶水系极为复杂。
这次事故除多人逃生外，造成10人死亡，1人失踪。
2、2007年08月05日凌晨1：00时左右，宜万铁路野三关隧道I线斜井向进口方向DK124+602掌子面右侧下部发生突水、突泥，总突水量约15万方，突泥量5.4万方。
斜井工区Ⅰ线距掌子面约220米填满淤泥和石块，其他地段淤泥厚1～4米不等。
野三关隧道Ⅰ线全长13846米，隧道最大埋深695米，设计为人字坡。
Ⅰ线左侧30m 设置Ⅱ线。
隧道穿越石马坝背斜及二溪河向斜，发育有5条暗河及管道流。
突水后，5个掌子面人员受困，共计52人被困。
43人获救，其中1人医治无效死亡。
9人中有2人在隧道内死亡，7人失踪。
（二）软弱围岩隧道塌（坍）方1、2007年04月30日15时30分太中银铁路吴堡隧道3#斜井掌子面左侧拱脚部位发生坍方,坍方量约8立方米,造成当场死亡4人，1人受轻伤。
公路隧道浅埋暗挖富水段施工分析隧道穿越富水地层时，极易发生涌水突水事件，造成隧道塌方、支护变形等质量事故，严重影响隧道正常施工，对人身和设备安全造成重大安全隐患。
为保证正常施工，最大程度地减少富水隧道施工中造成的工程投入和人员伤亡，迫切需要解决这方面的施工技术难题。
标签：隧道；富水段；塌方；安全隐患1、某隧道工程概况1.1地理位置、地形地貌某隧道总长5519.15m（折算为左右洞平均值），为特长隧道，在四川盆地东部暖湿亚热带气候区。
明月山（某隧道所属山脉）槽谷中沿槽谷方向发育延伸的盐井河，为季节性溪流，盐井河水流于天生桥汇入盐井口水库，全长约15Km，最大流量可达2.50-5.50m3/s，施工前需要先渠化防渗水处理。
1.2水文地质条件隧址区三叠系中下统碳酸盐岩类分布于背斜轴部，因受兩侧碎屑岩所构成的中、低山岭的夹持，具备有利的岩溶发育条件，形成了特有的隆脊型岩溶槽谷，岩溶发育与岩性、地貌条件关系密切；岩溶水运动和富集则受地质构造控制。
三叠系上统须家河组砂、页岩，和侏罗系下统珍珠冲组砂、泥岩分布于背斜两翼，岩层以倾斜状态产出，具有形成碎屑岩孔隙裂隙层间承压水和红层承压水良好储水构造条件。
尤其是北西翼为缓翼，为典型的自流斜地，是较富水类型之一。
1.3某富水段隧道施工方案洞身抗水压衬砌段采用单侧壁导坑法开挖，且在施工中根据变形情况设置临时仰拱，衬砌施作段一般滞后初期支护50-100m，具体根据现场开挖情况和监控量测结果确定。
开挖施工中我们着重加强监控量测工作，及时调整支护参数，做到动态设计、信息化施工。
另外某隧道在穿越明月峡背斜轴部及两翼岩溶槽谷穿越破碎带、石膏、角砾岩、盐井河底部等段落控制爆破震速不大于10cm/s。
为了使隧道能顺利通过富水地段，加快施工进度，对隧道的施工方法和支护参数进行了研讨，通过比选决定放弃不引入大型机械施工和临时支护多的双侧壁导坑法等方法，确定施工方案为“超前物探、钻探结合探水、超前注浆堵水、超短开挖（局部辅以弱爆破）、初支加强、仰供超前、二衬紧跟”。
隧道穿越大区域富水断层破碎带施工工法隧道穿越大区域富水断层破碎带施工工法一、前言隧道施工中，遇到大区域富水断层破碎带是一种常见的情况。
为了确保隧道施工的稳定性和安全性，需要采用特殊的施工工法。
本文将介绍一种用于隧道穿越大区域富水断层破碎带的施工工法，并对其工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施和经济技术分析进行详细介绍。
二、工法特点本工法的主要特点是采用“先封顶后掏底”的施工方法，即先对断层带进行封顶处理，然后再进行底部的施工作业。
这种工法能够保护隧道的地表沉降稳定，保证隧道施工过程中的安全性。
三、适应范围这种工法适用于富水断层破碎带比较宽且水位较高的情况，能够有效地控制隧道沉降和断层水的涌出。
四、工艺原理该工法通过对富水断层破碎带进行封顶处理，阻止水流向地面渗透，从而减少隧道施工过程中的水压力。
具体来说，该工法通过施工前的地质勘探，确定破碎带的位置和范围，并针对实际情况采取相应的技术措施，如注浆、封孔等。
施工过程中，通过合理的施工工艺和施工顺序，保证隧道的稳定性和安全性。
五、施工工艺施工工艺包括以下几个阶段：勘探阶段、预处理阶段、暂时封堵阶段、底部施工阶段和封顶处理阶段。
具体地，勘探阶段进行地质勘探和实验室测试，预处理阶段进行地下水抽排和巩固处理，暂时封堵阶段对断层进行暂时封堵，底部施工阶段进行掏底工程，封顶处理阶段对断层带进行封顶处理。
每个阶段都有详细的工序和施工要求，以确保施工进度和质量。
六、劳动组织该工法在劳动组织方面需要合理安排工人的数量和工作流程。
根据不同阶段的施工需要，合理分配人员，确保施工作业的连续性和高效性。
七、机具设备为了完成该工法的施工任务，需要使用一些特殊的机具设备，如注浆设备、封堵材料输送机、巩固材料搅拌车等。
这些机具设备具有一定的技术特点和性能要求，施工人员需要熟悉其操作方法和维护要求。
八、质量控制质量控制是保证施工工程质量的关键。
对于该工法，需要进行地质勘探、实验室测试和工程检测等工作，以确保施工的质量达到设计要求。
隧道富水断层破碎带初期支护技术案列分析摘要沿海某高铁隧道富水断层破碎带施工中,按照“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、强支护、快封闭、勤测量、速反馈”的施工原则，采用了超前小导管注浆支护、结合帷幕注浆封堵、钢拱架加强支护,在高水压、大水量、岩体极度破碎的条件下,施工安全和质量得于保证。
本文在设计参数的选取,注浆施工工艺、关键技术的突破、注浆效果等方面做了较详细的阐述。
关键词隧道富水断层破碎带超前小导管注浆支护前言为解决长大隧道常遇富水断层破碎带的问题，采用超前小导管注浆支护、结合帷幕注浆封堵、钢拱架加强支护等措施进行了治理，有效地固结了断层破碎带，形成应力圈，解决了隧道不良地质引起施工安全和质量问题。
一、工程概括沿海某高铁隧道全长6852m。
其中，Ⅱ级围岩5769m，Ⅲ级围岩833m，Ⅳ级围岩125m，Ⅴ级围岩125m。
隧道主要地质断层构造情况如下：（一）DK145+795～＋825段构造节理密集带，因岩体破碎，地下水相对较发育，水位埋深31.8m。
根据抽水试验成果，该段预计最大涌水量为1200 m3/d，属大股状涌水，洞室开挖时，可能出现局部射流现象。
（二）DK146+100～DK147＋300段地表为剥蚀洼地，燕山期花岗岩和小溪组凝灰熔岩在本段接触，岩体完整性较差，两侧山体的基岩裂隙水可以沿节理、裂隙等构造面向此段汇集。
根据抽水试验成果，该段预计最大涌水量为2000 m3/d，属大股状涌水，洞室开挖时，可能在裂隙较发育区出现局部射流现象。
以上两段断层破碎带的围岩结构松散,本身的支撑能力较差,又具有富水性,使围岩的稳定能力大大降低，若初期支护结构施工不到位，容易产生突泥、突水、围岩失稳，严重威胁施工质量和安全。
二、施工技术方案选择针对上述地质断层构造情况，结合施工生产要素及施工生产能力，按照“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、强支护、快封闭、勤测量、速反馈”的施工原则，在采用帷幕注浆封堵、超前小导管注浆支护、钢拱架加强支护、加强引排水等措施保护下，采用三部台阶法进行施工。
地质预报方法：采用超前地质钻探等手段，提前了解开挖工作面前方地质情况。
辅助工法：帷幕注浆封堵、超前小导管注浆支护、钢拱架加强支护。
开挖方法：三部台阶法，掘进循环进尺控制在0.5m～1.0m。
支护方式：采用型钢钢架、钢筋网、喷射混凝土等多种支护手段，构成强支护体系。
在开挖和支护过程中要重视加强监控量测，根据支护的位移量测结果，评价支护的可靠性和围岩的稳定状态，及时调整支护参数，确保施工安全。
衬砌施工：开挖后尽早施作仰拱，待围岩和支护变形基本趋向稳定后施作复合式衬砌，形成封闭衬砌。
三、断层破碎带初期支护施工技术（一）超前地质预报（1）根据地质资料分析，本隧道在断层破碎带地段采用TSP202超前地质预报系统预报，辅以地质素描、超前水平钻孔。
目的是超前探测地层岩性、断层、软弱层的位置、岩体完整程度、断裂带位置、宽度、破碎程度、富水性，为围岩施工提供依据；提供施工掌子面前方地质信息，进一步确定保证围岩稳定性的工程措施及合理的施工方法；为优化施工方案提供依据，指导施工顺利进行，确保施工安全。
（2）TSP202超前地质预报系统预报工作方法与内容利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掌子面前方及周围临近区域的地质情况。
该系统是目前最先进的方式，准确率高，适用范围广，适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况，它的预报原理同负视速度法，只是接收频率为10～8 000Hz，预报长度为100～200m，不占用工作面，对隧道施工干扰小，TSP202超前地质预报系统野外观测见图1《TSP202超前地质预报系统示意图》。
图1 《TSP202超前地质预报系统示意图》（3）工作面地质素描预报隧道掘进时，根据地质素描（图）的内容，作出开挖面前方较短距离内的岩体稳定性分析，通过综合分析判断，提出地质预测报告。
（二）帷幕注浆当接近断层破碎带且水量较大可能发生突水地段时，为防止出现突水、突泥等地质灾害发生，有必要通过掌子面采用超前帷幕预注浆封堵围岩裂隙，形成止水盘封堵地下水流。
超前注浆每一循环形成注浆范围为衬砌外3m，注浆材料采用水玻璃，注浆压力1.5-2.0MPa其注浆长度根据具体情况确定为4m-5m，环向间距视现场实际情况确定（一般为1m-2m）。
（三）超前小导管施工超前小导管施工工艺原理是在破碎松散岩体中超前钻孔，打入小导管并压注具有胶凝性质的浆液，浆液在注浆压力的作用下呈脉状快速渗入破碎松散岩体中，并将其中的空气、水分排出，使松散破碎体胶结、胶化，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性；使超前小导管与固结体形成一个具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。
（1）小导管及注浆设计采用4m/根的∮42mm小导管布设在拱部，外插角5°～7°，环向间距33cm，纵向环距2.5m，即每施作一排小导管，开挖支护2.5m；压注1：1水泥浆液，采用525#普通硅酸盐水泥，浆液中掺水泥用量3～5％的40Be’水玻璃，以缩短浆液的胶化固结时间，控制浆液的扩散范围。
（2）施工要点①小导管加工将4m／根的∮42mm小钢管一端加工成尖锥形，距另一端100cm的位置开始至尖锥端之间按梅花型间距为20cm布设∮6mm的孔眼4排，以利于小导管推进和浆液渗入破碎岩体。
②小导管安设如岩体松软，采用YT-28型风动凿岩机直接推送，如遇夹有坚硬岩石处，先用YT-28型风动凿岩机钻眼成孔后再推进就位。
在施作小导管前应注意：第一，喷3～5cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙，为注浆作好准备工作；第二，准确测量隧道中心线和高程，并按设计标出小导管的位置，误差±15mm；第三，用线绳定出隧道中心面，随时用钢尺检查钻孔或推进小导管的方向，以控制外插角达到设计的标准；第四，施工顺序为从两侧拱腰向拱顶进行，为提前注浆留好作业空间。
③注浆选用UB6型注浆泵注浆，采用浆液搅拌桶制浆，浆液采用单液水泥浆，水灰比1.0：1，施工时由试验室选定，使用不低于32.5强度的水泥。
为防止浆液从其他孔眼溢出，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，注浆顺序从两侧拱脚向拱顶。
由于岩体孔隙不均匀，考虑风镐环形开挖的方便，同时要达到固结破碎松散岩体的目的，保证开挖轮廓线外环状岩体的稳定，形成有一定强度及密实度的壳体，特别是确保两侧拱脚的注浆密实度和承载力，采取注浆终压(0.8～1.2MPa)和注浆量双控注浆质量，拱脚的注浆终压高于拱腰至拱顶。
通过现场试验确定拱脚终压为1.2MPa，拱腰范围为1.0MPa，拱顶为0.8MPa。
注浆时相邻孔眼需间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果，又达到控制注浆量的目的。
小导管注浆见图2《小导管注浆施工示意图》。
图2 《小导管注浆施工示意图》单孔注浆量和围岩的孔隙率有关，可用下式估算:Q=π·R2·L·n·β，式中: Q—单孔浆液注入量（m3）；R—浆液扩散半径（m）；L—注浆段长度（m）；n—岩石空隙率，一般取0.1～0.3；β—浆液在岩石孔隙中的有效充填系数，一般为0.6～0.9。
注浆压力：为0.8～1.2MPa。
止浆盘：由于采用低压加固注浆，止浆盘为5～10cm厚喷射混凝土封闭，防止浆液跑出。
小导管注浆布置见图3《超前小导管布置图》图3 《超前小导管布置图》(四)开挖为控制超欠挖及减少对围岩的扰动，拱部弧形及边墙周边均采用风镐分台阶开挖，核心土及中槽均采用挖掘机开挖，开挖进尺根据围岩稳定性确定为l—2根钢格栅的间距，即0.5～1.0m，边墙按钢格栅的两个单元分三个台阶施工，相邻台阶相距2m，左右边墙错开2m。
(五)锚喷初期支护系统锚杆采用3m／根的WTD25型中空注浆锚杆，纵向、环向间距均为100cm，梅花型布置；拱墙设钢格栅，间距50cm，钢格栅每侧拱脚设4m／根的WTD25中空注浆锁口锚杆，按梅花型布置在钢格栅的两侧，环向间距50cm；挂∮6双层钢筋网，网格尺寸为15cm×15cm，喷射混凝土厚25cm。
（六）挂钢筋网钢筋网片采用∮8圆钢，除锈处理后按设计加工成100cm×200cm的网片；挂设时网片必须随受喷面的起伏铺设，与受喷面间留3cm作为保护层，网片与系统锚杆焊接牢固，确保喷射混凝土时不移动。
（七）安设钢格栅钢筋除锈后按设计要求分节加工成型，钢格栅分节间通过钢板用螺栓联接。
钢格栅严格按设计间距架立。
为充分发挥钢格栅的承载能力，首先要求钢格栅必须垂直且与线路方向垂直；其次，架立拱部钢格栅时，严格控制左、右拱脚标高，以防拱架偏斜，影响与边墙钢格栅架的圆顺连接或侵入衬砌厚度。
为方便拱部钢格栅与边墙钢格栅的连接，在拱脚连接处铺不小于20cm厚的粗砂或石屑。
边墙钢格栅底部必须置于基岩上，以防下沉变形。
钢拱架施工步骤：①施工准备。
②检查断面。
③钢架位置测量。
④钢架就位。
⑤纵向连接筋焊接。
⑥喷砼固定。
（八）监控量测初期支护完成后，在拱顶、拱脚及边墙的内轨顶面标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。
测试元件用∮12圆钢加工而成，每根元件长25cm，锚入初期支护体20cm，外露5cm，以防震动影响量测结果。
水平收敛量测采用铁科院武汉岩体力学研究所研制的收敛仪进行观测。
量测频率开始6h观测1次，然后根据变形量的减小而减小量测频率，即12h、24h、48h、72h、168h，根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全。
量测点每隔5m布设1组。
结语通过对隧道富水断层破碎带采取超前小导管注浆支护、结合帷幕注浆封堵、钢拱架加强支护等措施进。
