不良地质处理

1．围岩失稳、软岩流变防治技术措施（1）施工对策坚持新奥法施工和“探地质、管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、快封闭、勤量测、早成环”的原则，先进行超前地质预报，再实施超前注浆支护，后开挖，超前支护一段，开挖一段，封闭一段；逐渐推进，稳中求快。在地质超前预报的基础上，采用短台阶环状开挖，留核心土法，辅之以长短管棚注浆方法开挖；加强围岩量测，根据量测及时反馈指导施工。（2）施工技术措施根据围岩的岩性、节理裂隙和地下水情况，可采用长管棚、小导管超前预注浆支护，短进尺、弱爆破，开挖一环封闭一环，及时施作初期支护并架设钢支撑。开挖面有水渗流时应引水归槽，作好排水系统。循序渐进，加强地质观测与变形量测，如发现地质情况变化或围岩变形速度加快时，应及时采取措施，如增加喷射砼厚度、施作长锚杆、增加钢支撑数量或提前施作加强的二次衬砌等，对可能产生围岩失稳、软岩流变地段以有力的支护手段防止发生工程事故，从而不致造成延误工期。2．涌水、涌泥防治技术措施本标段通过F4、F5两条区域性大断层，施工中可能产生突然涌水、涌泥。（1）防治原则采用帷幕注浆技术，使隧道周边断层破碎带岩体基本形成整体，可堵塞涌水、涌泥的通道，围岩开挖后仅能以渗流或股流的形式出现，而不致形成涌水、涌泥。对于大涌水、高水压地段采取“以堵涌水为主，限量排放，综合治理”的原则；对于水量不大地段采取“防、截、排、堵”综合治理的原则。（2）治理技术措施1）帷幕注浆根据地质超前预报探明的情况，对涌水、涌泥地段，结合帷幕注浆孔布置，先钻孔预以探明验证，再按帷幕注浆设计施作大管棚，并进行双液预注浆堵水。帷幕注浆施工工艺详见4.8.1节。2）开挖开挖后对少量渗漏和涌泥部位用小导管注浆进行封堵。对少量不便封堵的渗水，将其集中归槽进行引排，即先疏导，后开挖。小导管注浆方法应根据注浆后渗漏水情况和围岩裂隙走向调整注浆管的位置、角度和长度，并适当调整浆液配合比，使浆液凝固时间尽量缩短。3）隧底涌水、涌泥处理对涌水、涌泥规模小的部位，可采取清除填充物，用浆砌片石回填处理，再施做仰拱；对涌水、涌泥规模大的部位，底板可采用钢筋砼仰拱，并在施工仰拱时预埋注浆管，待仰拱砼达到强度时，注浆加固其填充物。3．膨胀岩防治技术措施（1）防治原则膨胀岩（包括高地应力下软弱围岩大变形）在开挖后较一般围岩变形大且持续时间长。根据膨胀岩持续变形的特点，仍以锚、喷、网等柔性支护为主，使其释放自身的能量，但应预计可能的变形量，开挖时预留沉落量，并加强观测与量测，及时反馈进行分析，必要时可采取安装可伸缩的钢架或提前施作加强了的二次衬砌。（2）处理对策处理原则：“先柔后刚，刚柔结合”，为防止或避免产生大变形采取“短开挖，强支护，快封闭成环”的具体处理措施。膨胀岩隧道施工，以喷、锚、网、钢支撑初期支护、适当加大了的预留沉落量、二次模筑衬砌组成复合式支护体系。施工过程中要加强监控量测，合理安排工序。必要时可打超前钻孔，以改变前方岩体力学性质，使抑制岩体的应力得以释放，保证开挖顺利进行。设置钢支撑、喷射钢纤维砼与系统锚杆组成联合支护系统，适当加强初期支护，保证围岩变形过程中不发生失稳、坍塌，最终能发挥围岩自承能力，即达到设计的理想目的。然后及时施作仰拱，使支护封闭成环，整体受力。仰拱开挖后立即安设钢拱架，与边墙钢拱架形成环状封闭，然后喷射砼进行封闭，再打设锚杆、绑扎仰拱钢筋和施作仰拱及充填砼。对于膨胀系数大于1.3的围岩地段，在仰拱下铺设50cm厚碎石垫层作为柔性变形层，并在仰拱加设双层钢筋网，以加强仰拱刚度。4．断层及破碎带施工技术措施根据招标文件提供的资料，本标段将通过毛毛山南缘断层（F4），为一逆断层，断层带内的岩体为断层泥砾和碎裂岩，有较高的地应力，地下水丰富，为中等富水区且可能有突然涌水出现。隧道通过断层带（属VI级围岩）宽度为200m，两侧断层影响带宽度（属V级围岩）宽度为250m。隧道通过的另一条大柳树沟—黑马圈河断层（F5）亦为逆断层，地质情况与F4断层相似，惟地应力及地下水均较小，隧道通过断层带（VI级围岩）宽度为40m，两侧断层影响带（V级围岩）宽度为100m。断层带超前预加固体系采用长管棚及帷幕注浆来防止涌水、涌泥和塌方。富水地段采用帷幕注浆，少水地段采用超前长管棚预加固。断层破碎带施工方法及工艺隧道斜交通过F4、F5两条区域性大断层，为防止破碎带开挖时出现坍塌，保证施工安全，对破碎带开挖应充分利用TPS-203地质预报系统和地质雷达、水平钻机等多种预报手段，对断层破碎带进行探测。根据探测的水量大小、水压高低等情况决定采取相应的处置措施：大水量、高水压地段要以堵为主，限量排放。先帷幕注浆，再开挖，辅以小导管注浆。水量不大时采用长管棚注浆超前支护，然后开挖，水以排为主，排堵结合。5．帷幕注浆施工工艺（1）基本原理对于地质复杂的富水断层破碎带，为防止开挖面涌水，除了沿开挖轮廓线（含底部）按轴向辐射状布孔外，在开挖面中心也布置注浆孔。注入按一定比例配制而成的水泥—水玻璃双液浆后，浆液渗透扩散到破碎带的孔隙中并快速凝固，与周围破碎岩块固结成具有一定强度的结石体，在隧道周边及开挖面形成一个堵水帷幕（加固区），切断地下水流通路，以此达到固结止水的目的。同时沿周边布置的超前注浆管也能起到管棚的作用。（2）施工程序帷幕注浆施工程序见图4-8-1。（3）超前地质预报由于F4、F5断层构造复杂、水量丰富，必须准确预报工作面前图4-8-1帷幕注浆施工程序图方20～25m范围的工程地质和水文地质情况，以便为制订施工方案和确定注浆参数提供依据，因此，必须把超前地质预报作为一个工序纳入生产过程。利用TPS-203地质预报系统，地质雷达和水平钻机等多种预报手段对断层破碎带进行探测。预报内容：预测工作面前方的地质构造和岩性、地下水出露位置和水量大小，以及断层变化情况等。预报方法：采用数据采集、资料分析、钻孔取芯、岩芯编录、记录钻速、水质水量变化情况以及开挖后的岩面观测素描，综合判断预报前施工设计图施工准备地质超前预报注浆检查：堵水率90%；浆液扩散范围从开挖轮廓算起4m开挖超前支护衬砌方水文、地质条件。（4）钻孔作业台车就位固定后，由测量工站在台车臂托篮上，用红油漆在掌子面上按设计准确画出钻孔位置，标注编号。施钻时台车大臂必须顶紧在掌子面上，以防止过大颤动，提高施钻精度。钻机开孔时钻速宜低，钻深20cm后转入正常钻速。开孔孔径及深度：注浆孔用Φ102mm钻头开孔，掏孔清碴时用Φ89mm钻头。注浆段长度20m，外插角15～20°。注浆孔布置见图4-8-2。钻孔深度控制：台车大臂按设计布孔位置点对正，用简易垂球量角器测钻杆仰角，校正调整至设计角度，并在钻杆上安装导向指示器，控制钻孔偏角。台车钻孔工作参数：凿岩台车钻孔作业的推进压力控制在2.5Mpa，回转压力5.0～6.0Mpa，冲击压力1.9～2.0Mpa。（5）注浆作业1）注浆材料水泥：选用425号以上的普通硅酸盐水泥，质量应符合GB178-85《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的各项指标》标准。水玻璃：选用出厂浓度42～45Be＇，比重1.42～1.45，模数2.4～2.8的水玻璃原液。拌合水：水质应符合《铁路砼及砌石工程施工规范》（TBJ210-86）中第2.4.1条的各项规定。横断面1617181914152131253469111107815～20°第一开挖段16m20m止浆盘4m第二开挖段16m19II-II剖面191,2121,212止浆盘4m191,21220m第一开挖段16m止浆盘4m15～20°第二开挖段16m1521715I-I剖面217止浆盘4m15217图4-8-2注浆孔布置图2）配比控制水灰比（W/C）为0.8∶1.0；水玻璃稀释浓度为25～35Be＇；双液体积比（c/s）为1∶0.5～0.7。3）凝结时间控制为满足浆液扩散半径的要求，采用的凝结时间为：一般地段为3min，富水地段为1～2min。4）注浆连接注浆管路后，利用注浆泵先压水检查管路是否漏水，设备状态是否正常，尔后再做压水试验，以冲洗岩石裂隙，扩大浆液通路，增加浆液冲塞的密实性，核实岩石的渗透性。对于富水断层破碎带清孔后，直接先压水泥浆液，再压CS双液浆。标定注浆泵上电接触点压力表的最大压力指标，泵压后观察压力变化及水泥浆和水玻璃的消耗数量。记录注浆时间和注浆量。注浆达到标准后，打开三通混合器的减压阀排浆，卸下混合器换注另一孔。注浆结束后，拆卸各注浆器件，全部清洗干净，并对注浆泵进行检查保养。5）注浆方式注浆方式采用前进式或全孔一次压入式注浆，当钻孔过程中未发生涌水，应就一钻到底，全孔一次压入式注浆；在钻孔过程中，如发现出水，即停止钻孔，采取注一段钻一段的前进式注浆，直至达到设计段长位置。在水压、水量较大的情况下，还可采用分层泄水减压、分层注浆方式。即下层管注浆，中层管放水；中层管注浆，上层管放水，这样逐层抬水把水排挤到拱顶以上规定的止水固结圈以外。注浆顺序为由下而上，由里向外进行。6）注浆参数注浆压力及单孔扩散半径：注浆压力一般为地下水静水压力的2～3倍，考虑到岩层裂隙阻力。该隧道富水断层带初始压力3Mpa，终压为4～5Mpa。单孔浆液扩散半径4m。注浆速度：钻孔出水量＞50L/min时，注浆速度取80～100L/min，钻孔出水量等于0～50L/min时，注浆速度取60～80L/min。注浆扩散范围：注浆有效范围为开挖轮廓线外4.0m（塌方段为5.0m）。注浆量：注浆量一般按注浆范围内围岩体积的5%左右，考虑实注量根据钻孔压水试验确定。7）注浆中几个问题的处理注浆时如遇窜浆或跑浆，采用间隔一孔或几孔注浆方式。注浆中，注浆量和注浆压力是两个关键参数。一般规律是：初始阶段压力较低，注入量增大。正常阶段注入量迅速递减而压力迅速升高。在注浆中根据设计注浆量和压力按照上述规律进行控制。对于塌体注浆，由于空隙率大，局部还有空洞，常遇到吃浆量很大而注浆压力上不去的情况。对此，以控制注浆量为主，一般达到设计的注浆量后稳压几分钟即可停止注浆。8）注浆工艺流程注浆工艺流程见图4-8-3。图4-8-3帷幕注浆工艺流程图（6）质量标准与检查1）注浆质量标准：一次性注浆段长度不大于20m；注浆帷幕厚度不小于4.0m；堵水率不低于90%；注浆结石体7天的单轴抗压强度不小于5Mpa。2）质量检查要求注浆量要达到设计的80%，全部注浆孔要符合单孔注浆结束的标准；钻孔检查，按设计检查孔的位置角度钻探，注浆固结帷幕＞4m，不合格时应补注；取注浆结石体岩芯，取样试件R7＞5Mpa；检查孔每孔出水量在原钻孔出水量的10%以下。6．超前长管棚施工断层破碎带中，水量不大时采用超前长管棚注浆支护，然后开挖。超前长管棚施工工艺见4.7.1节。水玻璃原液稀释后的水玻璃浆液水泥水水搅拌桶储浆桶双液注浆泵混合器混合器压力表麻丝浸CS浆封堵孔口管止浆管送浆管连接头注浆管(孔口管)7．断层破碎带开挖及支护对断层破碎带进行帷幕注浆或超前长管棚注浆支护后进行开挖。断层破碎带以Ⅴ级和Ⅵ级围岩为主。Ⅴ级围岩开挖采用上、下断面短台阶法开挖，设1榀/m的格栅钢架。Ⅵ级围岩开挖采用拱部预留核心土多台阶分部开挖，设每3榀/2m的型钢钢架，以上钢架均采用Φ22钢筋连接，台阶距离控制在2~3米，随挖随衬，尽快封闭成环。开挖方法及工艺见4.4.1节、4.4.2节。微台阶开挖见图4-8-4。图4-8-4微台阶开挖示意图8．衬砌对断层破碎带Ⅵ级围岩采用C25防水钢筋砼复合式衬砌，Ⅴ级围岩采用C20防水砼衬砌，砼抗渗等级均不得低于P8。施工要点：支护应紧随开挖，防止开挖后围岩失稳，引起塌坍；开挖后应先喷砼5~8cm，随即挂钢筋网，架立钢架，最后喷砼至设计厚度。打锚杆，喷砼至设计厚度。喷砼应尽量使断面平顺，符合钢架安装要求。仰拱支护应在边墙支护完成后紧跟施工，紧随掌子面5~10m施工一次仰拱，该措施是保证边墙支护稳定和改善工作面施工环境的重要手段。施工中应加强监控量测，通过施工监控量测反馈信息及时调整支护参数与预留变形量，以保证施工安全与结构稳定。衬砌方法及工艺见4.10节。对断层破