不良地质地段施工方法
地下水地段施工方法
地下水富水地段主要存在于断层破碎带，为了不使隧道出现涌水现象必须对该地段地层进行加固止水等措施。鉴于地层地下水含量丰富，拟采用深孔预注浆方法，进行止水和加固围岩。采用短台阶法施工按设计要求进行钢支撑、锚喷支护。
一、深孔预注浆施工
（一） 深孔预注浆的基本参数
注浆孔的布置正面、平面、纵剖面、孔底浆液扩散范围分别见图8-1. 图8-2. 图8-3. 图8-4。
注浆孔沿隧道周边轴向辐射状布孔，开口孔径为Φ102mm，孔深4.5m；下孔口管，管长3.5m，管径Φmm。全断面布置30 个注浆孔。
（二）作业程序及要点
1. 超前地质预报
超前地质预报是制定施工方案和设计注浆参数的主要依据，因此对地质情况必须准确地超前预报，使用TSP202 地质预报系统探测出断层带的位置，在接近断层带时，采用超前钻孔得到断层的地质资料。
通过钻孔进行以下工作：
（1） 收集分析钻孔的排碴；
（2） 记录分析钻孔台车的推进压力及钻速；
（3） 记录分析钻杆不同长度时的涌水量的大小；
（4） 工作面岩石素描，测定围岩层理、节理的走向。
（5） 在拱顶、拱脚和隧道中下部分别设超前钻孔，孔深20m，孔径Φ65mm，用液压钻孔台车钻孔。推断工作面前方的地质构造、岩性、水源位置及水量大小。
2. 止浆墙的设置
由于工作面围岩较软弱，注浆时有一定的压力（6～8MPa），这样
工作面易坍塌，而且会引起漏浆，严重影响注浆效果和施工安全。因此工作面处必须设置止浆墙。先在掌子面钻孔，下注浆用孔口管，钢筋网焊在孔口管上，在喷射15～20cm 厚混凝土，形成止浆墙。
3. 钻孔作业
按设计要求准确地测出隧道开挖轮廓线及孔口位置，用红油漆画出，其误差不得大于10cm。为控制钻孔角度、在钻杆尾部安装一定的钻杆（4.5m、5m 及5.2m）进行钻孔。
钻孔完毕，按钻杆联结的相反程序拆除钻杆，钻机退回原位。
液压钻孔台车钻孔时推进压力在2～4MPa 之间。
注浆孔用Φ102mm 的钻头开孔，孔内安装Φmm 的无缝钢管作孔口管，深钻时用Φ65mm 的钻头。
孔口管安装在注浆孔的口端，梅花形布置，孔口管的作用是注浆时保护附近的岩石不坍塌，并防止浆液外溢。
4. 注浆作业
（1） 注浆材料
1) 水泥：采用42.5 级普通硅酸盐水泥。
2) 水玻璃：浓度42～45Be′，密度1.42～1.45 的水玻璃原液。
3) 水：采用饮用水，pH 值在4～9 之间，SO4 含量不超过1%，水温不低于6℃。
（2） 双液浆的配制
1) 水玻璃稀释。根据施工要求，将出厂高浓度的水玻璃加水稀释到所须的波美度，稀释后的水玻璃溶液要用波美度计来测其波美度，检查是否符合要求。
2) 水泥浆的配制。根据设计水灰比，先将所需的水倒入拌料容器中，在不停的搅拌下倒入水泥，搅拌均匀后备用。
3) 缓凝剂的配制。缓凝剂一般配制成10%浓度的溶液。
4) 水泥浆掺缓凝剂的配制。先加入扣除缓凝剂溶液水量后的水，在搅拌条件下加入缓凝剂溶液，最后加入水泥，在搅拌5min，然后注入贮浆池备用。
（3） 注浆参数的选定
1) 注浆压力：最终压力6～8MPa，持续5min；
2) 单孔注浆扩散半径：R=2～3m；
3) 注浆扩散范围：开挖轮廓线以外3.5～5.0m；
4) 注浆速度：60～80m/min；
5) 注浆量：围岩破碎严重，涌水量大时，单孔注浆量8～15m3。
（4） 注浆
孔口管焊接带丝口的接头，以便安装混合器，混合器和注浆管相连接。
清洗钻孔，将孔内的碴子冲掉，保证注浆畅通。注水2～3min，使围岩孔隙畅通。对于软弱、富水断层带的围岩体，先注纯水泥浆， 注入一定量或达到一定压力后，再注入双液浆，如注纯水泥浆时大量漏浆，可先注双液浆，再注纯水泥浆，最后注双液浆。
达到设计压力后，持续5min 后结束注浆。拆除注浆部件和设备，清洗保养。
在注浆过程中对注浆时间、注浆量、压力变化以及围岩、止浆墙的变化进行详细的记录。
当有的部位钻孔过程中涌水量很小，就一次钻到设计深度，然后进行全孔一次注浆；如在钻孔过程中发生大量涌水，就停止钻孔，进行注浆，注完浆后，在向里钻孔再注浆，最后达到设计深度。
二、开挖与支护
1. 开挖方法
在注浆加固后，采用短台阶法施工台阶长度为3～4m。开挖采用人工风镐配合机械开挖，每循环进尺0.5～1m，先上半断面，后下半断面，交替进行。
2. 支护
由于设计采用大管棚双液注浆支护，因此在进行深孔预注浆时，利用大管棚代替周边的注浆孔进行注浆加固。上半断面开挖后，立即按设计要求进行钢支撑、打锚杆、挂网、喷混凝土支护，迅速封闭围岩。接着进行下半断面施工，并且将仰拱部位也开挖好，作好初期支护。
软岩地质地段施工
一、软岩的特性及相对措施
本合同段左右线隧道共有2108m 的软岩地质地层，软岩的特性是遇水软化，变形快，
承载力差，因此施工时针对软岩的特点应采取以下措施：
(1) 疏通地表排水沟，堵塞地表裂缝，以防止地下水的渗漏。
(2) 及时排除洞内涌水。
(3) 超前加固围岩以阻止地下水的渗流。
(4) 预先加固基础，以防止结构产生较大的变形和沉降。
(5) 缩小开挖断面，以减少洞室周边收敛，防止土体深部拉裂而产生过大的松散荷载。
(6) 及时有效地施作支护结构，形成封闭的支护环防止围岩进一步风化软解。
二、施工方法
(1) 先派人在地表进行勘察，查找地表裂缝，测量裂缝的位置，分析裂缝的渗水对隧道的影响，并采用黏土堵塞裂缝。
(2) 对于洞内的地下水采用注浆止水和引排结合的办法，设计上已对软弱围岩地段采用了超前大管棚和小导管注浆等加固措施，在大管棚和小导管内注入水玻璃和水泥浆即可以加固围岩，又可以起到止水作用。施工中根据围岩情况，隧道的中下部周边适当地增加超前注浆导管。
在隧道的两侧，每50m 设置一对集水坑，先用小型抽水机将水抽到最近的集水井，然后用大型抽水机将水排至洞外。
(3) 开挖与支护施工：为了减小开挖断面，及时封闭围岩，采用双侧壁导坑法开挖支护。
(4) 由于软岩的松散土压力很大，拱脚基础的稳定关系到整个结构的稳定。因此，在侧壁导坑基础初期支护完成后，在仰拱与墙脚的结合部位增加6 根注浆锚杆，并且在断面推进5～10m 后及时地进行仰拱衬砌，以增强基础的承载力。
见软岩基础加固示意见图8-5。
图8-5 软岩基础加固示意图
5. 根据量测结果及时进行两次衬砌。
断层破碎带施工
本合同段共穿越14 条断层带，根据地质资料显示，断层带地质条件十分恶劣，且有大量的地下水。如处理不好，可能造成大的坍塌，将严重影响工程进度和质量。因此，对断层带采用前述的管棚预注浆法加固围岩，用管棚注浆穿越断层，形成安全的支护体系。
开挖时采用人工配合机械开挖，以减少对围岩的扰动。
岩溶地段施工
根据地质资料显示，本合同段隧道可能穿越岩溶地段，对于小的岩溶在开挖后采取清理回填的方法处理；对于跨度大且与地表漏斗相连的岩溶地段，不便于清理，采取注浆固结岩溶破碎体，双侧壁导坑法施工。
见双侧壁导坑法开挖断面示意见图8-6。
图8-6 双侧壁导坑法开挖断面示意图
膨胀围岩地段施工
隧道多处穿过膨胀性泥岩地层，由于泥岩具有遇水膨胀的特性，因此在施工中，着重于治理地下水和控制施工用水。
一、治理地下水
(1) 利用设计采取的超前管棚和超前锚杆进行注浆，堵塞岩石裂隙，减少地下水的渗流。
(2) 在开挖后立即喷混凝土，封闭洞壁和掌子面，封闭透水层通向膨胀围岩的通路，隔绝膨胀岩与空气中水分接触。
(3) 防止透水层中的地下水向膨胀围岩中流动，在透水层和膨胀围岩的交界处进行注浆，以形成止水帷幕，隔绝地层，使其不产生水压的变化。必要时在邻近交接处的透水层中设置排水孔。
二、严格控制施工用水
(1) 由于采取钻爆施工，钻孔时需要使用大量的水，而水是膨胀围岩发生膨胀的外因，因此，膨胀围岩尽量减少钻爆而改用机械开挖。如必须钻爆施工，则对用水量进行控制。
(2) 加强排水工作：在掌子面附近设置集水井，挖排水沟将掌子面施工用水和渗流水引至集水井，用抽水机排出洞外。
三、施工方法
采用台阶法开挖，施工程序及施工方法详见第七章。
岩爆地段施工
隧道穿越了部分极硬岩地段，该段地应力较大，容易形成岩爆，因此我们将采取以下措施进行施工：
一、加强岩爆区段的支护与安全措施
(1) 增设临时防护设施，给主要设备安装防护网和防护棚架，给施工人员配发钢盔、防弹背心等，必要时在掌子面加挂钢丝网。
(2) 喷钢纤维混凝土，由于钢纤维混凝土具有较大的柔性和抗剪能力，因此，能够承受较大的变形而不使表面开裂。
(3)根据设计及时锚网喷联合支护。
(4)岩爆非常剧烈时，为了安全，在安全距离进行躲避，直至岩爆平静。
(5) 加强巡回清撬爆裂的危石，确保人员设备安全。
二、调整围岩的应力状态及岩体特性
采用特殊施工措施，调整围岩的应力状态及岩体特性，主动消除或减轻岩爆。
(1)喷高压水
爆破后立即向工作面及附近洞壁岩体喷洒高压水，以降低岩体的强度，增强塑性，减弱岩体的脆性，降低岩爆的剧烈程度；同时可以起到降温除尘的作用。必要时利用炮孔和锚杆孔向岩体深处注水，以取得更加效果。
(2) 改善施工方法
1) 深孔爆破改为浅孔爆破，减少一次装药量，拉大不同部位炮眼的雷管段位间隔，延长起爆时间，减轻爆破对围岩的影响，减小爆破动应力场的叠加，从而降低岩爆的频率和强度。
2) 改变洞室的开挖断面形状，把洞室直接或近似开挖成相应于岩爆后围岩稳定的洞室形状，从而减小岩爆的程度。
3) 在强烈岩爆区用台车打应力释放孔。
(3) 超前应力解除
台车在工作面钻眼时，在掌子面周边拱线处钻两排4.5～5.0m 深的炮眼（间距40～50cm，外插25°～35°），炮眼间隔装药500～700 克Φ40mm 的4 号抗水铵梯炸药，并与掌子面同时起爆。这样，可以在拱部2～3m 以上的岩体内部形成一个爆破松动圈，截断岩体内部应力的集中，从而减小洞室岩体的切线应力，借助岩体可形成一个支护圈。
见超前应力解除断面示意见图8-7。
防止拱顶坍塌、洞壁失稳的措施
雁门关隧道地质多变，不良地质地段施工可能发生拱顶坍塌、涌水、洞壁失稳等影响施工安全和施工进度的地质病害，针对上述可能发生的现象，我们将采取以下措施。
一、做好超前地质预报
认真做好超前地质预报工作，采用先进的TSP202 系统，结合设计资料，真实掌握前方施工区段不良地质情况，及时修正施工参数，制订切实可行的施工方案进行施工。
二、加强超前支护及注浆、网喷混凝土施工质量
加强超前支护及注浆、网喷混凝土施工质量，对各种不良地质地段做到超前加固，有针对性地选用开挖方法及手段，坚持做到“少扰动、弱爆破、强支护、快封闭、紧衬砌”施工原则，以有效的方法减少病害的发生。
三、加强调查与分析
对预料不到的地质病害，及时与建设单位、监离工程师和设计人员进行认真的调查和分析，找出原因，原因，确定统一的施工方案，认真组织实施。
四、加强科技先导
加强科技先导，重视监控量测，合理安排施工工序，杜绝盲目抢工期、赶进度的做法，做到“安全第一、文明施工、质量创优”，防止各类事故的发生。
