断层破碎带施工方案

二郎山隧道断层破碎带施工方案

一、编制依据

1、雅安至康定高速公路控制性工程二郎山隧道段C2标试验工程施工图设计资料；

2、现行公路工程施工技术规范、标准及施工验收标准；

3、根据现在掌子面围岩的情况及设计地质资料；

4、我公司拥有的技术装备力量、机械设备状况、管理水平、工法、科技成果和多年积累的长大隧道工程施工经验；

5、国家及地方关于安全生产和环境保护等方面的法律法规。

二、工程概况

雅安至康定高速公路C2标段主线长9.390 km（右线K72+310～K81+700），泸定互通式立交一座，泸定连接线长4.497km，均位于四川省泸定县。主体控制性工程为二郎山特长公路隧道，全长13425米，C2标负责施工左线长度6748m，右线长度为6693m，工期66个月。

1、地形

隧址区地处四川盆地与青藏高原过渡的二郎山高中山区，地面切割强烈，山势陡峻，高差悬殊，二郎山主峰海拔3437m，与隧道口相对高差接近2000m。隧道最大埋深1469m。

2、气候

隧址区地处四川盆地中亚热带季风湿润气候与青藏高原大陆干冷气候的过度地带。二郎山东西两侧气候差异非常明显，我部施工区域位于二郎山西侧，年降雨量仅900～1000mm，降雨多集中在5～10月，雨季降雨量占全年90%以上，相对湿度66%，多年平均气温15.5℃，最高气温36.4℃，

最低气温-5℃，年平均无霜期279天。

3、水文地质

隧址区域地下水丰富，类型齐全。勘察区地下水补给源主要为大气降水和地表水直接或间接渗入补给。地下水质较好，对砼无腐蚀性，隧道主洞预测正常涌水量为59000m3/d，最大用水量82000m3/d。

4、我标段隧道通过的断裂构造统计见下表：

二郎山隧道C2标段断裂带统计

由于断层破碎带存在涌水、突泥及发生大规模隧道坍塌的危险，为确保施工过程中不发生安全事故，顺利通过断层破碎带，有效降低施工阶段发生地质灾害所引发的风险，特制定以下施工方案。

首先按照设计文件要求采用综合超前地质预报系统（主要采用TSP203及超前地质钻孔、地质雷达等）进行超前地质预测，结合地质勘测资料和地质素描对前方地质进行综合判断，根据判断结果确定是否注浆和采取哪种注浆方案，以及后续开挖过程中采取什么样的辅助措施，开挖过程中加强对开挖后的地段进行监控量测，根据量测结果指导后续施工。

1 超前地质预报

⑴隧道开挖爆破后立即进行地质调查并进行地质素描，一般地段每10m

记录一次，地质条件变化时，增加素描。

⑵在围岩变化处前100m预先通知西南交大超前预报单位进行超前探测，利用TSP203对前方进行探测，粗略掌握掌子面前方的不良地质分布情况。

⑶然后，用地质雷达在接近不良地质体30m左右时探测一次，进一步核实与了解不良地质的分布情况。

⑷若物探方法初步判定前方有不良地质体，当掌子面接近不良地质体10m左右时，应采用超前钻孔进行验证。

⑸根据物探与钻探结果，并结合前期地勘成果及地质调查资料，综合判定不良地质体的范围与程度。

2 注浆堵水加固

结合超前预报结果及超前探水钻孔，查明掌子面前方及地下水分布状况及水量后，根据不同的情况，分别采用全断面深孔预注浆、周边深孔预注浆、开挖后周边注浆等注浆方式，将地下水尽可能封堵在围岩内，以确保施工及结构的安全。

2.1 全断面深孔预注浆堵水

当隧道穿越的厚度较大（不小于30m）的软塑状富水断层破碎带、大型溶洞软塑状充填体，岩体结构类型为散体状结构，岩体完整程度为极破碎。采用全断面深孔预注浆堵水。

注浆范围为开挖轮廓线外8m，注浆段长度一般按40米设计，分三环实施，第一环15m，第二环27m，第三环40m，全断面共布设134个孔。一个注浆段完成后留5m不开挖作为下一注浆段的止浆岩盘。注浆孔布置由工作面向开挖方向呈伞形辐射状，钻孔布置成数圈，内外圈按梅花形排列，并采用长短孔相结合，以达到注浆充分、不留死角，浆液扩散半径2m，孔底

间距不大于3m，孔径φ110mm。

2.2周边深孔预注浆堵水

当隧道通过岩溶地层及非岩溶地层界面、厚度较小（小于30m）的断层破碎带、溶蚀裂隙，各探水孔至少有三孔出水，且任一探水孔流量＞2 m3/h，探水孔总水量大于20 m3/h时采用周边深孔预注浆堵水。

注浆范围为开挖轮廓线外8m，注浆段长度一般按40米设计，分三环实施，第一环15m，第二环27m，第三环40m，全断面共布设122个孔。

2.3 开挖后周边注浆堵水

开挖后周边注浆适用于经超前地质预报无突水、突泥危险，但裂隙发育开挖后洞壁大面积渗水、淋水的一般Ⅳ、Ⅴ级围岩地段；以及软弱富水可能发生围岩大变形的地段。

注浆有效加固范围为开挖轮廓线外5m，注浆孔孔口环向间距1.5m，纵向间距1.5m，梅花形布置，注浆孔孔径φ46，孔口设0.5m长φ54热轧无缝钢管作为孔口管，注浆孔与隧道轴线呈60°，孔深4.5m。以堵水为主时采用双液浆，以加固为主时采用纯水泥浆。注浆顺序：对于一个注浆段，从两边到中间，间隔施作，对于同一排孔按照由上至下顺序施作。

2.4 预注浆参数

一个注浆段完成后留5m不开挖，作为下一阶段的止浆岩盘。注浆孔自掌子面沿开挖方向，以隧道中轴为中心呈伞状布置，注浆孔孔底间距不大于3m，浆液扩散半径为2m，注浆压力为静水压力（2～3）倍，注浆材料采用水泥—水玻璃双液浆，浆液浓度应根据地质及水文条件进行调整。初拟为：C：S（体积比）=1：（0.6—1.0），水泥浆水灰比0.8:1—1:1,水玻璃浓度模术2.6—2.8,水玻璃浓度为35Be’。注浆压力初拟0.5—1.5Mpa。

注浆前在止浆墙或止浆盘内埋Φ127无缝钢管为孔口管，孔口管长3m，

孔口外露20—30cm，止浆墙前端应嵌入围岩不小于30cm。

2.5 预注浆结束标准

注浆压力达到设计压力，注浆量逐渐减少，最终进浆量小于1L/min·m，并维持10min以上，可结束本孔注浆。

2.6 堵水注浆效果检查

应在注浆结束7d后进行效果的检查，检查孔数量应不小于注浆孔数量的3%，采用5点法压水试验，要求透水率不大于2Lu，孔段合格率在80%以上，不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的50%，且不集中，否则应加密钻孔注浆。

3 洞身开挖及初支施工

断层破碎带隧道开挖施工时严格按照“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”的原则进行组织施工，开挖方式选择上严格按照公司“三台阶七步流水作业法”施工，每循环进尺控制在1～2榀拱架，确保断层段施工安全。

3.1三台阶七步流水作业法

施工要点：

①施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织。

②做好洞内的防排水系统工程，妥善处理好陷穴、裂缝。

③台阶长度控制在3～5m，及时施作初期支护，配合锁脚锚杆封闭成环，初期支护钢架背后严禁出现空洞。

④工作若有失稳现象，应及时用喷射砼封闭，加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。

⑤应及早施作仰拱和二次衬砌，防止隧道边墙向内位移。

①

IV、V级围岩开挖轮廓线

②③

④

⑤⑥

⑦

①

②③④

⑤⑥⑦

说明：

①第一步：拱顶在超前支护的“保护”下，将传统的矩形上导坑

改为弧型开挖，并预留核心土。开挖结束后架设钢拱架、喷射混凝土支护。形成较稳定的承载拱。

②第二、三步：在承载拱的支护下，分段错开开挖拱脚。以一定

的时间差先后按同样的方法进行支护，使同一断面的钢拱架拱脚暴露仅限于一侧。

③第四步：拱部支护完成后，适时取掉核心土。

④第五、六步：在以完成拱部支护后，分段左右相错开挖马口，

以一定的时间差对边墙进行初期支护。

⑤第七步：下台阶核心土取掉，并开挖仰拱，使钢拱架闭合成环。

再进行混凝土施工。

三台阶七步开挖施工工序流程图

3.2 破碎带支护参数

断层破碎带地段一般为Ⅴ级围岩，其影响带一般为Ⅳ级围岩。Ⅴ级围岩段设计衬砌类型为KD（抗震扩大型）；如果断层段隧道埋深大于700m，在隧道开挖过程中发生大的地应力释放，随即产生收敛变形，这种情况设计衬砌类型为KDZ（抗震中级大变形段），断层影响带设计衬砌类型为Z4和Z4w。

Ⅴ级围岩段超前支护为φ42×4mm双层超前小导管，拱部120°范围布置，环向间距40cm，双层每环78根，每根长4.5m，搭接长度不小于1.0m。

KD型初期支护参数：采用I20b工字钢钢架，间距60cm，Φ22药卷锚杆间距1.0×1.2m，每根长3.5m，Φ25锁脚锚杆每榀钢架4根，每根长3.5m，φ8钢筋网片网格尺寸20×20cm，C20喷射砼厚度26cm。

KDZ型初支参数：采用I20b工字钢钢架，间距50cm，Φ32自进式锚杆间距1.0×2.0m，每根长8.0m，φ42×4mm环向注浆小导管间距1.0×2.0m，每根长4.0m，Φ42锁脚锚管每榀钢架4根，每根长4.0m，φ8钢筋网片网格尺寸20×20cm，C20喷射砼厚度26cm。

Ⅳ级围岩段超前支护为Φ22单层超前锚杆，拱部90°范围布置，环向间距40cm，每环25根，每根长4.5m，搭接长度不小于1.0m。

Z4型和Z4w型初支参数：格栅钢架1.0m间距，Φ22系统锚杆间距1.2×1.0m，Φ25锁脚锚杆每榀钢架4根，每根长3.0m，φ6.5钢筋网片网格尺寸25×25cm，C20喷射砼厚度18cm。Z4w型衬砌类型无仰拱。

4 监控量测

监控量测是新奥法施工中不可缺少的一项技术内容，是监视围岩和支护稳定性的重要手段，是判断设计、施工是否正确合理的主要依据，是监视施工是否安全可靠的眼睛。为了更精确更迅速的了解断层破碎带围岩的动态变

化，判定其稳定性，从而保证施工安全，进行科学严谨的监控量测方案是十分必要的。

隧道施工中开挖形成后，必须立即喷射不小于4cm厚的混凝土及时封闭围岩作为初支初喷层，紧跟监控量测，监控量测应在开挖后2-4小时进行，否则工作人员不得进入掌子面作业。

4.1、监控量测目的

（1）通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态，判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性。

（2）用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计、指导施工，为修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据。

（3）通过监控量测对施工可能产生的环境影响进行全面监控。

（4）通过监控量测进行隧道日常的施工管理，确保施工安全和施工质量。

（5）通过施工现场的监控量测，确定二次衬砌合理施作时间。

（6）通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或该工法本身的发展提供借鉴、依据和指导作用。

4.2、监控量测实施原则

（1）监控工程安全与改进设计、指导施工相结合，以监控工程安全为主。

（2）监测将侧重地质条件差、结构受力复杂及工程薄弱环节等重点部位，并将各监测项目的测点（线）布设在该部位，设置成重点监测断面。

（3）将重点监测断面与一般监测断面、临时监测断面相结合，以重点监测断面为主。

（4）选用稳定、可靠、新型、先进的观测仪器设备。

（5）所选择的监测项目应具有代表性和可信性，获得的观测资料能够满足反馈施工设施、综合评价工程的工作状态、预报和控制工程安全等要求。

4.3、监控量测项目

监控量测的项目主要根据隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型等综合确定。而且，在隧道工程中进行量测，绝不是单纯为了获取信息，而是把它作为施工管理的一个积极有效的手段，因此量测信息应能确切地预报破坏和变形等未来的动态，对设计参数和施工流程加以监控，以便及时掌握围岩动态而采取适当的措施（如预估最终位移值、根据监控基准调整、修改开挖和支护的顺序和时机等），满足作为设计变更的重要信息和各项要求，如提供设计、施工所需的重要参数（初始位移速度、作用荷载等）。

根据以上所述并结合本隧道的实际情况，将洞内、外观察、周边位移，拱顶下沉、地表下沉作为必测项目。锚杆轴力作为施工监控量测选测项目。同时配备选测项目所需的设备，必要时实施选测项目。

（1）工作面工程地质和水文地质情况观察和描述：包括岩石名称、岩石产状、风化变质情况，断层、层理、节理等结构面的分布、走向、产状及频率，有无偏压，工作面及毛洞自稳情况，地下水情况及影响等内容，并以表格和素描形式记录。

（2）工作面附近初期支护状态观察和已成洞的支护效果观察：包括锚杆锚固效果，喷层开裂部位、宽度、长度及深度，模筑混凝土衬砌的整体性，防水效果等，以表格和素描形式记录下来。

（3）拱顶下沉及水平净空位移量测

量测方法：收敛量测设计包括断面间距、量测频率、测线布置和测点埋设时间等。这些内容的决定与地质条件、地压分布、隧道埋深、开挖方法及进度、断面收敛速度等有关。

量测断面间距：一般情况下，洞口段和埋深小于2Ｂ的地段，间隔5～10m 一个断面，其余地段视地质情况，每隔5-50ｍ设一个断面。

断面测点布置：洞内周边收敛量测布置见图2，拱部下沉、底部上拱、填充面下沉量测布置见图3。

量测频率与结束标准

量测频率：量测频率根据监测数据的变化情况而定，具体见表3-2。

结束标准：根据收敛速度判别：一般地段；收敛速度＞5mm/d时，围岩处于急剧变化状态，加强初期支护系统。收敛速度＜0.2mm/d时，围岩基本达到稳定；浅埋地段，加强初期支护强度和刚度，严格控制过大变形。各量测项目持续到变形基本稳定后２周结束，软弱围岩大变形地段位移长时间不能稳定时，延长量测时间。

最大跨度线

起拱线

1米

右2

右1

左1左2

右3

左3

图2 洞内周边收敛量测布置图

隧道中线

图3 拱部下沉、底部上鼓、填充面下沉量测布置图

4.4、监控量测仪器

为保证隧道监控量测的准确与及时，拟投入如下监控量测设备，仪器设备性能良好，并根据工程实际需要及时调整。

4.5、监控量测领导小组

项目部成立隧道施工监控量测领导小组，具体人员及分工见下表4-3。

表4-3 监控量测领导小组人员及分工

序号姓名职务职责备注

1张晓天组长总负责、技术指导

2朱玉峰副组长监督、指导

3彭志勇组员实测管理、监督、指导

4曹腾飞组员数据分析整理汇总及督促各分部具体

实施

4.6.1隧道周边允许位移值的制定

根据以往的成功经验，利用隧道周边允许位移值对隧道的拱顶下沉、净空收敛位移值进行管理（见表4-4《初支结构允许相对位移表》）。

表4-4 初支结构允许相对位移表（%）

注：①相对位移指实测位移值与两点距离之比或拱顶下沉实测值与隧道宽度之比。②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。

4.6.2监测项目管理基准

根据既有成功经验，本工程各监测项目管理基准如表4-5《变形管理基准等级表》所示。

表4-5 变形管理基准等级表

管理等级管理位移施工状态

ⅢU

ⅡUo/3≤U≤2Uo/3应加强支护

ⅠU >2Uo/3停工，采取特殊措施后方可施工

注：U为实测位移值；Uo为最大允许位移值。

现场监测时，可根据监测结果所处的管理阶段来选择监测频率：一般III 级管理阶段监测频率可放宽些；II级管理阶段则应注意加密监测次数；Ｉ级管理阶段则应加强监测，通常监测频率为1-2次／天或更多，具体表现在施工中出现下列情况之一时，立即停工，并采取措施进行处理：

(1)初支结构喷射或浇筑的混凝土出现裂缝，且持续发展。

(2)开挖一个月后，洞壁的水平位移不能收敛，实测位移达到危险状态的80%。

(3)位移一时间曲线出现反弯、突弯的急聚增长现象。

4.7监控量测信息反馈及信息化施工

所谓信息反馈处理分析判断围岩就是根据量测手段所获得的信息、资料

以数学的方式通过支护的稳定性, 并及时反馈到设计、施工中，优化设计（修正支护设计的形式和参数），指导施工（变更施工的方法和采取加强支护的措施）。

4.7.1监测数据的分析及预测

取得监测数据后，由专业监测人员及时整理分析监测数据，并结合施工步骤对围岩、支护等变形进行分析判断，将实测数据与允许值进行比较，及时绘制各种变形一时间关系曲线，预测结构变形发展趋势，预测结构的安全性，评价施工方法，确定工程技术措施，并向监理工程师汇报，项目经理部根据监测结果并及时调整施工工序及采取相应的技术措施，以实现信息化施工。

4.7.2监测数据的信息反馈

为确保监测结果质量，加快信息反馈速度，全部监测数据均由计算机管理，并绘制测点位移变化曲线图。

(1)信息反馈修正设计的基本要求：现代地下工程施工时，设计、施工必须紧密配合，共同研究，综合分析各项施工信息，及时进行信息反馈，最终确定和修改设计。

信息反馈修正设计，指地下工程开挖后，根据施工信息，对施工前预设计所确定的结构形式、支护参数、预留变形量、施工工艺、施工方法以及各工序施作时间等的检验和修正，是贯穿于整个施工过程的设计阶段。

施工信息是指施工观察、现场地质调查、现场监控量测等得到的数据和信息。施工信息是隧道开挖后围岩稳定性的动态反映，也是修正设计的依据。对各种信息进行综合分析、互相印证，对预设计参数修正和施工方法的改进是不可缺少的部分。

（2）施工信息的应用

①根据一个量测断面的施工信息综合分析处理结果，进行设计参数修正，

只适用于该断面前后不大于10m的同类围岩地段。

②长隧道同类围岩设计参数的修正，特别是降低设计参数，以不少于三个断面的施工信息综合分析为依据。按修正后的参数进行开挖的地段，设计参数的正确和合理性根据施工信息综合分析予以验证。

（3）信息反馈修正设计的内容

①施工方法变更的建议；

②施工工序的更改；

③预留变形量的修改或确认；

④设计参数的修改或确认；

⑤采用辅助施工措施的建议；

由于本工程的特点，在监测后应及时对监测数据进行整理和分析，判断其稳定性并及时反馈去指导施工。当施工信息给出不稳定征兆时，应检查是否是由于工序不当所造成的，根据具体情况制定对策，采取措施（如暂停开挖、改变施工工序、及时喷锚、尽快封闭、加强初期支护、二次衬砌紧跟施作等），促使支护结构趋于稳定。

（4）增强初期支护设计参数的确定

遇下列情况之一，将立即采取补强措施，改变施工方法或设计参数，增强初期支护：

①隧道开挖后，工程地质和水文地质、围岩类别比设计的要差；

②喷射混凝土层裂缝多、裂缝大或不断发展；

③实测位移值超过规定的允许值或类似条件下的隧道位移值；

④位移速率无明显下降，实测位移值已接近规定的允许值，位移量可能超过预留变形量；

⑤稳定性特征出现异常状态。

（5）降低初期支护设计参数的确定

遇到下列情况之一，应改变设计参数，适当减弱初期支护：

①确认围岩类别、工程地质及水文地质条件比设计有明显好转或有具体工程类比；

②初支未全部完成，位移已收敛，达到施作二次衬砌的指标；

③初期支护全部施作完毕，位移量远小于规定允许位移值。

（6）隧道监控量测结果出现异常时，按以下方法处理：

①如果是由于基底下沉引起的，尽快仰拱封闭，如仍然下沉，在墙角处加设锚杆，复喷砼并在基底钻孔注浆加固。

②如果是由于偏压引起的；复喷射砼，加设锚杆。

③如果是由于围岩压力引起的；可多次复喷并用锚杆加固围岩，补强初期支护。在下一循环施工时，修改支护参数，增强初期支护，同时增大观测频率，及时施作二次衬砌，必要时采用加强衬砌。

5 灾害事故应急措施

5.1 涌水事故应急措施

⑴突然遇到大面积渗漏水时，立即令工人停止工作，撤至安全地点，同时对出水部位、水量大小、变化规律、水的浑浊程度等进行观测记录，采取必要的防护措施，并上报监理部。

⑵在爆破作业后突然发生特大涌水，作业人员立即停止作业，启动报警系统，按照之前演练的逃生路线立即撤出洞外。

⑶在开挖作业过程中发生特大涌水，开挖工作面人员应立即逃出洞外，同时启动报警系统，迅速切断电源，启动应急照明，当涌水量较大时，可利用事先准备的救生圈、皮划艇等进行逃生。

⑷发生涌水事故后及时上报相关单位，对遇险、受伤人员及时救治，涌水保持稳定后，利用大功率抽水设备抽排水。

⑸在涌水量及水压降低后进行机械设备的抢救。

5.2 塌方事故应急措施

⑴立即停止施工，作业人员全部撤出，同时清点施工人数。

⑵必须按照事故分级规定迅速向上级有关单位报告，并立即启动施工单位的应急预案实施救援。

⑶当隧道塌方造成人员被困时，首先及时组织人员调查分析塌方发生的部位、规模、被困人员避难位置等情况，随后制定科学合理的救援方案，防止二次灾害发生，条件具备时可选择从联络通道、隧道侧面等处快速开挖一个断面合适的小导洞，将被困人员尽快救出。

⑷在开挖救援小导洞的同时，利用高压风管等现有条件继续与洞内被困人员保持联系，并向洞内供风、供氧、供应食物及药品。

⑸被困人员救出后有专业医护人员及时现场救治。

5.3 火灾事故应急措施

⑴火灾发生后，立即启动报警系统。

⑵起火初期，当火势不大，未对人与环境造成较大威胁时，运用平时培训演练的技能，就近采用灭火器、水管等消防器材第一时间将火扑灭。

⑶当火势失去控制时，先判明方向，迅速判定危险地点和安全地点，组织作业人员沿逃生路线逃至洞外。

⑷及时上报事故情况，对遇险、受伤人员组织急救。

6 质量保证体系及框图

成立质量管理领导小组，项目经理及总工程师分别任正、副组长，成员由质量、施工技术、设备物资、计划财务等部门负责人及各施工队长组成。质量保证体系框图见图6-1。

质量检查工程师直接对项目经理和总工程师负责，行使监督权、检查权和质量检查否决权，具体职责如下：

6.1、协助项目经理、总工程师组织制定完整的质量保证计划、工作程序，

统一制定质量记录和验收表格。

图6-1 质量保证体系框图

6.2、对质量保证计划的贯彻执行进行定期检查和监督，并提出改进措施。