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

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

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

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5.0～6.0 Mpa，冲击压力1.9～2.0 Mpa。

（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。

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。

（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。

对断层破碎带开挖，采用短进尺、微台阶法施工，台阶长度控制在3～5m，辅之以锚喷网支护。

衬砌施工仰拱紧跟，以稳定地层。同时，根据围岩量测结果及时指导二次衬砌施作，采用泵送砼拱墙一次性整体浇筑，施工缝处设止水条。

9．岩爆防治技术措施

根据招标文件地应力测试结果，隧道地应力高达32Mpa以上，以水平地应力为主。洞身通过较长段落的闪长岩、安山岩，岩质较硬，性脆，贫水，且埋深大，施工中可能出现岩爆。

（1）岩爆发生机理

岩爆的发生过程实际上就是围岩应变能的释放过程。其基本原因是由于隧道开挖使原来储存在围岩中的应变能急剧释放而形成的。应力重分布后，当岩体应变能量达到一定值之后，岩体的抗拉、抗剪能力不足以承受应力重分布后的拉应力和剪应力时，岩体就释放应变能，从而发生岩爆。

（2）岩爆的防治技术措施

1）喷洒高压水

爆破后立即向开挖面及其以后约15m范围内隧道周边喷洒高压水，以适当改变岩石物理力学性质，降低岩石脆性，达到减弱岩爆烈度的目的。 2）加强临时支护

对中等程度的岩爆一般采用系统锚杆加固围岩，先喷一层钢纤维砼，防止岩块爆落，并及时铺设钢筋网、施作锚杆。利用系统锚杆的组合作用，改善围岩的应力状态，避免产生较大的局部应力集中，从而达到降低诱发表面岩爆的可能性。岩爆较严重地段的工作面设超前锚杆，可有效地防止或减弱岩爆烈度及围岩剥落或弹射现象。岩爆严重或特别严重地段，采用加密锚杆、挂网、网喷及钢支撑相结合的联合支护方法，以提高结构的整体支护能力，防止岩块突然弹射或剥落。

3）改善施工方法

预先在工作面有可能发生岩爆的部位有规则的打一些空眼，不设锚杆使其适当释放应力，阻止围岩极限应力的发生。

岩爆严重地段，将全断面开挖改为分部开挖，以使应力逐步释放，达到降低岩爆程度的目的。将深孔爆破改为浅孔爆破，缩短循环进尺，减少一次用药量。拱部采用小药卷光面爆破措施，减少对围岩的爆破破坏，控制爆破裂隙的生成。在工作面附近洞壁上打一些深孔（也可利用炮眼和锚杆孔），向岩体深部注高压水，使水渗透到岩石内部的裂隙，致使岩石强度和弹性模量降低，提高其塑性变形能力，减缓岩爆。解除超前应力：在工作面周边拱线处钻两排孔，间隔装药，与工作面同时起爆，以便在拱部2～3m以上岩体内部形成一个爆破松动圈，截断岩体内部应力集中，从而减少洞室岩体的切线应力，借助岩体本身形成一种支护层。

4）增设临时防护设施

给施工人员配发钢盔、防弹背心；对主要施工设备安装防护棚架或防护网；工作面架设移动防护网，防止岩块飞出，有效保护人员和设备安全。 5）加强现场检测和警戒

组织专人全天候巡视警戒和监测，听到围岩内部有闷雷似的响声时，尽快撤离人员和设备。

6）综合防治

因目前对岩爆尚无准确的预测方法和特效的防治措施，某种单一的方法可能难以奏效。因此，针对实际情况采取综合防治措施就显得十分必要。施工中同时选用上述数种防治措施进行综合防治，使岩爆造成的损失降低到最低限度。根据岩爆资料分析，岩爆多发生在爆破后0.5～3.0h内，此时段内应特别注意。

10．热害防治技术措施

根据招标文件提供的资料，隧道通过地段最大海拔高程3600m，最大埋深1100m。根据钻孔井温测试结果，井温未出现异常，孔底温度为10.6～12.8℃，地温梯度为1/36～1/46，初步估算隧道最大埋深处原岩温度低于28℃，该温度接近于规范规定的临界值。

对于热害的防治，主要是采取加强通风、注浆堵水和喷洒水雾等措施来实现。在热害不很严重时，加强通风是改善洞内温湿条件的一个最简便易行的方法。风机功率要满足通风需要，通风系统要布置合理，要提高工作面的风速，增强局部通风强度。在富水地段，地下水从围岩中获取热量，对洞内温度有很大影响。因此，对地下水隔离和控制是非常必要的。施工中可在砼中添加防水剂，进行注浆堵水等，以达到隔离和控制地下水的目的。在洞内高温段喷洒水雾，必要时在洞内设置移动式空调机降温。

11．瓦斯防治技术措施

根据招标文件提供的资料，乌鞘岭隧道穿过三叠系含煤地层，含煤地层长度达6915m，煤层厚度为0.2～1m不等。虽然预测含煤地层中不会发生大规模的瓦斯涌出，但由于洞身长，稀释和排放瓦斯的主要手段通风相对困难，所以一旦出现瓦斯涌出或突出，无疑将会酿成灾难性的后果。

由于上述原因，为了确保安全，以防万一，隧道在通过含煤地层时应按瓦斯隧道予以防治。

（1）超前预报与钻探

根据地质预报并参考设计图提供的煤系地层位置，在接近煤层时，每次掘进都用5m钻杆进行超前探测，直至探明煤层位置和瓦斯情况，探测孔不应少于2个。每次放炮不得超过3m，使工作面始终保持距煤层2m以上的安全岩柱。

时，禁止打眼、装药、放炮；瓦斯浓度达到1.5%时，撤人、停电、通风。

12

N2，CO2等有害气体对施工人员的影响。《铁路隧道施工规范》规定，隧道里有害气体最高允许浓度为：氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3，二氧化碳气体不得大于0.5%。要使洞内空气符合上述标准，最简单有效的办法是加强通风，使工作面保持足够的风量和风速，及时置换洞内的空气。除此以外，还应采取超前探测、排放、加强检测、注浆止气和衬砌气密性砼等措施。

（1）超前探测、排放

利用地质超前探测手段，探明工作面前方是否有气囊裂隙。对探测出的裂隙发育，连通性好的含气层，用ZY-150型钻机进行超前钻探，判断有害气体的性质和涌出情况，并通过钻孔排放有害气体。每循环用风枪对前方5m进行探测，判断是否有气体涌出及涌出气体性质。

（2）检测

利用光干涉瓦斯检测仪（可同时检测CO2）和“四和一”有害气体检测仪，测定出各种有害气体浓度。当有害气体浓度超限时，可暂时撤出施工人员，经通风把有害气体降至安全标准以下后，再恢复施工。

（3）注浆止气

在有害气体含量高的地段，利用小导管注浆封闭周边围岩裂隙，防止有害气体渗漏。作业时，使用Φ42钢管钻梅花孔，管长5m，沿开挖周边以5°外插角钻孔，风枪把注浆管推入孔中，孔口用锚固剂堵塞缝隙。注浆用水泥-水玻璃双液浆掺BR增加性防水剂，配合比为水：水泥：水玻璃：防水剂＝1:1:0.67:0.256，注浆压力0.7MPa。

（4）使用气密性砼

在有害气体含量高的地段，可采用全封闭复合式衬砌。即在隧道底部或仰拱底部铺设橡胶防水板，并与洞身拱墙防水板构成封闭圈，再二次模

筑气密性砼。气密性砼的渗透系数小于1.0×10－11cm/s，以阻止有害气体进入隧道。

13．岩溶地段施工措施

大水井隧道岩溶较为发育，施工中可能会遇到溶洞、暗河，施工中针对溶对隧道的影响采取跨越、加固洞穴、截流岩溶水、清除充填物、注浆加固、回填夯实及疏排地表水等综合处理措施进行治理。

（1）岩溶水的处理

对岩溶水的处理原则是宜疏不宜堵。施工时可根据溶洞位置和水量大小采取如下处理措施：

当隧道穿过无充填物的溶洞时，可在隧道底部设置石砌暗沟，使岩溶水仍沿原有通路自行排出。

当岩溶横穿隧道底部，且岩溶水发育或存在地下暗河时，可在隧道底部设置过水涵洞或泄水洞将水排走。

（2）岩溶洞穴的处理

根据岩溶洞穴大小及洞穴与隧道不同部位的关系，采用跨越、堵塞、加固等处理措施：

(1)当隧道与溶洞相交，溶洞规模较大，且含有大量松软冲击物时，先采用长管棚对充填物进行高压劈裂注浆，使其固结后开挖。然后根据情况对隧底充填物作换填处理。无法换填时，可在二次衬砌边墙下部设置桩基础和纵、横向托梁跨越的办法通过。

(2)当溶洞与隧道洞体拱部相交，洞壁发育溶蚀裂隙有掉块落石可能时，二次衬砌前先在拱部设置钢筋混凝土护拱，其上回填一定厚度的碎石土防护层。对隧道底部先采用块石、碎石夯填密实，仰拱下部用混凝土进行加固并作整平处理。

(3)对于空间较小、形态复杂的溶洞，不便用块、碎石回填封闭，可以先采用混凝土隔墙嵌补封闭（预留孔道）后，再用压砂注浆的方法填塞。

(4)对已停止发育的干小溶洞，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石堵塞，填塞必要时注浆加固以防止塌陷。

溶洞处理方案见图3-5-4。

（3）洞穴充填物的处理

洞穴充填物的特点是松软、下沉量大、强度低、稳定性差，并可能对隧道结构安全留下隐患。当隧道穿越洞穴充填物地段时，可按不同情况采取桩基、换填、注浆、压砂等办法进行处理。