木兰隧道不良地质作业指导书第一章工程概况一、木兰隧道概况木兰隧道位于湖北省武汉市黄陂区境内，隧道穿越武汉市风景旅游区木兰天池，线路里程为DK1117+801 ～DK1122+502 ，全长4701m ，其中DK1117+801 ～+820 为明洞，隧道最大埋深为320m 。

进出口浅埋段、岩体破碎易失稳坍塌；褶皱较发育，基岩产状变化较大，岩质软弱，裂隙发育，岩体破碎，进口左侧有一顺层岩层，洞身有一断层破碎带宽30m。

DK1118+250～DK1118+285为断裂及其影响带，岩体破碎，导水性和富水性较好，且本段为浅埋隧道，处于冲沟之下，隧道开挖过程中可能产生突水。

二、木兰隧道地质构造隧道区褶皱构造较发育，出露最老地层为下元古界红安群七角山组云母片岩及石英片岩，岩性以DK1118+270附近张性断层分界，岩层片理产状151°~211°∠31°~45°，在横断面上的视倾角为10°~36°（面对大里程方向），隧道进口右侧边坡及出口仰坡存在顺层的问题。

隧道洞身呈背斜构造。

据地表测绘统计隧道区内主要发育2组节理：（1）垂直节理，节理走向70°，1条/m，微张，延伸长5~6m；（2）垂直节理，节理走向25°，1条/m，密闭，延伸长约1m；（3）55°∠35°，1条/m.深部节理l裂隙多为紧闭裂隙，裂隙延长长度一般大于0.5m。

岩体呈中层状，少量呈碎块、碎片状。

洞身岩体较破碎~较完整，部分地段构造/节理裂隙发育，岩体破碎，易造成隧道坍塌。

三、地震动参数根据1：400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），隧址地震动峰值加速度<0.05g，地震动反应谱特征周期值为0.35s。

四、水文地质特征表一木兰隧道分段水文地质条件评价根据上述分析，隧道主要可能涌水部位分布在构造发育区、沟谷溪流发育区或有一定汇水面积的隧道浅埋区。

此外，构造裂隙水主要富集在节理密集带、断裂带，往往呈带状储集，多具静态储量性质，当隧道开挖至富水带厚易产生小规模的静态水突水释放，对施工造成一定程度的影响。

五、隧道工程地质条件表二隧道围岩分级及主要工程地质问题分析34第二章突水及突泥地段施工一、施工方法根据设计文件，断层破碎带及向斜核部预测水压较大、极可能产生严重突水、突泥地段，预测地下水压力 1.0~2.0MPa，采用超前预注浆进行预支护。

此类地段节理裂隙水，水源丰富，补给充分，围岩渗透性较好，地下水压力大于常压，极易造成突水突泥等地质灾害。

为防止这一灾害，此类地段采用5m（3m）超前预注浆进行预支护。

超前预注浆的原理：沿隧道开挖轮廓线（含底部）按轴向辐射状布孔（开挖面中心也布孔），进行全断面全封闭深孔注浆固结止水，使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，达到加固岩体效果，保持围岩稳定，增强施工安全。

二、施工工艺(1)施工程序（见施工程序图）(2)超前地质预报对于构造复杂、水量丰富的地层，必须准确预报工作面前方20～50m范围的工程地质和水文地质情况，以便为制定施工方案和确定注浆参数提供依据。

①钻孔方法：利用液压钻孔台车或YQ-100A施钻深孔，在拱顶、起拱线和隧道中下部位各钻φ76mm孔，孔深超出注浆段5m左右。

②预报内容：预测工作面前方注浆段长度范围的地质构造和岩性、地下水出露位置和水量大小，以及围岩变化情况。

③预报方法：采用钻眼排碴取样分析，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。

(3)钻孔作业①封堵墙（止浆墙）施工：首先按照注浆设计施工封堵墙，封堵墙设于开挖面后端，封堵墙厚1.5m，用C20砼灌注一次成型。

②布孔：由测工站在工作平台上，用红油漆在掌子面上按设计准确画出钻孔位置，标注编号。

③钻孔：A、钻孔时台车大臂必须顶紧在掌子面上，以防止过大颤动而影响施钻精度。

B、钻机开孔时钻速宜低，钻深20cm后转入正常钻速。

C、第一根钻杆钻完后，凿岩机与钻杆脱离，使用联接套接第二根，依次接杆直至钻到设计深度。

D、钻孔深度达到设计要求后，凿岩机后退带出钻杆，人工用卡或大扳手卡紧前杆，凿岩机反转，松开连接套卸下钻杆，按同样方法依次拆卸钻杆退出孔外。

E、注浆孔角度参数：注浆管开孔直径不小于108mm，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。

仰角、俯角、左偏角、右偏角均控制在最小4°17′21″、最大26°8′11″内。

钻孔顺序为由外向内，同一圈孔间隔施工。

④开孔孔径及深度：注浆孔用φ108mm钻头开孔，孔口管采用Ф108mm、壁厚5mm的热轧无缝钢管，管长3m。

掏孔清碴时用φ76钻头。

每一循环环注浆段长度30m，开挖长度22m，并保留8m止浆岩盘。

注浆孔间距允许误差为±5cm。

⑤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，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。

⑥台车钻孔工作参数：凿岩台车钻孔作业的推进压力2.5～4.0MPa，回转压力5.0～6.0MPa，冲击压力19～20MPa。

⑦钻进过程中遇到涌水或因岩层破碎造成卡钻时，应停止钻进，进行注浆扫孔后再进行钻进。

(4)注浆作业①注浆材料：水泥：用强度42.5MPa以上的普通硅酸盐水泥，质量应符合标准。

水玻璃：用出厂浓度42～45Bé，比重1.42～1.45，模数2.4～2.8的水玻璃原液。

拌合水：水质应符合铁路隧道拌合用水的品质指标。

②配合比控制：水灰比（W/C）为0.8；水玻璃稀释浓度为25～35Bé；双液体积比（C/S）为1：0.5～0.7。

③凝胶与凝结时间控制：为满足浆液扩散半径的要求，采用凝结时间为：一般地段3分钟，富水地段1～2分钟。

施工控制分以下三种：A、水灰比固定，水玻璃浓度不变，变换双浆比例。

当水玻璃溶液所占比例由小到大，凝胶时间则由长到短，初、终凝由慢到快。

B、水玻璃浓度不变，双液比例固定，变换水灰比。

当水灰比由小到大，凝胶时间由短到长，初、终凝由快到慢。

C、水灰比不变，双液比固定，变换水玻璃浓度。

当水玻璃浓度由高到低，凝胶时间由短到长，初、终凝由快到慢。

④注浆：连接注浆管路，用注浆泵先压水检查管路是否漏水，设备状态是否正常，然后再做压水试验，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，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作业方式：注浆顺序由外向内，注浆方式采用后退式注浆，岩层破碎易塌孔时，采用前进式注浆。

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。

⑥注浆参数：A、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，初始压力3MPa，终压4～5MPa。

单孔浆液扩散半径5m。

B、注浆速度：钻孔出水量大于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。

C、注浆扩散范围：注浆有效范围为开挖轮廓线外5.0m（局部地段为3.0m）。

D、注浆量：按注浆范围内围岩体积的5%左右考虑，实注量由钻孔压水试验确定。

（单孔注浆量V=11m3，参考值）。

2.4 注浆效果检测(1)注浆完成后，在开挖轮廓线范围内打设检查孔，检测注浆效果，每循环设检查孔5个，其中拱部2个，左右边墙各1个，底部1个，检查孔直径Φ110mm，长度约30m，平均出水量＜0.2L/min，也可采用任一孔出水量＜0.5L/min。

(2)压水检查，在1MPa压力下，吸水量＜2L/min；(3)加固体抗压强度不小于3MPa，岩体RQD指标达到75~80。

(4)满足上述条件，则认为注浆达到效果后方可进行开挖。

施工程序图见下页：施工程序图第三章断层破碎带地段施工一、施工方法木兰隧道断层破碎带段采用Φ42超前小导管预支护施工技术，局部地段采用3m围岩径向注浆。

二、施工工艺1、超前小导管施工1.1工艺原理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。

1.2小导管及注浆设计采用4.5m/根的Φ42mm小导管布设在拱部，外插角5°～10°，环向间距38cm，纵向环距3.5m，即每施作一环小导管，开挖支护3.5m；压注1：1水泥浆液，采用42.5普通硅酸盐水泥。

有时根据围岩情况，可在浆液中掺水泥用量3～5％的45Bé水玻璃，以缩短浆液的胶化固结时间，控制浆液的扩散范围。

1.3施工要点(1)小导管采用热轧无缝钢管制成，壁厚3.5mm，在前部钻注浆孔，孔径10mm，孔间距15cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，以利于小导管推进和浆液渗入破碎岩体；尾部不钻孔长度不小于30cm，作为止浆段。

(2)小导管施工小导管打设一般采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大3~5mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出。

采用钻机顶入时，可用YT-28型风动凿岩机推送，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。

为保证小导管的支护效果，减小小导管的外插角，可在型钢腹板穿孔以便小导管穿过，钢管尾部应与钢架焊接。

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±50mm；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)注浆小导管安设后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防止工作面坍塌。

选用UB6型注浆泵注浆，采用浆液搅拌桶制浆。

注浆前应进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确，为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用群管注浆（每次3~5根）。