新建蒙西至华中地区铁路MHSS-7标段九岭山隧道岩爆地段施工专项方案
中铁十九局集团蒙西华中铁路MHSS-7标段项目经理部
二O一六年四月
新建蒙西至华中地区铁路MHSS-7标段九岭山隧道岩爆地段施工专项方案
编制:
审核:
批准：
中铁十九局集团蒙西华中铁路MHSS-7标段项目经理部
二0一六年四月
目录
1.编制依据 (1)
2.编制原则 (1)
3.编制范围 (1)
4.工程概况 (1)
4.1设计概况 (1)
4.2工程地质条件 (2)
4.3水文地质条件 (3)
5.九岭山隧道岩爆地段施工原则 (3)
6.九岭山隧道岩爆地段专项施工方案 (4)
6.1岩爆地段总体施工方案 (4)
6.1.1监控量测 (4)
6.1.2超前地质预报 (5)
6.1.3超前锚杆施工 (6)
6.1.4钻爆施工 (9)
6.1.5锚喷初期支护 (9)
6.2高地应力围岩段施工预测及施工措施 (15)
6.2.1预测 (15)
6.2.2施工措施 (16)
6.3劳动力组织 (19)
6.4机械设备配置（每工作面） (19)
6.5质量控制要点 (19)
6.6安全措施 (20)
6.7其他安全保证措施 (20)
6.7.1重视劳动保护工作 (20)
6.7.2劳动保护用品配备 (20)
6.7.3完善劳动安全卫生设施 (21)
7成立九岭山隧道施工安全应急小组 (21)
7.1施工安全应急小组: (21)
7.2应急安全小组职责： (22)
8.施工风险管理组织机构及相应的职责 (22)
8.1施工风险管理组织机构 (22)
8.2施工风险管理职责 (22)
9. 安全应急预案 (23)
9.1应急预案的方针与原则 (23)
9.2危险源分析 (23)
9.3应急方案 (24)
9.3.1预防坍塌、掉块 (24)
9.3.2高处坠落 (25)
9.3.3机械伤害 (25)
9.4应急物资 (26)
9.5应急电话 (26)
九岭山隧道岩爆地段专项施工方案
1.编制依据
⑴国家、铁道部现行的铁路工程建设施工规范、验收标准、安全规程等。
⑵九岭山隧道施工图设计文件。
⑶《蒙西华中铁路九岭山隧道指导性施工组织设计》(修改）
⑷《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2003）
⑸当前铁路建设的技术水平、管理水平和施工装备水平
⑹九岭山隧道现场办公会议纪要、蒙华铁路重点隧道工程技术方案优化专题会议精神及变更设计图纸。
2.编制原则
⑴遵循设计文件的原则。
⑵遵循“安全第一、预防为主、综合治理”的原则。
⑶遵循节约资源和可持续发展的原则。
⑷遵循科学、经济、合理的原则。
⑸遵循引进、创新、发展的原则。
⑹遵循“六位一体”管理的原则。
⑺遵循施工生产与环境保护同步规划，同步建设，同步发展原则。
3.编制范围
新建蒙西至华中地区铁路煤运通道MHSS-7标段九岭山隧道工程。
4.工程概况
4.1设计概况
九岭山隧道位于江西省宜春市境内，起于铜鼓县小水村附近，止于宜丰县黄岗镇。隧道结构形式为单洞双线，进口里程DK1680+696，出口里程DK1696+086，隧道全长15390m，主要不良地质有断层破碎带（断层6条，节理密集带4条）、岩爆、软岩大变形、地热等。隧道Ⅱ级围岩8805m，III级围岩4520m，Ⅳ级围岩1492m，Ⅴ级围岩573m，Ⅱ、III、Ⅳ、Ⅴ级围岩分别占全长的57.21%，29.38%，9.69%，3.72%；
1#斜井位于线路前进方向左侧，采用双车道断面，斜井与隧道正洞交于DK1685+000处，斜井与1线线路中线大里程方向交角143°25′24.5″，斜井综合坡度为9.33%，井口里程X1DK1+707，斜井斜长1713.4米；
3#斜井位于宜丰县黄岗镇汪家槽村，线路左侧，采用双车道断面，斜井与隧道正洞交于DK1691+600处，斜井与1线线路中线大里程方向交角60度，斜井综合坡度为9.15%，井口里程X3DK1+607，斜井斜长1613.7米。
隧道正线为单洞双线、两座斜井设计为无轨运输双车道，按照新奥法设计，洞身结构为初期喷锚（必要时加钢架）支护、复合式衬砌（洞口段、洞内软弱围岩段、三叉口处）；辅助措施有：超前注浆小导管、3m 帷幕注浆、5m帷幕注浆、3m径向注浆、5m超前注浆等。
4.2工程地质条件
隧道区为中低山区，山体陡峻，流水侵蚀切割剧烈，地形起伏较大，自然陡坡度约30°～60°，相对高差1000m左右，隧道最大埋深约862ｍ，山坡植被多为松树林及灌木丛，自然坡度为20°～30°。
九岭山隧道进口段表层覆盖粉质黏土，黄色，硬塑，厚约 1.1m,下伏基岩为花岗岩、花岗闪长岩，褐黄色，全风化，层厚约10m；出口段表层覆盖粉质黏土，黄色，硬塑，厚约1.1m，谷地表层为粉质粘土，褐黄色，软塑，厚0~6m，下伏基岩为花岗岩、花岗闪长岩，褐黄色，全风化，层厚约24.5m。
4.3水文地质条件
隧道区地下水类型包括第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，受大气降水补给，向低洼处排泄。由于山体切割强烈，沟谷纵横，地下水径途径较短，受大气降雨影响较大。
5.九岭山隧道岩爆地段施工原则
九岭山隧道属于地下工程，是典型的地质工程，具有隐蔽性、复杂性和不可预见性的特征。由于工程地质勘查的局限性，决定了勘测阶段的地质资料难以达到与实际地质情况完全一致，因此施工时必须采取地质调查、地质素描结合超前地质预报系统等综合手段，尽可能保证对前方开挖的地质情况做到心中有数，才能保证施工安全。
九岭山隧道不良地质段施工按照“短进尺、光爆破、弱爆破、先护顶、强支护、早成环”的原则，稳步前进。
岩爆隧道施工应遵循以下原则：
①适当控制循环进尺。
②采用光面爆破或预裂爆破技术，使隧道周边圆顺，降低岩爆发生的强度；严格控制装药量，减少对围岩的扰动。
③采用喷射机械手进行网喷纤维混凝土。
④在拱部及边墙布置预防岩爆的短锚杆，锚杆长度宜为2m左右，间距宜为0.5~1.0m，挂网喷射纤维混凝土。
6.九岭山隧道岩爆地段专项施工方案
针对九岭山隧道岩爆地段的实际情况，制定了专项施工方案如下：结合施工现场生产要素及施工生产能力，按照“短开挖、光爆破、弱爆破、早支护、快封闭、勤量测、速反馈”的施工原则，在岩爆地段采用提前部分释放围岩应力，超前预支护，开挖轮廓圆顺，及早喷锚支护进行施工。
6.1岩爆地段总体施工方案
九岭山隧道DK1685+640～DK1688+200段、DK1691+140～DK1692+160、三号斜井X3DK0+000～+340段，可能存在低岩爆现象，隧道洞身DK1688+200～DK1691+140段极可能有中等岩爆发生。
隧道岩爆地段，应遵循以防为主，防治结合的原则，对开挖面前方的围岩特性，水文地质情况等进行预测预报，发现有较强烈岩爆存在的可能性时，应及时研究施工对策，做好施工前的准备。
6.1.1监控量测
初期支护完成后，在拱顶、拱脚及边墙的内轨顶面标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。测试元件用φ12圆钢加工而成，每根元件长25cm，锚入初期支护体20cm，外露5cm，以防震动影响量测结果。量测点每隔5m布设1组。水平收敛量测采用收敛仪进行观测。量测初始读数在2h内进行，量测频率开始6h观测1次，然后根据变形量的减小而减小量测频率，即12h、24h、48h、72h、168h，根据量测结果及时
进行数据分析、及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全。
弱爆破开挖可减小对围岩的扰动，有效控制超欠挖。超前锚杆预支护，可以大量减少拱部围岩的掉块，保证了施工安全、质量和进度。通过现场监控量测，给施工提供可靠的数据，来指导施工，根据量测的结果及数据分析进行相应的施工方法调整。
6.1.2超前地质预报
根据隧道工程实际地质条件、施工方法及施工工艺，我标段联系了具有相关资质的单位进行超前地质预报监控，对隧道围岩进行超前地质预报，及时向我标段提供书面地质预报情况，我标段结合地质预报内容，及时调整施工方法、施工工艺，确保隧道安全施工。
具体采用TGP203地质预报系统、探地雷达、超前钻孔探测及地质素描等综合地质预报技术，长距离预报与短距离预报相结合，预测开挖工作面前方一定范围内的工程地质。施工中将超前地质预报工作纳入施
图6-1-1 综合超前地质预报示意图
⑴辅助探测方法
①地质调查法：包括地表补充地质调查、全洞洞内开挖工作面地质素描和全洞洞身地质素描。
②超前水平钻探法：在富水软弱断层破碎带、富水岩溶发育区、重大物探异常区等复杂地质条件地段必须采用超前水平钻探，且超前钻探必须设置防突装置。
在超前地质预报异常带的前方30m掌子面中上部采用超前冲击水平钻孔验证前方地质情况，钻孔深度应超过异常带不少于10m。钻孔孔径为89mm，两次钻孔之间搭接长度5m。钻孔深度不小于60m；必要时在地质复杂地段采用回转取芯钻取芯鉴定断层破碎带的物质成分及岩土强度，超前回转取芯钻水平钻孔在距离超前地质预报异常带30m的掌子面布设1~3孔，并设置一定的外插角探测。
⑵物探法
①地震波反射法：在主要的断层破碎带、宽大节理密集带、喷出岩接触带及其他接触带的前方100m，根据现场开挖的具体实际情况，采用超前地质预报系统或同等性能的仪器进行连续不少于2次探测，每次探测距离为100m。
②地质雷达：隧道遇到灰岩地段时，采取地质雷达对掌子面及基底岩溶进行探测，掌子面探测一般30m一次，必要时辅助钻探进行验证。
6.1.3超前锚杆施工
本隧道岩爆地段拱部采用超前锚杆进行超前预支护，超前锚杆采用风枪或钻孔台车进行钻孔。施工工艺流程见图6-1-2。超前锚杆施工见图6-1-3。
⑴锚杆制作
按设计要求将螺纹钢筋加工成设计长度的锚杆，并在一端车丝。
图6-1-2 超前锚杆施工工艺流程图
图6-1-3 超前锚杆施工示意图
⑵钻孔
用风钻或凿岩台车钻孔，钻孔前确定锚杆方向和夹角，保证锚杆角度正确，钻孔时控制用水量以防坍孔。
⑶注浆
利用注浆泵往孔内注入早强砂浆。注浆时将搅拌好的砂浆装入注浆器并充满管路，并将注浆管插入孔中，使管口离孔底10cm间隙，开进风阀门，用高压空气将水泥砂浆压入孔中，注到孔深的2/3以上时停止注浆，有插入的钢筋将孔内砂浆挤出填满为止。注浆过程中要始终保持罐内有足够的砂浆。尤其是最后一根锚杆，防止高压风将孔中砂浆吹掉，并确保安全。
⑷锚杆安装
锚杆钢筋在使用前应较直和清楚污锈并用水湿润，以保证和砂浆紧密结合。先注浆后插入锚杆，先将钢筋头部加工成扁铲形，以利于减少阻力并增大锚固力；插入钢筋时，要沿孔轴线缓慢推入。如遇插入阻力大，可用锤子轻轻打入。
⑸在施作超前锚杆前应注意：
第一，喷3～5cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙，防止岩石脱落；
第二，准确测量隧道中心线和高程，并按设计标出超前锚杆的位置，误差±15mm；
第三，用线绳定出隧道中心面，随时用钢尺检查钻孔或推进超前锚杆的方向，以控制外插角达到设计标准；
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。
6.1.4钻爆施工
钻爆作业是隧道施工控制工期、保证开挖轮廓的关键。为了充分发挥围岩的自承能力，减轻对围岩的振动破坏，衬砌结构受力达到最佳状态，提高防水板铺设效果，本隧道采用微振动控制光面爆破技术，并根据围岩情况及时修正爆破参数，达到最佳爆破效果，形成整齐圆顺的开挖断面，减少超挖，杜绝欠挖。
预裂爆破和光面爆破的参数设计一般采用工程类比法，并通过现场试验最终确定。钻爆施工详见《九岭山隧道钻爆施工专项方案》。
6.1.5锚喷初期支护
设计初期支护参数：拱部系统锚杆采用2.5m／根的普通砂浆锚杆，局部设置，喷射混凝土厚7cm。
根据岩爆情况，及时调整锚喷初期支护，采用喷射机械手进行网喷纤维混凝土，厚度不小于10cm；在拱部及边墙增加预防岩爆的短锚杆，采用摩擦型（缝管式）锚杆，长度为2m，间距为0.5m~1.0m；全断面增设φ6.5钢筋网片。
6.1.5.1喷射砼施工工艺
喷混凝土采用湿喷技术，在洞外由混凝土拌和站拌好，通过混凝土搅拌运输车向洞内送料，空压机供风。喷射混凝土施工程序详见下图。
⑴原材料要求
砂选用颗粒坚硬、干净的中、粗砂，符合国家二级筛分标准，细度模数大于2.5，含水率控制在5-7%；碎石选用坚硬耐久、最大粒径不大于15mm的碎石；水泥用普通硅酸盐水泥；使用的外加剂主要有减水剂、防水剂、速凝剂、膨胀剂及硅粉等。
减水剂的主要作用是减少混凝土的用水量，由于湿喷混凝土坍落度指标的要求，使水灰比较大，这样水泥水化后多余的水要蒸发，使喷层出现“干裂”现象，从而降低了喷层强度和抗渗性，因此在拌合混凝土时一般要掺入高效减水剂，使湿喷混凝土在加水量较小的情况下，提高其和易性和流动性；减水剂在混凝土拌合物中能与水泥的水化产物作用生成不溶性凝胶，阻塞混凝土的毛细管道，同时该凝胶所产生的微膨胀性还可部分抵消混凝土硬化所产生的干缩；速凝剂的作用主要是当混凝土的料束粘到受喷面后必须尽快凝固，一方面可以防止由于混凝土物料的堆集而呈块状掉落，减少回弹量，从而增加喷层厚度，另一方面是为了发挥喷混凝土的早强作用，尽快形成支护能力，保证结构的安全，使用液态速凝剂；加入硅粉主要是提高混凝土的抗渗性和耐久性。
速凝剂、减水剂、粘稠剂等外加剂均选择质优、性能优良的产品。速凝剂在使用前，要做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验，使用中初凝时间应小于5min，终凝时间小于10min。
⑵湿喷混凝土的施工方法
根据设计要求和地质围岩状况，喷射混凝土分为：素喷、锚喷、素纤维网喷，均采用湿喷作业技术。
混凝土喷射机安装调试好后，在料斗上安装振动筛（筛孔10mm），以避免超粒径骨料进入喷射机；喷射前首先要对岩面进行修整，清除松动岩块，对个别欠挖突出部分进行凿除、对个别超挖部分用喷射混凝土喷混补平；用高压水将岩面冲洗干净，对遇水易潮解的岩层，则用高压风清扫岩面；检查喷射机工作是否正常；要进行喷射试验，一切正常后可进行混凝土喷射工作。
混凝土喷射送风之前先打开计量泵（此时喷嘴朝下，以免速凝剂流入输送管内），以免高压混凝土拌合物堵塞速凝剂环喷射孔；送风后调整风压，控制在0.15～0.2MPa之间，若风压过小，粗骨料则冲不进砂浆层而脱落，风压过大将导致回弹量增大。可按混凝土回弹量大小、表面湿润易粘着力度来掌握。喷射压力根据喷射仪表反馈的信息及时调整风压和计量泵，控制好速凝剂掺量。
为保证喷射混凝土的厚度和质量，喷射混凝土分二次完成，即初喷和复喷。喷射混凝土采用湿喷工艺。喷射料由洞外的混凝土拌和站拌和，混凝土输送车运输。
初喷在刷帮、找顶后进行，喷射混凝土厚度4～5cm，及早快速封闭围岩，放炮后由人工在渣堆上喷护。
复喷是在初喷混凝土层及加固后的围岩保护下，完成立拱架、挂网、锚杆工序的作业后进行的。采用湿喷工艺，由喷射机械手施工。采用湿
喷工艺可以减小回弹量及粉尘，减少环境污染。
喷射混凝土分段、分片、分层进行，由下向上，从无水、少水向有水、多水地段集中，多水处安放导管将水排出。施喷时喷头与受喷面基本垂直，距离保持1.5～2.0m 。设格栅钢架时，钢架与岩面之间的间隙用喷射混凝土充填密实，喷射顺序先下后上对称进行，先喷钢架与围岩之间空隙，后喷钢架之间，钢架应被喷射混凝土所覆盖，保护层不得小于4cm 。喷前先找平受喷面的凹处，再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径约30cm ，力求喷出的混凝土层面平顺光滑。喷锚施工顺序见图6-1-5。一次喷射厚度控制在拱部不得超过6cm ，边墙不得超10cm ，过每段长度不超过6m ，喷射回弹物不得重新用作喷射混凝土材料。新喷射的混凝土按规定洒水养生。
图6-1-5喷锚施工顺序图
回弹量的多少取决于混凝土的稠度、速凝剂的使用、喷射技术骨料级配等多种因素。施工时要将边墙部分回弹率控制在15%以内，拱部回弹率控制在20%以下。施工前制定相应的作业指导书并在施工中根据实际情况不断完善。在实际工作中尽快摸索掌握有关工作风压、喷射距离、送料速度三者之间的最佳参数值，使喷射的混凝土密实、稳定、回弹最小。必要时，在混凝土中掺加硅粉或粉煤灰，以增加混凝土的和易性而
a边墙
b拱部
减少回弹。
6.1.5.2钢筋网施工
钢筋网施工工艺流程见图6-1-6
图6-1-6钢筋网施工工艺流程图
⑴钢筋网施工
钢筋网按照设计要求加工成方格网片，纵横钢筋相交处可点焊成块。钢筋网一般在初喷混凝土、锚杆完工之后安设，施工时运至工作面进行敷设，网片要紧贴初喷面，混凝土保护层厚度必须满足设计要求。网片与网片间、网片与锚杆间要焊接牢固。
⑵技术要点
钢筋必须经试验检测性能合格；使用前要作钢筋除锈和去污处理；钢筋网节点与锚杆间采用电焊焊接牢固，网片间用铁丝扎紧或焊接，在喷射作业时不得走动；钢筋网铺设随混凝土初喷面起伏，并与壁面接触密实；复喷混凝土后，将钢筋网完全覆盖，钢筋网不得外露，而且要有3～5cm厚保护层；复喷后喷混凝土面应平整。
6.1.5.3砂浆锚杆
初期支护施工流程图见图6-1-7，砂浆锚杆施工工艺流程见图6-1-8。
普通砂浆锚杆采用φ22螺纹钢筋现场制做，长度根据围岩状况及设计确定，间距不大于杆长的二分之一，系统锚杆呈梅花形布置。砂浆锚杆锚杆采用锚杆钻机或风动凿岩机钻孔，机械配合人工安装锚杆，水泥
砂浆终凝后安设孔口垫板。钻孔直径大于锚杆直径15mm，然后采用砂浆锚杆专用注浆泵往钻孔内压注早强水泥浆，砂浆配合比（质量比）砂灰比宜为1:1～1：2，水灰比宜为0.38～0.45，采用早强水泥，并掺早强剂。
图6-1-7 初期支护施工流程图
注浆开始或中途超过30min时应用水润滑注浆管路；注浆孔口压力不得大于0.4MPa;注浆时注浆管要插至距孔底5～10cm处，随水泥浆的注入缓缓匀速拔出，随即迅速将杆体插入，锚杆杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。若孔口无砂浆溢出，要将杆体拔出重新注浆。
图6-1-8砂浆锚杆施工工艺流程图
6.2高地应力围岩段施工预测及施工措施
高地应力区域施工，易发生塌方和岩爆等变形破裂现象，当围岩级别较高，质地坚硬、干燥无水时，极易发生岩爆，当围岩级别较低时，易发生软岩变形并引起塌方。
6.2.1预测
1、地质预报：当隧道埋深较大时，每一开挖循环结束后，进行一次地质调查，绘制开挖工作面的地质素描图和地质展示图，根据地质调查结果，进行地质预报。
2、岩体二次应力场现场测试：采用钻孔应力解除和应力恢复测试方法，分段对洞壁及掌子面现场测定围岩表层岩体二次应力场。同时进行现场岩石点荷载强度试验，利用洞壁切向应力洞壁岩石单轴抗压强度Rb 来预报岩爆和判定等级。
6.2.2施工措施
1、岩爆基本特点：
（1）岩爆在发生前，并无明显的预兆，虽然经过仔细找顶，并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。在没有支护的情况下，对施工安全威胁极大。
（2）岩爆时，石块由母岩弹出，呈现中间厚、周边薄、不规则片状。
（3）岩爆发生的地点，多在新开挖工作面及其附近，个别距开挖工作面较远；岩爆发生的时间，多在爆破后2~3小时内，有的部位还可产生二次岩爆，一般在爆破后10~12小时内。
2、施工支护和安全防护
增设临时防护设施，对靠近开挖工作面，易发生岩爆区段的主要施工机械安装防护网和防护棚架，施工人员配发钢盔和防弹背心，掌子面加挂钢丝网。
根据地质预报和现场测试结果分析，对可能发生岩爆地段喷钢纤维砼，钢纤维掺量5%左右，喷层厚度5~8cm，对于轻微光爆可能效预防，以确保表层能够承受较大变形而不改开裂。
对于中等岩爆地段，采用锚杆加固岩体，同时改变洞壁岩体的应力状态，改变岩爆的触发条件，控制岩爆发生的前两阶段的发展，从而防止岩爆的发生。锚杆施作应及时，长度为2m为宜，间距视现场岩爆情况而定，在中等和强烈岩爆区，除了安装系统锚杆外，再配合网喷或喷钢纤维砼等综合防治手段，以控制岩爆的强烈程度，当岩爆特别严重时，