铜锣山隧道安全生产管理办法

铜锣山隧道安全生产管理办法

1.铜锣山隧道安全生产管理办法 篇一

1.1 工程概述

重庆市轨道交通六号线二期铜锣山隧道位于重庆市南岸区, 隧道进洞口在南岸区竹林湾附近, 线路出刘家坪高架站后以隧道形式穿越铜锣山向上新街车站延伸, 与轨道交通六号线一期工程起点相接。铜锣山隧道全长5 633.373m, 为重庆轨道交通第一长山岭隧道, 其中复合式TBM施工长度为2 692 m, 钻爆法施工长度为2 941.373 m。

1.2 水文地质条件

1) 水文条件。铜锣山隧道地下水类型有两种, 一种为碎屑岩类空隙裂隙水;另一种为碳酸盐岩裂隙溶洞水。地下水主要由大气降水补给, 降水经过溶隙、溶沟和落水洞贮存在溶孔、溶隙和溶蚀管道之中, 并以管道形式由北向南运移。原设计岩溶段涌水量4 302 m3/d, 雨期涌水量8604 m3/d, 实际施工过程中, 最大单孔涌水量15 000 m3/d, 水压1.3 MPa。

2) 地质条件。总体地质构造:铜锣山为狭窄的条状山脉, 顶部常见“一山二岭”或“一山三岭”, 间以石灰岩槽状谷地。隧道东西向穿越南温泉背斜, 嘉陵江组灰岩组成背斜轴, 须家河组砂泥岩组成背斜两翼, 东缓西陡, 发育F1断层。

不良地质:岩溶槽谷区长880 m, 均为高压富水区;4段较大规模煤系地层, 均被采空, 且采空区横穿整个隧道。

分段地质描述如图1所示。

2 多功能钻机及主要功能介绍

铜锣山隧道地质条件复杂、特殊地质多, 其中以高压富水段和煤矿采空区为主, 为满足特殊地质施工需要, 我们购进了日本矿研RPD-150C和RPD-75SL-H2多功能钻机各一台。其使用的主要功能:有快速长距离超前地质钻探;取芯;超前帷幕注浆止水;初期支护表面径向注浆止水;基底注浆加固、止水;超前支护;管棚作业;抢险救助。

3 多功能钻机在隧道施工中的应用

3.1 超前地质钻探

MWD施工工法:该系统通过测定、分析钻机钻孔时采集到的数据 (钻孔深度、钻孔速度、转速、扭矩、旋转压力、打击能、打击数、打击压力、推进力、送水量、排水量、送水压力、排水压力) 掌握掌子面前方的地质状况, 如:岩盘 (地质) 软硬;有无涌水;有无空洞 (溶洞) 等。

工法特点:自动采集装置采集到的数据和曲线图表可以即时反应在显示器上, 操作员可以边观测显示器的数据变化边进行钻孔作业。钻探数据可即时保存在数据卡上便于后期研究分析。

铜锣山隧道超前地质钻探每循环30 m, 拱部及拱脚两侧共施做3个探孔。结合地下水压情况, 为确保掌子面能承受地下水压及最大注浆压力, 每循环预留6 m岩盘, 搭接进行下一循环钻探。一体化的液动锤设计, 实现了各种复杂地质情况下的快速钻进, 30 m超前钻探用时2~3 h, 克服了传统设备因水压过大无法钻进等问题。

3.2 冲击式钢丝绳取芯工法 (PS-WL)

使用一个取芯器, 无需拔出钻杆就可以水平、垂直进行任何岩层的快速、连续钻孔取芯。不拔出的钻杆起到防止孔壁坍塌的套管功能, 非常适合软弱破碎岩层的取芯作业, 而且加入冲击功能后可以实现鹅卵石和砂砾层的快速取芯。取芯的过程是: (1) 钻孔; (2) 连接钢丝绳水转换器; (3) 连接取芯打捞器; (4) 用水压压送打捞器; (5) 回收取芯器; (6) 连接交换用取芯器; (7) 压送取芯器; (8) 连接钻杆并钻孔。取芯配件包括:取芯器、打捞器、钢丝绳、水转换器和卷扬机。

3.3 超前帷幕注浆堵水

1) 超前探孔出水情况介绍。此次超前探孔出水点位于南温泉背斜岩溶槽谷段, 隧道埋深260 m, 斜上方为破碎带饱水区 (纵向880 m, 横向近5 km) 。破碎带穿过饱水区与隧道相交, 同时, 高压地下水经破碎带从超前探孔涌出。单孔最大涌水量达1.5万m3/d, 水压1.3 MPa。

2) 超前帷幕注浆。注浆设备:日本矿研RPD-150C钻注一体机、西安探矿ZJB (BP) -30注浆泵、2TGZ-II型注浆机。注浆材料:普通水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆、硫铝酸盐水泥单液浆。

注浆堵水工法:多功能快速钻机可直接通过钻杆实现单管和套管注浆, 提高施工效率, 降低施工成本。根据不同地质情况可采用不同注浆工法, 铜锣山隧道注浆堵水主要采用了孔口注浆、后退式分段注浆、前进式分段注浆三种工法。围岩较完整, 水压水量不大, 可采用孔口注浆的工法;围岩较破碎, 水压水量不大, 采用后退式分段注浆;水压水量较大, 则采用前进式分段注浆。

防突装置:多功能钻机, 钻具内部设有单向阀, 钻孔过程中可阻止地下突发水通过钻具涌出掌子面;此外在钻机上可安装耐高压的止水阀及密封装置, 防止高压地下水通过系统空间进入。根据不同地质条件, 采用不同耐压的孔口止水装置。

3.4 初支表面径向注浆止水

实施超前帷幕注浆需占用掌子面, 影响隧道正常开挖, 而实施开挖支护后径向注浆基本不会对掌子面形成影响, 因而当地质条件适合时应优先选择径向注浆。铜锣山隧道选择径向注浆的三个边界条件:地质条件, 不适宜于动水条件下充填溶洞;水文条件, 超前探孔单孔涌水量小于30m3/h, 断面总涌水量小于100 m3/h;软弱段长度条件, 涌水破碎段长度小于3m。

采用多功能钻机进行径向注浆其优越性在于:钻孔完成后, 直接从孔底进行注浆, 可减小注浆对初期支护的影响, 避免了初期支护变形或开裂;水压相对较大时, 传统的注浆设备无法在不影响初支的情况下达到止水效果, 多功能钻机可通过适当提高注浆压力, 孔底注浆的方法有效的止水;省去了安装孔口管、止浆阀的时间, 降低了施工成本。

3.5 隧道底板加固、止水

铜锣山隧道在穿越煤矿采空区或岩溶富水段时, 隧道底板下方出现了采空、溶腔、涌水等地质问题。多功能钻机以其灵活、多角度的打孔注浆方式发挥了重要的作用。

采空区、溶腔处理:根据地质雷达探测结果, 对规模不大的采空区、溶洞进行注浆加固回填。首先确定打孔注浆范围、深度, 再采用普通水泥浆进行注浆, 完成后通过取芯检验注浆效果。

底板涌水处理:围岩破碎的情况下, 注浆前隧道全幅施做30cm素混凝土止浆板, 然后从涌水量较小一侧逐步往涌水量较大一侧注浆, 最终整个底板全部注浆封闭。完成后, 通过检查孔检查注浆止水效果。

3.6 过煤矿采空区管棚施工

多功能钻机在管棚施工中采用套管作业。即:首先使用套管钻进后撤出内杆, 留在孔内部的外杆起到防止孔壁坍塌的作用;然后插入管棚用的钢杆, 最后拔出外杆。遇到较软地层时, 也可使用迈式管棚杆直接钻进。铜锣山隧道所遇到的煤矿采空区横切整个隧道, 采空区内为松散渣体, 采用普通钻机进行管棚施工难以成孔, 即便成孔后, 由于岩体松散, 无法顺利安装管棚。后采用多功能钻机套管法施工, 成功解决成孔难、管棚安装难等问题, 同时保证了管棚定位准确, 避免了管棚侵入开挖轮廓线等问题。

3.7 抢险救助

在出现险情时, 结合上述方法, 可快速完成险情地带的地质探测、地质改良和支护作业;若出现地下空间被塌方阻隔时, 可采用套管作业快速为受困人员输送空气、水和其他救助物资。

4 结束语

多功能钻机设备动力强劲、钻速快、操作简单, 钻孔方位范围大、可靠性高, 配件坚固耐用, 噪音较低, 能适应各种工况, 尤其适用于长大隧道复杂地质及城市地铁加固施工。随着施工安全的重视程度越来越高, 落后的设备和工艺将逐步被淘汰, 多功能钻机以其优越的性能和特有的工法, 既提高施工效率, 降低成本, 又大大提高施工的安全性, 势必将在诸多领域得到广泛的应用。

参考文献