綜合施工綜合計劃隧道異常涌水大口徑排水綜合工法

1、東部鐵路改善北迴線新永春隧道新建工程隧道南口通過斷層破碎、湧水段大口徑鑽孔排水施工計畫專 業(yè) 廠 商: 蘇 建 興 營 造 有 限 公 司中華民國89年 12月27日新永春隧道南口(山側(cè)NW迂迴隧道)通過斷層、湧水段大口徑鑽孔排水施工計畫目錄壹、預估湧水地質(zhì)模式貳、推斷結(jié)果及預予規(guī)劃事項參、山側(cè)NW迂迴隧道大口徑鑽孔排水3-1.大口徑鑽孔排水考量事項3-2.大口徑鑽孔排水作業(yè)3-2-1. 鑽設(shè)前置作業(yè)3-2-2. 排水孔鑽孔3-2-3. 排水孔序組及數(shù)量3-2-4. 排水管安裝肆施工預估數(shù)量伍、施工預定進度陸、施工重要機具柒、施工人員組織新永春隧道南口(山側(cè)NW迂迴隧道)通過斷層、湧水段大口徑

2、鑽孔排水施工計畫壹、預估湧水地質(zhì)模式新永春隧道南口湧水段位置高程約EL.055，地表覆土厚僅約250m，但依長距離水平鉆探孔LBH-1LBH-2LBH-3等3孔得知Max Pw45kg/cm2，致可推斷此區(qū)域地下湧水已形成一封閉地下連通管道水系，水頭高程至少位於EL.505處，由新永春隧道工程地質(zhì)圖可判斷，其地下水補充之模式推估如下： 依現(xiàn)地地形圖幅，可知由東澳嶺(821m) 西帽山(966m) 大白山(1369m)與蘭崁山(1477m)連結(jié)而形成旳嶺線，構(gòu)成本區(qū)重要河系旳分水嶺此分水嶺與較不透水角閃巖間，形成一約1.5 km3.0 km之集水區(qū)。由區(qū)域地質(zhì)圖顯示其間亦夾雜一局部區(qū)域之凸透鏡狀

3、大理巖，於地表面亦有一線狀系列之採石場致判斷此一大理巖有也許帶狀相連，向西延伸至中央山脈，兼No.2號斷層局部橫切此區(qū)段，此剪裂破碎大理巖帶使水脈相連，兼週遭之Bs(石英雲(yún)母片巖)Ch(綠泥石片巖) ，係較不透水地層提供受壓條件，致可充份提供此長期之地下水源及甚高之地下水壓；若此湧水地質(zhì)模式成立，則湧水也許由山側(cè)方向湧出。貳、推斷結(jié)果及預予規(guī)劃事項(1). 大理巖MD整條脈狀相連且收集周圍水系，導致水量豐沛。(2). 水量補充也許不只是目前之持續(xù)水量主坑約20 m3/min和長距離水平鉆探孔約13.019.0 m3/min，而也許趨於突發(fā)湧水時之80 m3/min。目前之隧道穩(wěn)定水流是類同排水

4、管，已遭局部堵塞之滲流量，致長距鉆探之13.5m3/min排水量仍無法減少主坑之水量且水壓高達Max Pw45kg/cm2(3). 水壓高達Max Pw45 kg/cm2，對隧道鏡面推壓力高達約15,500T，任何銅牆鐵壁之支撐保護工，均無法有效安全支撐，致最有效方式乃是考慮洩水降壓；有關(guān)洩水降壓水文模式，如圖一所示，只要洩排水量大於補給水量即可達到降壓之目旳。(4). 隧道周遭鉆設(shè)長距大口徑排水孔予排水宣洩此水量，可有效避免臨時支撐系統(tǒng)承受過大水壓，類同大樓基礎(chǔ)開挖，四周均得預予安排點井排水。(5). 處理基本原則採 “近灌遠排、預撐防護”，可有效洩降地下水壓及預予防範支撐保護，確保隧道安全

5、進行。(圖一)說明:關(guān)於Q1(補給量) Q2(外溢量)及Q3(洩排水量)之互相關(guān)係如下:當Q1Q3時，Q20 因水頭不降，水壓不會減少。當Q1=Q3時，Q2=0 因水頭不降，水壓不會減少。當Q1Q3時，Q2=0 因水頭下降，致水壓會逐漸減少。由裝設(shè)之壓力計流量計等設(shè)施，所量測得之Q3(洩排水量)及水壓資料，可推估下列水文狀況:由水壓力水量等PQ關(guān)係圖形，可推估Q1(補給量) Q2(外溢量) 。由水壓力變化率水量變化率時間等d/dtdQ/dt t關(guān)係圖形，可推估V(地下水庫蓄納量) 。參、 山側(cè)NW迂迴隧道長距大口徑排水孔鑽設(shè)3-1.大口徑鑽孔排水考量事項：(1). 山側(cè)NW迂迴隧道預鉆一系列排

6、水孔幕，如圖二所示，孔深大於 50m100m，孔數(shù)位置視實需目旳為使海側(cè)NE迂迴隧道開挖時，周遭3D範圍內(nèi)之地下水壓減少至35kg/cm2如下及將地下湧水量儘量預予排除。(2). 因地下水系密閉相通，致若欲將海側(cè)NE迂迴隧道水壓降至35 kg/cm2，則假設(shè)於山側(cè)NW迂迴隧道水壓須降至0.51.0 kg/cm2如下，則每支4”長距離排水孔洩排水量約3 T/min，致約3050支4”排水孔，即足敷所需；惟實際鑽設(shè)排水孔孔數(shù)，仍視現(xiàn)地鑽設(shè)時排水情況而定，若己鑽設(shè)完畢孔滿管，即再鉆設(shè)。(3). 因巖盤剪裂破碎，於鑽設(shè)長距大口徑排水孔後，局部高壓湧水會入滲至巖盤剪裂縫，而對隧道鏡面及周圍拱圈保護工，產(chǎn)

7、生極大之水壓力；得預先對此巖盤剪裂縫隙灌漿改良，使固結(jié)封塞此等剪裂縫隙減少孔隙水壓，另得強化此保護工厚度及強度，予承受此等孔隙水壓，確保隧道穩(wěn)定性及工作人員安全。(4).此長距離排水孔幕可兼做為探查孔，供量測水壓、水量及水文調(diào)查等功能；致得於某些排水孔，孔口裝設(shè)閥門、壓力計、流量計等設(shè)施(此設(shè)施及檢測由專業(yè)商配合，其相關(guān)費用不涉及本計劃內(nèi))，惟考量關(guān)閉閥門量測水壓水量時，此排導鋼管將承受相關(guān)水壓推力，致得預先於排水孔口預埋鑽孔鋼套管，各項握裹固定設(shè)施，使得予錨固此排導管。 (5).預施做隧道仰拱及側(cè)壁之永久襯砌，避免長距離排水孔幕鑽設(shè)後於水中作業(yè)，確保襯砌保護工施工品質(zhì)管控。(6). 排水孔幕

8、重要於隧道NW8+138鏡面及NW8+150擴挖處鏡面、隧道NW8+138NW8+160山側(cè)側(cè)壁，呈傘狀排水孔幕鑽設(shè)，另可可考量於NW迂迴隧道山側(cè)開設(shè)排水工作坑，再預鉆長距離排水孔，予更有效達到預排水效果。大口徑鑽孔排水作業(yè)：3-2-1、鑽設(shè)前置作業(yè)：大口徑排水孔鑽設(shè)前，工作面得施做章節(jié)3-1.(3).(4).(5) 等考量事項，如預施做隧道仰拱混凝土襯砌及側(cè)壁掛網(wǎng)噴凝土、強化隧道鏡面及周圍拱圈保護工之厚度及強度、巖盤剪裂縫隙灌漿改良、預埋鑽孔鋼套管握裹固定設(shè)施等，如圖三、四所示，施工程序內(nèi)容如下：(1).於隧道NW8+138鏡面、NW8+150擴挖處鏡面，各組裝橫向H-150型鋼橫擋，一組2

9、支及於隧道NW8+138NW8+160山側(cè)側(cè)壁，組裝橫向H-150型鋼橫擋，一組2支，如圖四所示。(2).於隧道NW8+138鏡面、NW8+150擴挖處鏡面，及於隧道NW8+138 NW8+160山側(cè)側(cè)壁，仰拱及側(cè)壁澆置雙層鋼線網(wǎng)混凝土fc=210kg/cm2襯砌，厚t=50cm，襯砌高h=90cm；NW8+138NW8+178其她區(qū)段仰拱及側(cè)壁襯砌厚 t=30cm，如圖三所示。 (3).於隧道NW8+138NW8+178區(qū)段鏡面、拱圈等處，均施噴t=30cm雙層掛網(wǎng)噴凝土。(4).於第(2)項進行時，配合於鑽設(shè)長距大口徑排水孔孔位處，預埋設(shè)6”，L=50cm鑽孔鋼套管置留，置留鑽孔鋼套管夾在

10、2支H150型鋼中間，電焊與H150鋼支堡成一體。(5).用鑽堡機打設(shè)L=9m自鑽式巖栓；於隧道NW8+138鏡面、NW8+150擴挖處鏡面，及於隧道NW8+138NW8+160山側(cè)側(cè)壁，自鑽式巖栓打設(shè)位置在2支H150型鋼中間，如圖三、四所示。(6).於隧道NW8+138鏡面、NW8+150擴挖處鏡面，及於隧道NW8+138 NW8+160山側(cè)側(cè)壁，再掛網(wǎng)施噴厚t=20cm噴凝土，使此鑽設(shè)大口徑排水孔孔位處，支撐保護工厚度均至少達到厚t=50cm。(7).用自鑽式巖栓管L=9m作為灌漿管，進行隧道拱圈巖盤剪裂縫隙灌漿改良，使固結(jié)封塞此等剪裂縫隙減少巖壁孔隙水壓，原則採水泥漿液施灌；惟於目前已

11、鑽設(shè)鑽心取樣孔(LBH-15)附近灌漿孔位，為避免水泥漿液被湧水沖失，採化學(水泥+水玻璃)及聚亞氨樹脂液施灌。(8).鎖緊固定自鑽式巖栓，並預施預拉力至8 T/支，予確保隧道工作面穩(wěn)定性。3-2-2. 排水孔鑽孔採履帶式雙套管鑽機，頂擊式機頭可搭配底擊式使用，機具備能鑽設(shè)深度至50100m以上之能率鉆孔過程若排導孔管滿管，則再加強打設(shè)，以符合排導水功能鑽孔之深度、孔數(shù)、間距、方位及角度，如圖圖三、四所示，或由現(xiàn)場工程師批示。3-2-3. 排水孔序組及數(shù)量排水孔幕鑽孔，區(qū)分兩個序組進行，先完畢第一序組孔，第二序組孔則再視地質(zhì)及實際湧水情況，予以適當調(diào)整孔位及孔數(shù)。排水孔幕鑽設(shè)期間，若水壓過大，

12、導致鑽孔困難時，則先轉(zhuǎn)移鑽設(shè)其她排水孔位，俟該處水壓洩降後，再續(xù)補鑽孔深至預定深度。3-2-4. 排水管安裝(1).以頂擊雙套管鑽掘之方式外套管外徑133mm內(nèi)徑105mm，將外套管藉由鑽桿鑽頭前進鑽掘同時帶入孔內(nèi)。套管植入規(guī)定深度時，退出鑽桿及鑽頭置留外套管，植入4鑽孔眼之鋼管或PVC製排水管，以鑽機推入外套管內(nèi)至預定深度，再拔外套管。(2).如(1)預強大水壓無法順利植入4鑽孔眼之鋼管或PVC製排水管時，改採先拔外套後，以先端引孔方式導入管排水管，再拔出引導裝置。(3).排水管至規(guī)定深度後，孔口固定於預埋設(shè)6”，L=50cm鑽孔鋼套管內(nèi)並連結(jié)固定。其排水管長度、間距、角度和位置均應依設(shè)計圖

13、所示，或依工程司批示辦理。肆施工預估數(shù)量：4-1. 4”排水孔鉆孔3050支(50100m)4,000m 小計:3,000m4-2. 混凝土fc=210kgcm2, (含仰拱及側(cè)壁)A=(0.90.32)+(3.020.3)=2.34m3m假定打設(shè)約100mV=1.71100=234.0m3小計: 234.0m34-3鋼筋#715cm預埋,假設(shè)100.0m,損耗5%小計:4.3T4-4.噴凝土t=30cm小計:315m2t=50cm封面小計:22m2t=3050cm, 平均40cm小計:78m24-5.鋼絲網(wǎng)(雙層)(315+22+78)2830m2小計:830m24-6.模板(假設(shè)100m)0.9m2側(cè)100m180m24-7.自鉆式巖栓, L=9m1.NW8+139147:5輪11支輪+15輪5支輪+30支(封面)9 m支147支9m支1,440m4-8.H-150型鋼, 損耗5%4-9.6”預埋鑽孔套管(含加工) t=8mm4-10.灌漿地盤改良假設(shè)化學漿(水泥+水玻璃)30%,固結(jié)灌漿30% 聚亞氨樹脂50%1.化學漿V1=VK0.3=18500.270.310.0包m3小計1,499包2. 固結(jié)灌漿V2=VK0.3=18500.270.314.4包m3小計2.158包聚亞氨樹脂V2=VK0.4=18500.270.4100kgm3小計19,980kg伍、施工預定進