烏鞘嶺特長(zhǎng)隧道特殊地質(zhì)段施工關(guān)鍵技術(shù)

PAGExx特長(zhǎng)隧道特殊地質(zhì)段施工關(guān)鍵技術(shù)1.工程概況xx隧道設(shè)計(jì)為兩座單線隧道，左右線隧道各長(zhǎng)20.05公里，是連接歐亞大陸的咽喉要道，是實(shí)現(xiàn)國(guó)家西部能源戰(zhàn)略的主要組成部分，海拔2400米以上氣候惡劣地質(zhì)復(fù)雜，是亞洲第一，世界第二長(zhǎng)山嶺隧道，在中國(guó)鐵路建筑史上具有跨時(shí)代的意義。我集團(tuán)公司承建其五號(hào)斜井、七號(hào)斜井、芨芨溝豎井及通過(guò)五號(hào)斜井和七號(hào)斜井施工的部分正洞施工任務(wù)。五號(hào)斜井全長(zhǎng)2182.35米，坡率為-13.5%，，是進(jìn)口端最長(zhǎng)的斜井。通過(guò)五號(hào)斜井承擔(dān)正洞右線2080米的施工任務(wù)，右線正洞施工穿越F4、F5兩條區(qū)域性大斷層，共計(jì)730米，圍巖極其破碎。七號(hào)斜井全長(zhǎng)3333.2m，坡度為-12.5%，是xx隧道斜井中洞口海拔最高、長(zhǎng)度最長(zhǎng)、地質(zhì)條件最復(fù)雜的斜井。施工中遇軟弱千枚巖、大涌水等不良地質(zhì)，施工難度極大，是全線重點(diǎn)控制工期工程之一。我集團(tuán)施工中克服千難萬(wàn)險(xiǎn)，通過(guò)七號(hào)斜井成功地承擔(dān)右線630米、左線1100米的施工任務(wù)。芨芨溝豎井位于五號(hào)斜井軸線上，距右線正洞223.9m，豎井井口高程為3050m,井深466.6米，凈徑5.1m。圍巖主要為三疊系下統(tǒng)砂巖夾頁(yè)巖，間夾少量煤層，地下水較不發(fā)育。芨芨溝豎井為加快五號(hào)斜井施工進(jìn)度和大幅改善五號(hào)斜井獨(dú)頭長(zhǎng)距離通風(fēng)狀況起到了積極的作用。2.總體施工方案斜井及正洞按短臺(tái)階法組織施工。軟巖地段施工堅(jiān)持“先預(yù)報(bào)、管超前、控爆破、短進(jìn)尺、早支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則。施工中積極推廣應(yīng)用國(guó)內(nèi)外隧道施工新技術(shù)、新工藝，投入大型隧道施工專用設(shè)備，組成挖、裝、運(yùn)、錨、襯等機(jī)械化作業(yè)線，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化快速施工。以裝備的技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)施工的技術(shù)進(jìn)步。施工中將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)做為一個(gè)工序安排，采用TSP203等先進(jìn)的量測(cè)、探測(cè)技術(shù)取得圍巖狀態(tài)、參數(shù)，實(shí)行信息化監(jiān)控和動(dòng)態(tài)化管理，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理，及時(shí)反饋指導(dǎo)施工。隧道的鉆、爆、裝運(yùn)采用無(wú)軌運(yùn)輸。鉆爆采用多功能作業(yè)臺(tái)架配合風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，塑料導(dǎo)爆管微差毫秒雷管光面爆破技術(shù)，裝運(yùn)斜井采用ITC312H3挖掘裝載機(jī)、正洞采用CAT320挖掘機(jī)裝碴，VOVLOA25C鉸接式自卸車配合北方奔馳自卸車出碴；混凝土采用自動(dòng)計(jì)量拌合站集中生產(chǎn)，混凝土輸送車運(yùn)輸，HBT60混凝土輸送泵泵送入模。五號(hào)斜井進(jìn)入正洞F4、F5斷層后,支護(hù)工字鋼采用I18，加強(qiáng)鎖腳錨桿并拱腳處設(shè)槽鋼縱向托梁，保證支護(hù)整體受力，抑制變形，將圍巖預(yù)留沉落量根據(jù)同一斷面不同部位分別加大到25cm～30cm，保證襯砌厚度。七號(hào)斜井建立了完善的排水系統(tǒng)和雙回路電力系統(tǒng)，排水系統(tǒng)考慮2倍備用量，最小程度的減小涌水對(duì)隧道施工的影響。芨芨溝豎井根據(jù)井筒的技術(shù)特征、地質(zhì)條件和工期要求，采用機(jī)械化配套短段掘砌混合作業(yè)方式的施工方案。即基巖段爆破采用FJD-6型傘鉆架鉆眼，T220型水膠炸藥、二階復(fù)式直眼掏槽，4.2米低拋控制爆破；出碴采用HZ-6型離機(jī)控制式中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)裝碴，3m3吊桶、3.5m大型提升機(jī)運(yùn)輸，座鉤式翻碴裝置，溜槽、自卸式汽車出碴對(duì)轉(zhuǎn)碴場(chǎng)；砌壁采用全方位澆筑技術(shù)，利用MJY型單縫式整體下移金屬活動(dòng)模板，溜灰管、分灰器灌注流態(tài)混凝土形成混凝土單層壁，系列穩(wěn)車集中控制懸吊井內(nèi)設(shè)施，配套風(fēng)、水、電、通信、照明等設(shè)施，縮短輔助作業(yè)時(shí)間。3.深豎井快速施工關(guān)鍵技術(shù)3.1井筒開(kāi)挖經(jīng)對(duì)傘鉆、環(huán)架、人抱鉆和4.5m深孔鑿巖鉆架的性能比較，結(jié)合芨芨溝豎井井筒技術(shù)特征，采用FJD-6A型傘型鉆架，配備6臺(tái)YGZ-70型獨(dú)立回轉(zhuǎn)式鑿巖機(jī)。選用φ30mm中空六角鋼鉆桿，φ55mm十字型合金鋼鉆頭。炸藥選用T220型巖石水膠炸藥，規(guī)格為φ45mm×400mm；雷管采用1、3、5、7、9段具有抗水、抗雜散電流毫秒電磁雷管；反向不耦合連續(xù)裝藥，串并聯(lián)連線，電磁發(fā)爆器起爆。其炮眼布置見(jiàn)圖1，爆破原始條件見(jiàn)表1，爆破參數(shù)見(jiàn)表2，爆破預(yù)期效果見(jiàn)表3。為防止遠(yuǎn)離起爆藥卷的藥卷部分拒爆，采用同段雙雷管起爆法起爆；利用炮泥將剩余炮孔長(zhǎng)度全部封閉，增加爆轟應(yīng)力波的作用時(shí)間，充分破碎巖石，提高裝碴速度。圖1炮眼布置示意圖爆破原始條件表1序號(hào)名稱單位數(shù)量備注1井深m466.62凈徑m5.03荒徑m5.84掘進(jìn)斷面m226.45巖石條件f=8～126瓦斯無(wú)工作面7涌水情況m3/h1.2～4.77爆破參數(shù)表表2序號(hào)名稱眼數(shù)(個(gè))眼深(m)眼距(mm)角度(度)圈徑(m)藥量(kg/圈)雷管段數(shù)起爆順序1一階掏槽眼44.2424900.619.71Ⅰ2二階掏槽眼74.2521901.234.43Ⅱ3一圈輔助眼124.0569902.2595Ⅲ4二圈輔助眼164.0780904.065.67Ⅳ5周邊眼284.0560885.828.99Ⅴ小計(jì)67207.6爆破預(yù)期效果表3序號(hào)爆破指標(biāo)單位數(shù)量1炮眼利用率%88.52每循環(huán)進(jìn)尺m3.543每循環(huán)爆破實(shí)體體巖石量m393.54單位原巖炸藥消消耗量kg/m32.25單位進(jìn)尺炸藥消消耗量kg/m58.66單位原巖雷管消消耗量個(gè)/m30.727單位進(jìn)尺雷管消消耗量個(gè)/m18.93.2掘砌循環(huán)短段掘砌混合作業(yè)法，是指掘進(jìn)和砌壁工序在一個(gè)循環(huán)段內(nèi)先后（少量工作有一定交叉）進(jìn)行的作業(yè)方式。嚴(yán)格講，砌壁工序是穿插在裝巖工序之中進(jìn)行的。掘砌循環(huán)的主體是一掘一砌。砌壁前，工作面留1.5～3.0m的虛碴，砌壁后，按照出碴、清底、鉆眼、放炮、砌壁、出碴的順序進(jìn)行施工。掘砌循環(huán)圖表見(jiàn)表4，混合作業(yè)施工工藝見(jiàn)圖2。井筒基巖段掘砌循環(huán)圖及勞動(dòng)力表表4序號(hào)工序名稱清底班(15人人)鉆眼班(17人人)出碴班(13人人)砌壁班(21人人)h12345678910111213141516171819202122231交接班152出碴3453清底14鉆眼準(zhǔn)備305鉆眼3306裝藥聯(lián)線1157安308出碴準(zhǔn)備309出碴51510松模、立模找正正3011落盤、下分灰器器2012灌筑混凝土井壁壁43013提盤、拆分灰器器25說(shuō)明：1、本表表為一掘一一砌的循環(huán)環(huán)圖表，循循環(huán)時(shí)間為為23h；2、循環(huán)進(jìn)進(jìn)尺3.55m，月進(jìn)進(jìn)尺1000m；3、正規(guī)循循環(huán)率90%。4、清底班、鉆眼眼班、出碴碴班、砌壁壁班屬于井井建班組，共66人，另機(jī)電班組46人，管輔人員20人。圖2混合作業(yè)施工工藝圖3.3馬頭門的施工馬頭門是豎井井筒轉(zhuǎn)入斜井施工的一段主要通道，由于它與豎井井筒直接相連，因此馬頭門的施工必須與井筒施工統(tǒng)籌考慮合理安排。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，豎井到底處井筒與馬頭門采用同時(shí)施工法，豎井施工至距斜井拱頂15m處，對(duì)豎井支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)，井壁系統(tǒng)錨桿L-3.0m，1.0×1.0m梅花型布置，同時(shí)錨桿頭外露20cm，與襯砌澆筑成一體，井壁襯砌采用C30砼，厚40cm，襯砌內(nèi)布設(shè)1.0m/榀格柵鋼架。豎井掘進(jìn)至馬頭門位置時(shí)預(yù)留馬頭門斜井?dāng)嗝娌灰r砌，僅作初期支護(hù)，豎井繼續(xù)下掘2.5m左右，形成平臺(tái)，借此平臺(tái)施作馬頭門上半斷面掘進(jìn)，掘進(jìn)后立即施作豎井剩余部分，馬頭門施工順序見(jiàn)圖3。豎井到底轉(zhuǎn)入斜井施工后，首要解決的是排水問(wèn)題。將豎井繼續(xù)向下掘進(jìn)8m，作為斜井水倉(cāng)使用，據(jù)計(jì)算水倉(cāng)可貯水130m3，豎井日最大涌水量120m3，可滿足施工需要。為保證斜井段車輛設(shè)備通行及吊桶提升需要，在水倉(cāng)上搭建平臺(tái)。平臺(tái)主梁采用I30a和I20a工字鋼，鋼梁上鋪設(shè)5cm厚木板，在主副提升位置留提升孔，水倉(cāng)平臺(tái)鋼梁布置見(jiàn)圖4，水倉(cāng)及平臺(tái)剖面見(jiàn)圖5。圖3馬頭門Ⅲ級(jí)圍巖施工順序示意圖圖4水倉(cāng)平臺(tái)鋼梁布置圖圖5水倉(cāng)及平臺(tái)剖面圖4.七號(hào)斜井大涌水地段治理4.1施工情況2004年1月至2月，7號(hào)斜井進(jìn)度加快，月掘進(jìn)均超過(guò)200m，但自3月13日起，掌子面出現(xiàn)大股涌水，水量逐步加大至日涌水量8000m3左右，洞內(nèi)排水系統(tǒng)無(wú)法滿足排水要求，導(dǎo)致掌子面經(jīng)常水淹，施工生產(chǎn)時(shí)斷時(shí)續(xù)，每日有效掘進(jìn)時(shí)間大大減少，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度，3月份完成156m，4月份完成119m，5月份僅完成26m，進(jìn)度一度嚴(yán)重滯后。4.2治水原則和措施通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析研究和多種治水方案的比選，確定采用“前注”、“股堵”、“后排”的治水原則。主要治水措施：⑴對(duì)掌子面采用超前導(dǎo)管預(yù)注漿堵水，將水對(duì)掌子面施工的干擾減到最小；⑵對(duì)后方已出現(xiàn)的股狀水進(jìn)行封堵，減少洞內(nèi)總排水量，防止后方涌水進(jìn)入掌子面；⑶布設(shè)雙路供電系統(tǒng)專門用于排水，建立了三套獨(dú)立運(yùn)行的排水系統(tǒng)，以確保不影響掌子面正常施工，為順利通過(guò)涌水地段創(chuàng)造了良好的條件。4.3七號(hào)斜井供電、排水系統(tǒng)布置七號(hào)斜井遵循“電系管倉(cāng)、單項(xiàng)設(shè)計(jì)、合成系統(tǒng)、匹配可靠”的原則建立的系統(tǒng)。三套獨(dú)立排水系統(tǒng)，確保一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障，備用系統(tǒng)及時(shí)啟動(dòng)，雙路供電系統(tǒng)亦可確保一路斷電另一路供電。七號(hào)斜井供電、排水系統(tǒng)布置如圖6圖6七號(hào)斜井供電、排水系統(tǒng)布置七號(hào)斜井排水系統(tǒng)水泵配置一覽表表5序號(hào)名稱型號(hào)功率（KW）流量（米3/小小時(shí)）揚(yáng)程（米）數(shù)量（臺(tái)）生產(chǎn)廠家使用部位1潛污泵WQ-65-116-5..55.5651610湖南掌子面2潛污泵WQ-85-220-7..57.5852010湖南掌子面3離心式污水泵KWP-1000-1100-555510011012石家莊第一趟4離心式渣漿泵GMZJ1000-80--8055808012山東博泵第一趟5離心式渣漿泵GMZJ1500-1822-901101829012山東博泵第二趟6礦山排水泵KD450-6603155001506山東博泵第三趟5.正洞軟硬巖交替圍巖快速施工技術(shù)5.1施工關(guān)鍵5號(hào)斜井和7號(hào)斜井承擔(dān)xx隧道正洞嶺脊的施工任務(wù)，承擔(dān)的任務(wù)地質(zhì)條件差，各級(jí)圍巖分布不連續(xù)，其中，隧道于YDK170+290～YDK171+255段先后不連續(xù)穿過(guò)總長(zhǎng)730m的F4、F5兩處大型斷層帶，斷帶物質(zhì)為碎裂巖和斷層泥礫，巖體破碎，地應(yīng)力較大，節(jié)理裂隙發(fā)育，并含有豐富的地下水，受F4、F5斷層影響，次生構(gòu)造帶多。xx隧道工期異常緊迫，要求平均月成洞135m以上，選用合理的施工方法，快速通過(guò)F4、F5斷層是施工的關(guān)鍵。5.2關(guān)鍵施工技術(shù)施工中為避免多次工序轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一采用三臺(tái)階超短臺(tái)階法施工，各工序?qū)嵭衅叫薪徊孀鳂I(yè)，整體推進(jìn)，上、中層臺(tái)階長(zhǎng)度控制在5m，下臺(tái)階距仰拱20～30m，仰拱距二次襯砌50m。各工序施工間距見(jiàn)圖7。5.2.1開(kāi)挖及支護(hù)采用三臺(tái)階法，平行流水作業(yè)，盡量減少占用時(shí)間的工序，掘進(jìn)、支護(hù)各工序流程見(jiàn)圖8。圖8掘進(jìn)、支護(hù)各工序流程圖在斷層帶施工中，仰拱緊跟，保持仰拱距下斷面15m～20m的施工間距。仰拱施作采用棧橋平行作業(yè)，在下斷面噴砼作業(yè)與上斷面鉆爆工序的6小時(shí)內(nèi)，完成一組5～8米仰拱施工。循環(huán)中各工序的工作量、時(shí)間安排表見(jiàn)表6。在斷層帶中施工，開(kāi)挖后立即速噴C20砼4～6cm，然后架立I18型鋼鋼架,型鋼鋼架間距3榀/2m，架立鋼架的標(biāo)高應(yīng)按放大20cm為準(zhǔn)，鋼架連接板處均采用[20槽鋼作托梁墊好，防止下沉，立好后采用Φ22縱向連接筋內(nèi)外交錯(cuò)布置，環(huán)向間距1根/1m，并與鋼架焊牢，連接筋搭接焊不小于10cm，雙面焊接。網(wǎng)片采用Φ8鋼筋網(wǎng)格，間距20×20cm，鋪設(shè)在型鋼架背面與鋼架及連接筋焊接牢固，網(wǎng)片間搭接10cm點(diǎn)焊牢固，鋼架架立完畢經(jīng)檢查符合要求后再施作系統(tǒng)錨桿，錨桿長(zhǎng)4.0m，間距0.8×0.8m，梅花型布置，錨桿墊板按設(shè)計(jì)要求安設(shè)到位，錨桿全部注漿，錨桿與注漿施工符合要求后，再進(jìn)行噴砼作業(yè)。噴砼必須按規(guī)范操作，噴砼厚度應(yīng)覆蓋鋼架，并不小于3cm保護(hù)層。噴錨前用虛土埋住托梁約10cm，待下臺(tái)階開(kāi)挖清除干凈，架立鋼架時(shí)螺栓連接。循環(huán)工作量、工序時(shí)間表表6工序名稱機(jī)具方法工序時(shí)間備注1超前小導(dǎo)管=m7臺(tái)風(fēng)槍12人鉆孔頂進(jìn)每孔20分鐘共計(jì)60分鐘上斷面鉆爆=m7臺(tái)風(fēng)槍12人鉆孔裝藥每孔15分鐘裝藥30分鐘合計(jì)180分鐘光面爆破中斷面鉆爆L76臺(tái)風(fēng)槍10人鉆孔裝藥100分鐘平行作業(yè)下斷面鉆爆=m6臺(tái)風(fēng)槍10人鉆孔裝藥100分鐘平行作業(yè)排險(xiǎn)排煙4人10分鐘扒碴扒至下斷面1臺(tái)挖掘機(jī)4人40分鐘出碴200m320車12臺(tái)車15人190分鐘（與與襯砌砼輸輸送車干擾擾30分鐘）平均8分鐘一車安裝鋼架I184榀15人150分鐘平行作業(yè)n=106，LL=4m10臺(tái)風(fēng)槍150分鐘平行作業(yè)噴砼26.5m35臺(tái)噴射機(jī)30人120分鐘小計(jì)122人600分鐘工序轉(zhuǎn)換時(shí)間系系數(shù)1.1，即每循循環(huán)時(shí)間T=6000×1..1=6660分鐘，循循環(huán)進(jìn)尺2.5～2.8米，確保5..0m/天，力爭(zhēng)爭(zhēng)5.5mm/天。5.2.2仰拱施工仰拱施工采用平行作業(yè)，不占用循環(huán)時(shí)間。仰拱開(kāi)挖與下斷面開(kāi)挖一次完成，在圍巖較差、收斂變形較大地段，開(kāi)挖后在下斷面鋼架底部設(shè)臨時(shí)橫撐以抑制支護(hù)變形收斂。仰拱的開(kāi)挖長(zhǎng)度根據(jù)圍巖狀況及變形量測(cè)情況而定，Ⅴ級(jí)圍巖3～5m，Ⅳ級(jí)圍巖5～8m。仰拱開(kāi)挖在出完碴后進(jìn)行，時(shí)間控制在90分鐘內(nèi)完成，與下斷面立鋼架平行作業(yè)，仰拱開(kāi)挖完畢后鋪設(shè)仰拱棧橋，不影響前方噴砼料運(yùn)輸，在噴砼施工完成前要完成仰拱清底、鋼架安裝工作，達(dá)到澆筑砼標(biāo)準(zhǔn)。待噴砼結(jié)束，進(jìn)行鉆爆作業(yè)時(shí)，澆筑仰拱砼，三臺(tái)8m3砼罐車集中澆筑，在鉆眼結(jié)束前完成。要求每組仰拱施工必須在一個(gè)掘進(jìn)支護(hù)循環(huán)內(nèi)完成，不影響掌子面正常工序。為保證仰拱與掘進(jìn)支護(hù)的平行作業(yè)，仰拱采用移動(dòng)棧橋，棧橋分9m和12m兩種，采用5根I30工字鋼加工，寬1.0m，I30工字鋼上面用Φ22鋼筋連接焊牢，間距25cm，鋪3mm鋼板，底面用[10槽鋼焊接，以保證棧橋的整體性，棧橋布置見(jiàn)圖9。圖9棧橋布置圖根據(jù)圍巖情況，掘進(jìn)速度，下斷面距仰拱端頭距離，若下斷面與仰拱間距離過(guò)長(zhǎng)，則采用跳躍式施工仰拱，保證仰拱端頭距下斷面距離控制在20～30m，后方用另一副棧橋進(jìn)行補(bǔ)空施工。⒌⒉3二次襯砌施工按適時(shí)襯砌的原則進(jìn)行，根據(jù)圍巖量測(cè)資料，在圍巖和初期支護(hù)變形趨于穩(wěn)定后進(jìn)行。在圍巖變形速率較大無(wú)法趨于穩(wěn)定地段采用加強(qiáng)初期支護(hù)，對(duì)襯砌砼配筋等方法來(lái)保證施工與隧道支護(hù)體系結(jié)構(gòu)安全。二次襯砌采用12m或9m全液壓整體模板臺(tái)車襯砌，襯砌與掘進(jìn)、支護(hù)平行作業(yè)，不占用循環(huán)時(shí)間。根據(jù)正洞掘進(jìn)速度及下斷面距襯砌距離要求，采用二臺(tái)襯砌臺(tái)車襯砌，一臺(tái)緊跟下斷面，距下斷面間距80m左右，若圍巖較好下斷面距襯砌距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)，則第一臺(tái)臺(tái)車采用跳躍式襯砌，空余部分由第二臺(tái)臺(tái)車施作。5.2.4圍巖監(jiān)控量測(cè)由于洞內(nèi)圍巖變化頻繁，軟硬交替，及時(shí)掌握圍巖變化及