隧道施工经典案例

隧道施工好帮手 2018-05-19 10:46:47

青藏铁路风火山隧道地处低高山区, 全长1338m,线路高程约4905m。气候属于青藏高原冰雪型气候。该处冻土层达150多米,覆盖层最薄只有8米。


青藏铁路多年冻土隧道处于高海拔、高寒及冻土的特殊环境中, 这使得多年冻土隧道的设计与施工面临着许多特殊的工程技术问题, 主要工程技术问题详述如下:

1. 冻融圈的热稳定性

由于寒暖季交替变化, 冻融圈会处于冻融循环的不稳定状态, 致使衬砌结构处在冻胀力往复作用的不利环境中, 往往造成衬砌严重开裂甚至破坏。

解决方法:采取隧道隔热保温技术,在一、二层衬砌间设置隔热保温层,以减小洞内外气温与围岩的热交换,达到减小冻融圈的目的。复合防冻胀技术及综合防排水设施, 有效控制冻融圈的范围, 消除产生冻胀和冻害的根源。

2. 防排水特殊性

多年冻土隧道排水系统处于水温低、周边围岩负温积大的特殊环境中, 自然的排水通道很难畅通; 防水材料在负温及冻融条件性能降低, 施工缝、变形缝等薄弱环节的处理与一般地区也不相同。

解决方法:考虑到风火山隧道处于多年冻土中,地下水主要为冻结层上水和基岩裂隙水,总体上地下水不发育,流量较小,经过广泛的调研和专题论证, 确定多年冻土隧道防排水设计遵循以堵为主, 防、截、排、堵、隔热、保温等多道防线综合治理的原则进行设计。

3. 衬砌及支护的特殊性

由于冻融循环及冻胀力的存在,支护结构在冻胀力作用下严重开裂破坏。对于多年冻土隧道,支护的稳定主要依赖于冻融圈的稳定,而冻融圈的稳定则依赖于自身的热稳定,即围岩处于永久的冻结状态。在实际工程中可通过将冻融圈的范围减小来保证结构不被破坏。

解决方法:采用一次衬砌+防水板+隔热保温层+防水板+二次衬砌复合封闭结构, 沿隧道全长环向全包铺设, 形成隧道二次衬砌完全与地层隔离。 

秦岭隧道

秦岭终南山公路隧道北起西安市长安区五台乡,南抵商洛市柞水县营盘镇,隧道单洞全长18.02公里,双洞长36.04公里。隧道按双向车道高速公路标准建设;隧道净宽10.5米,限高5米;设计车速80公里/小时


隧道施工过程中出现的问题与解决方案:

1. 该隧道为两条单线并行的铁路隧道,其中Ⅱ线平导作为Ⅰ线TBM施工的地质勘测导洞。在平导施工中进出口两端都发生了较大的岩爆,给施工造成了一定的困难。为了防止在Ⅰ线TBM施工过程中发生岩爆,采取了以下方案:

解决方法:

1) 刚开挖的硐室及时多次喷洒高压水,直至锚、挂、喷工序结束。

2) 由于Ⅰ线施工中岩爆多在刀盘后20300米之间发生,故而给打锚挂网提供了时间,这样锚挂喷技术相结合来控制岩爆发生。在岩爆易发生地段,加长锚杆长度,减小锚杆间距,减小挂网钢筋网距,缩小挂喷间隔。

2. 东秦岭隧道其中DK95+435~DK95+725F5 断层, 受构造影响严重, 断层带内为碎裂片麻岩、碎裂石英岩及断层泥砾, 岩体极为破碎, 构造裂隙水发育, 断层及其影响带的良好透水性为地表水下渗提供了条件, 属于裂隙水发育地段。对这样的特殊地段,其防排水系统应坚持防排结合,综合治理的原则。

解决方法:

1) 初期支护的防水主要采用注浆防水和喷射混凝土防水。提高初期支护的防水能力可降低二次混凝土衬砌的防水难度。

2) 采用复合式防水板,无钉挂设。对大股状及帘幕状涌水地段, 采用双层防水板。

3) 排水系统。环向盲管、两侧纵向盲管、墙脚泄水孔均采用正交三通连接, 使衬砌背后渗水由纵、横盲管通过泄水孔排入隧道侧沟中。,富水地段, 防水板背后环向50mm盲管按30mm的间距布设, 泄水孔也相应加密。

4) 二次衬砌混凝土防水。为了提高隧道结构自身防水能力,考虑采用泵送混凝土,施工时拱墙混凝土采用不低于P8级的防水。

3. 在长隧道施工中通风问题一直是影响隧道工程进度、质量、安全和效益的大间题。针对秦岭隧道施工时隧道内有害气体浓度大,隧道内温度高,能见度低等问题,采取了以下措施:

解决方法:

1) 使2台对旋式通风机正常运转,总风量达到5000立方米每分钟。

2) 1台小风机从Ⅰ线往Ⅱ线隧道灌风,以增大风量,提高风速,加快洞内排烟速度。

3) 封堵住竖井,拆除36#风机,使炮烟以更快的速度排出,而不仅是稀释炮烟。

4) 必要时,重新调整对旋式轴流通风机的叶片角度,改变风量和风压,使通风机总在高效区运行。

乌鞘岭隧道

乌鞘岭特长隧道是中国第三长的铁路隧道——20.05公里。设计为两座单线隧道,隧道出口段线路位于半径1200m曲线上,右、左缓和曲线伸入隧道分别为68.84m127.29m,隧道其余地段均位于直线上,乌鞘岭隧道线间距40m,两隧道线路纵坡相同,主要为11‰的单面下坡右线隧道较左线隧道高0.560.73m,洞身最大埋深1100m左右。隧道左、右线均采用钻爆法施工,右线隧道先期开通。隧道穿越F4F5F6F7等四条区域性大断层,其中F7断层最长,地质条件也最为复杂。

主要问题F7断层施工时,初期支护在开始阶段正常受力变形,但随着时间的推移,支护变形严重,钢架扭曲,局部有断裂现象。

解决方法:

1) 应急措施:为防止隧道坍塌, 对变形地段采用排架支撑临时加固, 对排架严重变形地段采用砂袋全部回填以避免本段坍塌。对Ⅱ线初期支护已经破坏地段, 进行拆除并恢复原设计支护措施。

2) 根据地震折射层析法测试得出F7 断层围岩松弛带为3~ 53m, 塑性区为6~ 86m, 主要采用长锚杆对满足净空要求段落进行补强并加强二次衬砌强度。

3) 对未施工段, 为控制发生大变形主要采用控制和释放相互交替的方法进行施工。即: 释放( 30%) 支护( 70%)  再释放( 30%)  再支护( 70%), 直到完成开挖及支护, 采用预留大变形量、多重支护, 逐渐约束围岩变形的设计原则。

 

昆仑山隧道

昆仑山隧道是青藏铁路最长的高原隧道, 海拔4600~4800m, 全长1686m,起讫里程DK976+ 931~ DK977+ 936, 除出口段位于R= 1000m的曲线上外, 其余均为直线, 隧道设14,13.4‰的单面坡,隧道最大埋深110m


昆仑山隧道范围内的不良地质有:岩堆、多年冻土、古冰川作用。

工程措施建议:

1. 由于隧道进口处分布角砾石,且多为饱冰冻土,需设置保温措施。隧道出口出分布有碎石土,加之坡面较陡,需先设置挡护措施然后施工,以免碎石土坍塌。

2. 正常隧道施工过程中, 且先在洞口处修筑保温设施, 同时要建好截、排水沟, 以截断山坡表层粗颗粒土中的冻土层上水。然后在修建洞门, 施工过程中隧道应边开挖, 边及时衬砌, 并修建排水设施,严禁洞内积水, 造成冻土融化。在掘进过程中, 由于隧道区基岩节理、裂隙发育, 岩体多呈块状, 应及时支挡、衬砌, 避免洞顶掉块, 造成人身、机械安全及超挖现象。

3. 由于在里程DK977+ 600~ DK977+ 660,隧道洞身位于昆仑山一切割较深的冲沟沟床下,故在此处埋深较浅,且洞顶位于强风化基岩中,有冒顶的可能。故建议此段做明洞处理。由于基岩节理、裂隙发育, 岩体多呈块状,应及时支挡、衬砌, 避免洞顶掉块造成冲沟内及沟床两侧的碎石土及基岩风化层碎块涌入洞内, 并引发冲沟两侧边坡失稳。

 

大瑶山隧道

大瑶山隧道位于京广铁路衡阳—广州复线坪石至乐昌之间,全长14.295Km,是我国最长的铁路双线隧道。隧道中线大致与瑶山垂直,洞顶埋深100910m。隧道以近乎垂直于构造迹线的方向开凿。洞身围岩除中段约2Km为泥盆系砂岩、砂砾岩、页岩、泥岩、及灰岩、白云岩、泥灰岩外,余均为震旦系和寒武系浅变质砂岩、板岩。隧道穿切十多条规模较大的断层,其中以。断层的规模为最大。



1. 大瑶山隧道在施工中F9断层下盘DK1994+580660岩溶段多次发生突水,经注浆堵水已基本堵住,但后来暴雨后又发生涌沙,对经济和社会影响极大。经专家多次研究后确定,斑古坳地区地表水和泥沙通过坍陷大量渗入洞内,是造成隧道涌水涌砂的根源,并且隧道内各涌水段和断层泥段围岩稳定,支护可靠,有足够的安全度。针对这种情况,制订了如下整治方案:

1) 地表整治:采用堵、截、排相结合的方法。堵住陷坑、漏斗、裂隙以控制坍塌发生;截住地表水并将其引向溪沟,阻止流入陷坑、漏斗、裂隙;将降落漏斗范围内的沟槽嵌补,避免地表水漏入,形成完整的排水系统。

2) 地下整治:也是堵、截、排相结合,分为以堵为主和以排为主两类。

最终铁道部确立了如下整治方案:

1) 在隧道出口端靠山侧修建一条穿过9号断层达到石灰岩地段的8Km平行导坑,印排石灰岩地段的涌水涌沙,疏排砂岩地段的地层的裂隙水,为彻底整治道床提供条件,改善了运营维修条件,考虑了防灾、通风、疏散人员的要求。并预留在洞内向隧道注浆止水的条件。

2) 按照地表与洞内、排与堵相结合的原则,对斑古坳地区陷坑采取回填和浅层注浆处理的方式。

3) 地表治理成立了专职机构,进行长期治理,以减少地表水向洞内下渗。

2. 大瑶山隧道至1984年底,正洞开挖和施工主要在震旦寒武系的浅变质碎屑岩砂岩和板岩中进行。因受多次构造运动的影响,产生轻微变质、剧烈褶皱,断层、节理很发育,层间错移、揉挤很普遍。由于岩体被强烈切割,在施工中出现不少坍方。本隧道坍方类型主要有两种:强度控制型和弱面控制型。如DK 1996491 D K1996504 处炭质板岩坍方,除岩性软弱外,还受构造结构面控制,坍方限于炭质板岩层内。

解决方法:

1) 强行喷射10厘米厚的混凝土, 同时施设锚杆,直径22mm,3m,间距0.8m

2) 坍方洞体两边增设混凝土墙。墙内加设长锚杆与岩体连接使混凝土墙稳固。

3) 混凝土墙上再立设钢拱架,拱架间距1米,拱架纵向用钢轨相连,使其成为一整体,拱架顶再设木支撑。

4) 考虑钢拱架待正洞洞体衬砌后当成护拱,在拱顶回填浆砌片石,厚度不小于1米,作防冲层。

5) 进行模铸混凝土衬砌。