广昆铁路秀宁隧道不良地质段综合施工技术

《广昆铁路秀宁隧道不良地质段综合施工技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《广昆铁路秀宁隧道不良地质段综合施工技术（10页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、广昆铁路秀宁隧道不良地质段综合施工技术常志军【摘要】秀宁隧道为双线大断面铁路隧道，全长13187 m,是在建广昆铁路的控 制性工程。隧址地段的工程和水文地质条件极为复杂，施工非常困难。主要不良地 质有隧道出口滑坡、富水断层破碎带、富水岩溶、高地温、高地应力、放射性、煤 层瓦斯及有害气体、软岩大变形、岩爆等。结合秀宁隧道隧址地层的地质条件，从 隧道掘进、施工通风、安全生产等方面介绍秀宁隧道的主要施工方法和对策；另外 对超前地质预报及工程难点与对策也作了说明。秀宁隧道的施工实践对类似地区长 大隧道的施工有较好的参考价值。The Xiuning Tunnel is a double-line rai

2、lway tunnel with large cross-section,and it has a length of 13 187 m.It is a controlling project and one of main projects of the Guangtong-Kunming railway now being built.The tunnel is located in a region with extremely complex engineering geological and hydrogeological conditions and enormous diffi

3、culties.Main poor geological conditions encountered include landside mass at the tunnel access,water-rich fault and crush zone,karst declog-ging,high geothermal area,high geo-stress area,radioactive zone,coal-bed gas and harmful gas,large deformation of soft rock,rock burst,etc.This paper introduces

4、 the major construction methods and countermeasures of the Xiuning Tunnel in-cluding tunnel excavation,construction ventilation,safety in construction and others aspects.Moreover,methods in tunnel geological forcasting,construction difficulties and countermeasures are also given in details.Construct

5、ionpractice of the Xi-uning Tunnel will contribute to the construction of other large tunnels in similar area.【期刊名称】铁道建筑技术年(卷),期】2014(000)010【总页数】5页(P44-47,121) 【关键词】 大断面隧道;岩爆;富水断层;放射性;滑坡体;瓦斯【作 者】 常志军【作者单位】 中铁十六局集团有限公司 北京 100018【正文语种】 中 文【中图分类】 U455.41 工程概况1.1 隧道简介秀宁隧道位于广昆铁路禄丰南站至温泉站区间，全长13 187 m , 2

6、00 km/h双线 隧道，线路单面上坡，横跨楚雄、昆明两个区域。隧道处于云贵高原东南部，属中 高山构造侵蚀、溶蚀地貌，洞身通过地层为古老前震旦系昆阳群变质岩地层，最大 埋深550 m。1.2 地层岩性与地质构造 隧址区穿越地段地层岩性复杂。隧址区主要穿越前震旦系六组变质岩地层，岩性为 强应变带千枚板岩、灰岩、白云岩、变质泥岩、绢云母板岩、砂岩、炭质板岩等。 其中可溶岩段长约2.5 km ，占全隧总长的19%。隧址区穿越地段地质构造复杂。本区位于扬子准地台的西部边缘，位于禄丰易门 断裂区，该区为走向南北的构造形迹，东以罗次易门断层为界。西北部主要为轴 向近南北的中生带红层组成的向斜占据。东南部昆

7、阳群大片出露，为一系列成群出 现的NE20。左右线型紧密褶皱，部分发生倒转。另有一组高角度冲断层，罗次- 易门断层分枝纵列其间。主要褶皱有:土官村复式向斜、可里郎寨脚倒转背斜、 象山复式向斜、老尖山宽缓向斜及南部七贤村两侧平行发育3条昆阳群地层组成 的背斜。隧道穿越2个背斜、3个向斜、9个断层，其中隧道出口穿越罗茨易门 断裂带长0.51 km。1.3 水文地质情况隧址区水文地质条件极为复杂。隧址区为金沙江水系，各类型地下水的埋藏、分布 富水性受地质构造、地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制。地表水主要为溪水、沟 水，隧道进口分布有大官田水库，出口洞身分布有龙潭水库。测区地下水主要为岩 溶及构造裂隙

8、水，预测隧道最大涌水量为140 000 m3/d，岩溶裂隙管道水主要 赋存于Ptllz、Pt1l及Pt1e、Pt1 m、Pt1y夹层灰岩地层中，基岩裂隙水赋存于 隧址区出露的6组变质岩地层中。隧址区岩溶较为发育，在褶皱带、断裂带、可 溶岩与非可溶岩接触带，隧道开挖极有可能遇暗河、溶洞等岩溶形态，从而发生突 水、突泥危害。另外，隧道施工排水将对区域内的地下水环境造成影响，引起地表 水的漏失、井泉干枯等环境地质问题。目前，在我国已修建了很多的特长、特大隧道15，由于不同地区具有不同 的地质条件，隧道修建的过程要因地制宜，采用相应的，具有各自特点的施工技术 69。如上所述，秀宁隧道工程是我国西南地区

9、开建的最早的一条长大铁路 隧道，隧道的地质条件是十分复杂的，施工中所遇到的不良地质包括隧道出口滑坡 高地应力、煤层瓦斯及有害气体、软岩大变形、富水断层破碎带及岩溶、岩爆等。因此，下面以秀宁隧道工程为依托，总结了秀宁隧道不良地质段采用的各类施工技 术，为日后类似地质不良地区的长大隧道修建提供依据。2 不良地质段施工方案及方法2.1 岩爆地段秀宁隧道埋深大于450 m的段落有3段，长度达2 140 m,这些段落可能会产生 轻微岩爆。下面对岩爆的处置进行分析。2.1.1 岩爆的预报 根据现有的技术主要通过类比法、前兆法、经验法进行预报。在进入岩爆地段后进 行应力测试，确定岩爆等级，并以此为根据确定开

10、挖、支护和防护的方法。(1) 类比法是类比平导，在平导相同的地段如果发生了岩爆，在正洞的相应地段也 很有可能发生岩爆。(2) 前兆法则是判断岩爆发生前的碎裂声来预报岩爆。(3) 经验法适用于高地应力地段，一般在开挖二倍洞径的后方地段为岩爆高发区。2.1.2 通过岩爆地段的施工方法(1) 全断面法改为半断面法，使应力逐步释放。(2) 采用短进尺多循环方式，将深孔爆破改为浅孔爆破，降低一次爆破用药量，减 少爆破对围岩的扰动。(3) 采用光面爆破，使隧道的周边圆顺，减少应力集中，降低岩爆发生强度。(4) 打超前探孔，使掌子面及洞壁应力提前释放(见图1)。图1 超前应力解除断面示意(5) 在钻孔内注入

11、高压水，向岩面喷雾，降低岩石强度和弹性模量，降低岩石碎性， 减少岩爆发生率。(6) 开挖后及时支护，喷射钢纤维混凝土，必要时加局部钢支撑，防止岩石弹射与 塌落破坏。2.2 富水断层破碎带秀宁隧道所穿越的地段具体有 7 条断层，每个断层规模、破碎情况形成的地质条 件都有所不同，在施工中产生的影响也各有不同。在施工中对可能遇到的不良地质， 应该严格按照“早预报、管超前、预注浆、半断面、短进尺、弱爆破、强支护、快 封闭、勤测量”的原则施工，采取的措施如下。2.2.1 超前地质预测、预报、超前探水 利用先进的地质预报方法对秀宁隧道施工段进行有效的超前地质预报，掌握开挖断 面前方工程的地质、水文地质等特

12、征。基于TSP技术，综合分析地质雷达、超前 钻孔、超长炮孔及现场地质素描等探测资料，探出破碎带地段的规模、岩石抗压强 度、岩体特性、涌水量等情况，据此修正围岩级别，确定结构参数，制定施工方案。2.2.2 软岩及断层破碎带开挖方法 秀宁隧道所处的断层破碎带情况十分复杂，不仅围岩不稳定，而且地下水发育，在 断层破碎带地段需要采用注浆来加固要开挖地层，多台阶开挖的方法，开挖结束以 后立即采取喷射混凝土的方法，让围岩尽快成拱。根据围岩的不同情况，选用适当 的联合支护手段来加强现有的支护。在没有进行围幕注浆的地段，软岩及破碎带的 开挖支护方法见图2 ，富水地段施工处理措施见图 3。图2 软岩段稳定开挖工

13、作面措施图3 断层破碎带富水地段施工处理措施2.2.3 支护参数综合分析地质预报及探测资料，修正围岩级别;根据以往的施工经验和相近工程的 施工方案，确定施工过程中的支护参数，保证施工的安全及洞身结构的稳定。2.3 下穿居民区地段 秀宁隧道施工时会对附近居民的水井、泉水出露点进行长时间的观测，防止施工过 程中造成附近村庄的水井水位下降、地下水源干涸及诱发地表塌陷等危害，影响附 近村民饮用水安全及正常生活，施工阶段采取注浆堵水的措施进行有效预防，保持 地下水的平衡。阻断地下水从开挖面的排放通道，有力地保护地下水资源不被破坏， 从而起到了保护水环境和安全施工的作用。如预测或钻孔验证出现较大的裂隙水，

14、 采用小导管注浆不能满足堵水的要求时，则要快速采用帷幕注浆、径向注浆、局部 注浆等多种注浆方式维护水环境的稳定，必要时可以考虑采用全断面帷幕注浆，其 布孔方式见图4。图4 帷幕注浆钻孔布设示意2.4 放射性地段据勘探资料显示，测孔DK1003 + 300左8 m孔中最高自然放射性强度为28脚， 自然Y活度为80.6Bq，属于伽玛异常点、带区域。为安全施工，加强了监测，对监测数据按铀矿地质辐射环境质量评价规程(EJ 293 - 87)提拱的y射线外照射对居民产生的所剂量当量计算公式进行计算。根据铁路工程不良地质勘察规程(TB 1027 - 2001)，放射性工作场所可根据年有效 剂量当量He划分

15、的规定(非限制区Hev5 mSv，限制区5 mSvHe15 mSv)，若有效剂量当量接近监督区下限，施工中应加强取样监测。 如果达到相应量值，放射性施工中须遵守辐射防护规定(GB 8703 - 88)的规定， 将隧道洞身段所弃碴划分为固体废物类别，属I级低放射废物。对隧道弃碴进行表 面覆盖处理，并设立标志，请专家咨询服务，对其进行最终处理。 加强施工作业人员的防护措施，请专家到现场进行咨询服务，采取防护方法，对施 工作业人员进行防护培训，确保施工作业人员的人身安全。2.5 隧道出口滑坡段施工方案 秀宁隧道出口洞门左、右侧存在2个小型滑坡体，滑坡体成因为坍塌堆积体，厚 度较小，隧道洞门开挖前先进

16、行了锚固桩施工，锚固混凝土强度达到设计要求后才 能进行洞口开挖作业。同时，为保证进洞安全，对洞口边、仰坡及洞顶进行了注浆 固结作业。锚固作业和挖孔作业时，应及对地层地质进行记录、描述，绘出地层地质柱状图， 并同设计地质进行比较，经设计院复核后才能进行混凝土浇灌施工。3 工程难点分析及施工对策3.1 防止重大地质灾害在秀宁隧道施工中严格将地质预报作为一道工序进行管理，配备TSP203超前地质预测预报系统结合地质雷达、红外探水仪和超前探孔对隧道应力场变化和隧道围 岩中地下水情况进行预报，制定防范预案，保证施工的质量、安全及进度。 对水压水量较大、岩体破碎、隧道施工可能发生涌水的地段，应实施超前预注

17、浆 (局部或帷幕)堵水加固的措施。当勘察到地表水为溶洞水主要供给来源时，应在地 表采取设置截水沟、整平嵌补沟谷、回填、铺砌地表溶蚀洼地等措施以减少地表水 涌进隧道。3.2 防排水秀宁隧道洞身穿越3个较大富水区，预测隧道正常涌水量为96 000 m3/d，预测 隧道最大涌水量为140 000 m3/d ，因此做好隧道的防排水工作是本工程实施中的 重点。八、具体采取的施工对策如下:(1) 隧道全线拱墙均要铺设复合防水板和无纺布;(2) 施工缝采用外贴式止水带加中埋式止水带的复合构造进行防水;变形缝采用外贴 式止水带加钢边止水带加嵌缝材料复合防水的构造;(3) 全线衬砌采用混凝土的抗渗等级不得低于P

18、8;(4) 二次衬砌施作时拱顶预埋注浆管，对拱部进行充填注浆;(5) 采用双侧沟加中心排水沟的排水方式;(6) 衬砌背后拱墙设置环向盲沟，每10 m 环;边墙脚纵向设申100 mm纵向盲沟， 并每510 m设横向排水管将地下水引入洞内侧沟，要求纵、环向盲管、泄水管采用变径三通连接牢固。纵环向打孔波纹管均不得侵入二次衬砌。3.3 防瓦斯秀宁隧道DK999+800DK1000+500段炭质含量比较高，具有很好的成气条件， 受本区域的构造影响，岩体节理裂隙发育，贯通性较好，瓦斯等有害气体很有可能 运移到其他地段。隧道过瓦斯段的施工，要以安全施工为首要原则，无论该段是否有瓦斯突出，一律 按有瓦斯气体的

19、施工方法来组织施工。施工中加强监测与超前地质预报，加强通风、 人员防护，初期支护尽早封闭围岩并施作瓦斯隔离板、气密性混凝土等防护措施。3.4 长距离通风秀宁隧道进口工区进口段正洞施工3 500 m;平导总长4 095 m，施工完毕后再施工正洞914 m。解决通风问题和改善施工环境是隧道施工的一个重点。为此，施 工中采用了优质的通风软管，单节长度20 m，拉链式连接，风管安装要求达到平、 直、稳、紧，不弯曲、无褶皱，减少通风阻力。此外，风管尽量以长代短，减少接 头的数量;在净空允许的条件下尽量采用大直径风管;以直取弯，减少风阻，防止漏 风、窜风。4 结束语秀宁隧道在长达5年多的施工中，采用科研课

20、题研究为先导，施工中强调理论与实践的对比分析，综合采用超前地质预报、试验段掘进、现场试验和监控量测等手 段，克服了多项不良地质带来的各种困难，穿越了富水糜棱岩、富水断层破碎带、 高瓦斯等地层，解决了岩溶高压涌水处治、VI级围岩加固、复合式衬砌防水、长距 离通风等技术难题，实现了隧道的安全、快速掘进。秀宁隧道的成功贯通，为我国 西南地区复杂地质条件下修建长大隧道积累了宝贵的施工经验，提出了相应的综合 施工技术与工艺，推进了我国隧道施工技术的发展。参考文献USCNCNU (寸)mooCN、 匣郷圃廿二、i -寸mm - lygsooCN 、ffl!w二、ws - mcnCNm-c - 6qL(&6 、卜 OOCN、映比长着铝二-CNLm -寸卜寸 U(CN)CNCN、mooCN 、黑HW只口犯二-19S-罠(91)宗、900CN、熔Em 二- 6c, og(esoocn、SH- - - - - 8OOCN-86L0q卜OOCN菁豊二长着担墓臺書里.恤-L00S - 99(11-1)8002、1fflij二、i oi- - 9 L -寸-86002、嚣