1、2020年8月30日,第四講 工程實例(一),李文江石家莊鐵道學院,2020年8月30日,宜萬鐵路33標齊岳山隧道出口施工情況介紹,2020年8月30日,工 程 概 況,宜萬鐵路33標齊岳山特長隧道，位于湖北省利川市境內(nèi)，全長10528m，是宜萬線上第三長大隧道，位列全線五座級風險隧道之首。 在線路前進方向隧道左側(cè)30m處設(shè)集施工中地質(zhì)超前預報、通風、排水、增加工作面及運營期間排水、消防、救援、人員疏散通道等多功能的貫通平行導坑一座，全長10581m。 08年7月調(diào)整后，正洞出口段6683 m、平導出口段6716m。,齊岳山隧道,隧道出口,隧道斜井,工 程 概 況,在DK367+521處，設(shè)有

2、軌運輸斜井一座，斜井與線路平面交角為28，傾角為2327，斜井全長752.2m，高差299.3m。 隧道設(shè)計為單面下坡，坡度分別為-15.3（長5271m）和-6（長1412m）。 DK364+900DK371+079段（長6179m）設(shè)計為時速120km/h單線電化鐵路隧道，DK371+079DK371 +783段（長704m）設(shè)計為雙線車站。,工 程 概 況風險,斷層破碎帶，破碎、飽水、高水壓。 斜井長度長、坡度大，運輸能力有限。 長大隧道通風困難，風向隨季節(jié)變化而變化。 長大隧道危險源多，防范壓力巨大。,工程及水文地質(zhì),齊岳山隧道工程地質(zhì)極其復雜，集溶洞、暗河、高壓富水斷層破碎帶、瓦斯、

3、煤層、高地應(yīng)力和石膏巖地層等多種不良地質(zhì)于一身。 得勝場槽谷的F11高壓富水斷層及得勝場暗河，斷層規(guī)模大，發(fā)育著多條次級分支斷層，沿斷層帶溶洞、漏斗、泉水等十分發(fā)育，預測該段正常涌水量值為13.98104 m3/d ，最大涌水量56.54 104 m3/d，該段發(fā)生突水突泥的風險程度、規(guī)模和工程處理難度，為國內(nèi)外罕見，是本隧道乃至全線最困難地段，也是公認的世界級難題。,F11斷層取芯樣本,DK365+100DK365+110段為三疊系嘉陵江組四段灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，有小型溶蝕裂隙發(fā)育，巖體較完整，是隧道遭遇局部溶蝕裂隙高壓突水的可能地段，另外注意硫酸根離子的侵蝕性，圍巖等級IV級。,工程及水文地

4、質(zhì),DK365+110+355段為F11斷層破碎帶，巖性成分復雜，具有飽和含水的含碎石粉質(zhì)黏土或碎石土的類似性質(zhì)，其下盤、上盤裂隙發(fā)育帶導水能力強，核部地段導水能力一般，其圍巖強度低、穩(wěn)定性差，受水的浸泡軟化，工程性質(zhì)更加惡化，是隧道遭受突泥、坍方的高風險地段，圍巖等級為V級。,工程及水文地質(zhì),工程及水文地質(zhì),F11斷層破碎帶的工程性質(zhì) F11斷層以破碎巖體為主，上、下盤接觸帶附近圍巖強度較高，破碎但不松軟，構(gòu)造裂隙發(fā)育富水性和透水性較核部強，主要的地質(zhì)困難是高壓涌水伴隨局部坍方；中間核心地帶以類似于含碎石粉質(zhì)黏土或碎石土狀的破碎松軟物質(zhì)，飽和富水泥質(zhì)含量大，透水導水能力偏弱，工程性質(zhì)表現(xiàn)為圍

5、巖強度低、穩(wěn)定性差，在隧道的施工開挖中，將會面臨涌泥、坍方的嚴重威脅。,地層巖性：三疊系嘉陵江組四段 （T1j4 ）下部白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖角礫巖，中部溶崩角礫巖，局部含硬石膏；T2b1鈣質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)頁巖夾薄層泥灰?guī)r地層；F11斷層中的斷層角礫巖、碎裂巖、斷層泥等, 膠結(jié)物以鈣泥質(zhì)為主, 膠結(jié)松散。 地質(zhì)構(gòu)造：得勝場槽谷地段構(gòu)造上處在齊岳山背斜及箭竹溪向斜的交界地帶，槽谷內(nèi)發(fā)育有F9、F10、F11三條斷層，其中F11斷層規(guī)模大，成分復雜，構(gòu)造作用強烈，所處特殊位置使其成為隧道施工安全和環(huán)境造成影響的高風險地段。,得勝場槽谷地質(zhì)特征,高地應(yīng)力地段 平導掘進至PDK371+125PDK37

6、0 +878段，正洞掘進至DK371+096+046 段時，隧道最大埋深為670m，由于深埋導致地應(yīng)力釋放產(chǎn)生巖爆和軟弱巖變形，洞壁發(fā)生剝離、片幫掉頂。,不良地質(zhì)及處理方案,高地應(yīng)力地段,高地應(yīng)力地段 為確保施工安全和施工質(zhì)量，當隧道穿越上述地段時，對圍巖體進行地應(yīng)力測試，并加強圍巖量測，根據(jù)測試結(jié)果及掌握的參數(shù)，對圍巖體進行穩(wěn)定性評價。 施工中，采取設(shè)置超前錨桿及格柵鋼架，減震爆破，加強錨、噴、網(wǎng)、鋼架綜合支護體系，成功克服了隧道的高地應(yīng)力，順利通過了隧道高地應(yīng)力段。 總體上按照“加固圍巖、改善變形、先柔后剛、先放后抗、變形留夠、底部加強”的原則進行施工。,不良地質(zhì)及處理方案,瓦斯地段 正洞

7、掘進至DK367+150-DK366+358、平導掘進至PDK367+150-PDK366+365時，開挖揭示為砂巖夾炭質(zhì)頁巖和煤線，局部見窩狀煤，存在逃逸型天然氣，設(shè)計按三級瓦斯設(shè)防處理。 經(jīng)鉆設(shè)超前探孔檢測，瓦斯最高濃度已達到16.3%，作業(yè)區(qū)空氣中瓦斯最高濃度達4.35 % ，國家規(guī)定現(xiàn)場掘進工作面的瓦斯含量允許最高濃度為2。,不良地質(zhì)及處理方案,瓦斯地段,含煤地層,瓦斯檢測設(shè)備,瓦斯地段 針對瓦斯段，首先通過鉆設(shè)30m的超前探孔進行瓦斯探測和超前釋放，在掌子面安裝自動瓦斯檢測報警系統(tǒng)，安全員24小時輪流值班，每小時檢測1次，認真作好記錄，隨時掌握瓦斯發(fā)展動態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常，立即上報。 其次

8、加強通風措施，不間斷對工作面進行通風，及時稀釋和排出了瓦斯氣體，使隧道的瓦斯?jié)舛仁冀K控制在0.450.5。 在各項指標達到開挖要求時，嚴格遵守瓦斯隧道施工安全規(guī)定，實行“一炮三檢”制，采用煤礦專用炸藥和電雷管起爆，使用防爆型的機械設(shè)備、照明燈具和防瓦斯的個人防護用品。,不良地質(zhì)及處理方案,高壓富水（斷層破碎帶）地段 齊岳山隧道出口段共有F15-F11等五個大斷層，目前已成功穿越F15-F12四個大斷層，尚有F11大斷層待穿越，該斷層均位于得勝場槽谷地段。 該段由于巖層間的層間裂隙和規(guī)模宏大的得勝場斷裂及次級構(gòu)造的影響，深部巖溶裂隙水與上部暗河水具有水力聯(lián)系，受上部得勝場暗河巖溶裂隙、管道流的補

9、給，是隧道受水威脅最嚴重的地段。由于隧道開挖排水、構(gòu)造、溶蝕裂隙，尤其是F11斷層破碎帶較寬（DK365 + 340-+100 ），斷層逐漸暢通而與管道流貫通，可能導致隧道發(fā)生大規(guī)模涌突水突泥。該段隧道洞身埋深260m，地下水頭高約230250m，水壓高達3.4MPa。,不良地質(zhì)及處理方案,平導突水,平導突水,高壓富水（斷層破碎帶）地段 平導PDK365342掌子面進行帷幕注漿時，鉆孔涌水量從120 m/h增至790m/h，水壓達2.6MPa，鉆孔涌水間斷性夾帶砂、石，主要發(fā)生在PDK365+329-+325地段，成分由構(gòu)造礫石和碎石角礫組成，探孔涌水基本為清水，從2007年11月8日到12月

10、10日，掌子面30米附近砂、石堆積厚度達30 cm，累計涌出礫石達52m。,不良地質(zhì)及處理方案,高壓富水（斷層破碎帶）地段 在平導PDK365+335+308帷幕注漿施工過程中 ，在2008年8月14日，J7孔終孔退鉆后，該孔流量達1831 m3/h,水壓高達2.8Mpa，噴射距離達40m，并且突水過程中夾帶泥砂及卵石噴出，將掌子面照明燈具全部擊碎。,不良地質(zhì)及處理方案,高壓富水（斷層破碎帶）地段,不良地質(zhì)及處理方案,平導穿越得勝場槽谷段支護參數(shù)表,高壓富水（斷層破碎帶）地段,不良地質(zhì)及處理方案,正洞穿越得勝場槽谷段支護參數(shù)表,設(shè)計方案,全斷面帷幕注漿,齊岳山隧道地質(zhì)條件極其復雜，是我國最為困

11、難復雜的山嶺隧道之一，特別是深埋巖溶隧道可能出現(xiàn)的涌水突泥等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，嚴重危及施工安全。為保證隧道的施工安全，在如此高風險的條件下，做到萬無一失，我們采用長、中、短綜合超前地質(zhì)預報，預防各類突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，為項目的穩(wěn)步推進提供可靠保障。,超前地質(zhì)預測預報,TSP203長距離預報,地質(zhì)雷達中距離預報,遠紅外探水預報,超前探孔預報,帷幕注漿,08年，鐵道部對通過斷層破碎帶的施工方法，如冷凍法、地表加固法等進行了調(diào)查研究，并邀請相關(guān)專家到現(xiàn)場實地勘察，通過對比、論證，于08年6月中旬確定全斷面帷幕注漿方案是唯一可行的方案。 如何從工藝上保證高壓孔隙水、斷層破碎帶加固圈有足夠的厚度和強度，沒有類

12、似的經(jīng)驗可借鑒。,帷幕注漿設(shè)備,RPD-75SL-H2全液壓鉆機 ZDY1900S坑道鉆機,為做好帷幕注漿施工，徹底攻克齊岳山隧道的世界級難題，配套了整體水平達到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平的設(shè)備資源。經(jīng)過第一循環(huán)的實踐，充分證明了設(shè)備的適應(yīng)性、工效性。,帷幕注漿設(shè)備,2TGZ-90/140雙液注漿泵 ZJB(BP)-30單液注漿泵,帷幕注漿設(shè)備,NJ-1200高速水泥漿攪拌機 注漿列車,帷幕注漿設(shè)備,PG185全液壓管棚鉆機,鉆孔注漿作業(yè)臺架,注漿工藝是注漿成敗的關(guān)鍵，沒有一個合適的注漿工藝，漿液就很難按理想的軌跡注入地層，因此，就很難達到良好的注漿效果。注漿工藝主要是指注漿施工中所選擇的注漿方式

13、、注漿順序、注漿參數(shù)和注漿結(jié)束標準四個方面的內(nèi)容。,帷幕注漿工藝,帷幕注漿參數(shù),帷幕注漿參數(shù),帷幕注漿流程,帷幕注漿工藝流程,超前鉆孔,鉆孔布置,鉆 孔,注漿試驗,注漿,注漿效果評定,開挖支護,不合格,合格,下一循環(huán)施工,TSP203、地質(zhì)雷達等超前探測,施工止?jié){墻,止?jié){墻施工,帷幕注漿結(jié)束標準 單孔結(jié)束標準： 1、注漿壓力逐步上升至設(shè)計終壓，并繼續(xù)注漿10min以上。 2、注漿結(jié)束時的進漿量小于5L/min。 全段結(jié)束標準： 1、所有注漿孔均符合單孔結(jié)束條件。 2、注漿后預測涌水量小于3m3/m.d 。 3、注漿后涌水量小于0.2L/m.min。 4、漿液有效注入范圍大于設(shè)計值。,帷幕注漿施

14、工,巖層破碎，水量大，水壓高，為了克服高水壓，造成注漿閘閥、球閥報廢數(shù)量非常多，在8Mpa的注漿壓力下，更是異常危險。,帷幕注漿施工,報廢的閘閥和球閥,開挖揭示注漿效果,漿脈填充,注漿效果檢查評定方法,帷幕注漿施工,注漿檢查孔取芯巖樣,P-Q-t曲線,組建注漿隊伍,6月16日組建了自己的專業(yè)注漿隊伍，該隊伍擁有帷幕注漿專業(yè)設(shè)備23臺套，各類鉆機15臺，注漿機6臺，制漿機2臺。 擁有專業(yè)技術(shù)人員10人，各類技術(shù)工人93人，各類配合隊員67人。,組建注漿隊伍,在邊組建邊培訓的過程中，完成了正洞超前鉆孔、取芯工作，同時創(chuàng)造了3.5小時成孔41m的好成績。,隊伍洞外培訓,隊伍洞內(nèi)實戰(zhàn),工藝和漿材研究,結(jié)合設(shè)備及工程特點，進行工藝和新材料實驗研究。 在軟弱松散圍巖中，采用新注漿理念和工藝，取得了較好的效果。 在高壓富水松散大型斷層中，自主研發(fā)了新型漿材，注漿效果取得重大突破。,與日本專家在現(xiàn)場進行研討 同監(jiān)理、設(shè)計人員現(xiàn)場討論方案,注漿效果,DK365+357+327段30m的帷幕注漿任務(wù)：3個超前地質(zhì)探孔（其中一個為取芯孔）、122個帷幕注漿孔、14個檢查孔，鉆孔注漿施工僅用了1個月即完成 。 創(chuàng)造了集團公司注漿施工新紀錄。,施工中的帷幕注漿孔 施工完畢帷幕注漿孔,鉆孔注漿工程量統(tǒng)計,根據(jù)F11斷層第一循環(huán)帷幕注漿設(shè)計，平導121個孔、正洞122個孔。 平導每