高海拔復雜地質(zhì)特長隧道施工關鍵技術

1　緒論 …………………………………………………………………………………………… 1
1.1　關角隧道建設基本情況 ………………………………………………………………… 1 1.2　工程概況 ………………………………………………………………………………… 3 1.2.1　設計技術指標 ……………………………………………………………………… 3 1.2.2　沿線自然特征 ……………………………………………………………………… 5 1.2.3　水文地質(zhì)特征 ……………………………………………………………………… 7 1.2.4　隧道施工中的主要地質(zhì)問題 ……………………………………………………… 7 1.2.5　隧道施工方案 ……………………………………………………………………… 9 1.2.6　工程特點 …………………………………………………………………………… 13
2　高壓富水隧道突水機理及防治技術 ………………………………………………………… 14
2.1　關角隧道水環(huán)境概況 …………………………………………………………………… 14 2.1.1　水文地質(zhì)概況 ……………………………………………………………………… 14 2.1.2　隧道施工情況及涌水量分析 ……………………………………………………… 15 2.2　關角隧道突涌水機理 …………………………………………………………………… 20 2.2.1　突涌水形式 ………………………………………………………………………… 20 2.2.2　涌水點分布規(guī)律 …………………………………………………………………… 21 2.2.3　突涌水水源調(diào)查 …………………………………………………………………… 23 2.2.4　突涌水水文地質(zhì)概念模型 ………………………………………………………… 25 2.2.5　突涌水模式及機理 ………………………………………………………………… 26 2.3　超前地質(zhì)預報 …………………………………………………………………………… 30 2.3.1　超前地質(zhì)預報原則及方法 ………………………………………………………… 30 2.3.2　施工地質(zhì)分級 ……………………………………………………………………… 30 2.3.3　超前地質(zhì)預報技術 ………………………………………………………………… 31 2.3.4　超前地質(zhì)預報應用 ………………………………………………………………… 33 2.4　注漿堵水技術 …………………………………………………………………………… 34 2.4.1　頂水注漿 …………………………………………………………………………… 36 2.4.2　帷幕注漿 …………………………………………………………………………… 37 2.4.3　徑向注漿 …………………………………………………………………………… 42 2.4.4　注漿材料對比分析 ………………………………………………………………… 45 2.4.5　工程應用 …………………………………………………………………………… 46
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施工關鍵技術高海拔復雜地質(zhì)特長隧道 Key Construction Techniques of GUANJIAO Extra-longTunnel in High Altitude Areas II ///
2.5　引排水技術 ……………………………………………………………………………… 50 2.5.1　地表引排水 ………………………………………………………………………… 50 2.5.2　反坡排水技術 ……………………………………………………………………… 51 2.6　小結(jié) ……………………………………………………………………………………… 69
3　淺埋貧水風積砂地層隧道施工技術 ………………………………………………………… 71
3.1　淺埋貧水風積砂地層隧道穩(wěn)定性特征 ………………………………………………… 71 3.1.1　砂層地質(zhì)成因及工程性質(zhì) ………………………………………………………… 71 3.1.2　圍巖變形特征分析 ………………………………………………………………… 72 3.2　淺埋貧水風積砂隧道開挖方法研究 …………………………………………………… 76 3.2.1　隧道施工方法比選 ………………………………………………………………… 76 3.2.2　施工方法確定 ……………………………………………………………………… 78 3.3　淺埋貧水風積砂隧道施工方案研究 …………………………………………………… 79 3.3.1　三臺階法 …………………………………………………………………………… 79 3.3.2　施工方法優(yōu)化模擬 ………………………………………………………………… 81 3.3.3　四臺階九步法 ……………………………………………………………………… 82 3.4　改進方案與原方案實測對比分析 ……………………………………………………… 90 3.4.1　淺埋貧水風積砂段隧道監(jiān)控量測實施方案 ……………………………………… 90 3.4.2　監(jiān)控量測實施細則 ………………………………………………………………… 94 3.4.3　監(jiān)控量測結(jié)果對比分析 …………………………………………………………… 99 3.5　小結(jié) …………………………………………………………………………………… 100
4　斷層破碎帶處理技術 ……………………………………………………………………… 102
4.1　斷層破碎帶工程特點 ………………………………………………………………… 102 4.1.1　破碎圍巖的定義 ………………………………………………………………… 102 4.1.2　斷層破碎帶圍巖力學屬性 ……………………………………………………… 102 4.2　斷層破碎帶隧道支護結(jié)構(gòu)受力特性現(xiàn)場試驗研究 ………………………………… 103 4.2.1　概述 ……………………………………………………………………………… 103 4.2.2　試驗內(nèi)容及方法 ………………………………………………………………… 103 4.2.3　試驗結(jié)果及分析 ………………………………………………………………… 105 4.3　施工方案與支護參數(shù)優(yōu)化 …………………………………………………………… 117 4.3.1　施工方法及工藝 ………………………………………………………………… 118 4.3.2　超前支護及初期支護 …………………………………………………………… 120 4.4　斷層破碎帶大變形及塌方段整治技術 ……………………………………………… 123 4.4.1　發(fā)生塌方的原因 ………………………………………………………………… 123 4.4.2　塌方前的征兆 …………………………………………………………………… 124 4.4.3　淺埋河谷段塌方處理措施 ……………………………………………………… 124 4.4.4　深埋F2-1斷層破碎帶塌方處理措施 ……………………………………………… 127
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/// III 目　錄
4.4.5　塌方處理關鍵技術 ……………………………………………………………… 131 4.5　富水環(huán)境對破碎圍巖穩(wěn)定性的影響 ………………………………………………… 133 4.5.1　概述 ……………………………………………………………………………… 133 4.5.2　地下水對巖體力學性質(zhì)的影響 ………………………………………………… 134 4.5.3　工程規(guī)范對地下水狀態(tài)的考慮 ………………………………………………… 137 4.5.4　地下水作用對隧道穩(wěn)定性影響的數(shù)值解 ……………………………………… 139 4.6　小結(jié) …………………………………………………………………………………… 144
5　高海拔隧道長距離施工通風技術 ………………………………………………………… 146
5.1　高海拔隧道施工工程機械有害氣體排放特性 ……………………………………… 146 5.1.1　工程機械有害氣體排放測試與數(shù)據(jù)處理 ……………………………………… 146 5.1.2　工程機械有害氣體排放特性 …………………………………………………… 148 5.2　關角隧道施工通風方案 ……………………………………………………………… 151 5.2.1　關角隧道施工通風難點 ………………………………………………………… 151 5.2.2　施工通風設計的原則、依據(jù)及參數(shù) ……………………………………………… 152 5.2.3　通風方案 ………………………………………………………………………… 153 5.3　獨頭巷道壓入式風口距掌子面距離 ………………………………………………… 161 5.3.1　二維物理模型 …………………………………………………………………… 161 5.3.2　計算結(jié)果 ………………………………………………………………………… 161 5.3.3　隧道三維數(shù)值計算 ……………………………………………………………… 174 5.3.4　工作面作業(yè)區(qū)域流場分析 ……………………………………………………… 179 5.4　射流風機串并聯(lián)效果對比分析 ……………………………………………………… 180 5.4.1　射流風機串聯(lián)組合形式分析 …………………………………………………… 180 5.4.2　射流風機并聯(lián)組合形式分析 …………………………………………………… 185 5.5　通風效果測試 ………………………………………………………………………… 190 5.5.1　通風升溫系統(tǒng) …………………………………………………………………… 190 5.5.2　通風管理 ………………………………………………………………………… 191 5.5.3　測試效果 ………………………………………………………………………… 192 5.6　小結(jié) …………………………………………………………………………………… 194
6　高海拔特長隧道施工機械配套技術 ……………………………………………………… 195
6.1　影響關角隧道快速施工的因素 ……………………………………………………… 195 6.2　高海拔隧道施工機械效率分析 ……………………………………………………… 196 6.2.1　高海拔環(huán)境對機械設備的影響 ………………………………………………… 196 6.2.2　海拔高度對柴油機油耗影響的現(xiàn)場試驗研究 ………………………………… 200 6.2.3　關角隧道施工機械作業(yè)效率分析 ……………………………………………… 203 6.3　關角隧道施工工效分析及機械配套 ………………………………………………… 210 6.3.1　施工作業(yè)系統(tǒng)分析 ……………………………………………………………… 210
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施工關鍵技術高海拔復雜地質(zhì)特長隧道 Key Construction Techniques of GUANJIAO Extra-longTunnel in High Altitude Areas IV ///
6.3.2　開挖作業(yè)線工效分析及機械配套 ……………………………………………… 211 6.3.3　支護作業(yè)線工效分析及機械配套 ……………………………………………… 212 6.3.4　出渣作業(yè)線機械配套 …………………………………………………………… 214 6.3.5　無砟軌道作業(yè)線機械配套 ……………………………………………………… 215 6.4　機械設備的保養(yǎng)及維護 ……………………………………………………………… 217 6.4.1　建立健全組織機構(gòu)和規(guī)章制度 ………………………………………………… 217 6.4.2　超前預測，分類備足 ……………………………………………………………… 217 6.4.3　統(tǒng)籌考慮，合理搭配 ……………………………………………………………… 218 6.4.4　按時保養(yǎng)，及時修理 ……………………………………………………………… 218 6.4.5　重視配屬動力設備的維修 ……………………………………………………… 218 6.5　小結(jié) …………………………………………………………………………………… 218
7　高海拔特長隧道防災救援技術 …………………………………………………………… 219
7.1　關角隧道火災煙氣及溫度分布特征研究 …………………………………………… 219 7.1.1　隧道火災模型試驗方法 ………………………………………………………… 219 7.1.2　試驗記錄 ………………………………………………………………………… 223 7.1.3　試驗結(jié)果分析 …………………………………………………………………… 226 7.1.4　火災時隧道內(nèi)溫度場縱向分布規(guī)律 …………………………………………… 227 7.2　救援通道施工技術 …………………………………………………………………… 229 7.2.1　施工難點分析 …………………………………………………………………… 230 7.2.2　主要施工技術 …………………………………………………………………… 231 7.2.3　工程實際效果 …………………………………………………………………… 233 7.3　隧道救援技術 ………………………………………………………………………… 233 7.3.1　災前預防措施 …………………………………………………………………… 233 7.3.2　關角隧道定點救援方案 ………………………………………………………… 234 7.3.3　消防與滅火 ……………………………………………………………………… 250 7.4　小結(jié) …………………………………………………………………………………… 252
8　高海拔隧道施工保障方案 ………………………………………………………………… 254
8.1　高海拔隧道冬季施工防寒保溫方案 ………………………………………………… 254 8.1.1　二次襯砌混凝土集中拌和站防寒保溫方案 …………………………………… 254 8.1.2　噴射混凝土拌和站防寒保溫方案 ……………………………………………… 255 8.1.3　洞內(nèi)及洞口防寒保溫方案 ……………………………………………………… 255 8.1.4　洞外供水、排水管路防寒保溫方案 ……………………………………………… 256 8.1.5　鋼材加工防寒保溫方案 ………………………………………………………… 256 8.1.6　空壓機防寒保溫方案 …………………………………………………………… 256 8.1.7　施工機械防寒保溫方案 ………………………………………………………… 256 8.1.8　生活區(qū)防寒保溫方案 …………………………………………………………… 256
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/// V 目　錄
8.1.9　施工人員進出洞防寒保溫方案 ………………………………………………… 256 8.1.10　混凝土施工防寒保溫方案 ……………………………………………………… 257 8.1.11　冬季施工設備保證措施 ………………………………………………………… 257 8.1.12　質(zhì)量保證措施 …………………………………………………………………… 257 8.1.13　安全保證措施 …………………………………………………………………… 258 8.2　高海拔隧道的棄渣與環(huán)保方案 ……………………………………………………… 258 8.2.1　棄渣場防護措施原則 …………………………………………………………… 258 8.2.2　經(jīng)驗分析 ………………………………………………………………………… 259 8.2.3　其他環(huán)保措施 …………………………………………………………………… 260 8.3　水環(huán)境施工人工、機械降效影響 …………………………………………………… 260 8.3.1　水環(huán)境施工對開挖的影響 ……………………………………………………… 261 8.3.2　水環(huán)境施工對出渣的影響 ……………………………………………………… 261 8.3.3　水環(huán)境施工對初期支護的影響 ………………………………………………… 261 8.3.4　水環(huán)境施工對噴射混凝土的影響 ……………………………………………… 261 8.3.5　水環(huán)境施工對建設資金的影響 ………………………………………………… 263 8.4　局部高水壓力作用下襯砌結(jié)構(gòu)的合理設計 ………………………………………… 264 8.4.1　襯砌水壓力現(xiàn)場試驗 …………………………………………………………… 264 8.4.2　提高襯砌安全系數(shù)措施 ………………………………………………………… 266 8.4.3　局部水壓作用下的優(yōu)化設計 …………………………………………………… 268 8.5　皮帶運輸系統(tǒng)的應用 ………………………………………………………………… 269 8.5.1　傳統(tǒng)有軌和無軌運輸方式存在的共同問題 …………………………………… 270 8.5.2　關角隧道皮帶運輸方案 ………………………………………………………… 270 8.6　增設泄水洞的設計與施工 …………………………………………………………… 272 8.6.1　新關角隧道設置泄水洞的必要性 ……………………………………………… 273 8.6.2　泄水洞與隧道正洞相對高差的選擇 …………………………………………… 273 8.6.3　泄水洞相對隧道正洞平面位置的比選 ………………………………………… 274 8.6.4　泄水洞起點和出口位置的確定 ………………………………………………… 275 8.6.5　施工建議 ………………………………………………………………………… 276
參考文獻 ………………………………………………………………………………………… 278