【中鐵】廣昆鐵路秀寧隧道施工關(guān)鍵技術(shù)（全面）

1、廣昆鐵路秀寧隧道施工關(guān)鍵技術(shù),中鐵十六局集團有限公司 2014年9月,一、工程概況 二、施工關(guān)鍵技術(shù) 三、體會,一、工程概況,1. 工程概況 秀寧隧道為廣昆鐵路（成昆鐵路廣通至昆明段）擴能改造工程中的雙線單洞隧道，全長13187m，設(shè)計行車速度160km/h（預(yù)留200km/h），是全線的控制性工程。隧道位于楚雄祿豐南車站與昆明安寧雙湄村車站之間，出口段位于半徑為5000m的左偏曲線上，其余位于直線上。線路為單坡設(shè)計，進口端11727m坡度為11，出口端1460m為9。,秀寧隧道 13187m,一、工程概況,秀寧隧道地處云貴高原東南部，屬中高山構(gòu)造侵蝕、溶蝕地貌，地形陡峻、起伏較大，最大埋深5

2、65m。隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，主要通過強構(gòu)造帶千枚巖、泥巖、板巖和灰?guī)r地層；隧道穿越5個褶曲構(gòu)造和8個富水?dāng)鄬訋?，其中羅茨易門斷裂帶寬1000余米，屬于川滇南北向構(gòu)造體系中的系列大斷層，隧道出口段穿越該斷裂帶核部550m，為糜棱巖，圍巖為VI級。,一、工程概況,隧道穿越糜棱巖地層550m,一、工程概況,一、工程概況,隧址區(qū)屬金沙江水系，水文地質(zhì)條件非常復(fù)雜，區(qū)內(nèi)各類型地下水的埋藏、分布、富水性受地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、巖性及裂隙發(fā)育程度控制。隧道穿越近5km 的富水區(qū)，地下水主要為巖溶及構(gòu)造裂隙水，巖溶較為發(fā)育，在褶皺帶、斷裂帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶，極易發(fā)生突水、突泥等危害。預(yù)測隧道最大涌水量為

3、140,000m3/d，地表水主要為溪水、溝水，隧道進口附近有大官田水庫，出口段下穿龍?zhí)端畮?，庫底到隧道頂不?0m。,隧址區(qū)水文地質(zhì)單元劃分（深藍為單元邊界，箭頭為地下水流向，紅線為隧道線）,隧道出口,隧道進口,龍?zhí)端畮?大官田水庫,一、工程概況,秀寧隧道為雙線大跨隧道，按照：隧道進口、隧道出口、進口平導(dǎo)、1#4#斜井進行施工組織。由于受突水、突泥影響，開挖受阻，1#A斜井廢棄，改為1#B斜井，3#斜井廢棄。,一、工程概況,2. 隧道施工難點 （1）隧道出口段550m 位于羅茨易門斷裂帶核部，地層為糜棱化的斷層角礫巖，即糜棱巖，富水，圍巖為VI級，埋深463m，最大開挖跨度15.2m，最小覆

4、跨比只有0.26。富水糜棱巖圍巖的穩(wěn)定性極差，隧道開挖后自穩(wěn)時間不足1個小時，極易發(fā)生溜坍、涌泥現(xiàn)象，糜棱巖地層的圍巖穩(wěn)定和變形控制是秀寧隧道施工的最大難題。,一、工程概況,（2）隧道下穿龍?zhí)端畮於伍L60m，地層軟弱破碎，VI級圍巖，水庫水深5.4m，庫底到隧道拱頂9.8m（含淤泥層2.5m），水庫水向隧道排泄的徑流途徑很短，在水壓的作用下，產(chǎn)生滲漏和涌水的可能性很大。施工稍有不慎發(fā)生坍塌冒頂、水庫內(nèi)的蓄水會瞬時涌入洞內(nèi)，造成重大施工災(zāi)害。,一、工程概況,（3）隧道洞身穿越由八條斷層破碎帶及巖溶發(fā)育區(qū)組成的三個大型高壓富水區(qū)，總長達5km，最大涌水量14萬m3 /天，最大水壓2MPa，隧道開挖

5、遇到富水?dāng)鄬?、暗河和溶洞時防治突水、突泥危害極為困難。此外，隧道施工排水將對區(qū)域內(nèi)的地下水環(huán)境造成影響，引起地表水的漏失、井泉干枯等環(huán)境問題。,一、工程概況,（4）隧道穿越炭質(zhì)板巖地層約4km，占全隧的30%，其中1/3埋深大于400m，屬高地應(yīng)力地層。炭質(zhì)板巖呈薄層狀、層間基本無膠結(jié)，由于受到構(gòu)造應(yīng)力作用，板巖節(jié)理扭曲，大部分呈破碎、斷裂狀態(tài)，結(jié)構(gòu)松散。遇水后強度低、極易失穩(wěn)，隧道施工極易產(chǎn)生滑坍、嚴(yán)重超挖、大變形、初支侵限等問題，圍巖穩(wěn)定性及其變形控制十分困難。,二、施工關(guān)鍵技術(shù),1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù) 2. 大斷面隧道下穿水庫施工風(fēng)險控制技術(shù) 3. 高壓富水?dāng)嗔褞淼朗┕?/p>

6、防突涌技術(shù) 4. 薄層炭質(zhì)板巖大斷面隧道變形控制技術(shù),（1）糜棱巖工程特性研究 糜棱巖是韌性變形條件下形成的斷層巖，由基質(zhì)和碎斑構(gòu)成。它是強烈破碎塑變作用所形成的巖石，往往分布于斷裂帶兩側(cè)，因為壓扭應(yīng)力的作用，使得巖石發(fā)生錯動、顆粒破碎。糜棱巖在我國主要分布在四川和云南兩省。 1885年，英國學(xué)者Lapwroth在研究蘇格蘭高地莫因（Moine）斷裂帶時，第一次提出了糜棱巖（Mylonite）這個科學(xué)術(shù)語。他認(rèn)為，糜棱巖是一種細粒的、具有強烈理化作用、在脆性破碎及研磨作用下形成的巖石，形成過程中不伴有組分的重結(jié)晶作用。 1968年，Turner重新定義糜棱巖為“粗粒巖石的極端?；瑳]有明顯的化

7、學(xué)再造，一種細粒碎石樣粘固帶狀或條帶狀巖石。未破裂的母巖呈眼球狀或透鏡體，常包含在?；幕|(zhì)中”。 對糜棱巖的認(rèn)識和研究已超過百年，在其組成和變形機制方面已有了較多的了解。但由于糜棱巖構(gòu)造和組成的復(fù)雜性，對它的組構(gòu)和工程特性（如受力變形特性、水穩(wěn)性、滲透性等）知道的還不多，還需要做進一步的研究。,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),糜棱巖基本物理性質(zhì)指標(biāo)：,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),隧道出口段糜棱巖開挖揭示：掌子面及側(cè)壁圍巖層理、片理清晰，層厚小于2cm，壓碎嚴(yán)重，扭曲，巖體呈角礫碎石夾土狀鑲嵌。而且局部富水呈飽和狀，其中有不規(guī)則的泥囊分布。 施工中，與院校合作，現(xiàn)場采集糜棱

8、巖試樣，采用微觀結(jié)構(gòu)分析、礦物和化學(xué)組成分析、物理和力學(xué)試驗等多種方法，對羅茨易門大斷裂核部糜棱巖的組構(gòu)特征、物理和力學(xué)及滲透特性進行全面分析，明確了糜棱巖的組構(gòu)特征（粒度成分、孔隙特征和礦物成分），獲得了糜棱巖的基本物理性質(zhì)、抗剪強度和滲透性指標(biāo)及其變化規(guī)律，確定了糜棱巖抗剪強度的水穩(wěn)性，為研發(fā)富水糜棱巖地層VI級圍巖的超前注漿加固技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。,組成特征：,級配曲線,糜棱巖試樣顆粒的能譜分析圖,礦物組成,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),微觀結(jié)構(gòu)特征： 掃描電鏡下可見碎屑礦物具波狀消光、解理和雙晶紋彎曲、顆粒邊部碎裂等現(xiàn)象。韌性基質(zhì)是一些細粒礦物的集合體，變形殘核是經(jīng)受韌性變形的礦

9、物，顯透鏡狀或帶狀。,孔隙組成及分布,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),糜棱巖試樣的掃描電鏡照片,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),抗剪強度的水穩(wěn)定性 滲透特性,從左上圖可以看出，當(dāng)含水量4.0%增加到12.0%時，其粘聚力從14.97kPa增加到62.64kPa，增加了約3.2倍；而內(nèi)摩擦角從34.57減小到5.95，減少了82.8% 。說明含水量變化對糜棱巖的抗剪強度影響非常大，利用糜棱巖強度的這一特性，可在注漿時通過設(shè)置排水孔加速富水糜棱巖地層的排水固結(jié)，使糜棱巖的強度在短時間內(nèi)得到了較大的提升，從而提高圍巖的穩(wěn)定性。 從右上圖可看出，當(dāng)干密度為1.8g/cm3時的滲透系數(shù)為

10、2.30cm/s，而干密度增加到2.3g/cm3時，其滲透系數(shù)減小到0.066cm/s，即密度只增加了27.8%，但滲透系數(shù)減少了97% 。這說明糜棱巖的密度對其滲透系數(shù)有很大影響，這一滲透特性對于糜棱巖地層的注漿加固具有雙重影響，一方面由于滲透性迅速減小糜棱巖地層不易形成滲透注漿，只能以劈裂擠密注漿為主；另一方面，滲透性降低有利于實現(xiàn)地層的注漿堵水。,（2）富水糜棱巖地層注漿堵水加固技術(shù) 基于試驗得到的糜棱巖物理、力學(xué)和滲透特性，制定了針對性的注漿堵水加固措施：上部先外后內(nèi)逐層劈裂注漿擠水，下部根據(jù)含水量分布動態(tài)設(shè)置引水導(dǎo)管，以加速糜棱巖排水固結(jié)。另外，拱部施作超長大管棚（30 40m）支護

11、,以進一步改善糜棱巖圍巖的穩(wěn)定性、提高其承載能力。,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),注漿方案,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),注漿參數(shù),上部注漿孔,下部排水孔,開挖揭示的漿液,圍巖注漿加固按照先外圈后內(nèi)圈、間隔跳孔的順序進行操作。具體順序：第六環(huán) 第五環(huán)第四環(huán)第一環(huán)第二環(huán)第三環(huán)。,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),注漿材料性能參數(shù),上部注漿孔,下部注注排水孔注,開挖揭示的漿液,注漿材料以普通硅酸鹽水泥單液漿為主，快硬硫鋁酸鹽水泥、普通水泥水玻璃雙液漿為輔。,注漿效果檢查： 注漿后鉆設(shè)7個檢查孔（占注漿孔總數(shù)的5%），其中2個為取芯孔，另外5個為非取芯檢查孔。 檢查孔出水量

12、均小于0.2L/(mmin)，達到了注漿加固圍巖的設(shè) 計要求。 兩個檢查孔芯樣含水量的平均值為5.44%，與注漿前相比 減少33.7%，說明在注漿壓力作用下，糜棱巖地層受壓產(chǎn)生排水 固結(jié)，糜棱巖的含水量大為減小。 芯樣平均比重為23.48 kN/m3與注漿前相比提高6.4%，而內(nèi) 摩擦角提高近20%, 說明在注漿壓力作用下，糜棱巖地層排水固 結(jié)后密度有所增加。,5#檢查孔中取出的部分芯樣,（3）擴大拱腳短四臺階九步開挖法 針對級圍巖富水?dāng)鄬用永鈳r地層易涌泥溜坍的特性，在掌子面超前預(yù)注漿+108大管棚支護條件下，在采用常規(guī)三臺階預(yù)留核心土七步開挖法的基礎(chǔ)上優(yōu)化為擴大拱腳四臺階九步開挖法，人工配合

13、挖掘機作業(yè)。,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),循環(huán)進尺0.61.4m，開挖中臺階時擴大拱腳，各開挖臺階鋼架接頭處設(shè)置鎖腳錨管，每處3根，錨管斜向下方，每根錨管角度相差20。錨管與鋼架焊接牢固，確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定。 仰拱一次開挖長度23m，初期支護及時封閉成環(huán)，二襯緊跟仰拱施工。控制仰拱封閉距離掌子面小于25m、時間小于20天。 開挖過程中根據(jù)圍巖和支護變形情況及時調(diào)整支護參數(shù)，必要時采取加設(shè)臨時支撐、預(yù)留一定的初期支護補強空間等措施。,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),開挖監(jiān)控量測：,首先，通過觀察洞內(nèi)注漿和開挖施工時的情況，對注漿加固效果進

14、行初步評判；其次，通過對洞內(nèi)拱頂下沉、周邊位移、圍巖和襯砌受力等監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析，進一步了解隧道結(jié)構(gòu)和圍巖的受力變形狀態(tài)，并判定其穩(wěn)定性。,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),DK1006+145斷面拱頂下沉歷時曲線,D1006+145斷面洞周收斂歷時曲線,監(jiān)測結(jié)果表明： （注：GD拱頂沉降測點；SL1、SL2凈空收斂基線） 拱頂下沉及周邊收斂測點布置示意圖 隧道開挖時，拱頂最終累計沉降在25mm 55mm之間，洞內(nèi)收斂位移約在30mm 80mm之間，變形量在允許范圍之內(nèi)，符合正常施工要求。 隧道拱頂沉降和洞周收斂速率在上臺階導(dǎo)坑開挖后10天內(nèi)，變化較大，速率較快，約為26mm/d（收斂

15、28mm/d），該階段拱頂沉降、洞周收斂累計值占總量的50%以上；隨著 時間的推移和掌子面的向前掘進，拱頂沉降、洞周收斂速率變緩，減小到約1mm/d（ 收斂0.10.6mm/d ）；開挖約25d35d后，隧道拱頂沉降、洞周收斂趨于穩(wěn)定。,1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),DK1006+120斷面鋼拱架翼緣軸力時間關(guān)系圖（內(nèi)翼緣)）,從初支鋼拱架翼緣軸力時間曲線可以看出： （1）鋼拱架翼緣軸力以拉力為主，拱頂和拱肩處受力較大，拱腰和拱腳處受力較小，初期有壓力出現(xiàn)； （2）由于隧道采用分部開挖，每部開挖對圍巖均有一定擾動，造成鋼拱架翼緣軸力時間曲線波動較大，隨著時間的推移和掌子面的前進，量測

16、值逐漸穩(wěn)定，一般穩(wěn)定時間約為1015d。,DK1006+120斷面噴射混凝土應(yīng)力時間曲線圖,從噴射混凝土應(yīng)力時間曲線圖可以看出： （1）在初期支護施作前期，混凝土應(yīng)力隨時間變化較大，隨著時間的推移和掌子面的開挖前進，量測值逐漸穩(wěn)定，一般穩(wěn)定時間為1015d。 （2）噴射混凝土應(yīng)力主要承受壓應(yīng)力，且在拱部壓力最大。,測點布置示意圖,(圖中負值代表拉力，正值代表壓力),(圖中負值代表壓力，正值代表拉應(yīng)力),1. 富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術(shù),DK1006+140斷面初支與圍巖接觸壓力時間曲線圖,DK1006+140斷面二襯鋼筋軸力時間曲線圖,在二次襯砌澆筑初期，受混凝土水化熱的影響，初支與圍巖

17、間的接觸壓力變化較大，約45d后量測值開始穩(wěn)定。,二襯混凝土澆注初期，受混凝土水化熱的影響二襯內(nèi)鋼筋軸力變化較大，約45d后，軸力值開始穩(wěn)定。,(圖中負值表示受拉，正值表示受壓）,（圖中負值表示受拉，正值表示受壓）,2. 大斷面隧道下穿水庫施工風(fēng)險控制技術(shù),秀寧隧道出口段下穿龍?zhí)端畮斓膸煳膊糠郑畮炫c隧道斜交。水庫庫容約9.4104m3，最大水深10.8m，最小水深2.5m，隧道下穿水庫處水深5.4m，拱頂以上埋深9.8m（含淤泥層2.5m），實際隧道埋深約6.8米。 （1）洞頂隔水圍堰降低水位 隧道下穿龍?zhí)端畮欤瑸榱朔乐故┕r發(fā)生上覆地層坍塌冒頂，水庫水突然涌入洞內(nèi)，以及降低地層內(nèi)的滲透水壓

18、，在隧道兩側(cè)（約50m）分別筑壩，同時抽干壩內(nèi)存水。攔水壩按壩頂高出水面1m、壩頂寬度1m修筑，筑壩材料為編織袋內(nèi)裝滲透性小的粘性土，外部用防水材料包裹。,9.8m,5.4m,2. 大斷面隧道下穿水庫施工風(fēng)險控制技術(shù),（2）洞內(nèi)注漿封堵圍巖導(dǎo)水通道及加固地層 為防止坍塌冒頂、水庫水倒灌，采取全斷面帷幕注漿堵水及圍巖加固措施，最外圈采用硫鋁酸鹽水泥單液漿，大角度注漿孔注漿，封堵導(dǎo)水通道，切斷水庫水與地下水的水力聯(lián)系。其余內(nèi)圈采用水泥單液漿加固圍巖，加固范圍為開挖線外6m。,漿液充滿裂隙,2. 大斷面隧道下穿水庫施工風(fēng)險控制技術(shù),（3）大管棚雙排小導(dǎo)管超前支護 在全斷面注漿加固結(jié)束后，沿拱部開挖輪

19、廓線布設(shè)超前大管棚+雙排小導(dǎo)管超前支護，大管棚長40m、外徑108mm，小導(dǎo)管選用長4m的鋼花管，間距40cm，以保證隧道開挖及結(jié)構(gòu)安全。隧道開挖采用四臺階九步開挖法。,無工作室大管棚施做,小導(dǎo)管施做,2. 大斷面隧道下穿水庫施工風(fēng)險控制技術(shù),（4）風(fēng)險監(jiān)控措施 在隧道施工期間，特別加強洞內(nèi)外的安全監(jiān)控。在洞外定期對隧道上方水庫及附近地表進行觀察，監(jiān)控地表變形和水庫水位變化；在洞內(nèi)，監(jiān)控圍巖和初支變形以及掌子面穩(wěn)定，如有異常情況發(fā)生，立刻報警。 災(zāi)害的預(yù)防和應(yīng)急措施： 1）防坍塌、涌水預(yù)防措施； 2）大量涌水、涌泥的應(yīng)急措施； 3）圍巖坍塌的應(yīng)急措施； 4）充足的應(yīng)急物資設(shè)備準(zhǔn)備； 5）定期進

20、行逃生和搶險演練。 通過采用以上風(fēng)險控制綜合技術(shù)，洞內(nèi)和洞外的施工風(fēng)險得到較好地控制，隧道施工沒有出現(xiàn)滲漏水事故，水庫也沒有降低水位而影響當(dāng)?shù)卮迕竦纳a(chǎn)生活用水，實現(xiàn)了隧道出口順利穿過水庫段的預(yù)定目標(biāo)。,3. 高壓富水?dāng)嗔褞淼朗┕し劳挥考夹g(shù),秀寧隧道的地下水具有涌水量大、涌水集中的特點，平常期涌水量達64,000m3/d，雨期最大涌水量達140,000m3/d，地下水對隧道施工及運營帶來較大的影響。 （1）地下水處理原則 地下水處理原則：在裂隙水分布較廣地段，或水文環(huán)境有嚴(yán)格要求的，防排水設(shè)計采用以堵為主，限量排放的原則，采取超前帷幕注漿和開挖后徑向注漿等形式，將大面積淋水或局部股流封堵，以

21、減少地下水流失。 注漿啟動判識標(biāo)準(zhǔn)：,(1) 地表無環(huán)境要求的地段 超前探孔單孔出水量大于3m3/h，判定有局部突水可能，則采取超前局部注漿；超前探孔有2/3孔滿孔且總出水量大于15m3/h，判定全斷面有突泥涌水可能，則采取超前帷幕注漿；地下水主要沿巖層層面滲流、且水壓不高的地段，則采取開挖后徑向注漿的方式堵水。 (2) 對地表有環(huán)境要求的地段 超前探孔單孔出水量大于3m3/h，判定有局部突水，則采取全環(huán)徑向注漿；超前探孔有2/3孔滿孔且總出水量大于15m3/h，判定有全斷面突泥涌水可能，則采取超前帷幕注漿。 雖然達不到的標(biāo)準(zhǔn)，但洞內(nèi)探測有出水，且對地表出露泉眼的監(jiān)測結(jié)果分析，平導(dǎo)或隧道的開挖

22、引起地表泉眼水量有明顯下降時，立即采取注漿堵水。,3. 高壓富水?dāng)嗔褞淼朗┕し劳挥考夹g(shù),根據(jù)巖體裂隙發(fā)育情況（走向、密度、深度、分布等）確定局部徑向注漿孔的位置和注漿參數(shù)。對裂隙股狀水，局部徑向注漿孔距離裂隙橫向1.5m，沿裂隙走向距離1.5m；對裂隙面狀水，局部徑向注漿孔環(huán)向間距1.0m 1.5m。徑向注漿堵水在前方開挖支護完成后平行作業(yè)，以單液水泥漿或水泥水玻璃雙液漿堵塞巖層溶隙和巖溶徑流管道，達到堵水目的。,全斷面徑向注漿布置示意圖,裂隙股狀出水注漿封堵示意圖,超前局部注漿示意圖,3. 高壓富水?dāng)嗔褞淼朗┕し劳挥考夹g(shù),（2）富水?dāng)鄬拥刭|(zhì)預(yù)報 隧道施工過程中，在地質(zhì)分析的前提下，以TS

23、P203探測為主作長期宏觀預(yù)報，富水地段輔以紅外探水連續(xù)施作，地質(zhì)雷達作為補充，加強常規(guī)地質(zhì)素描、地質(zhì)綜合分析和超前水平鉆孔等綜合手段進行超前地質(zhì)預(yù)報，重點查明掌子面前方構(gòu)造特征及賦水情況。,基于TSP探測技術(shù)，結(jié)合秀寧隧道水文地質(zhì)情況將地下水劃分為“無水”“含水較少”、“含水較多”和“富水”四個等級，將溶洞分為碎石填充型、軟塑或流塑性軟土填充型 、地下水填充型和無填充型四種溶洞，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報與工程地質(zhì)勘探資料和實際開挖結(jié)果對比情況，將對不同賦水地層、不同類型不溶洞預(yù)報的準(zhǔn)確程度分為“準(zhǔn)確”、“較準(zhǔn)確”、“較不準(zhǔn)確”和“不準(zhǔn)確”四個等級，同時提出了相應(yīng)的劃分標(biāo)準(zhǔn)和判斷方法。 從

24、圖中可以看出：雖然TSP探測預(yù)報技術(shù)可以探測和預(yù)報隧道掌子面前方地層含水情況，但隨著地層中含水量的增加，預(yù)報準(zhǔn)確度在降低。而且TSP探測技術(shù)對巖溶的探測準(zhǔn)確率不高，尤其對無填充型溶洞預(yù)報結(jié)果對隧道施工只有一定的參考意義。,地層含水量不同時TSP預(yù)報準(zhǔn)確程度的比較,地層包含溶洞時TSP預(yù)報結(jié)果評估比例圖,3. 高壓富水?dāng)嗔褞淼朗┕し劳挥考夹g(shù),（3）平導(dǎo)分水降壓 高壓富水區(qū)主要位于隧道進口段，為了減小隧道施工突涌水風(fēng)險，增設(shè)了4095m的平行導(dǎo)坑，平導(dǎo)為順坡排水，平導(dǎo)排水對正洞起到分水降壓的作用，并可通過橫通道加大正洞的排水能力。,3. 高壓富水?dāng)嗔褞淼朗┕し劳挥考夹g(shù),PDK995+009,P

25、DK995+121,PDK995+400,PDK995+600,PDK995+690,PDK995+883,開挖過程中，平導(dǎo)超前正洞600 900m左右，以提前判斷含水體位置和導(dǎo)水路徑。地下水主要從平導(dǎo)內(nèi)涌出，正洞開挖后基本無水，局部出水呈滲透濕漬，故正洞未進行注漿堵水，僅在大龍?zhí)稊鄬訋┳骺顾畨阂r砌，以利于地表水的恢復(fù)。 平導(dǎo)施工涌水情況：,3. 高壓富水?dāng)嗔褞淼朗┕し劳挥考夹g(shù),（4）上堵下排超前注漿 在秀寧隧道的富水?dāng)鄬訕?gòu)造帶中，可溶巖裂隙多以條帶狀交錯密布出現(xiàn)，為了減少鉆孔注漿量，減小掌子面水壓，采用了掌子面上堵下排超前注漿技術(shù)。,3. 高壓富水?dāng)嗔褞淼朗┕し劳挥考夹g(shù),具體實施方法：

26、 a. 在計劃堵水區(qū)段內(nèi)對隧道上半斷面及其開挖輪廓線外圍巖進行注漿，封堵上半斷面地下水，同時切斷上半斷面開挖輪廓線外地下水流向隧道的導(dǎo)水通道。 b. 上半斷面周邊注漿完成后，按注漿孔數(shù)的5%設(shè)置檢查孔進行效果檢查，注漿效果滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后在下半斷面鉆設(shè)5個排水檢查孔，分別位于隧道左、中和右側(cè)。 c. 當(dāng)單孔最大涌水量小于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時，隧道上半斷面進行開挖支護，而下半斷面快速開挖通過，隧道初期支護及時封閉成環(huán)。 d. 當(dāng)隧道通過富水?dāng)鄬悠扑閹Ш螅舫跗谥ёo滲漏水量大于隧道滲漏水量預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)滲漏水情況實施徑向注漿堵水，保證隧道無滲漏。,3. 高壓富水?dāng)嗔褞淼朗┕し劳挥考夹g(shù),（5）高揚程大排量斜

27、井排水 斜井均位于高壓富水區(qū)，最大長度1580m，設(shè)置3級泵站進行高揚程大排量排水，其中：1#B 4#斜井均設(shè)置12臺潛污泵，9臺使用，3臺備用，單臺流量為85m3/h。,4. 薄層炭質(zhì)板巖大斷面隧道變形控制技術(shù),秀寧隧道炭質(zhì)板巖地層主要分布在DK993+173DK994+350、DK999+540DK1000+840和DK1006+000DK1006+360這三個地段， 約占秀寧隧道全長的21.5%，主要為IV、 V級圍巖。 炭質(zhì)板巖主要呈灰黑色，薄層狀、局部中厚層狀，層厚310mm，很少超過30mm。巖層整體破碎、個別局部較完整。巖層層面、節(jié)理面手摸污手，局部泥化、手捏易碎，遇水易軟化。在

28、富水區(qū)，可見地下水沿炭質(zhì)板巖層面和節(jié)理層面滲出。,水平位移（ = 60）,秀寧隧道隧址區(qū)典型炭質(zhì)板巖,4. 薄層炭質(zhì)板巖大斷面隧道變形控制技術(shù),現(xiàn)場觀察表明，炭質(zhì)板巖圍巖的穩(wěn)定性一般與其結(jié)構(gòu)面傾角和層間粘結(jié)力大小相關(guān)，結(jié)構(gòu)面受力后易發(fā)生剪切破壞和順層面滑移破壞。另外，根據(jù)現(xiàn)場觀察，炭質(zhì)板巖浸水后強度降低可達50%以上。 炭質(zhì)板巖地層隧道施工的主要難點：施工時圍巖極易發(fā)生大變形和溜坍，導(dǎo)致鋼架變形、初支侵限或破裂、掌子面塌方和（或）冒頂?shù)取?水平位移（ = 60）,DK1004+791掌子面炭質(zhì)板巖溜坍,4. 薄層炭質(zhì)板巖大斷面隧道變形控制技術(shù),（1）板巖地層隧道施工圍巖變形與破壞模式分析 采用

29、非連續(xù)介質(zhì)數(shù)值模擬軟件GDEM對炭質(zhì)板巖地層的隧道開挖進行分析，得到不同結(jié)構(gòu)面傾角炭質(zhì)板巖破壞模式和變形規(guī)律。,豎向位移（ = 30）,豎向位移（ = 60）,豎向位移（ = 90）,水平位移（ = 30）,水平位移（ = 60）,水平位移（ = 90）,隧道開挖后圍巖位移特征云圖,4. 薄層炭質(zhì)板巖大斷面隧道變形控制技術(shù),三種結(jié)構(gòu)面下不同傾角時拱頂沉降值,三種結(jié)構(gòu)面下不同傾角時拱肩水平收斂值,從圖中可以看出，炭質(zhì)板巖圍巖變形隨結(jié)構(gòu)面傾角的變化與結(jié)構(gòu)面強度有密切的關(guān)系。 當(dāng)塊體和結(jié)構(gòu)面的粘聚力分別為1.36MPa和0.1MPa時，拱頂沉降、水平收斂最大。當(dāng)圍巖結(jié)構(gòu)面傾角為60時，隧道拱頂將在豎

30、直方向產(chǎn)生較大的位移，施工時需要采取針對性的措施進行支護和加固，防止拱頂圍巖因沉降過大產(chǎn)生坍塌而破壞。,三種結(jié)構(gòu)面下不同傾角時拱腰水平收斂值,薄層狀炭質(zhì)板巖隧道圍巖失穩(wěn)破壞的原因：隧道開挖使周邊圍巖應(yīng)力釋放，臨空面巖體失去支撐產(chǎn)生向隧道內(nèi)的位移，隧道開挖輪廓附近巖層內(nèi)出現(xiàn)了明顯的拉應(yīng)力，由于層間節(jié)理粘結(jié)力弱，不能承受或只能承受很小的拉應(yīng)力，因此節(jié)理之間逐漸張開，巖層在拉和剪應(yīng)力的共同作用下，開始產(chǎn)生滑移和破裂。,（塊體凝聚力1.36、3.0、5.0MPa；結(jié)構(gòu)面凝聚力0.1、0.2、0.3MPa）,4. 薄層碳質(zhì)板巖大斷面隧道變形控制技術(shù),（2）炭質(zhì)板巖開挖支護技術(shù) 炭質(zhì)板巖段采用三臺階七步開

31、挖法施工，采用了弱爆破松動開挖斷面掏槽部分，然后人工配合小型挖掘機開挖，實現(xiàn)隧道斷面的良好成型。 超前支護采用小角度雙排42小導(dǎo)管，每環(huán)36根，間距0.4m，長3.5m，傾角為5 8，按縱向每1.2 1.6m設(shè)置一環(huán)。 初期支護采用型鋼拱架（I18/I20b,間距0.6 1.0m）、鋼筋網(wǎng)（8、2020mm）、噴混凝土（C25、25cm）聯(lián)合支護體系，鋼架拱腳處采用6m長、60注漿錨管進行加固，每個接頭處設(shè)置3根，有效控制沉降變形。,4. 薄層碳質(zhì)板巖大斷面隧道變形控制技術(shù),DK1002+578.2監(jiān)測斷面拱頂下沉歷時曲線,DK1002+578.2監(jiān)測斷面水平收斂歷時曲線,隧道施工期監(jiān)控量測結(jié)

32、果：,隧道開挖時，拱頂最終累計最大沉降值為-38mm。在上臺階導(dǎo)坑開挖后7天內(nèi)，受洞內(nèi)施工及圍巖變形影響，隧道拱頂沉降值較大，速率較快，約為6.7mm/d。在開挖7天后，拱頂沉降基本完成，沉降值趨于穩(wěn)定。 開挖時，洞周向內(nèi)收斂。上臺階外側(cè)下部SL1基線處累計位移約- 8.44mm，中臺階外側(cè)下部SL2基線處累計位移約在-7.43mm。在上臺階導(dǎo)坑開挖和中臺階開挖后10天內(nèi)，受洞內(nèi)施工影響，隧道洞周收斂值較大，速率較快，約為0.73 0.84mm/d，此階段收斂位移基本完成，幾乎不再變化。,四、體會,秀寧隧道于2007年10月開工建設(shè)，2013年12月通車運營，在5年多的施工中，建設(shè)者們與科研單

33、位密切配合，先后戰(zhàn)勝多次大型涌水、圍巖坍塌變形等地質(zhì)災(zāi)害，克服了出口段近距離下穿水庫和穿越VI級富水糜棱巖地層的巨大困難，實現(xiàn)了單洞雙線鐵路隧道萬米以上施工安全質(zhì)量無事故的目標(biāo)。,四、體會,秀寧隧道出口段原按V級圍巖設(shè)計，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。開挖后揭示圍巖為斷層糜棱巖，局部富水，施工過程中掌子面及拱部多次發(fā)生溜塌、涌泥、初期支護變形等險情，雖對初支參數(shù)進行了加強，但施工進展仍十分緩慢，嚴(yán)重影響了施工進度。后通過試驗，對糜棱巖的工程特性進行較深入的研究，制定了“上堵下排”超前預(yù)注漿方法加固圍巖和大管棚剛性支撐共同形成立體預(yù)支護措施，提高周邊圍巖及工作面穩(wěn)定性，同時優(yōu)化了開挖方法，改雙側(cè)壁為四臺階九步開挖，提高了施工效率，既保證了施工安全，又加快了施工進度，月施工進度由8m提高到20m。 秀寧隧道長距離穿越開挖支護困難的炭質(zhì)板巖地層施工難題，采用國內(nèi)最新研發(fā)的非連續(xù)介質(zhì)分析軟件GDEM對炭質(zhì)板巖地層中的隧道施工進行了數(shù)值模擬，基于炭質(zhì)板巖地層的概化模型，分析了炭質(zhì)板巖地層隧道施工圍巖的變形規(guī)律和破壞模式，得到了在具有不同傾角