隧道高溫地段隧道施工控制要點及施工案例

1、.隧道高地熱段施工控制要點1. 超前預(yù)報1.1 洞內(nèi)、外觀察隧道洞內(nèi)、洞外觀察：隧道洞內(nèi)觀察分開挖工作面觀察和已施工區(qū)段觀察兩部分，開挖工作面觀察在每次開挖后進行，內(nèi)容包括節(jié)理裂隙發(fā)育情況、工作面穩(wěn)定狀態(tài)、涌水情況及底板是否隆起等，當?shù)刭|(zhì)情況基本無變化時，每天進行一次。觀察后繪制開挖工作面地質(zhì)素描圖。對已施工區(qū)段的觀察每天一次，觀察的內(nèi)容包括噴射混凝土、錨桿、鋼架的狀況，以及施工質(zhì)量是否符合規(guī)定的要求。在觀察過程中如發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件惡化，初期支護發(fā)生異?，F(xiàn)象，將立即通知施工負責人采取應(yīng)急措施，并派專人進行不間斷。1.2 超前水平地質(zhì)鉆探采用鉆機在洞內(nèi)掌子面向隧道正前方鉆5-10m的水平超前地質(zhì)探孔

2、，觀察探孔出水情況及水溫，發(fā)現(xiàn)異常情況時及時匯報，制定相應(yīng)的施工方案。1.3 TSP 地震波探測儀探測在高溫地熱段采用地質(zhì)雷達每20 米檢測一次，確保對掌子面前方的工程地質(zhì)情況（圍巖性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、圍巖完整性、地下水和溶洞）做出正確的預(yù)測。2. 監(jiān)控量測.2.1 洞內(nèi)溫度及出水量檢測安排專人每四小時對隧道洞內(nèi)溫度、掌子面溫度、涌水溫度測量一次，并對每次測量數(shù)據(jù)進行記錄；現(xiàn)場技術(shù)員及時要對掌子面涌水量的變化進行記錄。2.2 洞內(nèi)沉降觀測初期支護完成后，在拱頂、拱腳及邊墻標高處埋設(shè)測點進行拱頂下沉和水平收斂量測。測試元件采用直徑12mm 圓鋼加工而成，每根元件25cm, 錨入初期支護體20cm

3、, 外露5cm, 以防震動影響量測結(jié)果。量測頻率開始8h 觀測一次，然后根據(jù)變形量的減小而減小量測頻率。根據(jù)量測及時掌握施工中圍巖和支護的力學動態(tài)及穩(wěn)定程度，調(diào)整施工工序及預(yù)留變形量、開挖進尺等，便于指導(dǎo)施工，確保施工安全。3. 砼質(zhì)量控制要點高溫地熱段的襯砌混凝土：在高溫（如 70 高溫）的巖體及噴混凝土上澆注二次襯砌混凝土時，厚度再薄，水化熱也不易逸出。由于混凝土里面和表面的溫差，在早齡期有可能存在裂縫。因此為防止二次混凝土襯砌出現(xiàn)裂縫，應(yīng)采取下述措施：（ 1）為了防止高溫時的強度降低，應(yīng)選定合適的水灰比，并考慮到混凝土對地熱水的耐久性，宜采用高爐渣水泥（分離粉碎型水泥） 。混凝土配合比和

4、摻合劑應(yīng)作試驗優(yōu)選。（ 2）在防水板和混凝土襯砌之間設(shè)置隔熱材料，可隔.斷從巖層傳播來的熱量，使混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)降低。（ 3）把一般襯砌混凝土的澆筑長度適當縮短。（ 4）用防水板和無紡布組合成緩沖材料，由于與噴射混凝土隔離，因此，混凝土襯砌的收縮可不受到約束。（5）適當設(shè)置裂縫誘發(fā)縫， 一般在兩拱腳延長方向設(shè)置。4. 安全控制要點（ 1）為保證隧道施工人員進行正常的安全生產(chǎn)，我國有關(guān)部門對隧道施工作業(yè)環(huán)境額衛(wèi)生標準都有規(guī)定。如鐵道部規(guī)定， 隧道內(nèi)氣溫不得超多 28 ；交通部規(guī)定， 隧道內(nèi)氣溫不宜高于 30 。國外的資料介紹， 日本規(guī)定隧道內(nèi)溫度低于 37 。為達到規(guī)定的標準， 在施工中采取通風

5、和灑水及通風灑水相結(jié)合的措施。溫度較高時可增加大型通風設(shè)備予以降溫，并在正洞開挖工作面前放一段距離，利用平導(dǎo)超前鉆探，如有熱水涌出，可在平導(dǎo)內(nèi)增建降水、排水設(shè)施和排水鉆孔，以降低正洞的水位。如正洞施工中仍有水涌出時，可采用水玻璃水泥系藥液注漿，以發(fā)揮截水及穩(wěn)定圍巖的作用。（ 2）中暑癥的防治措施：在高溫條件下施工除采用降溫措施外，還應(yīng)該注意中暑癥的防治工作。中暑癥可分為熱痙攣癥、熱虛脫癥和熱射癥三種類型，起癥狀及處置如下：熱痙攣：由于出汗過多，體內(nèi)的水分、鹽類喪失而引起。其癥狀為在作業(yè)中和作業(yè)后，發(fā)作性內(nèi)痙攣和疼痛。對.此癥應(yīng)采取充分地攝取水和鹽類予以緩解癥狀。熱虛脫：由于循環(huán)系統(tǒng)失調(diào)而引起。

6、起主要癥狀為血壓降低、速脈、水脈、頭暈、頭痛、嘔吐、皮膚蒼白、體溫輕度上升、采取的措施是，循環(huán)器官有異常的人員嚴禁參加施工。對有癥狀者增加補水次數(shù)，并在陰涼出靜臥休息。熱射癥：由于體溫調(diào)節(jié)中樞失調(diào)，體溫上升。癥狀為：體溫高、興奮、乏了和皮膚干燥等。采取的措施，對高溫不適應(yīng)者應(yīng)避免在洞內(nèi)作重體力勞動。在高溫施工地段采用冷水噴霧等方法降溫，必要是對患者可采取醫(yī)療急救處置。（ 3）合理安排高溫作業(yè)時間：根據(jù)洞內(nèi)的高溫程度、勞動強度和勞動效率，確定勞動工時，以保施工人員的健康和安全。（ 4）隧道施工各班組間，應(yīng)建立完善的交接班制度。在交接班時，交班人應(yīng)將本班組的施工情況及有關(guān)安全事宜及措施向接班人詳細

7、交待，并記載于交接班記錄本上，工地值班負責人（領(lǐng)工員）應(yīng)認真檢查交接班情況。每班開工前未認真檢查工作面安全狀況，不得施工。（ 5）施工中應(yīng)對圍巖加強檢查與量測。對不良地質(zhì)段施工，應(yīng)采取弱爆破、短開挖、強支護、早襯砌、先護頂?shù)刃⊙h(huán)的施工方法。隧道施工要充分利用監(jiān)測手段預(yù)測預(yù)報圍巖位移與支護結(jié)構(gòu)受力狀況，量測要為生產(chǎn)安全服務(wù)。（ 6）如發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)有險情，必須在危險地段設(shè)置明顯標.志或派專人看守，并迅速報告施工現(xiàn)場負責人，及時采取措施處理，情況危險時，應(yīng)將工作人員全部撤離危險區(qū)，并立即上報。（ 7）所有進入隧道工地的人員，必須按規(guī)定配帶好安全防護用品，遵章守法聽從指揮。5. 施工案例大麗高速下山口

8、隧道進口左線于3 月 19 號 13:30 掌子面施工到 ZK82+327 時，掌子面右側(cè)拱腳處出現(xiàn)一股涌水，流量約 100 m3/h，水溫 61 ，在拱部熱水呈淋雨狀，掌子面空氣溫度約 40 ，掌子面拱部出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象， 施工單位立即對掌子面進行初噴封閉圍巖， 初噴一直持續(xù)到下午 14 ：30 ，但并沒有起到穩(wěn)定圍巖的作用，拱部出現(xiàn)塌方，涌水也一直持續(xù)不斷。施工隊立即停止初噴撤離施工人員，并將情況向監(jiān)理和業(yè)主匯報。掌子面塌方一直持續(xù)到晚上23 點后基本穩(wěn)定，塌方體約 500m3 ，塌落的較大石塊將超前支護壓彎，卡在拱頂。 3 月 20 日上午業(yè)主、 設(shè)計代表、 監(jiān)理和施工單位現(xiàn)場查看，掌子面涌

9、水流量約 100 m3/h ，水溫 61 ，洞內(nèi)空氣溫度高達 40 ，四方會議決定暫停施工， 加強警戒和觀測，并制定了相應(yīng)的處理措施。6. 處理方案6.1 關(guān)于洞內(nèi)降溫的處理由于高溫地熱的出現(xiàn)，導(dǎo)致隧道無法按正常情況施工，.要求施工單位根據(jù)此情況調(diào)整施工組織計劃，確保施工安全、質(zhì)量和工期。（ 1）在隧道現(xiàn)有的通風設(shè)備基礎(chǔ)上增加一臺 150KW 通風機，在掌子面附近配以適當數(shù)量的移動式小型風機進行通風降溫。具體配置如下表：名稱通風設(shè)備大型通風機隧道左線（FJDQ ）小型風機大型通風機隧道右線（FJDQ ）功率數(shù)量 (臺)按放位置(KW)2501洞口1501洞口206掌子面2501洞口1501洞口

10、小型風機205掌子面（ 2）視通風降溫的效果，必要時對掌子面圍巖、初期支護噴射砼表面噴淋冷水降溫。（ 3）縮短開挖、支護、二襯工班等作業(yè)時間，增加作業(yè)人員，并加強勞動保護，做好防暑降溫工作。各個班組作業(yè)時間如下表：序號作業(yè)班組每班組人數(shù)作業(yè)時長輪換班組備注（人）1開挖152小時3組左右線.2支護202 小時3 組左右線3二襯163 小時3 組左右線6.2 關(guān)于塌方段掌子面和支護參數(shù)的處理方案（ 1）首先采用 C25 噴射砼封閉塌方體及掌子面圍巖， 然后開槽埋設(shè) 165 的鋼管集中降水、引排地熱水。然后對塌體打設(shè) 42*4mm 注漿小導(dǎo)管注漿固結(jié)塌體，小導(dǎo)管梅花形布置，間距 1 米，長度平均 3

11、.5 米。（ 2）退后 2 榀鋼架打設(shè) 9 米長76 自進式錨桿， 打設(shè)角度 20 °，完成后打設(shè)第二層 42*4mm 長 4.5 米注漿小導(dǎo)管，打設(shè)角度 7-10 °，小導(dǎo)管與自進式錨桿交叉打設(shè)，每層環(huán)向間距 40cm ，圓心角 120 °范圍內(nèi)布置。由于高溫熱水的影響采用雙液注漿，采用 R425 水泥，水灰比 1:1 ；水玻璃模數(shù)2.9 3.1 ，波美度35 ；水泥漿與水玻璃體積比1:1 ，注漿壓力 1 2Mpa 。超前自進式錨桿打設(shè)兩個循環(huán)。 注漿工程量由現(xiàn)場監(jiān)理簽認。（ 3）待注漿加固后再進行開挖，開挖采用三臺階法，每循環(huán)開挖進尺一榀 60cm ，短掘短進

12、。（ 4）加強監(jiān)控量測及涌水量、水溫等觀測，安全員跟班作業(yè)。（ 5）左線 K82+275-K82+315 段加寬帶支護參數(shù)由 SJ-型襯砌類型變更為S- a 型襯砌類型施工， 其中鎖腳采用.42*4mm 注漿小導(dǎo)管，每處兩根。（ 6）由于左線 K82+277 K82+286 右側(cè)為行車橫洞位置，K82+275 K82+290 從拱頂至水溝頂標高位置范圍內(nèi)打設(shè)42*4mm長 4.5 米注漿小導(dǎo)管，梅花形布置間排距60 ×60cm 。（ 7）左線 K82+275-K82+315 段加寬帶二襯砼標號由C25 調(diào)整為 C30 。（ 8）左線 K82+275-K82+315 段加寬帶增設(shè)環(huán)向

13、70打孔波紋管緊貼圍巖加密布置，間距5 米。.隧道高地應(yīng)力端施工控制要點1. 概念存在高地應(yīng)力段隧道，易發(fā)生巖爆現(xiàn)象，危及人員設(shè)備安全，危害性極大。1.1 巖爆定義是一種巖體中聚積的彈性變形勢能在一定條件下的突然猛烈釋放，導(dǎo)致巖石爆裂并彈射出來的現(xiàn)象。1.2 巖爆原因圍巖強度適應(yīng)不了集中的過高應(yīng)力而突發(fā)的失穩(wěn)破壞。1.3 巖爆特點（ 1）巖石砂巖為主，巖石堅硬干燥，在未發(fā)生前，無明顯的征兆，雖經(jīng)過仔細尋找，并無空響聲，一般認為不會掉落石塊的地方，會突然發(fā)生巖石爆裂聲響，石塊一般應(yīng)聲而下。（ 2）巖爆發(fā)生的地點多在新開挖的掌子面及距離掌子面1 3 倍洞徑范圍內(nèi)，個別的也有距新開挖工作面較遠。（

14、3）巖爆時圍巖破壞的規(guī)模，小者幾厘米厚，大者可達數(shù)噸重。小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規(guī)則的魚鱗片狀脫落，脫落面多與巖壁平行。（ 4)巖爆圍巖的破壞過程， 一般新鮮堅硬巖體均先產(chǎn)生聲.響，伴隨片狀剝落的裂隙出現(xiàn)，裂隙一旦貫通就產(chǎn)生剝落或彈出，屬于表部巖爆。(5) 由于爆破振動影響， 造成開挖洞段應(yīng)力重新分布， 造成磧頭較大面積巖爆、爆落出的小塊魚鱗片狀碎屑甚至堵塞整個巷道。2. 施工原則由于高地應(yīng)力往往伴隨著巖爆現(xiàn)象，所以要控制和改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)與圍巖的巖性條件，做好巖爆與軟巖變形的預(yù)報，初期支護和襯砌要緊跟開挖面。3. 巖爆預(yù)測3.1 地質(zhì)預(yù)報隧道高應(yīng)力段在施工時，一方面可直接根據(jù)施工掌子

15、面的地質(zhì)條件，如巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、巖體的破碎程度、巖石的變質(zhì)程度、巖體強度及地質(zhì)應(yīng)力等，再結(jié)合設(shè)計巖爆地段，對掌子面前方的巖體條件、產(chǎn)狀及完整性進行預(yù)測，用以指導(dǎo)采取預(yù)防措施。另一方面，按設(shè)計要求，采用超前探測孔和TSP 地質(zhì)預(yù)報對前方地質(zhì)進行探測，得出數(shù)據(jù)后，進行地質(zhì)預(yù)測，在開挖中結(jié)合掌子面地質(zhì)情況應(yīng)證和糾正；并不斷提高預(yù)測水平。3.2 巖體二次應(yīng)力場現(xiàn)場測試采用鉆孔應(yīng)力解除和應(yīng)力恢復(fù)測試方法，分段對洞壁及.掌子面現(xiàn)場測定圍巖表層巖體二次應(yīng)力場。同時進行現(xiàn)場巖石點荷載強度試驗，利用洞壁切向應(yīng)力洞壁巖石單軸抗壓強度 Rb 來預(yù)報巖爆和判定等級。4. 改善措施4.1 噴灑高壓水掌子面開挖后立即向工

16、作面及附近洞壁巖體噴灑高壓水，噴灑范圍延伸到離掌子面100m 處。施作錨桿時，利用錨桿孔向巖體深處注水，以增強巖體的塑性，減弱巖體的脆性。保持巖體的潮濕狀態(tài)，可有效降低巖爆的強烈程度。4.2 超前應(yīng)力解除在強烈?guī)r爆區(qū)，可在隧道兩側(cè)拱腳附近打設(shè)應(yīng)力釋放孔，孔深3.0m ，間距 0.51.0m ，拱部則以010 的仰角打超前應(yīng)力釋放孔，孔徑42mm 以上，孔深可根據(jù)鉆機性能，盡可能加深，使前方拱部圍巖的高地應(yīng)力提前釋放。掌子面周邊拱線處鉆兩排4.5m5m深的炮眼， 炮眼間距50cm ，外插角30 度左右，間隔裝藥，引爆后在拱部23m以上的巖體內(nèi)部形成一個爆破松動圈，避免巖體內(nèi)部應(yīng)力集中，使巖體本身

17、形成一個保護層。4.3 光爆技術(shù)改善(1) 采用光面爆破技術(shù)， 在中等以上巖爆區(qū)， 周邊眼間距控制在 25cm 以內(nèi)，采用隔眼裝藥，堵塞炮泥，增加光爆效果，以達到開挖輪廓線圓順。盡量避免凹凸不平造成應(yīng)力集.中，以達到減弱巖爆的發(fā)生。(2) 調(diào)整鉆爆設(shè)計，采用“短進尺，弱爆破”。改其為淺孔爆破，縮短循環(huán)進尺，減少一次用藥量。拱部采用小藥卷光面爆破措施，拉大不同部分炮眼的雷管段位間隔，從而延長爆破時間， 減少對圍巖的爆破擾動， 減少爆破動應(yīng)力的疊加，控制爆發(fā)裂隙的生成，避免由于爆破誘發(fā)巖爆，從而降低巖爆頻率和強度。5. 施工防護高地應(yīng)力段圍巖開挖后，加強圍巖情況觀測，提高工人警惕性，一旦出現(xiàn)異常情

18、況，及時撤離，待巖體穩(wěn)定后再恢復(fù)施工。增設(shè)臨時防護設(shè)施，對靠近開挖工作面，高地應(yīng)力區(qū)段的主要施工機械安裝防護網(wǎng)和防護棚架，施工人員配發(fā)鋼盔和防彈背心，掌子面加掛鋼絲網(wǎng)。輕微巖爆段：對可能發(fā)生巖爆段圍巖噴射鋼纖維砼（摻量 5% 左右），厚度 810cm ，以確保初支面能夠承受較大變形而不開裂。中等巖爆段：采用打設(shè)錨桿加掛網(wǎng)噴砼穩(wěn)固巖體，可改變掌子面巖體的應(yīng)力狀態(tài)，從而防止巖爆的發(fā)生。錨桿施作應(yīng)及時，長度為 2.5m 左右，間距視現(xiàn)場情況而定。巖爆特別嚴重段：打設(shè)錨桿后，增加格柵鋼架支護，間距 0.8m 左右，拱架之間用 22 鋼筋焊接并與系統(tǒng)錨桿焊接.成一個整體。6. 監(jiān)控量測高地應(yīng)力區(qū)段的隧道圍巖類別較低時，易發(fā)生崩塌及軟巖塑性大變形等變形破裂現(xiàn)象，可建立一套圍巖變形跟蹤監(jiān)測系統(tǒng)，來了解和判斷圍巖變形情況。這個系統(tǒng)由長度分別為 3.5m 、3m