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. 超前預報1.1洞內、外觀察隧道洞內、洞外觀察：隧道洞內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|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素描圖。對已施工區(qū)段的 觀察每天一次，觀察的內容包括噴射混凝土、錨桿、鋼架的 狀況，以及施工質量是否符合規(guī)定的要求。在觀察過程中如發(fā)現(xiàn)地質條件惡化，初期支護發(fā)生異常 現(xiàn)象，將立即通知施工負責人采取應急措施，并派專人進行 不間斷。1.2超前水平地質鉆探采用鉆機在洞內掌子面向隧道正前方鉆5- 10m的水平

2、超前地質探孔，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雷達每20米檢測一次，確保對掌子面前方的工程地質情況（圍巖性質、地質結構構造、圍 巖完整性、地下水和溶洞）做出正確的預測。2. 監(jiān)控量測2.1洞內溫度及出水量檢測安排專人每四小時對隧道洞內溫度、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)場技術員及 時要對掌子面涌水量的變化進行記錄。2.2洞內沉降觀測初期支護完成后，在拱頂、拱腳及邊墻標高處埋設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2

3、0cm,外露5cm, 以防震動影響量測結果。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，調整施工工序及預留 變形量、開挖進尺等，便于指導施工，確保施工安全。3. 砼質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，應采取 下述措施：（1）為了防止高溫時的強度降低，應選定合適的水灰 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）?；炷?/p>

4、配合比和摻合劑應作試驗優(yōu)選。（2）在防水板和混凝土襯砌之間設置隔熱材料，可隔斷從巖層傳播來的熱量，使混凝土內的溫度應降低。(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) 適當設置裂縫誘發(fā)縫，一般在兩拱腳延長方向設置。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，我國 有關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，隧道內氣溫不得超多 28 C ;交通部規(guī)定，隧道內氣 溫不宜高于30 C。國外的資料介紹，日本規(guī)定隧道內溫度低 于37Co為達到規(guī)定的標準， 在施工

5、中采取通風和灑水及通 風灑水相結合的措施。溫度較高時可增加大型通風設備予以 降溫，并在正洞開挖工作面前放一段距離，利用平導超前鉆 探，如有熱水涌出，可在平導內增建降水、排水設施和排水 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)作性內痙攣和疼痛。對 此癥應采取充分地攝取水和鹽類予以緩解癥狀。 熱

6、虛脫：由于循環(huán)系統(tǒng)失調而引起。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：由于體溫調節(jié)中樞失調， 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 適應者應避免在洞內作重體力勞動。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，應建立完善的交接班制度。在 交接班時，交班人應將

7、本班組的施工情況及有關安全事宜及 措施向接班人詳細交待，并記載于交接班記錄本上，工地值 班負責人（領工員）應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）施工中應對圍巖加強檢查與量測。對不良地質段施 工，應采取弱爆破、短開挖、強支護、早襯砌、先護頂?shù)刃?循環(huán)的施工方法。隧道施工要充分利用監(jiān)測手段預測預報圍 巖位移與支護結構受力狀況，量測要為生產安全服務。（6）如發(fā)現(xiàn)隧道內有險情，必須在危險地段設置明顯標 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

8、 防護用品，遵章守法聽從指揮。5. 施工案例大麗高速下山口隧道進口左線于3月19號13:30掌子面施工到ZK82+327時，掌子面右側拱腳處出現(xiàn)一股涌水， 流量約100 m3/h，水溫61 C，在拱部熱水呈淋雨狀，掌子 面空氣溫度約40 C,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、設計代表、監(jiān)

9、理和施工單位 現(xiàn)場查看，掌子面涌水流量約100 m3/h，水溫61 C，洞內空氣溫度高達40 C,四方會議決定暫停施工，加強警戒和觀 測，并制定了相應的處理措施。6. 處理方案6.1關于洞內降溫的處理由于高溫地熱的出現(xiàn)，導致隧道無法按正常情況施工， 要求施工單位根據(jù)此情況調整施工組織計劃，確保施工安全、 質量和工期。（1）在隧道現(xiàn)有的通風設備基礎上增加一臺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：名稱通風設備功率(KW)數(shù)量（臺）按放位置隧道左線大型通風機（FJDQ2501洞口1501洞口小型風機206掌子面隧道右線大型通風機（FJDQ2501洞

10、口1501洞口小型風機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)（人）作業(yè)時長輪換班組備注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165的鋼管集中降水、引排地熱水。然后對塌 體打設42*4mm注漿小導管注漿固結塌體，小導管梅花形布 置，間距1米，長度平均3.5米。(

11、2)退后2榀鋼架打設9米長76自進式錨桿，打設角 度20,完成后打設第二層 42*4mm長4.5米注漿小導管， 打設角度7-10 ,小導管與自進式錨桿交叉打設，每層環(huán)向間距40cm,圓心角120。范圍內布置。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)2.93.1，波美度35;水泥漿與水玻璃體積比1:1，注漿壓力12Mpa。超前自進式錨桿打設兩個循環(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。(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-K8

12、2+315段加寬帶支護參數(shù)由 SJ-W型襯砌類型變更為 S- V a型襯砌類型施工，其中鎖腳采用42*4m m注漿小導管，每處兩根。(6) 由于左線 K82+277K82+286右側為行車橫洞位置，K82+275K82+290從拱頂至水溝頂標高位置范圍內打設42*4mm長4.5米注漿小導管，梅花形布置間排距 60 X 60cm。(7) 左線K82+275-K82+315段加寬帶二襯砼標號由C25 調整為C30。(8) 左線 K82+275-K82+315段加寬帶增設環(huán)向 70打孔波紋管緊貼圍巖加密布置，間距5米。隧道高地應力端施工控制要點1. 概念存在高地應力段隧道，易發(fā)生巖爆現(xiàn)象，危及人員設

13、 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不了集中的過高應力而突發(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 13倍洞徑范圍內，個別的也有距新開挖工作面較遠。(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

14、行。(4) 巖爆圍巖的破壞過程，一般新鮮堅硬巖體均先產生 聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現(xiàn)，裂隙一旦貫通就產生剝落 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力往往伴隨著巖爆現(xiàn)象，所以要控制和改變 圍巖的應力狀態(tài)與圍巖的巖性條件，做好巖爆與軟巖變形的 預報，初期支護和襯砌要緊跟開挖面。3. 巖爆預測3.1地質預報隧道高應力段在施工時，一方面可直接根據(jù)施工掌子面的地質條件，如巖體結構面產狀、巖體的破碎程度、巖石的變質程度、巖體強度及地質應力等，再結合設計巖爆地段， 對掌子面前方

15、的巖體條件、產狀及完整性進行預測，用以指 導采取預防措施。另一方面，按設計要求，采用超前探測孔和TSP地質預報對前方地質進行探測，得出數(shù)據(jù)后，進行地質預測，在 開挖中結合掌子面地質情況應證和糾正；并不斷提高預測水 平。3.2巖體二次應力場現(xiàn)場測試采用鉆孔應力解除和應力恢復測試方法，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，利用洞壁切向應力洞壁巖石單軸抗壓強度Rb來預報巖爆和判定等級。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

16、，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 超前應力解除在強烈?guī)r爆區(qū)，可在隧道兩側拱腳附近打設應力釋放孔， 孔深3.0m，間距0.51.0m，拱部則以010的仰角打超前應 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以上的巖體內部形成一個爆破松動圈，避免巖體內部應力集中， 使巖體本身形成一個保護層。4.3 光爆技術改善(1) 采用光面爆破技術，在中等以上巖爆區(qū)，周邊眼間 距控制在25cm以內，采用隔眼裝藥

17、，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力 集中，以達到減弱巖爆的發(fā)生。(2) 調整鉆爆設計，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)異常情況，及時撤離，待巖體穩(wěn)定后再恢 復施工。增設臨時防護設施，對靠近開挖工作面，高地應力區(qū)段 的主要施工機械安裝防護網和防護

18、棚架，施工人員配發(fā)鋼盔 和防彈背心，掌子面加掛鋼絲網。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：采用打設錨桿加掛網噴砼穩(wěn)固巖體，可改 變掌子面巖體的應力狀態(tài)，從而防止巖爆的發(fā)生。錨桿施作 應及時，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 2m 1m 0.2m