中交股份科技研發(fā)項(xiàng)目立項(xiàng)申請(qǐng)書

1、中交股份科技研發(fā)項(xiàng)目立項(xiàng)申請(qǐng)書項(xiàng)目名稱：高原寒冷富水復(fù)雜地段隧道施工技術(shù)申報(bào)單位：中交隧道局有限公司負(fù)責(zé)人：張偉項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)：300萬(wàn)完成時(shí)間：2009年6月30日中國(guó)交通建設(shè)股份有限公司制訂一、立項(xiàng)背景:1、工程概況我項(xiàng)目部承擔(dān)的西久公路拉脊山隧道工程全長(zhǎng)4.092公里，工程地處 高原嚴(yán)寒地區(qū)。主要工程量有：隧道一座，其中主洞長(zhǎng)度2880m，平行 導(dǎo)洞2920m ；橋梁兩座，總長(zhǎng)度259米；路基土石方13.2萬(wàn)立方米。工 程總造價(jià)1.66億元，合同工期23個(gè)月，工期時(shí)間從2007年7月30號(hào) 至2009年6月30號(hào)。建成后的拉脊山隧道將克服西久公路西寧至貴德 段冬季冰雪天氣車輛爬坡困難、行車緩慢

2、且危險(xiǎn)性高的缺陷，可以大大地 改善區(qū)域交通條件，保證行車安全，有效地提高西久公路西寧至貴德段的 通行能力。2、工程地質(zhì)情況隧道所在區(qū)位于亞一級(jí)構(gòu)造單元的祁連地槽褶皺系東南部、松潘甘孜 地槽褶皺系的東北緣的拉脊山加里東期地向斜褶皺帶中。地質(zhì)構(gòu)造主要有 一系列褶皺和斷裂構(gòu)造組成，以北西向斷裂最為發(fā)育，呈線狀展布。隧道所在區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，以北西向-北西西向斷裂為主，呈線狀 展布。大斷裂與線路呈近正交關(guān)系，主要有兩條對(duì)隧道有影響的斷層。隧道出口位于坡、洪積層，地層主要以碎石、塊石為主，局部表層為 粉砂層，松散-中密，該地層中含有豐富的地下水。隧道出口處于低洼地 帶，隧道一旦掘進(jìn)開挖，四周的地下水會(huì)向

3、隧道匯集，造成隧道地下水將 非常豐富，給隧道施工帶來(lái)困難，在后來(lái)的隧道掘進(jìn)中已證明了這一點(diǎn)。我項(xiàng)目部管段淺埋段與不良地質(zhì)地段占隧道比重較大，其中洞口段V 級(jí)圍巖長(zhǎng)445m,隧道橫穿斷層與次斷層，我項(xiàng)目部管段主要有F10斷層， 斷層與線路呈近正交關(guān)系，斷層破碎帶寬度約50 - 100m?；鶐r裂隙水十 分發(fā)育。3、水文、氣象拉脊山平均海拔3400m左右，氣溫低，降水豐富，多為雪區(qū)。該地區(qū)最冷月平均氣溫-16 -16.7。極端最低氣溫-37。極端最高氣溫28.7,最大凍土深度111 130cm ,降雪初終期為10月中旬至來(lái)年的 5月上旬。經(jīng)地質(zhì)鉆探在斷層破碎帶基巖裂隙水十分發(fā)育，水量豐富。是隧道涌

4、水量的主要涌水地段，占隧道涌水量的主要部分，對(duì)隧道影響較大。在斷 層附近存在承壓水，且水壓力較大。4、施工情況我項(xiàng)目部管段拉脊山隧道出口淺埋段開挖方法原設(shè)計(jì)為臺(tái)階環(huán)向開挖 方法，超前支護(hù)設(shè)計(jì)為40m長(zhǎng)管棚。開始進(jìn)洞，采用了原設(shè)計(jì)的隧道掘 進(jìn)方法，一進(jìn)洞時(shí)地下水量就十分豐富，地下水主要集中在隧道拱部至拱腰處。主要地層為碎石類土，遇地下水成稀泥，在掘進(jìn)過(guò)程中，不斷出現(xiàn) 涌水涌泥現(xiàn)象。洞口段的覆蓋層較薄，在掘進(jìn)中出現(xiàn)多次坍塌冒頂。鑒于以上情況，業(yè)主多次聘請(qǐng)了隧道施工專家和設(shè)計(jì)院現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了查 看，最后確定把淺埋段隧道掘進(jìn)方法改為CRD法和把隧道洞口段埋深比 較淺的地段進(jìn)行了部分明挖。明挖結(jié)束后隧道需進(jìn)

5、行二次進(jìn)洞，雖然隧道埋深較第一次進(jìn)洞較深， 但地質(zhì)情況并沒有好轉(zhuǎn)，在掘進(jìn)中同樣會(huì)出現(xiàn)涌水涌泥現(xiàn)象，針對(duì)這一施 工地質(zhì)條件，項(xiàng)目部成立技術(shù)攻關(guān)小組，對(duì)淺埋段的隧道施工技術(shù)進(jìn)行攻 關(guān)，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行入手：（1X超前預(yù)注漿穩(wěn)定開挖面超前預(yù)注漿是穩(wěn)定前方開挖面的一個(gè)方法，對(duì)隧道的施工安全和施工 進(jìn)度意義重大。在現(xiàn)在的隧道施工中應(yīng)用廣泛，但不成熟。設(shè)計(jì)圖上給定 的設(shè)計(jì)參數(shù)往往不能指導(dǎo)施工，施工中已不盡科學(xué)合理。在拉脊山隧道的 施工中，設(shè)計(jì)給定的注漿參數(shù)基本不能指導(dǎo)隧道施工，且注漿效果不是很 明顯，漿液的擴(kuò)散半徑很小，起不到板結(jié)圍巖的作用。（2）.坡、洪結(jié)層富水地段隧道的開挖方法隧道CRD開挖方法

6、是近幾年才發(fā)展起來(lái)的一種隧道施工技術(shù)措施，在 以后隧道軟弱圍巖的施工中的應(yīng)用將越來(lái)越普遍，根據(jù)目前拉脊山隧道開 挖情況來(lái)看，主洞軟弱圍巖長(zhǎng)度445米，且地下水含量豐富，圍巖的自穩(wěn) 能力很差CRD施工是比較適合的開挖方法。但目前沒有一套完整的CRD 施工的指導(dǎo)方法。拉脊山隧道是西久公路的控制性工程，工期很緊。對(duì) CRD施工方法的研究具有很重要的意義。主要研究CRD施工的機(jī)械選型 配套、通風(fēng)排煙、隧道排水、各分部之間的最佳距離和開挖方法等，在保 證施工質(zhì)量、安全的前提下，最大限度地提高施工進(jìn)度。將對(duì)拉脊山隧道 的施工產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。（3）.施工防排水和結(jié)構(gòu)防排水水對(duì)隧道施工的影響很大，特別是在

7、拉脊山隧道洞口段的施工中，地 層為坡、洪結(jié)層，主要以碎石土為主，遇水成稀泥。隧道在掘進(jìn)的過(guò)程中， 很容易發(fā)生坍塌。在拉脊山隧道的施工中，隧道最大涌水量每天能達(dá)到 700m3/天,在施工中應(yīng)就怎樣降低和減少地下水進(jìn)行研究，以減少地下 水對(duì)隧道施工的影響。拉脊山隧道地處于嚴(yán)寒地區(qū)，隧道易發(fā)生凍害，修建好的隧道容易發(fā) 生凍裂、掛冰、路面結(jié)冰現(xiàn)象。發(fā)生凍害的原因一般是由排水不暢引起的。 隧道內(nèi)襯砌防排水一般鋪設(shè)防水板。我們將組織力量對(duì)防水板的焊接質(zhì)量 進(jìn)行研究，對(duì)焊接工藝的細(xì)節(jié)做比較詳細(xì)的研究，形成一套完整的施工作 業(yè)指導(dǎo)書，以指導(dǎo)隧道襯砌防排水的施工。內(nèi)外研究概況及可行性分析近幾年，隨著國(guó)內(nèi)高速鐵路

8、與公路的建設(shè)，隧道在鐵路與公路的建設(shè) 中占有很大的比重，大多隧道所處的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，大多隧道洞口的 埋深淺，給施工帶來(lái)了很大的困難。拉脊山隧道地處高原嚴(yán)寒地區(qū)，且地下水很豐富，且洞口地段埋深淺。 地層為碎石土，在地下水的作用下，圍巖沒有自穩(wěn)能力。在這種情況下， 有必要對(duì)超前支護(hù)和預(yù)注漿進(jìn)行穩(wěn)定開挖面進(jìn)行技術(shù)研究，這對(duì)合理科學(xué) 組織施工,確保施工安全，保證施工工期、施工質(zhì)量，對(duì)今后同類工程施 工將有很大的指導(dǎo)意義。（1）、超前預(yù)注漿穩(wěn)定開挖面根據(jù)國(guó)內(nèi)外的資料，主要的超前支護(hù)方法有:超前錨桿、管棚、超前小 導(dǎo)管和人工凍結(jié)法等。由于地層性質(zhì)及其穩(wěn)定程度不同，可以采用不同的 方法。隧道超前小導(dǎo)管預(yù)

9、注漿在施工中應(yīng)用比較廣泛，但發(fā)展還不成熟。 對(duì)其施工參數(shù)設(shè)計(jì)落后于施工實(shí)際，在實(shí)際施工應(yīng)用中已不盡合理，甚至 有些盲目，對(duì)前方開挖面起不到穩(wěn)定的作用。所以，有必要成立專門的研 究小組對(duì)超前小導(dǎo)管預(yù)注漿施工方法進(jìn)行研究。在拉脊山隧道淺埋段的前期施工中，開挖后的掌子面經(jīng)常發(fā)生涌水涌 泥現(xiàn)象，在隧道向前掘進(jìn)前必須穩(wěn)定前方開挖面，采用設(shè)計(jì)給定的施工參 數(shù)起不了當(dāng)初預(yù)想的目的，就需要對(duì)各種施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，包括水泥漿 液的水灰比、水玻璃的摻量、注漿壓力、漿液的凝結(jié)時(shí)間、漿液的擴(kuò)散半 徑、注漿的配套設(shè)備等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試，以期望達(dá)到一個(gè)最佳的效果。通過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)，是可以達(dá)到預(yù)期的目的和效果。(2)、坡、洪

10、結(jié)層富水地段隧道的開挖方法隧道CRD開挖方法開始于鄭州到西安高速鐵路客運(yùn)站專線，主要運(yùn) 用于濕陷性黃土隧道，在施工中運(yùn)用比較成功。在鄭州到西安的濕陷性黃 土隧道的施工中，隧道地下水量較小，圍巖具有一定的穩(wěn)定性。拉脊山隧道洞口淺埋段屬坡、洪結(jié)層，且富含地下水，圍巖土體遇水 后即成稀泥，沒有自穩(wěn)能力。在淺埋富水地質(zhì)復(fù)雜地段的坡、洪結(jié)層中 CRD施工方法就有別于在黃土隧道中的施工方法。就有必要對(duì)CRD開挖 方法在這地層中的施工進(jìn)行技術(shù)研究，找出一個(gè)適應(yīng)該隧道地層的施工工 法。主要研究該地層CRD施工的各洞室之間的步長(zhǎng)控制、機(jī)械的選型配 套、人員的配備、施工進(jìn)度的控制，施工通風(fēng)等進(jìn)行研究，形成完整的施

11、 工工法。(3 施工防排水和結(jié)構(gòu)防排水在拉脊山隧道洞口淺埋段的施工中，每天地下水的涌水量達(dá)到 700m3/天,地下水對(duì)施工進(jìn)度、安全造成很大的影響。就有必要對(duì)怎么 降低地下水進(jìn)行研究。找出降低地下水的方法，盡量減小地下水對(duì)隧道施 工掘進(jìn)的影響。保證施工安全和提高施工進(jìn)度。拉脊山隧道地處高原嚴(yán)寒地區(qū)，洞口段中心排管采用了深埋方式(中 心排水管位于仰拱初期支護(hù)以下），而洞口段為坡、洪結(jié)地層，主要為碎 石土，碎石土遇水成泥。在施工中和以后隧道竣工運(yùn)營(yíng)中，極容易造成中 心排水管進(jìn)稀泥堵塞。項(xiàng)目部將組織技術(shù)人員對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行綜合研究， 研究防止稀泥進(jìn)行中心排水管的具體措施并具體落實(shí)，保證排水系統(tǒng)的暢 通

12、。國(guó)內(nèi)外在地鐵、公路隧道、鐵路隧道等很多領(lǐng)域的施工中已經(jīng)研究出 比較成熟的襯砌防水及防水板鋪設(shè)、焊接工藝，但襯砌的防水及洞內(nèi)防水 板的防水效果受施工工藝不先進(jìn)、施工中人為因素等多種因素的影響，隧 道防水效果很不理想，很多隧道均有襯砌漏水、滲水、裂紋，防水板撕裂、 漏水等通病。由于拉脊山隧道地處高原嚴(yán)寒地區(qū)，必須防止隧道遭到凍害。 針對(duì)這些情況，我們將成立專門的成立專門的質(zhì)量研究小組，研究更好的 襯砌防排水施工方法、工藝及防水板掛設(shè)、焊接工藝，使隧道的防排水施 工技術(shù)水平得到進(jìn)一步的提高。三項(xiàng)目研發(fā)的主要內(nèi)容及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一、研究?jī)?nèi)容：針對(duì)拉脊山隧道的地質(zhì)條件和所處的環(huán)境，對(duì)隧道進(jìn)行有針對(duì)性的技

13、 術(shù)研究。研究的主要內(nèi)容如下：1、隧道超前地質(zhì)預(yù)注漿在拉脊山隧道施工中，隧道出口為碎石土，且地下水含量很大。在開 挖兩側(cè)邊墻的時(shí)候，在地下水的沖刷下，容易形成空洞引起坍方。為了穩(wěn) 定兩側(cè)邊墻的前方開挖面，我們采取了超前小導(dǎo)管預(yù)注漿。我們將成立研 究小組，對(duì)小導(dǎo)管的布置方式、注漿參數(shù)、圍巖的板結(jié)效果進(jìn)行研究，找 出最佳的施工工藝參數(shù)，以指導(dǎo)我們以后的施工。2、軟弱且富水地段隧道CRD的施工技術(shù)措施根據(jù)目前拉脊山隧道的地質(zhì)情況，主洞洞口段有445米的軟弱圍巖地 段，洞口段的施工將主要采用CRD施工。我們將成立研究小組。主要研 究：CRD施工機(jī)械的選型配套、CRD施工的通風(fēng)排煙、施工排水、各部 分之

14、間的最佳施工距離、勞動(dòng)力、工序銜接等。研究出最佳的施工方案， 在保證施工安全、質(zhì)量的前提下盡量地提高施工進(jìn)度，縮短工期，提高經(jīng) 濟(jì)交溢3、嚴(yán)寒地區(qū)的隧道防、排水施工拉脊山地處高原嚴(yán)寒地區(qū)，隧道一旦發(fā)生滲、漏水將引起隧道凍害， 將造成嚴(yán)重的后果。我們將成立研究小組，主要研究隧道的施工防排水和 襯砌防排水。對(duì)隧道止水條、止水帶的安設(shè)工藝進(jìn)行比較詳細(xì)的了解和研 究，對(duì)防水板的焊接時(shí)爬焊機(jī)的爬行速度、焊接溫度進(jìn)行研究，使達(dá)到最 佳的焊接效果。以指導(dǎo)以后隧道的施工。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)就目前國(guó)內(nèi)隧道的超前地質(zhì)預(yù)注漿的情況來(lái)看，往往不能達(dá)到理想的 效果。設(shè)計(jì)給定的注漿參數(shù)對(duì)施工往往不能起到知道作用。在施工中比

15、較 盲目，注漿效果差，漿液的擴(kuò)散半徑小，被加固的圍巖不能板結(jié)，起不到 穩(wěn)定開挖面的作用。我們將對(duì)超前地質(zhì)預(yù)注漿進(jìn)行比較細(xì)致的研究，提出 一套在軟弱且富水地段圍巖超前地質(zhì)預(yù)注漿的施工方案。使在隧道施工中 能安全、快速地度過(guò)隧道不良地質(zhì)地段，縮短工期、大大地提高經(jīng)濟(jì)效益。 對(duì)隧道CRD施工技術(shù)措施的研究，研究出最佳的施工方案以指導(dǎo)拉脊山 隧道和類似工程的施工，加快施工進(jìn)度、縮短工期，提高經(jīng)濟(jì)效益將起到 積極的作用。對(duì)隧道防、排水的研究，制定一套隧道施工防、排水施工作 業(yè)細(xì)則，使施工一線工人按照細(xì)則的要求進(jìn)行施工，對(duì)保證防、排水的施 工質(zhì)量、杜絕隧道的滲、漏水起到指導(dǎo)作用。杜絕隧道發(fā)生凍害的可能，

16、減少隧道施工的成本。通過(guò)我們的研究，對(duì)以后相似隧道工程施工將起到很好的指導(dǎo)作用， 可以讓以后在同類似隧道的施工中少走彎路，節(jié)約施工成本，提高經(jīng)濟(jì)效 益。、項(xiàng)目研發(fā)的技術(shù)路線1、我們將根據(jù)以前的施工經(jīng)驗(yàn)和拉脊山隧道軟弱地段的地質(zhì)情況制定出詳細(xì)的施工方案（注漿機(jī)的類型、注漿壓力、水泥漿的比例、水玻璃的根據(jù)初步設(shè)定的方案在現(xiàn)場(chǎng)組織實(shí)施，并做好相應(yīng)記錄。檢查注漿的擴(kuò)散半徑和圍巖的板結(jié)情況。在施工中不斷地調(diào)整施工參數(shù)，找出最佳的施工技術(shù)參數(shù)。對(duì)研究成果進(jìn)行整理，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。2、制定初步的CRD施工方案（內(nèi)容包括機(jī)械的類型、隧道施工排水 方式，通風(fēng)排煙）。根據(jù)初步制定的方案組織實(shí)施，派專人觀察施工效果。

17、對(duì)不足和存在問(wèn)題的地方進(jìn)行改正，選定出最佳效果。對(duì)研究成果進(jìn)行整理，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。3、防水板施工過(guò)程中，容易出現(xiàn)漏焊、焊接不牢、焊壞防水板的情況， 在防水板施工前，我們將組織工人在隧道外進(jìn)行試焊。試驗(yàn)不同的爬行速 度和焊接溫度，對(duì)排水板的焊接效果進(jìn)行檢查，找出爬焊機(jī)的最佳爬行速 度和焊接溫度。以此焊接溫度和爬行速度指導(dǎo)隧道防水板的施工。委派專人對(duì)隧道防水板的施工質(zhì)量進(jìn)行檢查。檢查制定的施工工藝是 否滿足現(xiàn)場(chǎng)的施工。對(duì)研究成果進(jìn)行整理，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。五、推廣應(yīng)用前景及經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)根據(jù)我國(guó)中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，到2020年我國(guó)鐵路將建成“四縱 四橫”快速客運(yùn)通道及三個(gè)區(qū)域城際快速客運(yùn)系統(tǒng)?？瓦\(yùn)專線中長(zhǎng)

18、大隧道 比例大幅度增加，通過(guò)本課題的研究，提出一整套長(zhǎng)大隧道特殊地層的施 工方案、方法和施工工藝，為以后類似工程施工提供豐富的施工經(jīng)驗(yàn)和技 術(shù)支持，對(duì)保證安全，確保質(zhì)量、工期有重要意義，對(duì)減低施工風(fēng)險(xiǎn)和成 本，提高經(jīng)濟(jì)效益前景廣闊。（1）對(duì)于隧道洞口的軟弱破碎圍巖地段、淺埋地段，開挖在超前管棚 支護(hù)下進(jìn)行，提前發(fā)揮超前支護(hù)作用，可增加施工安全度，有效保證巖體 穩(wěn)定，減少地表下沉和防止圍巖松馳、坍塌，可避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國(guó)道路交通建設(shè)的迅速發(fā)展，隧道工程施工日益增多，在面臨 不良地質(zhì)條件下的隧道掘進(jìn)施工和事故處理，超前支護(hù)技術(shù)具有廣闊的應(yīng) 用前景。目前國(guó)內(nèi)在建和擬建的鐵路隧道較多，地質(zhì)情況復(fù)雜多變，通