烏鞘嶺特長(zhǎng)隧道施工方案設(shè)計(jì)

1、烏鞘嶺特長(zhǎng)隧道施工方案設(shè)計(jì)作者：發(fā)布時(shí)間：2007-12-17 15:16:071工程概況1.1地理位置烏鞘嶺特長(zhǎng)隧道為蘭新線蘭武段增建第2線的控制工程。隧道全長(zhǎng) 20 050 m,為2座單線隧道，2隧道間距40 m,11%。單面下坡，是我國(guó)目 前已有的以及在建的最長(zhǎng)鐵路隧道，詳見圖1。隧道所處地區(qū)整體屬于祁 連山東北部中高山區(qū)，隧道進(jìn)口以南為莊浪河河谷區(qū)，隧道出口以北為古 浪河及其支流龍溝河河谷區(qū)。1.2地層巖性本區(qū)地層巖性復(fù)雜，有火成巖、變質(zhì)巖、沉積巖3大巖類，并以沉積 巖為主，其分布主要受區(qū)域斷裂構(gòu)造控制。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有第四系、 第三系、白堊系及三疊系沉積巖，志留系、奧陶系變質(zhì)巖，

2、并伴有加里東 晚期閃長(zhǎng)巖侵入體。1.3地質(zhì)構(gòu)造在大地構(gòu)造單元上隧道地區(qū)屬于祁連褶皺系，線路橫穿祁連褶皺系的 北祁連優(yōu)地槽褶皺帶和走廊過渡帶2個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，褶皺及斷裂構(gòu)造發(fā) 育，且褶皺形態(tài)復(fù)雜。烏鞘嶺隧道地層受加里東期褶皺帶和海西印丈期 褶皺帶控制，地層多呈單斜狀。1.4斷裂構(gòu)造隧道斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為區(qū)域性大斷裂，走向基本近EW，呈壓性 壓扭性，具有切割深、延伸長(zhǎng)、規(guī)模大的特點(diǎn)，破碎帶一般較寬，斷層物 質(zhì)主要為斷層泥礫和碎裂巖。主要大型斷層有：毛毛山南緣斷層(F4)。延伸長(zhǎng)度約80 km，為逆斷層，斷層走向 近EW，傾向N，傾角40。60。斷層帶物質(zhì)主要由斷層泥礫和碎裂巖 組成，松散破碎，破

3、碎帶出露寬度200500 m，隧道通過長(zhǎng)度450 m。大柳樹溝一黑馬圈河斷層(F5)。延伸長(zhǎng)度大于60 km，為逆斷層， 斷層走向NWW，傾向S，傾角70左右。斷層帶物質(zhì)主要由斷層泥礫和碎 裂巖組成，較松散破碎，破碎帶出露寬度80260 m，隧道通過長(zhǎng)度140 m。毛毛山嶺中斷層(F6)。延伸長(zhǎng)度約48 km，為逆斷層，斷層走向 近EW，傾向N，傾角80。斷層帶物質(zhì)主要由斷層泥礫和碎裂巖組成， 較松散破碎，破碎帶出露寬度4080 m，隧道通過長(zhǎng)度75 m。毛毛山一老虎山斷層(F7)。延伸長(zhǎng)度約174km,前期為逆斷層， 后期表現(xiàn)為左旋逆走滑斷層，斷層走向NWW,傾向S,傾角70。斷層帶 物質(zhì)主

4、要由斷層泥礫和碎裂巖組成，松散破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，破碎帶出露寬 度400800 m，局部大于1 000 m，隧道通過長(zhǎng)度785 m。區(qū)域地震資料 顯示全新世以來該斷層仍有活動(dòng)跡象。1.5節(jié)理巖體受構(gòu)造作用影響，節(jié)理也較發(fā)育，主要節(jié)理走向?yàn)镹W及NE，以 密閉節(jié)理為主，節(jié)理面較光滑，延長(zhǎng)數(shù)米全數(shù)十米。1.6水文地質(zhì)預(yù)計(jì)右線隧道最大總涌水量為9 621.81 m3/d,左線隧道最大總涌水 量為6 114.78 m3/d，在斷層破碎帶有突然涌水的可能。1.7氣候本段線路位于中溫帶的干旱氣候區(qū)，海拔高(2 9003 600 m)，氣候 垂直分帶性明顯，氣候寒冷，日溫差大，天氣多變，冰凍時(shí)間長(zhǎng)，土壤凍 結(jié)深

5、度138200 cm。2施工技術(shù)難點(diǎn)2.1 F7活動(dòng)性斷層F7斷層是全新世活動(dòng)斷層，其活動(dòng)性對(duì)隧道工程影響較大，要攻克 此項(xiàng)難關(guān)，需要建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究斷層的活動(dòng)性及活動(dòng)規(guī)律，并通過結(jié)構(gòu) 計(jì)算、數(shù)值模擬分析等手段，提出襯砌結(jié)構(gòu)形式和防震減災(zāi)方案。2.2軟巖地質(zhì)段施工技術(shù)本隧道洞身埋深大，地應(yīng)力相對(duì)較高，隧道通過處巖質(zhì)相對(duì)軟弱，為 三疊系頁巖及煤系地層，并含4條斷層破碎帶，對(duì)隧道的穩(wěn)定性影響較大， 開挖后是否產(chǎn)生流變或大變形尚無法確定。2.3平行導(dǎo)坑快速施工和設(shè)備配套本隧道圍巖軟硬相間，巖性差異大，且斷裂發(fā)育。因此，本隧道施工 的關(guān)鍵技術(shù)在平導(dǎo)超前，探明正洞地質(zhì)情況，并輔助正洞進(jìn)行施工，確保 工期

6、。但由于地質(zhì)情況的復(fù)雜性，平導(dǎo)施工難度大，進(jìn)度難以確保。故需 對(duì)平導(dǎo)超前快速施工和設(shè)備配套進(jìn)行研究。2.4施工通風(fēng)技術(shù)烏鞘嶺隧道屬高海拔地區(qū)，地形特點(diǎn)使輔助導(dǎo)坑條件困難，平行導(dǎo)坑 獨(dú)頭施工距離長(zhǎng)，加之本隧道埋深大，可能會(huì)出現(xiàn)高溫情況。結(jié)合施工降 溫技術(shù)和三疊系地層可能出現(xiàn)的瓦斯情況，為保證施工順利進(jìn)行和施工安 全，需要進(jìn)行高海拔地區(qū)施工通風(fēng)研究。2.5隧道結(jié)構(gòu)防排水及技術(shù)措施烏鞘嶺隧道海拔高，冬季寒冷，曾發(fā)生掛冰、道床凍害等現(xiàn)象，進(jìn)行 了多次整治。新建特長(zhǎng)隧道運(yùn)營(yíng)設(shè)施多，防水標(biāo)準(zhǔn)要求高，加上本線行車 密度大，車速快，使得洞內(nèi)發(fā)生滲漏水或凍害整治難度很大，需對(duì)隧道結(jié) 構(gòu)防排水及技術(shù)措施進(jìn)行研究。

7、2.6巖爆區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，第四系以來多有活動(dòng)，應(yīng)力有所釋放。實(shí)測(cè)地應(yīng) 力最高為32 MPa，且以水平地應(yīng)力為主。另外，在F4和F7之間的隧道 洞身需通過較長(zhǎng)的閃長(zhǎng)巖、安山巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬、性脆、貧水、埋深大且地 應(yīng)力值較高，施工中閃長(zhǎng)巖、安山巖極易出現(xiàn)巖爆。3施工方案本隧道斷層帶寬、構(gòu)造裂隙多、節(jié)理交錯(cuò)密布，個(gè)別地段地下水極為 豐富、圍巖穩(wěn)定性差，基于這種特殊地質(zhì)條件，確定采用以下方案進(jìn)行施 工。3.1掌子面前方地質(zhì)預(yù)報(bào)采用以TSP-202超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)為主的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，及 時(shí)了解掌子面前方地質(zhì)狀況，根據(jù)預(yù)報(bào)的前方地質(zhì)變化情況及時(shí)調(diào)整施工 方法及施工組織。3.2開挖施工方法本隧道左右

8、線隧道均采用鉆爆法從兩端相向施工。右線隧道做為正 洞，提前貫通和開通；左線隧道為平行導(dǎo)坑輔助右線隧道施工，貫通后擴(kuò) 挖成左線隧道。隧道共設(shè)輔助坑道14個(gè)，其中，斜井13個(gè)，豎井1個(gè)。 4個(gè)正洞洞口、1，2, 5, 6號(hào)斜井、石板溝右線斜井、石頭溝右線斜井和 大合右線斜井采用無軌運(yùn)輸：3, 4, 7, 8, 9, 10號(hào)斜井采用有軌運(yùn)輸。無軌運(yùn)輸：V，丑級(jí)圍巖采用短臺(tái)階開挖，分上下2個(gè)臺(tái)階，上下臺(tái) 階長(zhǎng)度保持56 m，拱部采用7655型風(fēng)槍開挖，III，W類圍巖地段采用 全斷面開挖，鉆孔采用自制多功能鉆孔臺(tái)車，裝運(yùn)設(shè)備采用ITC3 12裝載 機(jī)裝碴，VOLVO運(yùn)輸車和阿威林運(yùn)輸車出碴。有軌運(yùn)輸：

9、開挖全部采用臺(tái)階法施工，上臺(tái)階開挖全起拱線，下臺(tái)階 開挖全隧底。上臺(tái)階長(zhǎng)度56 m，鑿巖設(shè)備為7655型手持風(fēng)鉆，采用長(zhǎng) 臂挖掘機(jī)扒碴，下臺(tái)階采用ZLC-50C和966F裝載機(jī)裝碴，運(yùn)輸采用 CDXT-8T型電瓶車牽引6 m3斗車有軌運(yùn)輸。3.3初期支護(hù)由于地質(zhì)條件復(fù)雜，極易坍塌，需在爆破后及時(shí)施做錨、噴、掛網(wǎng)及 格柵，尤其在地層破碎地段或構(gòu)造帶地段更需及時(shí)采取措施。噴射混凝土 采用濕噴，錨桿施工采用錨桿臺(tái)車鉆孔。3.4仰拱施工為防止隧道變形，避免圍巖失穩(wěn)，仰拱須在2次襯砌之前施作。拱、 墻部初期支護(hù)形成后要盡早鋪設(shè)仰拱，以使初期支護(hù)盡快形成封閉受力結(jié) 構(gòu)，為2次襯砌施工的模板臺(tái)車軌道鋪設(shè)提供

10、條件，同時(shí)，也為洞內(nèi)運(yùn)輸 提供便利。3.5施工通風(fēng)通風(fēng)采用壓入式通風(fēng)，洞內(nèi)風(fēng)管采用 1.5 m的DSR高強(qiáng)度通風(fēng)軟管， 斜井與正洞交口段采用自制鍍鋅鐵皮三通管，向2個(gè)掌子面送風(fēng)。3.6 2次襯砌襯砌采用先仰拱、后上部的施工順序。采用自制襯砌臺(tái)車，大模板施 工。洞外拌合采用混凝土拌合，混凝土運(yùn)輸設(shè)備選用FV3 l 3Jml型混凝 土攪拌運(yùn)輸車，灌注混凝土采用11840混凝土輸送泵直接輸入臺(tái)車內(nèi)。3.7有軌運(yùn)輸斜井提升及組織斜井進(jìn)入正洞后，2個(gè)工作面洞內(nèi)裝碴采用ZLC-50C型和966F裝載 機(jī)，分別負(fù)責(zé)進(jìn)出口 2個(gè)工作面的裝碴作業(yè)，提升設(shè)備采用ZJK-2-5/30X 型9 t礦用絞車提升礦斗車至

11、斜井口上面棧橋處，通過設(shè)立的自動(dòng)側(cè)翻裝 置向碴倉卸碴。洞內(nèi)運(yùn)碴采用CDXT-8T型電瓶車牽引8 m3礦斗車運(yùn)碴。4特殊地質(zhì)條件施工方案由于本隧道特殊的地質(zhì)條件，施工中極可能出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)、突然涌水、 涌泥、巖爆、高地溫、瓦斯等地質(zhì)災(zāi)害，根據(jù)特殊的地質(zhì)災(zāi)害，可采用相 應(yīng)的施工方案。4.1軟巖流變施工方案隧道通過段地應(yīng)力較高，埋深大，三疊系上統(tǒng)的頁巖及斷層破碎帶在 施工中有產(chǎn)生流變或較大變形的可能性。施工中需加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，加密量 測(cè)斷面和量測(cè)頻率，根據(jù)量測(cè)信息，采取相應(yīng)的工程措施。4.2斷層破碎帶施工方案隧道通過4條區(qū)域性斷層，斷層破碎帶松軟破碎、含水，其自穩(wěn)能力 差，尤其是F7斷層，其破碎帶極其破

12、碎，且以斷層泥礫為主，容易發(fā)生 坍塌。施工應(yīng)采用超前自進(jìn)式注漿錨桿加固圍巖和加強(qiáng)初期支護(hù)等手段， 并及時(shí)完成2次襯砌。4.3泥巖地層施工方案第三系砂礫巖夾泥巖地段，巖體成巖差，結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，自穩(wěn)能力差， 擾動(dòng)易坍塌，泥巖具膨脹性，易發(fā)生圍巖失穩(wěn)。施工時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)及時(shí)完成 初期支護(hù)，確保施工安全。4.4涌水、涌泥處理隧道通過各斷層破碎帶、安山巖、板巖地段，由于構(gòu)造裂隙水較發(fā)育， 地下水循環(huán)較快，施工中有可能產(chǎn)生突然涌水。在通過斷層泥礫帶、含泥 質(zhì)地層的影響帶時(shí)有可能產(chǎn)生突然涌泥現(xiàn)象。施工過程中，要依靠地質(zhì)超 前預(yù)報(bào)作出判斷，根據(jù)涌水、涌泥量的大小和泥砂含量，提前封堵和疏排。 同時(shí)，應(yīng)做好應(yīng)急準(zhǔn)備，一旦發(fā)生涌水、涌泥，要盡快安裝設(shè)施，迅速排 出，確保安全。4.5巖爆處理對(duì)埋深較大安山巖和嶺脊花崗閃長(zhǎng)巖地段，由于其巖質(zhì)堅(jiān)硬，干燥無 水，易發(fā)生巖爆，當(dāng)施工進(jìn)入該段時(shí)，應(yīng)安排專門人員進(jìn)行檢測(cè)，聽到異 常聲響，應(yīng)立即撤離施工人員和機(jī)械設(shè)備。施工時(shí)