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烏鞘嶺特長隧道關鍵技術問題

08-22 12:11:51  瀏覽次數:353次  欄目:地鐵遂道
標簽:工程設計, 烏鞘嶺特長隧道關鍵技術問題,http://www.nvlbio.live

摘 要:根據烏鞘嶺隧道有關設計和施工問題,提出了一些關鍵問題的處理意見,歡迎同行批評指正。
  烏鞘嶺隧道是我國正在施工的最長的鐵路隧道,本人參加該隧道的部分設計與施工工作,提出一些看法,以求探討提高之目的。

 

1、 工程概況

  烏鞘嶺隧道位于既有蘭新線蘭武段打柴溝車站和龍溝車站之間,設計為兩座單線隧道,隧道長20050m,隧道出口段線路位于半徑為1200m的曲線上,右、左緩和曲線伸入隧道分別為68.84m及127.29m,隧道其余地段均位于直線上,線間距40m,兩隧道線路縱坡相同,主要為11‰的單面下坡,右線隧道較左線隧道高0.56~0.73m,洞身最大埋深1100m左右。隧道左、右線均采用鉆爆法施工,右線隧道先期開通。隧道輔助坑道共計15座,其中斜井13座,豎井1座,橫洞1座。
  烏鞘嶺隧道地層巖性復雜,沉積巖、火成巖、變質巖三大巖類均有,且以沉積巖為主,其分布主要受區域斷裂構造控制。區內出露地層主要有第四系、第三系、白堊系及三疊系沉積巖、志留系、奧陶系變質巖,并伴有加里東晚期閃長巖侵入體。隧道橫穿祁連褶皺系的北祁連伏地褶皺帶和走廊過渡帶兩個次級構造單元, 褶皺及斷裂構造發育。主要不良地質為有害氣體,濕陷性黃土和膨脹巖。隧道預計最大涌水量為9621.81m3/d,施工中可能發生圍巖失穩,突然涌水涌泥、巖爆、熱害、含煤層有害氣體等地質災害情況。
  烏鞘嶺共8個施工單位參與施工,分別為中鐵一、二、五、隧道局和中鐵十二、十六、十七、十八局,各單位對該隧道的施工相當重視,投入了大量的人力、物力,可以說,該隧道的施工現狀可以反映中國現在鉆爆法施工的真實情況。

2、 設計概況

  中鐵第一勘測設計院對隧道的設計采用了動態設計的辦法,根據最新的設計文件即修改預設計文件(2003年6月),可以認為:
  修改預設計文件是在對烏鞘嶺隧道區域作了大量的地勘前期工作,結合蘭武線工期要求作出的,正洞的地質情況判斷較明確,部分輔助導坑設計,因時間關系缺少前期地勘工作,有待施工中超前地質預報來補充。隧道結構設計充分考慮了洞身不同的地質情況和特殊施工環境,設計了各型襯砌結構類型供施工選用,針對性較強。結構安全度根據有關單位的意見,相對一般結構設計留有較多的余地。
  根據設計和施工現狀,以下分別從正洞、輔助導坑、隧道通風、隧道消防救災及運營安全、環境保護、施工組織和加快進度、確保安全質量的施工工程措施和施工方法等方面提出看法,詳見下文。

2.1 正洞
2.1.1 隧道斷面內輪廓在新建時速160km的條件下,根據部建設司建技函【2002】6號和《時速160公里新建鐵路線橋隧設計暫行規定》內容(以下暫稱“暫規”),采用流線型機車,現隧道的凈橫斷面面積為34.7m2>34m2(未包括設置救援通道需增加的凈空面積),可滿足旅客乘車舒適度標準和洞內空氣阻力增量不超過明線空氣阻力30%的要求;如設置救援通道,則隧道內輪廓應增大。但考慮Ⅰ、Ⅱ線隧道可互為救援通道,為節省投資,暫不設救援通道是合適的。對于內輪廓,我個人意見應一次到位,設計按時速200km/h和開行雙層集裝箱條件下的隧道限界,正洞工程量不會超過20%,這樣可以避免今后高速鐵路發展之后的該隧道的滯后性,結合以上兩點可以認為該隧道的內輪廓應擴大。
2.1.2 修改預設計文件中,隧道下部外輪廓采用圓順連接,根據多種地質及地下水情況,修改預設計中采用了多種帶仰拱結構襯砌斷面,施工中選用非常方便。但各級圍巖襯砌斷面仰拱均采用同一個曲率欠妥,故建議:在不影響結構安全度的情況下,對Ⅱ、Ⅲ級圍巖仰拱可采用減小曲率的優化設計,減少斷面的開挖和隧底填充,隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖段全長約9100m,估計可減少開挖約8000m3,減少隧道圬工6000m3,也能提高施工進度,如果側溝、電纜槽尺寸可以調整,軌下斷面還可進一步優化。
2.1.3 第三系泥巖是中等膨脹巖,除施工中采取相應的支護措施外,襯砌結構宜采用有針對性的型式和設計參數,襯砌內凈空宜預留適當富余量,必要時根據量測結果,采取鋼纖維鋼筋砼結構補強措施,襯砌后防排水體系也需作相應調整。
2.1.4 F4、F5、F6、F7斷層及其它地下水豐富地段,地下水宜采取以堵為主的措施,減少對環境的影響,各段襯砌結構需根據地下水的靜水頭高度設計抵抗不同水頭高度的抗水壓襯砌,并可適當調整襯砌輪廓,抗水壓襯砌的長度宜根據地下水下降曲線確定。F7斷層為活動斷裂帶,建議研究采用拼裝式襯砌的可能性,以便提高襯砌適應變形的能力,也有利于襯砌結構減少破壞的機率和快速修復,對于穿越F7斷層的措施,為搶工期而采取小斷面迂回導坑是合適的,但超前支護可用邁式管棚法代替或結合鋼花管注漿法,減省工期,而迂回導坑的長度可根據開挖情況而確定。
2.1.5 三疊系含煤地層,除施工中加強通風,加強監測,并按有關規定進行揭煤設計和施工外,同時應按照《鐵路瓦斯隧道技術規范》,根據瓦斯地段等級,采取相應的防瓦斯工程措施。如需進行全封閉工程處理,則應對引排水系統和瓦斯引排系統進行特殊設計,防水層改為全封閉的瓦斯隔離層。
2.1.6 由于隧道通過段受地質構造作用,曾發生多次區域性斷裂,并派生一系列次級小斷層,軟質巖在高地應力作用下開挖后洞壁可能出現較大變形。建議開挖時預留足夠的變形量,噴錨支護預留濕噴鋼纖維砼補強措施,根據圍巖量測情況,必要時增設可縮性鋼架或增設長錨桿。隧道通過硬質巖地段在節理不發育的完整基巖內開挖洞室,在高地應力作用下有可能發生巖爆現象,設計時宜增加安全防護工程措施。
2.1.7 隧道施工至可能發生突然涌水、涌泥的地段,采取帷幕注漿措施,應采用全斷面注漿,止漿盤也按全斷面設置,不宜分臺階設置。管棚超前支護地段,大管棚外插角建議采用1~3°,以減少因掉塊引起的超挖,終壓5MPa也應在施工中根據現場情況調整。為爭取工期,Ⅴ級圍巖斷層破碎影響帶段,超前支護可采用國內較先進施工較快捷的φ51自鉆式錨桿代替φ80鋼管管棚預支護。
2.1.8 隧道超前預加固方案中注漿錨桿或管棚注漿,可以根據地質情況注雙液漿,也可注純水泥漿以減少成本。若鉆孔成孔條件好,不出現坍孔,則帷幕注漿孔可只設孔口管,不設15m的長鋼管,以提高漿液滲入圍巖的滲入量。
2.1.9 隧道復合式襯砌支護參數較強,Ⅱ、Ⅲ級圍巖無巖爆地段建議取消鋼筋網和拱部系統錨桿,根據需要設置局部錨桿。建議動態設計以優化設計參數為重點,Ⅱ級圍巖無須設仰拱。
2.1.10 隧道洞身防排水體系設計已很充分,為確保隧道不滲、不漏、不裂,建議設計細化,強調洞身與橫通道及附屬工程接口處的防水施工措施,強調EVA卷材焊接工藝。設計中EVA復合防水板厚1cm,對于特長隧道建議厚度宜加厚至1.5mm(公路隧道一般在1.2mm),幅寬宜適當加寬以減少接縫。
2.1.11、跫墖鷰r加強段初期支護中格柵或型鋼間距0.6~0.7m一榀,噴砼設計厚度不能覆蓋鋼架,使后續防水層施工困難和難以達到預期目的,建議噴砼厚度采用25cm,二次襯砌模筑砼厚度可適當減薄。

2.2 輔助導坑
2.2.1 烏鞘嶺隧道輔助導坑位置的選擇考慮了隧道地形、地質情況,考慮施工工期的要求,考慮通風、排水、防汛及棄碴等多種因素,但部分斜井洞口邊仰坡開挖高度較高,不利于洞口穩定,同時也對環境造成較大破壞,比較突出的有3、6、8、10、12號斜井,洞口處于碎石土或覆土之中,邊仰坡高達20多米,1:0.75的坡率有待研究。其中3、5號斜井為兼作運營通風洞,洞口結構同樣需考慮滿足防震、防凍和國防要求,襯砌結構應加強,以保證服務期間的可靠度。
2.2.2 根據現場情況,許多輔助導坑的現有斷面尺寸難以滿足大型運輸車輛長距離施工的需要,建議適當加大斷面尺寸,同時對襯砌、支護適當加強,以滿足快速施工的需要。長斜井的快速施工要求錯車道適當加密,如日本東北新干線八甲田隧道(26.455km)折紙工區斜井長1330m,約100m長就有一個擴大斷面,可以供參考比較。
2.2.3 洞內施工期間的水倉開挖時宜增設錨噴支護。另外,7、8、9號斜井位于富水區,臨時支護噴砼中可添加微纖維,封閉毛洞壁、增加抗滲性,改善施工作業環境,加快進度。
2.2.4 大臺豎井井深515m,考慮施工安全因素,其施工支護必須加強,Ⅴ級圍巖段噴射砼厚度宜覆蓋鋼架厚度,井底馬頭門、井底車場與平導連接處不僅應力集中,且受力復雜,需有襯砌支護加強措施。
2.2.5 斜井的施工安全問題:
  本隧道幾個控制工期的施工工區均是采用長斜井施工方案,如3#、5#、6#、7#、8#、9#、10#。施工中如下幾個方面需予以充分的重視:①可能涌水、涌泥;②瓦斯溢出;③施工排水;④施工通風;⑤運輸能力。對于可能產生涌水、涌泥的地段,可以采用超前探測、超前預注漿堵水措施,盡量用“以堵為主”的治水方案;對有可能發生瓦斯溢出的地段,施工時應加強監測,加強通風;在地質超前探測已確認有煤層瓦斯地段,該工區按瓦斯隧道的相關規定處理;2000m以上的長斜井,在我國鐵路建設中是極少見的,無軌運輸重車長距離上坡所產生的廢煙、廢氣對坑道的污染會相當嚴重,施工通風應能滿足規范允許的坑道施工環境要求。同時要有足夠的備用設備和零配件,以保證通風系統的正常運行。為保證施工的順利進行,施工用電也至關重要,在斜井口需配置保證不停電的備用電源和足夠的功率;為加快施工進度,斜井進入正洞后,可能承擔多個工作面的運輸任務,無軌運輸的單車道斜井斷面,其運輸能力明顯不足。因此,斜井斷面可以適當加大。

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