穿越多种不良地质的特长隧道施工技术和质量管理PPT---改5

“穿越多种不良地质的特长隧道”施工技术和质量管理中国水利水电第十四工程局有限公司重庆梁忠高速公路项目经理部2017年3月28日尊敬的各位领导：尊敬的各位领导、各位同事大家好，首先感谢公司举办此次技术质量标准化管理现场观摩交流活动，为大家提供了共同学习提高的机会，在此我谨代表重庆梁忠高速公路项目部就“穿越多种不良地质的特长隧道”施工技术和质量管理工作，作如下简要汇报，不妥之处，请大家给予指正批评。1、工程概况梁忠高速公路是重庆市高速公路网络规划三环、十射、三联线中的第二联线，连接了G42、G65、G50三条国家高速公路，是国家高速公路网的重要补充。项目部承担第二标段的施工任务，里程桩号为K8+740～K23+715，全长14.975km，双向四车道高速公路，设计时速80km/h，包含整条高速公路的唯一重点控制性工程礼让隧道（分离式隧道）。项目合同总额为8.403亿元。项目工程于2013年7月18日正式开工，2016年6月21日实现礼让隧道双洞安全贯通，历时1070天，建设工期3.5年于2016年11月30日提前一个月实现全面通车。1.1礼让隧道概况1、礼让隧道全长5520.7m（左右折合长度），为全线最长隧道，中间未设置施工支洞，通风散烟困难，施工工期紧，为全线控制性工程。2、隧道穿越明月峡背斜，构造形迹呈北北东～北东向，隧址区无大的区域性断裂隙构造。工程地质、地形条件较复杂，最大埋深约400m，对勘察工作有较大的影响。3、水文地质情况：地表水主要为隆脊型的岩溶槽谷河流；地下水为孔隙水、裂隙水、岩溶水等，另外对隧道影响较大的是广泛分布的碎屑岩类孔隙裂隙水和碳酸盐岩类岩溶水。1、工程概况4、沿线经过地层较多，局部洞段有危岩、顺层等不良地质。暗洞部分设计衬砌类型有14种，加上明洞共15种衬砌类型。礼让隧道地质剖面图2、工程不良地质情况根据礼让隧道地质剖面图及设计资料分析，隧址区主要不良地质为岩溶、煤层、瓦斯、采空区、石膏岩以及大涌水等，岩层倾角变化大，施工过程中极易发生冒顶、突水、突泥等地质灾害。地质条件复杂给隧道安全施工带来较大隐患，施工难度大、技术控制严，工期要求紧，安全质量形势十分严峻！2、工程不良地质情况1、隧道穿越的岩溶槽谷地表岩溶形态主要为溶蚀残丘、溶蚀洼地、漏斗、落水洞、溶洞等，地表出露的岩溶主要集中在隧道通过的槽谷以北地段；从构造上看，岩溶集中发育于背斜轴部和岩相变化交界带附近，施工过程中易发生突水、突泥、冒顶等灾害。2、隧道所经煤层分布不均，煤层厚度变化较大，具极不稳定特点。隧道区范围内分布规模较大且对隧道有较大影响的煤矿主要有邵新煤矿、铜桥煤矿、沙子沟煤矿及分布凌乱的煤窑。部分洞段穿越采空区，岩体完整性差，采空区内集水及有害气体对隧道施工有较大影响。其次隧道穿越煤层采空区时应预防老窑积水在贯通后出现的突水。3、隧道区有毒有害气体为须家河组和珍珠冲组含煤地层瓦斯。隧道区分布的煤层无瓦斯突出的危险性，但具有煤尘爆炸危2、工程不良地质情况险性，煤层自燃倾向性等级为I级。隧道区瓦斯地段等级为三级，为低瓦斯隧道。4、隧道施工无有毒有害气体长期排放，在隧道掘进时，仅含煤地层含煤段中有少量有害气体释放，但将很快封闭处理，对环境的影响小。隧道穿越含煤地层都应设立禁采区。5、隧道穿越大规模石膏岩层（经重庆大学取样检测，其石膏纯度高于90%），石膏主要分布于背斜轴部分布的三叠系下统嘉陵江组四段的地层中，具体分布范围：左线ZK14+582～ZK14+907长325m、右线K14+599～K14+920长321m。石膏对砼具有强腐蚀（对应腐蚀作用等级为D级），对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性，对钢结构有微腐蚀。2、工程不良地质情况隧道施工中穿越石膏层建议对隧道衬砌层采用抗硫酸盐水泥，并需作抗溶出性腐蚀处理措施。熟石膏水化重结晶过程产生体积增大，具中～强膨胀性，对隧道的衬砌具有较大的危害。6、除此以外，隧道涌水量较大，根据地勘资料描述，礼让隧道枯水期涌水量为5.1757万m3/d；丰水期涌水量为12.2249万m3/d，若左右洞同时进行施工，则涌水量为以上值的一半。2、工程不良地质情况隧道采空区照片2、工程不良地质情况石膏岩段掌子面照片2、工程不良地质情况隧道涌水照片3、工程地质问题分析1、根据详勘，隧道区穿越的明月峡背斜地层连续，区内及邻近未见断层通过，整体区域稳定。经对隧道区分布的不良地质现象及隧道进出口段开挖形成的仰坡、堑坡进行工程处理后，适宜采用隧道通过。2、本隧道围岩可分为Ⅴ级、Ⅳ级、Ⅲ级，各段围岩稳定性评价如下：a、Ⅴ级围岩Ⅴ级围岩分布隧道进、出口及部分洞身段，其主要岩性为粉砂质页岩、炭质页岩、煤层、膏盐层及盐3、工程地质问题分析溶角砾岩；岩体受地质构造及风化作用影响较重，裂隙较发育，呈碎、裂状，松散结构，易坍塌，围岩无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日。b、Ⅳ级围岩Ⅳ级围岩主要分布于隧道洞身段，其主要岩性为粉砂质页岩、长石岩屑砂岩、泥灰岩、灰岩；较坚硬岩岩体较破碎～破碎，呈镶嵌碎裂结构；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整～较破碎，中薄层状结构。跨度5m，一般无自稳能力，数日～数月内可发生松动变形及小塌方，进而发展为3、工程地质问题分析中～大塌方，埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显的塑性流动变形和挤压破坏；跨度小于5m，可稳定数日～1个月。c、Ⅲ级围岩Ⅲ级围岩分布于隧道洞身段，其主要岩性为长石岩屑砂岩、灰岩，岩体较完整，块状或中厚层状结构；跨度10～20m，可稳定数日～1个月，可发生小～中塌方；跨度5～10m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小～中塌方；跨度5m，可基本稳定。礼让隧道围岩分类比例隧道名称隧道长(m)围岩级别围岩比例(%)礼让隧道5520Ⅲ级17Ⅳ级58Ⅴ级254、科研技术创新管理1、积极开展科学技术研究：项目部在开工建设之初，就组织技术人员认真分析了礼让隧道施工及地质特点，并在公司技术中心的指导下，多次邀请相关高校教授及行业内专家，根据礼让隧道特点分析了科研创新点。以“创新驱动发展”为指导，以礼让隧道这一条含多种不良地质段的特长隧道工程为依托，通过对各类不良地质灾害发生、发展的实际情况进行总结，确定重点研究对象，进而从灾害预报预警、动态辨识、施工控制技术三个方面开展研究，确立了《特长大隧道穿越多种不良地质洞段安全综合控制技术研究与应用》、《无线视频监控技术在特长低瓦斯隧道施工管理中的综合应用研究》二大科研课题。并得到了公司的资金及技术支持，过程中努力使创新成果转化为现实生产力。4、科研技术创新管理2、充分利用社会资源：项目开工后，又根据项目实际情况，强化“借船出海、借梯登高”的开放理念，聘请了重庆市交通规划勘察设计院、重庆大学、北京科技大学、重庆开谨科技有限公司、重庆交通大学、梁平县创安安全咨询公司（隧道瓦斯控制）等单位的专家组成专家咨询组，专家的意见及建议帮助项目部解决了施工中遇到的许多问题，为隧道建设提供经济技术保障。4.1特长隧道不良地质条件（岩溶、采空区）超前预报技术研究1、溶洞与采空区灾害的超前探测：采用瞬变电磁法、AGI高密度电法、EH4大地电导率法、TSP、地质雷达等手段。2、隧道涌水、突泥等灾害的探测预警：采用流速仪、三角堰、地质雷达、超前钻孔等方法。掌子面TR地质体a地层分界水平距离双程走时掌子面监测示意图地质雷达数据处理示意图测线长度(m)01234567891011时间深度(ns)050100150距离深度(米)0123456789测线长度(m)01234567891011时间深度(ns)050100150距离深度(米)0123456789溶洞裂隙裂隙水发育及夹水夹泥情况溶洞地质雷达图测量方式及过程模拟图前槽溪沟2-3测线模拟图4.2特长隧道瓦斯突出预警预报与防治1、瓦斯、CO等有害气体的监测预报探测预警：采用瓦斯监测仪、甲烷传感器、风速传感器、一氧化碳传感器、温度传感器等设备。2、根据依托工程特点，形成高风险瓦斯突出隧道段的瓦斯监测方案，通过对现场监测数据进行分析和异常识别研究，提出有效措施，形成瓦斯异常涌出防治技术。4.3特长隧道软岩段隧道大变形监测及预警技术研究：1、塌方大变形等围岩失稳灾害的超前预报：采用应力计、位移计、收敛仪等手段。2、针对软岩隧道大变形特点，制定一套综合的监控量测系统和抢险施工应急方案，为软岩隧道大变形灾害治理提供参考。4.4无线视频监控技术在特长低瓦斯隧道施工管理中的综合应用研究1、研究方法主要采用调研、现场试验、理论分析、数值模拟及工程类比相结合的方法。通过对施工现场条件的分析，利用现有智能安全监控的施工经验，采取最优的控制措施，达到节能减排、高安全、高环保、高质量的目标。2、通过对该项课题的研究，能指导低瓦斯隧道施工安全监控管理，达到节省工程投资、保障施工安全、降低第三方风险损失的目的，为未来的类似高速公路工程的设计、施工以及规范的编制提供理论和技术储备。监测系统监测系统5、施工技术管理主要控制手段隧道名称特殊地质条件处治手段礼让隧道岩溶及岩溶水溶洞：采取超前预报、钻孔验证，溶洞充填、支护或跨越；溶洞水：主要采取恢复既有岩溶管道的措施煤层、瓦斯及采空区加强施工通风和瓦斯检测；全封闭措施隔绝瓦斯；充填采空区并加强衬砌支护腐蚀性地下水加强施工取样验证，通过提高混凝土等级、特定混凝土材料配给、全包防水、加强初支等措施加强防腐膨胀性围岩通过增大预留变形、加深仰拱改变衬砌受力、加强初支及二衬、选用合理施工方式进行处治5、施工技术管理1、加强对危险性较大分部分项工程的技术管理，规范危险性较大的分部分项工程安全专项施工方案的编制、论证及审查工作，预防施工安全事故，保障人身和财产安全，根据交通运输部《公路水运工程安全生产监督管理办法》和《重庆市公路水运工程安全生产强制性要求》及相关安全生产法律法规等制定危险性较大分部分项工程安全专项施工方案管理制度。2、在危险性较大分部分项工程施工前编制专项方案；对于超过一定规模的危险性较大分部分项工程，施工单位应当组织专家对专项方案进行论证。5.1施工控制要点1、礼让隧道主要以Ⅳ、Ⅴ类围岩为主，占83%。同时又面临岩溶、煤层、采空区、瓦斯、石膏岩段及大涌水等问题。隧道施工控制重点是：工期保证、瓦斯防控、围岩稳定防控、涌水防控及穿越石膏岩段等方面。2、总体技术处理原则：施工中采用“短进尺、弱爆破、少扰动、早喷锚、勤量测、早封闭”等施工技术措施，并根据现场监控量测结果及时和设计联动，动态设计，合理修正设计参数、调整施工方案和指导隧道施工，确保隧道施工安全、优质、均衡、高效、按期完工。5.2技术准备及方案拟选1、确定施工程序；2、根据不同围岩制定相应施工方案；3、预判施工过程中可能出现的不良地质情况；4、根据不同的不良地质情况制定相应的特殊处治方案；5、辅助先进的监控检测手段指导并验证施工；6、判断施工过程中所可能遇到地质灾害并制定相应的应急预案，进行演练；7、对于施工中将面临的技术难题进行科研立项并转化成指导性成果。5.3设计施工方法隧道按新奥法原理进行设计并施工，采用复合式衬砌，初期支护以喷射混凝土、锚杆、钢筋网为主，二次衬砌为模筑混凝土。支护参数根据结构分析与工程类比相结合确定，Ⅴ级、Ⅳ级软岩段衬砌设仰拱，同时围岩较差地段的衬砌向围岩较好地段延伸10-15米。5.4洞身开挖全断面开挖台阶法开挖环形导坑法开挖（留核心土）单侧壁导坑法-CD法5.4.1全断面法洞身施工（全断面法开挖）采用全断面施工方法开挖的围岩为Ⅲ级围岩，对应衬砌类型有：S3、ST3两种衬砌类型,左右洞合计1567.7m。Ⅲ级围岩段衬砌采用全断面法施工,爆破采用光面爆破。洞身开挖后，立即施作初期支护锚杆、钢筋网、喷射混凝土，及时封闭围岩。施工要点：①尽量采用深孔爆破，加大循环进尺，开挖、支护工序合理采取平行作业，提高施工进度。②控制周边眼角度，提高光面爆破效果，减少对围岩的扰动，减少超欠挖。5.4.1全断面法施工程序：A:全断面开挖，B、拱、