隧道高温地段隧道施工控制要点及施工案例许军.docx
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隧道高温地段隧道施工控制要点及施工案例许军
隧道高地热段施工控制要点
1.超前预报
1.1洞内、外观察
隧道洞内、洞外观察：
隧道洞内观察分开挖工作面观察和已施工区段观察两部分，开挖工作面观察在每次开挖后进行，内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、涌水情况及底板是否隆起等，当地质情况基本无变化时，每天进行一次。
观察后绘制开挖工作面地质素描图。
对已施工区段的观察每天一次，观察的内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况，以及施工质量是否符合规定的要求。
在观察过程中如发现地质条件恶化，初期支护发生异常现象，将立即通知施工负责人采取应急措施，并派专人进行不间断。
1.2超前水平地质钻探
采用钻机在洞内掌子面向隧道正前方钻5-10m的水平超前地质探孔，观察探孔出水情况及水温，发现异常情况时及时汇报，制定相应的施工方案。
1.3TSP地震波探测仪探测
在高温地热段采用地质雷达每20米检测一次，确保对掌子面前方的工程地质情况（围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞）做出正确的预测。
2.监控量测
2.1洞内温度及出水量检测
安排专人每四小时对隧道洞内温度、掌子面温度、涌水温度测量一次，并对每次测量数据进行记录；现场技术员及时要对掌子面涌水量的变化进行记录。
2.2洞内沉降观测
初期支护完成后，在拱顶、拱脚及边墙标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。
测试元件采用直径12mm圆钢加工而成，每根元件25cm,锚入初期支护体20cm,外露5cm,以防震动影响量测结果。
量测频率开始8h观测一次，然后根据变形量的减小而减小量测频率。
根据量测及时掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度，调整施工工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全。
3.砼质量控制要点
高温地热段的衬砌混凝土：
在高温（如70高温）的岩体及喷混凝土上浇注二次衬砌混凝土时，厚度再薄，水化热也不易逸出。
由于混凝土里面和表面的温差，在早龄期有可能存在裂缝。
因此为防止二次混凝土衬砌出现裂缝，应采取下述措施：
（1）为了防止高温时的强度降低，应选定合适的水灰比，并考虑到混凝土对地热水的耐久性，宜采用高炉渣水泥（分离粉碎型水泥）。
混凝土配合比和掺合剂应作试验优选。
（2）在防水板和混凝土衬砌之间设置隔热材料，可隔断从岩层传播来的热量，使混凝土内的温度应降低。
（3）把一般衬砌混凝土的浇筑长度适当缩短。
（4）用防水板和无纺布组合成缓冲材料，由于与喷射混凝土隔离，因此，混凝土衬砌的收缩可不受到约束。
（5）适当设置裂缝诱发缝，一般在两拱脚延长方向设置。
4.安全控制要点
（1）为保证隧道施工人员进行正常的安全生产，我国有关部门对隧道施工作业环境额卫生标准都有规定。
如铁道部规定，隧道内气温不得超多28℃；交通部规定，隧道内气温不宜高于30℃。
国外的资料介绍，日本规定隧道内温度低于37℃。
为达到规定的标准，在施工中采取通风和洒水及通风洒水相结合的措施。
温度较高时可增加大型通风设备予以降温，并在正洞开挖工作面前放一段距离，利用平导超前钻探，如有热水涌出，可在平导内增建降水、排水设施和排水钻孔，以降低正洞的水位。
如正洞施工中仍有水涌出时，可采用水玻璃水泥系药液注浆，以发挥截水及稳定围岩的作用。
（2）中暑症的防治措施：
在高温条件下施工除采用降温措施外，还应该注意中暑症的防治工作。
中暑症可分为热痉挛症、热虚脱症和热射症三种类型，起症状及处置如下：
①热痉挛：
由于出汗过多，体内的水分、盐类丧失而引起。
其症状为在作业中和作业后，发作性内痉挛和疼痛。
对此症应采取充分地摄取水和盐类予以缓解症状。
②热虚脱：
由于循环系统失调而引起。
起主要症状为血压降低、速脉、水脉、头晕、头痛、呕吐、皮肤苍白、体温轻度上升、采取的措施是，循环器官有异常的人员严禁参加施工。
对有症状者增加补水次数，并在阴凉出静卧休息。
③热射症：
由于体温调节中枢失调，体温上升。
症状为：
体温高、兴奋、乏了和皮肤干燥等。
采取的措施，对高温不适应者应避免在洞内作重体力劳动。
在高温施工地段采用冷水喷雾等方法降温，必要是对患者可采取医疗急救处置。
（3）合理安排高温作业时间：
根据洞内的高温程度、劳动强度和劳动效率，确定劳动工时，以保施工人员的健康和安全。
（4）隧道施工各班组间，应建立完善的交接班制度。
在交接班时，交班人应将本班组的施工情况及有关安全事宜及措施向接班人详细交待，并记载于交接班记录本上，工地值班负责人（领工员）应认真检查交接班情况。
每班开工前未认真检查工作面安全状况，不得施工。
（5）施工中应对围岩加强检查与量测。
对不良地质段施工，应采取弱爆破、短开挖、强支护、早衬砌、先护顶等小循环的施工方法。
隧道施工要充分利用监测手段预测预报围岩位移与支护结构受力状况，量测要为生产安全服务。
（6）如发现隧道内有险情，必须在危险地段设置明显标志或派专人看守，并迅速报告施工现场负责人，及时采取措施处理，情况危险时，应将工作人员全部撤离危险区，并立即上报。
（7）所有进入隧道工地的人员，必须按规定配带好安全防护用品，遵章守法听从指挥。
5.施工案例
大丽高速下山口隧道进口左线于3月19号13:
30掌子面施工到ZK82+327时，掌子面右侧拱脚处出现一股涌水，流量约100m³/h，水温61℃，在拱部热水呈淋雨状，掌子面空气温度约40℃，掌子面拱部出现掉块现象，施工单位立即对掌子面进行初喷封闭围岩，初喷一直持续到下午14：
30，但并没有起到稳定围岩的作用，拱部出现塌方，涌水也一直持续不断。
施工队立即停止初喷撤离施工人员，并将情况向监理和业主汇报。
掌子面塌方一直持续到晚上23点后基本稳定，塌方体约500m3，塌落的较大石块将超前支护压弯，卡在拱顶。
3月20日上午业主、设计代表、监理和施工单位现场查看，掌子面涌水流量约100m³/h，水温61℃，洞内空气温度高达40℃，四方会议决定暂停施工，加强警戒和观测，并制定了相应的处理措施。
6.处理方案
6.1关于洞内降温的处理
由于高温地热的出现，导致隧道无法按正常情况施工，要求施工单位根据此情况调整施工组织计划，确保施工安全、质量和工期。
（1）在隧道现有的通风设备基础上增加一台150KW通风机，在掌子面附近配以适当数量的移动式小型风机进行通风降温。
具体配置如下表：
名称
通风设备
功率（KW）
数量（台）
按放位置
隧道左线
大型通风机
（FJDQ）
250
1
洞口
150
1
洞口
小型风机
20
6
掌子面
隧道右线
大型通风机
（FJDQ）
250
1
洞口
150
1
洞口
小型风机
20
5
掌子面
（2）视通风降温的效果，必要时对掌子面围岩、初期支护喷射砼表面喷淋冷水降温。
（3）缩短开挖、支护、二衬工班等作业时间，增加作业人员，并加强劳动保护，做好防暑降温工作。
各个班组作业时间如下表：
序号
作业班组
每班组人数（人）
作业时长
轮换班组
备注
1
开挖
15
2小时
3组
左右线
2
支护
20
2小时
3组
左右线
3
二衬
16
3小时
3组
左右线
6.2关于塌方段掌子面和支护参数的处理方案
（1）首先采用C25喷射砼封闭塌方体及掌子面围岩，然后开槽埋设Ф165的钢管集中降水、引排地热水。
然后对塌体打设Ф42*4mm注浆小导管注浆固结塌体，小导管梅花形布置，间距1米，长度平均3.5米。
（2）退后2榀钢架打设9米长Ф76自进式锚杆，打设角度20°，完成后打设第二层Ф42*4mm长4.5米注浆小导管，打设角度7-10°，小导管与自进式锚杆交叉打设，每层环向间距40cm，圆心角120°范围内布置。
由于高温热水的影响采用双液注浆，采用R425水泥，水灰比1:
1；水玻璃模数2.9～3.1，波美度35；水泥浆与水玻璃体积比1:
1，注浆压力1～2Mpa。
超前自进式锚杆打设两个循环。
注浆工程量由现场监理签认。
（3）待注浆加固后再进行开挖，开挖采用三台阶法，每循环开挖进尺一榀60cm，短掘短进。
（4）加强监控量测及涌水量、水温等观测，安全员跟班作业。
（5）左线K82+275-K82+315段加宽带支护参数由SJ-Ⅳ型衬砌类型变更为S-Ⅴa型衬砌类型施工，其中锁脚采用Ф42*4mm注浆小导管，每处两根。
（6）由于左线K82+277～K82+286右侧为行车横洞位置，K82+275～K82+290从拱顶至水沟顶标高位置范围内打设Ф42*4mm长4.5米注浆小导管，梅花形布置间排距60×60cm。
（7）左线K82+275-K82+315段加宽带二衬砼标号由C25调整为C30。
（8）左线K82+275-K82+315段加宽带增设环向Ф70打孔波纹管紧贴围岩加密布置，间距5米。
隧道高地应力端施工控制要点
1.概念
存在高地应力段隧道，易发生岩爆现象，危及人员设
备安全，危害性极大。
1.1岩爆定义
是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突
然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。
1.2岩爆原因
围岩强度适应不了集中的过高应力而突发的失稳破坏。
1.3岩爆特点
（1）岩石砂岩为主，岩石坚硬干燥，在未发生前，无明显的征兆，虽经过仔细寻找，并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，会突然发生岩石爆裂声响，石块一般应声而下。
（2）岩爆发生的地点多在新开挖的掌子面及距离掌子面1～3倍洞径范围内，个别的也有距新开挖工作面较远。
（3）岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可达数吨重。
小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的鱼鳞片状脱落，脱落面多与岩壁平行。
（4）岩爆围岩的破坏过程，一般新鲜坚硬岩体均先产生声响，伴随片状剥落的裂隙出现，裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出，属于表部岩爆。
（5）由于爆破振动影响，造成开挖洞段应力重新分布，造成碛头较大面积岩爆、爆落出的小块鱼鳞片状碎屑甚至堵塞整个巷道。
2.施工原则
由于高地应力往往伴随着岩爆现象，所以要控制和改变围岩的应力状态与围岩的岩性条件，做好岩爆与软岩变形的预报，初期支护和衬砌要紧跟开挖面。
3.岩爆预测
3.1地质预报
隧道高应力段在施工时，一方面可直接根据施工掌子面的地质条件，如岩体结构面产状、岩体的破碎程度、岩石的变质程度、岩体强度及地质应力等，再结合设计岩爆地段，对掌子面前方的岩体条件、产状及完整性进行预测，用以指导采取预防措施。
另一方面，按设计要求，采用超前探测孔和TSP地质预报对前方地质进行探测，得出数据后，进行地质预测，在开挖中结合掌子面地质情况应证和纠正；并不断提高预测水平。
3.2岩体二次应力场现场测试
采用钻孔应力解除和应力恢复测试方法，分段对洞壁及掌子面现场测定围岩表层岩体二次应力场。
同时进行现场岩石点荷载强度试验，利用洞壁切向应力洞壁岩石单轴抗压强度Rb来预报岩爆和判定等级。
4.改善措施
4.1喷洒高压水
掌子面开挖后立即向工作面及附近洞壁岩体喷洒高压水，喷洒范围延伸到离掌子面100m处。
施作锚杆时，利用锚杆孔向岩体深处注水，以增强岩体的塑性，减弱岩体的脆性。
保持岩体的潮湿状态，可有效降低岩爆的强烈程度。
4.2超前应力解除
在强烈岩爆区，可在隧道两侧拱脚附近打设应力释放孔，孔深3.0m，间距0.5~1.0m，拱部则以0~10的仰角打超前应力释放孔，孔径42mm以上，孔深可根据钻机性能，尽可能加深，使前方拱部围岩的高地应力提前释放。
掌子面周边拱线处钻两排4.5m~5m深的炮眼，炮眼间距50cm，外插角30度左右，间隔装药，引爆后在拱部2~3m以上的岩体内部形成一个爆破松动圈，避免岩体内部应力集中，使岩体本身形成一个保护层。
4.3光爆技术改善
（1）采用光面爆破技术，在中等以上岩爆区，周边眼间距控制在25cm以内，采用隔眼装药，堵塞炮泥，增加光爆效果，以达到开挖轮廓线圆顺。
尽量避免凹凸不平造成应力集中，以达到减弱岩爆的发生。
（2）调整钻爆设计，采用“短进尺，弱爆破”。
改其为浅孔爆破，缩短循环进尺，减少一次用药量。
拱部采用小药卷光面爆破措施，拉大不同部分炮眼的雷管段位间隔，从而延长爆破时间，减少对围岩的爆破扰动，减少爆破动应力的叠加，控制爆发裂隙的生成，避免由于爆破诱发岩爆，从而降低岩爆频率和强度。
5.施工防护
高地应力段围岩开挖后，加强围岩情况观测，提高工人警惕性，一旦出现异常情况，及时撤离，待岩体稳定后再恢复施工。
增设临时防护设施，对靠近开挖工作面，高地应力区段的主要施工机械安装防护网和防护棚架，施工人员配发钢盔和防弹背心，掌子面加挂钢丝网。
轻微岩爆段：
对可能发生岩爆段围岩喷射钢纤维砼（掺量5%左右），厚度8~10cm，以确保初支面能够承受较大变形而不开裂。
中等岩爆段：
采用打设锚杆加挂网喷砼稳固岩体，可改变掌子面岩体的应力状态，从而防止岩爆的发生。
锚杆施作应及时，长度为2.5m左右，间距视现场情况而定。
岩爆特别严重段：
打设锚杆后，增加格栅钢架支护，间距0.8m左右，拱架之间用Φ22钢筋焊接并与系统锚杆焊接成一个整体。
6.监控量测
高地应力区段的隧道围岩类别较低时，易发生崩塌及软岩塑性大变形等变形破裂现象，可建立一套围岩变形跟踪监测系统，来了解和判断围岩变形情况。
这个系统由长度分别为3.5m、3m、2m、1m、0.2m的Φ22钢筋简易位移传递杆组成，钢筋用锚固剂固结在孔底。
由于钢筋所处径向位置越远钢筋周围岩体越稳定，其变形越小，3.5m传递杆可视为座标杆。
通过定时测量它与其他不同深度的传递杆的相对位移，可以得到围岩不同深度的径向位移量，再辅以其他常规测量方法得出的数据，作为判断围岩变形量大小的依据，从而预报岩爆的发生。
7．安全防护措施
（1）给施工人员配发钢盔、防弹背心；对主要施工设备安装防护棚架；掌子面架设移动防护架，防止岩块飞出伤人，有效地保护人员及设备安全。
（2）加强现场岩爆监测、警戒及巡回找顶，必要时及时躲避。
组织专门人员全天候巡视警戒及监测。
岩爆一般在爆破后2h左右比较激烈，以后则趋于缓和，多数发生在0～50m范围和掌子面处。
从地质方面来看，岩爆发生的地段有其相似的地层条件和共性条件，使短距离的预报成为可能。
听到围岩内部有沉闷的响声时，应尽快撤离人员及设备。
特别是强烈岩爆地段，每次爆破循环后，作业人员及设备均应及时躲避一段时间，待岩爆基本平静后，立即洒水喷混凝土封闭岩面，以保证后序作业的进行。
巡视、警戒人员要对岩爆段，特别是强烈岩爆段岩石的变化仔细观察，发现异常及时通知，撤离施工人员及设备，以保证安全。
（3）加强对施工人员岩爆知识教育。
强化作业人员安全纪律教育以及岩爆常识、防护知识的学习；严格执行有关技术和安全操作规程；危险地段增设照明并设醒目标志。
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