青藏铁路风火山隧道施工方案.docx

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青藏铁路风火山隧道施工方案

一、工程概况

青藏铁路格拉段北起青海省格尔木市，线路基本沿青藏公路南行，途径纳赤台、昆仑山口、五道梁、沱沱河、翻越唐古拉山进入西藏自治区内后，经安多、那曲、当雄、羊八井至西藏自治区首府拉萨市，全长1141km，新线建筑长度1110km。

风火山隧道位于格拉段，起讫里程为DIK1159+000—DIKK1160+334，长1334km，该隧道位于青藏高原腹地，昆仑山与唐古拉山之间，线路行走于风火山低高山，自然坡度平缓，一般为10—15°，山顶海拔高4995m，属高原丘陵地貌、自然条件恶劣。

隧道进口位于山凹地带，坡度较缓；出口处为山梁地带、坡度较陡。

本段位于低温多年冻土，冻土层厚80-100m。

本段出露地层主要为第四系全新统坡、残积地层及第三系砂岩与泥岩互层。

隧道进口段分布含土冰层（CK1154+740—+900），长160m，厚度0.7—1.2m，上限为1.45～1.8m；隧道出口段DIK1159+880—CK1160+100长220m，为含土冰层，厚度约1.7m，上限为1.45～1.8m。

隧道通过地质主要为泥岩、砂岩、层状结构，风化严重。

气候属高原冰雪气候，气候干燥、气温、气压低、春秋季节短暂、冻结期长。

二、施工组织安排

1、组织管理机构：

局指挥部下设风火山隧道施工队，隧道施工队下辖两个分队，分别担负本隧道进口段（605m）、出口段（580m）施工，局指挥部由一名副指挥长主管本隧道施工。

2、劳动力配备

风火山隧道队配备施工人员、管理人员358人，其中一分队、二分队各安排159人，队部管理人员40人。

3、机械设备配备：

详见表一。

4、测试仪器配备：

详见表二。

5、主要材料计划：

详见表三。

6、进出口场地平面布置图见图一、图二。

三、施工进度计划

1、总工期

本隧道计划2001年9月1日开工，2003年12月20日完工。

2、主要项目工期

（1）2001年6月20日至8月31日为施工准备阶段，安排时间73天。

（2）2001年9月1日至12月31日为试验阶段，安排时间为122天。

（3）2002年3月1日至2003年7月31日为全面展开阶段，安排施工时间为517天。

隧道开挖支护从2001年10月1日开始，2003年6月18日

完成，安排时间为477天。

隧道衬砌从2001年11月21日开始，2003年6月21日完成，安排时间为458天。

风火山隧道主要工程数量表

表一

工程部位及材料

单位

数量

备注

洞

口

工

程

开挖

Ⅱ级硬土

1576

含明洞开挖量

Ⅳ级软石

5009

端墙

C25混凝土

218

顶帽

C25混凝土

挡墙

C25混凝土

189

边坡防护

C20混凝土

147

换填

砂卵石

333

隔热层

保温材料

路基面换填

砂石

路基面铺砌

C15混凝土预制块

洞外保温水沟

ф50管

回填

355

保温材料

基础加深

C25混凝土

检查梯

M15水泥砂浆砌片石

ф22钢筋

173

洞外衬砌配筋保温水沟

及检查井

洞口至检查井

沟身

C25混凝土

盖板

C25钢筋混凝土

φ6钢筋

160

保温材料

检查井

沟身C20混凝土

盖板

C25钢筋混凝土

186

浸油木盖板

1091

ø8钢筋

ø6钢筋

扶手

φ22钢筋

角托钢

L55×55×5mm（L60×60×5mm）

端墙式出水口

填弃碴或保温材料

C20混凝土

砕碎石

油毛毡

124

续表一

序号

工程部位及材料

单位

数量

备注

明洞工程

衬砌

C30钢筋混凝土

991

衬砌钢筋

Ф18钢筋

30663

Ø10钢筋

5664

Ø6钢筋

3637

仰拱

C30钢筋混凝土

138

仰拱回填

C25混凝土

186

回填

卵砾石土

1091

防水层

粘土

409

防水板

1361

隔热层

保温材料

洞

身

工

程

开挖

Ⅵ级围岩

5090

Ⅴ级围岩

38314

Ⅳ级围岩

61253

模筑

Ⅵ级围岩

C30钢筋混凝土

1499

C30钢筋混凝土

9819

Ⅴ级围岩

C30钢纤维混凝土

935

Ⅳ级围岩

C30钢筋混凝土

16157

仰拱

C30钢筋混凝土

2694

随底填充

C25混凝土

4416

铺底

C25混凝土

衬砌配筋

Ф18钢筋

654269

Ø10钢筋

134011

Ø8钢筋

53560

支护

C25模筑混凝土

10967

R25中空锚杆

套

15000

钻头、垫板止浆塞等待15000套

38130

超早强水泥基

844800

注浆体积

768

超前小导管预注浆

Ø42超前小导管

根

9360

37740

124301

Ø12钢筋

9360

GRM水泥基

540540

注浆体积

491.4

格栅钢架

榀数

榀

1183

精确制

主筋Ф22

342551

联接钢筋Ф22

94318

Ø12钢筋

181818

垫板δ=15mm

83013

螺栓M20※60、AM20

套

29112

防排水

复合防水板

32254

PE防水板

27514

保温材料

2181

盲沟

5977

Ø150mmPVC盲沟

水沟及电缆槽

C25混凝土

346

C25钢筋混凝土

18-

Ø6钢筋

10664

保温材料

384

弃碴

弃碴场

万m2

1142

占地

亩

挡墙

5380

运距

机械设备配备表

表二

序号

设备名称

型号

单

位

数量

产地

状况

进场

计划

液压凿岩台车

B00merH177

台

瑞典

自有

2001.8

电动扒碴机

LZ-120

台

南昌

自有

2001.8

轮式装载机

966D

台

瑞典

自有

2001.7

梭式矿车

SD14

台

江西

自有

2001.8

电瓶车

XK12-7.9/192

中

湘潭

自有

2001.8

支护作业台架

10m

台

新制

2001.8

砼湿喷机

TK916

台

成都

新购

2001.8

砼搅拌站

H2S25

套

陕西

新购

2001.9

砼保温输送车

JC-6

辆

上海

新购

2001.8

双层保温模板台车

10m

台

自制

2001.9

砼输送泵

HBT60

台

三一重工

新购

2001.9

工业蒸气锅炉

台

西安

新购

2001.7

发电机组

GH250

套

洛阳

新购

2001.7

内燃空压机

750HH21/12

台

美国

新购

2001.7

高压供水系统

套

自制

2001.7

通风机

2×55kw

台

天津

新购

2001.10

运输车辆（载重车）

CQ3260

台

重庆

新购

2001.7

运输车辆（生活车）

EQ1092

台

二汽

新购

2001.7

装载机

ZL50C

台

柳工

新购

2001.9

电焊机

XB-500F

台

陕西

新购

2001.9

弯筋机

GW40

台

陕西

新购

2001.9

切筋机

GQ40

台

陕西

新购

2001.9

卷扬机

JDK-3

台

陕西

自有

2001.9

切割机

φ300

台

陕西

新购

2001.9

供水车

CA141

台

一汽

自有

2001.7

汽车起重机

QY16B

台

徐工

自有

2001.7

履带式装载机

963E

台

瑞典

自有

2001.7

钢筋调直机

GJ14-40

台

陕西

自有

2001.9

灰浆拌合机

HB-300

台

西安

自有

2001.9

注浆机

KBY=50/70

台

河北

自有

2001.9

仰拱作业平台

10m

套

自制

2001.10

喷涂机

ZUP-5

台

新购

2001.9

推土机

小松D275A-2

台

日本

新购

2001.7

挖掘机

PC220-6

台

日本

新购

2001.7

热风机

HG125NC

台

日本

新购

2001.10

凿岩钻机

YT28

台

天水

自有

2001.7

平板车

台

自制

2001.10

充电机

CKKF-250-290

套

湖南

新购

2001.7

多向钻机

75型

台

河北

新购

2001.8

露天钻机

ROCD-11

台

新购

2001.7

平板拖车

40T

台

西德

自有

2001.7

迈式注浆泵

台

新购

2001.8

测试仪器配备表

表三

名称

规格、型号

单

位

数

量

从何地

调入

一、试验仪器

水泥胶砂搅拌机

JJ-5

台

咸阳

水泥胶砂震实台

ZS-15

台

咸阳

水泥净浆搅拌机

NJ-160

台

咸阳

沸煮箱

FZ-31A

台

咸阳

水泥标准稠度及凝结时间测定仪

套

咸阳

水泥细度负压筛析仪

SF-150

台

咸阳

水泥抗折试验机

DKZ-5000

台

西安

水泥标准养护箱

HBY-40

台

西安

抗压夹具

40mm×40mm

台

咸阳

混凝土拌合机

HJS-30

台

咸阳

混凝土振动台

2HD6-80

台

咸阳

砼贯入阻力测定仪

H6-80

台

咸阳

砼拌合场含气温测定仪

HC-7C

台

咸阳

混凝土抗渗仪

HS-4

台

咸阳

砂浆抗渗仪

SJS-6

台

咸阳

砂浆搅拌机

UJZ-15

台

咸阳

低温试验箱

D4型-40℃

台

咸阳

养护室全自动温湿设备

BYS-11

台

咸阳

回弹仪（带碳化深度）

ZC-3

个

咸阳

坍落度筒

100×200×300

个

咸阳

砼试模

150×150×150

组

咸阳

砼切片、磨平机

HQMP

台

咸阳

超声波检测仪

SC-4

台

咸阳

压力试验机

NYC-2000

套

咸阳

续表二

名称

规格、型号

单

位

数

量

从何地

调入

新标准石子筛

¢200/¢300

套

咸阳

压碎值仪

台

咸阳

针、片状仪

套

咸阳

电热干燥箱

45×55×55

台

咸阳

砂浆稠度仪

SC145

台

咸阳

容量筒

1-30

套

咸阳

电动摇筛机

2BSX-92A

台

咸阳

温度计

-30-20℃

支

咸阳

融土热扩散系数测定仪（热扩散系数）

台

咸阳

冻土热扩散系数测定仪（热扩散系数）

台

咸阳

现场融化压缩试验仪

台

咸阳

冻胀量试验仪

台

咸阳

热敏电阻温度计

2003型

台

咸阳

振强温度计

4700型

台

咸阳

磅称

100kg

台

咸阳

架盘天平

2000g

台

咸阳

案称

GT-10

台

咸阳

万能材料试验机

WE-600

台

咸阳

现场试验流动车

台

咸阳

核子密度温度仪

MC-3

台

咸阳

冻土钻芯取样机

200型

台

咸阳

冻土冷藏瓶

个

咸阳

道碴筛

φ3001-63mm

套

咸阳

道碴磨耗机

ZBSX-92A

台

咸阳

续表二

名称

规格、型号

单

位

数

量

从何地

调入

K30板

WKX-3

套

咸阳

拉拔仪

10T

台

咸阳

水平测斜仪

6000/60万

台

咸阳

土压力盒

JXY-2A型

个

咸阳

位移计

12-100mm

个

咸阳

砼温度测试系统

Therms-200

台

咸阳

收敛计

KJ-5

台

咸阳

组合气象站

EP-S

台

咸阳

二、测量仪器

设备名称

型号

单

位

数量

产地

状况

全站仪

C2100Ⅱ

台

日本

水准仪

C32Ⅱ

台

日本

（4）2003年7月21日至2003年7月31日为上碴阶段，工期10天。

（5）2003年8月1日至2003年11月15日为铺轨及整道养护阶段。

（6）2003年11月16日至2003年12月20日为整道养护阶段，安排时间为35天。

3、施工进度网络图：

详见图三。

4、施工进度横道图：

详见图四。

四、施工方案

根据风火山隧道实际工程地质情况，结合我局多年隧道施工经验和现有机械设备、施工人员状况，拟采用以下施工方案：

1、明洞段开挖及支护

（1）遵循“快开挖、快防护、快防护”的“三快”原则；

（2）采取“分段、分层开挖，分层防护，暖季白天用轨行式钢桁架结构覆盖棉帐篷遮阳措施，避免冻土融化。

（3）以挖掘机、推土机开挖为主，钻爆松动开挖为辅，自卸汽车装运弃碴；

（4）开挖边坡采用喷PU聚氨脂防热层防护。

2、洞口浅埋段开挖支护

（1）采用￠100×1000钢管大管棚超前支护，￠50×3000钢管小导管注浆加固围岩。

（2）用正台阶法开挖，上断面人工开挖，下断面机械开挖。

3、洞身开挖及支护

（1）隧道洞身开挖采用超短台阶施工，钻爆法开挖。

上下断面开挖、支护平行作业，上半断面用YT28风枪打眼，下半断面用H177二臂液压钻孔台车打眼。

装填KBW抗冻防水炸药，非电毫秒雷管起爆。

（2）锚、挂钢筋网、架立格栅钢架和模筑混凝土等联合支护。

（3）采用喷、锚、挂钢筋网、架立格栅钢架联合支护。

4、出碴运输

用LZ-120电动扒碴装载机装碴，XK12-7.9/192电瓶车牵引SD14梭式矿车轨道运输弃碴，洞外轮胎式装载机装车、自卸汽车运输二次倒运弃碴。

5、模注衬砌

（1）采用低温混凝土施工工艺。

在混凝土拌制前，采用蒸汽锅炉、热风机对砂石料及施工用水进行加热处理；

（2）采用H2S25自动计量搅拌站拌制混凝土，JC-6轨行式混凝土保温输送车运送混凝土，HBT60混凝土输送泵泵送混凝土入模，双层保温衬模板台车灌注、养护拱墙混凝土。

在施工中，仰拱紧跟，尽早形成受力气闭合圈，减少病害生产。

6、防水隔热层施工

采用绑扎悬挂工艺施作软式透水管、防水板，采用喷涂机喷射PU聚氨脂防热层。

7、施工通风、供氧保温

（1）采用2×55KW轴流通风机φ100日本进口软式通风管压入式通风；

（2）冬季施工采用密闭门保温；密闭门处设28KW轴流风机压尘辐助通风；

（3）采用便携式氧气瓶对洞内施工人员供氧，并设洞外氧吧。

8、施工用电

采用两台250KVA的柴油发电机组并机运行供电，实际输出容量约在375-440KVA范围内，供电分布详见图五。

五、隧道主要施工难题及解决方法

风火山隧道属国内拟建海拔最高，全部位于多年冻土地层，环境条件最为恶劣的隧道，隧道设计、施工、运营均存在难以解决的技术难题。

从施工方面来讲，由于高原、高寒影响，与一般隧道施工相比存在许多难以解决的施工技术难题，主要技术难题及解决方法如下：

1．明洞段暖季施工及防护

风火山隧道进出口端分布有含土冰层、饱水冻土和富冰冻土。

暖季施工太阳辐射强、雨水多、气温较高，开挖极易引起边坡冻土热融滑坍，基层地下冰融化，因此施工中必须围绕“减少热源、防止热融、保持冻结”的原则组织施工，具体解决方法如下：

（1）开挖前做好测量放线工作，开挖断面严格控制在设计和防护范围内。

（2）明洞段开挖：

以“分层、分段开挖、边开挖、边防护”原则和开挖一段、成型一段、防护一段的原则组织施工。

分层开挖厚度根据实际情况确定在1.0—1.50m范围。

分段开挖长度根据施工段长度实际情况确定在15-25m范围。

冻土表层开挖采用大功率机械开挖，基岩采用爆破开挖，边坡与基床采用微振光面爆破严格控制超、欠挖。

尽可能减少对冻土扰动，保持基床、边坡和堑顶山体稳定，爆破面平顺，底板平整。

明洞段开挖防护：

边坡采用喷锚网支护、喷PU隔热层、草袋装粗颗粒土覆盖，开挖段设置遮阳篷遮阳，遮阳篷形式采用桁架式、棉帐篷简易结构。

（3）设置临时排水槽及时将地表水、融水排出路堑。

2．明洞衬砌保温

明洞衬砌在洞外露天施工，外界气温低，对砼的施工及砼强度增长极为不利，易导致砼冻胀裂纹、强度低、拆模时间长等不良后果，明洞衬砌保温工作极为重要。

具体解决方法：

（1）明洞衬砌施工时，在明洞外采用脚手架、棉帐篷搭设保温棚，保温棚在进出口处设棉毡帘幕，减少热对流。

保温棚内设电热吹风养护机，保持棚内养护温度。

（2）砼衬砌台车模板采用双层保温模板，外模采用5cm厚的木板。

砼施工完成后，对双层保温模板充蒸汽加热，外模外盘绕PVC软花管通蒸气养生，管外覆盖保温帆布，保证砼凝结温度。

3．冻土隧道的开挖

洞口浅埋段开挖易发生热融滑坍，洞身开挖人为活动使环境温度升高、冻土融化、强度降低，导致坍方。

因此隧道开挖应坚持“重地质、短进尺、弱爆破、强支护、快衬砌”的原则进行施工，具体措施如下：

（1）隧道洞口浅埋段，采用大管棚超前支护，正台阶开挖，人工开挖预留核心土，挖掘机开挖核心土及下断面。

（2）隧道洞身段，正台阶法开挖，采用微震爆破技术，炮眼深度不大于1.2m。

（3）爆破器材选择KBW抗冻防水乳化炸药，抗冻型非电毫秒导爆管起爆。

爆破炸药除掏槽眼外均选择低爆能炸药，同段雷管间隔时间在100ms以上，严格控制同段雷管的最大装药量；周边眼用导爆索起爆外，其余炮眼用耐寒型导爆起爆。

周边眼要用空气柱间隔装药正向起爆，余眼采用连续装药反向起爆，最大限度减弱爆破对围岩的振动效应。

（4）炮泥采用水炮泥：

炸药爆炸后将产生巨大的热能，从而将打破冻土原有的热平衡关系，采用水泡泥，炸药爆炸后水变成水雾降低了爆炸产生的热量；水雾在降落过程中带走了空气中的尘埃，起到降温、降尘作用。

4．冻土隧道开挖钻孔防冻

冻土温度低，湿式钻孔、孔内水易冻结产生卡钻、回冻堵孔现象，影响成孔效果。

避免此类现象发生的具体措施与施工方法如下：

（1）凿岩用水的预热加温10-15℃。

（2）凿岩用水加防冻剂，以防冻结。

（3）成孔后及时吹孔、装药。

5．通风、供氧

风火山隧道海拔高、空气稀薄、含氧量少，施工人员易疲劳，工作效率低，因此必须采用有效的通风供氧措施：

（1）用大功率通风机通风，保证洞内风速m/s。

（2）缩短施工人员洞内作业时间，施行4h换班制。

（3）采用便携式氧气瓶供氧，并设洞内氧吧。

6．施工机械选型

根据高原气压低、空气稀薄、含氧少，内燃机效率低，空气污染严重的实际情况，为确保人员安全，创造良好施工环境，洞内全部采用电动、风动施工机械。

7．锚杆施工

风火山隧道位于多年冻土区，地温为-2~-3℃，开挖完成后进行支护施工时，因气温及地温较低，对砂浆锚杆及模喷砼强度带来较多不利影响，甚至使结构冻结破坏，为保证锚杆施工质量，施工中采取以下措施：

（1采用中空注浆锚杆或膨胀性锚固药包锚杆。

（2）采用压注超早强水泥基的措施,以堵水并改善围岩冻融圈。

8．低温、负温砼施工

在低温环境下，砼中水化反应速度很慢，使砼的强度提高较慢，从而影响了施工进度，在施工中研究低温早强砼施工技术就尤为重要。

（1）混凝土配合比及外加剂的选用

降低混凝土的水灰比，采用干硬性混凝土；添加低温早强剂、或减水剂。

（2）原材料加温

在拌合场内建预热棚，棚内设搅拌站，在棚内利用蒸汽及热风机对砂石料加热，其具体方法是：

进气采用￠100mm钢管作主管，主管上安装蒸汽调节阀，以调节砂石料加热温度，用￠42mm钢管作为加热支管，支管连结主管上，支管管壁钻有￠5mm蒸汽孔，蒸

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