铁路隧道改造工程施工关键技术.ppt

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1、铁路隧道改造工程施工关键技术铁路隧道改造工程施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术一、工程概况一、工程概况二、施工关键技术二、施工关键技术 三、体会三、体会广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 一、工程概况一、工程概况1.1.工程概况工程概况 秀秀宁宁隧隧道道为为广广昆昆铁铁路路（成成昆昆铁铁路路广广通通至至昆昆明明段段）扩扩能能改改造造工工程程中中的的双双线线单单洞洞隧隧道道，全全长长13187m，设设计计行行车车速速度度160km/h160km/h（预预留留200km/h200km/h），是是全全线线的的控控制制性性工工程程。隧隧道道位位于

2、于楚楚雄雄禄禄丰丰南南车车站站与与昆昆明明安安宁宁双双湄湄村村车车站站之之间间，出出口口段段位位于于半半径径为为5000m5000m的的左左偏偏曲曲线线上上，其其余余位位于于直直线线上上。线线路路为为单坡设计，进口端单坡设计，进口端11727m11727m坡度为坡度为1111，出口端，出口端1460m1460m为为9 9。秀宁隧道秀宁隧道13187m广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 一、工程概况一、工程概况 秀秀宁宁隧隧道道地地处处云云贵贵高高原原东东南南部部，属属中中高高山山构构造造侵侵蚀蚀、溶溶蚀蚀地地貌貌，地地形形陡陡峻峻、起起伏伏较较大大，最最大大埋埋深深565

3、m565m。隧隧址址区区地地质质构构造造复复杂杂，主主要要通通过过强强构构造造带带千千枚枚岩岩、泥泥岩岩、板板岩岩和和灰灰岩岩地地层层；隧隧道道穿穿越越5个个褶褶曲曲构构造造和和8个个富富水水断断层层带带，其其中中罗罗茨茨易易门门断断裂裂带带宽宽10001000余余米米，属属于于川川滇滇南南北北向向构构造造体体系系中中的的系系列列大大断断层层，隧隧道道出出口口段段穿穿越越该断裂带核部该断裂带核部550m550m，为糜棱岩，围岩为，为糜棱岩，围岩为VIVI级。级。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 一、工程概况一、工程概况隧道穿越糜棱岩地层隧道穿越糜棱岩地层550m550m

4、广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 一、工程概况一、工程概况罗茨罗茨易门断层易门断层秀宁隧道秀宁隧道广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 一、工程概况一、工程概况 隧隧址址区区属属金金沙沙江江水水系系，水水文文地地质质条条件件非非常常复复杂杂，区区内内各各类类型型地地下下水水的的埋埋藏藏、分分布布、富富水水性性受受地地质质构构造造、地地形形地地貌貌、岩岩性性及及裂裂隙隙发发育育程程度度控控制制。隧隧道道穿穿越越近近5km5km 的的富富水水区区，地地下下水水主主要要为为岩岩溶溶及及构构造造裂裂隙隙水水，岩岩溶溶较较为为发发育育，在在褶褶皱皱带带、断断裂

5、裂带带、可可溶溶岩岩与与非非可可溶溶岩岩接接触触带带，极极易易发发生生突突水水、突突泥泥等等危危害害。预预测测隧隧道道最最大大涌涌水水量量为为140,000m3/d，地地表表水水主主要要为为溪溪水水、沟沟水水，隧隧道道进进口口附附近近有有大大官官田田水水库库，出口段下穿龙潭水库，库底到隧道顶不足出口段下穿龙潭水库，库底到隧道顶不足10m10m。隧址区水文地质单元划分（深蓝为单元边界，箭头为地下水流向，红线为隧道线）隧道出口隧道出口隧道进口隧道进口龙潭水库龙潭水库大官田水库大官田水库广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 一、工程概况一、工程概况 秀秀宁宁隧隧道道为为双双线线大

6、大跨跨隧隧道道，按按照照：隧隧道道进进口口、隧隧道道出出口口、进进口口平平导导、1#4#1#4#斜斜井井进进行行施施工工组组织织。由由于于受受突突水水、突突泥泥影影响响，开开挖挖受受阻阻，1#A1#A斜斜井井废废弃弃，改改为为1#B1#B斜斜井井，3#3#斜斜井井废弃。废弃。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 一、工程概况一、工程概况2.2.隧道施工难点隧道施工难点 （1 1）隧隧道道出出口口段段550m550m 位位于于罗罗茨茨易易门门断断裂裂带带核核部部，地地层层为为糜糜棱棱化化的的断断层层角角砾砾岩岩，即即糜糜棱棱岩岩，富富水水，围围岩岩为为VIVI级级，埋埋深深4

7、63m463m，最最大大开开挖挖跨跨度度15.2m15.2m，最最小小覆覆跨跨比比只只有有0.260.26。富富水水糜糜棱棱岩岩围围岩岩的的稳稳定定性性极极差差，隧隧道道开开挖挖后后自自稳稳时时间间不不足足1个个小小时时，极极易易发发生生溜溜坍坍、涌涌泥泥现现象象，糜糜棱棱岩岩地地层层的的围围岩岩稳稳定定和和变变形形控控制制是是秀秀宁宁隧隧道道施施工工的的最最大大难题。难题。掌子面溜坍掌子面溜坍掌子面涌泥掌子面涌泥广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 一、工程概况一、工程概况 （2 2）隧隧道道下下穿穿龙龙潭潭水水库库段段长长60m60m，地地层层软软弱弱破破碎碎，VIVI

8、级级围围岩岩，水水库库水水深深5.4m5.4m，库库底底到到隧隧道道拱拱顶顶9.8m9.8m（含含淤淤泥泥层层2.5m），水水库库水水向向隧隧道道排排泄泄的的径径流流途途径径很很短短，在在水水压压的的作作用用下下，产产生生渗渗漏漏和和涌涌水水的的可可能能性性很很大大。施施工工稍稍有有不不慎慎发发生生坍坍塌塌冒冒顶顶、水水库库内的蓄水会瞬时涌入洞内，造成重大施工灾害。内的蓄水会瞬时涌入洞内，造成重大施工灾害。掌子面涌水掌子面涌水龙潭水库龙潭水库广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 一、工程概况一、工程概况 （3 3）隧隧道道洞洞身身穿穿越越由由八八条条断断层层破破碎碎带带及及

9、岩岩溶溶发发育育区区组组成成的的三三个个大大型型高高压压富富水水区区，总总长长达达5km5km，最最大大涌涌水水量量1414万万m m3 3/天天，最最大大水水压压2MPa2MPa，隧隧道道开开挖挖遇遇到到富富水水断断层层、暗暗河河和和溶溶洞洞时时防防治治突突水水、突突泥泥危危害害极极为为困困难难。此此外外，隧隧道道施施工工排排水水将将对对区区域域内内的的地地下水环境造成影响，引起地表水的漏失、井泉干枯等环境问题。下水环境造成影响，引起地表水的漏失、井泉干枯等环境问题。1#A斜井淹后废弃斜井淹后废弃溶洞填充物溶洞填充物隧道底突水隧道底突水大排量排水大排量排水广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路

10、秀宁隧道施工关键技术 一、工程概况一、工程概况 （4 4）隧隧道道穿穿越越炭炭质质板板岩岩地地层层约约4km4km，占占全全隧隧的的30%30%，其其中中1/31/3埋埋深深大大于于400m400m，属属高高地地应应力力地地层层。炭炭质质板板岩岩呈呈薄薄层层状状、层层间间基基本本无无胶胶结结，由由于于受受到到构构造造应应力力作作用用，板板岩岩节节理理扭扭曲曲，大大部部分分呈呈破破碎碎、断断裂裂状状态态，结结构构松松散散。遇遇水水后后强强度度低低、极极易易失失稳稳，隧隧道道施施工工极极易易产产生生滑滑坍坍、严严重重超超挖挖、大大变变形形、初初支支侵侵限限等等问问题题，围围岩岩稳稳定定性性及及其其

11、变变形形控制十分困难。控制十分困难。掌子面滑坍掌子面滑坍隧道严重超挖隧道严重超挖大变形超限大变形超限广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 二、施工关键技术二、施工关键技术 1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术 2.2.大断面隧道下穿水库施工风险控制技术大断面隧道下穿水库施工风险控制技术 3.3.高压富水断裂带隧道施工防突涌技术高压富水断裂带隧道施工防突涌技术 4.4.薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术（1 1）糜棱岩工程特性糜棱岩工程特性研究研究 糜

12、棱岩是韧性变形条件下形成的断层岩，由基质和碎斑构成。它是强烈破碎塑变作用所形成的岩石，往往分布于断裂带两侧，因为压扭应力的作用，使得岩石发生错动、颗粒破碎。糜棱岩在我国主要分布在四川和云南两省。1885年，英国学者Lapwroth在研究苏格兰高地莫因（Moine）断裂带时，第一次提出了糜棱岩（Mylonite）这个科学术语。他认为，糜棱岩是一种细粒的、具有强烈理化作用、在脆性破碎及研磨作用下形成的岩石，形成过程中不伴有组分的重结晶作用。1968年，Turner重新定义糜棱岩为“粗粒岩石的极端粒化，没有明显的化学再造，一种细粒碎石样粘固带状或条带状岩石。未破裂的母岩呈眼球状或透镜体，常包含在粒化

13、的基质中”。对糜棱岩的认识和研究已超过百年，在其组成和变形机制方面已有了较多的了解。但由于糜棱岩构造和组成的复杂性，对它的组构和工程特性（如受力变形特性、水稳性、渗透性等）知道的还不多，还需要做进一步的研究。1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 糜棱岩基本物理性质指标：糜棱岩基本物理性质指标：物性指标名称物性指标名称单单 位位范范 围围平平 均均 值值基本指标基本指标含水量含水量w%5.9 11.48.20密度密度g/cm32.20 2.322.25比重比重Gs-2.65 2.702.67换算指标换算指

14、标湿重度湿重度kN/m321.56 22.7422.07孔隙比孔隙比e-0.21 0.370.28孔隙率孔隙率n%17.4 27.021.9饱和度饱和度Sr%43.2 10078.6干重度干重度dkN/m319.37 21.4920.46饱和重度饱和重度satkN/m320.68 24.5422.61浮重度浮重度kN/m310.87 14.7312.80 1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术 隧道出口段糜棱岩开挖揭示：掌子面及侧壁围岩层理、片理清晰，层厚小于2cm，压碎严重，扭曲，岩体呈角砾碎石夹土状镶嵌。而且局部富水呈饱和状，其中有不规则的泥囊分布。施工中

15、，与院校合作，现场采集糜棱岩试样，采用微观结构分析、矿物和化学组成分析、物理和力学试验等多种方法，对罗茨易门大断裂核部糜棱岩的组构特征、物理和力学及渗透特性进行全面分析，明确了糜棱岩的组构特征（粒度成分、孔隙特征和矿物成分），获得了糜棱岩的基本物理性质、抗剪强度和渗透性指标及其变化规律，确定了糜棱岩抗剪强度的水稳性，为研发富水糜棱岩地层VI级围岩的超前注浆加固技术奠定了基础。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 组成特征：组成特征：级配曲线级配曲线糜棱岩试样颗粒的能谱分析图糜棱岩试样颗粒的能谱分析图SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOKa2ONa2O烧失量烧失量61.2

16、283.9810.3818.722.517.331.574.340.452.231.853.401.922.183.155.56矿物组成矿物组成 1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 微观结构特征：微观结构特征：扫描电镜下可见碎屑矿物具波状消光、解理和双晶纹弯曲、颗粒边部碎裂等现象。韧性基质是一些细粒矿物的集合体，变形残核是经受韧性变形的矿物，显透镜状或带状。孔隙组成及分布孔隙组成及分布100倍倍1000倍倍10000倍倍 1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术糜棱岩试

17、样的扫描电镜照片糜棱岩试样的扫描电镜照片广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术抗剪强度的水稳定性抗剪强度的水稳定性 渗透特性渗透特性 从左上图可以看出，当含水量4.0%增加到12.0%时，其粘聚力从14.97kPa增加到62.64kPa，增加了约3.2倍；而内摩擦角从34.57减小到5.95，减少了82.8%。说明含水量变化对糜棱岩的抗剪强度影响非常大，利用糜棱岩强度的这一特性，可在注浆时通过设置排水孔加速富水糜棱岩地层的排水固结，使糜棱岩的强度在短时间内得到了较大的提升，从而提高围岩的稳定性。从右上图

18、可看出，当干密度为1.8g/cm3时的渗透系数为2.30cm/s，而干密度增加到2.3g/cm3时，其渗透系数减小到0.066cm/s，即密度只增加了27.8%，但渗透系数减少了97%。这说明糜棱岩的密度对其渗透系数有很大影响，这一渗透特性对于糜棱岩地层的注浆加固具有双重影响，一方面由于渗透性迅速减小糜棱岩地层不易形成渗透注浆，只能以劈裂挤密注浆为主；另一方面，渗透性降低有利于实现地层的注浆堵水。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术（2 2）富水糜棱岩地层注浆堵水加固技术富水糜棱岩地层注浆堵水加固技术 基基于于试试验验得得到到的的糜糜棱棱岩岩物物理理、力力学学和和渗渗透透特

19、特性性，制制定定了了针针对对性性的的注注浆浆堵堵水水加加固固措措施施：上上部部先先外外后后内内逐逐层层劈劈裂裂注注浆浆挤挤水水，下下部部根根据据含含水水量量分分布布动动态态设设置置引引水水导导管管，以以加加速速糜糜棱棱岩岩排排水水固固结结。另另外外，拱拱部部施施作作超超长长大大管管棚棚（30 40m）支支护护,以以进一步改善糜棱岩围岩的稳定性、提高其承载能力。进一步改善糜棱岩围岩的稳定性、提高其承载能力。1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术注浆方案广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层

20、大断面隧道施工技术序号参数名称参数值1加固范围纵向25m径向工作面及开挖轮廓线外5 m2浆液外圈采用水泥-水玻璃双液浆，内圈采用水泥浆3浆液扩散半径1.8/2.0 m4终孔间距2.8 m(3m)5注浆终压4 8 MPa6注浆孔径90 mm7注浆速度10 L/min8注浆方式前进式分段注浆,先外圈后内圈9注浆孔数量141个注浆参数注浆参数上部注浆孔上部注浆孔下部排水孔下部排水孔开挖揭示的浆液开挖揭示的浆液 围岩注浆加固按照先外圈后内圈、间隔跳孔的顺序进行操作。具体顺序：第六环 第五环第四环第一环第二环第三环。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 1.1.富水糜棱岩地层大断面隧

21、道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术注浆材料性能参数注浆材料性能参数上部注浆孔上部注浆孔下部注注排水下部注注排水孔注孔注开挖揭示的浆液开挖揭示的浆液 注浆材料以普通硅酸盐水泥单液浆为主，快硬硫铝酸盐水泥、普通水泥水玻璃双液浆为辅。序号浆液种类浆液配比参数凝胶时间3d抗压强度（MPa）W:C1快硬硫铝酸盐水泥0.6:134 min19.10.8:11h20 min12.01:11h35 min8.52普通水泥单液浆0.8:115h56 min3.43普通水泥水玻璃双液浆0.8:156 sec1.8 注浆效果检查：注浆后钻设7个检查孔（占注浆孔总数的5%），其中2个为取芯孔，另外5个为非取芯

22、检查孔。检查孔出水量均小于0.2L/(mmin)，达到了注浆加固围岩的设计要求。两个检查孔芯样含水量的平均值为5.44%，与注浆前相比减少33.7%，说明在注浆压力作用下，糜棱岩地层受压产生排水固结，糜棱岩的含水量大为减小。芯样平均比重为23.48 kN/m3与注浆前相比提高6.4%，而内摩擦角提高近20%,说明在注浆压力作用下，糜棱岩地层排水固结后密度有所增加。5#检查孔中取出的部分芯样检查孔中取出的部分芯样广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术（3 3）扩大拱脚短四台阶九步开挖法扩大拱脚短四台阶九步开挖法 针对级围岩富水断层糜棱岩地层易涌泥溜坍的特性，在掌子面超前预注浆+

23、108大管棚支护条件下，在采用常规三台阶预留核心土七步开挖法的基础上优化为扩大拱脚四台阶九步开挖法，人工配合挖掘机作业。1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 循环进尺0.61.4m，开挖中台阶时扩大拱脚，各开挖台阶钢架接头处设置锁脚锚管，每处3根，锚管斜向下方，每根锚管角度相差20。锚管与钢架焊接牢固，确保钢架基础稳定。仰拱一次开挖长度23m，初期支护及时封闭成环，二衬紧跟仰拱施工。控制仰拱封闭距离掌子面小于25m、时间小于20天。开挖过程中根据围岩和支护变形情况及时调整支护参数，必要时采取加设临时支撑

24、、预留一定的初期支护补强空间等措施。1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术开挖监控量测：开挖监控量测：首先，通过观察洞内注浆和开挖施工时的情况，对注浆加固效果进行初步评判；其次，通过对洞内拱顶下沉、周边位移、围岩和衬砌受力等监测数据的整理分析，进一步了解隧道结构和围岩的受力变形状态，并判定其稳定性。序号量测项目量测目的量测断面间距量测频率仪器1洞内、外目测观察了解开挖面自稳及支护变形开裂、地表沉降和裂缝情况1次/天地质罗盘等2初支拱

25、顶及拱脚沉降了解施工过程支护结构拱顶及拱脚沉降，判断围岩及初期支护的稳定性。间隔5m布置1个监测断面仰拱封闭前1次/天，封闭后到衬砌施做时1次/2天全站仪等3初支水平收敛及水平位移了解施工过程支护结构水平收敛及水平位移绝对值，判断围岩及初期支护的稳定性。间隔5m布置1个监测断面仰拱封闭前1次/天，封闭后到衬砌施做时1次/2天收敛仪、全站仪等4围岩压力及接触压力了解围岩压力及接触压力分布规律及围岩、初支的稳定性每一注浆循环中部布置1个监测断面仰拱封闭前1次/天，封闭后到衬砌施做时1次/2天土压力盒频率读数仪5初支钢架内力及衬砌受力了解初支钢架内力及衬砌内力分布规律，分析初支稳定性每一注浆循环中部

26、布置1个监测断面仰拱封闭前1次/天，封闭后到衬砌施做时1次/2天钢筋计、压力盒、频率读数仪广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术 DK1006+145断面拱断面拱顶顶下沉下沉历时历时曲曲线线D1006+145断面洞周收敛历时曲线断面洞周收敛历时曲线 监测结果表明：（注：GD拱顶沉降测点；SL1、SL2净空收敛基线）拱顶下沉及周边收敛测点布置示意图拱顶下沉及周边收敛测点布置示意图 隧道开挖时，拱顶最终累计沉降在25mm 55mm之间，洞内收敛位移约在30mm 80mm之间，变形量在允许范围之内，符合正常施

27、工要求。隧道拱顶沉降和洞周收敛速率在上台阶导坑开挖后10天内，变化较大，速率较快，约为26mm/d（收敛28mm/d），该阶段拱顶沉降、洞周收敛累计值占总量的50%以上；随着时间的推移和掌子面的向前掘进，拱顶沉降、洞周收敛速率变缓，减小到约1mm/d（收敛0.10.6mm/d）；开挖约25d35d后，隧道拱顶沉降、洞周收敛趋于稳定。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术DK1006+120断面断面钢钢拱架翼拱架翼缘轴缘轴力力时间时间关系关系图图（内翼（内翼缘缘)）从初支钢拱架翼缘轴力时间曲线可以看出：（

28、1）钢拱架翼缘轴力以拉力为主，拱顶和拱肩处受力较大，拱腰和拱脚处受力较小，初期有压力出现；（2）由于隧道采用分部开挖，每部开挖对围岩均有一定扰动，造成钢拱架翼缘轴力时间曲线波动较大，随着时间的推移和掌子面的前进，量测值逐渐稳定，一般稳定时间约为1015d。DK1006+120断面断面喷喷射混凝土射混凝土应应力力时间时间曲曲线图线图从喷射混凝土应力时间曲线图可以看出：（1）在初期支护施作前期，混凝土应力随时间变化较大，随着时间的推移和掌子面的开挖前进，量测值逐渐稳定，一般稳定时间为1015d。（2）喷射混凝土应力主要承受压应力，且在拱部压力最大。测点布置示意图测点布置示意图(图中负值代表拉力，正

29、值代表压力)(图中负值代表压力，正值代表拉应力)广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 1.1.富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术DK1006+140断面初支与围岩接触压力断面初支与围岩接触压力时间曲线图时间曲线图 DK1006+140断面二衬钢筋轴力断面二衬钢筋轴力时间曲线图时间曲线图在二次衬砌浇筑初期，受混凝土水化热的影响，初支与围岩间的接触压力变化较大，约45d后量测值开始稳定。二衬混凝土浇注初期，受混凝土水化热的影响二衬内钢筋轴力变化较大，约45d后，轴力值开始稳定。(图中负值表示受拉，正值表示受压）（图中负值表示受拉，正值表示受压）广昆

30、铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 2.2.大断面隧道下穿水库施工风险控制技术大断面隧道下穿水库施工风险控制技术 秀宁隧道出口段下穿龙潭水库的库尾部分，水库与隧道斜交。水库库容约9.4104m3，最大水深10.8m，最小水深2.5m，隧道下穿水库处水深5.4m，拱顶以上埋深9.8m（含淤泥层2.5m），实际隧道埋深约6.8米。（1 1）洞顶隔水围堰降低水位）洞顶隔水围堰降低水位 隧隧道道下下穿穿龙龙潭潭水水库库，为为了了防防止止施施工工时时发发生生上上覆覆地地层层坍坍塌塌冒冒顶顶，水水库库水水突突然然涌涌入入洞洞内内，以以及及降降低低地地层层内内的的渗渗透透水水压压，在在隧隧

31、道道两两侧侧（约约50m50m）分分别别筑筑坝坝，同同时时抽抽干干坝坝内内存存水水。拦拦水水坝坝按按坝坝顶顶高高出出水水面面1m1m、坝坝顶顶宽宽度度1m1m修修筑筑，筑筑坝坝材材料料为为编编织织袋袋内装渗透性小的粘性土，外部用防水材料包裹内装渗透性小的粘性土，外部用防水材料包裹。9.8m9.8m5.4m5.4m广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 2.2.大断面隧道下穿水库施工风险控制技术大断面隧道下穿水库施工风险控制技术（2 2）洞内注浆封堵围岩导水通道及加固地层）洞内注浆封堵围岩导水通道及加固地层 为为防防止止坍坍塌塌冒冒顶顶、水水库库水水倒倒灌灌，采采取取全全断断面

32、面帷帷幕幕注注浆浆堵堵水水及及围围岩岩加加固固措措施施，最最外外圈圈采采用用硫硫铝铝酸酸盐盐水水泥泥单单液液浆浆，大大角角度度注注浆浆孔孔注注浆浆，封封堵堵导导水水通通道道，切切断断水水库库水水与与地地下下水水的的水水力力联联系系。其其余余内内圈圈采采用用水水泥泥单单液液浆浆加加固围岩，加固范围为开挖线固围岩，加固范围为开挖线外外6m6m。浆液充满裂隙浆液充满裂隙广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 2.2.大断面隧道下穿水库施工风险控制技术大断面隧道下穿水库施工风险控制技术（3 3）大管棚双排小导管超前支护）大管棚双排小导管超前支护 在全断面注浆加固结束后，沿拱部开挖轮廓

33、线布设超前大管棚在全断面注浆加固结束后，沿拱部开挖轮廓线布设超前大管棚+双排双排小导管超前支护，小导管超前支护，大管棚长大管棚长40m40m、外径、外径108mm108mm，小导管选用长，小导管选用长4m4m的钢花的钢花管，间距管，间距40cm40cm，以保证隧道开挖及结构安全。以保证隧道开挖及结构安全。隧道开挖采用四台阶九步隧道开挖采用四台阶九步开挖法。开挖法。无工作室大管棚施做无工作室大管棚施做小导管施做小导管施做广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 2.2.大断面隧道下穿水库施工风险控制技术大断面隧道下穿水库施工风险控制技术（4 4）风险监控措施）风险监控措施 在隧道

34、施工期间，特别加强洞内外的安全监控。在洞外定期对隧道上方水库及附近地表进行观察，监控地表变形和水库水位变化；在洞内，监控围岩和初支变形以及掌子面稳定，如有异常情况发生，立刻报警。灾害的预防和应急措施：1）防坍塌、涌水预防措施；2）大量涌水、涌泥的应急措施；3）围岩坍塌的应急措施；4）充足的应急物资设备准备；5）定期进行逃生和抢险演练。通过采用以上风险控制综合技术，洞内和洞外的施工风险得到较好地控制，隧道施工没有出现渗漏水事故，水库也没有降低水位而影响当地村民的生产生活用水，实现了隧道出口顺利穿过水库段的预定目标。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 3.3.高压富水断裂带隧

35、道施工防突涌技术高压富水断裂带隧道施工防突涌技术 秀宁隧道的地下水具有涌水量大、涌水集中的特点，平常期涌水量达64,000m3/d，雨期最大涌水量达140,000m3/d，地下水对隧道施工及运营带来较大的影响。（1 1）地下水处理原则）地下水处理原则 地下水处理原则：在裂隙水分布较广地段，或水文环境有严格要求的，防排水设计采用以堵为主，限量排放的原则，采取超前帷幕注浆和开挖后径向注浆等形式，将大面积淋水或局部股流封堵，以减少地下水流失。注浆启动判识标准：(1)地表无环境要求的地段 超前探孔单孔出水量大于3m3/h，判定有局部突水可能，则采取超前局部注浆；超前探孔有2/3孔满孔且总出水量大于15

36、m3/h，判定全断面有突泥涌水可能，则采取超前帷幕注浆；地下水主要沿岩层层面渗流、且水压不高的地段，则采取开挖后径向注浆的方式堵水。(2)对地表有环境要求的地段 超前探孔单孔出水量大于3m3/h，判定有局部突水，则采取全环径向注浆；超前探孔有2/3孔满孔且总出水量大于15m3/h，判定有全断面突泥涌水可能，则采取超前帷幕注浆。虽然达不到的标准，但洞内探测有出水，且对地表出露泉眼的监测结果分析，平导或隧道的开挖引起地表泉眼水量有明显下降时，立即采取注浆堵水。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 3.3.高压富水断裂带隧道施工防突涌技术高压富水断裂带隧道施工防突涌技术 根据岩体

37、裂隙发育情况（走向、密度、深度、分布等）确定局部径向注浆孔的位置和注浆参数。对裂隙股状水，局部径向注浆孔距离裂隙横向1.5m，沿裂隙走向距离1.5m；对裂隙面状水，局部径向注浆孔环向间距1.0m 1.5m。径向注浆堵水在前方开挖支护完成后平行作业，以单液水泥浆或水泥水玻璃双液浆堵塞岩层溶隙和岩溶径流管道，达到堵水目的。全断面径向注浆布置示意图全断面径向注浆布置示意图裂隙股状出水注浆封堵示意图裂隙股状出水注浆封堵示意图超前局部注浆示意图超前局部注浆示意图广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 3.3.高压富水断裂带隧道施工防突涌技术高压富水断裂带隧道施工防突涌技术（2 2）富水

38、断层地质预报）富水断层地质预报 隧隧道道施施工工过过程程中中，在在地地质质分分析析的的前前提提下下，以以TSP203TSP203探探测测为为主主作作长长期期宏宏观观预预报报，富富水水地地段段辅辅以以红红外外探探水水连连续续施施作作，地地质质雷雷达达作作为为补补充充，加加强强常常规规地地质质素素描描、地地质质综综合合分分析析和和超前水平钻孔等综合超前水平钻孔等综合手段进行超前地质预报，手段进行超前地质预报，重点重点查明掌子面前方构造特征及查明掌子面前方构造特征及赋赋水情况水情况。基于TSP探测技术，结合秀宁隧道水文地质情况将地下水划分为“无水”“含水较少”、“含水较多”和“富水”四个等级，将溶洞

39、分为碎石填充型、软塑或流塑性软土填充型、地下水填充型和无填充型四种溶洞，在此基础上，根据超前地质预报与工程地质勘探资料和实际开挖结果对比情况，将对不同赋水地层、不同类型不溶洞预报的准确程度分为“准确”、“较准确”、“较不准确”和“不准确”四个等级，同时提出了相应的划分标准和判断方法。从图中可以看出：虽然TSP探测预报技术可以探测和预报隧道掌子面前方地层含水情况，但随着地层中含水量的增加，预报准确度在降低。而且TSP探测技术对岩溶的探测准确率不高，尤其对无填充型溶洞预报结果对隧道施工只有一定的参考意义。地层含水量不同时地层含水量不同时TSP预报准确程度的比较预报准确程度的比较 地层包含溶洞时地层

40、包含溶洞时TSP预报结果评估比例图预报结果评估比例图广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 3.3.高压富水断裂带隧道施工防突涌技术高压富水断裂带隧道施工防突涌技术（3 3）平导分水降压）平导分水降压 高高压压富富水水区区主主要要位位于于隧隧道道进进口口段段，为为了了减减小小隧隧道道施施工工突突涌涌水水风风险险，增增设设了了4095m4095m的的平平行行导导坑坑，平平导导为为顺顺坡坡排排水水，平平导导排排水水对对正正洞起到分水降压的作用，并可通过横通道加大正洞的排水能力。洞起到分水降压的作用，并可通过横通道加大正洞的排水能力。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工

41、关键技术 3.3.高压富水断裂带隧道施工防突涌技术高压富水断裂带隧道施工防突涌技术PDK995+009PDK995+121PDK995+400PDK995+600PDK995+690PDK995+883 开挖过程中，平导超前正洞600 900m左右，以提前判断含水体位置和导水路径。地下水主要从平导内涌出，正洞开挖后基本无水，局部出水呈渗透湿渍，故正洞未进行注浆堵水，仅在大龙潭断层带施作抗水压衬砌，以利于地表水的恢复。平导施工涌水情况：广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 3.3.高压富水断裂带隧道施工防突涌技术高压富水断裂带隧道施工防突涌技术（4 4）上堵下排超前注浆）上堵

42、下排超前注浆 在秀宁隧道的富水断层构造带中，可溶岩裂隙多以条带状交在秀宁隧道的富水断层构造带中，可溶岩裂隙多以条带状交错密布出现，为了减少钻孔注浆量，错密布出现，为了减少钻孔注浆量，减小掌子面水压，减小掌子面水压，采用了掌采用了掌子面上堵下排子面上堵下排超前超前注浆技术注浆技术。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 3.3.高压富水断裂带隧道施工防突涌技术高压富水断裂带隧道施工防突涌技术 具体实施方法：具体实施方法：a.在计划堵水区段内对隧道上半断面及其开挖轮廓线外围岩进行注浆，封堵上半断面地下水，同时切断上半断面开挖轮廓线外地下水流向隧道的导水通道。b.上半断面周边注浆完

43、成后，按注浆孔数的5%设置检查孔进行效果检查，注浆效果满足预定标准后在下半断面钻设5个排水检查孔，分别位于隧道左、中和右侧。c.当单孔最大涌水量小于预定标准时，隧道上半断面进行开挖支护，而下半断面快速开挖通过，隧道初期支护及时封闭成环。d.当隧道通过富水断层破碎带后，若初期支护渗漏水量大于隧道渗漏水量预定标准，可根据渗漏水情况实施径向注浆堵水，保证隧道无渗漏。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 3.3.高压富水断裂带隧道施工防突涌技术高压富水断裂带隧道施工防突涌技术（5 5）高扬程大排量斜井排水）高扬程大排量斜井排水 斜斜井井均均位位于于高高压压富富水水区区，最最大大长长

44、度度1580m1580m，设设置置3 3级级泵泵站站进进行行高高扬扬程程大大排排量量排排水水，其其中中：1#B1#B 4#4#斜斜井井均均设设置置1212台台潜潜污污泵泵，9 9台使用，台使用，3 3台备用，单台流量为台备用，单台流量为85m85m3 3/h/h。广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 4.4.薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术 秀宁隧道炭质板岩地层主要分布在DK993+173DK994+350、DK999+540DK1000+840和DK1006+000DK1006+360这三个地段，约占秀宁隧道全长的21.5%，主要为IV

45、、V级围岩。炭质板岩主要呈灰黑色，薄层状、局部中厚层状，层厚310mm，很少超过30mm。岩层整体破碎、个别局部较完整。岩层层面、节理面手摸污手，局部泥化、手捏易碎，遇水易软化。在富水区，可见地下水沿炭质板岩层面和节理层面渗出。水平水平位移（位移（=60）秀宁隧道隧址区典型炭质板岩秀宁隧道隧址区典型炭质板岩广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 4.4.薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术 现场观察表明，炭质板岩围岩的稳定性一般与其结构面倾角和层间粘结力大小相关，结构面受力后易发生剪切破坏和顺层面滑移破坏。另外，根据现场观察，炭质板岩浸水后强度

46、降低可达50%以上。炭质板岩地层隧道施工的主要难点：施工时围岩极易发生大变形和溜坍，导致钢架变形、初支侵限或破裂、掌子面塌方和（或）冒顶等。水平水平位移（位移（=60）DK1004+791掌子面炭质板岩溜坍掌子面炭质板岩溜坍广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 4.4.薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术（1 1）板岩地层隧道施工围岩变形与破坏模式分析）板岩地层隧道施工围岩变形与破坏模式分析 采采用用非非连连续续介介质质数数值值模模拟拟软软件件GDEMGDEM对对炭炭质质板板岩岩地地层层的的隧隧道道开开挖进行分析，挖进行分析，得到得到不同结构

47、面倾角炭质板岩破坏模式和变形规律不同结构面倾角炭质板岩破坏模式和变形规律。竖向位移（竖向位移（=30）竖向位移（竖向位移（=60）竖向位移（竖向位移（=90）水平水平位移（位移（=30）水平水平位移（位移（=60）水平水平位移（位移（=90）隧道开挖后围岩位移特征云图隧道开挖后围岩位移特征云图广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 4.4.薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术 三种三种结构面结构面下下不同倾角时拱顶沉降值不同倾角时拱顶沉降值三种三种结构面结构面下下不同倾角时不同倾角时拱肩水平收敛拱肩水平收敛值值 从图中可以看出，炭质板岩围岩变形

48、随结构面倾角的变化与结构面强度有密切的关系。当块体和结构面的粘聚力分别为1.36MPa和0.1MPa时，拱顶沉降、水平收敛最大。当围岩结构面倾角为60时，隧道拱顶将在竖直方向产生较大的位移，施工时需要采取针对性的措施进行支护和加固，防止拱顶围岩因沉降过大产生坍塌而破坏。三种三种结构面结构面下下不同倾角时不同倾角时拱腰水平收敛值拱腰水平收敛值 薄层状炭质板岩隧道围岩失稳破坏的原因：隧道开挖使周边围岩应力释放，临空面岩体失去支撑产生向隧道内的位移，隧道开挖轮廓附近岩层内出现了明显的拉应力，由于层间节理粘结力弱，不能承受或只能承受很小的拉应力，因此节理之间逐渐张开，岩层在拉和剪应力的共同作用下，开始

49、产生滑移和破裂。（块块体凝聚力体凝聚力1.36、3.0、5.0MPa；结结构面凝聚力构面凝聚力0.1、0.2、0.3MPa）广昆铁路秀宁隧道施工关键技术广昆铁路秀宁隧道施工关键技术 4.4.薄层碳质板岩大断面隧道变形控制技术薄层碳质板岩大断面隧道变形控制技术（2 2）炭质板岩开挖支护技术）炭质板岩开挖支护技术 炭炭质质板板岩岩段段采采用用三三台台阶阶七七步步开开挖挖法法施施工工，采采用用了了弱弱爆爆破破松松动动开开挖挖断断面面掏掏槽槽部分，然后人工配合小型挖掘机开挖，实现隧道断面的良好成型。部分，然后人工配合小型挖掘机开挖，实现隧道断面的良好成型。超超前前支支护护采采用用小小角角度度双双排排

50、4242小小导导管管，每每环环3636根根，间间距距0.4m0.4m，长长3.5m3.5m，倾倾角角为为5 5 8 8，按纵向每，按纵向每1.21.2 1.6m1.6m设置一环设置一环。初初期期支支护护采采用用型型钢钢拱拱架架（I18/I20b,I18/I20b,间间距距0.60.6 1.0m1.0m）、钢钢筋筋网网（8 8、202020mm20mm）、喷喷混混凝凝土土（C25C25、25cm25cm）联联合合支支护护体体系系，钢钢架架拱拱脚脚处处采采用用6m6m长长、6060注浆锚管进行注浆锚管进行加固加固，每个接头处设置，每个接头处设置3 3根根，有效控制沉降变形，有效控制沉降变形。锁脚锚