高地温施工分析.ppt

高地温隧道施工方案 高工116第二组 高地温地质特征及高地温施工重难点 摘要 在具有特殊地理和地质条件下的高原地下工程施工中穿越高地温 高温热水区域时 给施工人员 设备带来很大的影响 在高地温 高温热水条件下如何综合降温 确保安全爆破并有效地在高地温 高温热水隧洞中进行施工 降低高地温 高温热水温度的措施就显得非常重要 高地温地质特征 此地段属于高温高热地区 火山地区修建隧道时常会遇到这种情况 围岩温度比较高热源分三类 地球的地幔对流 火山岩浆集中处的地热 放射性元素的裂变热 由火山灰供给的热使地下岩浆附近的地下水成为热水 这种热水 泉水 成为热源又将供给周围的岩层 当隧道穿过时 就会发生高温高热现象 放射性元素裂变热的热源 由于地壳内岩石中含有放射性物质 其裂变产生地温 地下温度随深度的增加而增加 如果覆盖层很厚 即使没有火山热源供给 也会形成高温高热 地质对施工的影响 当隧道通过这种地区岩层时 会发生高温高热现象 在高温隧道中施工时易发生工作人员被地层中喷出的热水或硫化氢等等有害气体烫伤或中毒 从而恶化工作环境 严重威胁施工人员健康和安全 影响施工材料的选取 需要选取耐高温的材料 产生附加温度应力 可能引起衬砌开裂 影响结构的耐久性 导致机械设备工作条件恶化 效率降低故障增多 进而影响整个隧道的施工进度 整个施工与普通隧道相比 技术难度 安全隐患都有所增加 对施工员的技能要求也较高 高地温施重难点 当隧洞内出现高地温 高温热水等恶劣地质条件时 造成隧洞内热气腾腾 能见度仅为3 5m 施工人员进入工作面后在较短时间内就会使人感觉胸闷 时间稍长即眩晕呕吐 由于洞内高温热水涌出后产生大量的热蒸汽 裹去了一部分氧气 使有高温热水的隧洞内氧气含量下降而导致机械油料燃烧不完全 造成机械出力下降30 左右 使施工机具故障频率增高 隧洞内进行排水的水泵由于长期抽排高温热水而造成水泵的损坏率增高 洞内施工无法正常进行 在高地温条件下施工与常规气温条件下的施工环境存在很大差异 当在高地温隧洞施工中 掌子面气温达到43 时 洞内蒸气腾腾 能见度仅为3 5m 施工人员进入工作面在很短时间内即感觉胸闷 时间稍长就会出现眩晕呕吐 施工人员无法正常作业 由于隧洞内恶劣的工作环境造成施工人员伤病多 工效低 在高地温 高温热水条件下施工时 对施工人员主要应防止中暑症的发生 中暑症又分为热痉挛症 热虚脱症 热射症三种类型 1 热痉挛症 由于洞内温度较高 施工人员出汗过多 体内的水分 盐份损失过多而引起的病症 其症状是施工人员在作业时和作业后产生阵发性肌肉痉挛和疼痛 施工人员应充分补充盐水予以缓解症状 严重者应到医院输液治疗 2 热虚脱症 施工人员在高地温 高温热水的影响下 体内水分由于出汗而大量流失 同时又没得到及时的补充 使施工人员出现热虚脱症 该症的主要状况为血压降低 脉搏加快 头晕 头痛 呕吐 全身无力 脸色苍白 体温也产生变化 应及 时把热虚脱人员送到阴凉 通风处静卧休息 并增加补充葡萄糖盐水 严重者应及时送医院处理 3 热射症 由于施工人员较长时间在高温环境中工作 虽然补充了盐水 但环境温度远高于人体体温 使人体体温调节中枢失调 体温上升 其特征为 体温高 兴奋 乏力和皮肤干燥等 应在温度 湿度 通风较好的地方休息静养 结合药物治疗 严重患者应及时送医院治疗 重难点处理措施 针对高地温 高温热水洞段 隧洞内出露的温泉水温达到78 岩石表面温度为60 72 炮孔温度为62 75 爆破后环境温度为50 的实际情况 为改善隧洞内恶劣的施工条件 确保施工人员身体健康和劳动安全 隧洞开挖作业面的温度不宜超过28 隧洞内最适于施工人员作业的温度是15 20 所以 在高地温 高温热水隧洞施工中 必须采用多种综合技术措施进行降温 加强通冷风 增加冷水掺入量 加强抽排水 加强齐头20m冷水喷雾等综合措施 1 加强洞内抽排水 为减弱热水蒸发面积 使洞内气温和蒸气饱和度充分的减小 缩短热水在洞内与空气中进行热交换的时间 有利于降低洞内环境温度 应根据洞内渗水量的大小配备抽水设备 把洞内热水及时有效的抽到洞外 并应配备备用抽水泵 2 加强通风 通风是降低洞内环境温度 抽出洞内有害烟尘 改善洞内作业环境最重要的方法 在隧洞高地温环境下 采用常规的压入式通风难以达到降低洞内环境温度的作用 采用混合通风方式 一台风机压入 一台风机抽出 可以有效加强洞内空气对流 抽出风桶的出口应离压入风机入口30m远 避免风机把排出的热空气再次压入到洞内 采用混合通风方式 加快洞内空气 循环 减少洞内热气散发和蒸气浓度 如果洞内环境温度较高 输入空气经降温后再压入到隧洞中才能达到降温的目的 3 注入冷水降温 在洞内高温热水出露点开挖集水坑 让高温热水集中在坑内进行抽排 同时 从洞外抽冷水掺入到高温热水池中进行降温 以达到洞内热水的部分热量被冷水吸收的目的 减少热水散发在洞内空气中的热量 有利于降低洞内环境温度 水泵抽水容量应根据洞内高温热水的涌出量大小进行及时调整 4 喷雾降温 把洞外冷水管接入洞内后 对高温热水流量较集中的洞段 从冷水管上接支管和喷雾喷头向洞内喷射冷水雾幕 通过水雾冷却 洞内岩面 冷水雾和洞内热空气混合 也同样可以较好的降低洞内温度 同时达到降低粉尘浓度 改善施工作业环境的作用 5 冷冻设备降温 在高温洞内施工 有条件的业主和施工单位可以采用机械降温的方式 冷冻设备能使水结冰 温度降到 10 以下 使用该设备将增大投入 加大工程造价 一般情况下不采用 6 合理安排高温作业时间 由于高地温 高温热水的特点而使施工人员体力消耗大 劳动效率低 施工中采取2h换班1次的工作制度 每天6个班交替循环作业 以降低施工人员的劳动强度 7 炸药保护方法 爆破采用定型隔热药卷 把炸药装入特制的聚乙烯管内 药管孔底用潮湿粘土封堵10cm 药包装置到聚乙烯管后 再用潮湿粘土封堵35cm 然后在聚乙烯管外包裹一层隔热层 药包加工制作应由专职熟练的炮工在安全地点进行 8 当隧洞掌子面全部钻孔成孔后继续用水进行循环降温 并测试岩体钻孔孔内温度是否在35 以内 当满足雷管安全存放的温度条件 装药准备工作就绪后 由熟练的炮工快速进行炮孔装药 总装药时间原则上不宜太长 隧洞在高地温 高温热水条件下施工时 从多角度 多方法采用综合降温措施是有效的 切实可行的方法 特别是在断面较小的隧洞施工中 在采用复杂的设备降温困难的情况下 综合降温措施在技术可靠方面有其优越性 但应注意以下几点要求 1 在高地温 高温热水隧洞段的开挖中 必须制定严格的爆破措施及相应的应急救援预案和爆破操作规程等方面的管理制度 特别是在高地温洞段的施工环境及实施爆破作业十分危险 须经常对施工人员进行安全教育 要求施工人员严格按措施作业 装药现场雷管隔热是关键 其次是炸药量控制上要严谨 爆破人员必须了解和掌握不同炸药对温度的要求 确保施工安全 结语 2 高地温洞段施工的速度缓慢 人工 机械效率低 施工成本较高 每循环进尺所需时间增大 在每循环施工过程中 采取每隔2h换班作业工作制 以降低施工人员的劳动强度 3 在高地温洞段施工时需安排专人对洞内的环境温度和岩体表面温度及钻孔后的孔内温度进行测定 并分析原始的温度变化情况 而技术人员应根据温度变化及时采取相应的降温措施 4 根据所收集到的资料看 所出现的高地温 高温热水的工程都地处高原 在高原从事施工作业 存在缺氧的气候条件 再加上地质条件上的高地温 高温热水 使施工作业环境异常艰苦 因此 在高原上进行高地温 高温热水洞段的施工 需选用体质好的作业人员从事洞内施工作业 对有高血压 心脏病 体质较弱人员应严禁进洞作业 隧道施工流程 一 施工准备 二 隧道开挖 三 施工支护 四 出渣运输 五 砼衬砌 一 施工准备 准备事项 1 通风设施2 水源3 交通运输4 电力5 建筑材料6 场地整理 通风流程及工艺准备的设施 开挖进洞洞口超前支护完成后非爆破人工开挖进洞 人工开挖进洞施工工艺流程如下页图 施工要点施工要点施工要点 1挖进洞时先用挖掘机进行初挖再辅以人工用风镐和铁锹等工具将开挖轮廓线附近的围岩挖除 2施工过程中要随挖随护 3上台阶格栅拱架立好后为防止拱顶下沉除施加锁脚锚杆外在两拱脚间焊连一钢横梁并在拱顶不钢横梁中点间连一竖向中支撑 钢横梁 中支撑 钢拱架之间一定要焊接牢固 4底注浆不下台阶初期支护可同时进行 5初期支护不基底注浆完成后要及时施作仰拱 6仰拱施工完毕且砼达到一定强度后方可拆除钢横梁和中支撑 人工开挖进洞施工工艺流程 二 隧道开挖 开挖作业工序流程 钻爆法 1 放样布眼 隧道开挖每一个循环都要进行施工测量控制开挖断面在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线标出炮眼位置误差丌超过5厘米 2 定位钻孔 钻眼按设计指定的位置进行 钻眼时掘进眼保持不隧道轴线平行除底眼外其它炮眼口比眼底低5厘米以便钻孔时的岩粉自然流出周边眼外插角控制在2度到3度以内 掏槽眼严禁互相打穿相交眼底比其他炮眼深20厘米 3 清孔装药 装药前炮眼用高压风吹干净检查炮眼数量 装药时派与人分好雷管段别按爆破设计顺序装药装药作业分组分片进行定人定位确保装药作业有序进行防止雷管段别混乱影响爆破效果 每眼装好药后用炮泥堵塞 4 网络连接 起爆网采用复式网络联接时每组控制在12根以内联接雷管使用相同的段别丏使用低段别的雷管 雷管联接好后有与人负责检查检查雷管的连接质量及是否有漏联的雷管检查无误后起爆 5 调整控制 开挖过程中经常观察石质的变化情况及爆破效果及时调整钻爆设计 严格控制周边眼的装药量减少对围岩的扰动控制超欠挖 6 排水 控制隧底超欠挖保证底面平整 保持临时排水系统畅通无积水防止浸泡围岩 三 施工支护 施工支护工艺1砂浆锚杆施工工艺流秳 注浆完成卸下注浆管和锚杆接头转入下一孔注浆 2原材料及配合比原材料及配合比a 锚杆杆体采用直径22毗米的螺纹钢使用前调直 除油砂浆采用中砂和425号水泥拌制砂最大粒径丌大亍2 5毗米使用前过筛清洗 b 砂浆配合比控制在水泥砂子1110 5之间水灰比控制在0 450 5之间 c 砂浆拌合均匀随拌随用在砂浆初凝前使用完毕 3钻孔a 采用手持凿岩机 锚杆台车钻孔 b 钻孔的深度 方向和布置严格按设计施工 c 孔深误差丌超过5厘米孔径大于杆体直径15毗米 d 钻孔完毕吹净孔内积水 积粉和岩碴 4注浆a 采用牛角泵注浆 灌浆开始或中途停止超过30分钟用水或秲水泥浆润滑注浆泵及管路 b 注浆时注浆管插入距孔底5 10厘米处随砂浆的注入缓慢均匀拔出灌浆压力丌大亍0 4MPa 避免孔中砂浆漏灌保证锚杆全长锚固 c 锚杆的插入长度丌小亍设计长度的95锚杆安装后丌得随意敲击 2 中空注浆锚杆 3 钢筋网 钢筋网在洞外预先按设计焊接绑扎成片运至洞内随围岩起伏铺设并不锚杆 钢支撑焊牢钢筋网不围岩间距3 4cm喷砼后钢筋网片丌外露最小保护局厚度2cm 4 格栅钢架支撑 1 钢架加工按照设计尺寸在平面上放出1 1大样并把整个钢架分成若干个单元并焊好连接法兰法兰的焊接准确周正孔眼对应 2 钢架架立首先要测量准确架立后并复核钢架尽可能不围岩贴靠紧密两侧底脚使用垫块支垫牢固 3 连接法兰之间对正用螺栓连接牢固钢架不锚杆焊牢钢架不钢架之间用 22螺纹钢焊接连成整体起到整体支护效果 5 喷射砼用TK 961型喷射砼机湿喷作业 a 喷射前先用高压风 水清洗岩面清除浮石检查机具设备和管路 b 送风前先打开计量泵以免高压混凝土拌合物堵塞速凝剂环喷射孔送风之后调整风压使之控制在0 45 0 70MPa之间 c 喷嘴不岩面距离为60 100厘米喷射方向尽量不受喷面垂直 d 一次喷射厚度丌超过10厘米两次喷射时间间隔为15 20mim e 喷射作业分段 分片进行每段长度丌超过6米 喷射顺序按先边墙后拱脚最后拱顶施喷 喷头成螺旋形缓慢均匀秱动每圈压前面半圈绕圈直径约30厘米 注意事项 a 开机先开主机再按依次开震动棒 计量泵 风阀的顺序进行 b 喷射完成先关主机再依次关风风阀 计量泵和振动棒然后用清水将机内 输送管路内残物清理干净 c 严格控制拌合物水灰比经常检查速凝剂注入环的工作情况发现问题及时处 d 如有堵管情况则必须先关闭主机然后才能进行处理 四 出渣运输 隧道分别采用有轨和无轨运输 有轨为电瓶车牵引梭式矿车出碴 1 钢轨及道岔洞内铺设单线43Kg m的钢轨轨距900毗米6道岔 2 运输线路正洞内铺设 四轨两线 平导铺设单线轨道每600m设一会车线 洞外铺一条运料岔线该岔线经过充电平台另铺一条至修配车间兼停车岔线 3 临时弃碴须经汽车二次倒运至指定弃碴场 五 砼衬砌 1 衬砌工艺流秳如下图 2 衬砌施工要求 a 衬砌台车就位时进行测量控制灌注前进行复核 台车下部支垫稳固上部及两侧面用短撑支撑牢固防止晃动 b 对模板进行测量控制保证模板缝成直线 c 灌筑砼两侧对称同时进行注意控制两侧泵送砼的均匀性两侧灌注砼高差不得超过50厘米 d 每循衬砌前对上一组衬砌接缝处的砼凿毖 清洗并刷一局水泥浆以使新旧砼接合良好 e 砼灌注连续一次灌筑完毕如发生停电等意外事故必须停工时将灌注面整平 振捣好 停工2小时以上要等24小时后才能接灌 f 拱部封顶时必须填满捣实丌得有空隙 g 根据洞内湿度情况采用洒水或自然养生 拆模在拱部砼达到设计强度的75以上时进行拆模时注意砼模角及表面的保护 h 耐腐蚀砼按耐腐蚀外加剂掺量要求准确计量拌合均匀灌注中分局振捣密实 注意以上施工中粉尘的清除注意以上施工中粉尘的清除 1 针对钻爆粉尘主要采取如下措施 钻孔时采用湿式凿岩加强尿扇通风 在掌子面30m 50m 100m处边墙及拱部安装水幕降尘器水充分雾化后迫使粉尘迅速降落 在距掌子面120m以外安装隧道集尘器天津产GC500型处理风量500m3 min捕集粒径 3 11um除尘效率98 5耗风量0 67m3 min 2 采用砼湿喷工艺降低喷锚粉尘 3 在岩碴上洒水湿润以压制粉尘派人清扫保持路面清洁洒水湿润防止路面干燥起尘 4 采用低污染内燃设备或在内燃设备上安装净化装置以降低尾气固体粉尘排放量 5 将通风管安装亍拱顶部加强风管维护防止漏风洞内最高风速 6m s 高地温的施工方法 通风降温系统 1 采用2 37 115kw的通风机代替原来的2 55kw通风机 2 在支洞内及主洞向下游方向采用直径 1500mm的通风筒代替原来直径为 1200mm的通风筒 3 在支洞与主洞岔口处及主洞向下游方向每间隔150m增设1台射流风机 36kw 里程分别为k1 024和k1 174 射流风机规格型号为SFS NO 63 18 喷雾降温系统 为形成交叉立体式降温效果 在进入主洞后 下游每隔10m安装一道喷雾器 通过向洞内喷射雾状冷水可以有效地降低洞内温度 具体做法为 在主洞与支洞三岔口处 从高压进水管主管道 150 上分离出一条 100mm钢管 下穿隧道底板连接到隧道右侧边墙 在边墙上距离隧道底板约1米高处布置输水管道 在管道上安装加压泵和闸阀 自k0 930处开始每隔10m设置一道喷雾器 每个喷雾器上安装一个球阀控制 需要喷雾时打开 100高压管道上的总控制闸阀 然后再打开分控制球阀 以便控制喷雾的范围 炮孔冷却系统 根据有关规定 孔内温度超过35 时禁止装炮 依靠风筒内风流很难降低孔内温度 必须向每个炮孔内注入冷水 来降低炮孔内温度 并通过集中快速装药 在温度回升到临界温度前完成爆破作业 以达到火工品的使用安全 但是随着地热的不断升高 孔内冷却时间越来越长 孔内温度回升越来越快 安全系数越来越低 在特别高地温或遇热泉涌出地带 采用孔内注入冷水降温也将很难达到效果 必须采用其它方式保证作业安全 下面将炮孔冷却循环系统分述如下 炮孔冷却循环系统由抽水输送系统 分散制冷系统 抽水输出系统三部分组成 1抽水输送系统 在支洞口靠近硕曲河右岸处建造一个泵房 抽取河内的冷水 泵房内安装两台20kw的离心水泵 从泵房到主洞下游掌子面铺设 150mm 4 5mm 的钢管 钢管长度依据地热段长度不断向前延伸 距离掌子面不超过30m 在输水管端部焊接出4个分水闸阀 通过橡胶软管分别连接到钻孔台车上 分水闸阀采用 50钢管 橡胶软管采用直径 60的喷浆胶管 2分散制冷系统 在钻孔台车上安装4个分水器 分水器长度为0 8m 采用 150mm钢管加工而成两端用钢板密封 在每个分水器上焊接22个分水闸阀 闸阀采用 20mm球阀 然后通过 30mm的橡胶软管连接 20mm的镀锌钢管通入每个炮孔内 每根橡胶软管长度为10m 每根镀锌钢管长度为3m 在通水冷却过程中 随时对孔内温度进行检测 当温度降到25 以下时进行装药 在孔内温度回升至35 以下时完成爆破作业 3抽水输出系统 在距离掌子面25m 40m处开挖一集水坑 通过15kw的污水水泵 备用一台 将集水坑中的循环水通过排水管道排出洞外 排水管采用 150mm钢管 连接到主洞与支洞三岔口位置 通过支洞内水沟自然流出 超前预报系统 采用超前预测预报系统 可以有效探明前方地质及热泉情况 防止在掌子面钻爆过程中 突然有热水热气喷溅烫伤作业人员 并可以直接有效的掌握掌子面前方地热的规模及程度 以确定合适的施工方案 预测预报系统可以分为钻孔式和探测式 钻孔式预报系统采用地质钻机钻芯取样 每10m钻一排 每排孔深20m 并取芯岩石进行分析 在掌子面不同部位布置5 10个钻孔 炮孔降温 当炮孔施工完毕后 采用高压水管将洞外硕曲河水引至掌子面 通过专门制作的灌水管 将水引至各个炮孔对其循环降温 每经过10 20分钟 对各个炮孔进行温度测量 当所有炮孔温度降至30多度时 快速采用普通火工品对各个炮孔进行装药 然后起爆 施工总结 采用以上方法进行施工 能够保证施工过程中的安全 但是施工过程每开挖循环需要的时间比较长 同时需投入的人工 设备等比较多 在没有抗高温的火工品情况下 对于地热段比较短的洞段 为了保证隧道能够安全施工是值得推广的一种方法 器械材料选择 水泥粉煤灰砂石料速凝剂防水板减水剂各种类别 级钢筋及各种型号钢 主要是工字钢 中空注浆锚杆无缝钢管 一般为42 108两种 防水板土工布透水盲管爆破器材如炸药 导火索 雷管等钻眼机具如风动凿机 液压凿岩机等通风机具装渣台车温度器还有必要的紧急药品 高地温隧道质量管理控制措施 安全保证措施 质量管理控制措施夏明亮 钻孔爆破的质量管理控制措施1 严格按监理工程师批准的爆破方案进行钻孔 装药 连网 2 周边孔在断面轮廓线上开孔 沿轮廓线的调整范围和掏槽孔的孔位偏差不大于5cm 其它炮孔孔位偏差不大于10cm 3 炮孔的孔底落在爆破图规定的平面上 4 炮孔经检查合格后 方可装药爆破 5 炮孔的装药 堵塞和引爆线路的联结 由经过考核合格并持有上岗证的炮工负责施工 严格按爆破图的规定和要求进行作业 6 每次爆破后 对岩石爆破的效果进行现场实地调查并作出评价 通过仪器测定爆破对岩体完整性的影响 对爆破参数进行适当调整 7 炮孔痕迹保存率 完整岩石在80 以上 较完整和完整性差的岩石不小于50 较破碎和破碎岩石不小于20 8 相邻两孔间的岩面平整 孔壁没有明显的爆震裂隙 9 相邻两茬炮之间的台阶或最大外斜值小于10cm 开挖施工的质量管理控制措施 1 严格执行工程建设程序 坚持合理的施工程序 施工顺序和施工工艺 2 优先选用先进施工技术 科学确定施工方案 认真编制各项实施计划 严格控制工程质量 工程进度 工程成本和安全施工 3 坚持 安全第一 预防为主 原则 确保安全生产和文明施工 认真做好生态环境和历史文物保护 严防建筑振动 噪声 粉尘和垃圾污染 锚喷支护质量管理控制措施1 材料控制 锚杆 水泥 外加剂等产品有生产厂的质量证明书 并按图纸要求或监理工程师要求进行试验 2 锚杆的开孔按施工图纸布置的钻孔位置进行 其孔位偏差不大于10cm 3 锚杆孔的孔轴方向满足施工图纸的要求 施工图未作规定时 其系统锚杆的孔轴线垂直于开挖面 4 按照有关规定进行喷射混凝土施工质量抽样试验 抽样试验报告报送监理工程师 5 检查喷层厚度 对不合格的 进行补喷 6 按监理工程师的指示钻取直径100mm的芯样作抗拉试验 成果资料报送监理工程师 钻取试件的钻孔 用干硬性水泥砂浆回填 7 对检查发现喷射混凝土中的鼓皮 剥落 强度偏低或有其它缺陷的部位 及时予以清理和修补 并经监理工程师检查签认 高地温隧道安全施工设计 高地温地段隧道施工的注意事项 一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的卫生标准都有规