青藏高原特殊地质条件下单线隧道施工技术 PPT课件

1 欢迎参加科研成果研讨会 2 新建拉萨至日喀则铁路盆因拉隧道 青藏高原特殊地质条件下单线特长铁路隧道施工技术 中铁二十一局集团有限公司二0一四年九月西宁 3 第一部分项目背景 4 拉萨至日喀则铁路地处青藏高原西南部 全线位于西藏自治区境内 线路东起青藏铁路终点拉萨站 西至日喀则市近郊的日喀则车站 含 起讫里程DK0 900 DK257 350 正线全长253 156公里 从拉萨出站后沿拉萨河而下 途径堆龙德庆县 曲水县后 折向西溯雅鲁藏布江而上 穿越长度近90km的雅鲁藏布江峡谷区 途经尼木 仁布县后抵达藏西南重镇日喀则 本项目作为青藏铁路的延伸线 它的修建是开发西藏西南部地区的迫切需要 将极大地促进区域社会经济的迅猛发展 有利于扩大对外开放 改善区域交通运输条件和投资环境 对于加强民族团结和社会稳定 巩固西南边防等方面均具有重要的意义和作用 拉日铁路是一条通向西藏西南地区 面向南亚地区的具有重要政治 经济 国防 路网意义的铁路通道 项目建设是十分必要的 对于大幅度改善西藏铁路通道运输质量 提升西藏自治区的经济发展 具有极为重要的意义 1 项目的背景 意义及必要性 5 2 工程概况 盆因拉隧道起讫里程为 DK134 763 DK145 173 全长10410m 隧道洞身穿越雅鲁藏布江左侧中高山 进口位于泽朗曲右岸冲洪积台地 出口位于雅鲁藏布江左岸至宗嘎村后的基岩山坡处 线路所经地区地形起伏较大 地势陡峻 冲沟发育 沟内均无常年流水 地形地貌简单 地层 岩性较单一 以闪长岩为主 隧道最大埋深1080m 隧道所处地质条件十分复杂 进口端处于高地应力区 出口端经过两个较大的断层构造带 90m的F4 4正断层和160m的F4 5逆断层 断层主要由碎裂岩 断层角砾组成 局部夹少量断层泥沙 6 盆因拉隧道共设一座斜井 三座横洞 辅助坑道全长4462米 进口不具备进洞条件 从斜井进洞后往进口方向施工237米出洞 1 斜井长度515米 与线路交叉点 DK135 000 夹角81 12 16 平均坡度6 3 2 横洞长度1335米 与线路交叉点 DK138 200 夹角76 53 38 4 坡度 4 8 3 横洞长度1536米 与线路交叉点 DK139 800 夹角81 39 14 坡度 2 3 4 横洞长度1076米 与线路交叉点 DK142 200 夹角59 0 17 坡度 1 6 2 3 横洞的施工需建跨越雅江的便桥 4 横洞需修建傍山便道 工期压力及施工难度大 隧道正洞断面净空尺寸 5 56m 6 85m 宽 高 辅助坑道断面尺寸 7m 6m 宽 高 7 8 本课题以新建拉萨至日喀则铁路盆因拉隧道施工为依托 通过对特长单线隧道快速施工技术 高原特长隧道施工通风技术 高地应力隧道岩爆地段施工技术 特长隧道长距离供电施工技术进行研究和优化 从而提高特长单线隧道施工技术水平和作业效率 缩短施工工期 减少施工成本 盆因拉隧道是西藏地区首座特长单线隧道 地质条件复杂 施工难度大 选择合理的施工技术研究 确保隧道顺利安全地实施是非常必要的 盆因拉隧道施工技术的研究将对今后类似隧道的施工具有极强的指导意义 9 主要施工技术难点 一 地质条件复杂本隧道地处雅鲁藏布江地质断裂带 节理裂隙发育 地热 高地温 涌水等地质病害较多 昼夜温差大 高原缺氧 特长单线隧道等对隧道施工造成了一定困难 因此如何解决特殊地质条件下隧道施工的技术难题 是本隧道的重难点之一 二 单线特长隧道施工干扰大单线铁路隧道 净空断面只有5 56m 6 85m 宽 高 只能容纳一台机械通过 错车困难 即使开挖断面装载机与出砟车之间也仅有30cm左右的间隙 机械倒车距离长 工序之间相互干扰 对工期造成极大压力 是本课题一个难点 10 三 高原特长隧道施工通风及供氧困难由于本隧道地处高原地区 空气稀薄 气压低 空气含氧量低 加之隧道掘进长度较长 机械等产生的有害气体降低了洞内氧含量 对施工人员身体及施工工效产生较大影响 同时柴油机械也因氧气含量低 导致燃烧不充分而降低机械功效 进而产生更多的有害气体 盆因拉隧道单口独头掘进达到2500米以上 因此 如何设计科学 先进 合理的通风系统是提高高原隧道施工人员和机械施工效率 减少通风成本的的关键因素 11 四 高地应力隧道岩爆地段施工难度大盆因拉隧道的洞身山体高程为3750 4990m 隧道最大埋深1080m 围岩以 级 级较多 岩层为闪长岩 隧道处于高地应力区 洞身处的燕山期闪长岩发生岩爆灾害几率较高 由于它发生的时间 部位的不确定性 给施工人员 机械将带来不可预见性的伤害 因此对隧道岩爆发生机理进行研究分析 对岩爆可能发生段落进行预防预控是本研究课题的一个重点内容 12 岩爆面 岩爆崩落的片石 岩爆视频 13 五 特长单线隧道洞内供电困难盆因拉隧道单口独头施工距离达2500米以上 随着隧道施工进尺增加 供电线路加长 电源将出现较大电压降 致使洞内工作面供电出现严重不足 导致洞内大功率的用电设备 如输送泵 水泵 混凝土喷射机 电焊机 射流风机等 出现启动困难 甚至不能启动 严重影响工程施工的正常进行 因此在特长隧道施工中 选取先进 合理 经济的洞内供电方案和配置相应的供电设备是控制特长隧道施工建设的一大技术难题 14 以上主要施工技术难题是制约盆因拉隧道施工能否顺利完成的关键 同时也关系到盆因拉隧道工程的实体质量的好坏 因项目地处世界屋脊青藏高原 其能否按期 保质 保量的完成 将带来的社会效益和效应相当明显 因没有在高原施工特长单线隧道的类似施工经验借鉴 所以成立科研小组 进行科技攻关 以期不断积累总结施工经验和理论成果 能为高原特长单线隧道的施工提供借鉴 15 第二部分关键技术及创新点 16 1 高原地区隧道施工首次采用新工艺水压爆破施工技术 爆破破碎块度更均匀 出渣更为有利 同时 炮眼中的水在高温高压下被雾化 充分吸收了有毒 有害爆生气体及粉尘 起到了雾化降尘的作用 大大降低了粉尘对环境的污染 改善了洞内空气质量 该工艺能节省炸药用量 减少粉尘浓度 缩短通风时间 增加了循环进尺 减少了循环次数 2 高原地区 空气稀薄 气压低 空气含氧量低 加之隧道掘进长度较长 工程柴油机械工作时消耗氧气 并产生大量的有害气体 降低了洞内氧含量 对施工人员身体及施工工效产生较大影响 本项目首次在高原地区进行了柴油机排放气体检测实验 提出了压入式通风和分仓式通风两种方案 经过现场实施并优化 解决了高原地区隧道施工通风的问题 3 在高原雅江峡谷地区 深埋隧道埋深附近的地应力分布特征的研究工作尚未深入开展 更由于此地区未施工过隧道 隧洞等大型地下工程 对工程领域的影响研究基本为空白 本科研通过计算仿真技术分析预测隧址区的地应力分布特征 采用室内实验对隧道洞身处闪长岩进行矿物组分 结构特征分析 采用单轴压缩 三轴实验测试岩体力学指标 结合地应力数据及岩体力学参数 隧道开挖断面形状分析岩爆灾害发生机理 对隧道岩爆进行预测 评价 对盆因拉隧道高地应力隧道岩爆发生机理进行研究分析 成功预测了岩爆可能发生的段落 并采用打设超前应力释放孔 洒水等措施进行预防预控 确保了施工人员 机械的安全 4 采用低压补偿供电技术 解决了洞内供电线路长 电源电压降过大致使洞内工作面供电出现严重不足 导致洞内大功率的用电设备出现启动困难甚至不能启动的问题 5 单线特长隧道通过洞内采用合理的行车运输方案 形成统一调度命令 科学的工序衔接 实现了快速施工 17 一 特长单线隧道快速施工技术 高原隧道水压爆破施工技术特长单线隧道的快速施工是确保工期的关键环节 而隧道掘进进度关键在于开挖循环进尺及循环工序衔接 通过对盆因拉隧道各工点围岩情况进行仔细分析研究后 确定采取的环保型的爆破方式 水压爆破 并在施工中不断改进相关爆破参数 提高每循环进尺 隧道掘进水压爆破就是在炮孔一定位置注入一定量的水 并在孔口采用炮泥加强填塞的综合爆破技术 即就是将炸药包装置在受约束的有限水域内 当它爆炸时 利用水来传递爆炸能量和压力 由于水具有缓冲作用和均匀传递压力的作用 能使压力较平缓而均匀地作用在周围的介质上 使介质均匀地破碎并大大降低了爆破的有害效应 由于炮眼中有水 因水具有压缩性极小 变形能低 热能损失小等特性 在 18 水中传播的水激波能能够按照水的 液压 作用 较均匀的 几乎不受损失的把能量传递到炮眼围岩中 另外 在水激波做功的同时 被爆炸气体冲击压缩的高压水挤入爆生裂隙中 形成 水楔 这种 水楔 的尖劈作用更加加剧了裂隙的延伸和扩展 使破碎块度更均匀 同时 炮眼中的水在高温高压下被雾化 充分吸收了有毒 有害爆生气体及粉尘 起到了雾化降尘的作用 大大降低了粉尘对环境的污染 改善了洞内空气质量 水压爆破与常规爆破方式的差别在于炮孔的装药结构不同 水压爆破装药结构为从炮孔底部至炮孔口依次为水袋 药卷和炮泥 水压爆破在施工表现出以下优点 节省炸药用量 减少粉尘浓度 缩短通风时间 增加了循环进尺 减少了循环次数 加快施工进度 尤其是改善洞内施工环境方面的优势是十分明显的 19 盆因拉隧道爆破效果对比表 从盆因拉隧道爆破效果对比表看出 水压爆破与常规爆破相比 更具有显著的 三提高一保护 的作用 实际单位用药量降低了26 每循环掘进深度增加了0 6m 即常规爆破6个循环累计进尺仅相当于水压爆破5个循环 具有较高的经济效益 降尘效果好 此外还有防岩爆作用 20 21 单线特长隧道洞内运输方案 受隧道断面净空限制 出砟时恰好仅能同时容纳一台装载机和一台自卸车并排作业 衬砌完地段仅能容纳一台车辆通行 无法错车 且无法掉头 若单趟运输 时间太长 必需在适当的位置设置会车带 确保自卸车能相互错车 考虑本隧道综合洞室较多 单侧60米有一小避车洞 每单侧420米 双侧210米有一大避车洞 全隧道有锚段8处 风机段3处 其中风机段和未衬砌的锚段段可以直接利用为会车带 风机段可作为机械会车 调头地带 另外 为减少倒车长度 间隔110m将小避车洞改为扩大的大避车洞 此法虽然增加了一些开挖及衬砌成本 但有效的降低了车辆倒车困难及燃油浪费 出砟时间减少 有效提高了工作效率 经济比选是可行的 22 隧道主要施工机械尺寸 综合洞室尺寸及数量 23 根据以上尺寸计算 大避车洞宽度能满足要求 但高度及深度不够 利用大避车洞室会车调头需采取一些措施 1 将大避车洞加深至6 0米 二衬后净宽调整为5米 开挖高度增加0 5米 2 大避车洞室开挖底应与仰拱填充面 内轨顶下51 5cm 高度一致 3 大避车洞洞室铺底及衬砌最后施作 一般在距掌子面500m左右后可以利用第二部台车施工二衬时同时施做 4 靠近洞室侧的风管 水管埋在仰拱填充砼中 在施工时应在风水管接头处采用土工布包裹 避免砼浆液流入风水管中 堵塞风水管 5 通风带必须悬挂在隧道拱顶 24 A B C D为自卸车行进路线 实线为前进 虚线为倒退 箭头为车头方向 图1出砟行车示意图 25 喷锚车 出渣作业 整体道床施工 26 二 高原特长隧道施工通风及供氧技术研究 隧道施工中的主要污染源有爆破后产生的炮烟 内燃机产生的废气及围岩自身释放的有害气体 洞内使用的内燃施工机械为低污染的柴油机 柴油机废气中有害物质主要有CO NOX和碳烟 HC 由于NOX在空气中化学性质不稳定且可溶于水 喷雾洒水后将有所降低 而CO则比较稳定 故在施工中常用CO的浓度来评价施工环境状况及通风效果 在盆因拉隧道的施工中使用多种工程机械 加之本隧道地处高原地区 空气稀薄 气压低 空气含氧量低 且隧道单口掘进长度较长 机械等产生的有害气体降低了洞内氧含量 对施工人员身体及施工工效产生较大影响 同时柴油机械也因氧气含量低 导致燃烧不充分而降低机械功效 进而产生更多的有害气体 造成洞内污染比较严重 隧洞施工中产生的有害物 盆因拉隧道通风方案的确定经历了 方案初步制定 通风效果验证 方案优化调整 再次进行验证 确定方案 五个大的过程 27 机械排出气体的检测国内外对柴油机排放CO HC研究大都是在实验室中进行 部分是在平原地区对柴油机进行工况实测 大部分研究只是对柴油机尾气排放的烟度进行实验 柴油机在富氧的条件下产生的CO比较少 因为在低海拔氧气充足的地区 柴油机尾气排放中CO浓度较低 不足以造成太大的污染 这导致对柴油机CO排放较少关心 而在高原地区 空气中氧含量低 尤其是在负荷条件下 氧气进气量不足 CO和碳烟排放比平原地区多 而这方面的测试数据极少 并且CO又是衡量隧道施工通风效果的依据 所以 该测试将填补柴油机尤其是工程机械用柴油机高原测试的空白 为高原隧道通风设计提供技术依据 本课题测试主要内容包括隧道工程机械尾气排放中的碳烟含量及CO含量 分别以不透光度 和CO vol 表示 测试对象包括装载机 自卸汽车 挖掘机 测试状态 1 各种工程机械不工作 无荷载时的排放特性 2 重载工况下的排放特性 28 a AVL汽 柴油两用五气分析仪 b 测试过程 29 通风量计算洞内施工所需通风量应按满足洞内工作人员呼吸所需要空气量 稀释炮眼所需要的空气量 满足洞内允许最小风速所需空气量 稀释内燃机械废气所需空气量等计算确定 进行风量计算的目的是为正确选择通风设备和设计通风系统提供依据 通风系统的供风能力应能满足工作面对风量的最大需求 掘进工作面所需的风量与施工方法 施工作业的机械配套条件关系很大 且在一个作业循环中 不同作业工序对风量的要求也有较大差别 30 盆因拉隧道施工通风方案的选择盆因拉隧道属特长隧道 各施工洞口掘进距离均较长 施工通风较复杂 由于海拔高度影响及隧道断面对导风筒的限制 依据隧道长度对新鲜空气的要求 根据计算结果 决定选用对旋式通风机SDF B No11 5 75kW 2型 该机风量1863m3 min 全压4628Pa 配套直径为1m的PVC涤纶送压式无骨架柔性导风筒 其每米压力损失为2 5Pa 其理论送风量为3200m 按90 有效计算 实际送风 2880m 完全可满足各段通风要求 根据确定的施工方案和工期安排以及施工顺序情况 施工段落长度 通过对风量 风机风压 风机功率等的计算 确定以下方案 根据确定的施工方案和工期安排以及施工顺序情况 施工段落长度 通过对风量 风机风压 风机功率等的计算 确定以下方案 1 1 斜井安装1台风机压入使用 污染气体自然排出 进口贯通后污染气体可以直接从进口排出 2 2 横洞在施工中装1台风机压入使用 根据进度不断加长导风筒 在横洞1335m中只需压入新鲜空气即可满足施工要求 当掘进到正洞向两个方向施工时 在横洞口增加一台通风机 两台风机配套2条导风筒向两个施工面送风 31 如果污染气体改变流动方向 正洞与横洞成90 而流速缓慢时洞内主洞间隔500m安装射流风机 选用接力方式强迫和加大流动速度 排出污染气体 射流风机采用SDSNo10 30kw型 其每秒流量为27m3 风速30m s 掘进主洞风机可完成压入长度1335 2084m 即横洞长 主洞施工长度 横洞进入主洞施工后 为保障横洞与主洞交接口处污浊气体的顺利排出 在洞口增设一台抽出式通风机 在横洞全长范围采用硬质通风皮通风 管径1 5m 3 3 4 横洞与2 横洞风机使用方法相同 4 出口安装一台风机 压入使用即可 5 射流风机选用可根据施工情况而定 32 盆因拉2 横洞双通风机 盆因拉出口单通风机 33 通风效果验证在高海拔地区 由于环境温度 湿度和大气压力发生了较大变化 导致柴油机的功率有所下降 排放指标明显增加 尾气排放污染比较严重 加上隧道断面对导风筒的限制 在大部分掌子面进尺超过450米时 CO NO等废气含量明显超标 洞内能见度非常差 施工人员很难忍受 显然 在出口只采用75kw 2型风机通风不能满足洞内施工需要 2012年5月至7月 中铁二十一局拉日铁路指挥部科研小组联合兰州交通大学对盆因拉隧道内气体进行了检测 通过研究修定了通风方案 使隧道空气质量有了较大的改善 34 洞内气体检测 粉尘浓度检测 35 优化后的通风方案经研究认为 初期通风方案最大的问题就是通风量不能满足特长隧道洞内施工的需要 受隧道净空断面影响 硬质通风皮通风施工干扰大 经论证不适合在小断面隧道内使用 抽出式通风机现场未使用 所有隧道掌子面在深度超过450米时改用功率更高的SDF B NO13 132kW 2风机 该风机有三个档位 分别为 低速2 22kW 中速2 45kW 高速2 132kW 可以根随着隧道进尺情况逐步提高档位 风机放置在距洞口20m处 以避免从洞口排出的废气进入通风机形成 循环风 将原设计直径1m风管改为由PVC增强维纶布制成的直径1 5m柔性风管 结构采用上完全封闭形式 连接风机段30m采用钢制宽边篷圈 篷圈间距为0 3mm 风管节长20 50m 减少接头个数 保证风管 降低漏风量和总阻力 隧道风机配置 36 隧道内有害气体浓度最高处多为二衬台车前 分析原因主要是由于隧道断面小 台车压缩了隧道通风有效净空 致使有害气体聚集而不易排出 为了有效提高通风排烟效果 各隧道中均已配备一台SSF NO7 1 30kw射流风机 主要放置在二衬台车处及主洞和横洞均间隔300m放置一个 射流风机的使用 增加污风流动速度 提高了通风的效果 可以大幅度地提高通风的长度 为长大隧道通风积累了新的经验 推广应用价值 选用变级多速风机 根据施工需要选择可控供风 可节省20 30 的用电费用 经济效益良好 隧道内安装的射流风机射流风机型号 37 制氧 供氧方案 空气中绝大多数是氮气 约为78 氮气的分子式是N2 其分子量为14 而氧气的分子式是O2 其分子量为16 所以氧气比氮气重 在高原地区含量更低 由于高原气压低 空气含氧量低 加之隧道掘进长度较长 机械等产生更多的有害气体 更降低了氧含量 对施工人员身体及工效产生较大影响 柴油机械也因氧含量 低燃烧不充分而降功效 进而产生更多的有害气体 因此 高原隧道要提高机械工效 减少通风成本 在加强通风的同时还要增加供氧设置 隧道氧吧与个人携带呼吸器相结合解决隧道施工环境缺氧问题 为了便于操作 采取端面分散供氧方式 即在两个工作面各设置一个供氧系统 制氧机产生的氧气一路送给氧气压缩机 压缩后输送到灌充台充装呼吸器 以供作业人员施工时使用 另一路经输氧机送到隧道氧吧 供作业人员休息时吸氧 或充装氧气袋等 这样可以保证作业人员在隧道内始终有足够的氧气 确保健康 安全和精力旺盛 38 本项目通过对隧道通过区的构造应力场进行分析 采集实测地应力数据 通过仿真技术分析预测隧址区的地应力分布特征 采用室内实验对隧道洞身处闪长岩进行矿物组分 结构特征分析 采用单轴压缩 三轴实验测试岩体力学指标 结合地应力数据及岩体力学参数 隧道开挖断面形状分析岩爆灾害发生机理 对隧道岩爆进行预测 评价 并提出相对应的施工措施 三 高地应力隧道岩爆地段施工技术 地应力测试情况1 地应力数据采集地应力测试工作在该隧道2 横洞的地应力钻孔内进行 地应力测试方法采用水压致裂法 测试部位布置于钻孔岩芯较完整部位处 现场测试在2012年10月完成 共成功获得3个测段压裂资料 1个测段印模资料 39 现场岩石采样主应力方向测定 水压致裂法现场测试地应力 40 2测孔概况地应力钻孔布置在盆因拉隧道2 横洞H6 20处 孔深30m 测试时水位在孔口 孔内岩芯为闪长岩 全孔岩芯整体较完整 局部略破碎 钻孔部位山顶高程约4340m 孔口高程约3790m 测孔部位埋深约550m 2 横洞H6 20处岩芯样 41 3测试结果分析通过地应力实地测量及结果分析 对测孔部位隧道围岩地应力状况有了一个初步的认识 但由于隧道区隧道长约10 4km 最大埋深 约1080m 远大于测试深度 测试结果受地形地貌等条件影响 只能依据测试结果分析和推测隧道围岩地应力情况 测孔部位隧道埋深约550m 围岩为完整闪长岩 测试部位 H 25 6MPa h 14 9MPa z 15 5MPa 取闪长岩单轴饱和抗压强度Rc 80MPa 参考试验结果 则Rc max 3 9 4 max为隧道横断面内的最大初始应力 2 横洞隧道轴线方向N10 W 最大水平主应力方向35 最大水平主应力和2 横洞隧道轴线夹角为45 依据 工程岩体分级标准 GB 50218 94 岩体应力量级为极高应力水平 盆因拉隧道全长约10410m 隧道最大埋深约1080m 2 横洞长约1300m 最大埋深约1000m 隧道地层主要为闪长岩等硬质围岩 施工期已在多个部位发生岩爆 42 4岩爆测试结论通过盆因拉隧道2 横洞地应力钻孔水压致裂法地应力测试资料分析及岩爆预测分析 得到以下结论 对于硬质脆性闪长岩类地段的围岩 包括2 横洞和盆因拉隧道 隧道埋深小于195m时 不会产生岩爆 埋深在195 290m范围 可能发生轻微岩爆 埋深在290 530m范围 可能发生中等规模的岩爆 埋深大于530m 可能发生强岩爆 对于盆因拉隧道硬质闪长岩类地段的隧道围岩 隧道埋深小于150m时 不会产生岩爆 埋深150 230m范围 可能发生轻微岩爆 埋深230 420m范围 可能发生中等规模的岩爆 埋深大于420m 可能发生强岩爆 43 岩爆防治措施1 岩爆的预防施工中应对地应力较高 可能出现岩爆地段遵循 短进尺 弱爆破 勤量测 强支护 早衬砌 的原则 采取积极主动的预防措施和强有力的施工支护 确保岩爆地段的施工安全 将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低 加强监测 采取向掌子面喷水 钻地应力释放孔 增设锚杆 挂网等措施 同时加强观测 以确保人身 机具安全和施工的顺利进行 具体措施如下 1 超前地质预报 超前探孔 在隧道掌子面开挖地面以上1 5m位置 左右两侧各钻一孔 孔深5 6m 每2个循环交替钻进 地质素描 在开挖后对掌子面 左右边墙揭示的围岩产状 岩性等进行描述绘制上图 分析判断前方10 20m范围的围岩情况 每一个开挖循环都作地质素描 确保分析判断的连续性 2 在施工过程中 加强超前地质探测 预报岩爆发生的可能性及地应力的大小 采用上述超前钻探 声反射 地温探测方法 同时利用隧道内地质编录观察岩石特性 将几种方法综合运用判断可能发生岩爆高地应力的范围 44 3 应力解除法 打设超前钻孔转移隧道掌子面的高地应力或注水降低围岩表面张力 超前钻孔可以利用钻探孔 在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前钻孔 钻孔直径为45mm 每循环可布置4 8个孔 深度5 10m 必要时也可以打设部分径向应力释放孔 钻孔方向应垂直岩面 间距数十厘米 深度1 3m不等 必要时 若预测到的地应力较高 可在超前探孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂 或向孔内压水 以避免应力集中现象的出现 4 适当改善施工方法 控制循环进尺 在岩爆地段的开挖进尺严格控制在2 5m以内 采取台阶法开挖 使应力逐步释放 以减轻岩爆危害的严重性 5 采用光面爆破或预裂爆破技术 使隧道周边圆顺 降低岩爆发生的强度 严格控制装药量 根据围岩情况和爆破效果及时调整爆破参数 减小炮眼间距和装药量 平均装药量单耗控制在0 55 0 65kg m 3 确保爆破效果 减少对围岩的扰动 6 在施工中应加强监测工作 通过对围岩和支护结构的现场观察 通过对辅助洞拱顶下沉 两维收敛以及锚杆测力计 多点位移计读数的变化 可以定量化地预测滞后发生的深部冲击型岩爆 用于指导开挖和支护的施工 以确保安全 45 2 岩爆发生时的处理措施 1 设临时防护网 主要是防止飞石伤人和砸坏机具 2 待避及清除浮石 在岩爆比较猛烈的时候 应在安全处躲避一段时间 待避到平静时为止 洞顶的岩爆松石要清除掉 3 喷雾射水 岩爆后立即向工作面及工作面后一定距离的围岩进行喷雾和高压冲洗 以适当改变岩石力学性质 降低岩石的脆性 将需释放的能量转变为热能 4 加强施工支护工作在爆破后立即向拱部及侧壁喷射钢纤维混凝土 再加设锚杆及钢筋网 必要时还要架设钢拱架和打设超前锚杆进行支护 衬砌工作要紧跟开挖工序进行 以尽可能减少岩层暴露的时间 减少岩爆的发生和确保人身安全 必要时可采取跳段衬砌 强烈岩爆地段采用部分摩擦型锚杆 楔管式 缝管式 水涨式等 可及时受力挂网 防止岩爆落石 同时应准备好临时钢木排架等 在听到爆裂响声后 立即进行支护 以防发生事故 5 对发生岩爆的地段 可采取在岩壁切槽的方法来释放应力 以降低岩爆的强度 6 在岩爆地段对人员和设备进行必要的防护 保证施工安全 46 3 洞内作业安全技术措施 1 钻爆作业安全措施钻眼前 检查工作环境的安全状态 待开挖面清除浮石以及瞎炮处理完毕后方可进行钻眼作业 凿岩机的支架 在碴堆上钻眼时 应保持碴堆的稳定 用电钻钻眼时 不得用手导引回转的杆子 用电钻处理被夹住的杆子 不得在残眼中钻眼 爆破作业必须按现行国家标准 爆破安全规程 GB6722 要求实施 洞内爆破作业由工班长统一指挥 爆破时 所有人员撤至不受有害气体 振动及飞石伤害的安全地点 装碴作业符合安全规定 装碴前掌子面危石清除干净 台车退到200m开外 安排专人负责指挥 装碴时 自卸车两侧严禁站人 装载料具时 不得超出线界 7 施工中加强高地应力地段围岩量测工作 每5m设置一个量测断面 每个断面在轨面以上1 5m 5m位置各设一条水平测线 拱顶设一个测点 开挖时及时将量测桩埋好 做好拱顶下沉和水平收敛量测 尽早取得初始量测资料 真正起到指导施工的作用 如实记录开挖面和初期支护量测数据 根据围岩量测结果不断调整 优化施工方案 确保顺利通过高地应力地段 47 2 横洞4 57岩爆 岩爆面 2 人员及机械防护措施作业人员防护 在预计有岩爆发生的地段施工时 加强作业人员防护 危险期作业人员穿防砸背心 穿防砸鞋可有效预防岩爆产生的飞石击伤 作业时派有经验的人员进行监护 发生异常时及时撤离作业人员 机械防护 施工机械 如挖机 装载机 出砟车易破损部位设置钢筋防护网罩 岩爆严重时及时撤离机械 待稳定时再进行支护等措施 48 岩爆发生后采取的措施 对于岩爆的研究具体详见附件2 盆因拉隧道地应力测试研究报告 附件3 拉日铁路盆因拉 明炯高地应力隧道岩爆灾害成因机理及预测测试研究成果报告 49 四 特长单线隧道洞内供电技术研究1 洞口施工用电情况盆因拉隧道5个工区前期洞外1 斜井安装的1台630kVA变压器 2 斜井安装的1台630kVA变压器 3 斜井安装1台630kVA变压器 4 斜井安装的1台630kVA变压器 出口安装1台800kVA变压器 洞内低压侧动力电线断面采用240mm2铝芯电线 2 进洞供电方案比选供电方案主要方法有三种 一是采用低压进洞方式 通过增大线路截面面积 减少线路电压降来满足施工需求 二是采用高压进洞方式 在洞内施工面附近将高压变为低压来满足供电需求 三是采用低压补偿方式 通过低压补偿设备来满足供电需求 通过上述三种方案比选 第三种方案技术要求比较低 易操作 安全防护要求较低 安全有保障 经济效益好 50 3 洞内低压补偿方案先把35kV在隧道口T接变为380V电源采用采用普通240平方铠装电缆 引到隧道800m二衬完成段 再引用低压补偿设备进行电压补偿 达到施工电压 低压补偿方案适用于长大隧道因电压输送距离过长产生电压降问题 最长可适用于独头掘进4KM隧道 尤其对于单线隧道 施工空间狭小 施工设备及高压进洞防护措施无法保