中交股份科技研发项目立项申请书

1、中交股份科技研发项目立项申请书项目名称：高原寒冷富水复杂地段隧道施工技术申报单位：中交隧道局有限公司负责人：张伟项目经费：300万完成时间：2009年6月30日中国交通建设股份有限公司制订一、立项背景:1、工程概况我项目部承担的西久公路拉脊山隧道工程全长4.092公里，工程地处 高原严寒地区。主要工程量有：隧道一座，其中主洞长度2880m，平行 导洞2920m ；桥梁两座，总长度259米；路基土石方13.2万立方米。工 程总造价1.66亿元，合同工期23个月，工期时间从2007年7月30号 至2009年6月30号。建成后的拉脊山隧道将克服西久公路西宁至贵德 段冬季冰雪天气车辆爬坡困难、行车缓慢

2、且危险性高的缺陷，可以大大地 改善区域交通条件，保证行车安全，有效地提高西久公路西宁至贵德段的 通行能力。2、工程地质情况隧道所在区位于亚一级构造单元的祁连地槽褶皱系东南部、松潘甘孜 地槽褶皱系的东北缘的拉脊山加里东期地向斜褶皱带中。地质构造主要有 一系列褶皱和断裂构造组成，以北西向断裂最为发育，呈线状展布。隧道所在区内断裂构造发育，以北西向-北西西向断裂为主，呈线状 展布。大断裂与线路呈近正交关系，主要有两条对隧道有影响的断层。隧道出口位于坡、洪积层，地层主要以碎石、块石为主，局部表层为 粉砂层，松散-中密，该地层中含有丰富的地下水。隧道出口处于低洼地 带，隧道一旦掘进开挖，四周的地下水会向

3、隧道汇集，造成隧道地下水将 非常丰富，给隧道施工带来困难，在后来的隧道掘进中已证明了这一点。我项目部管段浅埋段与不良地质地段占隧道比重较大，其中洞口段V 级围岩长445m,隧道横穿断层与次断层，我项目部管段主要有F10断层， 断层与线路呈近正交关系，断层破碎带宽度约50 - 100m。基岩裂隙水十 分发育。3、水文、气象拉脊山平均海拔3400m左右，气温低，降水丰富，多为雪区。该地区最冷月平均气温-16 -16.7。极端最低气温-37。极端最高气温28.7,最大冻土深度111 130cm ,降雪初终期为10月中旬至来年的 5月上旬。经地质钻探在断层破碎带基岩裂隙水十分发育，水量丰富。是隧道涌

4、水量的主要涌水地段，占隧道涌水量的主要部分，对隧道影响较大。在断 层附近存在承压水，且水压力较大。4、施工情况我项目部管段拉脊山隧道出口浅埋段开挖方法原设计为台阶环向开挖 方法，超前支护设计为40m长管棚。开始进洞，采用了原设计的隧道掘 进方法，一进洞时地下水量就十分丰富，地下水主要集中在隧道拱部至拱腰处。主要地层为碎石类土，遇地下水成稀泥，在掘进过程中，不断出现 涌水涌泥现象。洞口段的覆盖层较薄，在掘进中出现多次坍塌冒顶。鉴于以上情况，业主多次聘请了隧道施工专家和设计院现场进行了查 看，最后确定把浅埋段隧道掘进方法改为CRD法和把隧道洞口段埋深比 较浅的地段进行了部分明挖。明挖结束后隧道需进

5、行二次进洞，虽然隧道埋深较第一次进洞较深， 但地质情况并没有好转，在掘进中同样会出现涌水涌泥现象，针对这一施 工地质条件，项目部成立技术攻关小组，对浅埋段的隧道施工技术进行攻 关，主要从以下几个方面进行入手：（1X超前预注浆稳定开挖面超前预注浆是稳定前方开挖面的一个方法，对隧道的施工安全和施工 进度意义重大。在现在的隧道施工中应用广泛，但不成熟。设计图上给定 的设计参数往往不能指导施工，施工中已不尽科学合理。在拉脊山隧道的 施工中，设计给定的注浆参数基本不能指导隧道施工，且注浆效果不是很 明显，浆液的扩散半径很小，起不到板结围岩的作用。（2）.坡、洪结层富水地段隧道的开挖方法隧道CRD开挖方法

6、是近几年才发展起来的一种隧道施工技术措施，在 以后隧道软弱围岩的施工中的应用将越来越普遍，根据目前拉脊山隧道开 挖情况来看，主洞软弱围岩长度445米，且地下水含量丰富，围岩的自稳 能力很差CRD施工是比较适合的开挖方法。但目前没有一套完整的CRD 施工的指导方法。拉脊山隧道是西久公路的控制性工程，工期很紧。对 CRD施工方法的研究具有很重要的意义。主要研究CRD施工的机械选型 配套、通风排烟、隧道排水、各分部之间的最佳距离和开挖方法等，在保 证施工质量、安全的前提下，最大限度地提高施工进度。将对拉脊山隧道 的施工产生很大的经济效益。（3）.施工防排水和结构防排水水对隧道施工的影响很大，特别是在

7、拉脊山隧道洞口段的施工中，地 层为坡、洪结层，主要以碎石土为主，遇水成稀泥。隧道在掘进的过程中， 很容易发生坍塌。在拉脊山隧道的施工中，隧道最大涌水量每天能达到 700m3/天,在施工中应就怎样降低和减少地下水进行研究，以减少地下 水对隧道施工的影响。拉脊山隧道地处于严寒地区，隧道易发生冻害，修建好的隧道容易发 生冻裂、挂冰、路面结冰现象。发生冻害的原因一般是由排水不畅引起的。 隧道内衬砌防排水一般铺设防水板。我们将组织力量对防水板的焊接质量 进行研究，对焊接工艺的细节做比较详细的研究，形成一套完整的施工作 业指导书，以指导隧道衬砌防排水的施工。内外研究概况及可行性分析近几年，随着国内高速铁路

8、与公路的建设，隧道在铁路与公路的建设 中占有很大的比重，大多隧道所处的地质条件比较复杂，大多隧道洞口的 埋深浅，给施工带来了很大的困难。拉脊山隧道地处高原严寒地区，且地下水很丰富，且洞口地段埋深浅。 地层为碎石土，在地下水的作用下，围岩没有自稳能力。在这种情况下， 有必要对超前支护和预注浆进行稳定开挖面进行技术研究，这对合理科学 组织施工,确保施工安全，保证施工工期、施工质量，对今后同类工程施 工将有很大的指导意义。（1）、超前预注浆稳定开挖面根据国内外的资料，主要的超前支护方法有:超前锚杆、管棚、超前小 导管和人工冻结法等。由于地层性质及其稳定程度不同，可以采用不同的 方法。隧道超前小导管预

9、注浆在施工中应用比较广泛，但发展还不成熟。 对其施工参数设计落后于施工实际，在实际施工应用中已不尽合理，甚至 有些盲目，对前方开挖面起不到稳定的作用。所以，有必要成立专门的研 究小组对超前小导管预注浆施工方法进行研究。在拉脊山隧道浅埋段的前期施工中，开挖后的掌子面经常发生涌水涌 泥现象，在隧道向前掘进前必须稳定前方开挖面，采用设计给定的施工参 数起不了当初预想的目的，就需要对各种施工参数进行调整，包括水泥浆 液的水灰比、水玻璃的掺量、注浆压力、浆液的凝结时间、浆液的扩散半 径、注浆的配套设备等进行现场试验测试，以期望达到一个最佳的效果。通过反复的试验，是可以达到预期的目的和效果。(2)、坡、洪

10、结层富水地段隧道的开挖方法隧道CRD开挖方法开始于郑州到西安高速铁路客运站专线，主要运 用于湿陷性黄土隧道，在施工中运用比较成功。在郑州到西安的湿陷性黄 土隧道的施工中，隧道地下水量较小，围岩具有一定的稳定性。拉脊山隧道洞口浅埋段属坡、洪结层，且富含地下水，围岩土体遇水 后即成稀泥，没有自稳能力。在浅埋富水地质复杂地段的坡、洪结层中 CRD施工方法就有别于在黄土隧道中的施工方法。就有必要对CRD开挖 方法在这地层中的施工进行技术研究，找出一个适应该隧道地层的施工工 法。主要研究该地层CRD施工的各洞室之间的步长控制、机械的选型配 套、人员的配备、施工进度的控制，施工通风等进行研究，形成完整的施

11、 工工法。(3 施工防排水和结构防排水在拉脊山隧道洞口浅埋段的施工中，每天地下水的涌水量达到 700m3/天,地下水对施工进度、安全造成很大的影响。就有必要对怎么 降低地下水进行研究。找出降低地下水的方法，尽量减小地下水对隧道施 工掘进的影响。保证施工安全和提高施工进度。拉脊山隧道地处高原严寒地区，洞口段中心排管采用了深埋方式(中 心排水管位于仰拱初期支护以下），而洞口段为坡、洪结地层，主要为碎 石土，碎石土遇水成泥。在施工中和以后隧道竣工运营中，极容易造成中 心排水管进稀泥堵塞。项目部将组织技术人员对排水系统进行综合研究， 研究防止稀泥进行中心排水管的具体措施并具体落实，保证排水系统的畅 通

12、。国内外在地铁、公路隧道、铁路隧道等很多领域的施工中已经研究出 比较成熟的衬砌防水及防水板铺设、焊接工艺，但衬砌的防水及洞内防水 板的防水效果受施工工艺不先进、施工中人为因素等多种因素的影响，隧 道防水效果很不理想，很多隧道均有衬砌漏水、渗水、裂纹，防水板撕裂、 漏水等通病。由于拉脊山隧道地处高原严寒地区，必须防止隧道遭到冻害。 针对这些情况，我们将成立专门的成立专门的质量研究小组，研究更好的 衬砌防排水施工方法、工艺及防水板挂设、焊接工艺，使隧道的防排水施 工技术水平得到进一步的提高。三项目研发的主要内容及技术经济指标一、研究内容：针对拉脊山隧道的地质条件和所处的环境，对隧道进行有针对性的技

13、 术研究。研究的主要内容如下：1、隧道超前地质预注浆在拉脊山隧道施工中，隧道出口为碎石土，且地下水含量很大。在开 挖两侧边墙的时候，在地下水的冲刷下，容易形成空洞引起坍方。为了稳 定两侧边墙的前方开挖面，我们采取了超前小导管预注浆。我们将成立研 究小组，对小导管的布置方式、注浆参数、围岩的板结效果进行研究，找 出最佳的施工工艺参数，以指导我们以后的施工。2、软弱且富水地段隧道CRD的施工技术措施根据目前拉脊山隧道的地质情况，主洞洞口段有445米的软弱围岩地 段，洞口段的施工将主要采用CRD施工。我们将成立研究小组。主要研 究：CRD施工机械的选型配套、CRD施工的通风排烟、施工排水、各部 分之

14、间的最佳施工距离、劳动力、工序衔接等。研究出最佳的施工方案， 在保证施工安全、质量的前提下尽量地提高施工进度，缩短工期，提高经 济交溢3、严寒地区的隧道防、排水施工拉脊山地处高原严寒地区，隧道一旦发生渗、漏水将引起隧道冻害， 将造成严重的后果。我们将成立研究小组，主要研究隧道的施工防排水和 衬砌防排水。对隧道止水条、止水带的安设工艺进行比较详细的了解和研 究，对防水板的焊接时爬焊机的爬行速度、焊接温度进行研究，使达到最 佳的焊接效果。以指导以后隧道的施工。主要技术经济指标就目前国内隧道的超前地质预注浆的情况来看，往往不能达到理想的 效果。设计给定的注浆参数对施工往往不能起到知道作用。在施工中比

15、较 盲目，注浆效果差，浆液的扩散半径小，被加固的围岩不能板结，起不到 稳定开挖面的作用。我们将对超前地质预注浆进行比较细致的研究，提出 一套在软弱且富水地段围岩超前地质预注浆的施工方案。使在隧道施工中 能安全、快速地度过隧道不良地质地段，缩短工期、大大地提高经济效益。 对隧道CRD施工技术措施的研究，研究出最佳的施工方案以指导拉脊山 隧道和类似工程的施工，加快施工进度、缩短工期，提高经济效益将起到 积极的作用。对隧道防、排水的研究，制定一套隧道施工防、排水施工作 业细则，使施工一线工人按照细则的要求进行施工，对保证防、排水的施 工质量、杜绝隧道的渗、漏水起到指导作用。杜绝隧道发生冻害的可能，

16、减少隧道施工的成本。通过我们的研究，对以后相似隧道工程施工将起到很好的指导作用， 可以让以后在同类似隧道的施工中少走弯路，节约施工成本，提高经济效 益。、项目研发的技术路线1、我们将根据以前的施工经验和拉脊山隧道软弱地段的地质情况制定出详细的施工方案（注浆机的类型、注浆压力、水泥浆的比例、水玻璃的根据初步设定的方案在现场组织实施，并做好相应记录。检查注浆的扩散半径和围岩的板结情况。在施工中不断地调整施工参数，找出最佳的施工技术参数。对研究成果进行整理，指导现场施工。2、制定初步的CRD施工方案（内容包括机械的类型、隧道施工排水 方式，通风排烟）。根据初步制定的方案组织实施，派专人观察施工效果。

17、对不足和存在问题的地方进行改正，选定出最佳效果。对研究成果进行整理，指导现场施工。3、防水板施工过程中，容易出现漏焊、焊接不牢、焊坏防水板的情况， 在防水板施工前，我们将组织工人在隧道外进行试焊。试验不同的爬行速 度和焊接温度，对排水板的焊接效果进行检查，找出爬焊机的最佳爬行速 度和焊接温度。以此焊接温度和爬行速度指导隧道防水板的施工。委派专人对隧道防水板的施工质量进行检查。检查制定的施工工艺是 否满足现场的施工。对研究成果进行整理，指导现场施工。五、推广应用前景及经济效益预测根据我国中长期铁路网规划，到2020年我国铁路将建成“四纵 四横”快速客运通道及三个区域城际快速客运系统。客运专线中长

18、大隧道 比例大幅度增加，通过本课题的研究，提出一整套长大隧道特殊地层的施 工方案、方法和施工工艺，为以后类似工程施工提供丰富的施工经验和技 术支持，对保证安全，确保质量、工期有重要意义，对减低施工风险和成 本，提高经济效益前景广阔。（1）对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段、浅埋地段，开挖在超前管棚 支护下进行，提前发挥超前支护作用，可增加施工安全度，有效保证岩体 稳定，减少地表下沉和防止围岩松驰、坍塌，可避免不必要的经济损失。随着我国道路交通建设的迅速发展，隧道工程施工日益增多，在面临 不良地质条件下的隧道掘进施工和事故处理，超前支护技术具有广阔的应 用前景。目前国内在建和拟建的铁路隧道较多，地质情况复杂多变，通