大相岭泥巴隧道关键施工技术

大相岭泥巴山隧道关键施工技术一二三四工程概况目录施工难点关键施工技术成果推广应用一、工程概况

泥巴山隧道为雅西高速公路的控制性工程,也是交通部科技示范工程

长度特长,单洞达10007m，为当时西南地区最长的隧道

埋深特大，最大埋深1650m，且山体宽厚

钻爆法单口掘进5130m,工期48个月

主洞日最大涌水量达87500m3，斜井日最大涌水量达27000m3

出口端两条通风斜井全长1822.08m、坡度31.5%

地质条件复杂：隧道洞身主要穿越火山岩，出口段还有碎屑岩和碳酸盐岩，

IV、V级围岩占80%以上

地质灾害多：仅出口端就穿越8条大断层和多条支断层破碎带，大变形段805m泥巴山隧道于2011年12月按期贯通二、施工难点（一）

挤压大变形据地勘资料知，在K62+650～K63+100m段，岩性为凝灰质碎屑沉积岩，岩质极软，且地应力偏高具备发生大变形的条件，因此预测本段施工中可能会发生挤压大变形。（二）

岩爆（三）

施工通风隧道采用钻爆法施工，由两端独头掘进，单口掘进最长5130m，而出口端可资利用的2#通风斜井由于修建滞后等原因是否能参与施工通风尚不确定，因此施工通风问题应提前考虑。（四）

斜井施工斜井施工困难：距离长且坡度大（-31.5%）、涌水量大（27000m3/d）、二衬及中隔墙施工难度大、有轨运输安全风险大。三、关键施工技术高地应力软岩隧道大变形控制技术四大关键施工技术高地应力硬岩隧道岩爆防治技术特长双洞公路隧道单口掘进通风技术有轨长大陡坡斜井成套施工技术（一）

高地应力软岩隧道大变形控制技术前期情况泥巴山隧道变形段原设计采用Ⅰ20型钢为主骨架的初期支护结构，施工中发生了极其严重的变形，最大收敛达1620mm，并伴有初期支护结构裂损、钢架扭曲、净空侵限明显等现象。一般发生在仰拱施工完成后，位于拱部或拱腰处拱架发生扭曲，个别地段甚至发生折断，拱架垂直方向与水平方向均发生扭曲，拱部喷射混凝土产生龟裂并大块剥落，临时横向钢支撑亦全部压弯，边墙初期支护侵限，需进行大量拆换。钢架严重扭曲边墙收敛变形初支大块剥落试验阶段为寻求有效控制挤压大变形的初期支护参数，现场选择K62+665～+710段作试验段，采取三种不同的初期支护参数进行试验，通过围岩监测及变形量测进行对比分析以确定合理的初期支护类型和参数。编号长度钢架钢筋网喷混凝土锚杆类型拱墙仰拱自

进

式

锚

杆（8m）/智能中空注浆锚杆自

进

式

锚

杆（8m）/智能中空注浆锚杆自

进

式

锚

杆（8m）/智能中空注浆锚杆K62+698-708Φ8,20×

C25

钢

纤20，单层

维混凝土50cm

钢

筋

50cm

钢

筋混凝土

混凝土S1段Ⅰ20@50cmK62+688

U25

型

钢-698@50cmC25

钢

纤维混凝土50cm

钢

筋

50cm

钢

筋混凝土

混凝土S2段S3段K62+665

U25

型

钢

Φ8,20×

C25

钢

纤-688

20，单层

维混凝土I20@50cm50cm

钢

筋

50cm

钢

筋混凝土

混凝土拱架严重扭曲变形、拉裂确定支护参数经三个试验段拱顶下沉、拱腰、拱脚收敛实测，对比收敛及变形速率曲线，采取三维数值模拟分析验证，并结合现场实际施工效果，确定变形段采用U25+Ⅰ20(I18+H175)等双层支护。项

目钢架内

容U25型钢，I20@50cm(I18+H175);双层支护体系Φ42超前小导管预注浆，长度450cm，间距25cmΦ8,20×20，双层第二层支护施工超前支护钢筋网纵向连接钢筋喷混凝土锚杆类型预留变形量二次衬砌仰拱Φ22钢筋，间距100cm，双层C25钢纤维混凝土，厚度25cm自进式锚杆（8m）/智能中空注浆锚杆（4m）45cm(经模拟预留变形量30cm，按1.5倍考虑，实际预留45cm)C30，50cm钢筋混凝土C25，50cm钢筋混凝土双层支护效果施工措施

物探和钻探相互验证进行超前预测预报；

三台阶预留核心土开挖法，超前小导管加固范围为拱部120°；

采用U25钢架+I20工字钢+8m自进式长锚杆(4m智能中空锚杆)+喷钢纤维混凝土构成联合支护体系；型钢架可缩性接头

变形量达到35cm左右（视情况）架立I20钢架；

在初期支护变形较大但仍处于可控状态时，应考虑缩短台阶长度，尽量缩短仰拱与下台阶的距离（必要时增加仰拱底部砂浆锚杆，控制隆起）；辅助措施：加密超前小导管、增加锁脚锚管、增加纵向不同拱架间的连接强度、增大拱脚面积等。YK62+670初期支护效果施工措施替代U25钢架的装置研究:1、解决可伸缩拱架采用特制钢材、特制接头成本高的问题2、解决可伸缩拱架需要定制、制作，影响工期的问题3、解决工地现场不能直接加工的问题4、解决拱架接头安装困难，完全依赖大型机械的问题实施:1、根据设计情况选择连接接头的材料;2、接头材料按图尺寸割口，并加工限位钢框;3、按照设计拱架的长度进行调整，可以设计4处连接接头，也可以根据需要增加;4、连接接头的伸缩量可以根据围岩变形情况进行调整。隧道初期支护可伸缩钢拱架连接装置注意事项1

采用三台阶预留核心土开挖法，每个台阶长度控制在3~5m，三个台阶总长度控制在15m以内为宜；16-1161核心土3m～5m236246-23

支护遵循“先柔后刚，先放后抗、刚柔并济”的原则，初期支护参数能适应大变形的特点；2～3m

2～3m6-375456栈桥2～3m

2～3m初期支护74m～6m

尽量减少工序间相互干扰，使各工序平行交叉作业，缩短成环时间，加快循环次数；注：仰拱1、上台阶开挖高度不小于上台阶开挖跨度的0.3倍，一般为3.0～4.0m。1352、中、下台阶开挖高度为隧道总开挖高度(不含仰拱)减去上台阶开挖高度后平均分配，一般为3.0～3.5m。3、上台阶核心土长度(隧道纵向)3.0～5.0m,高度1.5～2.5m,宽度为上台阶开挖跨度的1/3～1/2。仰拱填充6-16-26-3

系统锚杆采用8m自进式和4m中空锚杆间隔施作，注浆应在每一循环中施作，保证注浆效果；7124

仰拱、衬砌适时施作。仰拱距掌子面不得大于25m，必要时跟至下台阶，衬砌控制在60m内；3m～5m

2～3m

2～3m

2～3m

2～3m

15～25m30～40m4m～6m

注意开挖支护的时效性和超前预报、监控量测的信息反馈，及时调整支护参数。三台阶七步开挖法示意图三台阶法挤压变形段施工仰拱及时成环紧跟掌子面基本原则：“预支护、快挖、快支、快封闭”小

结软岩大变形施工理念：一是硬抗，加强初期支护，平衡围岩压力，一般采用多层拱架法，可以是多层钢拱架或钢拱架和格栅拱架组合。二是先放后抗，先释放一部分围岩压力，再平衡剩余压力。高地应力大变形推荐第二种理念。多重支护控制变形技术是在开挖时预留出充分的变形量和足够的补强空间，第一次支护释放一部分变形，达到极限状态后，施做第二次支护，必要时可继续施做第三次支护，最终将变形控制在容许范围之内。其特点就是不需要进行反复扩挖、支护。一是围岩量测纳入工序管理，为预留变形量和支护参数确定等提供科学依据。二是二衬适时紧跟。一般地质、地形条件下，初期支护必须承受全部荷载，二次衬砌不承载。就是在特殊条件下也要尽量使初期支护承受全部荷载，二次衬砌不承载或承受部分荷载。但从目前看还有一定差距，一般需适时提前施作二次衬砌，特殊情况下还应提高混凝土标号或加大衬砌厚度的加强措施，必要时还要加大配筋量。三是重视仰拱及隧底处理。软岩隧道应适当加大仰拱曲率，快速封闭成环等措施。下步思考：一是预留多大的变形量和补强空间；二是第二次支护的施做时间。（二）

高地应力硬岩隧道岩爆防治技术前期情况ZK60+682处，设计围岩Ⅳ2，全断面法，每循环进尺3m，工字钢1m/榀，右侧岩体完整性好，呈

滴

水

状

,

施

工

中

多

次

发

生

岩

爆

;

9

月

3

日

在YK60+672.2处发生岩爆，导致开挖台车被砸坏;YK60+515处，开挖13天后发生强烈岩爆，洞壁岩石突然弹射而出，大部分锚杆被直接拉出或剪断，岩石大面积脱落，脱落长度达42m，面积42×7m2。ZK60+682处左侧边墙YK60+672.2处岩爆YK60+515处强烈岩爆防治措施根据前期大量的现场实测、理论计算分析和前期发生岩爆工程实践，结合国内外重大地下工程岩爆防治实例调研，针对目前频发岩爆现状提出措施：总体从“防”及“治”的角度进行，而“防”又可细分为“积极的防”和“被动的防"两种。“防”的措施：1、

短进尺、多循环，必要时采用台阶法；2、光面爆破：提高光面爆破效果，确保轮廓线圆顺，减少表面应力集中。积极推广聚能水压光面爆破技术；3、高压喷水：在隧道边墙左右侧一定高度(设置高度以爆破石碴堆积高度以上lm为宜)设置两个喷嘴，与后方高压水管相连，在爆破后，及时开启水龙头，向掌子面喷、洒水，喷水角度以尽量湿润岩面为宜，喷射时间10~30min，之后为避免喷水对出碴造成影响，可改为雾状喷水。防治措施4、超前应力解除爆破：在岩爆强烈地带可采取应力释放措施，同时喷水或钻孔注水促进围岩软化，释放围岩应力，减少剧烈岩爆的危险性；5、喷射混凝土或喷射纤维混凝土：喷砼厚度10~15cm；6、待避：当岩爆发生时，应彻底停机、待避，补充工作面观察并记录岩爆，对掌子面、边墙及拱项进行仔细检查，并选取合理的支护加固措施；7、做好安全防护：派有经验人员进行监护，发生异常及时撤离作业人员。“治”的措施：1、新型退火钢丝网：当岩爆影响深度深，可悬挂新型退火钢丝网及喷射超细沸石粉混凝土相结合的方式治理。2、边墙应力释放孔：可采用在边墙打设应力释放孔的办法治理；3、局部打设胀壳式锚杆：岩爆段存在危石的部位，可以采用胀壳式锚杆进行加固；4、架立格栅或拱架进行支护。现场实施案例在YK62+150-+147循环施工中，设计Ⅳ1级围岩,全断面开挖，开挖前对本循环地应力及岩石单轴抗压强度进行检测，结果如下：大相岭隧道地应力S2点测试结果及岩爆预测饱和单轴测点岩性最大主应

中间主应

最小主应

极限抗压

强度应力

综合岩爆测点编号

测点位置地应力参数力σ

1力σ

2力σ

3强度比预测(MPa)量值（MPa）20.916.19.8流纹岩S2YK62+150924.4中等岩爆方向（度）

N52.7E倾角（度）

24.8N

77.0

W

N

25.4

W54.2

-24.2说明:主应力方向是主应力的投影方向,以象限角表示;倾角”-“表示俯角,正角为仰角。现场施工方案根据以上数据分析，本段为中等岩爆，采取的施工方法：1、预先释放部分能量。沿隧道周边纵向钻应力释放孔，外插角25°，每环搭接，以起到提前释放部分围岩应力的作用，另可向孔内注入高压水。2、掌子面及洞周喷洒高压水。以软化表面，促使岩层原始应力释放调整。打设超前应力释放孔现场施工方案3、采用光面爆破，提高光面爆破效果。4、靠近掌子面5m范围的拱顶和拱腰部位钻设径向应力释放孔。5、采用短进尺、多循环。6、及时实施喷锚支护①、喷砼：初喷5cm钢纤维砼，锚杆施工后，复喷钢纤维砼5cm。②、锚杆：采用φ22mm药卷锚杆、L＝2.5m、间距1.0×1.0m呈梅花型布置。洞身侧壁发生中度岩爆技术现场施工方案另外，除上述防治措施外，现场还加强了监测、检查、巡回找顶、清除松动悬石等，紧跟二衬。对掘进台车安装防护网，机械增加防护顶棚，掌子面附近加设了防护钢架台车，加强对一线操作工人的安全教育并配置防护头盔及防弹背心辅助安全手段，尽量降低岩爆对人体的危害程度。钻孔台架及人员防护情况小

结就目前的科学技术手段及理论研究，还无法完全避免岩爆的収生，因此岩爆防治技术指导思想是“减少岩爆収生的次数及岩爆収生的强度”。在实施过程中根据隧道开挖地质素描、施工工法及工序等，从控制隧道贯通的关键工序（开挖及初期支护）入手总结了岩爆防治施工技术。但通过岩爆段幵不代表岩爆不収生，而是在岩爆収生之前能快速支护，即使岩爆収生初期支护也能使得収生部位“胀而不掉”。下步有待进一步提高预测岩爆収生时间准确度的监测设备或手段，做到在岩爆収生前能快速做完支护或及时撤离人员；二是加强新材料及新喷涂技术研究，做到开挖后能快速使洞壁围岩由二维转向三维应力状态。（三）

特长双洞公路隧道单口掘进通风技术方案选择泥巴山隧道是采取钻爆法和无轨运输方式施工,开挖断面大(102m2),

独头送风距离长(5130m),

平行交叉作业较多,通风斜井贯通晚,

施工通风难度大，经技术经济分析确定方案:第一阶段:压入式通风。第一条车行横通道未贯通前，实施压入式通风：两台SDF(c)-№12.5轴流式通风机置于洞口外30m，向掌子面直接送风。大相岭泥巴山隧道第一阶段施工通风示意图（三）

特长双洞公路隧道单口掘进通风技术方案选择第二阶段：巷道式通风。主洞与斜井贯通前，第一条车行横通道贯通后，实施巷道式通风。射流风机射流风机射流风机左洞风墙人行横洞人行横洞人行横洞右洞轴流风机2×110KW风机污浊空气新鲜空气大相岭泥巴山隧道第二阶段施工通风示意图（三）

特长双洞公路隧道单口掘进通风技术方案选择第三阶段：巷道式通风。当主洞与斜井贯通后，将斜井作为排风道，为加快斜井排污风，在斜井底布置一台射流风机，以克服通风阻力。射

流

风

机射流风机射流风机射

流

风

机射流风机左洞风墙人行横洞人行横洞人行横洞右洞轴

流

风

机2×110KW风机污

浊

空

气新

鲜

空

气大相岭泥巴山隧道第三阶段施工通风示意图方案实施1、通风设备的选型与配套：针对泥巴山隧道施工通风特点，主通风机选型基本要求是大风量、高风压。风管选择是柔性、大直径。经计算和比选确定如下：通风设备选型及配套表方案实施2、第一阶段为压入式通风。第一条车行横通道未贯通前，实施压入式通风：两台SDF(c)-№12.5轴流式通风机置于洞口外30m，向掌子面直接送风。3、第二阶段为巷道式通风。主洞与斜井贯通前，第一条车行横通道贯通后，实施巷道式通风，方案如下：1）将两台轴流式风机从洞口移至右线车行通道后40m处，用软管通过横通道接至离掌子面15m左右压入新鲜空气。2）右洞掌子面污浊空气通过车行通道向左洞排出，在左洞车行通道口前15m内安装1台30KW射流风机，使横洞口与射流风机间形成负压，促进右洞污风循环。3）左洞作为出碴洞，每隔300～700m安装1台30KW射流风机，加速污风循环。4）随着掌子面的向前掘进，轴流风机随车行通道开挖完成向前同步移动。4、第三阶段仍为巷道式通风。当主洞与斜井贯通后，将斜井作为排风道，为加快斜井排污风，在斜井底布置一台射流风机，以克服通风阻力。方案实施第一个车行横通道贯通后巷道式通风示意图第一个车行横通道贯通前压入式通风示意图斜井作为排风洞参与通风方案实施4、方案优化：针对车行横通道中的通风管影响出碴车辆通行缺点，主动采用气体检测设备对通风效果进行实时检测分析，优化方案。将左洞掌子面通风管从车行横通道改至人行横通道通过，风机平行放置于人行通道口。经过优化，减少一个垂直弯头，风机局部阻力减少194.4Pa，通风效果得到了进一步提高。掌子面粉尘浓度检测人行横洞向左洞掌子面送风方案实施此外，为确保后续工程平行推进，为多工序交叉作业提供工作面，在打开部分横通道风门后，对通风效果进行检测，两洞无窜风现象，通风效果良好。即车、人行横通道不需封闭—无风门巷道式通风采用气体检测仪实时检测风量和风压小

结优化后的无风门巷道式通风技术优点：1、射流风机减小了功率。大大减小了风机功率，降低了通风电能消耗；2、显著改善了施工环境。通风时间短，空气质量好，提高了工效。且保证了人员的身体健康，真正体现了“以人为本”的精神；3、洞内能见度大大提高。出碴运输车辆和交叉作业工序从未受到影响，也未収生过安全事故;4、提高了出渣运输效率。横通道不设风门，最前面横通道内不设风机、风管，没有通行障碍；5、优亍传统巷道式通风。通风管长度缩短，降低了通风成本。下步要加大施工通风的组织管理----成立专门独立的通风维修组（四）

有轨长大陡坡斜井成套施工技术基本情况泥巴山隧道2#通风斜井是当时国内同等坡度下最长的斜井，具有开挖断面大（72.13m2）、坡度陡(31.5%)、长度长（912.7m)、地质复杂、涌水量大(27000m3/d）等特点。2#通风斜井洞口布置图成套施工技术1、有轨运输系统设备配置施工技术：根据泥巴山隧道2#通风斜井设计线形，洞碴及材料运输分为两个阶段，洞口段50m处采用无轨运输，如出现汽车爬坡困难可根据实际情况用卷扬机配合，待隧道掘进50m后采用“绞车+轨道+矿车”的有轨运输系统。电动葫芦挡车器双筒天轮曲轨6碴仓角倾井身斜井栈桥斜井左（右）洞提升示意图安全辅助措施针对有轨运输及绞车运行安装了视频监控系统，绞车操作司机可全过程监控轨道运输及洞内各工序施工情况，同时安排专人对有轨运输系统实行巡检，实时填写绞车每循环运行前后检查记录表，全方位掌握有轨运输系统的安全运行状况，有问题立即整改，确保全过程安全受控。绞车司机通过视频监控系统实时观察矿车运行情况成套施工技术2、长距离陡坡斜井抽排水施工技术：2#通风斜井设计正常涌水量3010m3/d,

最大涌水量9050m3/d。实际涌水量27000m3/d。根据涌水量、坡度、水泵扬程、集水难度和排水可靠程度等因素，遵循“一用一备”的原则，采用“固定高扬程大流量抽水泵站、低压接力泵站与移动泵站”相结合的排水系统。泵站设置间距160m，架设供电专线，掘进450m后，采用高压进洞技术，确保抽排水用电负荷。陡坡斜井掌子面涌水示意图临时泵站掌子面抽排水泵站洞外成套施工技术3、长距离陡坡斜井衬砌混凝土输送施工技术：通过对大吨位衬砌台车进行受力分析，经方案比选，采用5t慢速卷扬机和3×4滑轮组组成牵引系统牵引衬砌台车；衬砌台车下放至施工位置后，放置卡轨器使衬砌台车固定于斜坡道；采用4m3轨行式罐车将砼运送至作业面泵送入模，自下而上分段浇筑。大吨位衬砌台车下放轨行式罐车运送国家专利局授权三项专利：大吨位衬砌台车辅助牵引设施、轨式罐车滑槽装置、

输送泵轮式改轨式装置弧形模板护栏成套施工技术丝杆平模4、陡坡斜井中隔墙施工技术：采用分离式模板台车进行中隔墙混凝土的浇筑，模板台车通过慢速卷扬机和滑轮组组成牵引系统，采用钢管或枕木对分离式整体模板台车进行加固。根据台车重量和斜井的坡度，确定牵引力及卷扬机，通过增加滑轮组控制模板台车移动速度。三角形台架梯子滚轮中隔墙模板台车立面示意图中隔墙模板台车实物图中隔墙模板台车牵引图小

结通过对有轨长大陡坡通风斜井成套施工技术研究及实践应用，解决了多项施工技术瓶颈，确保2#通风斜井的稳步安全施工,最高月掘进达90m，保证了施工工期