南方某高速公路隧道施工技术总结

1概述11工程简介XX隧道是国家重点工程沪（上海）蓉（成都）高速公路广（安）邻（水）段的关键控制工程。隧道左右线各长4705.95米，线间距40米，双洞单向行车一级公路隧道，是目前已建成的全国最长的公路隧道。XX隧道地处XX省川中和川东结合部，位于华蓥市和邻水县交界处的XX地段,西口位于华蓥市天池镇南约1km，东口位于邻水县城西北约5km（详见图1.1），属山岭重丘区。隧址区位于XX山脉中段，地势中间高、两侧低，地面高程一般为5001200米，相对高差最大达800米。隧道是以东北向展布的条带状岩溶山地和岩溶槽谷为主的岩溶地貌。隧道埋深在30800米，穿越三叠系下统嘉陵江组（T2j）至二叠系下统茅口组（P1m）。二叠系下统栖霞组（P1q）至志留系中统韩家店组（S2h）。其岩性主要为灰岩和泥灰岩。同时，存在部分泥岩和炭质页岩，燧石结合灰岩和沥青质油浸灰岩。隧道围岩总体稳定性较好，IV、V类围岩占62.52%，但是，溶洞涌突水给隧道施工造成了极大的困难。最大涌水量单处达到1800立方米/小时，总涌水量最大达到20多万立方米/昼夜，一次涌泥量达到15000立方米。同时，煤层、高瓦斯、硫化氢、石油沥青的二次生化气、裂隙石油等有危险地质和有毒可燃气体给施工安全带来了极大的威胁。背斜地段具有高应力、岩爆、燧石结核地质给施工进度、工程处理造成一些棘手的问题。XX隧道具有长、难、新三大特点。它难在穿越的地层地质条件复杂，溶洞多且大、岩溶涌突水大，水源补给远且不明确；煤层和石油沥青二次生化气易燃，硫化氢的逸出有毒；裂隙石油的溢出易燃；背斜高应力大变形给施工安全和施工进度造成极大的影响；岩爆和燧石结核给施工带来了诸多不利。为了解决这些难题，设计院、XX煤炭科学院、XX大学、XX科学研究院西南分院、XX江北地质勘察院等科研单位、高等院校同建设单位、监理单位、施工单位联合起来，针对施工的各个环节、技术难关进行试验、研究、制定方案，应用新技术，打破常规，大胆尝试，XX隧道按期建成的经验，给国内类似的工程提供了借鉴。XX隧道东口自X年五月一日进洞施工，X年九月十八日右线开挖贯通，十月二十八日左线贯通；X年七月土建工程结束，X年十二月二十二日竣工验收，二十六日正式通车运营。XX隧道全面地运用新奥法原理进行修建。采用全面机械化施工，形成了爆破、装运、支护衬砌三条机械化作业线，创造了高水平的施工速度，单口掘进月进尺达到200米；打破常规、大胆尝试、勇于创新，首次采用分段揭煤、整体推进的全断面揭煤新工艺；采用喷射砼，以钢筋网薄壳理论，配合自进式锚杆作为初期支护通过背斜高应力、大变形区；首次采用大直径软式风管，无极变速轴流风机，辅以射流风机，实现2.5公里无接力通风技术，确保揭煤、高瓦斯和有害气体的施工通风；成功地应用气密性砼实现砼自防瓦斯渗漏。科学而严密的质量保证体系，严格的质量管理措施，实现了工程质量的高标准。根据公路工程质量检查验收评定标准，经检查验收，分项工程合格率100%，优良率97%，竣工验收质量评分为96.8。施工安全取得了可喜的成果，杜绝了隧道内发生施工死亡事故，重伤率0.6人/公里。施工测量贯通精度远远高于规范要求。XX隧道施工历时三年半，战胜了难以想象的地质灾害，战水怪（溶洞大涌水）、降毒魔（硫化氢、石油沥青二次生化气、瓦斯）、灭火魔（爆破引起石油自燃数十次），广大建设者以振兴中国改革开放总设计师邓小平家乡为己任，无私奉献。经受了苦与乐、公与私、生与死的考验，体现了“顽强拼搏，依靠科学，团结协作，开拓创新“的精神。XX隧道的建成对促进川东地区的经济腾飞具有重要的意义。 12XX隧道东段工程规模XX隧道东段（L2I合同段）由XX第一工程处承建。原合同主要工程量为：左线ZK34+875ZK37+399，计2524米隧道；右线YK34+850YK37+384，计2534米隧道；隧道左右线出口洞门；ZK37+399ZK37+520路基；右线YK37+384YK37+526.95路基；并有污水处理池；贮水池等配套工程。根据业主的有关要求，实际完成的工程量为：左线隧道开挖ZK34+737ZK37+399，计2662米；右线开挖YK34+884YK37+405.95，计2521.95米；左线衬砌、路面、沟槽施工ZK34+620ZK37+399，计2779米；右线衬砌、路面、沟槽施工YK34+884ZK37+405.95，计2521.95米；左线高填石方路基ZK37+399ZK37+520，计121米；右线高填石方路基YK37+405.95ZK37+526.95，计121米；以及污水处理池；贮水池等工程。共计完成建安产值14800万元。主要实物工程量见表1.2。主要工程数量表 表1.2项 目 名 称单 位数 量建安产值（万元）备 注洞身开挖m345.9万4313喷射砼m3197201379锚杆m3357641819模筑砼m3631012440钢筋制安t1906692防水板m2194989669止水条（带）m30431598弹簧软管m17638186中央排水管m858653路面排水管m542156砼路面m246900305包括横通道及刻纹瓷砖贴面m232758198电缆支架组13552215砼基层及填充m327611536注水泥、水玻璃等m35156406路基土石方m314648278浆砌圬工m35881.362附属及其它元873合 计元1487813技术标准及技术参数XX隧道设计行车速度60公里/小时；最大交通量20854辆/昼夜；限界净高5.0米，限界净宽10.5米；运营允许二氧化碳浓度150PPm；允许烟雾浓度0.009m-1；汽车荷载为汽车超20级，挂车120；隧道纵坡采用“人”字坡：西段为0.3%，东段为1.1191%；隧道结构采用复合式衬砌，大变形地段及软弱围岩段增设格栅钢架及中空注浆自进式锚杆加强初期支护；模筑砼采用防水砼和气密性砼（瓦斯设防段）；隧道防排水采用中央排水管方案；隧道衬砌防水采用橡胶防水板和弹簧盲管结构；隧道路面为砼刚性路面；运营通风采用悬挂式射流风机；隧道进口采用端墙式洞门，出口采用削竹式洞门。14不良地质简述141瓦斯隧道东、西段都要穿过二叠系龙潭组煤层（P2l1），煤层瓦斯及裂隙瓦斯是本隧道的主要工程地质问题之一，隧道东段穿煤点里程为：ZK35+699、YK35+710。隧道穿煤点的煤层瓦斯压力值为1.44MPa；穿煤点的瓦斯含量为9.16 m3/t；全断面揭煤时，穿煤点爆破后最大瓦斯涌出量分别为11.04和17.68 m3/min，炮后正常瓦斯涌出量为4.01 m3/min。小断面揭煤时，穿煤点爆破最大瓦斯涌出量为4.58 m3/min，炮后正常瓦斯涌出量为1.69 m3/min；隧道东西穿煤点均有突出危险，属一般突出危险和倾出、压出类型；隧道开挖过程中围岩裂隙瓦斯异常涌出的可能性存在，主要在茅口组灰岩段，瓦斯涌出量为23 m3/min；由于隧道附近煤矿瓦斯爆炸已发生多起，因此，在隧道施工过程中充分地考虑了防瓦斯和煤尘爆炸事故的可能，并相应地采取了防范措施。142石油、天然气及硫化氢川东地区是海相碳酸盐岩油气田最发育的地区，隧道区处于油气田构造之间的强烈褶皱的高陡背斜龙王洞背斜中，且西翼出现透及地表的“通天断层”。尽管隧道将穿过C2h、P1m、T1j2、T1j3四套区域性含油气层段，但P1m、T1j2、T1j3含油气层段在隧道区均已裸露地表，C2h也在隧道以南5公里处出露地面，因此，该区已丧失了形成油气埋藏条件中最为关键的封盖条件；煤矿未遇见大量天然气涌出；ZK3井无含油气的直接显示，故不会有工业性油气存在。但是，由于残余油气的原油和沥青可被生物分解并生成天然气，即局部（茅口组底界附近）具有二次生化气囊的可能性。此外，岩石中还有吸附烃和游离烃存在。据ZK3井岩石游离烃测定，含气层最高游离烃浓度可达201298 PPm，既含气层段岩石的含气率为0.146 m3/吨。按最大脱气率为96%计，每吨岩石可脱出0.14 m3的天然气，但事实上，样品岩石的破碎程度远高于施工中岩体的破碎程度，实际脱气率要大大低于测试值。天然气中硫化氢含量，据有关资料推测C2h、P1为总烃的0.146%，T1j2、T1j3的区域背景值为总烃的2.34.37%。在嘉陵江组可能遇见石膏层，施工中加强了硫化氢的检测和预防。围岩硫化氢异常涌出可能性主要在茅口组灰岩段，硫化氢异常涌出也属小规模，估算的硫化氢涌出量为0.0450.067 m3/min。离煤层垂距2070米左右的深灰色和灰黑色富含硫化氢的灰岩段为重点防范区。143煤层采空区XX地区采煤历史悠久，在隧道区不同高程上开凿巷道采煤，因而形成了大面积的煤层采空区。在隧道西侧有天池煤矿的540、640和790水平，且穿过隧道区，形成由540水平以上顺煤层延伸至8101120米高程范围内的采空区，最低为540水平及其采空区。隧道东侧遇660和790水平区内，有南延机巷及其采空区穿过隧道轴线，最低为790水平及其采空区。从隧道区内的煤层采空区及其巷道的分布范围和高程，与隧道位置及设计高程相比较，表明隧道已位于煤层采空区和巷道之下。ZK35+312与绿水洞煤矿660和790水平东翼大巷的南延机巷和采空区在剖面上相交，该处采空区的最低点为782.0米，隧道毛洞拱顶低于采空区底约274米。YK35+325与绿水洞煤矿660和790水平东翼南大巷的南延机巷及其采空区在剖面上相交，该处采空区最低高程为786.0米，隧道毛洞拱顶低于该采空区底约278米。144涌突水区内碳酸盐岩为非均质各向异性含水层，地下水赋存极不均一，地下水位高于隧道设计高程10余米至约400米，洞口段岩溶强中等发育，各种岩溶通道给地下水提供了较好的聚集条件，隧道中部虽岩溶弱发育，断层、采空区等也给地下水大量进入隧道创造了良好的通道；区内雨量大，给予地下水良好的补充。煤矿（528）水平掘进所遇极端月均最大流量41774.4 m3/d（1989年7月）的涌水，这也是隧道可能遇涌突水的有力例证。计算所得全隧道各含水岩组（段）的预测瞬时最大涌水量（见表1.4.4-1），其中左轴线为126150 m3/d ，右轴线为124476 m3/d；取528水平长期观测计算之极端月均流量83558 m3/d，为隧道极端月均流量推荐值；取类比多年最大月均流量52042 m3/d 为隧道多年最大月均流量推荐值；取528水平资料推算之14292 m3/d 为隧道多年平均流量推荐值。隧道涌水量分段实测表 表1.4.4-1 段别里程桩号长度（m）涌水量（m3/d）里程桩号长 度（m）涌水量（m3/d）东段ZK34+381.46+759377.5414488YK34+620+74612614045ZK34+982ZK35+66968716075YK35+011+69168015911ZK35+721+835114405YK35+736+851115408ZK35+875ZK36+183308