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1、凍土地區隧道開挖施工方案 內容提要一、凍土地區地質描述1.1.地質特征地質特征2.2.地質對施工的影響地質對施工的影響二、凍土地區隧道施工要點1.1.施工原則施工原則2.2.施工方法施工方法3.3.施工設備施工設備4.4.注意事項注意事項三、凍土地區隧道施工圖片展示四、凍土地區隧道施工案例分析凍土地區地質描述地質特征多年凍土工程地質條件的主要控制因素有平均地溫，含冰量，多年多年凍土工程地質條件的主要控制因素有平均地溫，含冰量，多年凍土上限等，這些控制因素再加上凍結層上水等水文地質條件極其組凍土上限等，這些控制因素再加上凍結層上水等水文地質條件極其組合關系，決定了多年凍土工程地質條件合關系，決定2、了多年凍土工程地質條件1.1.年平均地溫年平均地溫多年凍土土體溫度（簡稱地溫）是反映多年凍土熱穩定多年凍土土體溫度（簡稱地溫）是反映多年凍土熱穩定性的重要指標，一般用年平均地溫表示，即年較差為零深度處的地溫。性的重要指標，一般用年平均地溫表示，即年較差為零深度處的地溫。2.2.含水量含水量根據總含水率，多年凍土分為冰凍土，多冰凍土，富冰凍土，根據總含水率，多年凍土分為冰凍土，多冰凍土，富冰凍土，飽冰凍土及含土冰層、少冰凍土、多冰凍土稱低含量凍土，富冰凍土，飽冰凍土及含土冰層、少冰凍土、多冰凍土稱低含量凍土，富冰凍土，飽冰凍土及含土冰層稱為高含冰量土。飽冰凍土及含土冰層稱為高含冰量土。3.3.多3、年凍土上限多年凍土上限根據地溫觀測綜合勘探，融化速度計算等方法可對多根據地溫觀測綜合勘探，融化速度計算等方法可對多年凍土進行統計分析。年凍土進行統計分析。4.4.不良凍土現象不良凍土現象線路通過地區的各類不良凍土現象危害較大，但較易線路通過地區的各類不良凍土現象危害較大，但較易通地面調查圈定。因此，可以通過優化線路平面位置加以避繞或合理通地面調查圈定。因此，可以通過優化線路平面位置加以避繞或合理設置工程類別通過。但工程修建和活動會不可避免地改變地表水，地設置工程類別通過。但工程修建和活動會不可避免地改變地表水，地下水徑流條件和其他環境條件，誘發產生新的不良凍土現象。下水徑流條件和其他環境條件，4、誘發產生新的不良凍土現象。凍土地質對施工的影響n n1.1.多年凍土隧道施工工藝高原多年凍土隧道工程可借鑒的經驗很少，多年凍土隧道施工工藝高原多年凍土隧道工程可借鑒的經驗很少，其核心在于盡量減少氣溫升高對凍土的影響，避免凍土融化壓縮下沉其核心在于盡量減少氣溫升高對凍土的影響，避免凍土融化壓縮下沉和凍脹力造成施工災害和運營隱患。和凍脹力造成施工災害和運營隱患。n n2.2.凍土的抗壓強度很高，其極限抗壓強度甚至與混凝土相當，凍土融凍土的抗壓強度很高，其極限抗壓強度甚至與混凝土相當，凍土融化后的抗壓強度急劇降低，所形成的熱融沉陷和下一個寒季的凍脹作化后的抗壓強度急劇降低，所形成的熱融沉陷和下一個寒5、季的凍脹作用常常造成工程建筑物失穩而難以修復。用常常造成工程建筑物失穩而難以修復。n n3.3.含水的松散巖體和土體，溫度降到含水的松散巖體和土體，溫度降到0 0時，伴隨有冰體的產生，這時，伴隨有冰體的產生，這是凍結狀態的主要標志，水結成冰時，體積增加約是凍結狀態的主要標志，水結成冰時，體積增加約9%,9%,使土體發生凍使土體發生凍脹，土凍脹時不僅原位置的水凍結成冰，而且在滲透力的作用下，水脹，土凍脹時不僅原位置的水凍結成冰，而且在滲透力的作用下，水分將從未凍區向凍結鋒面轉移并在那里凍結成冰，使土的凍脹更加強分將從未凍區向凍結鋒面轉移并在那里凍結成冰，使土的凍脹更加強烈。烈。n n4.4.土在6、凍結過程中由于水變成冰體積增大，并引起水分遷移、析冰，土在凍結過程中由于水變成冰體積增大，并引起水分遷移、析冰，土骨架位移，因而改變土的結構，在融化固結，從而引起局部地面的土骨架位移，因而改變土的結構，在融化固結，從而引起局部地面的向下運動，即熱融沉陷。向下運動，即熱融沉陷。凍土地區施工要點施工原則1.1.最大限度采用機械化施工最大限度采用機械化施工2.2.不追求單臺設備最先進，力求設備間合理匹配不追求單臺設備最先進，力求設備間合理匹配3.3.采用有軌運輸采用有軌運輸4.4.施工機械要與施工方法配套施工機械要與施工方法配套,動力先型以電力為主動力先型以電力為主5.5.單機選型要考慮質量可靠高效7、經濟合理，維修方便，組合配套時單機選型要考慮質量可靠高效、經濟合理，維修方便，組合配套時要考慮各設備間生產能力要匹配要考慮各設備間生產能力要匹配6.6.選型配套要與進度要求相適應選型配套要與進度要求相適應7.7.既要考慮高原機械工效降低，又要考慮設備配備的富余系數不宜過既要考慮高原機械工效降低，又要考慮設備配備的富余系數不宜過大大凍土地區隧道施工方法1.1.隧道施工爆破技術隧道施工爆破技術隧道爆破的方案總體是：隧道爆破的方案總體是：IVIV級圍巖采用全斷面爆破開挖方案，級圍巖采用全斷面爆破開挖方案，V V級圍巖采用正臺階級圍巖采用正臺階爆破開挖方案，炮眼的布置原則是：選擇合理的掏槽方式和掏槽8、位置；周邊眼按光面爆破開挖方案，炮眼的布置原則是：選擇合理的掏槽方式和掏槽位置；周邊眼按光面爆破參數布置；布置好周邊眼和掏槽眼后，在其之間均勻布置掘進眼爆破參數布置；布置好周邊眼和掏槽眼后，在其之間均勻布置掘進眼2.2.噴射混凝土支護技術噴射混凝土支護技術 濕噴混凝土作為一種成熟的施工支護技術在普通的山嶺隧道中得到廣泛的運用。但在濕噴混凝土作為一種成熟的施工支護技術在普通的山嶺隧道中得到廣泛的運用。但在高海拔高寒的多年凍土地區鐵路隧道施工中，高原高寒條件會對噴射混凝土支護施工高海拔高寒的多年凍土地區鐵路隧道施工中，高原高寒條件會對噴射混凝土支護施工工藝產生較大影響。工藝產生較大影響。通過對施工9、工藝、配合比、噴射工藝系統合理溫度，抗凍和早強等添加劑合理的摻和，通過對施工工藝、配合比、噴射工藝系統合理溫度，抗凍和早強等添加劑合理的摻和，工藝規程及技術條件、強度、抗凍融、與巖面的粘結強度等一系列試驗。驗證了濕噴工藝規程及技術條件、強度、抗凍融、與巖面的粘結強度等一系列試驗。驗證了濕噴混凝土支護在高原多年凍土隧道施工中的可行性。混凝土支護在高原多年凍土隧道施工中的可行性。3.3.模筑襯砌混凝土施工工藝模筑襯砌混凝土施工工藝高原多年凍土隧道模筑襯砌混凝土的施工有其特殊性。一方面，由于隧道地處高原多高原多年凍土隧道模筑襯砌混凝土的施工有其特殊性。一方面，由于隧道地處高原多年凍土區，在自然條件惡10、劣，高寒條件下，襯砌施工首先要解決的就是拌制合格的低年凍土區，在自然條件惡劣，高寒條件下，襯砌施工首先要解決的就是拌制合格的低溫早強耐久混凝土拌合物。另一方面，施工時既要保證混凝土澆筑所帶入的熱量較小，溫早強耐久混凝土拌合物。另一方面，施工時既要保證混凝土澆筑所帶入的熱量較小，以使水化熱溫升對圍巖凍土結構產生的破壞最小，又要保證混凝土澆筑后能在規定時以使水化熱溫升對圍巖凍土結構產生的破壞最小，又要保證混凝土澆筑后能在規定時間內達到抗凍臨界強度和拆模強度間內達到抗凍臨界強度和拆模強度4.4.防水隔熱層施工工藝防水隔熱層施工工藝隧道全斷面設防水隔熱保溫層，鋪設于模筑支護與二次模筑鋼筋混凝土襯砌之間11、，結隧道全斷面設防水隔熱保溫層，鋪設于模筑支護與二次模筑鋼筋混凝土襯砌之間，結構形式采用構形式采用“復合防水板復合防水板+隔熱保溫層隔熱保溫層+復合防水板復合防水板”。主要施工設備注意事項n n1.1.水泥選用。為了保證混凝土獲取足夠的早期強度，同時使混凝土具有較好水泥選用。為了保證混凝土獲取足夠的早期強度，同時使混凝土具有較好的可泵性，應優先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，強度等級的可泵性，應優先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，強度等級 32.5MPa32.5MPan n2.2.混凝土外加劑。根據混凝土需具備低溫、早強、耐久、耐腐蝕的要求，選混凝土外加劑。根據混凝土需具備低溫、早強、耐久、耐12、腐蝕的要求，選用用DZDZ系列低溫早強耐久耐腐蝕外加劑。系列低溫早強耐久耐腐蝕外加劑。n n3.3.混凝土拌制及運輸。采用集中攪拌站拌制混凝土，攪拌站設在保溫大棚內，混凝土拌制及運輸。采用集中攪拌站拌制混凝土，攪拌站設在保溫大棚內，為保證混凝土入模溫度在為保證混凝土入模溫度在101022范圍內。考慮運輸過程中和運至工地后泵范圍內。考慮運輸過程中和運至工地后泵送施工中混凝土熱量損失，通過熱工計算，確定混凝土出機溫度應保證在送施工中混凝土熱量損失，通過熱工計算，確定混凝土出機溫度應保證在13131515范圍內。范圍內。n n4.4.混凝土澆筑。由于高原缺氧，應盡可能采用機械化施工，襯砌混凝土采用混13、凝土澆筑。由于高原缺氧，應盡可能采用機械化施工，襯砌混凝土采用泵送及襯砌模板臺車施工。泵送及襯砌模板臺車施工。n n5.5.施工縫及伸縮縫。用鋼絲刷及除銹工具將基層混凝土表面的突出部分漿皮施工縫及伸縮縫。用鋼絲刷及除銹工具將基層混凝土表面的突出部分漿皮及松軟部分除掉，清除基層混凝土表面的污物，在上一環鋼筋混凝土襯砌立及松軟部分除掉，清除基層混凝土表面的污物，在上一環鋼筋混凝土襯砌立模時，通過鐵絲或鋼筋將橡膠止水帶一半固定在正確的位置，再將襯砌端頭模時，通過鐵絲或鋼筋將橡膠止水帶一半固定在正確的位置，再將襯砌端頭板安裝牢固，防止漏漿，灌注混凝土板安裝牢固，防止漏漿，灌注混凝土n n6.6.防水及14、隔熱保溫層防水及隔熱保溫層.復合防水板的接縫是防水層最薄弱的部分，必須保證接復合防水板的接縫是防水層最薄弱的部分，必須保證接縫有足夠的強度和可靠的防水性。在保溫板一面和復合防水板的縫有足夠的強度和可靠的防水性。在保溫板一面和復合防水板的PVCPVC膜面上膜面上均勻涂抹樹脂膠，待膠風干不粘時，將保溫板平整地粘貼在復合防水板上，均勻涂抹樹脂膠，待膠風干不粘時，將保溫板平整地粘貼在復合防水板上，保證拼裝平順，輕壓保溫板，使其粘接牢固。保證拼裝平順，輕壓保溫板，使其粘接牢固。風火山隧道洞身支護襯砌風火山隧道洞身支護襯砌風火山隧道結風火山隧道結構為復合式襯砌，構為復合式襯砌，采用采用5 5層先后施工層先15、后施工的隧道支護襯砌結的隧道支護襯砌結構形式；首次采用構形式；首次采用“防水板防水板+隔熱層隔熱層+防水保護層防水保護層”的的防水保溫結構形式。防水保溫結構形式。復合式襯砌風火山隧道洞內光面爆破效果為減少爆破后爆生氣體高溫對圍巖的影響，周邊眼采取在裝藥之間放置裝有Nacl鹽水炮泥進行封堵炮孔。水玻璃注漿保證山體結構對融凍泥巖地質，用水玻璃進行雙液注漿，首先穩定山體結構，待水玻璃與水泥漿凝固后，再謹慎開挖。凍土地區施工案例青藏鐵路風火山多年凍土隧道長青藏鐵路風火山多年凍土隧道長1338m1338m是世界是世界上海拔最高的凍土隧道。多年凍土上上海拔最高的凍土隧道。多年凍土上11.8m11.8m，凍16、土層厚達凍土層厚達100150m100150m，洞身全部位于凍土之中，洞身全部位于凍土之中，在施工過程中充分把握凍土的工程性質，采用注在施工過程中充分把握凍土的工程性質，采用注漿管棚，注漿錨桿，洞內光面爆破等開挖技術并漿管棚，注漿錨桿，洞內光面爆破等開挖技術并綜合運用粗顆粒土換填明洞覆蓋層，全長、全斷綜合運用粗顆粒土換填明洞覆蓋層，全長、全斷面設置多重保溫層，以及保溫、控溫、供氧、噴面設置多重保溫層，以及保溫、控溫、供氧、噴射混凝土、信息監控等多項技術，盡量縮小凍土射混凝土、信息監控等多項技術，盡量縮小凍土融化圈，使凍土隧道重建新的熱量平衡系統，滿融化圈，使凍土隧道重建新的熱量平衡系統，滿足了17、安全、優質、高效的建設要求。足了安全、優質、高效的建設要求。凍土地區施工案例在風火山打隧道，關鍵要解決圍巖熱融。為避免出現在風火山打隧道，關鍵要解決圍巖熱融。為避免出現塌方，鐵路建設者還創造性的采用獨創手法。塌方，鐵路建設者還創造性的采用獨創手法。在富冰凍土地段，采用大管棚加小管棚的雙層超前超在富冰凍土地段，采用大管棚加小管棚的雙層超前超強支護法，利用中空錨桿和加溫后的水泥漿錨注，使圍巖強支護法，利用中空錨桿和加溫后的水泥漿錨注，使圍巖上層形成一種相對穩定的環境。同時，實行上層形成一種相對穩定的環境。同時，實行“弱爆破，快弱爆破，快支護、快初襯支護、快初襯”，使富冰凍土區段得以安全通過。，使富18、冰凍土區段得以安全通過。對裂隙冰地質，采用對裂隙冰地質，采用“先搶格柵架，快焊鋼筋網，邊先搶格柵架，快焊鋼筋網，邊焊邊噴護焊邊噴護”的方法，取得了良好效果。的方法，取得了良好效果。對融凍泥巖地質，采取對融凍泥巖地質，采取“用水玻璃進行雙液注漿，首用水玻璃進行雙液注漿，首先穩定山體結構，待水玻璃先穩定山體結構，待水玻璃 即即 泡花堿泡花堿 與水泥漿凝固后，與水泥漿凝固后，再進行謹慎開挖再進行謹慎開挖”，從而制止融凍泥巖的塌落，保證了施，從而制止融凍泥巖的塌落，保證了施工的正常進行。工的正常進行。凍土地區施工案例n n1 1、高原多年凍土隧道施工制氧、供氧技術。研制建成的風火山隧道制氧站，氧氣、高19、原多年凍土隧道施工制氧、供氧技術。研制建成的風火山隧道制氧站，氧氣產量大于產量大于20m3/h20m3/h，氧氣濃度達到，氧氣濃度達到92%92%以上；提出了隧道掌子面彌散式供氧和隧道以上；提出了隧道掌子面彌散式供氧和隧道氧吧車供氧的新方法。氧吧車供氧的新方法。n n 2 2、研制了、研制了SDTKSDTK100100型高原隧道專用空調機組使隧道內的溫度控制在型高原隧道專用空調機組使隧道內的溫度控制在55之間，之間，保證了掌子面的凍土熱擾穩定及混凝土施工質量。保證了掌子面的凍土熱擾穩定及混凝土施工質量。n n3 3、首次研究了高原多年富冰凍土、凍巖條件下隧道濕噴混凝土施工技術及工藝，、首次研究20、了高原多年富冰凍土、凍巖條件下隧道濕噴混凝土施工技術及工藝，研制了低溫早強抗凍復合型速凝劑，使噴砼在負溫下迅速凝結硬化，達到抗凍臨界研制了低溫早強抗凍復合型速凝劑，使噴砼在負溫下迅速凝結硬化，達到抗凍臨界強度。強度。4 4、研究總結了多年富冰凍土淺埋段開挖、支護成洞施工技術。、研究總結了多年富冰凍土淺埋段開挖、支護成洞施工技術。n n5 5、首次采用、首次采用“防水板防水板+隔熱層隔熱層+防水保護層防水保護層”的防水、保溫結構形式，沿隧道全長的防水、保溫結構形式，沿隧道全長全斷面鋪設，形成隧道二次襯砌完全和地層隔離；保溫復合結構的全斷面鋪設，形成隧道二次襯砌完全和地層隔離；保溫復合結構的“無釘21、法鋪設無釘法鋪設”施工新工藝，確保風火山隧道不滲、不漏。施工新工藝，確保風火山隧道不滲、不漏。n n6 6、研究低溫耐久性混凝土施工技術，成功解決了低（負）溫條件下混凝土硬化初、研究低溫耐久性混凝土施工技術，成功解決了低（負）溫條件下混凝土硬化初期不被凍壞，且強度持續增長的難題；取得了一整套在嚴酷條件下混凝土的施工方期不被凍壞，且強度持續增長的難題；取得了一整套在嚴酷條件下混凝土的施工方法及養護工藝。法及養護工藝。n n7 7、首次研究了高原多年凍土隧道施工機械設備的選型、合理配套技術及維修保養、首次研究了高原多年凍土隧道施工機械設備的選型、合理配套技術及維修保養方法，為風火山隧道的順利建成提22、供了保障。方法，為風火山隧道的順利建成提供了保障。n n8 8、通過對溫度、壓力、變形、凍融圈等施工信息的監測，根據數據指導施工，保、通過對溫度、壓力、變形、凍融圈等施工信息的監測，根據數據指導施工，保證風火山隧道施工質量控制，提出了一套高原多年凍土隧道信息化施工方法及工藝。證風火山隧道施工質量控制，提出了一套高原多年凍土隧道信息化施工方法及工藝。n n 9 9、首次采用鹽水水炮泥封堵炮孔的技術措施，達到降低工作面溫度和降塵的效果，、首次采用鹽水水炮泥封堵炮孔的技術措施，達到降低工作面溫度和降塵的效果，測試分析，在凍土邊坡中的最大爆破振動速度控制在測試分析，在凍土邊坡中的最大爆破振動速度控制在2 25cm/s5cm/s為宜，在隧道掘進為宜，在隧道掘進中對圍巖最大爆破振動速度控制在中對圍巖最大爆破振動速度控制在5 510cm/s10cm/s為宜。為宜。