7. 武夷山隧道施工技术

• 正洞反坡施工段于掌子面设临时集水井，由WQ50-20污 水泵将水抽至临时集水坑，经沉淀后由WQ70-40污水泵 将水抽至斜井底部的集水井；随着隧道的掘进，分别按间 距300m设置20 m3～40 m3集水坑，并采用WQ70-40污 水泵接力；正洞顺坡地段采用自然排水，洞内渗水沿隧道 水流顺排至斜井底部的集水池，之后由斜井排水系统将水 排至洞外。 • 斜井按间距550m、高差50m设三级泵站提水。在斜井底 部设容量为200 m3的集水井，收集正洞及550 m斜井渗水， 采用3台GMZ100-70-80渣浆泵，每小时正常排水量240 m3，扬程56米，将水提升至第二纺泵站集水井。第二泵 站、第三泵站设容量为200 m3的集水井，接力下游水和 收集斜井的洞内水，采用3台GMZ100-70-80渣浆泵站接 力，每小时正常排水量240m3，扬程56米，将水提升出洞。
工法名称 全断面法
台阶法
围岩破碎，台阶法开挖掌子 不需开挖台架，不受台阶 面或侧壁不能自稳，降低断 步距影响，转换工法方 作业空间小，工序和 三台阶七步法 面高度利于围岩自稳或加强 便，机动性强，利于较短 干扰多。 支护操作。 区段的施工。
3.2 全断面转换三台阶七步法
• 全断面转换三台阶七步法分三个阶段： • 第一阶段：利用全断面开挖台架上层开挖上台阶①步，并根据围岩自稳情 况设置核心土； • 第二阶段：当①步掘进3～5m时，利用全断面开挖台架中层开挖②、③步， ①、②、③步碴块直接弃置于上台阶，迅速形成20～30m长的中台阶，便 于大型设备装运碴作业。 • 第三阶段：当中台阶长度大于30m时，开挖下台阶，拖后施作仰拱及二次 衬砌，形成封闭循环； • 第四阶段：当①步围岩变化，能够达到全断面自稳时，逐步停止①～⑦步， 形成全断面施工。 • 3.3 工法转换要素 • ①通过设计资料、超前地质预报情况判定前方围岩区段长度； • ②在前方不良围岩长度小于60m的情况下，通过围岩自稳情况判定，确定 全断面法和三台阶七步法，原则上尽量采用转换工法时间较长的台阶法； • ③在监控量测分析的支持下，延长中台阶长度，创造大型设备装运碴条件。 • 4、斜井工区通风
4.4 巷道风的流态观测分析 污浊空气在巷道中自然外排过程中，受洞内作业车辆和侧壁摩擦 阻力影响，各断面的风速产生很大变化，在施工过程中，对断面 各个部位的风速进行了测量，示意如下：
隧道自然风流监测断面
• 隧道回风断面监测的自然风流的状态，其流速如下：
隧内回风断面流速统计表
测点 1 2 3 4 5 流速（m ） 0. 5 0. 55 0. 45 0. 25 0. 2 /s 6 7 8 9 10 0. 2 0. 15 0. 05 0. 05 0. 05
• 4.1 通风第一阶段 • 第一阶段采用压入式通风，斜井洞口设一台2×115kw轴 流风机，通过直径1800mm风筒压入，供风距离2000米， 为加强外排风速，减少因车辆通过活塞作用造成的风阻， 在斜井底和中部增加3台22kw射流风机导风。 • 4.2 通风第二阶段 • 第二阶段采用压入式接力通风，在2000米处增加1台 2×55kw轴流风机，通过直径1500mm风筒向掌子面供风； • 4.3 通风第三阶段 • 第三阶段在进口与李家斜井贯通后，采用巷道结合压入式 通风，由进口正洞作为新鲜空气压入通道，由斜井作为污 浊空气排出通道，为防止空气混流，在压入风机前方设一 风帘，阻挡污浊空气进入风机。
二、施工技术总结 1、武夷山隧道施工示意图
进口里程 D K 210+ 923
坊 16 上 斜 02 m 井
贯通里程 (D K 213+ 400)
主贯通里程 (D K 216+ 075)
分界里程 (D K 219+ 911)
2477m
100m
副攻方向
井 斜 家 m 李 00 11
主 攻 方 向 2575m
向浦铁路武夷山隧道施工技术
中铁三局集团有限公司 2010.9.9
• 一、工程简介
• 武夷山隧道地处江西省黎川县及福建省建宁县境内，按双线单洞设计，全长 14.659公里，是向莆铁路重要控制工程之一，其中位于JX－4B标段的8.988 公里由中铁三局集团有限公司承建。现由我就管段内隧道施工情况做一简要 总结，供大家交流，请多提宝贵意见！ • 隧道位于剥蚀中低山区，埋深18～350米，主要有上太古界天井坪组上、下段 变粒岩、变粒岩夹片岩，晚侏罗里地单元花岗岩及志留系朱地单元花岗岩， 此外尚有酸性细粒花岗岩呈脉状产出，极少量第四系坡洪积层。进口位于NW 向冲沟的NE侧斜坡上，自然坡度15～25度，表层为发育残坡积粉质粘土夹碎 石，厚1～7m，下为全～弱风化变粒岩，全风化层8～15米，风化成砂土状。 洞身除断层带、浅埋部位划分为IV、V级围岩外，其余为弱风化侵入岩、变粒 岩。 • 隧道分进口、李家斜井、坊上斜井三工区四作业面施工（见附图），施工过 程中，采用了双侧壁导坑法、三台阶七步法、台阶法以及全断面法开挖、整 体衬砌台车一次模筑砼、压入式通风、反坡阶梯排水等施工方法。 • 进口承担2477米正洞施工，主要难点为洞口段强风化浅埋偏压，通过对三台 阶七步开挖法的调整，有效解决了施工困难，目前已掘进1850米；李家斜井 承担1100米单车道斜井和2575米正洞施工，主要难点是斜井通风和频繁交替 的围岩变化引起的施工方法转换，分别采取了先压入后巷道的通风方案和以 全断面和三台阶七步法为主的开挖方案，有效解决了困难，目前已掘进正洞 1200米；坊上斜井承担1602米双车道斜井和3836米正洞的施工，主要难点是 洞身通过的几处富水地段反坡抽排水，目前已完成正洞掘进1700米。
• ②在台架中层以上安设导流风机，加快回风主通风的风速 和流量； • ③改善光面爆破和初期支护的平整度，特别是中上部的平 整度，减少回风主通道的阻风系数，提高风速和通风量。 • 5、斜井排水 • 5.1 洞内渗水概况 • 坊上斜井全长1602m，综合坡度9.54%，洞口与洞底高差 152米，隧内涌水来源主要为两处向斜轴部和F2、F2-1断 层的强富水区，施工图设计涌水量为171 m3/h，方案设计 按最大涌水量240 m3/h考虑。 • 5.2 排水方案
• • • • •
通过回风巷道风速统计分析，隧道断面顶部风速最大，而中 层风速折损将近50%，下层风速折损更为严重。折损原因如下： ①中层中部断面受隧内行车活塞作用，回风流速受阻而减弱， 边墙部位受行车活塞作用较弱，风速折损稍小； ②下层受行车活塞作用最大，回风风速基本全部折损。 通过以上统计及原因分析，总结在回风巷道管理的重点应在如 下几个方面： ①尽量减小衬砌台车、辅助台架上层、中层围护物的阻风系数， 改密布网为粗眼网；
•
附表1
常用工法优缺点对比
适用环境 优点 缺点 围岩完整，掌子面和侧壁能 作业空间大，工序和干扰 临空面大，围岩自稳 够自稳。 少，便于施工组织。 能力差时，易坍塌。 围岩稍破碎，全断面开挖掌 需拼装台阶开挖台 作业空间较大，工序和干 子面或侧壁不能自稳，降低 架，需形成一定长度 扰较少，便于施工组织， 断面高度后能够自稳，施工 的台阶步距后方能正 利于较长区段的施工。 区段较长。 常循环。
M3/h
1 渣浆泵 80
m
70
kw
55
台
9
台
3
2
3 4 5
污水泵
污水泵 无缝钢管 无缝钢管
50
70 φ100mm
20
40 φ200mm
5.5
13
1
3 2000 1700
2
2 1700 0
• • • •
5.3 设备配置参数要求 ① 设备配置一般以设计出水量的1.0～1.5倍考虑； ② 水泵的流量和扬程一般按设备出厂参数的0.8考虑; ③ 排水管的最小管径一般以大于水泵出水口径的1.25倍考
• 2.3 调整后的效果 • 通过调整,有效解决了不均匀围岩的开挖方法矛盾，加强 了机械扒碴装碴力度，由原来的每天一个施工循环提高到 了每天三个施工循环提高了施工效率。 • 3、施工过程中的开挖工法转换 • 3.1 常用工法对比与选用 • 本隧洞身围岩多以IV级断层破碎带和II级变粒岩交替出现， 且IV级围岩多为30～50m长的断层影响带。在施工过程中， 对全断面法、台阶法、三台阶七步法的优缺点进行分析对 比(见附表1)，结合现场实际情况，确定了以全断面与三台 阶七步法为主的工法转换思路。
• 6.2 远红外线探水 • 通过远红外线探水，能水对隧道轮廓产生的外力情况。 • 6.3 地质素描 • 通过地质素描,能够直观地分析洞壁外侧的节理延伸情况， 确定最不利构造的位置，通过对该部位的监控量测，能够 准确掌握隧道最薄弱环节的变形情况，避免坍塌事故的发 生。 • 7、隧道人员管理系统的应用 • 隧道人员管理系统在隧道洞口、特殊区域作业面等重要位 置安装无线数据接收器，通过对隧道施工人员随身携带人 员标识卡识别，经信号处理、分析，输送给值班室的计算 机，实现隧内人员的自动化统计和动态管理。
• 虑；同时，为减少排水损耗，排水管径的过水能力一般不 大于最大需求排水量的1.5倍。 • ④ 直径100mm的排水管正常过水能力为80m3/h，其他管 径可按截面积对应换算。
• 6、超前地质预报、围岩判别与监控量测的结合，克服监 控量测盲区 • 监控量测通过对围岩变形的监测，能够细致分析围岩变化 过程，是防止隧道坍塌的最有效手段。从其他隧道工程坍 塌的个例分析，隧道在坍塌前并不是监控量测采集的数据 不准确，而是监控点没有准确布设在围岩稳定的最薄弱部 位，因此，通过超前地质预报、围岩判别，确定监控布点 位置，是监控隧道安全的关键。 • 6.1 TGP12长距离地质预报 • 通过TGP12长距离地质预报能够有效地对前方200米、洞 壁外侧30米内的宏观构造情况，确定洞壁外侧的较大外力 因素。
隧道人员管理系统平面布置示意图
• 通过自动化统计和动态分析，能够及时动态掌握隧道施工 人员的进出情况，准确掌握进入隧道的人员总数和具体人 员情况，准确掌握隧道内特殊区域的人员总数和具体人员 情况，据此可以推断生产是否有序、人员是否到位、监测 检验人员工作是否正常等，为施工生产安全管理提供数据 统计，是现代信息技术在隧道施工管理过程中的新应用。 • 以上是我经理部在向莆铁路武夷山隧道施工中的一些总结 和心得，借本次技术交流会平台抛砖引玉，请各位专家多 提宝贵意见，谢谢！！ •
主 攻 方 向 2326m
副 攻 方 向 1510m
• 2、三台阶七步开挖法在不均匀围岩中的应用
• 在武夷山隧道洞口浅埋段施工过程中，隧道断面上部为粉砂土 状全风化层，中下台阶为弱风化侵入岩、变粒岩，常规三台阶 七步法开挖施工到了一定的限制，经理部对既有工法进行了分 析改进。 • 2.1 施工中存在的困难 ①因围岩为风化砂和弱风化岩层结合，需采用弱爆破辅助开挖， 核心土的留置影响了掏槽并增大了周边的扰动； ②核心土的留置影响了机械扒碴装碴作业，大大消弱了机械作 业作用； ③中下台阶为弱风化岩层，上台阶为风化砂，中上台阶的两侧 台阶爆破对上台阶钢架和围岩产生很大扰动。
• 排水管路采用一根直径200mm无缝钢管，法兰盘连接。斜 井底部两级泵站采用洞内电力，上部的泵站采用洞外电力。 于斜井第一级泵站和第二级泵站中间设置500KW发电机作 为备用电源。第三级泵站由洞外的备用电源供电。 • 排水设备配置如下表：
规格 序号 设备名称 水泵流量 扬程 功率 正常配置 数量 应急备用 数量