复杂地质条件下特长隧道施工技术研究申报书

课题申报书

一、课题需求分析

1.课题研究意义

国道G577精河至伊宁县公路工程项目，该项目特长隧道15254米/2座，其中北天山隧道全长12100m，苏布台3#隧道全长3154m。

北天山隧道主体地处北天山造山带核部，出露地层较老，地质构造较复杂，地层变形较强烈，褶皱发育，地层倾角一般为50-60°，地层走向变化快，断层也较发育，隧道经过三条区域性断层，分别为F14、F15、F16，形成时代老，隧道延伸方位基本垂直于地层走向，与断层呈大角度斜交关系。该工程主要为基岩孔隙裂隙、岩溶裂隙水，以碳酸盐岩岩溶裂隙水为主要类型，富水性强，局部地段地下水具承压性。该段主要不良地质现象主要为泥石流、滑坡。根据收集资料及调查精伊霍铁路北天山特长隧道施工及运营状况，对该隧道进行涌水量预测，其正常涌水量为128000m3/d。

苏布台3#隧道进口采用端墙式洞门，出口采用明洞式洞门。隧道洞身段围岩主要为强-中风化砾岩，基岩节理裂隙发育，岩体破碎-较破碎，自稳能力差，隧道开挖后处理不当易发生坍塌，雨季施工洞室会有渗水现象。隧道出口浅埋段围岩主要为粉土、砾石及强风化砾岩，粉土及砾石为坡洪积形成，松散-稍密，岩体破碎、自稳能力差，隧道开挖后易产生坍塌，侧壁易失稳。

特长隧道工程项目，且项目位于新疆地区，地质条件复杂，施工难度大，技术含量高，安全风险高。

同时在软弱围岩的高地应力作用下、断层破碎带的松弛变形以及挤压或膨胀变形，都会引起隧道围岩的大变形，极易发生岩爆，引起大塌方，伴随大规模涌水，如果不加控制或控制不及时，就会造成不可预计的安全风险。

近年来，隧道施工事故频发，常规的围岩检测不能做到实时检测，实时指导现场施工。而通过信息化监控手段，能有效地对隧道围岩时行监测，实时监控进洞作业的人员、机械设备的分布和空间位置，确保施工安全。

针对项目特长隧道复杂的地质条件，有必要对特长隧道施工进行技术研究，确保项目安全、顺利完成，同时形成一套适宜的，行之有效的、全面成熟的隧道施工技术，为今后隧道施工提供借鉴，实现标杆引领。

2.相关领域国内外技术现状、发展趋势

（1）特长隧道施工组织管理

随着中国公路、铁路事业的大发展，隧道施工组织管理也日趋成熟，但这些隧道大多数都是短隧道或中长隧道，涉及到的特长隧道很少，穿越断裂带富水大应力特长隧道更是少有涉及。

随着中国一带一路规划战略和中西部大发展战略的实施，今后施工中，会遇到越来越多的特长隧道，因此，根据现有的隧道施工组织管理知识，结合本工程的实际情况，总结出特长隧道施工组织协调管理、资源配备及施工工效等一系列技术资料，对日后类似特长隧道施工提供巨大的管理和技术上的支持。

（2）特长隧道不同围岩类别施工工艺研究

针对特长隧道不同围岩类别，根据隧道不同的施工工艺与掘进方法，从施工安全、施工效率方面着手，总结一套适宜的，不同围岩类别的行之有效的、成熟的隧道施工工艺，为今后隧道施工提供借鉴。

（3）特殊地质条件下特长隧道施工技术研究

隧道涌水、突泥、涌砂一直隧道施工中的关键技术难题之一，国内外对此做了大量的研究工作，包括超前地质预报、注浆加固、泄压引流、截排结合等，对这些技术难题有了一定的处理措施。

该工程主要为岩溶裂隙水，以碳酸盐岩岩溶裂隙水为主要类型，富水性强，对该隧道进行涌水量预测，其正常涌水量为128000m3/d，同时隧道处于破碎断裂带等不良地质发育，溶雪期间破碎断裂带容易发生大规模涌水、突泥、涌砂情况。

工程地质构造较复杂，地层变形较强烈，褶皱发育，地层走向变化快，断层也较发育，破碎断裂带较多，破碎带施工不当容易造成施工安全事故。

软弱围岩的高地应力下作用、断层破碎带的松弛变形以及挤压或膨胀变形，都会引起隧道围岩的大变形，变形初期不仅变形的绝对值很大，变形速度也很大，极易发生岩爆，引起大塌方，伴随大规模涌水，如果不加控制或控制不及时，就会造成不可预计的后果。

国内对于岩爆和大变形的防治已经有了一定的研究，比如加固围岩、改善围岩应力条件、改变围岩性质、超前打孔减小应力、完善施工方法等，但仍需加强该方面技术的标准性、规范性及系统性。

在以往技术研究的基础上，结合本工程的实际情况，形成一套针对特殊地质条件下特长隧道施工技术，以保证该工程和以后类似工程安全、顺利施工。

（4）特长隧道洞内施工环境控制研究

北天山隧道设计正常涌水量128000m3/d，施工过程中涌水排放问题是影响隧道施工的关键因素之一，尤其两座斜井反坡排水距离长、涌水量大，这是在其他类似公路隧道中很少遇见的，抽水设备选用、配置及过程管理不当，极有可能造成淹井等事故。

北天山隧道进口独头掘进距离长达3.5公里以上，斜井独头施工约4公里，过程中施工通风是关键，洞内施工环境主要是粉尘、机械设备尾气等污染，确定合理的通风方案，既能保证洞内施工环境优良，确保施工进度，也能大大节约用电。

特长隧道施工照明是施工保证的重要影响因素，如何确保特长隧道照明及应急措施是需要总结研究的一项课题。

北天山隧道作为全局首次施工的最长隧道，结合局标杆工地实施要求，怎样在特长隧道洞内管理，为类似工程提供标杆指引。

（5）特长隧道信息化监控技术研究

特长隧道信息化监控技术，包括人员安全、围岩监测、施工进度、灾后应急响应与救援等一系列信息技术。隧道施工过程中采取人员、设备定位技术，能实时监控进洞作业的所有人员、机械设备的分布和空间位置，便于施工管理和灾后救援实施。

近年来，隧道施工“关门”事故频发，多数是仰拱开挖时边墙收敛下沉引起的，常规采用的围岩检测不能做到实时检测，不能起到指导现场施工的作用。因此，在仰拱施工时采用一种实时监测设备，能有效解决这一问题，大大减少隧道施工过程中围岩收敛变形造成的塌方、“关门”事故。

随着科技的不断发展，隧道施工的视频监控系统、人员识别及定位系统、监控量测系统及应急响应系统也都得到了快速的发展。但各系统的发展仍不完善，且各系统发挥作用的协同性并不理想。