[分享]四川公路隧道工程建造关键技术

发表于2021-01-09     380人浏览     2人跟帖     总热度:1206  



内容提要
一、四川公路隧道发展简况
四川公路建设蓬勃发展,隧道体量不断增多、隧道建设不断向周边山区发展且呈现出“长、大、高、深”的特点,隧道建设者们取得了宝贵的建设经验和骄人的成绩。
二、复杂环境隧道工程建设关键技术
1、IX度地震区隧道抗震减震技术;
2、不良地质隧道快速施工技术;
3、高寒区隧道施工防护技术;
4、长大直径隧道建造技术。
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一、四川公路隧道发展特点
四川国土面积48.6万km²。2019年底已建成国省干线33.3万公里,其中高速公路7532公里。2020年底高速公路将突破8000公里。远景规划16100公里(2035年)高速公路。
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四川地跨四川盆地、秦巴山区、横断山脉、云贵高原、青藏高原等,山高沟深,公路隧道特点归纳为:
1、多:隧道多
2、长:隧道长
3、大:大跨径
4、高:高海拔
5、深:大埋深
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特点一:隧道数量多,占路线比例越来越大
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公路建设不断向盆地周边发展,隧道增量很快。
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隧道占路线比例超高50%。
特点二:超特长隧道不断涌现
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四川公路隧道统计:公路隧道总量:1451座/1937Km,特长隧道数量:148座/741Km。
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成都至汶川第二快速通道,彭汶高速龙门山隧道长24.6公里。
特点三:大跨径隧道逐步增多
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随着双向六车道、八车道高速公路建设,加之地下互通式立交出现,大跨径公路隧道逐年增多。
特点四:高海拔特长隧道多
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特点五:隧道埋深大
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运营:2011年建成的锦屏电站隧道,长度17.1公里,埋深2375m,当今世界上通车的最大埋深公路隧道。
在建:峨汉高速公路大峡谷隧道,长度12.1公里,埋深1944m。
规划:彭州~汶川高速公路龙门山隧道,长度24.6公里,埋深超过2500m。

二、复杂环境隧道工程建设关键技术
1. IX度地震区隧道抗减震设防技术
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受安宁河、鲜水河、龙门山断裂影响,沿江、川藏、雅康、汶马等,隧道抗震设防等级达到IX度。
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▲四川部分高地震烈度公路
IX度设防区:设计地震动峰值加速度为0.40g(392cm/s² ),特征周期0.45s。
面临问题:如何提高结构抗震性能?如何发挥隧道围岩抗震优势?
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受地震影响隧道洞口掩埋
注:当地震加速度值为2.5~8厘米/S2 时,多数人可以感到;达到25~80厘米/ S2 时,房屋强烈摇动。
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达到的效果:保证隧道全寿命周期安全有效。
2. 不良地质隧道快速施工技术
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2.1 岩爆
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重要指标:
  • 最大主应力25Mpa+
  • 强度应力比:Rc/σmax最低仅1.91
  • 强岩爆
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岩爆现场
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问题:施工风险高、洞内人员担惊受怕、施工进度慢。
常规措施:光面爆破;钻孔泄压、喷水降压;加强支护。
创新措施:微震监控预警,判定岩爆地点;将传统拱架挂网改变为锚杆+柔性防护网。
成效:保障施工安全;提高掘进速度,最大达150米/月。
2.2 大变形
案例:
1、广甘高速杜家山隧道,长度1825米,2014年通车;
2、绵茂路蓝家岩隧道,长度8149m,埋深1800m,在建。
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特征:
(1)岩性,娟云母千枚岩,遇水易软化;
(2)穿越龙门山中央活动断裂带,百年断层位错量超过100cm;
(3)建设期余震频繁;
(4)大埋深,地应力大。
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支护措施:双层钢架柔性支护;长系统锚管注浆加固(长12m)。
施工措施:台阶法+侧壁导坑先行;预留变形量动态调整。
成效:避免了侵限换拱;降低了处治费用;保障施工安全,进展顺利。
2.3 高瓦斯
攀枝花~大理高速公路宝鼎二号隧道,长度8762m,高瓦斯突出隧道,已经建成。
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(1)隧道穿越煤层72道,最厚11.4m;
(2)瓦斯定量检测结果:绝对瓦斯涌出量达14.7m3/min,瓦斯压力3.6MPa;
(3)瓦斯突出段落长达1260米。
主要问题:风险高、难度大、功效低
传统手段:加强超前预报;加强通风;瓦斯自动监测检测;电气和设备防爆改装。
创新手段:改进瓦斯抽放钻孔恒压结构;改进高速水力切割装置;改进炮眼装药推送方法;采用短段掘砌法施工竖井。
创新措施一:改进瓦斯抽放钻孔恒压结构
  • 传统的瓦斯抽取技术,是开孔后将管路集成管理,但某些孔位不易集成,存在偏僻点孔位和安全隐患。
  • 改进瓦斯抽放钻孔恒压结构后,解决了管路集成管理和压力控制问题,可以有效防止内部压力过大而导致安全事故。 
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创新措施二:改进高速水力切割装置
  • 传统水力切割开采技术存在的问题:碎屑会阻碍高速水砂混合液的切削效果;不能多向切削,导致切削动能浪费。
  • 改进高速水力切割装置后,能够多向切削。

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创新措施三:改进炮眼装药推送方法
  • 传统的炮眼推药,一般是将致裂器固定在孔内爆破,爆破过程中会有大量能量外溢,造成爆破效果折损。
  • 改进炮眼装药推送方法后,可以将致裂器约束在爆破点,可以扼制气量流失,实现聚能,使得致裂器压力正向分裂,达到定向爆裂效果。
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2.4 涌水突泥
案例:
1、南大梁高速公路华蓥山隧道,长度8159 m,竖井井深342m,2016年建成通车;
2、垫邻高速明月山隧道,长度6557m,2008年建成通车;
3、沐新路五指山隧道,长度3911m,2008年建成通车。
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(1) 最大涌水量超过15万方/d;
(2) 底板平均涌水量为8.3万 m3/d ;
(3) 洞口平均排水量为10.3万 m3/d;
(4) 仰拱处水头高度约7m;
(5) 隧道构造复杂,节理裂隙。
主要问题:
(1)水量大,水压高,堵水困难。
(2)坍碴体内顶水作业施工安全风险极高。
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技术措施:
(1)全断面高聚物水泥基复合注浆堵水技术。
(2)顶水作业快速安全施工防护与管理技术。
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成果:1本专著、4个专利、工法2套。
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2.5 岩溶
川南喀斯特地貌区,存在许多大型岩溶,比足球场还大。
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面临问题:
(1)洞壁稳定性差,施工风险高
(2)溶蚀洞室形态大、处治范围广
(3)岩溶与隧道空间关系多变,处治措施复杂
(4)准确查明溶腔形态困难
技术措施:
(1)采用三维激光探明岩溶空间形态
(2)采用回填暗挖工法保障施工安全
(3)采用护拱半明半暗工法顺利通过“老虎嘴”溶腔
(4)采用先套后衬法应对溶洞内高填路基沉降
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3. 高寒区隧道施工防护技术
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川西藏区面积为全省49%,公路项目众多。
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▲川藏公路地势示意图
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“三高区”隧道建设面临的问题:低气温、低气压、低含氧
四川高海拔隧道修建技术持续创新
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隧道施工面临的问题:
  • 结构防护要求高
  • 机械设备功效降低
  • 隧道施工环境差
  • 施工防护措施费用贵
  • 作业人员健康影响大
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施工技术成果:
(1)隧道结构保温防冻技术
(2)混凝土防寒抗冻施工技术
(3)高海拔长大隧道施工通风技术
(4)机械设备效能提高配套技术
(5)人员健康保障系统
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4. 长大直径竖井快速建造技术
案例:
巴陕高速米仓山隧道,长度13.8Km,竖井井深435米,直径9米,2018建成通车;
攀大高速宝鼎2号隧道,长度8762米,竖井井深228m,直径9.6米,2019年建成;
南大梁华蓥山隧道长度8159 m,竖井井深353m,直径8m,2016年建成。
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面临的问题:如何快速?如何降低风险?
传统方式:
1、复合式衬砌断面;
2、长段单行掘砌,自上而下钻爆掘进,施做喷锚支护,开挖成井约30m,又自下而上施做模筑砼二次衬砌。
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存在问题:
1、工序交替且复杂,施工效率低,月进尺不到30m;
2、初期喷锚支护井壁面凸凹不平,壁面与吊盘间隙大,易通过间隙坠物伤人。
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 改进措施:
1、在公路行业竖井首次采用单层模筑砼衬砌;
2、采用大型吊装设备,吊桶、模板等能起降自如且高速,多臂伞钻、抓岩机甚至装载车等设备能在井下同时作业;
3、采用短段掘砌法,开挖4米就采用整体式模板施做衬砌。
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 发表于2021-01-12   |  只看该作者       筑龙币+10

3

没接触过隧道,感觉隧道难度大风险大。蜀道难,难于上青天!

 发表于2021-01-23   |  只看该作者       筑龙币+10

4

正在收听四川省交通科技成果讲座!

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