《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第三部分隧道《極寒富水圓礫區(qū)小斷面長(zhǎng)隧道冬季快速施工關(guān)鍵技術(shù)》?

本期項(xiàng)目簡(jiǎn)介

完成單位: 中鐵十六局集團(tuán)有限公司、 中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司

主要完成人: 龐拓、 郭慶、 李海波、 趙春生、 傅一棟、 郝德亮、 黎祥、 雷陽(yáng)、 周志順、 王鴻

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　(一)項(xiàng)目背景

　　隨著近十幾年來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,我國(guó)隧道工程的建設(shè)規(guī)模和科學(xué)技術(shù)水平有了飛速發(fā)展,成功地修建了一大批長(zhǎng)度長(zhǎng)、斷面大、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜的隧道工程,迅速提升了我國(guó)隧道工程設(shè)計(jì)及建造水平,使我國(guó)隧道及地下工程修建技術(shù)整體處于國(guó)際先進(jìn)水平。由于每個(gè)隧道影響因素不盡相同,不同專(zhuān)家、學(xué)者針對(duì)不同地質(zhì)、地形及水文、氣候條件進(jìn)行了許多研究,并形成了諸多成果。但是隧道工程建設(shè)依然會(huì)因個(gè)體的不同面臨著諸多新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

　　本課題就是要研究解決極寒富水圓礫區(qū)小斷面長(zhǎng)隧道冬季快速開(kāi)挖綜合施工關(guān)鍵技術(shù),為類(lèi)似項(xiàng)目提供借鑒。

　　(二)技術(shù)概況

　　(1)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新及管理創(chuàng)新,應(yīng)用極寒富水圓礫區(qū)微斷面長(zhǎng)隧道冬季快速開(kāi)挖綜合施工技術(shù),大大縮短了工期,安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成了隧道施工任務(wù)。

　　(2)采用改進(jìn)的長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)進(jìn)行高壓旋噴止水幕墻施工,有效解決了富水圓礫石地層“鉆不動(dòng)冶“成孔難冶“質(zhì)量差冶的問(wèn)題,確保了止水帷幕優(yōu)質(zhì)高效完成,保障了富水區(qū)軟弱圍巖隧道安全進(jìn)洞,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)省了勞動(dòng)力,并加快了施工速度。

　　(3)采用“暖棚+外纏繞伴熱帶冶技術(shù)有效解決了隧道冬季施工問(wèn)題,并在高壓旋噴攪拌樁、初支混凝土等結(jié)構(gòu)施工中有效防凍害,確保了成品混凝土在拌和、運(yùn)輸及澆筑過(guò)程的溫度控制及實(shí)體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

　　(4)采用“長(zhǎng)螺旋高壓旋噴+袖閥管注漿冶技術(shù)有效解決了軟弱圍巖淺埋隧道圍巖物理特性,并按照芋級(jí)圍巖進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)與施工,實(shí)現(xiàn)隧道的“軟隧硬打冶。

　　(5)采用簡(jiǎn)易輪式開(kāi)挖臺(tái)車(chē)進(jìn)行隧道開(kāi)挖,有效解決了微斷面隧道無(wú)法應(yīng)用常規(guī)大型機(jī)具設(shè)備快速開(kāi)挖問(wèn)題;采用安裝了簡(jiǎn)易定位裝置的風(fēng)槍精準(zhǔn)控制了外插角,有效解決了隧道超欠挖問(wèn)題;采用“扒渣機(jī)+農(nóng)用自卸車(chē)冶有效解決了微斷面隧道大型出渣設(shè)備無(wú)法轉(zhuǎn)身、出渣困難問(wèn)題。

　　(6)采用與專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)合作,對(duì)一線管道附近的隧道掘進(jìn)爆破振動(dòng)實(shí)施跟蹤監(jiān)測(cè),根據(jù)爆破振動(dòng)衰減規(guī)律測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,優(yōu)選斜眼掏槽為直眼掏槽,有效解決了近接運(yùn)營(yíng)油氣管線鉆爆法施工微斷面隧道施工安全問(wèn)題。

　　(三)適用范圍

　　該技術(shù)廣泛適用于鐵路、公路、地鐵、市政等多個(gè)工程建設(shè)領(lǐng)域,尤其適用于常規(guī)大型工裝設(shè)備無(wú)法使用的極寒富水圓礫區(qū)小斷面隧道施工,解決了小斷面隧道受作業(yè)空間狹小、掏槽眼受?chē)鷰r夾制作用明顯、爆破開(kāi)挖效果差以及近接施工時(shí)爆破振動(dòng)影響較大等問(wèn)題。

　　(四)獲獎(jiǎng)情況

　　2020年度“中國(guó)交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)冶。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　　(1)采用長(zhǎng)螺旋高壓旋噴攪拌咬合排樁施工技術(shù)有效解決圓礫石地層止水幕墻成樁困難問(wèn)題,其雙液漿旋噴攪拌樁形成的帷幕結(jié)構(gòu)既是止水結(jié)構(gòu),又是圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

　　(2)采用“豎向高壓旋噴攪拌樁+袖閥管注漿復(fù)合加固冶技術(shù)對(duì)富水圓礫石層進(jìn)行改良,改善圍巖物理力學(xué)性質(zhì),改良后的軟弱圍巖按照芋級(jí)圍巖進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)與施工。

　　(3)近接運(yùn)營(yíng)油氣管線鉆爆法施工小斷面隧道施工技術(shù),針對(duì)隧道近接既有一線原油管線問(wèn)題,通過(guò)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè),研究適合的鉆爆方案。

　　(4)小斷面長(zhǎng)隧道冬季施工機(jī)械設(shè)備選型及技術(shù)創(chuàng)新。主要措施有小斷面隧道“鉆裝運(yùn)冶機(jī)械設(shè)備的合理選擇、通風(fēng)設(shè)備的選型配置。提高機(jī)械設(shè)備的通用性、利用率。

　　(5)大坡率小斷面長(zhǎng)隧道二襯質(zhì)量零缺陷施工關(guān)鍵技術(shù)研究。隧道襯砌施工在事中通過(guò)預(yù)留注漿孔在二襯混凝土澆筑完成后2小時(shí)及拆模前對(duì)隧道進(jìn)行帶模注漿,以此對(duì)二襯質(zhì)量進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)。

同類(lèi)項(xiàng)目比較

　與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)技術(shù)相比, 本項(xiàng)目的創(chuàng)新性見(jiàn)表 1。

應(yīng)用案例

　　本項(xiàng)目研究成果已在中鐵十六局集團(tuán)有限公司、中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司、中國(guó)石油管道公司、大慶油田工程有限公司等進(jìn)行推廣應(yīng)用。

　　中俄原油二線呼瑪河隧道總長(zhǎng)1470.6m,與漠大線管道并行,隧道斷面內(nèi)輪廓凈高3.0m,凈寬3.0m。該項(xiàng)目位于黑龍江省塔河縣,該區(qū)地處北溫帶,屬寒溫帶大陸性氣候,最低極端氣溫達(dá)-45.8攝氏度,全年無(wú)霜期僅為98天,該項(xiàng)目合同工期主要集中在冬期,且該隧穿越一級(jí)水源保護(hù)地———呼瑪河河底,其隧道進(jìn)口位于廢舊水塘中,溝塘與呼瑪河地下水連通,水面標(biāo)高位于原地面以下2.0m,隧頂標(biāo)高較原地面低13.2m。進(jìn)口處地表0~2m為腐殖土,其下為最大粒徑不大于7cm的圓礫石地層,厚度8~12m,再下為強(qiáng)-弱風(fēng)化花崗巖,整個(gè)工程工期短、施工難度大,安全風(fēng)險(xiǎn)高。

　　該項(xiàng)目采用同時(shí)開(kāi)發(fā)應(yīng)用本文中五項(xiàng)先進(jìn)施工技術(shù),有效解決了圓礫石地層高壓旋噴攪拌樁鉆不動(dòng)、成樁難,軟弱圍巖淺埋隧道洞口管棚成孔難、進(jìn)尺短、掘進(jìn)慢,近接既有隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)高,小斷面隧道機(jī)械成龍配套、通風(fēng)排煙、超欠挖控制難等系列問(wèn)題,大大縮短了工期,安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成了隧道施工任務(wù)。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　本成果在呼瑪河隧道施工過(guò)程中的成功應(yīng)用,很好地解決了極寒富水圓礫石淺埋小斷面隧道快速施工的諸多難題,工程施工過(guò)程中采取的多項(xiàng)措施,加快了施工進(jìn)度、保證了施工安全,同時(shí)采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)指導(dǎo)和優(yōu)化掏槽方案,最大限度保證了既有運(yùn)營(yíng)石油管線的安全,產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)為162郾69萬(wàn)元。該綜合技術(shù)可以充分降低污染物的排放,既保護(hù)了環(huán)境,又保障了施工人員的身心健康,取得了較好的社會(huì)影響。成果實(shí)施過(guò)程中,中石油管道管理局、大慶石油勘察設(shè)計(jì)院、中俄原油二線各隧道工程項(xiàng)目部等多家單位到呼瑪河隧道施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察,中央及地方電視臺(tái)也多次進(jìn)行報(bào)道。目前該技術(shù)也陸續(xù)推廣應(yīng)用在公司其他類(lèi)似項(xiàng)目中,效益顯著。