复杂地质条件下长大隧道快速施工方法技术

本发明专利技术公开了一种复杂地质条件下长大隧道快速施工方法，包括以下步骤：步骤S1、对隧道地质条件进行30～150 m的长距离地质预测预报，并在长距离地质预测预报基础上，对隧道地质条件进行5～30m的短距离地质预测预报；步骤S2、根据地质预测预报情况，采用台阶法对Ⅳb、Ⅴ级围岩进行开挖，采用全断面法对Ⅲ、Ⅳa级围岩进行开挖；步骤S3、根据地质预测预报情况，针对富水段隧道的预测地下水压力，采用不同的帷幕注浆方案；步骤S4、隧道开挖后，对地质和初期支护状况、周边位移量、拱顶下沉量进行监控测量。本发明专利技术的有益效果是：能在不良地质地段安全快速地完成隧道施工任务。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道施工
，具体的说，是一种复杂地质条件下长大隧道快速施工方法。
技术介绍
随着我国经济社会的飞速发展，我国公路、铁路等交通基础建设迎来了新的发展高峰。特别是近几年，随着中西部大开发，长三角、珠三角经济区以及东北老工业基地等的陆续开发，国家新建了许多较大的公路和铁路线，其中公、铁路隧道，尤其是复杂地质条件下长大隧道较多，而复杂地质条件下的长大隧道施工尚无成套的综合快速施工方法。宜万铁路是执行新标准的高山区高风险的国家Ⅰ级铁路干线，地质条件极其复杂，隧道穿越岩溶地层、断层破碎带及深埋软岩塑性地段，埋深大、地下水丰富，施工中极易发生突水、突泥灾害，施工中Ⅰ线隧道穿越Ⅲ级围岩1375m，Ⅳ级围岩5098m，Ⅵ级围岩362m。Ⅰ、Ⅱ线隧道进口段埋深浅，岩溶溶蚀发育，施工难度极大；Ⅰ线隧道在DK267+850～DK269+670穿越1820m的向斜核部富水段，此段地层位于金子山向斜核部附近，向斜为储水构造、富水地段，地下水很发育，地质条件复杂，其中，本段施工中要穿越97m的F2断层，极易形成突水、突泥和大面积塌方，不可预见的地质问题多，施工难度大，隧道在该洞段的最大埋深为355m，正常涌水量为7334m3/d，最大涌水量为45761m3/d。在以上地段施工中极易出现大规模隧道地质灾害，施工难度大，对超前地质预报技术要求高。因此，如何在不良地质地段安全快速地完成隧道施工任务，是施工过程中需要重点解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复杂地质条件下长大隧道快速施工方法，能够快速并相对准确地查明隧道周边一定范围和掌子面前方一定距离内岩层的分布，对前方未开挖地段存在的不良地层及其岩性、断层或富水区段等可能给施工作业带来不利影响的水文地质情况，得以准确的把握、了解和判释，并以此为基础，采取相应的技术工艺措施进行科学、合理、有序地开挖和支护作业，从而保证隧道施工安全，改善作业环境，避免地质灾害的发生或降低其发生的频率和程度，减少灾害带来的经济损失，同时加快施工进度，缩短工期，节约显性与隐性施工成本，增加直接或间接的经济效益。本专利技术通过下述技术方案实现：复杂地质条件下长大隧道快速施工方法，包括以下步骤：步骤S1、对隧道地质条件进行30～150m的长距离地质预测预报，并在长距离地质预测预报基础上，对隧道地质条件进行5～30m的短距离地质预测预报；步骤S2、根据地质预测预报情况，采用台阶法对Ⅳb、Ⅴ级围岩进行开挖，采用全断面法对Ⅲ、Ⅳa级围岩进行开挖；步骤S3、根据地质预测预报情况，针对富水段隧道的预测地下水压力，当预测地下水压力≥3.0MPa时，采用开挖轮廓线外8m范围内的加固圈固结的帷幕注浆方案；当2.0MPa≤预测地下水压力＜3.0MPa时，采用开挖轮廓线外5m范围内的预注浆加固圈固结的帷幕注浆方案；当1.0MPa≤预测地下水压力＜2.0MPa时，采用开挖轮廓线外3m范围内的预加固圈固结的帷幕注浆方案；当预测地下水压力<1.0MPa时，采用注浆加固范围为开挖轮廓线外5m范围内的全断面径向注浆法；步骤S4、隧道开挖后，对地质和初期支护状况、周边位移量、拱顶下沉量进行监控测量，并根据净空位移量判别法与支护结构内力判别法对富水段隧道的结构稳定性进行评价。本专利技术应用地质力学原理、地球物理探测技术原理、浅层地震反射波原理和转探原理探明隧道不良地质构造，进行隧道地质超前预测预报，结合台阶法和全断面法，对不同等级的围岩进行开挖，以减少对围岩的扰动，充分发挥围岩的自承能力，利用排、堵、截原理，贯彻执行隧道“以堵为主、以防为辅、防堵结合、限量排放”的原则，进行岩溶富水隧道的防排水注浆处理，以满足环保的要求，同时以岩体力学理论为基础，应用岩体极限应变原理，确定隧道稳定预警值，以满足隧道施工中快速判定围岩稳定性的要求，并通过监控量测数据来准确评价围岩或支护的稳定状态或发展趋势，指导施工顺序，调整支护参数，确保施工安全和施工顺利进行。进一步的，所述步骤S1中的长距离地质预测预报、短距离地质预测预报的具体操作过程为：步骤S11、地形地貌补充勘测、补充地质调查；步骤S12、掌子面地质调查与素描；步骤S13、采用隧道超前地质预报系统预测预报距离为50～150m的地质条件；步骤S14、采用地质雷达预测预报距离为30～50m的地质条件；步骤S15、采用超前地质钻孔预测预报距离为30m的地质条件，采用红外探水预测预报距离为20m的地质条件，采用5～8孔超长炮眼预测预报距离为5～10m的地质条件；步骤S16、根据探测资料，提出预测预报意见和工程措施建议。进一步的，所述步骤S2中台阶法开挖的具体操作过程为：步骤S211、超前地质预测预报；步骤S212、超前小导管或超前锚杆支护；步骤S213、上半断面光面爆破开挖；步骤S214、第一次喷射4cm厚混凝土；步骤S215、架立格栅钢架；步骤S216、上半断面喷锚支护；步骤S217、下半断面光面爆破开挖；步骤S218、第二次喷射4cm厚混凝土；步骤S219、架立格栅钢架；步骤S2110、下半断面喷锚支护。进一步的，所述步骤S2中全断面法开挖的具体操作过程为：步骤S221、超前地质预测预报；步骤S222、超前小导管或超前锚杆支护；步骤S223、全断面光面爆破开挖；步骤S224、喷射4cm厚混凝土；步骤S225、架立格栅钢架；步骤S226、喷锚支护。进一步的，所述步骤S223全断面光面爆破开挖的爆破参数为：周边眼间距E＝50cm，最小抵抗线W＝60cm，周边眼密集系数K＝E/W＝0.83，每循环进尺为3.2m，周边眼深3.2m，掏槽眼1.5～3.7m，底眼深3.6m，炮眼利用率在90％以上，周边炮眼采用Φ＝20小药卷，不耦合间隔装药结构，采用楔形掏槽，爆破顺序按掏槽眼、辅助眼、周边眼、底眼顺序进行。进一步的，所述步骤S223全断面光面爆破开挖所采用的爆破材料为：选用2号岩石硝铵炸药或富水段采用乳化炸药，药卷规格为Ф32×200毫米和Ф20×200毫米两种，雷管为1～17段非电毫秒雷管，施工前先进行试爆，并根据围岩的实际情况调整爆破参数。进一步的，所述步骤S3中帷幕注浆方案的具体操作过程为：步骤S31、注浆作业施工准备；步骤S32、注浆浆液配制；步骤S33、注浆钻孔作业；步骤S34、注浆作业；步骤S35、注浆效果检查、评定与补救；步骤S36、异常情况处理。进一步的，所述步骤S32注浆浆液配制包括：单液水泥浆配制、水泥-水玻璃双浆液配制、TGRM超细双液型水泥基特种注浆材料配制，其中单液水泥浆的水灰比为1：0.6～1：1，先稀后浓，如果要使水泥浆凝结时间减少，可渗入水泥用量的2～3％的速凝剂；水泥-水玻璃双浆液中水泥浆的水灰比为1：1～1：1.5，水玻璃的浓度为30～40玻美度，水泥-水玻璃的体积比为1：0.3～1：1，并根据需要渗入水泥用量的1～3％的缓凝剂；TGRM超细双液型水泥基特种注浆材料的水灰比为0.38：1～0.42：1，凝胶时间为30分钟。进一步的，所述步骤S4中的净空位移量判别法是以隧道承载体变位速率或位移比率变化趋势为依据，当隧道承载体变位速率趋向于0时，隧道体系稳定；当位移比率超过16‰时，需进行补强支护；根据所述标准，利用现场监测资料，绘制出隧道变形特性本文档来自技高网...

【技术保护点】
复杂地质条件下长大隧道快速施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、对隧道地质条件进行30～150 m的长距离地质预测预报，并在长距离地质预测预报基础上，对隧道地质条件进行5～30m的短距离地质预测预报；步骤S2、根据地质预测预报情况，采用台阶法对Ⅳb、Ⅴ级围岩进行开挖，采用全断面法对Ⅲ、Ⅳa级围岩进行开挖；步骤S3、根据地质预测预报情况，针对富水段隧道的预测地下水压力，当预测地下水压力≥3.0MPa时，采用开挖轮廓线外8m范围内的加固圈固结的帷幕注浆方案；当2.0MPa≤预测地下水压力＜3.0MPa时，采用开挖轮廓线外5m范围内的预注浆加固圈固结的帷幕注浆方案；当1.0MPa≤预测地下水压力＜2.0MPa时，采用开挖轮廓线外3m范围内的预加固圈固结的帷幕注浆方案；当预测地下水压力<1.0MPa时，采用注浆加固范围为开挖轮廓线外5m范围内的全断面径向注浆法；步骤S4、隧道开挖后，对地质和初期支护状况、周边位移量、拱顶下沉量进行监控测量，并根据净空位移量判别法与支护结构内力判别法对富水段隧道的结构稳定性进行评价。

【技术特征摘要】
1.复杂地质条件下长大隧道快速施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、对隧道地质条件进行30～150 m的长距离地质预测预报，并在长距离地质预测预报基础上，对隧道地质条件进行5～30m的短距离地质预测预报；步骤S2、根据地质预测预报情况，采用台阶法对Ⅳb、Ⅴ级围岩进行开挖，采用全断面法对Ⅲ、Ⅳa级围岩进行开挖；步骤S3、根据地质预测预报情况，针对富水段隧道的预测地下水压力，当预测地下水压力≥3.0MPa时，采用开挖轮廓线外8m范围内的加固圈固结的帷幕注浆方案；当2.0MPa≤预测地下水压力＜3.0MPa时，采用开挖轮廓线外5m范围内的预注浆加固圈固结的帷幕注浆方案；当1.0MPa≤预测地下水压力＜2.0MPa时，采用开挖轮廓线外3m范围内的预加固圈固结的帷幕注浆方案；当预测地下水压力<1.0MPa时，采用注浆加固范围为开挖轮廓线外5m范围内的全断面径向注浆法；步骤S4、隧道开挖后，对地质和初期支护状况、周边位移量、拱顶下沉量进行监控测量，并根据净空位移量判别法与支护结构内力判别法对富水段隧道的结构稳定性进行评价。2.根据权利要求1所述的复杂地质条件下长大隧道快速施工方法，其特征在于，所述步骤S1中的长距离地质预测预报、短距离地质预测预报的具体操作过程为：步骤S11、地形地貌补充勘测、补充地质调查；步骤S12、掌子面地质调查与素描；步骤S13、采用隧道超前地质预报系统预测预报距离为50～150 m的地质条件；步骤S14、采用地质雷达预测预报距离为30～50 m的地质条件；步骤S15、采用超前地质钻孔预测预报距离为30m的地质条件，采用红外探水预测预报距离为20m的地质条件，采用5～8孔超长炮眼预测预报距离为5～10m的地质条件；步骤S16、根据探测资料，提出预测预报意见和工程措施建议。3.根据权利要求1所述的复杂地质条件下长大隧道快速施工方法，其特征在于，所述步骤S2中台阶法开挖的具体操作过程为：步骤S211、超前地质预测预报；步骤S212、超前小导管或超前锚杆支护；步骤S213、上半断面光面爆破开挖；步骤S214、第一次喷射4cm厚混凝土；步骤S215、架立格栅钢架；步骤S216、上半断面喷锚支护；步骤S217、下半断面光面爆破开挖；步骤S218、第二次喷射4cm厚混凝土；步骤S219、架立格栅钢架；步骤S2110、下半断面喷锚支护。4.根据权利要求1所述的复杂地质条件下长大隧道快速施工方法，其特征在于，所述步骤S2中全断面法开挖的具体操作过程为：步骤S221、超前地质预测预报；步骤S222、超前小导管或超前锚杆支护；步骤S223、全断面光面爆破开挖；步骤S224、...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏春生，梁朋刚，何十美，汤振亚，
申请(专利权)人：中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司，中国铁建大桥工程局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51