乌鞘岭特长隧道施工方案设计

1、乌鞘岭特长隧道施工方案设计作者：发布时间：2007-12-17 15:16:071工程概况1.1地理位置乌鞘岭特长隧道为兰新线兰武段增建第2线的控制工程。隧道全长 20 050 m,为2座单线隧道，2隧道间距40 m,11%。单面下坡，是我国目 前已有的以及在建的最长铁路隧道，详见图1。隧道所处地区整体属于祁 连山东北部中高山区，隧道进口以南为庄浪河河谷区，隧道出口以北为古 浪河及其支流龙沟河河谷区。1.2地层岩性本区地层岩性复杂，有火成岩、变质岩、沉积岩3大岩类，并以沉积 岩为主，其分布主要受区域断裂构造控制。区内出露的地层主要有第四系、 第三系、白垩系及三叠系沉积岩，志留系、奥陶系变质岩，

2、并伴有加里东 晚期闪长岩侵入体。1.3地质构造在大地构造单元上隧道地区属于祁连褶皱系，线路横穿祁连褶皱系的 北祁连优地槽褶皱带和走廊过渡带2个次级构造单元，褶皱及断裂构造发 育，且褶皱形态复杂。乌鞘岭隧道地层受加里东期褶皱带和海西印丈期 褶皱带控制，地层多呈单斜状。1.4断裂构造隧道断裂构造发育，主要为区域性大断裂，走向基本近EW，呈压性 压扭性，具有切割深、延伸长、规模大的特点，破碎带一般较宽，断层物 质主要为断层泥砾和碎裂岩。主要大型断层有：毛毛山南缘断层(F4)。延伸长度约80 km，为逆断层，断层走向 近EW，倾向N，倾角40。60。断层带物质主要由断层泥砾和碎裂岩 组成，松散破碎，破

3、碎带出露宽度200500 m，隧道通过长度450 m。大柳树沟一黑马圈河断层(F5)。延伸长度大于60 km，为逆断层， 断层走向NWW，倾向S，倾角70左右。断层带物质主要由断层泥砾和碎 裂岩组成，较松散破碎，破碎带出露宽度80260 m，隧道通过长度140 m。毛毛山岭中断层(F6)。延伸长度约48 km，为逆断层，断层走向 近EW，倾向N，倾角80。断层带物质主要由断层泥砾和碎裂岩组成， 较松散破碎，破碎带出露宽度4080 m，隧道通过长度75 m。毛毛山一老虎山断层(F7)。延伸长度约174km,前期为逆断层， 后期表现为左旋逆走滑断层，断层走向NWW,倾向S,倾角70。断层带 物质主

4、要由断层泥砾和碎裂岩组成，松散破碎，风化严重，破碎带出露宽 度400800 m，局部大于1 000 m，隧道通过长度785 m。区域地震资料 显示全新世以来该断层仍有活动迹象。1.5节理岩体受构造作用影响，节理也较发育，主要节理走向为NW及NE，以 密闭节理为主，节理面较光滑，延长数米全数十米。1.6水文地质预计右线隧道最大总涌水量为9 621.81 m3/d,左线隧道最大总涌水 量为6 114.78 m3/d，在断层破碎带有突然涌水的可能。1.7气候本段线路位于中温带的干旱气候区，海拔高(2 9003 600 m)，气候 垂直分带性明显，气候寒冷，日温差大，天气多变，冰冻时间长，土壤冻 结深

5、度138200 cm。2施工技术难点2.1 F7活动性断层F7断层是全新世活动断层，其活动性对隧道工程影响较大，要攻克 此项难关，需要建立监测系统研究断层的活动性及活动规律，并通过结构 计算、数值模拟分析等手段，提出衬砌结构形式和防震减灾方案。2.2软岩地质段施工技术本隧道洞身埋深大，地应力相对较高，隧道通过处岩质相对软弱，为 三叠系页岩及煤系地层，并含4条断层破碎带，对隧道的稳定性影响较大， 开挖后是否产生流变或大变形尚无法确定。2.3平行导坑快速施工和设备配套本隧道围岩软硬相间，岩性差异大，且断裂发育。因此，本隧道施工 的关键技术在平导超前，探明正洞地质情况，并辅助正洞进行施工，确保 工期

6、。但由于地质情况的复杂性，平导施工难度大，进度难以确保。故需 对平导超前快速施工和设备配套进行研究。2.4施工通风技术乌鞘岭隧道属高海拔地区，地形特点使辅助导坑条件困难，平行导坑 独头施工距离长，加之本隧道埋深大，可能会出现高温情况。结合施工降 温技术和三叠系地层可能出现的瓦斯情况，为保证施工顺利进行和施工安 全，需要进行高海拔地区施工通风研究。2.5隧道结构防排水及技术措施乌鞘岭隧道海拔高，冬季寒冷，曾发生挂冰、道床冻害等现象，进行 了多次整治。新建特长隧道运营设施多，防水标准要求高，加上本线行车 密度大，车速快，使得洞内发生渗漏水或冻害整治难度很大，需对隧道结 构防排水及技术措施进行研究。

7、2.6岩爆区内断裂构造发育，第四系以来多有活动，应力有所释放。实测地应 力最高为32 MPa，且以水平地应力为主。另外，在F4和F7之间的隧道 洞身需通过较长的闪长岩、安山岩，岩质坚硬、性脆、贫水、埋深大且地 应力值较高，施工中闪长岩、安山岩极易出现岩爆。3施工方案本隧道断层带宽、构造裂隙多、节理交错密布，个别地段地下水极为 丰富、围岩稳定性差，基于这种特殊地质条件，确定采用以下方案进行施 工。3.1掌子面前方地质预报采用以TSP-202超前地质预报系统为主的综合超前地质预报技术，及 时了解掌子面前方地质状况，根据预报的前方地质变化情况及时调整施工 方法及施工组织。3.2开挖施工方法本隧道左右

8、线隧道均采用钻爆法从两端相向施工。右线隧道做为正 洞，提前贯通和开通；左线隧道为平行导坑辅助右线隧道施工，贯通后扩 挖成左线隧道。隧道共设辅助坑道14个，其中，斜井13个，竖井1个。 4个正洞洞口、1，2, 5, 6号斜井、石板沟右线斜井、石头沟右线斜井和 大合右线斜井采用无轨运输：3, 4, 7, 8, 9, 10号斜井采用有轨运输。无轨运输：V，丑级围岩采用短台阶开挖，分上下2个台阶，上下台 阶长度保持56 m，拱部采用7655型风枪开挖，III，W类围岩地段采用 全断面开挖，钻孔采用自制多功能钻孔台车，装运设备采用ITC3 12装载 机装碴，VOLVO运输车和阿威林运输车出碴。有轨运输：

9、开挖全部采用台阶法施工，上台阶开挖全起拱线，下台阶 开挖全隧底。上台阶长度56 m，凿岩设备为7655型手持风钻，采用长 臂挖掘机扒碴，下台阶采用ZLC-50C和966F装载机装碴，运输采用 CDXT-8T型电瓶车牵引6 m3斗车有轨运输。3.3初期支护由于地质条件复杂，极易坍塌，需在爆破后及时施做锚、喷、挂网及 格栅，尤其在地层破碎地段或构造带地段更需及时采取措施。喷射混凝土 采用湿喷，锚杆施工采用锚杆台车钻孔。3.4仰拱施工为防止隧道变形，避免围岩失稳，仰拱须在2次衬砌之前施作。拱、 墙部初期支护形成后要尽早铺设仰拱，以使初期支护尽快形成封闭受力结 构，为2次衬砌施工的模板台车轨道铺设提供

10、条件，同时，也为洞内运输 提供便利。3.5施工通风通风采用压入式通风，洞内风管采用 1.5 m的DSR高强度通风软管， 斜井与正洞交口段采用自制镀锌铁皮三通管，向2个掌子面送风。3.6 2次衬砌衬砌采用先仰拱、后上部的施工顺序。采用自制衬砌台车，大模板施 工。洞外拌合采用混凝土拌合，混凝土运输设备选用FV3 l 3Jml型混凝 土搅拌运输车，灌注混凝土采用11840混凝土输送泵直接输入台车内。3.7有轨运输斜井提升及组织斜井进入正洞后，2个工作面洞内装碴采用ZLC-50C型和966F装载 机，分别负责进出口 2个工作面的装碴作业，提升设备采用ZJK-2-5/30X 型9 t矿用绞车提升矿斗车至

11、斜井口上面栈桥处，通过设立的自动侧翻装 置向碴仓卸碴。洞内运碴采用CDXT-8T型电瓶车牵引8 m3矿斗车运碴。4特殊地质条件施工方案由于本隧道特殊的地质条件，施工中极可能出现围岩失稳、突然涌水、 涌泥、岩爆、高地温、瓦斯等地质灾害，根据特殊的地质灾害，可采用相 应的施工方案。4.1软岩流变施工方案隧道通过段地应力较高，埋深大，三叠系上统的页岩及断层破碎带在 施工中有产生流变或较大变形的可能性。施工中需加强监控量测，加密量 测断面和量测频率，根据量测信息，采取相应的工程措施。4.2断层破碎带施工方案隧道通过4条区域性断层，断层破碎带松软破碎、含水，其自稳能力 差，尤其是F7断层，其破碎带极其破

12、碎，且以断层泥砾为主，容易发生 坍塌。施工应采用超前自进式注浆锚杆加固围岩和加强初期支护等手段， 并及时完成2次衬砌。4.3泥岩地层施工方案第三系砂砾岩夹泥岩地段，岩体成岩差，结构相对疏松，自稳能力差， 扰动易坍塌，泥岩具膨胀性，易发生围岩失稳。施工时应按设计及时完成 初期支护，确保施工安全。4.4涌水、涌泥处理隧道通过各断层破碎带、安山岩、板岩地段，由于构造裂隙水较发育， 地下水循环较快，施工中有可能产生突然涌水。在通过断层泥砾带、含泥 质地层的影响带时有可能产生突然涌泥现象。施工过程中，要依靠地质超 前预报作出判断，根据涌水、涌泥量的大小和泥砂含量，提前封堵和疏排。 同时，应做好应急准备，一旦发生涌水、涌泥，要尽快安装设施，迅速排 出，确保安全。4.5岩爆处理对埋深较大安山岩和岭脊花岗闪长岩地段，由于其岩质坚硬，干燥无 水，易发生岩爆，当施工进入该段时，应安排专门人员进行检测，听到异 常声响，应立即撤离施工人员和机械设备。施工时