1、冻土地区隧道开挖施工方案 内容提要一、冻土地区地质描述1.1.地质特征地质特征2.2.地质对施工的影响地质对施工的影响二、冻土地区隧道施工要点1.1.施工原则施工原则2.2.施工方法施工方法3.3.施工设备施工设备4.4.注意事项注意事项三、冻土地区隧道施工图片展示四、冻土地区隧道施工案例分析冻土地区地质描述地质特征多年冻土工程地质条件的主要控制因素有平均地温，含冰量，多年多年冻土工程地质条件的主要控制因素有平均地温，含冰量，多年冻土上限等，这些控制因素再加上冻结层上水等水文地质条件极其组冻土上限等，这些控制因素再加上冻结层上水等水文地质条件极其组合关系，决定了多年冻土工程地质条件合关系，决定2、了多年冻土工程地质条件1.1.年平均地温年平均地温多年冻土土体温度（简称地温）是反映多年冻土热稳定多年冻土土体温度（简称地温）是反映多年冻土热稳定性的重要指标，一般用年平均地温表示，即年较差为零深度处的地温。性的重要指标，一般用年平均地温表示，即年较差为零深度处的地温。2.2.含水量含水量根据总含水率，多年冻土分为冰冻土，多冰冻土，富冰冻土，根据总含水率，多年冻土分为冰冻土，多冰冻土，富冰冻土，饱冰冻土及含土冰层、少冰冻土、多冰冻土称低含量冻土，富冰冻土，饱冰冻土及含土冰层、少冰冻土、多冰冻土称低含量冻土，富冰冻土，饱冰冻土及含土冰层称为高含冰量土。饱冰冻土及含土冰层称为高含冰量土。3.3.多3、年冻土上限多年冻土上限根据地温观测综合勘探，融化速度计算等方法可对多根据地温观测综合勘探，融化速度计算等方法可对多年冻土进行统计分析。年冻土进行统计分析。4.4.不良冻土现象不良冻土现象线路通过地区的各类不良冻土现象危害较大，但较易线路通过地区的各类不良冻土现象危害较大，但较易通地面调查圈定。因此，可以通过优化线路平面位置加以避绕或合理通地面调查圈定。因此，可以通过优化线路平面位置加以避绕或合理设置工程类别通过。但工程修建和活动会不可避免地改变地表水，地设置工程类别通过。但工程修建和活动会不可避免地改变地表水，地下水径流条件和其他环境条件，诱发产生新的不良冻土现象。下水径流条件和其他环境条件，4、诱发产生新的不良冻土现象。冻土地质对施工的影响n n1.1.多年冻土隧道施工工艺高原多年冻土隧道工程可借鉴的经验很少，多年冻土隧道施工工艺高原多年冻土隧道工程可借鉴的经验很少，其核心在于尽量减少气温升高对冻土的影响，避免冻土融化压缩下沉其核心在于尽量减少气温升高对冻土的影响，避免冻土融化压缩下沉和冻胀力造成施工灾害和运营隐患。和冻胀力造成施工灾害和运营隐患。n n2.2.冻土的抗压强度很高，其极限抗压强度甚至与混凝土相当，冻土融冻土的抗压强度很高，其极限抗压强度甚至与混凝土相当，冻土融化后的抗压强度急剧降低，所形成的热融沉陷和下一个寒季的冻胀作化后的抗压强度急剧降低，所形成的热融沉陷和下一个寒5、季的冻胀作用常常造成工程建筑物失稳而难以修复。用常常造成工程建筑物失稳而难以修复。n n3.3.含水的松散岩体和土体，温度降到含水的松散岩体和土体，温度降到0 0时，伴随有冰体的产生，这时，伴随有冰体的产生，这是冻结状态的主要标志，水结成冰时，体积增加约是冻结状态的主要标志，水结成冰时，体积增加约9%,9%,使土体发生冻使土体发生冻胀，土冻胀时不仅原位置的水冻结成冰，而且在渗透力的作用下，水胀，土冻胀时不仅原位置的水冻结成冰，而且在渗透力的作用下，水分将从未冻区向冻结锋面转移并在那里冻结成冰，使土的冻胀更加强分将从未冻区向冻结锋面转移并在那里冻结成冰，使土的冻胀更加强烈。烈。n n4.4.土在6、冻结过程中由于水变成冰体积增大，并引起水分迁移、析冰，土在冻结过程中由于水变成冰体积增大，并引起水分迁移、析冰，土骨架位移，因而改变土的结构，在融化固结，从而引起局部地面的土骨架位移，因而改变土的结构，在融化固结，从而引起局部地面的向下运动，即热融沉陷。向下运动，即热融沉陷。冻土地区施工要点施工原则1.1.最大限度采用机械化施工最大限度采用机械化施工2.2.不追求单台设备最先进，力求设备间合理匹配不追求单台设备最先进，力求设备间合理匹配3.3.采用有轨运输采用有轨运输4.4.施工机械要与施工方法配套施工机械要与施工方法配套,动力先型以电力为主动力先型以电力为主5.5.单机选型要考虑质量可靠高效7、经济合理，维修方便，组合配套时单机选型要考虑质量可靠高效、经济合理，维修方便，组合配套时要考虑各设备间生产能力要匹配要考虑各设备间生产能力要匹配6.6.选型配套要与进度要求相适应选型配套要与进度要求相适应7.7.既要考虑高原机械工效降低，又要考虑设备配备的富余系数不宜过既要考虑高原机械工效降低，又要考虑设备配备的富余系数不宜过大大冻土地区隧道施工方法1.1.隧道施工爆破技术隧道施工爆破技术隧道爆破的方案总体是：隧道爆破的方案总体是：IVIV级围岩采用全断面爆破开挖方案，级围岩采用全断面爆破开挖方案，V V级围岩采用正台阶级围岩采用正台阶爆破开挖方案，炮眼的布置原则是：选择合理的掏槽方式和掏槽8、位置；周边眼按光面爆破开挖方案，炮眼的布置原则是：选择合理的掏槽方式和掏槽位置；周边眼按光面爆破参数布置；布置好周边眼和掏槽眼后，在其之间均匀布置掘进眼爆破参数布置；布置好周边眼和掏槽眼后，在其之间均匀布置掘进眼2.2.喷射混凝土支护技术喷射混凝土支护技术 湿喷混凝土作为一种成熟的施工支护技术在普通的山岭隧道中得到广泛的运用。但在湿喷混凝土作为一种成熟的施工支护技术在普通的山岭隧道中得到广泛的运用。但在高海拔高寒的多年冻土地区铁路隧道施工中，高原高寒条件会对喷射混凝土支护施工高海拔高寒的多年冻土地区铁路隧道施工中，高原高寒条件会对喷射混凝土支护施工工艺产生较大影响。工艺产生较大影响。通过对施工9、工艺、配合比、喷射工艺系统合理温度，抗冻和早强等添加剂合理的掺和，通过对施工工艺、配合比、喷射工艺系统合理温度，抗冻和早强等添加剂合理的掺和，工艺规程及技术条件、强度、抗冻融、与岩面的粘结强度等一系列试验。验证了湿喷工艺规程及技术条件、强度、抗冻融、与岩面的粘结强度等一系列试验。验证了湿喷混凝土支护在高原多年冻土隧道施工中的可行性。混凝土支护在高原多年冻土隧道施工中的可行性。3.3.模筑衬砌混凝土施工工艺模筑衬砌混凝土施工工艺高原多年冻土隧道模筑衬砌混凝土的施工有其特殊性。一方面，由于隧道地处高原多高原多年冻土隧道模筑衬砌混凝土的施工有其特殊性。一方面，由于隧道地处高原多年冻土区，在自然条件恶10、劣，高寒条件下，衬砌施工首先要解决的就是拌制合格的低年冻土区，在自然条件恶劣，高寒条件下，衬砌施工首先要解决的就是拌制合格的低温早强耐久混凝土拌合物。另一方面，施工时既要保证混凝土浇筑所带入的热量较小，温早强耐久混凝土拌合物。另一方面，施工时既要保证混凝土浇筑所带入的热量较小，以使水化热温升对围岩冻土结构产生的破坏最小，又要保证混凝土浇筑后能在规定时以使水化热温升对围岩冻土结构产生的破坏最小，又要保证混凝土浇筑后能在规定时间内达到抗冻临界强度和拆模强度间内达到抗冻临界强度和拆模强度4.4.防水隔热层施工工艺防水隔热层施工工艺隧道全断面设防水隔热保温层，铺设于模筑支护与二次模筑钢筋混凝土衬砌之间11、，结隧道全断面设防水隔热保温层，铺设于模筑支护与二次模筑钢筋混凝土衬砌之间，结构形式采用构形式采用“复合防水板复合防水板+隔热保温层隔热保温层+复合防水板复合防水板”。主要施工设备注意事项n n1.1.水泥选用。为了保证混凝土获取足够的早期强度，同时使混凝土具有较好水泥选用。为了保证混凝土获取足够的早期强度，同时使混凝土具有较好的可泵性，应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，强度等级的可泵性，应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，强度等级 32.5MPa32.5MPan n2.2.混凝土外加剂。根据混凝土需具备低温、早强、耐久、耐腐蚀的要求，选混凝土外加剂。根据混凝土需具备低温、早强、耐久、耐12、腐蚀的要求，选用用DZDZ系列低温早强耐久耐腐蚀外加剂。系列低温早强耐久耐腐蚀外加剂。n n3.3.混凝土拌制及运输。采用集中搅拌站拌制混凝土，搅拌站设在保温大棚内，混凝土拌制及运输。采用集中搅拌站拌制混凝土，搅拌站设在保温大棚内，为保证混凝土入模温度在为保证混凝土入模温度在101022范围内。考虑运输过程中和运至工地后泵范围内。考虑运输过程中和运至工地后泵送施工中混凝土热量损失，通过热工计算，确定混凝土出机温度应保证在送施工中混凝土热量损失，通过热工计算，确定混凝土出机温度应保证在13131515范围内。范围内。n n4.4.混凝土浇筑。由于高原缺氧，应尽可能采用机械化施工，衬砌混凝土采用混13、凝土浇筑。由于高原缺氧，应尽可能采用机械化施工，衬砌混凝土采用泵送及衬砌模板台车施工。泵送及衬砌模板台车施工。n n5.5.施工缝及伸缩缝。用钢丝刷及除锈工具将基层混凝土表面的突出部分浆皮施工缝及伸缩缝。用钢丝刷及除锈工具将基层混凝土表面的突出部分浆皮及松软部分除掉，清除基层混凝土表面的污物，在上一环钢筋混凝土衬砌立及松软部分除掉，清除基层混凝土表面的污物，在上一环钢筋混凝土衬砌立模时，通过铁丝或钢筋将橡胶止水带一半固定在正确的位置，再将衬砌端头模时，通过铁丝或钢筋将橡胶止水带一半固定在正确的位置，再将衬砌端头板安装牢固，防止漏浆，灌注混凝土板安装牢固，防止漏浆，灌注混凝土n n6.6.防水及14、隔热保温层防水及隔热保温层.复合防水板的接缝是防水层最薄弱的部分，必须保证接复合防水板的接缝是防水层最薄弱的部分，必须保证接缝有足够的强度和可靠的防水性。在保温板一面和复合防水板的缝有足够的强度和可靠的防水性。在保温板一面和复合防水板的PVCPVC膜面上膜面上均匀涂抹树脂胶，待胶风干不粘时，将保温板平整地粘贴在复合防水板上，均匀涂抹树脂胶，待胶风干不粘时，将保温板平整地粘贴在复合防水板上，保证拼装平顺，轻压保温板，使其粘接牢固。保证拼装平顺，轻压保温板，使其粘接牢固。风火山隧道洞身支护衬砌风火山隧道洞身支护衬砌风火山隧道结风火山隧道结构为复合式衬砌，构为复合式衬砌，采用采用5 5层先后施工层先15、后施工的隧道支护衬砌结的隧道支护衬砌结构形式；首次采用构形式；首次采用“防水板防水板+隔热层隔热层+防水保护层防水保护层”的的防水保温结构形式。防水保温结构形式。复合式衬砌风火山隧道洞内光面爆破效果为减少爆破后爆生气体高温对围岩的影响，周边眼采取在装药之间放置装有Nacl盐水炮泥进行封堵炮孔。水玻璃注浆保证山体结构对融冻泥岩地质，用水玻璃进行双液注浆，首先稳定山体结构，待水玻璃与水泥浆凝固后，再谨慎开挖。冻土地区施工案例青藏铁路风火山多年冻土隧道长青藏铁路风火山多年冻土隧道长1338m1338m是世界是世界上海拔最高的冻土隧道。多年冻土上上海拔最高的冻土隧道。多年冻土上11.8m11.8m，冻16、土层厚达冻土层厚达100150m100150m，洞身全部位于冻土之中，洞身全部位于冻土之中，在施工过程中充分把握冻土的工程性质，采用注在施工过程中充分把握冻土的工程性质，采用注浆管棚，注浆锚杆，洞内光面爆破等开挖技术并浆管棚，注浆锚杆，洞内光面爆破等开挖技术并综合运用粗颗粒土换填明洞覆盖层，全长、全断综合运用粗颗粒土换填明洞覆盖层，全长、全断面设置多重保温层，以及保温、控温、供氧、喷面设置多重保温层，以及保温、控温、供氧、喷射混凝土、信息监控等多项技术，尽量缩小冻土射混凝土、信息监控等多项技术，尽量缩小冻土融化圈，使冻土隧道重建新的热量平衡系统，满融化圈，使冻土隧道重建新的热量平衡系统，满足了17、安全、优质、高效的建设要求。足了安全、优质、高效的建设要求。冻土地区施工案例在风火山打隧道，关键要解决围岩热融。为避免出现在风火山打隧道，关键要解决围岩热融。为避免出现塌方，铁路建设者还创造性的采用独创手法。塌方，铁路建设者还创造性的采用独创手法。在富冰冻土地段，采用大管棚加小管棚的双层超前超在富冰冻土地段，采用大管棚加小管棚的双层超前超强支护法，利用中空锚杆和加温后的水泥浆锚注，使围岩强支护法，利用中空锚杆和加温后的水泥浆锚注，使围岩上层形成一种相对稳定的环境。同时，实行上层形成一种相对稳定的环境。同时，实行“弱爆破，快弱爆破，快支护、快初衬支护、快初衬”，使富冰冻土区段得以安全通过。，使富18、冰冻土区段得以安全通过。对裂隙冰地质，采用对裂隙冰地质，采用“先抢格栅架，快焊钢筋网，边先抢格栅架，快焊钢筋网，边焊边喷护焊边喷护”的方法，取得了良好效果。的方法，取得了良好效果。对融冻泥岩地质，采取对融冻泥岩地质，采取“用水玻璃进行双液注浆，首用水玻璃进行双液注浆，首先稳定山体结构，待水玻璃先稳定山体结构，待水玻璃 即即 泡花碱泡花碱 与水泥浆凝固后，与水泥浆凝固后，再进行谨慎开挖再进行谨慎开挖”，从而制止融冻泥岩的塌落，保证了施，从而制止融冻泥岩的塌落，保证了施工的正常进行。工的正常进行。冻土地区施工案例n n1 1、高原多年冻土隧道施工制氧、供氧技术。研制建成的风火山隧道制氧站，氧气、高19、原多年冻土隧道施工制氧、供氧技术。研制建成的风火山隧道制氧站，氧气产量大于产量大于20m3/h20m3/h，氧气浓度达到，氧气浓度达到92%92%以上；提出了隧道掌子面弥散式供氧和隧道以上；提出了隧道掌子面弥散式供氧和隧道氧吧车供氧的新方法。氧吧车供氧的新方法。n n 2 2、研制了、研制了SDTKSDTK100100型高原隧道专用空调机组使隧道内的温度控制在型高原隧道专用空调机组使隧道内的温度控制在55之间，之间，保证了掌子面的冻土热扰稳定及混凝土施工质量。保证了掌子面的冻土热扰稳定及混凝土施工质量。n n3 3、首次研究了高原多年富冰冻土、冻岩条件下隧道湿喷混凝土施工技术及工艺，、首次研究20、了高原多年富冰冻土、冻岩条件下隧道湿喷混凝土施工技术及工艺，研制了低温早强抗冻复合型速凝剂，使喷砼在负温下迅速凝结硬化，达到抗冻临界研制了低温早强抗冻复合型速凝剂，使喷砼在负温下迅速凝结硬化，达到抗冻临界强度。强度。4 4、研究总结了多年富冰冻土浅埋段开挖、支护成洞施工技术。、研究总结了多年富冰冻土浅埋段开挖、支护成洞施工技术。n n5 5、首次采用、首次采用“防水板防水板+隔热层隔热层+防水保护层防水保护层”的防水、保温结构形式，沿隧道全长的防水、保温结构形式，沿隧道全长全断面铺设，形成隧道二次衬砌完全和地层隔离；保温复合结构的全断面铺设，形成隧道二次衬砌完全和地层隔离；保温复合结构的“无钉21、法铺设无钉法铺设”施工新工艺，确保风火山隧道不渗、不漏。施工新工艺，确保风火山隧道不渗、不漏。n n6 6、研究低温耐久性混凝土施工技术，成功解决了低（负）温条件下混凝土硬化初、研究低温耐久性混凝土施工技术，成功解决了低（负）温条件下混凝土硬化初期不被冻坏，且强度持续增长的难题；取得了一整套在严酷条件下混凝土的施工方期不被冻坏，且强度持续增长的难题；取得了一整套在严酷条件下混凝土的施工方法及养护工艺。法及养护工艺。n n7 7、首次研究了高原多年冻土隧道施工机械设备的选型、合理配套技术及维修保养、首次研究了高原多年冻土隧道施工机械设备的选型、合理配套技术及维修保养方法，为风火山隧道的顺利建成提22、供了保障。方法，为风火山隧道的顺利建成提供了保障。n n8 8、通过对温度、压力、变形、冻融圈等施工信息的监测，根据数据指导施工，保、通过对温度、压力、变形、冻融圈等施工信息的监测，根据数据指导施工，保证风火山隧道施工质量控制，提出了一套高原多年冻土隧道信息化施工方法及工艺。证风火山隧道施工质量控制，提出了一套高原多年冻土隧道信息化施工方法及工艺。n n 9 9、首次采用盐水水炮泥封堵炮孔的技术措施，达到降低工作面温度和降尘的效果，、首次采用盐水水炮泥封堵炮孔的技术措施，达到降低工作面温度和降尘的效果，测试分析，在冻土边坡中的最大爆破振动速度控制在测试分析，在冻土边坡中的最大爆破振动速度控制在2 25cm/s5cm/s为宜，在隧道掘进为宜，在隧道掘进中对围岩最大爆破振动速度控制在中对围岩最大爆破振动速度控制在5 510cm/s10cm/s为宜。为宜。