《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《极寒富水圆砾区小断面长隧道冬季快速施工关键技术》​

本期项目简介

完成单位: 中铁十六局集团有限公司、 中铁十六局集团路桥工程有限公司

主要完成人: 庞拓、 郭庆、 李海波、 赵春生、 傅一栋、 郝德亮、 黎祥、 雷阳、 周志顺、 王鸿

项目简介

　　(一)项目背景

　　随着近十几年来国民经济建设的发展,我国隧道工程的建设规模和科学技术水平有了飞速发展,成功地修建了一大批长度长、断面大、工程地质和水文地质条件十分复杂的隧道工程,迅速提升了我国隧道工程设计及建造水平,使我国隧道及地下工程修建技术整体处于国际先进水平。由于每个隧道影响因素不尽相同,不同专家、学者针对不同地质、地形及水文、气候条件进行了许多研究,并形成了诸多成果。但是隧道工程建设依然会因个体的不同面临着诸多新的严峻挑战。

　　本课题就是要研究解决极寒富水圆砾区小断面长隧道冬季快速开挖综合施工关键技术,为类似项目提供借鉴。

　　(二)技术概况

　　(1)通过技术创新及管理创新,应用极寒富水圆砾区微断面长隧道冬季快速开挖综合施工技术,大大缩短了工期,安全、优质、高效地完成了隧道施工任务。

　　(2)采用改进的长螺旋钻机进行高压旋喷止水幕墙施工,有效解决了富水圆砾石地层“钻不动冶“成孔难冶“质量差冶的问题,确保了止水帷幕优质高效完成,保障了富水区软弱围岩隧道安全进洞,降低了劳动强度,节省了劳动力,并加快了施工速度。

　　(3)采用“暖棚+外缠绕伴热带冶技术有效解决了隧道冬季施工问题,并在高压旋喷搅拌桩、初支混凝土等结构施工中有效防冻害,确保了成品混凝土在拌和、运输及浇筑过程的温度控制及实体结构质量。

　　(4)采用“长螺旋高压旋喷+袖阀管注浆冶技术有效解决了软弱围岩浅埋隧道围岩物理特性,并按照芋级围岩进行钻爆设计与施工,实现隧道的“软隧硬打冶。

　　(5)采用简易轮式开挖台车进行隧道开挖,有效解决了微断面隧道无法应用常规大型机具设备快速开挖问题;采用安装了简易定位装置的风枪精准控制了外插角,有效解决了隧道超欠挖问题;采用“扒渣机+农用自卸车冶有效解决了微断面隧道大型出渣设备无法转身、出渣困难问题。

　　(6)采用与专业团队合作,对一线管道附近的隧道掘进爆破振动实施跟踪监测,根据爆破振动衰减规律测试实验数据分析,优选斜眼掏槽为直眼掏槽,有效解决了近接运营油气管线钻爆法施工微断面隧道施工安全问题。

　　(三)适用范围

　　该技术广泛适用于铁路、公路、地铁、市政等多个工程建设领域,尤其适用于常规大型工装设备无法使用的极寒富水圆砾区小断面隧道施工,解决了小断面隧道受作业空间狭小、掏槽眼受围岩夹制作用明显、爆破开挖效果差以及近接施工时爆破振动影响较大等问题。

　　(四)获奖情况

　　2020年度“中国交通运输协会科学技术奖冶。

项目创新点

　　(1)采用长螺旋高压旋喷搅拌咬合排桩施工技术有效解决圆砾石地层止水幕墙成桩困难问题,其双液浆旋喷搅拌桩形成的帷幕结构既是止水结构,又是围护结构。

　　(2)采用“竖向高压旋喷搅拌桩+袖阀管注浆复合加固冶技术对富水圆砾石层进行改良,改善围岩物理力学性质,改良后的软弱围岩按照芋级围岩进行钻爆设计与施工。

　　(3)近接运营油气管线钻爆法施工小断面隧道施工技术,针对隧道近接既有一线原油管线问题,通过爆破振动监测,研究适合的钻爆方案。

　　(4)小断面长隧道冬季施工机械设备选型及技术创新。主要措施有小断面隧道“钻装运冶机械设备的合理选择、通风设备的选型配置。提高机械设备的通用性、利用率。

　　(5)大坡率小断面长隧道二衬质量零缺陷施工关键技术研究。隧道衬砌施工在事中通过预留注浆孔在二衬混凝土浇筑完成后2小时及拆模前对隧道进行带模注浆,以此对二衬质量进行主动干预。

同类项目比较

　与国内外同类技术相比, 本项目的创新性见表 1。

应用案例

　　本项目研究成果已在中铁十六局集团有限公司、中铁十六局集团路桥工程有限公司、中国石油管道公司、大庆油田工程有限公司等进行推广应用。

　　中俄原油二线呼玛河隧道总长1470.6m,与漠大线管道并行,隧道断面内轮廓净高3.0m,净宽3.0m。该项目位于黑龙江省塔河县,该区地处北温带,属寒温带大陆性气候,最低极端气温达-45.8摄氏度,全年无霜期仅为98天,该项目合同工期主要集中在冬期,且该隧穿越一级水源保护地———呼玛河河底,其隧道进口位于废旧水塘中,沟塘与呼玛河地下水连通,水面标高位于原地面以下2.0m,隧顶标高较原地面低13.2m。进口处地表0~2m为腐殖土,其下为最大粒径不大于7cm的圆砾石地层,厚度8~12m,再下为强-弱风化花岗岩,整个工程工期短、施工难度大,安全风险高。

　　该项目采用同时开发应用本文中五项先进施工技术,有效解决了圆砾石地层高压旋喷搅拌桩钻不动、成桩难,软弱围岩浅埋隧道洞口管棚成孔难、进尺短、掘进慢,近接既有隧道施工安全风险高,小断面隧道机械成龙配套、通风排烟、超欠挖控制难等系列问题,大大缩短了工期,安全、优质、高效地完成了隧道施工任务。

社会效益与经济效益

　　本成果在呼玛河隧道施工过程中的成功应用,很好地解决了极寒富水圆砾石浅埋小断面隧道快速施工的诸多难题,工程施工过程中采取的多项措施,加快了施工进度、保证了施工安全,同时采用振动监测的数据指导和优化掏槽方案,最大限度保证了既有运营石油管线的安全,产生的经济效益合计为162郾69万元。该综合技术可以充分降低污染物的排放,既保护了环境,又保障了施工人员的身心健康,取得了较好的社会影响。成果实施过程中,中石油管道管理局、大庆石油勘察设计院、中俄原油二线各隧道工程项目部等多家单位到呼玛河隧道施工现场进行考察,中央及地方电视台也多次进行报道。目前该技术也陆续推广应用在公司其他类似项目中,效益显著。