天平铁路六盘山隧道.docx
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天平铁路六盘山隧道.docx
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天平铁路六盘山隧道
国内单洞小断面最长隧道
——天平铁路六盘山隧道
六盘山隧道全长16719m,为天平铁路第一长隧,位于甘肃省平凉市华亭县六盘山山脉,是运输普通货物电力牵引的铁路隧道,设计旅客列车最高行车速度为120km/h。
隧道总工程造价为51340万元。
合同开、竣工日期为2009年3月26日至2012年9月26日,共计42个月,实际开工日期为2009年5月18日。
隧道主要工程数量:
开挖土、石方104万立方米,喷射混凝土61716立方米,砂浆锚杆米,格栅钢架997.507吨,型钢钢架3585.107吨,二次衬砌混凝土立方米,二次衬砌用钢筋3656.189吨,EVE防水板40万平方米。
隧道中心里程为DIK91+857.5,进口位于甘肃省平凉市华亭县麻庵乡三角城左侧峡谷内,出口位于华亭县西华镇青林村。
全隧道除进口端365.05米位于R—1200m的曲线上,其它洞段均位于直线上;隧道全部段落均为下坡,坡率分别为5‰/2752m,13‰/13550m,6‰/400m,进口端576m为莲花台车站双线隧道,出口端47m为明洞。
洞身最大埋深约720m。
全隧共设置斜井5座,斜井均采用无轨运输方式。
进口斜井(横洞):
与线路夹角约为45°,与线路相交里程为DIK83+643,斜井综合坡度为0.5%,长度为203米。
斜井井口交通极为不便,弃碴条件差。
1号赵家山斜井:
与线路夹角约为64°,与线路相交里程为DIK86+700,斜井综合坡度9.6%,长度1332m。
道路可以通行,弃碴条件一般。
2号湾湾河斜井:
与线路夹角约为48°,与线路相交里程为DIK89+500,斜井综合坡度为10.0%,长度为2122米。
道路可以通行,弃碴条件一般。
3号磨坪斜井:
在磨坪村附近,与线路夹角为45°,与线路相交里程为DIK93+000,综合坡度为10.6%,长度为1280m。
道路可以通行,弃碴条件一般。
4号山王沟斜井:
在山王沟附近,与线路夹角为44°21′13″,与线路相交里程为DIK96+700,综合坡度为8.5%,长度为729m。
道路可以通行,弃碴条件一般。
六盘山隧道位于六盘山山脉中山区,洞身以N36°E的走向穿越六盘山,其岭脊呈近东西走向。
山势陡峻,岭高沟深,地面高程1530~2570m,相对高差300~800m。
丘坡自然坡度较陡,一般30°~55°。
本区域属于六盘山林场,经封山育林10年后,大部分土地为密灌林地,少部分为农田,山体植被覆盖率高,约90%,森林密布。
六盘山隧道途经地层有第四系松散层,上第三系泥岩、白垩系下统砂岩夹泥岩、三叠系下统砂岩夹砾岩,局部夹页岩,震旦系硅质灰岩,断层角砾岩和断层泥砾。
隧道在大地构造单元上位于六盘山褶皱带,鄂尔多斯地台两个大地构造单元,六盘山褶皱带与鄂尔多斯地台以六盘山东麓断层(F5)分界,西南为六盘山褶皱带,东北为鄂尔多斯地台。
六盘山褶皱带以庄浪一固关断层(F4)分界,又可分为次一级的构造单元六盘山褶皱带。
隧道区多种构造交叉穿织、复合叠置,褶曲、断裂较为发育,主体构造下向以北西向为主,与当地山脉走向基本一致。
受构造影响,带内地貌切割剧烈,山大沟深,地形崎岖,森林密布,构造复杂。
根据区域地质资料及现场调查,隧道通过两条区域性大断裂和一条次级断层,两处不整合接触带,节理密集带等。
六盘山隧道地下水的分布、埋深与含水层(体)的富水性,受控于地形地貌、地层岩性、地质构造和气候条件。
本区出露的地层主要有上第三系泥岩,白垩系砂岩夹泥岩、砂岩夹砾岩,三叠系砂岩及震旦系白云岩。
受构造影响,砂岩夹泥岩、砂岩夹砾岩区岩体风化严重,节理裂隙发育,有利于地下水的入渗及储存,白云岩生成年代早,溶隙、裂隙发育,有利于地下水排泄,隧道区植被茂密,蓄水能力强,为大气降水补给入渗创造了条件。
隧道地下水分布形式主要有风化裂隙水,构裂隙水及岩溶水。
根据大地电磁V8深层测试,隧道通过的断层在隧道洞身位置及附近均有异常反映,地下水活动迹象十分明显。
六盘山隧道穿越六盘山核心区,区内为大面积分布的人工林地和天然灌木、草丛。
隧道施工时,需对地下水的排放进行控制,限量排放,以避免地下水过度排放对生态环境产生影响。
隧道防排水遵循“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理”的原则,采取切实可靠的设计、施工措施,达到防水可靠,排水畅通、经济合理的目的。
隧道防水以混凝土结构自防水为主体,以施工缝、变形缝等接缝防水为重点,采取措施控制混凝土裂缝的发展,增强混凝土的抗渗性能,并辅以注浆和防水层加强。
六盘山隧道为单线特长隧道,工作面独头掘进段落长,工序干扰大,施工通风困难,工期紧张,为天平铁路全线控制性工程。
六盘山隧道穿越3条断裂带(约1200m)、2条不整合接触带,岩体性质较差,可能出现的不良地质灾害及特殊岩土有滑坡、有害气体、涌水等。
存在反坡施工、长距离通风(最长达4162m),施工排水、通风要求高、难度大。
同时隧道地质复杂,可能出现各种不可预见的灾害。
施工中需要采取包括帷幕注浆等超前防护和支护措施,施工进度可能较慢。
地质情况复杂,工程风险大,工期紧张。
六盘山隧道所通过地层为富水区,施工中可能出现突泥、涌水等突发事故。
隧道长,断面小,造成通风困难。
所有斜井均为反坡排水,造成施工排水困难。
施工中,针对以上重、难点制定措施。
对可能发生突泥、涌水的里程段进行超前地质预测预报,配足抽、排水设备,采取有效的超前注浆和预支护措施,加强监控量测,建立信息反馈系统和完备的救灾体系。
在隧道穿越断层破碎带施工时采用超前地质预测预报、帷幕注浆、管棚超前支护、“短台阶”法施工;车站双线隧道采用CRD法开挖。
长距离反坡施工排水难度大,沿线按一定间隔距离设置积水坑、安装水泵;开挖面设移动水泵,将掌子面积水抽排至附近积水坑,再由各级水泵接力抽排水至洞外。
在可能发生突泥、涌水的地段,增设泥浆泵,排水系统设备用电源,保证排水不间断。
有害气体洞段施工,加强人员的培训,配备足够的监测仪器,安排专人按安全规程进行探测。
同时,由专人监测空气质量指标,加强隧道施工通风,进行必要的防护,并建立完备的救灾体系。
滑坡地区施工加强观察和防护,驻地避免修建在滑坡体上或其附近,雨季安排专职人员进行值班巡逻。
隧道按“新奥法”原理组织施工。
施工中坚持超前地质预报和围岩监控量测,开挖采用光面爆破技术,出碴均采用无轨运输。
隧道钻爆开挖采用电动空压机组成压风站高压集中供风,高压风管采用直径φ150mm无缝钢管,主管道每隔300m分装闸阀和三通,以备出现涌水时作为排水管使用,管道前段距开挖面30m距离主风管头接分风器,用高压软管接至各风动工具。
在各隧道掘进口分别配备4台20m3/min的电动空压机,备用2台12m3/min的内燃空压机。
单线隧道:
Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法开挖,光面爆破,Ⅳ、Ⅴ级围岩段采用短台阶法开挖,黄土隧道采用上断面环形开挖预留核心土法施工。
双线隧道:
Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法或台阶法施工,Ⅳ、Ⅴ级围岩采用短台阶法或CD法施工,特殊地质段采用双侧壁导坑法施工。
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩地段采用多功能作业台架+YT28凿岩机钻孔,Ⅴ级围岩地段采取人工配合挖掘机或弱爆破开挖,黄土隧道采取人工配合挖掘机施工。
围岩较好地段采用非电毫秒雷管起爆、光面爆破技术,严格控制超欠挖;软弱围岩地段采用微震光面爆破技术或非爆破开挖,以减轻对围岩的扰动和破坏。
隧道采用管道压入式通风,所需风量根据隧道内最小风速、洞内人员数量、一次爆破后30min排除开挖工作面的炮烟和稀释洞内内燃机废气等四种情况进行计算,取其最大值作为计算依据。
压风机选用SDF(B)-NO.10~12.5型通风机。
风管选用φ1300mm的PVC高强长纤维布基拉链式软风管,风管节长100m,转弯处采用钢管。
软风管悬挂在拱腰处。
长距离通风困难,根据独头通风长度选择匹配合理的通风设备和管路布置。
通风长度超过2000m的洞段根据计算增设风机进行串联接力通风,并适当布置射流风机助吹。
受单线隧道和斜井断面小的限制,风管直径受限,风管选用强度高、阻燃、低阻力的新型风管,减少接头数量。
加强对通风设施的管理,发现风管、机具破损及时修补、更换。
支护方案,大管棚采用φ89无缝钢管。
超前小导管采用φ42无缝钢管。
超前大管棚采用专用的管棚钻机成孔,超前小导管采用YT28凿岩机成孔。
采用专用注浆泵注浆。
在地下水活动频繁地段采用超前帷幕注浆、径向注浆达到止水的目的。
初期支护在开挖完成后及时施工,紧跟开挖面。
拱部系统锚杆采用带排气装置的组合锚杆,边墙采用全长黏结型砂浆锚杆,钢筋型号为Φ22。
喷射混凝土(网喷混凝土)为C25混凝土,喷射厚度根据围岩级别为5~25cm。
采取湿喷工艺施工。
隧道进、出口及偏压、浅埋、围岩破碎地段增设三肢、四肢钢架加强支护,格栅钢架材料型号为Φ22钢筋、钢架型号为Ι16型钢、Ι18型钢或Ι20b型钢。
隧道出碴均采用无轨运输,侧卸式装载机或挖掘机装碴,自卸汽车运输至弃碴场。
弃碴场设置永久挡护工程,顶面设置截、排水系统,坡面采取植被防护等措施。
为保证洞内交通物流顺畅,六盘山隧道除在斜井内设置会车道外,在正洞内利用大避车洞适当加长、加宽作为车辆会让、调头点;通过仰拱施工地段时,为避免仰拱施工干扰其它工序,采用栈桥过渡,即车辆通过搭设在仰拱施工地段的栈桥过渡到已浇注仰拱并达到通车强度的地段,仰拱落底清理及浇筑混凝土均在栈桥下进行,待栈桥下仰拱施工结束,混凝土强度达到通车强度后,再向前移动栈桥,如此周而复始,循环推进。
施工重、难点:
施工便道长,管理跨度大,并且便道多为黄土路基,雨天通行十分困难,进口和1、2号斜井工区便道翻越六盘山,雨、雪天气山险路滑,对材料运输有很大影响。
六盘山隧道为小断面铁路单线隧道,正洞与斜井开挖施工中不能并行装碴,导致施工进度缓慢,已在正洞每60m设装车道和每200m设调头道。
六盘山隧道出口洞段为浅埋段,位于两个滑坡体之间,且山顶上有民房,施工中虽然采用“弱爆破、短进尺”的控制爆破方法,以减小对围岩和民房的扰动,但在开挖洞口下导时发生塌方。
主要采取的施工方案是:
将已基本稳定的滑坡体全部挖除,在滑动面处向小里程刷边、仰坡,边、仰坡坡率放缓,并根据刷坡后的围岩情况确定边仰坡支护加固形式。
改变进洞位置,进洞位置向小里程方向移动至该滑动面处,进洞具体里程确定在DIK100+176位置。
在挖除该滑坡体之前,先在洞口段线路右侧的冲沟内埋设涵管,并在冲沟上游确定改沟位置,将主冲沟改到远隧道方向,近青林滑坡方向一侧,减小隧道右侧紧邻埋涵管冲沟的汇、排水压力。
为保障在挖除滑坡体土、石方过程中作业人员和隧道结构的安全,将挖弃方及时、适时地填筑于隧道右侧埋设涵管的冲沟内,以平衡滑坡体偏压及尚未完全释放的应力,同时减少对隧道周围环境的不利影响。
另外,在洞口横向(近冲沟一侧)沿冲沟向隧道一侧设抗滑桩,治理好滑坡体后,清除已施工的初支钢架,采用钢筋混凝土格子梁预应力锚索,结合埋涵管和填弃方工作一次到位,确保隧道洞口段施工期及运营期的安全。
六盘山隧道3号磨坪斜井由于围岩裂隙比较发育,裂隙水一直紧跟掌子面涌出。
施工中安设大型排水系统,泵站(集水坑)结构设计:
第一级泵站(集水坑)设在斜8+05处右侧,泵站沿斜井轴向长5.5m,沿斜井横向宽12m,高4.5m;其中,近中线侧2m宽不深挖,与斜井底持平,作为置放水泵用;内侧10m宽度范围为集水坑,坑深2m,坑底采用2cm厚M7.5砂浆抹面,集水坑蓄水量约100m3。
泵站洞室开挖后,洞壁施作2.5m长Φ22砂浆锚杆,采用Ⅰ12工字钢钢架支撑,间距80cm,钢架间采用Φ22钢筋纵向连接,喷射20cm厚C25砼封闭岩面,内壁锚杆挂网并喷砼,以保证安全。
水泵底座设计,水泵底座平台采用4根Ⅰ12工字钢等距排架,宽度1.2m,横向采用8mm厚钢板连接,并与水泵底座连接在一起。
工字钢排架设4根[16槽钢立柱支腿,立柱埋于斜井隧底围岩内,并填塞锚固剂或砂浆固结。
水泵配备,泵站设4台55KW水泵,1台90KW水泵(应急备用),2.2~7.5KW水泵16~20台;由小功率水泵抽水至集水坑,再由大功率水泵将水抽排至洞外。
目前,未施工洞段存在三个断层和两个不整合接触带,隧道后期的施工进度和整个工期存在很大风险,并且整个隧道处于六盘山中等富水区,将来的排水对工期的影响也很大。
六盘山隧道施工虽然困难比较大,但在各级领导的关注下,项目部针对施工现场的实际情况,通过科学组织、严格管理、不断优化施工方案、加大施工投入、适时组织会战等方式,积极克服地形、地质、天气、自然和社会环境干扰等种种影响,努力确保隧道按期安全顺利贯通。
六盘山隧道3号磨坪斜井光面爆破
六盘山隧道3号磨坪斜井
六盘山隧道1号赵家山斜井
参考文献:
1.《天平铁路六盘山隧道指导性施工组织设计》
2.《六盘山隧道设计图》
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