长深埋硬岩TBM施工输水隧洞重难点分析及管控.pdf
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1、 年第 期水利规划与设计科研与管理:/长深埋硬岩 施工输水隧洞重难点分析及管控陈 诚 张 宇(新疆水发建设集团有限公司 新疆 乌鲁木齐 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室 辽宁 沈阳)摘要:深埋 隧洞施工过程中常遇到多种地质灾害 严重影响施工效率以及人员和设备安全 以新疆某长深埋硬岩 隧洞为研究背景 基于 施工进度难点 从复杂地质、运输调度管控及设备选用等多角度分析了其对施工的影响 并提出了相应的管控措施 研究认为 针对不同施工难点采用“平面多工序 立体多层次”施工策略和具体的防控措施 能够有效提高现场施工效率 降低灾害风险 保障设备和人员安全 同时 综合优化运输调度管控及设备选取方
2、案 能够保障现场的掘进效率 研究成果可为相近工程提供借鉴关键词:特长深埋硬岩输水隧洞 施工进度分析 难题管控中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:陈 诚(年)男 工程师:概述随着水利水电基础工程施工技术的迅猛发展特长深埋输水隧洞建设数量快速增长 相关工程呈现超长、深埋的特征 在特长深埋输水隧洞施工过程中 存在隧洞埋深大、洞线长、地质条件和施工条件复杂等诸多问题 对 施工进度造成显著影响 施工过程中塌方、岩爆等地质灾害严重影响掘进速率以及设备和人员安全 逐渐成为制约特长深埋输水隧洞施工效率的关键 断层破碎带作为特殊的地质构造 常常是影响 顺利掘进的重难点 新疆某引水隧洞工程中
3、 穿越 支洞 段多次穿越断层破碎带 期间 进尺较低 多次发生卡机事故 严重影响掘进效率 年 月 日广西桂中治旱乐滩水库引水灌区北干一标段 穿越断层破碎带时发生严重卡机 此外 岩爆作为一种动力灾害 逐渐成为严重影响深埋超长隧洞的安全施工的重要因素 锦屏引水隧洞施工期间发生“”极强岩爆 导致 被埋 多人受伤 造成严重的经济损失和人员伤亡本文结合新疆某引水隧洞工程实践 从复杂地质条件、长距离运输、刀具选用、长距离皮带机选用等方面分析影响特长深埋隧洞工程施工进度的主要因素 进而把握对特长深埋隧洞工程施工进度的管控要点 工程概况某深埋 隧洞主洞长度 采用 台 施工 总掘进长度 为独头掘进 隧洞埋深 隧洞
4、以类围岩为主总长 占比约 隧洞穿越区域岩性主要有钙质砂岩、凝灰岩、凝灰质砂岩、志留系片理化凝灰岩、花岗岩夹黑云母花岗岩 根据地形地质及施工分段规划 其中 有 个施工段平面布置如图 所示图 平面布置示意图 施工进度重难点分析及管控 复杂地质条件本标段隧洞开挖可能遇到的不良地质问题主要有:突涌水(泥)、断层、塌方、岩爆等 根据科研与管理水利规划与设计 年第 期隧洞段初步围岩分类 隧洞开挖过程中需通过较大断层带 次 断层岩体稳定性差 对围岩稳定性具有显著影响 对于可能遇到的不良地质问题坚持“先探后掘”的原则 采用超前预报和长、短距离超前地质预报的预报机制 构成隧洞施工的地质综合预报体系 进行不良地质
5、预报将预报信息适时传输至工程信息管理系统 通过预报来降低风险 同时制定应对各种不良地质条件情况下 施工方案、防护措施、应急预案 根据地质预报预测情况 针对各种不良地质地段 采取合适的掘进模式和支护参数确保人员和 设备的安全 保证 设备正常运行 突涌水(泥)该标段主要为贮存于断层破碎带、裂隙密集带的基岩裂隙水 开挖结果显示 上述地质区域大多以渗水、滴水为主 局部出现线状流水 如图 所示 针对可能存在的突涌水(泥)掘进段 应结合日常地质描述 首先采用超前地质预报法 预报掌子面前方的围岩构造和含水情况 按“早探明、预注浆、快封闭 先探后掘 堵排结合 节制排放”的原则进行施工 尽可能地减少涌水对施工造
6、成灾难性的影响图 地下水特征 年 月 日 掘进段段围岩条件较差 现场出现大范围线状流水和滴渗水特征 如图 所示 统计表明该区段现场涌水量/为保证施工安全有序推进 对该区域开展突涌水治理工作 严格遵守“早探明、预注浆、快封闭 先探后掘 堵排结合 节制排放”的原则现场采用 综合电仪法对 段在该区域开展超前地质预报 如图 所示三维点电阻率图像中电阻率值整体较低 推断该区域围岩以出现滴渗水和线状出水 开挖至 时 掘进涌水量达 /现场及时停机 为保证堵水效果及施工便捷性 待 通过该区域后对该区域开展进一步堵水工作 对现场散水区域进行环向和纵向帷幕止水灌浆孔钻孔 采用纯压式灌浆 待表面封堵和浅层灌浆完成后
7、 将涌水最后汇集到主水孔中 引流孔堵水灌浆采用分段灌浆 通过现场数据记录、测量队灌浆堵水效果进行评价 堵水结果表明 堵水后渗水量为 /灌浆堵水后封堵效果减水率大于 且隧洞洞壁不再出现线状流水 堵水效果满足设计掘进要求 如图 所示图 附近滴渗水 断层破碎带该标段内无区域性大断裂通过 但发育、共 条较大的次级断层 产状 或 ()断层走向与洞线方向夹角 破碎带宽度 带内以糜棱岩、碎裂岩及断层角砾岩为主 掘进期间于 发生大范围塌方破坏 塌腔深度最深 造成现场工期延误长达 天 为此 提出了“先探后掘、超前处理、紧跟加固”的掘进原则 做到“早探明、预加固 少扰动 强支护 勤量测 快封闭”采用超前地质预报的
8、方式对未掘进区域 年第 期水利规划与设计科研与管理图 超前地质预报结果图 现场堵水效果地质条件进行探明 采用固结灌浆(化学灌浆)技术措施加固围岩和堵水后 根据破碎地质的规模、性质 采用大管棚、小导管等超前支护或超前注浆固结地层等措施 再进行 掘进 年 月 日 穿越 断层破碎带时为保证 顺利通过 现场采用超前地质预报进一步得到消息的地质条件 随后对护盾区域附近围岩采用固结灌浆的方式加固围岩 同时缩短钢拱架间距 并封闭围岩 后续监测表明 钢拱架发生轻微下沉 但在允许范围内 该方法有效地保证了围岩的稳定性 促进了 顺利通过 塌方该标段断层破碎带、影响带、节理裂隙密集带和、类围岩洞段 以及存在不利结构
9、面组合的洞段 存在发生塌方的可能性 穿越不良地质段可能遇到洞室不同部位的塌方 现场统计了 区段塌方发生位置 如图 所示 结果表明 塌方主要发生于护盾顶部附近 点钟附近 此外 点钟方位、点钟方位也有分布 受限于 结构影响 掌子面前方地质条件往往无法直接观测获取 为此 开展超前地质预报有助于获取掌子面前方地质条件 一定程度上可以获取到前方塌方风险 为进一步施工准备提供参考图 是 段超前地质预报图 塌方区域占比结果图 由图 可知 段正负反推明显 由此推断该区段围岩较为破碎 节理发育易发生塌方 段围岩较上一区段有变好趋势 易发生掉块 局部可能存在塌方 根据监测结果 现场及时准备支护材料 最终 区段发生
10、多次塌方 由于现场及时支护 有效提高了现场施工效率图 超前地质预报成像图 岩爆岩爆是一种复杂的动力性地质灾害 随着越来越多的地下工程向深部进军 岩爆逐渐成为制约工程安全开展的重要影响因素 本标段隧道沿线地应力高 最大主应力为 以水平主应力为主 整体为华力西期花岗岩夹黑云母花岗岩 沿线以类和类围岩为主 整体占比超 具备较高的岩爆风险 施工期间 岩爆段长度约 占比约 科研与管理水利规划与设计 年第 期其中中等岩爆占比约 长度 掘进期间发生了两次典型岩爆 微震监测作为岩爆预警的最有效手段之一 已经被广泛应用于深埋隧道工程 因此为保证施工人员和设备安全 现场采用东北大学自主研发的 ()微震监测系统 通
11、过岩爆微震监测预警结果 及时掌握岩爆等级和位置 并采用相应的支护方案开展支护保证现场施工安全 不同岩爆等级应采用应相的支护方案 本文以隧洞掘进期间发生的一次中等岩爆为例 详细阐述其防控过程 此外 轻微岩爆和强烈岩爆等支护方案可以参考文献 年 月 日:至 月 日:微震监测系统捕捉到岩石破裂时间 个 累积微震释放能为 微震事件主要分布于 点钟方位 现场地质条件调查表明 围岩干燥且完整性好综合考虑预警中等岩爆 月 日现场地质踏勘表明 月 日 点 分于 附近点 点钟方位发生中等岩爆 爆坑深度 与微震事件空间分布具有较好的一致性 如图 所示现场施工人员反馈 岩爆发生时有显著的噼啪声响和闷响声 为保证施工
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