富水软弱围岩长大隧道施工方法_5

文档序号:9704538阅读:来源:国知局

[0228] 步骤105、出口侧平导与第五正洞段后端节段开挖施工:所述进口侧平导5开挖施 工完成后,由后向前对出口侧平导6进行开挖施工,开挖施工过程中采用第二通风机9-2和 第二接力风机11-2进行压入式通风,且通过布设于隧道斜井1与第一正洞段2-41内的第四 通风管10-4和布设于第二正洞段2-42、进口侧平导5与出口侧平导6中已开挖完成的隧道洞 内的第七通风管10-7进行送风;
[0229]所述第五正洞段2-45分为后端节段和位于所述后端节段前侧的前侧节段;并且, 所述进口侧平导5开挖施工完成后,由后向前对所述后端节段进行开挖施工,开挖施工过程 中采用第二通风机9-2和第一接力风机11-1进行压入式通风,且通过布设于隧道斜井1与第 一正洞段2-41内的第四通风管10-4和布设于第二正洞段2-42、进口侧平导5与所述后端节 段中已开挖完成的隧道洞内的第五通风管10-5进行送风;
[0230]步骤106、第二接力风室施工:待所述后端节段开挖施工完成后,在所述后端节段 内施工第二接力风室12,所述第二接力风室12内装有第四接力风机12-1和第五接力风机 12-2,所述第五通风管10-5的出风口与第二接力风室12内部相通;所述第二接力风室12位 于所述平导交叉口的前侧;所述第五通风管10-5的出风口与第二接力风室12内部相通; [0231]步骤107、第五正洞段前侧节段与第四正洞段开挖施工:所述第二接力风室12施工 完成后,由后向前对所述前侧节段进行开挖施工,开挖施工过程中采用第二通风机9-2、第 一接力风机11-1和第四接力风机12-1进行压入式通风,且通过布设于隧道斜井1与第一正 洞段2-41内的第四通风管10-4、布设于第二正洞段2-42、进口侧平导5与所述后端节段内的 第五通风管10-5和布设于所述前侧节段中已开挖完成的隧道洞内的第八通风管10-8进行 送风;所述第八通风管10-8的进风口与第四接力风机12-1的进风口连接;
[0232] 同时,由前向后对第四正洞段2-44进行开挖施工,开挖施工过程中采用第二通风 机9-2、第一接力风机11-1和第五接力风机12-2进行压入式通风,且通过布设于隧道斜井1 与第一正洞段2-41内的第四通风管10-4、布设于第二正洞段2-42、进口侧平导5与所述后端 节段内的第五通风管10-5和布设于所述后端节段与第四正洞段2-44中已开挖完成的隧道 洞内的第九通风管10-9进行送风;所述第九通风管10-9的进风口与第五接力风机12-2的进 风口连接。
[0233] 如图2所示,对所施工高原长隧道进行通风施工时,先在正洞2的进口和出口外侧 分别安装进口侧通风机7和出口侧通风机8,并在隧道斜井1的洞口外侧安装两个斜井洞口 通风机,两个所述斜井洞口通风机分别为第一通风机9-1和第二通风机9-2。
[0234] 其中,隧道进口段2-1和隧道出口段2-2的通风施工状态详见图2,图2和图7中空心 箭头表示新鲜空气流向,实心箭头表示污浊空气流向。
[0235] 实际施工时,因多次突水、突石等水文地质发生重大变化,尤其是出口方向曾多次 发生较大规模的突水突突石事件导致施工受阻,需对如图2所示的施工方法进行调整,并增 开所述迂回平导,从而增开了多个需通风巷道,多个所述需通风巷道均为独头巷道,并且每 个独头巷道距离洞口(具体是隧道斜井1的洞口)距离长、岔口分支风量损失大,因而要做到 既节能环保,更不能影响长大隧道现场的正常施工,通风施工难度较大。通风施工主要有两 大难题:一是高原缺氧内燃设备效率下降,车辆数量增加;机械油料燃烧不充分,排放尾气 中有害气体含量增高,增加了环境污染,继而增大通风难度;二是高原、低压、缺氧环境下长 隧道独头多巷道长距离通风,通风难度加大,通风设备性能指标降低,使用设备数量增加, 功率增大。
[0236] 本实施例中,所述进口侧平导5位于正洞2的左侧。
[0237] 本实施例中,所述泄水洞4为高位泄水洞且其与出口侧平导6位于同一侧。
[0238] 本实施例中,所述隧道出口段2-2-侧还设置有出口段平导,所述出口段平导为与 隧道出口段2-2呈平行布设的导洞且其与第一导洞6-1位于同一直线上;
[0239] 对隧道出口段2-2进行开挖施工过程中,同步由前向后对所述出口段平导进行开 挖施工,开挖施工过程中采用布设于所述出口段平导的洞口外侧的第三通风机进行压入式 通风,且通过布设于所述出口段平导中已开挖完成的隧道洞内的第十通风管进行送风。
[0240] 本实施例中,所述进口侧通风机7、出口侧通风机8、第一通风机9-1、第二通风机9- 2、第一接力风机11-1、第二接力风机11-2、第三接力风机11-3、第四接力风机12-1和第五接 力风机12-2均为轴流式通风机,所述第一通风管10-1的进风口与进口侧通风机7的送风口 连接,所述第二通风管10-2的进风口与出口侧通风机8的送风口连接。
[0241 ]本实施例中,对斜井辅助施工出口段2-4进行开挖施工之前,先对斜井辅助施工正 洞段、所述迂回平导、迂回平导辅助正洞进口段、迂回平导辅助正洞出口段和所述泄水洞4 的通风长度分别进行计算,其中所述斜井辅助施工正洞段由第一正洞段2-41、第二正洞段 2-42和第三正洞段2-43连接而成且其通风长度为隧道斜井1与第一正洞段2-41、第二正洞 段2-42和第三正洞段2-43的长度之和,所述迂回平导由进口侧平导5和出口侧平导6连接而 成且其通风长度为隧道斜井1与进口侧平导5和出口侧平导6的长度之和,所述迂回平导辅 助正洞进口段为第四正洞段2-44且其通风长度为隧道斜井1、第一正洞段2-41、第二正洞段 2-42、进口侧平导5和第四正洞段2-44的长度之和,所述迂回平导辅助正洞出口段为第五正 洞段2-45且其通风长度为隧道斜井1、第一正洞段2-41、第二正洞段2-42、进口侧平导5和第 五正洞段2-45的长度之和,所述泄水洞4的通风长度为隧道斜井1、第一正洞段2-41和泄水 洞4的长度之和。
[0242] 并且,对斜井辅助施工出口段2-4进行开挖施工之前,还需对所述斜井辅助施工正 洞段、所述迂回平导、所述迂回平导辅助正洞进口段、所述迂回平导辅助正洞出口段和所述 泄水洞4的通风风量进行计算;所述第三通风管10-3、第四通风管10-4、第五通风管10-5、第 六通风管10-6、第七通风管10-7、第八通风管10-8和第九通风管10-9均为柔性风管,且对斜 井辅助施工出口段2-4进行开挖施工之前,还需对所述柔性风管的风压进行计算。
[0243] 实际施工时,所述通风风量的计算方法和对所述柔性风管的风压的计算方法,均 为隧道通风施工采用的常用计算方法。
[0244] 根据《高速铁路隧道工程施工技术指南》作业环境标准,结合现场实际情况,通风 风量计算分四种,即按洞内允许最低风速需风量计算出工作面风量Ql,按洞内最多人数需 风量计算工作面风量Q2,按排除炮烟需风量计算工作面风量Q3,按排除洞内内燃机废气需 风量计算稀释内燃设备排放废气的总通风量Q4,在Q1、Q2、Q3和Q4中选取最大值最为最大通 风量。考虑高原隧道随着海拔的增加,大气压力降低,单位体积中的气体分子数减少,空气 稀薄,空气重率和密度降低等影响因素,对最大通风量进行重率修正,具体是处于重率修正 系数,所述重率修正系数=V0.683。
[0245] 本实施例中,所述斜井辅助施工正洞段、所述迂回平导、所述迂回平导辅助正洞进 口段、所述迂回平导辅助正洞出口段和所述泄水洞4均为需通风巷道且其通风风量计算方 法均相同;
[0246] 对任一个所述需通风巷道的通风风量进行计算时,包括以下步骤:
[0247] 步骤2011、工作面风量Ql计算:对所述需通风巷道的工作面风量Ql进行计算,所述 工作面风量Ql为按所述需通风巷道的洞内允许最低风速计算得出的通风量;
[0248] 步骤2012、工作面风量Q2计算:对所述需通风巷道的工作面风量Q2进行计算,所述 工作面风量Q2为按洞内最多人数计算得出的需风量;
[0249] 步骤2013、工作面风量Q3计算:对所述需通风巷道的工作面风量Q3进行计算,所述 工作面风量Q3为按排除洞内内燃机废气计算得出的需风量;
[0250] 步骤2014、工作面风量Q4计算:对所述需通风巷道的工作面风量Q4进行计算,所述 工作面风量Q4为按稀释内燃设备排放废气计算得出的总通风量;
[0251] 步骤2015、从计算得出的工作面风量Ql、Q2、Q3和Q4中选取最大值最作为最大通风 量;
[0252] 步骤2016、对步骤2015中得出的最大通风量进行重率修正。
[0253]所述柔性风管的通风阻力损失包括沿程阻力损失和局部阻力损失两部分。其中, 计算沿程阻力损失时,管道风量应取通风机与工作面风量的几何平均值。此处,将局部阻力 损失简化为沿程阻力损失的12%。所采用轴流式通风机的设计全压2 lOOOPa。
[0254]其中,轴流式通风机,也称轴流风机。
[0255]本实施例中,所述柔性风管的直径为Φ 1.8m,所述柔性风管为PVC增强塑胶布制成 的风管,其表面光洁度高,流动磨擦阻力系数小,高强、低阻。布设平、直、顺,特别是由分岔 口进入各巷道的管路,在转弯处挂设通顺,不转死角。现场作业时按施工内容不同分时间点 段依次抽换,既达到节能环保、减少漏风的目的,又保证了正常施工不受影响。
[0256] 本实施例中,所述斜井辅助施工正洞段、所述迂回平导、所述迂回平导辅助正洞进 口段、所述迂回平导辅助正洞出口段和所述泄水洞4均为需通风巷道;对斜井辅助施工出口 段2-4进行开挖施工之前,根据计算得出的五个所述需通风巷道的通风风量和通风长度,并 结合所述柔性风管的风压,对所述进口侧通风机7、出口侧通风机8、第一通风机9-1、第二通 风机9-2、第一接力风机11-1、第二接力风机11-2、第三接力风机11-3、第四接力风机12-1和 第五接力风机12-2中所采用轴流式通风机的数量和各轴流式通风机的功率进行确定。 [0257]如图7所示,通过第一接力风室11向各需通风巷道接力供风。根据所述第一接力风 室11的需供风量,由洞外(即隧道斜井1的洞口)向第一接力风室11供风的需供风量为 11944111 3/1^11,风压损失为7993?&,因而在隧道斜井1的洞口外侧设置两台功率均为2\ 200kw轴流风机,最大风压为10648Pa;由洞外通过接力向掌子面供风,满足使用要求。因而, 第一通风机9-1和第二通风机9-2的功率均为2X200KW,可提供最大风量为12584m 3/min。 [0258]对于所述斜井辅助施工正洞段,具体是对第二正洞段2-42和第三正洞段2-43进行 通风施工时,通过第一接力风室11供风,距掌子面最大通风距离为370m,需供风量为 4349m3/min,风压损失为1000 Pa。在第一接力风室11内布设1台功率为2 X IlOkw的轴流风 机,风机可提供最大风量4682m3/min > 4349m3/min;最大风压4069Pa > 1000 Pa,满足使用要 求。因而,第二接力风机11-2包含1台功率均为2X IlOkw的轴流风机。
[0259]对于所述迂回平导辅助正洞进口段,所述第二接力风室12距第一接力风室11的距 离为600m,并且第二接力风室12与第一接力风室11之间的需供风量为4514m3/min,风压损 失为4004Pa。因而,在第一接力风室11内布设1台功率为2 X IlOkw轴流风机(即第一接力风 机11-1包含1台功率均为2 X I IOkw的轴流风机),风机可提供最大风量4682m3/min,最大风 压为4069Pa,满足使用要求。同时,第二接力风室12的通风距离(也称通风长度)为134m,需 供风量为4192111 3/1^11,风压损失845?&。因而,在第二接力风室12内布设1台功率为2\1101? 的轴流风机,由洞外通过接力向掌子面供风,满足使用要求,即第五接力风机12-2包含1台 功率为2 X IlOkw的轴流风机。
[0260]对于所述迂回平导辅助正洞出口段,第二接力风室12的通风距离为295m,需供风 量为4298m3/min,风压损失为1907Pa。因而,在第二接力风室12内布设1台功率为2 X IlOkw 的轴流风机,由洞外通过接力向掌子面供风,满足使用要求,即第四接力风机12-1包含1台 功率为2 X IlOkw的轴流风机。
[0261]对于所述迂回平导,所述第一接力风室11的通风距离(也称通风长度)为900m,需 供风量为25691113/1^11,风压损失为1881?&。因而,在第一接力风室11内布设1台功率为2乂 I IOKw轴流风机,即第二接力风机11-2包含1台功率均为2 X I IOkw的轴流风机。
[0262] 对于所述泄水洞4,所述第一接力风室11的通风距离为需供风量为727m3/min,风 压损失为2452Pa。因而,在第一接力风室11内布设1台功率为2X55kw的轴流风机,风机可提 供最大风量为1399m 3/min,最大风压为2533Pa。因而,所述第三接力风机11-3包含1台功率 为2 X 55kw的轴流风机。
[0263] 本实施例中,为改善洞内空气循环线路,加快空气流通效果,所述斜井交叉口处设 置有射流风机。
[0264] 并且,所述射流风机的功率为55kw。
[0265] 实际使用时,步骤102中所述第一接力风室11和步骤106中所述第二接力风室12均 为由钢板焊接而成的密闭箱体。
[0266]并且,所述第一接力风室11和第二接力风室12均与通风管道呈平行布设。通过第 一接力风室11和第二接力风室12,实现轴流式通风机的串联,实现风机多级接力,由洞外 (即隧道平导1的洞口)通过集中串联的接力风室(即第一接力风室11和第二接力风室12)向 掌子面供风,满足使用要求。
[0267] 实际加工时,所述密闭箱体为长方体箱体,所述长方体箱体的长度为8m~10m、宽 度为2m~3m且其高度为4m~5m。
[0268] 本实施例中,所述长方体箱体的长度为9m、宽度为2.5m且其高度为4.5m,并且该长 方体箱体由厚度为2cm的钢板焊接而成。
[0269] 如图6所示,所述隧道出口段2-2与第五正洞段2-45之间的贯通面为第一贯通面 13,所述出口段平导与第一导洞6-1之间的贯通面为第二贯通面14。
[0270] 本实施例中,所述突涌点3为发生隧道突水和/或突泥的位置点。并且,所述突涌点 3所处位置为第三正洞段2-43和第四正洞段2-44之间的贯通面,对突涌点3所处位置的施工 放在第三正洞段2-43和第四正洞段2-44贯通时进行,因而能有效解决施工受阻问题。并且, 通过所述迂回平导能满足隧道通风需求。
[0271]以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
【主权项】
1. 一种富水软弱围岩长大隧道施工方法,其特征在于:所施工隧道的长度大于5km且其 开挖断面大于50m2;所施工隧道的正洞(2)-侧设置有隧道斜井(1);所述正洞(2)分为隧道 进口段(2-1)、隧道出口段(2-2)和连接于隧道进口段(2-1)与隧道出口段(2-2)之间的中部 连接段,所述隧道斜井(1)与所述中部连接段相交且二者之间的交叉口为斜井交叉口,所述 中部连接段为斜井辅助施工段且其以所述斜井交叉口为界分为斜井辅助施工进口段(2-3) 和斜井辅助施工出口段(2-4 ),所述隧道进口段(2-1 )、斜井辅助施工进口段(2-3 )、斜井辅 助施工出口段(2-4)和隧道出口段(2-2)沿正洞(2)的纵向延伸方向由后向前进行布设; 对所施工隧道进行施工时,所施工隧道的进出口同时开工,且对隧道进口段(2-1)和隧 道出口段(2-2)分别进行施工的同时,通过隧道斜井(1)分别对斜井辅助施工进口段(2-3) 和斜井辅助施工出口段(2-4)进行施工;所述隧道进口段(2-1 )、隧道出口段(2-2 )、斜井辅 助施工进口段(2-3)和斜井辅助施工出口段(2-4)的施工方法均相同,均分多个节段由先至 后进行施工,多个所述节段的施工方法均相同;对任一个节段进行施工时,包括以下步骤: 步骤一、超前地质预报:采用超前地质预报系统对当前所施工节段进行超前地质预报, 并根据超前地质预报结果,判断当前所施工节段的掌子面前方是否存在碎肩流地层(15-8):当判断得出所述掌子面前方存在碎肩流地层(15-8)时,进入步骤二;否则,进入步骤三; 步骤二、稳定性控制施工:先在当前所施工节段的掌子面后侧,施工一个对所述掌子面 进行封堵的封堵墙(15-5);之后,对当前所施工节段进行超前支护,并安装用于降低碎肩流 地层(15-8)的水头压力的超前排水通道;所述超前排水通道由后向前逐渐向上倾斜,所述 超前排水通道的前端伸入至碎肩流地层(15-8)且其后端位于所述掌子面后侧; 步骤三、初期支护方案确定:对当前所施工节段围岩的岩体强度Rb和围岩内部的最大 地应力分别进行测试,并计算得出当前所施工节段围岩的强度应力比;再根据计 算得出的强度应力比_,对当前所施工节段的初期支护方案进行确定:当时,所采用的初期支护方案为格栅钢架与套拱联合支护方案;当·时,所采用的 初期支护方案为型钢钢架支护方案; 步骤四、隧道开挖及初期支护施工:沿隧道纵向延伸方向,由后向前对当前所施工节段 进行开挖施工;开挖施工过程中,根据步骤三中所确定的当前所施工节段的初期支护方案, 由后向前对开挖形成的隧道洞进行初期支护,并获得隧道初期支护体系(16-4); 其中,当步骤三中所确定的初期支护方案为型钢钢架支护方案时,所获得的隧道初期 支护体系(16-4)为型钢钢架支护体系;所述型钢钢架支护体系包括多榀对所述隧道洞进行 支护的型钢钢架,多榀所述型钢钢架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行 布设;多榀所述型钢钢架呈均匀布设; 当步骤三中所确定的初期支护方案为格栅钢架与套拱联合支护方案时,所获得的隧道 初期支护体系(16-4)为格栅钢架与套拱联合支护体系;所述格栅钢架与套拱联合支护体系 包括多榀对所述隧道洞进行支护的格栅钢架和多榀对所述隧道洞的拱墙进行支护的型钢 套拱(16-3),多榀所述格栅钢架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布 设,多榀所述型钢套拱(16-3)的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设; 多榀所
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