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高原高地应力岩爆隧道施工关键技术
- 时间:2023-03-03 08:08
- 来源:中国建设报
中铁十二局集团有限公司承建的拉林铁路巴玉隧道,位于青藏高原,海拔3400米以上,为全线控制性工程。隧道线路地处亚欧板块与印度洋板块交汇地带,地壳活动活跃,地层以花岗岩坚硬石为主,独特的地质构造,使该隧道岩体中聚集了极强地应力,形成了重度岩爆。全长13千米的隧道正洞和8131米的平行导洞,岩爆地段占94%,为I级高风险管理隧道,岩爆发生强度、频率和形态多样,国内外罕见,堪称隧道岩爆博物馆。其超2000米的埋深、超7500米的独头掘进均位列世界高原铁路隧道之最。目前国内外在隧道岩爆方面已经积累了大量的经验,但是由于岩爆灾害的突发性和前兆信息的复杂性,迄今为止国内外尚未攻克这一难题,不同地质环境和施工方法、工艺条件下的岩爆发生机理极为复杂,公认的岩爆风险判识、支护设计和防控技术规程尚未建立。在此类地质灾害难题面前,并没有有效的应对措施。
针对该领域的技术研究空白,集团公司与中国科学院武汉岩土力学研究所从隧道岩爆风险定量评估、快速施工和针对性的岩爆支护技术、立体安全防护技术等方面开展了系统性攻关,取得的创新性成果如下:
● 揭示了高原高地应力隧道岩爆机理及特征、规律,提出了高原高地应力隧道开挖过程岩爆风险定量评估方法
开展高应力下巴玉隧道花岗岩单轴、三轴反复加卸荷试验,分析其卸荷变形特征、破坏模式和裂化灾变机制,多角度评估卸荷条件下巴玉隧道花岗岩脆性岩爆破坏倾向性。
● 提出了高原高地应力隧道岩爆施工及防治技术
研发了高原高地应力隧道岩爆段开挖爆破技术,建立了基于岩爆微震监测的隧道动态施工技术,提出适应巴玉隧道岩爆灾害类型及时空特征的高原高地应力隧道施工9法则,提出了高原高地应力隧道不同等级岩爆的超前应力释放技术和适应性支护技术,建立了高原高地应力隧道岩爆机械化配套技术。
● 提出了高原高地应力隧道岩爆立体安全防护技术
建立了动态调整施工时间与洞内移动间断式休整相结合的缺氧劳动保护技术,提出了以正洞进风、平导出风、以隧道负压为循环动力的巷道射流式通风技术,构建了以长时人工作业配备防护台车实时防护为核心,辅以短时人员作业配备岩爆安全劳保用具,并配套钢结构防护罩的隧道岩爆立体安全防护技术。
目前通过在拉林铁路巴玉隧道的成功应用,大大提高了岩爆等级部位、时间的预判准确度,避免了岩爆安全事故发生,保障了施工人员心理及生理安全,加快了在高原高地应力岩爆隧道的掘进速度,节约岩爆施工洞段的锚杆、强度混凝土、拱架等支护费用、项目实施提高施工效率,从而节省了4.5个月工期,对应场地、人员、交通等固定成本、岩爆风险防控所节省的人员设备损失与处置费用等合计17330万元,产生了显著的经济效益。为高原高地应力岩爆隧道施工积累了宝贵的经验,加快了施工进度,降低了施工成本,有效控制了岩爆风险,减少了对周边环境的影响。该成果即将应用于川藏公路、深部金属矿山等相关领域的重大隧道工程,应用推广前景广阔。该成果已获得山西省科技进步二等奖、中铁建科技进步一等奖、中国建筑业协会2022年度“行业十大技术创新”,形成省级工法1项、发明专利2项、实用新型专利2项。
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