中铁二十局是通过什么方法攻克隧道断层涌水涌砂难题
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今天全国铁路隧道目前最大的断层地质涌水涌砂工程怀(化)邵(阳)衡(阳)铁路岩鹰鞍隧道F4 断层,经过中铁二十局集团六公司15个月的科技攻关和紧张施工,已经成功贯通断层地带。弥补了国内这类断层涌水涌砂施工的技术空白,也为该隧道今年6月按期贯通奠定了基础。

中铁二十局是通过什么方法攻克隧道断层涌水涌砂难题

  全长5302米的岩鹰鞍隧道位于湖南省洞口县雪峰山山脉。2016年1月4日,隧道出口段蜡犁坪斜井正洞小里程方向遭遇F4断层地质灾害,发生严重的突水涌砂,日均涌水量3500立方米,静水压力0.6兆帕;涌砂时断时续,仅前3个月就累计1.73万立方米。

  该隧道设计地质分别为Ⅳ、Ⅴ级围岩,穿越7处断层,其中F4断层分布范围DK87+840—+998。该断层带与线路正交,长达20多公里,是目前国内最大的铁路隧道断层带;且被全国铁路隧道工程专家确定为国内罕见的“高角度逆冲富水断层,破碎带呈强风化和松散的砂、石混杂结构,且富含地下水”。这种地质岩性遇高压水易发生涌水涌砂,施工中出现过4次严重的涌砂涌水灾害。

  F4断层技术含量高,施工难度大,且正洞小里程F4掌子面及因治理F4断层而增设的迂回导坑、高位泄水洞都要穿越F4断层;高位泄水洞上跨迂回导坑,这类断层施工没有可借鉴的成功经验。建设单位组织中国铁路总公司鉴定中心、工管中心和全国铁路隧道工程专家曾三次召开研讨会,分析研究F4断层地质及其治理方案,确定加强动态设计,将F4断层围岩级别由Ⅴ级调整为Ⅵ级。

  现场技术和操作人员针对涌砂涌水断层地带的不同岩性,摸索总结出“分阶段、扫孔式注浆”、“放砂法注浆”、“排水降压式注浆”、“后退式注浆”、“导管式注浆”等前进式深孔帷幕注浆的施工工艺。

  据资料显示,项目通过采用先进的孔内成像技术检测,F4断层每个循环的帷幕注浆孔位无塌孔、无流沙,出水量完全在控制范围之内。从而确保F4断层安全施工。为满足F4断层钻探和注浆需要,项目还引进2台行业先进的C6钻机。工程技术攻关人员驻守在作业队,设备保障及安质部门领导到队里蹲点,确保隧道24小时不停作业。

  中铁二十局六公司将地质勘探作为第一要务,与勘察设计单位联手采用地质雷达、红外线探水仪、地质素描、超前地质水平钻探等综合勘探的方法,在隧道内全方位、全时段开展地质超前检测预报。为了进一步核实F4断层破碎带空间分布及工程特性,项目根据专家意见,他们把水平钻探取芯的孔深由普遍的30米至60米提升到最长的76.8米。从而为研究F4断层地质岩性和处理方案提供了准确的科学依据。

  项目与西南交大联合研发新技术,通过地应力进行监测F4断层,在支护拱架的钢筋上,每5米预埋一个土压力盒和检测器,永久地固结在隧道岩体混凝土里,通过混凝土的地应力监测F4断层岩体微妙变化。

  岩溶、断层地质涌水涌砂成为隧道施工的一大障碍。这种地质环境主要分布在喀斯特地貌区域,而我国喀斯特地貌面积91—130平方公里,主要集中在广西、云南、贵州、湖南、四川等省区。如何有效治理隧道高角度逆冲富水断层出现的涌砂涌水等地质灾害,中铁二十局六公司无疑提供了成功的施工技术和经验。


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