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兰渝铁路攻克世界地质难题

兰渝铁路攻克世界地质难题

发布日期:2017-04-13 作者:江苏文治防水堵漏工程有限公司 点击:

    兰渝铁路木寨岭隧道,穿过3个背斜及2个向斜构造,粘质黄土、砂质黑褐土、炭质板岩、风化泥岩、断层破碎岩、极高地应力堪比乌鞘岭隧道,被喻为“世界级地质博物馆”、“世界难题、国内罕见、极高风险隧道”。


    兰渝铁路木寨岭隧道的难;超乎想象的难,难得过于任性、难得有些神秘。木寨岭位于青藏高原隆升区边缘。穿越甘肃境内两大地震带;隧道全长19。07公里,是兰渝铁路钻爆法施工第一长隧;前所未见的极高地应力世界罕见,软岩地质大变形,炭质板岩随时导致瓦斯外溢,以f14破碎大断层为缩影的破碎带交叉分布;有轨斜井坡度44%、海拔2850米,全年无霜期93天,最低温度零下34。6°;全隧动态设计不多见的先例,施工4层混凝土支护的绝无仅有;单是H175型钢、钢拱架焊接在一起的厚度就接近1米,混凝土厚度接近2米也抵挡不住极高地应力的破坏,最大变形量接近2米、每天15-20公分的变形速率导致隧道小导洞收敛变形宽度缩小50%;混凝土变形速率范围是常规隧道的100倍;“蚂蚁啃骨头”一个月抠出20米的进尺难逃高地应力50米的破坏,“工字钢成麻花钢”拱架拆换“推到重来”的劫难伴随着每一天施工,“苦干一个月进度是负数”已成常态的悲壮和无奈并不是国内铁路高风险隧道之最--兰渝铁路木寨岭隧道的全部。 


    2009年4月,兰渝铁路承载着西部开发的使命在没有太多关注中低调开工。兰渝铁路是渝新欧国际铁路的重要组成部分,是加快融入国家“一带一路”发展战略、全力助推西部发展是连接西南、西北之间最便捷、快递的通道,木寨岭特长隧道是兰渝铁路的关键性工程,位于古代"丝绸之路"上重镇定西,是新欧亚大陆桥的必经之地。特殊的使命和地理位置伴随特殊的地质条件。木寨岭隧道动态设计的架构似乎在警醒中铁隧道兰渝人这注定是一场暗流涌动的硬仗,木寨岭隧道进口洞口段300米的“乖顺”更给人云里雾里的神秘,随着左右线的相继开工,遭遇在第一个埋深26米浅埋段,地应力的狰狞和超乎预期的“爆发力”如约而至,每天的变形速率达到10--20公分,初支侵入隧道净空,伴随这个“来得早了一些的下马威”的地质灾害就一直困扰着项目的整个进程。

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    2010年8月,木寨岭隧道第一专家会召开,原本以为“先弱后强、先放后挡、微台阶施作、短进尺、强支护、勤量测、快衬砌、多循环”的施工方案可以给木寨岭隧道施工套上一道“紧箍咒”,可事实很快佐证,常规方案已经受阻,木寨岭隧道隧道“乖戾性情”挑战着中铁隧道股份建设团队的意志和智慧。“短进尺、强支护,稳扎稳打、稳中求快”的施工原则,超设计标准的加长锁脚锚杆和加固注浆,H175型钢拱架实际间距比设计缩小10公分,微台阶开挖,每个台阶以设计量的双倍加装H175型钢,仰拱距离掌子比设计标准间距缩小40%,“猛药+保守疗法”,高地应力的破坏丝毫没有“识趣的妥协”;每天5公分的收敛变形、开裂掉块、钢拱架折弯挫断,三天一个初支循环施工后呈大写“U字型”的钢拱架扭曲成“Z字型”,工字钢成了麻花钢,辛苦付出遭遇自然界挑战带来大面积的龟裂犹如对心理欲哭无泪的撕痛。“干了30年的隧道,遭遇如此的茫然无措和思想准备不足还是第一次”,防水堵漏兰渝二分部经理如是说。 


    2013年8月木寨岭隧道的进入岭脊段施工,“潘多拉魔盒”的神秘和魅力在等待和质疑中成为不得不接受的现实,2013年8月至2016年1月的27个月木寨岭隧道隧左线累计进尺330米、右线进尺362米。月均不到14米的进度对于“隧道施工国家队”的中铁隧道集团,难度,还是难度,绝对无愧于“世界难题、国内罕见”。这些太专业的术语。用大众的语言看隧道的“物理反应”,木寨岭隧道脆弱的地质在这里颠覆了传统意义钻爆法施工打眼、放炮、出渣的概念。打隧道的概念被“抠隧道”所代替,在木寨岭隧道掘进中笔者注意到,原以为放弃放炮而采用能发挥威力的破碎锤掘进,但遇风就化、遇水就软的地质,破碎锤就像扎进了橡皮泥一样,钻杆打进岩层和打进豆腐、稻田一样的轻松和恐怖,而挖掘机也同样难以尽显威力,工人们只能用最原始的镐和锹,一锹一镐地往里抠,若大的掌子面变成一个“考古现场”。即使这样的细心推进和支护措施的跟进,塌方依然频频发生,最好的月进尺数米或数十米成了最好的记录。这就是谢瑞刚这位有30年隧道历练的老隧道不得不接受的现实。爆破出来不规则黑褐色炭质岩“见光死”,风化3小时之后即为石粉,石粉装上车运出洞外30分钟之后即为石浆。“遇风即化、遇水即溶”是木寨岭隧道特有地质印记,看上去很硬实,抓起来像面粉,踩起来像泥浆的岩体;地应力超过钢筋混凝土设计值的4倍。坚毅而有实力的中铁隧道股份技术攻坚团队“望、闻、问、切”启动了小导洞应力释放+双层支护+长锚索+双层衬砌独有的“木寨岭模式”。 


    截止2014年10月,木寨岭隧道正洞总进尺接近7.5公里进入岭脊段施工,岭脊段最严峻的施工就此揭开“地质博物馆”神秘面纱,据统计;截止2015年11月,木寨岭隧道召开院士、专家地质论证会11次、专家专题会78次,动态设计方案68个,下发技术交底2688份、组织技术专题培训5651人次。系统资料书面打印出来足以堆满一套110名米的三居室。从2014年10月开始,木寨岭隧道施工就被“拆了换、换了拆”的魔咒困扰,第一天好不容易有了70公分的进尺,第二天面对的却是超过两米的拱架变形拆换;最严重的一次,三天时间变形量里程超过60米;每天的变形值飙升至20公分,10天之内的收敛变形超过2米,高7米、宽6.8米的小导洞收敛变形的速率用肉眼可以直接看见,装载机作业两个小时都不能动弹了,导洞宽度由6.8米的倒“U”字型被挤兑成“A”字型,没有最难、只有更难。工序转换最频繁的阶段,3个月没有进尺;兰渝铁路公司领导蹲守现场每天一次专题会,中铁隧道集团先后10余次邀请国内知名专家工程院院士王梦恕、国家勘察设计大师史玉新等业界权威到木寨岭隧道现场调研“把脉问诊”,木寨岭隧道隧道被定性为“国内罕见,世界难题”,被列为全路“头号重难点”,专家表示:全世界没有现成的技术方案可供木寨岭隧道施工参考,只能在施工中摸索前行。 


    2015年9月专家会确立的“小导洞应力释放+双层支护+长锚索+双层衬砌”的施工方案;第一层初支钢拱架喷射混凝土33公分、第二层H175型钢支护混凝土25公分、第一层H175型钢衬砌混凝土40公分,最后一层拱架衬砌混凝土70公分;每循环6--8根12米的锚索。简单的数字相加,1.7米厚混凝土,C35的混凝土强度、3天等强拆模时间是常规施工的3倍,35MPa的强度是常规施工的4.3倍,中国工程院院士王梦恕表示:如此快、如此猛的高地应力大变形在中国铁路建设史上还是首例。 


    六年艰难险阻,六载沐风栉雨,目前距离木寨岭隧道全断面扩大开挖贯通左线仅剩265米,右线220米,然而剩余的工程确在木寨岭埋深最深处,施工难度将更加异常艰难。


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