本書主要通過概述、隧道地質(zhì)勘察、變質(zhì)片巖隧道大變形控制、隧道通風(fēng)豎井施工、長大隧道施工作業(yè)環(huán)境治理、隧道地質(zhì)災(zāi)害防治和隧道工程施工管理7章,全面系統(tǒng)地對“變質(zhì)片巖大變形防治”、“長大隧道施工作業(yè)環(huán)境治理”、“隧道超深 豎井節(jié)能快速成井技術(shù)”開展了專題研究,提出了變質(zhì)片巖長大隧道施工中圍巖大變形分級方法,形成了針對不良地質(zhì)安全施工與災(zāi)害防治技術(shù)的較為完善的體系。
隨著國家級頂層戰(zhàn)略設(shè)計“一帶一路”和“十三五”規(guī)劃的實施,國家交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐將進(jìn)一步加快,作為穿越山體、河流、湖泊的隧道工程,規(guī)模、數(shù)量明顯增多。隧道工程本身所處的地質(zhì)條件也呈現(xiàn)出多樣化,尤其在西部地區(qū),情況更為復(fù)雜。交通隧道、水工隧洞及其他地下工程在穿越深埋、高地應(yīng)力、復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造、軟弱圍巖及節(jié)理裂隙發(fā)育巖體地段時,隧道圍巖變形引發(fā)的多種地質(zhì)災(zāi)害,特別是隧道圍巖大變形情況的處理,極為困難。目前,隧道圍巖大變形處理措施尚沒有系統(tǒng)規(guī)范的統(tǒng)一做法,隧道工程圍巖大變形已經(jīng)成為困擾地下工程界的一個重大難題;特別是長大隧道的變質(zhì)片巖圍巖,破碎且遇水極易軟化膨脹,變形速率高、累計變形量大、持續(xù)時間長、圍巖破壞牽引范圍大,由此引發(fā)的涌水突泥現(xiàn)象極其明顯。開展針對變質(zhì)片巖隧道大變形、涌水突泥災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理及災(zāi)害控制技術(shù)研究、長大隧道施工作業(yè)環(huán)境治理技術(shù)等科技難題的研究具有重要的工程價值和現(xiàn)實意義。通省隧道是湖北省骨架公路網(wǎng)中迄今為止最長的變質(zhì)片巖隧道,修建歷時7年之久,是十堰至房縣高速公路“第一難隧道”。隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖占比高達(dá)996%,揭示圍巖最大變形量高達(dá)160 cm,施工過程中多次發(fā)生拱頂坍塌、涌水突泥等地質(zhì)災(zāi)害;為創(chuàng)新施工技術(shù)、總結(jié)施工經(jīng)驗,施工過程中對“變質(zhì)片巖大變形防治”、“長大隧道施工作業(yè)環(huán)境治理”、“隧道超深豎井節(jié)能快速成井技術(shù)”開展了專題研究。本書是對研究成果的歸納和總結(jié),重點對通省隧道變質(zhì)片巖大變形防治、長大隧道超長距離作業(yè)環(huán)境治理、超深豎井節(jié)能快速成井等施工技術(shù)進(jìn)行研究。通過分析研究區(qū)段隧道的圍巖受力和變形特征,提出了變質(zhì)片巖長大隧道施工過程中圍巖大變形分級方法及標(biāo)準(zhǔn)建議,提出了大變形預(yù)報監(jiān)測預(yù)警技術(shù);通過對圍巖大變形、塌方、涌水突泥等地質(zhì)災(zāi)害的防治和基于“二次擴(kuò)井”的施工理念發(fā)明的隧道通風(fēng)豎井節(jié)能快速施工方法的實施,提出了基于機(jī)械通風(fēng)原理的置換式通風(fēng)和聯(lián)合豎井綜合通風(fēng)配套技術(shù)來改善作業(yè)環(huán)境;形成了針對復(fù)雜地質(zhì)條件下山區(qū)高速公路變質(zhì)片巖大變形、涌水突泥等不良地質(zhì)安全施工與災(zāi)害防治技術(shù)的一整套較為完善的變質(zhì)片巖長大隧道綜合施工技術(shù)體系,對提升地下工程施工期災(zāi)害控制技術(shù)水平、保障隧道工程施工安全起到極其重要的作用。本書在編撰過程中得到了參閱了大量研究成果,收集、借鑒和參考了相關(guān)設(shè)計、施工和管理成果。在此對提供技術(shù)指導(dǎo)、參與十房高速公路通省隧道建設(shè)的有關(guān)專家、技術(shù)人員和提供資料的人員表示感謝。此書出版之際,謹(jǐn)向通省隧道全體建設(shè)者致以崇高的敬意。
劉新福,男,1974年9月出生,中共黨員,博士學(xué)歷,碩士生導(dǎo)師,教授級高級工程師,一級注冊建造師。現(xiàn)任中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司董事長、黨委書記,兼任集團(tuán)公司安全總監(jiān)。2009年畢業(yè)于中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所巖土工程專業(yè),主要研究方向為巖土力學(xué)、隧道與地下工程災(zāi)害防護(hù)。曾參加青藏鐵路、京津城際軌道工程、京滬高鐵、神延鐵路、寶蘭鐵路、晉陽高速公路、成樂高速公路、寧安鐵路等一批國家重難點工程建設(shè)。先后榮獲河北省科學(xué)技術(shù)獎3項,甘肅省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎1項,鐵道部科技進(jìn)步獎3項,北京茅以升科學(xué)技術(shù)獎1項,主持研發(fā)達(dá)到國際先進(jìn)水平成果2項?茖W(xué)管理、大膽創(chuàng)新、著力培養(yǎng)技術(shù)骨干的理念,全心全意為職工服務(wù)。先后獲得山西省“五一”勞動獎?wù)隆⑽鞑刈灾螀^(qū)勞動模范、鐵道部“火車頭獎?wù)隆薄⑷珖ㄖ䴓I(yè)企業(yè)“優(yōu)秀項目經(jīng)理”、國家優(yōu)質(zhì)工程獎突出貢獻(xiàn)者、河北省BIM協(xié)會副理事長、河北省建筑業(yè)協(xié)會理事會理事等榮譽稱號。
第一章概述
第一節(jié)變質(zhì)片巖的分布及特性
一、變質(zhì)片巖的分布
二、變質(zhì)片巖的特性
第二節(jié)變質(zhì)片巖長大隧道的工程特點及研究現(xiàn)狀
一、變質(zhì)片巖長大隧道的工程特點
二、研究現(xiàn)狀
第三節(jié)依托工程概況
一、工程地質(zhì)概況
二、水文地質(zhì)概況
三、工程主要特點
四、施工方案
第二章隧道地質(zhì)勘察
第一節(jié)隧道初期地質(zhì)勘察
一、初期地質(zhì)勘察工作
二、通省隧道區(qū)域地質(zhì)特征
第二節(jié)加深地質(zhì)勘察
一、加深勘察的主要內(nèi)容
二、大變形基本特征與機(jī)理分析
三、大變形觀測技術(shù)
四、超前地質(zhì)預(yù)報
第三章變質(zhì)片巖隧道大變形控制
第一節(jié)隧道預(yù)設(shè)計與修正設(shè)計
一、 隧道結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)計
二、 隧道結(jié)構(gòu)修正設(shè)計
第二節(jié)變質(zhì)片巖隧道大變形分類技術(shù)
一、通省隧道圍巖變形概況
二、大變形破壞特征及機(jī)理分析
三、通省隧道施工階段圍巖大變形分級標(biāo)準(zhǔn)
四、小結(jié)
第三節(jié)變質(zhì)片巖隧道大變形預(yù)報監(jiān)測預(yù)警技術(shù)
一、變質(zhì)巖區(qū)圍巖大變形專項地質(zhì)預(yù)報方法
二、變質(zhì)巖區(qū)圍巖大變形監(jiān)控量測預(yù)警系統(tǒng)
三、小結(jié)
第四節(jié)變質(zhì)片巖隧道大變形防治技術(shù)
一、變質(zhì)片巖隧道大變形開挖方法
二、變質(zhì)片巖隧道大變形段初期支護(hù)參數(shù)優(yōu)化
三、變質(zhì)片巖隧道大變形不規(guī)則段拋物線形錨桿支護(hù)法
四、變質(zhì)片巖隧道大變形局部加強控制技術(shù)
五、小結(jié)
第四章隧道通風(fēng)豎井施工
第一節(jié)隧道通風(fēng)豎井施工技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀
第二節(jié)豎井節(jié)能快速施工技術(shù)
一、豎井概況
二、施工方案的比選
三、反井鉆機(jī)成孔工藝
四、豎井開挖配套技術(shù)
五、隧道豎井開挖、襯砌同步往復(fù)式施工方案
第三節(jié)大坡度變截面聯(lián)絡(luò)風(fēng)道施工
一、聯(lián)絡(luò)風(fēng)道概況
二、施工方案
第四節(jié)小結(jié)
第五章長大隧道施工作業(yè)環(huán)境治理
第一節(jié)隧道施工作業(yè)環(huán)境分析
第二節(jié)超長距離通風(fēng)方案
一、通風(fēng)設(shè)計
二、通風(fēng)風(fēng)量計算
三、通風(fēng)方案
四、通風(fēng)輔助裝置
五、實施效果對比
第三節(jié)隧道噴射混凝土減塵方案
一、采用濕噴工藝代替干噴和潮噴
二、XPM外加劑新材料應(yīng)用
第四節(jié)小結(jié)
第六章隧道地質(zhì)災(zāi)害防治
第一節(jié)地質(zhì)災(zāi)害基本情況
一、通省隧道變形塌方、突泥涌水情況統(tǒng)計
二、典型塌方、突泥涌水處治過程
第二節(jié)地質(zhì)災(zāi)害原因分析與防治措施
一、塌方原因分析
二、涌水突泥原因分析
三、災(zāi)害防治對策
第七章隧道工程施工管理
第一節(jié)施工管理組織框架
一、施工管理組織框架
二、架子隊的建設(shè)
三、項目部與架子隊管理模式的關(guān)系
第二節(jié)隧道科學(xué)管理的程序
第三節(jié)隧道施工質(zhì)量管理
一、施工質(zhì)量管理體系
二、圍巖監(jiān)控變形
三、混凝土品質(zhì)控制
第四節(jié)隧道施工安全管理
一、安全生產(chǎn)管理體系
二、安全管理制度
三、安全施工教育
第五節(jié)隧道地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案
一、隧道坍塌冒頂事故的應(yīng)急預(yù)案
二、隧道突水涌泥事故的應(yīng)急預(yù)案
三、隧道巖爆事故的應(yīng)急預(yù)案
四、隧道軟巖變形事故的應(yīng)急預(yù)案
第六節(jié)科學(xué)技術(shù)支撐
一、技術(shù)咨詢
二、科研攻關(guān)
三、主要科技成果
第七節(jié)工程技術(shù)人員培育
一、科研任務(wù)
二、人才培養(yǎng)
三、工作室的成效
主要參考文獻(xiàn)