中国900天建成中亚最长隧道,欧美建成同样隧道要20年
来源:微信公众号“铁流” 2017/09/12 11:29:29 作者:铁流
字号:AA+

导读: 2016年2月,中亚最长隧道——全长19.2公里、开挖总长度47公里的乌兹别克斯坦卡姆奇克隧道全隧贯通。由于地质条件复杂,且当地冬季施工条件恶劣,卡姆奇克隧道的施工难度较大、安全风险较高,欧美望而却步,最后中国承接了隧道施工合同,用900天时间完成了主、辅隧道的修建,使天堑变通途。

2016年2月,中亚最长隧道——全长19.2公里、开挖总长度47公里的乌兹别克斯坦卡姆奇克隧道全隧贯通。由于地质条件复杂,且当地冬季施工条件恶劣,卡姆奇克隧道的施工难度较大、安全风险较高,欧美望而却步,最后中国承接了隧道施工合同,用900天时间完成了主、辅隧道的修建,使天堑变通途。

开挖隧道要经过7个地质断层,中等强度的岩爆就发生了3000多次

1

正是因为地质条件复杂,在开挖的几十公里隧道中,总共需要经过7个不同的地质断层,特别是隧道中花岗闪长岩和正长斑岩等岩体,岩块单轴抗压强度在120 MPa以上,强度最高的接近200 MPa,属典型的硬岩,在施工过程中很容易诱发岩爆。

所谓岩爆,就是山体爆破时,经常发生的岩石爆裂弹射情况,力量较大时甚至可以弹射到七八米之外,这对施工带来了巨大的负面影响。

首先,爆裂的岩石和飞溅出去的碎石会对人员造成伤害,对设备造成损坏;其次,岩爆后会导致隧道掌子面凸凹不平,影响施工效率,而如果岩爆时仍继续施工,还会损害设备刀具;再次,岩爆造成的塌腔和大量的石渣,在处理上也很麻烦,很多时候不适合采用机械设备清理,这增加了现场处理岩爆的难度和工人的工作量;最后,高强度的岩爆会引发边墙坍塌,一般以张性、张剪性破坏为主,会对隧道的工程结构造成负面影响,而且如果影响较大的话,甚至有可能将设备和人员全部掩埋,造成严重的安全事故。

正是因为会造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡,所以隧道岩爆已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。

在卡姆奇克隧道施工中,仅中等强度以上的岩爆就达3000多次,其中95%以上的岩爆出现在拱顶——拱腰段,只有少量岩爆出现在隧道边墙,其中最严重的一次岩爆甚至坍塌近2000立方米。

这么可怕的岩爆,中国施工队是如何克服的?

克服岩爆有多种方法,总体上是通过爆破解除岩体应力,或者通过支护措施增大承载能力。

1、设置中空预应力锚杆增大承载能力

开挖隧道时,不断向前推进的工作面因酷似铺在地面上的手掌/爪子而得名掌子面,掌子面最前面的情况是最有可能发生变化的,因此在施工中,可以在掌子面前方用一种被称为超前正面涨壳式中空预应力锚杆的装置向前伸长一大段,插入土体或岩体中,锚杆长度一般设置为2倍的爆破进尺深度。这样一来,锚杆既可以通过环箍作用增大承载能力,又内置传感器可以监测仪器周围的岩体应力变化。

2

(隧道施工现场)

2、超前导洞法和水平地应力隔断法释放超前应力

采用超前导洞法和水平地应力隔断法进行超前应力释放也有助于降低岩爆发生的可能性。

超前导洞就是通过扩大管道形成洞状构造,在开挖前先在面上挖出一些小洞,使得岩石积累的能量在洞内先释放一部分,以这种方式保证开挖安全性的措施。

而所谓水平地应力隔断法,就是在形成超前导洞之后,把这个洞的某些截面向周围扩大,使原有的土体或者岩体隔断,由后面的岩层或土层的推力隔断层分担很大一部分地应力,从而使应力无法实现积累。至于隔离的具体方式,可以选择用混凝砂浆压入管道后向周围岩体喷射,然后形成隔离层。

3、用台阶法降低围岩松动脱落可能性

在中岩爆及以下区段,施工单位采取台阶法开挖,有效地降低了围岩发生岩爆的可能性,提升了安全性。

台阶法指的是在稳定性较差的岩层中施工时,将整个掌子面分成几层,形成台阶状,然后对于几层台阶,先开挖上半断面,待开挖至一定长度后再同时开挖下半断面,上、下半断面同时并进的施工方式。

如果采取均匀开挖的话,挖掘过程中容易诱发挖掘工作面岩层松动或脱落,而采用台阶法后,虽然台阶开挖增加对围岩的扰动次数,但台阶有利于开挖面的稳定,特别是上层台阶做好开挖支护后,下层的台阶施工作业就有较好的安全性。

4、钻爆法提前释放岩体应力,消除岩爆隐患

在隧道施工中,用钻爆法可以提前释放岩体应力,消除岩爆隐患。

钻爆法指的是通过钻孔以及在钻孔中安装炸药后爆破的方式挖掘岩体。在炸药爆炸之后,本来存在岩爆隐患的部分岩体会因爆炸直接脱落,这种做法类似于火箭炮扫雷,通过爆炸将可能存在的隐患全部根除。针对施工来说,钻爆法不需要人员接近处理危险区域的岩体,因而能保证人员的安全。

3

(卡姆奇克隧道内部)在隧道的施工中,施工团队克服了一系列难题,仅用900天就顺利完成了全长19.2公里的卡姆奇克主隧道的贯通和安全洞、斜井及联络通道总长47.3公里的开挖,比原计划提前了近100天,创造了中国企业海外隧道施工的新纪录。并且,在如此短的工期内,施工团队实现了施工安全和施工进度兼顾,做到了在近10公里的岩爆区间,没有发生一起因为岩爆造成的人员伤害事故。

4

相比之下,欧美发达国家在隧道施工速度上与中国差距较大,比如瑞士的圣哥达基线隧道长度为57公里,但足足修了17年;阿尔卑斯山附近的Brenner Base Tunnel长度约为55公里,预计用20年时间修成,而且不排除这条隧道工期拖延的可能性。

原标题:中国900天建成中亚最长隧道,欧美建成同样隧道要20年

责编:许舒琦 如涉版权请联系我们 转载请注明海疆在线)

网友评论

评论内容
分享