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內(nèi)容簡介

　　本書以青藏鐵路西格二線新關(guān)角隧道高海拔復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境施工關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，針對工程實施過程中面臨的技術(shù)難題和施工風(fēng)險，以工程科研項目為依托，通過數(shù)值模擬、理論分析、現(xiàn)場監(jiān)測和工程應(yīng)用等手段，系統(tǒng)總結(jié)了高壓富水隧道突涌水機理、淺埋貧水風(fēng)積砂地層隧道穩(wěn)定性特征、高原隧道施工機械有害氣體排放特性、隧道內(nèi)火災(zāi)煙氣及溫度分布情況和相應(yīng)的支護參數(shù)、開挖方法、堵排水及通風(fēng)排煙等技術(shù)問題。本書主要內(nèi)容有緒論、高壓富水隧道突水機理及防治技術(shù)、淺埋貧水風(fēng)積砂地層隧道施工技術(shù)、斷層破碎帶處理技術(shù)、高海拔隧道長距離施工通風(fēng)技術(shù)、高海拔特長隧道施工機械配套技術(shù)、高原特長隧道防災(zāi)救援技術(shù)、高海拔隧道施工保障方案。

作者簡介

　　馬棟，博士，教授級高工，中鐵十六局集團公司副總經(jīng)理、總工程師。先后參加大秦、京九、朔黃、青藏、宜萬、渝懷、廣昆鐵路等國家重點工程建設(shè)，主持朔黃、宜萬、廣昆、成渝鐵路，青藏鐵路新關(guān)角隧道、青島膠州灣海底隧道及首都機場T3e-T2航站樓捷運聯(lián)絡(luò)線工程等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究，解決了施工現(xiàn)場諸多關(guān)鍵技術(shù)難題，獲4項中國土木工程詹天佑獎和7項國家專利以及多項科技成果。獲國家科技進步二等獎2項，北京市科技進步二等獎2項。先后獲中國鐵建先進科技工作者、鐵道部重點工程建設(shè)功臣，茅以升鐵道工程師獎、建造師獎，中國施工企業(yè)協(xié)會技術(shù)創(chuàng)新先進個人等榮譽。

圖書目錄

1　緒論 …………………………………………………………………………………………… 1
1.1　關(guān)角隧道建設(shè)基本情況 ………………………………………………………………… 1 1.2　工程概況 ………………………………………………………………………………… 3 1.2.1　設(shè)計技術(shù)指標 ……………………………………………………………………… 3 1.2.2　沿線自然特征 ……………………………………………………………………… 5 1.2.3　水文地質(zhì)特征 ……………………………………………………………………… 7 1.2.4　隧道施工中的主要地質(zhì)問題 ……………………………………………………… 7 1.2.5　隧道施工方案 ……………………………………………………………………… 9 1.2.6　工程特點 …………………………………………………………………………… 13
2　高壓富水隧道突水機理及防治技術(shù) ………………………………………………………… 14
2.1　關(guān)角隧道水環(huán)境概況 …………………………………………………………………… 14 2.1.1　水文地質(zhì)概況 ……………………………………………………………………… 14 2.1.2　隧道施工情況及涌水量分析 ……………………………………………………… 15 2.2　關(guān)角隧道突涌水機理 …………………………………………………………………… 20 2.2.1　突涌水形式 ………………………………………………………………………… 20 2.2.2　涌水點分布規(guī)律 …………………………………………………………………… 21 2.2.3　突涌水水源調(diào)查 …………………………………………………………………… 23 2.2.4　突涌水水文地質(zhì)概念模型 ………………………………………………………… 25 2.2.5　突涌水模式及機理 ………………………………………………………………… 26 2.3　超前地質(zhì)預(yù)報 …………………………………………………………………………… 30 2.3.1　超前地質(zhì)預(yù)報原則及方法 ………………………………………………………… 30 2.3.2　施工地質(zhì)分級 ……………………………………………………………………… 30 2.3.3　超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù) ………………………………………………………………… 31 2.3.4　超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)用 ………………………………………………………………… 33 2.4　注漿堵水技術(shù) …………………………………………………………………………… 34 2.4.1　頂水注漿 …………………………………………………………………………… 36 2.4.2　帷幕注漿 …………………………………………………………………………… 37 2.4.3　徑向注漿 …………………………………………………………………………… 42 2.4.4　注漿材料對比分析 ………………………………………………………………… 45 2.4.5　工程應(yīng)用 …………………………………………………………………………… 46
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施工關(guān)鍵技術(shù)高海拔復(fù)雜地質(zhì)特長隧道 Key Construction Techniques of GUANJIAO Extra-longTunnel in High Altitude Areas II ///
2.5　引排水技術(shù) ……………………………………………………………………………… 50 2.5.1　地表引排水 ………………………………………………………………………… 50 2.5.2　反坡排水技術(shù) ……………………………………………………………………… 51 2.6　小結(jié) ……………………………………………………………………………………… 69
3　淺埋貧水風(fēng)積砂地層隧道施工技術(shù) ………………………………………………………… 71
3.1　淺埋貧水風(fēng)積砂地層隧道穩(wěn)定性特征 ………………………………………………… 71 3.1.1　砂層地質(zhì)成因及工程性質(zhì) ………………………………………………………… 71 3.1.2　圍巖變形特征分析 ………………………………………………………………… 72 3.2　淺埋貧水風(fēng)積砂隧道開挖方法研究 …………………………………………………… 76 3.2.1　隧道施工方法比選 ………………………………………………………………… 76 3.2.2　施工方法確定 ……………………………………………………………………… 78 3.3　淺埋貧水風(fēng)積砂隧道施工方案研究 …………………………………………………… 79 3.3.1　三臺階法 …………………………………………………………………………… 79 3.3.2　施工方法優(yōu)化模擬 ………………………………………………………………… 81 3.3.3　四臺階九步法 ……………………………………………………………………… 82 3.4　改進方案與原方案實測對比分析 ……………………………………………………… 90 3.4.1　淺埋貧水風(fēng)積砂段隧道監(jiān)控量測實施方案 ……………………………………… 90 3.4.2　監(jiān)控量測實施細則 ………………………………………………………………… 94 3.4.3　監(jiān)控量測結(jié)果對比分析 …………………………………………………………… 99 3.5　小結(jié) …………………………………………………………………………………… 100
4　斷層破碎帶處理技術(shù) ……………………………………………………………………… 102
4.1　斷層破碎帶工程特點 ………………………………………………………………… 102 4.1.1　破碎圍巖的定義 ………………………………………………………………… 102 4.1.2　斷層破碎帶圍巖力學(xué)屬性 ……………………………………………………… 102 4.2　斷層破碎帶隧道支護結(jié)構(gòu)受力特性現(xiàn)場試驗研究 ………………………………… 103 4.2.1　概述 ……………………………………………………………………………… 103 4.2.2　試驗內(nèi)容及方法 ………………………………………………………………… 103 4.2.3　試驗結(jié)果及分析 ………………………………………………………………… 105 4.3　施工方案與支護參數(shù)優(yōu)化 …………………………………………………………… 117 4.3.1　施工方法及工藝 ………………………………………………………………… 118 4.3.2　超前支護及初期支護 …………………………………………………………… 120 4.4　斷層破碎帶大變形及塌方段整治技術(shù) ……………………………………………… 123 4.4.1　發(fā)生塌方的原因 ………………………………………………………………… 123 4.4.2　塌方前的征兆 …………………………………………………………………… 124 4.4.3　淺埋河谷段塌方處理措施 ……………………………………………………… 124 4.4.4　深埋F2-1斷層破碎帶塌方處理措施 ……………………………………………… 127
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/// III 目　錄
4.4.5　塌方處理關(guān)鍵技術(shù) ……………………………………………………………… 131 4.5　富水環(huán)境對破碎圍巖穩(wěn)定性的影響 ………………………………………………… 133 4.5.1　概述 ……………………………………………………………………………… 133 4.5.2　地下水對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響 ………………………………………………… 134 4.5.3　工程規(guī)范對地下水狀態(tài)的考慮 ………………………………………………… 137 4.5.4　地下水作用對隧道穩(wěn)定性影響的數(shù)值解 ……………………………………… 139 4.6　小結(jié) …………………………………………………………………………………… 144
5　高海拔隧道長距離施工通風(fēng)技術(shù) ………………………………………………………… 146
5.1　高海拔隧道施工工程機械有害氣體排放特性 ……………………………………… 146 5.1.1　工程機械有害氣體排放測試與數(shù)據(jù)處理 ……………………………………… 146 5.1.2　工程機械有害氣體排放特性 …………………………………………………… 148 5.2　關(guān)角隧道施工通風(fēng)方案 ……………………………………………………………… 151 5.2.1　關(guān)角隧道施工通風(fēng)難點 ………………………………………………………… 151 5.2.2　施工通風(fēng)設(shè)計的原則、依據(jù)及參數(shù) ……………………………………………… 152 5.2.3　通風(fēng)方案 ………………………………………………………………………… 153 5.3　獨頭巷道壓入式風(fēng)口距掌子面距離 ………………………………………………… 161 5.3.1　二維物理模型 …………………………………………………………………… 161 5.3.2　計算結(jié)果 ………………………………………………………………………… 161 5.3.3　隧道三維數(shù)值計算 ……………………………………………………………… 174 5.3.4　工作面作業(yè)區(qū)域流場分析 ……………………………………………………… 179 5.4　射流風(fēng)機串并聯(lián)效果對比分析 ……………………………………………………… 180 5.4.1　射流風(fēng)機串聯(lián)組合形式分析 …………………………………………………… 180 5.4.2　射流風(fēng)機并聯(lián)組合形式分析 …………………………………………………… 185 5.5　通風(fēng)效果測試 ………………………………………………………………………… 190 5.5.1　通風(fēng)升溫系統(tǒng) …………………………………………………………………… 190 5.5.2　通風(fēng)管理 ………………………………………………………………………… 191 5.5.3　測試效果 ………………………………………………………………………… 192 5.6　小結(jié) …………………………………………………………………………………… 194
6　高海拔特長隧道施工機械配套技術(shù) ……………………………………………………… 195
6.1　影響關(guān)角隧道快速施工的因素 ……………………………………………………… 195 6.2　高海拔隧道施工機械效率分析 ……………………………………………………… 196 6.2.1　高海拔環(huán)境對機械設(shè)備的影響 ………………………………………………… 196 6.2.2　海拔高度對柴油機油耗影響的現(xiàn)場試驗研究 ………………………………… 200 6.2.3　關(guān)角隧道施工機械作業(yè)效率分析 ……………………………………………… 203 6.3　關(guān)角隧道施工工效分析及機械配套 ………………………………………………… 210 6.3.1　施工作業(yè)系統(tǒng)分析 ……………………………………………………………… 210
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施工關(guān)鍵技術(shù)高海拔復(fù)雜地質(zhì)特長隧道 Key Construction Techniques of GUANJIAO Extra-longTunnel in High Altitude Areas IV ///
6.3.2　開挖作業(yè)線工效分析及機械配套 ……………………………………………… 211 6.3.3　支護作業(yè)線工效分析及機械配套 ……………………………………………… 212 6.3.4　出渣作業(yè)線機械配套 …………………………………………………………… 214 6.3.5　無砟軌道作業(yè)線機械配套 ……………………………………………………… 215 6.4　機械設(shè)備的保養(yǎng)及維護 ……………………………………………………………… 217 6.4.1　建立健全組織機構(gòu)和規(guī)章制度 ………………………………………………… 217 6.4.2　超前預(yù)測，分類備足 ……………………………………………………………… 217 6.4.3　統(tǒng)籌考慮，合理搭配 ……………………………………………………………… 218 6.4.4　按時保養(yǎng)，及時修理 ……………………………………………………………… 218 6.4.5　重視配屬動力設(shè)備的維修 ……………………………………………………… 218 6.5　小結(jié) …………………………………………………………………………………… 218
7　高海拔特長隧道防災(zāi)救援技術(shù) …………………………………………………………… 219
7.1　關(guān)角隧道火災(zāi)煙氣及溫度分布特征研究 …………………………………………… 219 7.1.1　隧道火災(zāi)模型試驗方法 ………………………………………………………… 219 7.1.2　試驗記錄 ………………………………………………………………………… 223 7.1.3　試驗結(jié)果分析 …………………………………………………………………… 226 7.1.4　火災(zāi)時隧道內(nèi)溫度場縱向分布規(guī)律 …………………………………………… 227 7.2　救援通道施工技術(shù) …………………………………………………………………… 229 7.2.1　施工難點分析 …………………………………………………………………… 230 7.2.2　主要施工技術(shù) …………………………………………………………………… 231 7.2.3　工程實際效果 …………………………………………………………………… 233 7.3　隧道救援技術(shù) ………………………………………………………………………… 233 7.3.1　災(zāi)前預(yù)防措施 …………………………………………………………………… 233 7.3.2　關(guān)角隧道定點救援方案 ………………………………………………………… 234 7.3.3　消防與滅火 ……………………………………………………………………… 250 7.4　小結(jié) …………………………………………………………………………………… 252
8　高海拔隧道施工保障方案 ………………………………………………………………… 254
8.1　高海拔隧道冬季施工防寒保溫方案 ………………………………………………… 254 8.1.1　二次襯砌混凝土集中拌和站防寒保溫方案 …………………………………… 254 8.1.2　噴射混凝土拌和站防寒保溫方案 ……………………………………………… 255 8.1.3　洞內(nèi)及洞口防寒保溫方案 ……………………………………………………… 255 8.1.4　洞外供水、排水管路防寒保溫方案 ……………………………………………… 256 8.1.5　鋼材加工防寒保溫方案 ………………………………………………………… 256 8.1.6　空壓機防寒保溫方案 …………………………………………………………… 256 8.1.7　施工機械防寒保溫方案 ………………………………………………………… 256 8.1.8　生活區(qū)防寒保溫方案 …………………………………………………………… 256
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/// V 目　錄
8.1.9　施工人員進出洞防寒保溫方案 ………………………………………………… 256 8.1.10　混凝土施工防寒保溫方案 ……………………………………………………… 257 8.1.11　冬季施工設(shè)備保證措施 ………………………………………………………… 257 8.1.12　質(zhì)量保證措施 …………………………………………………………………… 257 8.1.13　安全保證措施 …………………………………………………………………… 258 8.2　高海拔隧道的棄渣與環(huán)保方案 ……………………………………………………… 258 8.2.1　棄渣場防護措施原則 …………………………………………………………… 258 8.2.2　經(jīng)驗分析 ………………………………………………………………………… 259 8.2.3　其他環(huán)保措施 …………………………………………………………………… 260 8.3　水環(huán)境施工人工、機械降效影響 …………………………………………………… 260 8.3.1　水環(huán)境施工對開挖的影響 ……………………………………………………… 261 8.3.2　水環(huán)境施工對出渣的影響 ……………………………………………………… 261 8.3.3　水環(huán)境施工對初期支護的影響 ………………………………………………… 261 8.3.4　水環(huán)境施工對噴射混凝土的影響 ……………………………………………… 261 8.3.5　水環(huán)境施工對建設(shè)資金的影響 ………………………………………………… 263 8.4　局部高水壓力作用下襯砌結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計 ………………………………………… 264 8.4.1　襯砌水壓力現(xiàn)場試驗 …………………………………………………………… 264 8.4.2　提高襯砌安全系數(shù)措施 ………………………………………………………… 266 8.4.3　局部水壓作用下的優(yōu)化設(shè)計 …………………………………………………… 268 8.5　皮帶運輸系統(tǒng)的應(yīng)用 ………………………………………………………………… 269 8.5.1　傳統(tǒng)有軌和無軌運輸方式存在的共同問題 …………………………………… 270 8.5.2　關(guān)角隧道皮帶運輸方案 ………………………………………………………… 270 8.6　增設(shè)泄水洞的設(shè)計與施工 …………………………………………………………… 272 8.6.1　新關(guān)角隧道設(shè)置泄水洞的必要性 ……………………………………………… 273 8.6.2　泄水洞與隧道正洞相對高差的選擇 …………………………………………… 273 8.6.3　泄水洞相對隧道正洞平面位置的比選 ………………………………………… 274 8.6.4　泄水洞起點和出口位置的確定 ………………………………………………… 275 8.6.5　施工建議 ………………………………………………………………………… 276
參考文獻 ………………………………………………………………………………………… 278