[01665107]软弱围岩隧道冻结初期支护结构及施工方法

1.课题来源与背景 近年来高速公路、铁路等大型交通基础设施在西部山区开工建设,地形和地质情况极端复杂的隧道工程项目数量不断增多。软弱围岩是极端复杂地质条件中最为常见的工程地质条件之一,在西部山区隧道建设中穿越软弱围岩的隧道工程日趋增多。然而软弱围岩隧道的修筑一直以来是世界性的难题。大量的工程实践表明,在软弱围岩区建设隧道时,极易出现渗水、大变形、整体位移等问题,严重时出现侵占隧道净空、大面积塌方等情况,时刻威胁隧道施工人员的安全,同时大面积换拱和处理塌方成倍的增加了隧道的工程造价,延误工期,更甚者引发线路改道和隧址废弃等更为严重的问题。为了防止在软弱围岩区段施工隧道时的大变形、塌方、整体位移和渗水等工程问题,在隧道建设过程中主要从减轻施工扰动、增加衬砌强度和提高周边围岩承载能力等三个方面来保障隧道施工的安全。然而,减轻施工扰动和增加衬砌强度无法解决隧道渗水,围岩承载力低不宜形成承载拱的根源问题,注浆法和冻结法是提高围岩承载能力,解决隧道渗水较为有效的方法,但采用注浆法时有异物进入土壤,噪音大,对环境污染严重已逐渐不能满足未来工程建设发展的趋势,传统的冻结法施工是是在富水土层内打入钢管,利用液氮的循环使土层冻结,形成坚硬的冻土壳,在隧道施工前需要单独安装调试冻结系统,需要开挖的周边土体完全冻结后隧道施工仍然需要按照传统的隧道施工步骤进行施工,并且隧道施工完成后冻结系统构件拆卸困难,其施工周期长,造价高昂,通常仅应用地铁,煤矿和城市地下管线的施工。因此,我们迫切需要一种施工工序简单,在不污染环境情况下能提高隧道周边围岩承载能力的软弱围岩隧道支护结构,来改善软弱围岩特性,控制软弱围岩隧道大变形、整体位移的来解决上述问题。 2.技术原理及性能指标 软弱围岩隧道冻结初期支护结构及施工方法,属于隧道支护结构技术领域,拱架的上下翼缘内部涂有绝缘层;制冷装置由N型半导体、P型半导体和金属垫片构成,将金属垫片错落粘贴在拱架上,并在金属垫片交叉位置上交替焊接N型半导体和P型半导体联结成电偶对;散热装置由连通管、散热器、通风管和抽风管组成,隧道开挖后安装带有制冷装置的拱架,将散热器布设于拱架内侧,相邻拱架用连通管连接;通风管插入拱架上引至隧道洞口,抽风管套入通风管,直流电源与制冷装置相连;本发明在不单独施做制冷系统,不影响拱架作用的情况下,不但可以在隧道软弱段周边围岩上形成冻土壳,隔水和控制隧道变形,增加隧道通风改善施工环境。 3.技术的创造性与先进性 本发明属于隧道工程支护结构技术领域,具体涉及软弱围岩隧道冻结初期支护结构技术,特别适用于穿越软弱围岩的公路和铁路隧道。 基于保护环境,改善软弱围岩特性,降低工程造价,节约资源的原则,提供一种软弱围岩隧道冻结初期支护结构及施工方法,解决传 统软弱围岩隧道施工方法工序复杂,造价高昂,对周边环境污染严重以及无法改善软弱围岩特性,有效控制隧道大变形、整体位移等缺点,从而减少软弱围岩区隧道施工时材料和人力资源的浪费,降低工程造价,提高隧道施工的安全。 4.技术的成熟程度,适用范围和安全性 现已掌握本成果的工艺流程,广泛适用于隧道工程支护,有利于支护工作的进行,对周边环境影响小,结构简单,施工安全方便,利用太阳能清洁能源作为动力,保护环境,减小了资源的消耗。 5.应用情况及存在的问题 已经与企业合作,将技术应用于基坑工程支护领域,仍需扩大推广应用范围。 6.历年获奖情况 无