第一篇：隧道工程超前深孔真空降水技术研究论文

摘要：程儿山隧道穿越成岩作用差的第三系富水砂岩地层，砂岩含水率较大，开挖支护时坍塌严重，初支易变形开裂，严重影响施工安全、质量和进度.经多次摸索优化及论证，在坡度较大的1#斜井采用超前深孔真空降水技术，能有效地降低砂岩含水率，使砂岩处于基本稳定状态，通过降水有效地控制了第三系富水砂岩的涌水涌砂影响，降低了施工难度，使得开挖及支护作业正常化、常态化，有效地确保了施工安全、质量，大大提高了工程施工进度，并将为类似地质隧道施工提供借鉴与参考.关键词：隧道斜井；富水砂岩；超前深孔真空降水

程儿山隧道穿越成岩作用差的第三系富水砂岩地层时，砂岩含水率较大，局部存在股状水带砂涌出，开挖扰动后围岩易软化失稳，初支易变形坍塌，处理不当甚至会发生工程事故.在其他类似地质隧道中一般采用真空轻型井点降水技术[1]，因受降水管材、设备、布管参数等局限性影响，在程儿山隧道富水砂岩应用效果不理想，且降水和开挖工序相互干扰较大.经过多次对降水管材、布管参数摸索优化及论证，最终形成了超前深孔真空降水技术，有效降低了砂岩含水率，降水后砂岩处于基本稳定状态，有效保证了施工安全、质量和进度要求.1工程概况

程儿山隧道位于宁夏固原市郊，是中铝宁夏能源集团有限公司投资建设的原州区至王洼铁路运煤专线控制性工程，设计技术标准为地方铁路I级，单线隧道，建设单位为宁夏六盘山铁路有限公司.程儿山隧道地处黄土梁峁区，进口位于清石河右岸，出口位于大庄沟边，隧道正洞起讫里程为DK5+345～DK11+788，全长6443m（6m明洞），进出口埋深较小，最小埋深为9m，平均埋深130~140m，最大埋深290m.隧道设2座斜井辅助施工，1#斜井长1038m，2#斜井长1036m，斜井综合纵向坡度为10.6%，最大坡度为12%，隧道正洞及斜井均穿越第三系富水砂岩地层，斜井进入正洞后形成4个掌子面向前掘进，斜井及时穿越第三系富水砂岩地层进入正洞Ⅳ级围岩施工，是保障隧道按计划工期贯通的关键所在.程儿山隧道斜井围岩主要为第四系上更新统风积砂质黄土、第三系富水砂岩.地下水为裂（孔）隙水，大气降水通过沟谷及第四系孔隙垂向渗入补给深层基岩裂（孔）隙或沿基岩面径流，季节性变化较明显，局部砂岩胶结不均，地下水从胶结较差的砂岩处涌出，水路无规律性，常出现较大的集中涌水涌砂情况.第三系富水砂岩在含水率低或无地下水地层，围岩稳定性较好，开挖支护顺利，当砂岩含水率增大，原状砂岩迅速恶化，呈流砂状外涌，开挖扰动后砂岩结构迅速破坏，工程性质迅速恶化，砂岩呈饱和的细砂状，围岩稳定性迅速变差，开挖支护困难.1#斜井斜4+64～斜1+90段为第三系富水砂岩区，由于斜井为12%反坡，砂岩整体含泥量低，渗透性强，四周地下水汇集到掌子面，砂岩随渗涌水被带出，形成较大的空洞，拱部及边墙易变形及坍塌，且危及施工人员及设备的安全.根据现场水表测水量得出：砂岩最大涌水量为1570m3/d，平均涌水量为800~1000m3/d.2降水设计方案

2.1超前深孔真空降水

超前深孔真空降水断面布置见图1和图2.（1）上台阶拱部降水管布置：沿拱部开挖线布孔，管长12m，环向间距0.3m，沿开挖线外插角15°~30°，每4m设置1环.（2）上台阶核心土降水管布置：管长12m，横向间距0.5m，向上倾角15°~30°，每4m设置1环.（3）上台阶底部降水管布置：管长12m，横向间距0.5m，向下倾角15°，每4m设置1环.（4）下台阶边墙降水管布置：沿上台阶拱脚两侧斜竖向各设1排，管长9m，纵向间距0.5m，向外倾角30°，向前倾角30°，每4m设置1环.（5）断面截断降水管布置：垂直下台阶边墙两侧横向布控，管长6m，间距1m，每隔20m设置1排.（6）降水管连接方法：主管采用准75mm钢管，按间距0.2~0.5m沿管身设置支管连接口，支管（准32mm）和主管之间采用32mm钢丝软管连接，采用10#铅丝绑扎牢固，密封胶布缠紧，并在连接部位加设阀门，控制井管降水，主管每1.5m一节，管一端采用8mm钢板密封焊接牢固，一端采用准75mm钢丝软管和真空泵连接，真空泵悬挂于距操作面高度1.5m左右的两侧边墙上，并整齐摆放固定好.（7）降水管加工：降水管每根长6~12m，采用每节长1.5m的准32高频焊管分段包扎焊接连接而成.降水管壁钻8mm透水孔，间距10cm梅花形布置（管端1.5m不设透水孔），并包双层过滤层，即土工布包裹一层，再包100目滤网一层，降低砂岩的流失率，包完后每间隔20cm采用扎丝绑紧.准32mm降水钢管采用准25mm钢管作为每节管接头，焊接连接.管头底端采用3mm钢板封底，并焊接准8mm圆钢（图3）.（8）降水要求：①降水前应进行试抽水试验，确认无漏水和漏气异常现象，降水过程中，真空负压控制在-0.06MPa以下，真空泵压力控制在55kPa以上，为保证连续不断抽降水，应备用双电源，以防断电[1]；②降水必须根据掌子面开挖及时推进，降水班组与开挖班组必须做好配合工作；③在隧道开挖过程中，将隧道底部潜水位降至隧道底以下不少于1m的深度，防止仰拱开挖涌砂涌水；④加强对隧道内水位的观测，每天观测水位，及时掌握水位变化情况，以指导降水运行及隧道的开挖；⑤当砂岩渗透系数变大，涌水量增加时，宜将真空管间距适当加密；⑥集水总管标高宜尽量接近地下水位线，水泵轴心与总管齐平.2.2掌子面后方截排水

斜井为12%反坡，如果掌子面后方渗涌水汇集到掌子面，会破坏围岩稳定性，影响降水效果，因此需对后方自流水经横纵向截排水沟汇集到集水井，再由泵站排出洞外，横纵向截排水沟及集水井尺寸按汇水量大小确定（图4）.3降水成果

3.1未采取降水措施前施工情况

第三系富水砂岩含水率高，开挖扰动后呈淤砂状态（图5），砂岩在水的作用下工程性质迅速变差，基本无自稳性，开挖时涌水涌砂现象严重，初支易变形、背后易形成空洞，仰拱底部淤沙厚，承载力降低，存在很大的安全质量风险.施工过程中采取了旋喷桩、帷幕注浆、轻型井点真空降水等施工方案措施均未达到预期效果，现场基本处于半施工半停工状态.3.2采取降水措施后施工情况

经过各参建单位不断摸索优化，采取了超前深孔真空降水措施后（图6），将富水砂岩含水率控制在砂岩塑性变形含水率10%以下，使围岩基本处于稳定状态（图7），初支变形减小，降水后采用常规隧道施工技术就可以正常掘进，每月进尺由原来5m提高至15~20m.4结论（1）在第三系富水砂岩地层施工中，地下水处理是重中之重，只有采用合理的降水措施才能保证正常开挖掘进，避免因地下水造成围岩结构破坏、围岩软化变形，甚至发生工程事故[2].（2）超前深孔真空降水措施解决了第三系富水砂岩地层施工难题，有效降低了砂岩含水率，保持围岩处于基本稳定状态，降水后砂岩基本达到潮湿状态，易于开挖支护，施工安全系数高，并有效保证了施工安全、质量和进度要求.（3）超前深孔真空降水技术打破了常规的真空轻型井点降水施工工艺的思路，沿两侧已支护拱墙及底部布孔，大大降低了开挖过程中降水管的影响，确保了边开挖、边降水的效果，工序相互影响小.（4）在坡度较大的斜井施工中，掌子面后方汇集水严重影响掌子面砂岩稳定性及降水效果，利用横纵向截排水系统很好地解决了此问题.（5）超前深孔真空降水技术效果理想，很好地解决了程儿山隧道第三系富水砂岩开挖支护困难等技术难题，1#斜井成功穿越富水砂岩地层，于202_年1月份进入正洞Ⅳ级围岩施工.参考文献：

[1]李志军，王光伟，王建军.真空轻型井点降水技术在富水粉细砂岩隧道施工中的应用[J].施工技术，202_（增刊1）：410-413.[2]祁卫华.第三系富水砂岩铁路隧道施工技术[J].现代隧道技术，202_，52（1）：176-183.[3]中铁隧道集团有限公司.TZ331—202_：铁路隧道防排水施工技术指南[S].北京：中国铁道出版社，202_.[4]吴林高.工程降水设计施工与基坑渗流理论[M].北京：人民交通出版社，202_.

第二篇：研究超前地质预报隧道工程论文

1常用隧道预报方法的基本原理

1．1TSP隧道地震波探测超前地质预报方法

隧道地震超前预报测量系统简称TSP(TunnelSeismicPredic-tion)，是我国20世纪90年代从瑞士安伯格(AMBEＲG)测量技术公司引进的一套先进的地质超前预报探测系统，也是我国目前应用较为广泛的一种。TSP和其他的反射地震波方法一样，采用了回声测量原理:地震波在指定的震源点(通常在隧道的左边墙或右边墙，大约24个炮点布成一条直线)用小量炸药激发产生，产生的地震波在岩石中以面波的形式向前传播，当地震波遇到岩石物性界面(即波阻抗界面，例如断层，岩石破碎带，岩性突变等)时，一部分地震信号返回来，一部分地震信号透射进入前方介质，反射的地震信号被两个三维高灵敏度的地震检波器(一般左边墙和右边墙各一个)接收。通过对接收信号的运动学和动力学特征进行分析，便可推断空洞断层，岩石破碎等不良地质体的位置、规模、产状及岩石力学参数。

1．2红外探水超前地质预报方法

对地球表层岩体的温度起到主导作用的是地球地热场。在一定深度范围内，深度方向每增加1km，地热场的温度则相应的增加30℃，而与其垂直的水平方向，地热场的温度变化却非常小，由此得出结论，在一定深度下，开挖隧道的岩体，可将其看做位于一恒定温度场中，为一常温场，温度的变化几乎为零。所以，当预计即将开挖的掌子面后方存在含有水的岩层，如溶洞、裂隙水等，且该含水岩层与开挖岩体存在一定的温度差时，岩体中会产生相应的热传导和对流作用，那么温度场即不再为恒温场，故而会产生一定的温度异常场，由于这种异常的存在，故掌子面上会存在着温度的差异，所以利用红外辐射测温法测定这种温度变化差异，就可预报掌子面前方的含水层情况。这种方法就是红外探水超前地质预报方法。

1．3其他几种超前预报方法

超前预报法除了上述介绍的几种之外，还包括HSP水平声波刨面法、声波CT技术等几种方法，相对而言，这几种方法运用较少。以下简要的介绍这几种方法的原理:

1)HSP水平声波剖面超前地质预报方法。由于波的传播过程遵循惠更斯—菲涅尔原理和费马原理，故该方法的原理是建立在弹性波理论的基础之上。HSP水平声波剖面超前地质预报方法有其局限性，探测时的前提条件是岩溶洞穴及充填物与周边地质体间存在较明显的声学特性差异。预报时，在隧道的施工掌子面或边墙处发射低频声波信号，同时，在隧道内其他地点接收反射波的信号，通过对探测到的反射波信号进行时域、频域等方法的分析，就可以了解掌子面前方岩体的变化情况。

2)声波CT超前地质预报方法。声波CT超前地质预报方法的基本原理与医学CT技术原理相同，在做预报时也有相应的物理前提，即物性差异不同的介质，在其内部声波的传播速度也不同，通过这种预报方法，在密集对穿的测试方式下，可以通过声波在不同介质中传播速度的不同来计算模拟出物体内部不同物性的具体性质，再通过现场收集到的地质资料的分析，从而达到对预报的掌子面前方的岩体内部的地质体进行三维图像的直观展示。

2常用隧道探测方法的特点

2．1TSP超前地质预测预报法的特点优点:

1)该方法适用的范围比较广，适用于各类地质情况;

2)对掌子面前方的距离预报较长，能预报掌子面前方达500m深度;

3)不影响隧道施工，只是在接收信号时短暂停止施工即可;4)用时短，每次的探测时间约为45min;

5)投入费用较少，单位长度隧道的超前地质预报费用非常低;

6)成果报告快，仅需要一天时间即可完成成果报告。缺点:

1)存在部分因断层、大型节理带与掌子面角度为钝角时，活隧道因开挖空腔挡住地震震源产生的地震波，使其无法穿透，不能经过反射镜面反射，使得待接收装置无法接收，而导致局部断层等不被识别。

2)TSP的成果质量受到现场起爆点、接收点钻孔的位置、长度以及角度等的影响非常严重。

3)因为所使用的设备均为进口设备，所以成本较高，在普通隧道施工中应用较少。

2．2红外探水超前地质预报法的特点

优点:预测速度快，占用施工时间较少;数据分析快，预测工作结束时，就可以得到初步结论。缺点:仅仅可以预测出含水岩体的大致方位，不能给出含水岩体的具体位置及所含水量及水压等详细数据。

3结语

经过前面的总结分析，我们从总体上了解了隧道工程超前地质预报的发展概况以及现阶段我国所常用的几种超前探测方法，并对其优缺点进行了简要的分析。近年来，随着计算机技术的不断发展，将会越来越多地采用数值模拟计算方法来模拟隧道围岩的变形。

第三篇：深孔爆破增透技术研究培训教案

深孔爆破增透技术研究培训教案

通防科 202_年11月20日

深孔爆破增透技术研究培训教案

高瓦斯低透气性煤层赋存具有低压力、低渗透率、低饱和度及非均质性强等特性,尤其是低渗透率,给高瓦斯煤层瓦斯直接抽采带来众多技术难题。深孔爆破增透技术是通过（爆炸载荷）的作用,使煤层松动,透气性增大,有效地卸除（地应力）和（瓦斯压力）,增加了瓦斯（抽采量）和（抽采率）,最终保证了煤矿安全生产。

一、试验区域瓦斯参数的测定

根据试验区域的实际情况，选取合适的地点，测定煤层瓦斯含量及瓦斯含量，并测定钻孔乙己瓦斯流量，计算煤层透气性。同时打普通抽放钻孔，测定钻孔抽放参数。

二、深孔控制预裂爆破工艺研究（1）炸药品种的选择

以往的深孔装药工艺是采用压风装药器、粉状铵锑炸药实施连续耦合装药。目前我国生产的煤矿许用型铵锑炸药最高安全等级为二级，而含水系列炸药已达到三级。为了确保深孔大药量井下爆破的安全，选用含水系列炸药，提高炸药安全等级是必要的。因此，在深孔爆破中选用“（三级煤矿许用型水胶炸药）”或“（三级煤矿许用型乳化炸药）”。

从理论上说，降低炸药爆速可以降低炸药猛度，延长爆炸对爆破介质的作用时间，有利于爆破介质产生更多的裂隙、扩大裂隙范围。同时采用特制的低爆速炸药运输、审批等节复杂，炸药保质期有限，造成很多不必要的麻烦，可能影响工业性试验的正常进行，而且要延长爆炸对爆破介质的作用时间，通过采用合理的装药结构（调整被筒与钻孔的不耦合系数）同样可以达到目的。（2）装药工艺的研究及装药结构设计

由于含水炸药形态多为膏状，黏度系数一般在（3×105）厘泊以上。因此，采用以往的压风散装药是行不通的，根据矿用水胶炸药的特点，研制了可连接式塑料被筒。被筒采用塑料作为材料，加入阻燃抗静电剂，被筒前后端有螺纹，两节之间可连接。通过设计金属模具，生产了多种规格的抗静电可连接式被筒，包括直径60mm、直径45 mm，长度0.7～1m的多种规格的被筒，采用较大直径较大被筒，装药量大，爆破力强，而直径较小的被筒装药量较小，可减小对顶板的破坏，根据煤层及钻孔直径及所需装药量等情况，选择不同规格的被筒。

在炸药厂直接将炸药灌装到塑料被筒里，将封盖拧紧，装药时将封盖拧开，用其自身的螺扣一节一节连接在一起，边向孔内装送，边连接，直至装完为止。这种方法装药速度快，结构完整合理，有利于安全传爆；可以根据孔径改变被筒的的直径，将不耦合系数控制在合理的范围内，有利于提高爆破效果。

（3）封孔工艺及装备

由于深孔爆破封孔长度不小于（12）m，采用常规的炮棍推送黄泥封孔不仅封孔速度慢，封孔强度难以达到要求，因而影响爆破质量和爆破安全。为克服上述缺点，采用压风封孔器进行喷泥封孔，封孔材料采用黄泥。压风装药器有两道风路可以控制，又有出料阀门控制出料，在封孔过程中，可以根据风压情况随时打开底风阀门、关闭出料阀门，以提高罐内压力。待罐内压力提高后继续喷泥封孔，用压风装药器进行压风喷泥封孔，不仅提高了封孔质量，而且提高了工艺效率。

（4）装药方法和放炮方法

由于炮孔内有煤渣，同时又受地应力的影响，在炮孔钻杆刚拨出时，立即用空被筒探成孔深度，按探孔后实际能够装药深度，将专用被筒炸药按其自身螺纹一管一管对接地装入炮孔中，在最后两节被筒炸药中各装入一发煤矿许用电雷管，作为起爆药包，雷管为瞬发电雷管或同段位毫秒延期电雷管，联线方式为孔内并联，孔间串联的方式。其雷管脚线剪掉只留10cm长，其余脚线用于母线（又称胶质导线）与管壁的固定。其接头用绝缘胶布裹紧，防止断路和短路。尤其注意母线附于管壁侧面，并用上述雷管脚线固定，以防管与孔壁的摩擦使雷管脚线与母线脱落，导致雷管断路和短路。

三、深孔控制预裂爆破强化抽放参数的确定（1）合理孔间距的确定

在煤层条件一定时，孔间距的大小应该与（爆破孔）、（控制孔）的直径相匹配，即应在一个较合理的范围内，才有利于裂隙的形成和扩展，有利于提高煤层透气性。随着孔间距的增大，透气性系数迅速降低。反之，当孔间距减小时，透气性迅速上升。但孔间距越小，工程量越大，成本越高。因此，应在保证良好预裂效果同时，尽可能加大孔间距。

爆破孔径和控制孔径均为直径ф（75mm）。装药采用直径60mm被筒，设计了3m、5m、7m孔间距进行预裂爆破试验考察，采用“（抽放量观测法）”考察预裂效果，即在一组试验孔爆破后，全部封孔并接入抽放系统，从爆破后（30min）开始测试钻孔流量。经测试后比较孔间距在3m、5m、7m时的效果，确定合理间距。

（2）一次起爆孔数的选择

预裂爆破中，如果单孔起爆，爆破影响范围内的煤体只受到一次（压应力波）一次控制孔反射的（拉应力波）的作用，煤体相对受力较小、方向单一，尤其距爆破孔较远的煤体，影响更小。而双爆破孔起爆时，爆破影响范围内的煤体，尤其是两个爆破孔之间的煤体，受到双向压应力和拉应力的叠加应力场的作用，使控制孔充分发挥作用，更有利于煤体破坏，产生更多的裂隙，使煤体卸压。显然，一次起爆孔数越多，越有利于提高预裂爆破效果，有利于加快工程进度。但受爆破各工序工时的限制以及从安全考虑，根据多次试验经验，选择一次起爆孔数（2）个。

(3)工作面钻孔布臵

为提高瓦斯抽放率，缩短抽放时间，采用深孔控制预裂爆破进行强化抽放。工作面分成两个预抽区段，一部分采用普通预抽孔（进行效果对比用），一部分采用深孔控制预裂爆破。

四、深孔爆破放炮前因注意哪些事项？

放炮前，必须将爆破地点前后20m范围内巷道沉积的煤尘用水冲刷干净。

放炮前，必须由班组长亲自布臵专人，在警戒线和可能进入放炮地点所有通路上担任警戒工作。警戒人员必须在有掩护的安全地点进行警戒，警戒线处应设臵警戒牌、栏杆或拉绳等标志。

放炮警戒距离不小于200m，放炮母线采用铜芯绝缘线，不得有破损和明接头。放炮母线必须相互扭紧并悬挂，不得同轨道、金属管、钢丝绳、刮板输送机等导电体接触。放炮母线同电缆、电线、信号线应分别挂在巷道的两侧。如果必须挂在同一侧时，放炮母线必须挂在电缆的下方，并应保持0.3m以上的悬挂距离。

第四篇：公路隧道工程的地质勘探技术研究论文

引言

公路工程的建设需要跨越自然地质条件不同的区域，若公路经过山区或者河流区域时，需要开挖山岭隧道或河底隧道。隧道的开挖技术与该地区的地质环境具有密切联系，为保障隧道工程的安全性，应对需要开挖隧道的地区进行科学的地质勘探，为公路工程的规划、设计及施工提供必要的依据和指导。

一、公路工程隧道地质勘探

(一)隧道工程地质勘探必要性

地质勘探是通过钻探、电探、震探等一系列方法对构成地质条件的各个要素进行测试的一种技术，为煤田开采、石油开采、地下工程的建设等各项工作提供必要的技术参数。隧道是在天然地层中修建的建筑物，隧道工程建设的各个环节，如位置选择、工程设计、施工技术等均与地质条件有紧密关系。以山岭隧道为例，修建山岭隧道时应对岩层地质构造、产状、裂隙发育、风化程度、地层含水量、地层温度、有害气体等各个要素进行地质勘测，以决定隧道的深度、施工工艺及施工技术。对重点隧道工程，除常规的地质勘测外，还应进行区域性的工程地质调查、测绘及试验;若地下水对隧道具有重大影响时，还应进行地下水动态观测，计算隧道涌水量。隧道工程地质勘探工作主要关注的内容为隧道围岩的稳定性、地下水对隧道的影响、地层温度的影响、有害气体的组份、隧道位置及洞口位置的确定等。

(二)隧道工程地质勘探的主要内容

1．可行性研究阶段的勘探

隧道工程的可行性勘探主要目的是了解项目所在地的地质特征、各工程方案的地质条件及其控制工程方案需要的主要地质参数，为工程的路线设计、桥位设计、方案的选择、编制可行性研究报告提供准确的数据支持。这一阶段的探测工作主要是踏勘，对多个可能方案沿路线进行实地调差，对重要工点进行必要的勘探，大致探明地质情况即可。一般需要进行勘探的工点有大桥、隧道、不良地段等。

2．初步勘探阶段

初勘阶段一般以物探为主，物探的测区一般在测绘范围以内，当对物探解释有重要的对比价值或参考价值时，可进行勘测追踪，扩大测绘范围。在测量范围内，应按照物探方法，结合地形条件，对测线的方向、间距、测点的疏密、激发点与接收点的距离及布置形式进行设定。物探方法较多，对隧道工程进行物探时，可根据隧道深埋和下伏岩体特性，选择合适的物探方法。电火花法、声脉冲轰震器、旁侧扫描声纳可用于水下隧道地质勘探;高分辨率反射法可用于深埋隧道的勘探;磁力、重力测量法则适用于矿体、煤层、采空区、溶洞、断裂等特殊构造的勘探。分离式隧道一般沿隧道轴线纵向布置2－3条物探测线，两洞口横向测线可布置2条，根据隧道长度、地质条件确定测线长度和测点间距;整体式隧道可适当增加纵向和横向测线。地质体或构造类型不同时，应设计2－3条物探测线穿过，每条测线的测点应在3各以上，若地质条件复杂时，可酌情增加测点数目。

3．详细勘探阶段

详细勘探主要是进一步探测初步勘探阶段未查明的地质问题，为后续工程的设计及施工提供必要的补充和校核，这一阶段探测技术仍以物探为主，具体选择方法可根据隧道所在地区的地形、地质条件决定。对山区岩质隧道进行探测时，应先进行地震勘探。进行地震勘探时，可沿隧道轴线布置一条以上的地震测线，以10－20m为间距设置测试点;若在测试过程中发现地质构造，可将测试点数据布置密度增加;两洞口布置横测线，测点距离设置为5m;若在洞口或洞身发现溶洞或其他构造破碎带，可根据具体情况适当增加横测线或测试点。公路为上下行时，对于地质条件简单、岩性单一、无地质构造的短小隧道可作为一条隧道，组织勘探工作外，其余均应作为两条隧道进行单独勘探。勘探方法如下:用声波法对岩体的弹性纵波波速和横向波速进行同时测定，用于计算岩体的弹性特征值;测试岩石试件的弹性波速，以计算岩体的完整性，从而判定围岩的破碎程度;在进行地震勘探时，若发现明显的地质构造或溶洞时，可利用其他方法进行再次勘探，以供验证;采用电探时，可沿隧道轴线设三条测试线，其中两侧的测试线与主测线的间隔距离为20m，测点间距为20m;洞口设置横测线，间距为10－30m;对水下地质进行物探时，应根据水域的水底地形、水体流苏、水体深度等情况决定物探方法的选取，一般可采用多种方法进行综合探测，勘探主线至少为2条，横测线可根据水流方向布设，至少为3天，测点间距应小于陆上物探测点间距。

二、隧道工程地质勘探测试项目

隧道工程地质勘探测试项目主要包括地应力、岩土力学、水文地质、水质分析以及其他综合测试。地应力测试方法多采用水力压裂法，其他方法可作为辅助方法。岩体内部应力状态存在一定的差异性，可利用应力试验，并结合岩体组份的分析及构造分析，对岩体的主应力方向进行确定，岩土的力学试验常用测定标准为《公路工程地质勘察规范》;隧道工程在建设过程中，需要大量的钻探操作，地质勘探孔的设定应考虑水文地质试验孔的设定情况，地质勘探孔终孔可作为后期的水文地质试验的观测孔，若发现钻探孔终孔含有大量地下水，应考虑进行专业的水文地质勘探，以获得水文地质参数。对隧道内的主要含水层取样进行水质分析，看是否满足生活、工程、消防用水的要求，一般测试样品为1－3组。综合测井是配合钻孔，利用声波测井和放射测井的方法，从多个方面获得隧道围岩工程所需的地质、水文等各项参数。

三、总结语

公路隧道工程的施工需要科学的地质勘探，这是为后期工程的设计、施工、运行提供的基础保障。在实际的勘探过程中，应根据具体的地质情况进行勘探方法的选择及变通，确保勘探数据的准确性及有效性。

第五篇：富水砂土互层隧道真空降水设计的施工技术论文

摘要：以蒙华铁路阳城隧道施工为背景，介绍陕北地区黄土高原侵蚀性梁峁沟谷地层中富水砂土互层设计及施工技术。对于该类富水砂土互层物理特征造成隧道施工极易引发涌水、涌砂、塌方等现象，结合现场工程地质特性、水文地质，隧道内水的补给形式和涌水量和变化规律采取真空降水治水设计和技术措施，以保证隧道施工安全，确保工程顺利施工。

关键词：地质；富水砂土互层；真空降水

1工程概况

阳城隧道位于陕西省榆林市靖边县龙洲乡双城村附近，为单洞双线隧道，隧道总长7108.25m，隧道最大埋深约207m。阳城隧道区内地形受地台抬升及黄土高原水流向源侵蚀的影响，下切作用明显，“V”字型冲沟发育，呈树枝状分布，形成沟壑纵横、支离破碎的特点，地形较为复杂，为典型的黄土高原侵蚀性梁峁沟谷地貌类型。DK245+072～DK245+190段施工中掌子面揭示地层为砂质、黏质新黄土交错、层状结构，泥质胶结、砂质结构、厚层薄层交错层理构造，结构松散、节理裂隙发育富水饱和，呈流塑状，自稳能力极差；地质条件异常复杂，地层变化较大，古冲沟发育，古基岩面（土石分界）起伏较大，地下水受下游麦家沟水库人工蓄水的影响，地下水位抬升。古冲沟内沉积白垩系全风化砂岩，洞身处于地下水位以下。由于地下水的渗流作用，隧道开挖过程中地下水渗入隧道，软化隧道围岩，对软质围岩的影响尤为突出。在该类地层中开挖隧道极易引发涌水、涌砂、塌方现象。

2富水砂土互层特征及施工难点

①掌子面围岩为砂质、黏质新黄土交错、层状结构，含水率大，高达22%。土体松软，渗水量较大，局部呈泥浆状、流塑状，掌子面极易出现开裂、脱落现象，土体自动流淌涌出，不能自稳，无法进行开挖作业。②未成岩的全风化白垩系砂岩，呈松散状，颗粒级配不良，黏聚力c值小，塑性低。含砂率偏大，颗粒偏细。整体结构松散，触变性强，对变形非常敏感，稍有扰动即可能发生大的溜塌，轻者造成空洞，重者引起较大的塌方。③围岩自身无任何承载力，全靠初支承受荷载。开挖扰动在拱脚处易形成流砂，引起涌水涌砂，围岩呈流塑状，造成已施工段落初支沉降、变形较大，最大沉降达89cm，初支出现环向贯通裂缝，缝宽最大达9cm。基于以上特征，通过降低含水率改变泥质胶结砂岩物理状态由流塑状变为固体状提高围岩力学强度和自稳能力是解决富水砂土互层施工的关键。

3富水砂土互层真空降水施工技术

井点降水适用于透水性较强的地层和透水性较差（透水系数10-5～10-2cm/s）的地层。降水方案在砂岩地段主要采用轻型井点降水为主。地层含水量大降水困难时辅以超前深孔降水，集水井积水，完善的排水系统将水分级排至洞外。通过超前降水、轻型井点降水措施，围岩含水量降低，砂岩物理状态由流塑状变为固体状提高围岩力学强度和自稳能力。3.1轻型井点真空降水轻型井点降水是竖向排水。轻型井点降水在隧道一侧或两侧埋设井点管深入含水层内，井点管上端通过连接弯管与集水总管连接，集水总管与真空泵和离心水泵相连，启动抽水设备，地下水在真空泵的吸力作用下，经滤水管进入井点管和集水总管，排出空气后，由离心水泵的排水管排出，使地下水降至基坑以下。本法机具设备简单、使用灵活、装拆方便、降水费用低降水效果好。轻型井点降水设计：①井点管设计。轻型井点降水井点管采用4m长准32mmPRV冷水管，下端接长1m同直径钻有准15mm梅花孔（孔距25mm）的滤管，滤管末头用100目纱网封堵，滤管外侧用100目纱网包裹两层作为滤网，每隔40cm缠10号铅丝。连接弯管用胶皮管连接井点管和总管。总管用准75mmPRV冷水管带接头，采用热熔法密封。②井点管降水机具。真空泵：生产率4.4m3/min；真空度100kPa，电动机功率5.5kW，转速1450r/min。离心水泵：生产率20m3/h；扬程25m；抽吸真空高度7m，吸口直径50mm；电动机功率2.8kW，转速2900r/min。③井点管布置。井点管布置依据隧道宽度、地质水文情况、工程性质、降水深度确定。埋深依据降水深度和含水层位置决定，必须埋入含水层。同一地面高度含水层滤管高程保持一致，台阶处根据渗水量大小、台阶高度调节，含水层滤管高程应高差应小于台阶高度1/2倍。轻型井点降水井点管按照双排线性布置，每排距离初支面大于1m，防止支护过程中对围岩扰动从而出现井点漏气，单排行距0.5m，防止距离太小串孔。隧道为排出衬砌背后围岩和开挖方向地下水井点管竖向设倾角，保证同一地面高度含水层滤管高程保持一致，台阶处含水层滤管高程应高差应小于台阶高度1/2倍。上中下台阶布井点管置如下：1）上台阶拱脚两侧斜向下外插打竖向降水管，降水管长3m，纵向间距为0.5m，外倾角30°，向前倾斜角30°。2）中台阶拱脚两侧斜向下外插打竖向降水管，降水管长5m，纵向间距0.5m，向外倾斜角60°，向前倾斜角30°。3）下台阶两侧拱脚斜向下外插打竖向降水管，降水管长5m，纵向间距0.5m，向外倾斜角30°，向前倾斜角60°。④井点施工工艺。施工准备→测量定点→水冲成孔→安装井管、滤水管→孔口封堵→管线连接→试抽与检查→正式抽水→排水。井点成孔采用回旋式或冲击式钻机成孔，孔径30cm,井深比井点设计深50cm；洗井用0.6m3空压机或水泵将井内泥浆抽出；井点徐徐插入井孔中央，外露出地面20cm，倒入5～30mm石子，使管底高50cm。再沿井点管四周均匀投放2～4mm粗砂，上部1m深用黏土填实防漏气。井点埋设完成连接总管。部件连接完成后与抽水设备相连，接通电源进行试抽水，检查有无漏气、淤塞情况、出水情况是否正常，如有异常检修后使用。3.2洞内超前深孔真空降水超前深孔真空降水水平斜倾向排水。针对掌子面地下水丰富，开挖时易发生涌水、涌砂、塌方现象，采用掌子面超前深孔真空降水。3.2.1降水管设计超前深孔真空降水管采用12m长准32mm钢丝软管，管端2m及管外0.5m段不设降水钻孔，管身剩余部位钻设准8mm孔（孔间距10cm梅花形布置）。管身末头用100目纱网封堵，管身外侧用100目纱网包裹两层作为滤网，每隔20cm缠10号铅丝。深入含水层处管头密封。连接弯管用胶皮管连接降水管和总管。总管用准75mm钢丝软管带接头密封。超前深孔降水机具同井点管降水机具。3.2.2降水管布置降水管布置依据隧道宽度、地质水文情况、工程性质、出水量、出水位置确定。埋深依据掘进进尺和出水量决定，必须深入含水层。超前深孔降水沿上台阶周边按环向间距0.3m布孔，管长12m，每3m设置一环。上台阶核心及底部按横向间距0.5m布孔，管长12m，每3m设置一环。3.2.3超前深孔真空降水施工工艺超前深孔真空降水施工工艺流程同井点降水。超前深孔真空降水采用地质钻机（钻杆为准73mm套管）成孔，成孔后退出。然后开始送降水管，每下一节降水管跟进一节套管，降水管接头焊接，送管后退出套管。降水管采用特殊结构管头的降水管与套管对接（可点焊）。采用C25喷射混凝土全封闭掌子面，厚度10cm。每排降水管与准75mm主管连接。3.2.4集水井设置集水井设置在基底部位每20m左右各设置一处，主要汇集掌子面及已施做支护地段渗水，作为轻型井点降水、真空降水的辅助措施。为尽量减少掌子面渗出的水流对边墙的影响，集水井设置在距离斜井边墙不小于1m处；集水井井深1.5m，井径100cm；集水井（自动抽水装置）集中抽到泵站集水箱再排水出洞外。在隧道设置大型集水箱，设置排水系统。掌子面及已施做支护地段的渗水通过隧道两侧排水沟汇集到集水井内，集水井（自动抽水装置）集中抽到洞内集水箱内，井点降水直接抽到集水箱。待集水箱内淤泥沉积后转抽到中心大型集水箱内，再用离心泵通过排水管路排水洞外。

4施工注意事项

①一套抽水设备的总管长度一般不大于40～50m。当主管过长时，可采用多套抽水设备；井点系统可以分段，各段长度应大致相等，宜在拐角处分段，以减少弯头数量，提高抽吸能力；分段宜设阀门，以免管内水流紊乱，影响降水效果。②集水总管标高宜尽量接近地下水位线并沿抽水水流方向有0.25%～0.5%的上仰坡度，水泵轴心与总管齐平。③降水过程中，真空负压控制在-0.06MPa以下，如果压力升高，必须对降水管进行逐根排查，看有无漏气，同时必须检查插入土层中的井点管密封是否到位，漏气部位必须采用胶布缠紧。④工地现场备足抽水泵，数量多于井数的10％。使用的潜水泵要做好日常保养工作，经常检查泵的工作状态，一旦发现不正常应及时换泵，坏泵应立即修复，无法修复的应及时更换。⑤降水工作与隧道开挖施工密切配合，确保隧道开挖安全。⑥降水设备在施工前及时做好调试工作，降水井在降水运行阶段，电源必须保证，设置双电网，确保降水井正常运行。⑦为保证降水效果，避免循环降水，务必做好排水系统。同时对于反坡隧道，除做好距离开挖工作面附近2～3m处的集水坑外，对于隧道底板已完成的部分，宜每隔4～6m设置一道截水槽，每隔20～30m设置1处集水坑，集水坑位置在截水槽的一端或两端，以避免底板已完成部分的压力水回灌到工作面处，影响正常施工。⑧施工过程中可根据现场实际情况动态调整。即在降水前或降水过程中发现问题及时处理，达到安全施工。降水系统运行3～5天后水位降到设计要求，如果排水量不变持续抽水，地下水位将持续不断的下降，也是不经济的，因此，在降水的过程中应持续观测、记录地下水位的变化，水位稳定后适当调整排水总量，以达到既经济又安全的效果。对于整个降水系统而言，如果发现降速太慢或达不到开挖深度时，应及时调节泵量，加大排水量；反之，要求减少排水量。

5结论

井点降水、超前深孔降水在富水砂土互层地质条件下施工有效降低了围岩含水率，稳固围岩，围岩由流塑状变为软塑状，开挖时不再流淌，短时间内有一定自稳能力，提供一定的施工时间。使作业区域达到无水或少量渗水的状态，满足隧道施工要求。确保了隧道开挖的质量和安全。

参考文献：

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