探析隧道的超新掘進(jìn)技術(shù)

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1工程簡(jiǎn)介

黃土夾礫石、粉土互層黃土夾礫石、粉土互層其表現(xiàn)形式為:頂層為松散土層包夾礫石和強(qiáng)風(fēng)化松散巖層、下層為中弱風(fēng)化巖層。圍巖拱部極不穩(wěn)定，開(kāi)挖過(guò)程中拱部漏斗狀大方量坍塌、超挖，松散巖體壓迫超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管達(dá)到剛度極限時(shí)出現(xiàn)“掛門(mén)簾”現(xiàn)象。泥砂巖互層泥砂巖互層該種圍巖表形式為:水平軟硬層巖體強(qiáng)度差異大，硬層需爆破施工、軟層可自然剝離;洞身內(nèi)圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)松散、裂隙水發(fā)育侵蝕拱腳處軟弱圍巖;互層中破碎軟弱夾層在洞身分為內(nèi)分布多變，或分布于頂層、或分布于墻身、或分布于拱腳。施工危害:超挖嚴(yán)重，圍巖自穩(wěn)性差，系統(tǒng)錨桿的力學(xué)性質(zhì)不能有效發(fā)揮，初期支護(hù)后沉降急劇收斂。

2各種水平互層地質(zhì)條件下隧道實(shí)施方案和施工方法

總體施工原則針對(duì)進(jìn)出口地質(zhì)狀況差異并結(jié)合工期要求，把高樓隧道進(jìn)出口獨(dú)立劃分為2個(gè)工點(diǎn)，采取雙向?qū)Υ虻姆绞绞┕ぁＳ捎谒碇穮^(qū)內(nèi)地質(zhì)狀況差異較大，故采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對(duì)未開(kāi)挖圍巖進(jìn)行一定范圍的判斷以指導(dǎo)施工;另外整個(gè)施工過(guò)程實(shí)施動(dòng)態(tài)管理監(jiān)控、動(dòng)態(tài)調(diào)整的措施對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行跟蹤、優(yōu)化。沖溝淺埋段施工工況由于該淺埋段地質(zhì)情況較為單一拱部為老黃土，土石交界線位于上臺(tái)階拱腳以上，拱頂以下2．2m，且施工前期勘測(cè)等準(zhǔn)備充分，該段淺埋段順利通過(guò)，其監(jiān)控量測(cè)反應(yīng)初期支護(hù)收斂為正常水平。繪制剖面圖進(jìn)行地表勘測(cè)，繪制剖面圖，描述相對(duì)位置關(guān)系及隧道埋深超前支護(hù)雙層層疊式小導(dǎo)管，長(zhǎng)3．5m(有效長(zhǎng)度2m，搭接長(zhǎng)度1．5m)，不注漿(注:注漿漿液對(duì)黃土圍巖作用效果不明顯且容易侵蝕圍巖，加劇其濕陷效應(yīng)開(kāi)挖掘進(jìn)開(kāi)挖掘進(jìn)采用上下斷面正臺(tái)階法施工，上導(dǎo)單循環(huán)進(jìn)尺為0．8m的單榀拱架間距;其上臺(tái)階采用人工結(jié)合機(jī)械開(kāi)挖的方式掘進(jìn)，下臺(tái)階爆破時(shí)為減小爆破震動(dòng)的破壞:一方面嚴(yán)格控制裝藥量實(shí)施松動(dòng)爆破;，另一方面在開(kāi)挖輪廓線內(nèi)設(shè)置80cm間距60mm減震孔。4)支護(hù)除采用設(shè)計(jì)的棚架結(jié)構(gòu)和噴射混凝土初期支護(hù)外，還做了以下優(yōu)化，減少洞身收斂、沉降;在上臺(tái)階拱腳處施作擴(kuò)大鋼板，增大拱架受力面，減小拱架自重對(duì)軟土圍巖壓強(qiáng)，增大鎖腳剛度;鎖腳由原設(shè)計(jì)的25mm鎖腳錨桿變更為剛度更大的42mm鎖腳錨管。

3爆破原則

開(kāi)挖掘進(jìn)首先，針對(duì)強(qiáng)、弱風(fēng)化巖層的交界線在洞身內(nèi)從上導(dǎo)拱腳至拱頂呈緩慢攀爬分布的現(xiàn)象改變開(kāi)挖方法:隨著強(qiáng)、弱風(fēng)化巖層的交界線的攀升依次采用“正臺(tái)階法”、“三臺(tái)階法”、“微臺(tái)階法”開(kāi)挖，其中臺(tái)階數(shù)目的不同取決于圍巖巖性的變化，最頂層的臺(tái)階圍巖最為松散，穩(wěn)定性最差，抗擾動(dòng)性越差，因此臺(tái)階從上到下依次采用人工掏掘—支護(hù)、松動(dòng)爆破—支護(hù)、鉆爆—支護(hù)的方法施工;改變一次進(jìn)尺長(zhǎng)度，每循環(huán)只按單品拱架間距進(jìn)尺，嚴(yán)格控制超前小導(dǎo)管的搭接長(zhǎng)度，保證小導(dǎo)管在有效空間內(nèi)發(fā)揮其預(yù)支護(hù)作用。爆破原則及施工松動(dòng)爆破針對(duì)土石結(jié)合部處的風(fēng)化圍巖施工，施工中有效利用風(fēng)化節(jié)理，對(duì)圍巖進(jìn)行切割，同時(shí)控制炸藥用量，實(shí)現(xiàn)弱爆破、小擾動(dòng)效果，爆破完成機(jī)械扒渣自然成拱;鉆爆針對(duì)弱風(fēng)化的穩(wěn)定層圍巖施工。超前支護(hù)對(duì)于頂層出現(xiàn)黃土夾礫石、粉土互層的圍巖采取了調(diào)整超前支護(hù)施工的方法:超前支護(hù)由原來(lái)的單層小導(dǎo)管變?yōu)殡p層小導(dǎo)管，注漿漿液由水凝漿變?yōu)樗?水玻璃雙液漿(水泥∶水玻璃=1∶1，體積比)，使拱部黃土夾礫石和粉質(zhì)黏土層形成一定厚度的環(huán)狀固結(jié)區(qū)，加強(qiáng)超前支護(hù)效果，防止拱部坍塌涌方形成大方量超挖，初期支護(hù)針對(duì)拱腳處為黃土或松散強(qiáng)風(fēng)化巖的圍巖，施工中對(duì)初期支護(hù)作以下調(diào)整，防止拱腳因承載力不足導(dǎo)致拱頂沉降急劇;設(shè)置拱腳擴(kuò)大鋼板，拱架安裝時(shí)擴(kuò)大鋼板嵌入巖體;同時(shí)每根系統(tǒng)錨桿尾部均加工成“L”形，與拱架扣焊，使之總體上形成的棚架結(jié)構(gòu)，并與圍巖形成一體，能有效約束其塑性形變超前支護(hù)開(kāi)挖后拱部超前錨桿全部裸露在外，拱部松散圍巖全部剝離，超前錨桿沒(méi)有發(fā)揮其支護(hù)作用。爆破效果以拱架圓弧100cm間距布設(shè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量垮塌超挖值超前錨桿由于拱部圍巖松散破碎，爆破擾動(dòng)后穩(wěn)定性差，如不預(yù)先固結(jié)勢(shì)必性形成開(kāi)挖后錨桿裸露失去支護(hù)效果的現(xiàn)象，因此結(jié)合施工反饋結(jié)果和對(duì)拱部圍巖的認(rèn)識(shí)，調(diào)整超前錨桿施工:超前錨桿改為超前中空注漿錨桿，注漿采用水泥-水玻璃雙液漿(1∶1);錨桿總數(shù)不變，原則為破碎處加密，整體性好處減少。開(kāi)挖掘進(jìn)開(kāi)挖進(jìn)尺由一次2榀拱架進(jìn)尺調(diào)整為一次1榀拱架進(jìn)尺。爆破爆破針對(duì)拱部松散破碎圍巖加密炮眼布設(shè)，割斷節(jié)理裂隙的徑向發(fā)展，控制超挖，同時(shí)根據(jù)破碎情況選擇裝藥量，裝藥量調(diào)整為:Q=0．8(加密后炮眼間距+設(shè)計(jì)炮眼間距)注:上式中炮眼間距為砂巖松動(dòng)爆破設(shè)計(jì)值，實(shí)際施工中根據(jù)不同巖性實(shí)行動(dòng)態(tài)調(diào)整初期支護(hù)。初期支護(hù)主要考慮為增加對(duì)拱部圍巖塑性變形的約束;其中拱部系統(tǒng)錨桿施工由砂漿錨桿改為中空注漿錨桿，注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿(1∶0．75在有效的漿液擴(kuò)散半徑內(nèi)，錨桿與圍巖短時(shí)間內(nèi)固結(jié))。

作者：周海亮 王叢泉 單位：中交一公局第三工程有限公司