隧道工程開挖支護施工技術應用
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摘要:針對某隧道工程實際情況，對其從斷層破碎帶中穿越時使用的施工技術進行深入分析，提出相應的施工要點，以此為類似工程項目提供參考借鑒，保證隧道施工安全。
1工程概況
某隧道工程的進、出口樁號為D1K499+420～D1K513+980，總長約14．56km。經(jīng)前期地質(zhì)勘察，在隧道的進口段，于D1K499+420～D1K+465段存在粉質(zhì)黏土層，同時還揭露有強風化～中風化的頁巖。該段上部土質(zhì)較不穩(wěn)定，但下部由于是巖質(zhì)層，所以能保持基本穩(wěn)定狀態(tài);在隧道的出口段，于D1K513+900～D1K+980段也存在粉質(zhì)黏土層，在頁巖的基礎上還夾有砂巖和斷層破碎帶。該段巖體十分破碎，且風化強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，無法保持穩(wěn)定。通過工程地質(zhì)調(diào)繪，并結合現(xiàn)有的物探成果，該隧道所在區(qū)域內(nèi)存在斷層破碎帶，這會對隧道的開挖施工帶來很大影響，且節(jié)理裂隙發(fā)育，有明顯的產(chǎn)狀變化。針對這一實際情況，必須制定有效的施工和支護方法，保證施工安全，將斷層破碎帶對施工帶來的影響降到最低程度?，F(xiàn)圍繞本工程實際情況，對其在穿越斷層破碎帶過程中施工所用的開挖及支護方式作如下深入分析。
2施工技術
根據(jù)斷層破碎帶實際情況，本工程決定采用“交叉中隔墻法”進行施工。先對左側上部進行開挖，然后開挖右側上部，對邊墻進行支護，再依次開挖左側與右側的下部，最后對邊墻、仰拱進行可靠支護。在實際的施工過程中，必須嚴格遵循以下基本原則:“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤量測和早封閉”。(1)開始超前支護施工，并采用注漿法進行加固，對1#洞室進行開挖，同時進行永久與臨時初支的施工，并盡早封閉成環(huán)，利用鎖腳錨桿對墻腳進行加固。(2)對下一個2#洞室的上方進行超前支護，采用注漿法對地層進行加固;在加固完成后，進行永久與臨時初支的施工，盡早封閉成環(huán)，并利用鎖腳錨桿對墻腳進行加固。(3)待支護結構達到穩(wěn)定以后，將臨時的仰拱支撐結構拆除，開始對下一個洞室，即3#洞室進行開挖施工，將支撐拆除后立即進行開挖，開挖距離和拆除距離一一對應，然后進行永久與臨時初支的施工，并盡早封閉成環(huán)。(4)待支護結構達到穩(wěn)定以后，將臨時的仰拱支撐結構拆除，開始對下一個洞室，即4#洞室進行開挖施工，將支撐拆除后立即進行開挖，開挖距離和拆除距離一一對應，然后進行永久與臨時初支的施工，并盡早封閉成環(huán)。(5)以實際的監(jiān)控量測結果為依據(jù)在隧道的縱向進行中隔墻的分段拆除，此時為保證隧道安全性和穩(wěn)定性，每層拆除的長度應控制在4m以內(nèi)。同時，及時對仰拱進行澆筑施工，待仰拱部位的混凝土達到初凝以后對仰拱進行填筑。(6)以實際監(jiān)控量測結果為依據(jù)，確定進行二次襯砌施工的最佳時機，以此盡早形成完整的整體結構。(7)中隔墻待主體結構完成初支，且達到穩(wěn)定狀態(tài)后即可拆除，在拆除中隔墻之前，要求拱頂實際下沉量以及周邊收斂量都不可超過0．2mm/d，在拆除過程中與拆除完成后，拱頂實際下沉量的增加值需要控制在6mm以內(nèi)，臨時鋼架的拆除需要分次進行，每次不超出4m，并嚴格按照從上到下的順序進行。(8)仰拱的施工必須伴隨開挖跟進，和下臺階開挖面之間的距離按10m控制。根據(jù)施工中獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在初支收斂之后，盡早進行二次襯砌的施工。在襯砌施工中，先對隧道斷面尺寸進行檢查，根據(jù)檢查結果鋪設防水板與土工布，其中防水板需要無損掛設，將二襯襯砌的鋼筋布置并綁扎好后，臺車就位開始混凝土澆筑施工。下臺階掌子面和二次襯砌之間的距離按30～50m嚴格控制。
3施工要點
3．1確定適宜的孔網(wǎng)參數(shù)
以爆破作業(yè)機理為依據(jù)，為了實現(xiàn)保證安全的目標，應將炸藥均勻的布置在巖體當中，以此避免爆炸能量集中，起到降低爆破振動強度的作用。對此，在爆破設計過程中需要確定適宜的孔網(wǎng)參數(shù)。
3．2確定適宜的裝藥結構
對于裝藥結構，它是指炮孔內(nèi)炸藥實際裝填情況，按不同裝填方式可細分成以下幾種:(1)耦合與不耦合;(2)連續(xù)與不連續(xù);(3)堵塞與不堵塞;(4)正向與反向起爆。針對以上需要從斷層破碎帶中穿過的情況，一般以不耦合裝藥為宜，炮孔和藥卷的直徑分別按照42mm、32mm嚴格控制，不耦合系數(shù)取1．3。炮孔中，將炸藥分為若干段，確保炸藥在爆炸后產(chǎn)生的能量可以在巖石內(nèi)均勻分布，盡可能縮短炮孔中未裝藥段長度，以此增強實際的起爆效果。完成裝藥后，可使用黏土進行填塞，進一步保證起爆效果。此外，需要注意，當采用反向裝藥時，需要將起爆的藥包置于炮孔最底部。
3．3確定適宜的炸藥單耗
對于炸藥單耗，它是爆破設計工作中對炸藥量進行計算的關鍵參數(shù)之一，除了直接影響爆破的效果，還決定了爆破后振動強度。如果炸藥單耗較高，將產(chǎn)生劇烈振動，沖擊波較大;而如果炸藥單耗較低，可能無法達到預期的破碎效果。因此，應通過綜合研究與考慮確定適宜的炸藥單耗。
3．4嚴格控制爆破開挖進尺
本工程的開挖進尺為:在V級圍巖段，按照0．6～1．2m的進尺進行循環(huán)開挖;在IV級圍巖段，按照1．0～1．5m的進尺進行循環(huán)開挖;在III級圍巖段，按照2．0～2．5m的進尺進行循環(huán)開挖;在II級圍巖段，按照2．3～2．8m的進尺進行循環(huán)開挖。由于斷層破碎帶情況比較特殊，所以按V級圍巖的要求進行控制，即按照1．0～1．5m的進尺進行循環(huán)開挖。
3．5微差爆破
在一次爆破過程中，最大炸藥量和振動強度兩者為正比關系，隨著一次爆破藥量不斷增加，產(chǎn)生的振動逐漸增強。當需要從斷層破碎帶中穿過時，通過對微差爆破的引用，增加適當?shù)睦坠芏蝿e，并減少同段雷管實際藥量，以此降低振動強度。
3．6確定適宜的掏槽孔藥量
掏槽孔會產(chǎn)生十分強烈的地震效應，它在爆破后產(chǎn)生的振動可以達到其它炮孔很多倍。這是因為掏槽孔爆破過程中，其自由面很少，但夾制的作用卻很大，完成爆破后，可以為其它炮孔提供一定數(shù)量的自由面，降低夾制作用，使巖體受爆生氣體作用后產(chǎn)生的應力及其分布均得到改變。對爆破地震效應進行控制時，應對掏槽孔實際藥量進行合理的選定及控制，此外也可通過自由面的創(chuàng)造來降低地震效應。該隧道施工中，于斷層破碎帶將掏槽孔實際藥量嚴格限制在16kg之內(nèi)，取得了良好效果，有效保證了施工安全。
4結束語
本隧道的開挖施工范圍內(nèi)存在若干斷層破碎帶，于開挖施工中若所選方法不合理，使爆破產(chǎn)生劇烈振動，將引發(fā)坍塌。因此，本工程制定了以上施工方法，并對爆破參數(shù)進行了適當?shù)膬?yōu)化，保證施工安全，未產(chǎn)生坍塌事故。
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作者：蔚晉峰 單位：山西省晉中路橋建設集團有限公司
