探析隧道的超新掘進技術

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1工程簡介

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風化松散巖層、下層為中弱風化巖層。圍巖拱部極不穩(wěn)定，開挖過程中拱部漏斗狀大方量坍塌、超挖，松散巖體壓迫超前小導管，小導管達到剛度極限時出現(xiàn)“掛門簾”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、結構松散、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:超挖嚴重，圍巖自穩(wěn)性差，系統(tǒng)錨桿的力學性質(zhì)不能有效發(fā)揮，初期支護后沉降急劇收斂。

2各種水平互層地質(zhì)條件下隧道實施方案和施工方法

總體施工原則針對進出口地質(zhì)狀況差異并結合工期要求，把高樓隧道進出口獨立劃分為2個工點，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)預報方法對未開挖圍巖進行一定范圍的判斷以指導施工;另外整個施工過程實施動態(tài)管理監(jiān)控、動態(tài)調(diào)整的措施對整個施工過程進行跟蹤、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階拱腳以上，拱頂以下2．2m，且施工前期勘測等準備充分，該段淺埋段順利通過，其監(jiān)控量測反應初期支護收斂為正常水平。繪制剖面圖進行地表勘測，繪制剖面圖，描述相對位置關系及隧道埋深超前支護雙層層疊式小導管，長3．5m(有效長度2m，搭接長度1．5m)，不注漿(注:注漿漿液對黃土圍巖作用效果不明顯且容易侵蝕圍巖，加劇其濕陷效應開挖掘進開挖掘進采用上下斷面正臺階法施工，上導單循環(huán)進尺為0．8m的單榀拱架間距;其上臺階采用人工結合機械開挖的方式掘進，下臺階爆破時為減小爆破震動的破壞:一方面嚴格控制裝藥量實施松動爆破;，另一方面在開挖輪廓線內(nèi)設置80cm間距60mm減震孔。4)支護除采用設計的棚架結構和噴射混凝土初期支護外，還做了以下優(yōu)化，減少洞身收斂、沉降;在上臺階拱腳處施作擴大鋼板，增大拱架受力面，減小拱架自重對軟土圍巖壓強，增大鎖腳剛度;鎖腳由原設計的25mm鎖腳錨桿變更為剛度更大的42mm鎖腳錨管。

3爆破原則

開挖掘進首先，針對強、弱風化巖層的交界線在洞身內(nèi)從上導拱腳至拱頂呈緩慢攀爬分布的現(xiàn)象改變開挖方法:隨著強、弱風化巖層的交界線的攀升依次采用“正臺階法”、“三臺階法”、“微臺階法”開挖，其中臺階數(shù)目的不同取決于圍巖巖性的變化，最頂層的臺階圍巖最為松散，穩(wěn)定性最差，抗擾動性越差，因此臺階從上到下依次采用人工掏掘—支護、松動爆破—支護、鉆爆—支護的方法施工;改變一次進尺長度，每循環(huán)只按單品拱架間距進尺，嚴格控制超前小導管的搭接長度，保證小導管在有效空間內(nèi)發(fā)揮其預支護作用。爆破原則及施工松動爆破針對土石結合部處的風化圍巖施工，施工中有效利用風化節(jié)理，對圍巖進行切割，同時控制炸藥用量，實現(xiàn)弱爆破、小擾動效果，爆破完成機械扒渣自然成拱;鉆爆針對弱風化的穩(wěn)定層圍巖施工。超前支護對于頂層出現(xiàn)黃土夾礫石、粉土互層的圍巖采取了調(diào)整超前支護施工的方法:超前支護由原來的單層小導管變?yōu)殡p層小導管，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)狀固結區(qū)，加強超前支護效果，防止拱部坍塌涌方形成大方量超挖，初期支護針對拱腳處為黃土或松散強風化巖的圍巖，施工中對初期支護作以下調(diào)整，防止拱腳因承載力不足導致拱頂沉降急劇;設置拱腳擴大鋼板，拱架安裝時擴大鋼板嵌入巖體;同時每根系統(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構，并與圍巖形成一體，能有效約束其塑性形變超前支護開挖后拱部超前錨桿全部裸露在外，拱部松散圍巖全部剝離，超前錨桿沒有發(fā)揮其支護作用。爆破效果以拱架圓弧100cm間距布設測點，測量垮塌超挖值超前錨桿由于拱部圍巖松散破碎，爆破擾動后穩(wěn)定性差，如不預先固結勢必性形成開挖后錨桿裸露失去支護效果的現(xiàn)象，因此結合施工反饋結果和對拱部圍巖的認識，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。開挖掘進開挖進尺由一次2榀拱架進尺調(diào)整為一次1榀拱架進尺。爆破爆破針對拱部松散破碎圍巖加密炮眼布設，割斷節(jié)理裂隙的徑向發(fā)展，控制超挖，同時根據(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+設計炮眼間距)注:上式中炮眼間距為砂巖松動爆破設計值，實際施工中根據(jù)不同巖性實行動態(tài)調(diào)整初期支護。初期支護主要考慮為增加對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在有效的漿液擴散半徑內(nèi)，錨桿與圍巖短時間內(nèi)固結)。

作者：周海亮 王叢泉 單位：中交一公局第三工程有限公司