公路隧道中小凈距隧道的施工技術(shù)
2015-06-09
１工程概況及地質(zhì)水文條件
某隧道為上下行分離的四車道高速公路小凈距短隧道，隧道最大埋深約88m。隧道軸線經(jīng)過地段地面高程為204～283m，相對切割深度約79m，隧址區(qū)未見明顯的不良地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象。隧道范圍內(nèi)基巖主要為：強(qiáng)風(fēng)化片巖和中風(fēng)化片巖，強(qiáng)風(fēng)化片巖：灰白色，灰褐色，變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖心多呈塊狀，少量呈短柱狀，采取率約為58％。鉆探掲示厚度為13.3～16.2m。中分化片巖：灰綠色，變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，含石英、絹云母等礦物，巖心呈短柱狀，采取率約為76％，RQD值為24％。本隧道左、右洞設(shè)計線間距約為15.2～16.0 m，建筑界限凈寬10.25m，凈高５m。
?。查_挖方法
2.1Ⅲ級圍巖
2.1.1施工工序
?、蠹墖鷰r推薦采用全斷面法開挖，開挖每循環(huán)進(jìn)尺控制在2～3m。其施工工序為:1)全斷面開挖按照輪廓線一次爆破成形；2)修建襯砌。
2.1.2施工要點
(1)機(jī)械設(shè)備要配套，如鉆眼、裝渣等主要機(jī)械和相應(yīng)的配套機(jī)具在型號、規(guī)格尺寸、性能和生產(chǎn)能力上都要相互配合，施工工序才能環(huán)環(huán)緊扣，不至發(fā)生彼此相互受到牽制而影響掘進(jìn)，并應(yīng)注意經(jīng)常檢查維修保養(yǎng)機(jī)械設(shè)備，應(yīng)備有足夠的易損零件部件，以保證各項施工工序順利進(jìn)行。
(2)加強(qiáng)各輔助作業(yè)和設(shè)備的管理，如三管兩線(高壓風(fēng)管、高壓水管、通風(fēng)管、電線及運輸路線)要保持良好的運行狀態(tài)，要有專人看護(hù)。
(3)后行洞爆破面的開挖應(yīng)在先行洞初期支護(hù)完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行，因此后行洞與先行洞的安全距離應(yīng)保持30～50m。
(4)二次襯砌及時施作，一般二次襯砌工作面距掌子面不大于120m。
2.2Ⅳ級圍巖
2.2.1施工工序
施工工序：(1)開挖左洞上半斷面，采用弧形導(dǎo)坑法，導(dǎo)洞超前5～10m，超前支護(hù)應(yīng)先期施作；(2)施作左洞拱部初期支護(hù)；(3)交錯開挖左洞下半斷面的兩側(cè)；(4)施作左洞兩側(cè)邊墻初期支護(hù)；(5)開挖左洞核心土體及仰拱；(6)施作左洞仰拱初期支護(hù)及二次襯砌、仰拱回填；(7)開挖右洞上半斷面，采用弧形導(dǎo)坑法，導(dǎo)洞超前５～10m，超前支護(hù)應(yīng)先期施作；(8)施作右洞拱部初期支護(hù)；(9)交錯開挖右洞下半斷面的兩側(cè)；(10)施作右洞兩側(cè)邊墻初期支護(hù)；(11)開挖右洞核心土體及仰拱；(12)施作右洞仰拱初期支護(hù)及二次襯砌、仰拱回填。
2.2.2施工要點
(1)左右洞均采用上下臺階留核心土法，保證左右洞施工距離應(yīng)錯開25m以上，上、下開挖面長度宜控制在５～10m。
(2)下半斷面若用人工開挖，則二次襯砌距離下半斷面開挖面不大于15m，若采用爆破開挖，則二次襯砌距離下半斷面開挖面不大于20～30m。
(3)二次襯砌工作面距離仰拱工作面一般為15～30m，與右洞核心土開挖面距離應(yīng)保持在20m。
(4)如果掌子面穩(wěn)定性差，短臺階留核心土法不能確定掌子面穩(wěn)定的情況下，可將開挖、支護(hù)分為三或四個臺階進(jìn)行。
(5)在Ⅳ級圍巖穩(wěn)定性較好，施工單位機(jī)具和施工能力較好的條件下，上、下半斷面可合為一步進(jìn)行開挖。
(6)在臺階施工能拉開合理的距離的情況下，各臺階均可平行施工。
2.3Ⅴ級圍巖
2.3.1施工工序
施工工序:(1)開挖左洞內(nèi)側(cè)上導(dǎo)坑，超前支護(hù)應(yīng)先期施作；(2)施作左洞內(nèi)側(cè)上導(dǎo)坑初期支護(hù)與側(cè)導(dǎo)坑初期支護(hù)；(3)開挖左洞內(nèi)側(cè)下導(dǎo)坑，超前支護(hù)應(yīng)先期施作；(4)施作左洞內(nèi)側(cè)下導(dǎo)坑初期支護(hù)與側(cè)導(dǎo)坑初期支護(hù)；(5)開挖左洞外側(cè)上導(dǎo)坑；(6)施作左洞外側(cè)上導(dǎo)坑初期支護(hù)；(7)開挖左洞外側(cè)下導(dǎo)坑；(8)施作左洞外側(cè)下導(dǎo)坑初期支護(hù)；(9)施作左洞仰拱二次襯砌、仰拱回填；(10)施作左洞室的二次襯砌；(11)開挖右洞上半斷面，采用弧形導(dǎo)坑法，導(dǎo)洞超前5～10m，超前支護(hù)應(yīng)先期施作；(12)施作右洞拱部初期支護(hù)；(13)交錯開挖右洞下半斷面的兩側(cè)；(14)施作右洞兩側(cè)邊墻初期支護(hù)；(15)開挖右洞核心土體及仰拱；(16)施作右洞仰拱初期支護(hù)及二次襯砌、仰拱回填。
2.3.2施工要點
(1)采用爆破施工，左洞隧道右側(cè)則要求采用預(yù)裂爆破，爆破震動速度不大于20m/s。
(2)左右洞掌子面施工距離應(yīng)錯開25m以上。
(3)下導(dǎo)坑若用人工開挖，則二次襯砌距離下導(dǎo)坑開挖面不大于15m，若采用爆破開挖，則二次襯砌距離下導(dǎo)坑開挖面不大于20～30m。
(4)在Ⅴ級圍巖穩(wěn)定性較好，施工機(jī)具和施工能力較好的條件下，上、下半斷面可合為一步進(jìn)行開挖。
(5)二次襯砌在初期支護(hù)基本穩(wěn)定后，按“先頂后拆”的原則先拆除單側(cè)壁再施作，其仰拱和仰拱回填應(yīng)緊跟初期支護(hù)。
(6)如果掌子面穩(wěn)定性差，上下臺階留核心土法不能確定掌子面穩(wěn)定的情況下，可將開挖、支護(hù)分為三或四個臺階進(jìn)行。
(7)在臺階施工能拉開合理的距離的情況下，各臺階均可平行施工。
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小凈距隧道洞身爆破開挖施工的原則是：弱爆破、短進(jìn)尺、早支護(hù)、勤量測。爆破的關(guān)鍵是掏槽眼和周邊眼的爆破，掏槽眼為輔助眼和周邊眼的爆破創(chuàng)造了有利條件，直接影響循環(huán)進(jìn)尺和掘進(jìn)效果；周邊眼關(guān)系到隧道開挖邊界的超欠挖和對周圍圍巖的影響。
周邊眼沿設(shè)計開挖輪廓線布置，必須采用小直徑藥卷，嚴(yán)格控制裝藥量，并使藥量沿炮眼全長合理分布，炮眼要根據(jù)圍巖情況堵眼，采用毫秒雷管微差順序起爆，以使周邊爆破時產(chǎn)生臨空面。掏槽眼布置在開挖面的中央稍靠下部，以使底部巖石破碎，減少飛石，一般采用斜眼掏槽的方法，可按巖層實際情況選擇角度，容易把石渣拋出槽口。因地質(zhì)多變，可將直眼掏槽和斜眼掏槽混合使用。輔助眼應(yīng)交錯均勻布置在周邊眼和掏槽眼之間，由內(nèi)向外，并垂直于開挖面，逐層布置，逐層起爆，逐步接近開挖輪廓形狀，這樣可使爆破的石渣塊體大小適合裝渣運輸?shù)囊蟆?br />
對于Ⅳ級以上圍巖地段的施工采用預(yù)裂爆破作業(yè)，對于Ⅲ級以下的圍巖地段的施工采用光面爆破作業(yè)。對于預(yù)裂爆破和光面爆破，根據(jù)圍巖性質(zhì)、工程類比經(jīng)驗或施工規(guī)范，合理選擇周邊眼距及最小抵抗線、相對距離和裝藥量集中度參數(shù)。
光面爆破的分區(qū)起爆順序是：掏槽眼—輔助眼—周邊眼—底板眼。為使爆破有良好的效果，可采取以下措施:1)縮小周邊眼間距；2)減小周邊眼的最小抵抗線；3)減少裝藥量及裝藥密度；4)周邊眼在最后同時起爆；5)嚴(yán)格掌握炮眼方向。其次使輔助眼爆破后盡量接近開挖輪廓形狀，使光面爆破厚度盡可能一致，并應(yīng)注意不要使爆破落下的石渣堵死周邊眼的臨空面。而預(yù)裂爆破以預(yù)先爆破周邊炮的方法，沿設(shè)計輪廓線炸出一個貫通預(yù)裂縫，從而把開挖部分的主體巖石與其外部圍巖分隔開，使緊隨其后爆炸的掏槽眼和輔助眼爆炸時，其主體爆破產(chǎn)生的沖擊波的破壞作用被預(yù)裂面所隔斷而受到大量衰減，因而有效地減少了對圍巖的擾動。
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4.1隧道超欠挖原因分析
公路隧道超欠挖是指以設(shè)計的隧道開挖輪廓線為基準(zhǔn)線，實際開挖獲得的斷面在基準(zhǔn)線以外的部分稱為超挖，在基準(zhǔn)線以內(nèi)的部分則稱為欠挖。超欠挖通常是由于巖體結(jié)構(gòu)面和開挖臨空面的不同組合產(chǎn)生的，在隧道開挖過程中當(dāng)爆破開挖引起的關(guān)鍵塊體優(yōu)勢面的抗剪強(qiáng)度小于其滑力時，關(guān)鍵塊體就會踏滑或塌落，形成超欠挖。
在一定條件下，巖體的強(qiáng)度越高，越有可能造成巖體的超挖現(xiàn)象，與節(jié)理強(qiáng)度相比巖體完整性是決定超欠挖的主要因素。而地應(yīng)力的方向和主應(yīng)力比的大小也是影響超挖的主要因素，特別是地應(yīng)力的大小接近節(jié)理化巖體的強(qiáng)度時，其影響更為顯著。目前，大量的超挖是由于爆破孔的布置或者是由于爆破孔未及時按順序引爆造成的，在隧道爆破過程中爆破能量越大，超挖的可能性就越大，高速、高強(qiáng)度、高密度的爆破方式都能導(dǎo)致巖體的破壞。
4.2超欠挖的預(yù)防措施
(1)提高鉆孔技術(shù)水平，準(zhǔn)確控制周邊眼孔位及方向。
(2)提高裝藥質(zhì)量和爆破技術(shù)，減少超欠挖。
(3)加強(qiáng)施工管理，重視超欠挖的影響。
(4)提高測量技術(shù)，減少人為因素的影響。
(5)采用光面爆破技術(shù)。
５中隔巖柱的加固
該隧道中巖柱的寬度為11.6～12.4m，Ⅴ級圍巖采用直徑22mm、長6m的系統(tǒng)藥卷錨桿加固中巖柱，縱向0.5m、環(huán)向1.2m，側(cè)壁導(dǎo)坑法中隔巖柱錨桿的深度為６m，風(fēng)槍的工作面太小，不能一次打夠６m，要把６m 轉(zhuǎn)桿分４節(jié)各1.5m，中間用絲扣連接，打眼時依次接入，打好后再依次拆除，6m錨桿也是同樣的分段方法施作。Ⅳ級圍巖采用直徑22mm 長4.5m的系統(tǒng)藥卷錨桿加固中巖柱，縱向1.0m 環(huán)向1.2m。Ⅲ級圍巖采用直徑22mm 長4.5m 的系統(tǒng)藥卷錨桿加固中巖柱，縱向1.2m 環(huán)向1.2m。錨桿為梅花型布置。為了保證中隔巖的穩(wěn)定，應(yīng)減少擾動，并及時施作成環(huán)，量測指導(dǎo)施工。
