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(guò)地段地面高程為204～283m，相對(duì)切割深度約79m，隧址區(qū)未見(jiàn)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(jì)線間距約為15.2～16.0 m，建筑界限凈寬10.25m，凈高５m。
?。查_(kāi)挖方法
2.1Ⅲ級(jí)圍巖
2.1.1施工工序
?、蠹?jí)圍巖推薦采用全斷面法開(kāi)挖，開(kāi)挖每循環(huán)進(jìn)尺控制在2～3m。其施工工序?yàn)?1)全斷面開(kāi)挖按照輪廓線一次爆破成形；2)修建襯砌。
2.1.2施工要點(diǎn)
(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(hào)、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(xiàng)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(yùn)輸路線)要保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，要有專人看護(hù)。
(3)后行洞爆破面的開(kāi)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(shí)施作，一般二次襯砌工作面距掌子面不大于120m。
2.2Ⅳ級(jí)圍巖
2.2.1施工工序
施工工序：(1)開(kāi)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(cuò)開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(cuò)開(kāi)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(kāi)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(diǎn)
(1)左右洞均采用上下臺(tái)階留核心土法，保證左右洞施工距離應(yīng)錯(cuò)開(kāi)25m以上，上、下開(kāi)挖面長(zhǎng)度宜控制在５～10m。
(2)下半斷面若用人工開(kāi)挖，則二次襯砌距離下半斷面開(kāi)挖面不大于15m，若采用爆破開(kāi)挖，則二次襯砌距離下半斷面開(kāi)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(kāi)挖面距離應(yīng)保持在20m。
(4)如果掌子面穩(wěn)定性差，短臺(tái)階留核心土法不能確定掌子面穩(wěn)定的情況下，可將開(kāi)挖、支護(hù)分為三或四個(gè)臺(tái)階進(jìn)行。
(5)在Ⅳ級(jí)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(kāi)挖。
(6)在臺(tái)階施工能拉開(kāi)合理的距離的情況下，各臺(tái)階均可平行施工。
2.3Ⅴ級(jí)圍巖
2.3.1施工工序
施工工序:(1)開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(cuò)開(kāi)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(kāi)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(diǎn)
(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(dòng)速度不大于20m/s。
(2)左右洞掌子面施工距離應(yīng)錯(cuò)開(kāi)25m以上。
(3)下導(dǎo)坑若用人工開(kāi)挖，則二次襯砌距離下導(dǎo)坑開(kāi)挖面不大于15m，若采用爆破開(kāi)挖，則二次襯砌距離下導(dǎo)坑開(kāi)挖面不大于20～30m。
(4)在Ⅴ級(jí)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(kāi)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(tái)階留核心土法不能確定掌子面穩(wěn)定的情況下，可將開(kāi)挖、支護(hù)分為三或四個(gè)臺(tái)階進(jìn)行。
(7)在臺(tái)階施工能拉開(kāi)合理的距離的情況下，各臺(tái)階均可平行施工。
３爆破及光面爆破施工控制
小凈距隧道洞身爆破開(kāi)挖施工的原則是：弱爆破、短進(jìn)尺、早支護(hù)、勤量測(cè)。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(kāi)挖邊界的超欠挖和對(duì)周圍圍巖的影響。
周邊眼沿設(shè)計(jì)開(kāi)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(zhǎng)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(shí)產(chǎn)生臨空面。掏槽眼布置在開(kāi)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(shí)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(cuò)均勻布置在周邊眼和掏槽眼之間，由內(nèi)向外，并垂直于開(kāi)挖面，逐層布置，逐層起爆，逐步接近開(kāi)挖輪廓形狀，這樣可使爆破的石渣塊體大小適合裝渣運(yùn)輸?shù)囊蟆?br />
對(duì)于Ⅳ級(jí)以上圍巖地段的施工采用預(yù)裂爆破作業(yè)，對(duì)于Ⅲ級(jí)以下的圍巖地段的施工采用光面爆破作業(yè)。對(duì)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(yàn)或施工規(guī)范，合理選擇周邊眼距及最小抵抗線、相對(duì)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(shí)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(kāi)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(jì)輪廓線炸出一個(gè)貫通預(yù)裂縫，從而把開(kāi)挖部分的主體巖石與其外部圍巖分隔開(kāi)，使緊隨其后爆炸的掏槽眼和輔助眼爆炸時(shí)，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(duì)圍巖的擾動(dòng)。
４隧道超欠挖
4.1隧道超欠挖原因分析
公路隧道超欠挖是指以設(shè)計(jì)的隧道開(kāi)挖輪廓線為基準(zhǔn)線，實(shí)際開(kāi)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(kāi)挖臨空面的不同組合產(chǎn)生的，在隧道開(kāi)挖過(guò)程中當(dāng)爆破開(kāi)挖引起的關(guān)鍵塊體優(yōu)勢(shì)面的抗剪強(qiáng)度小于其滑力時(shí)，關(guān)鍵塊體就會(huì)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(shí)，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(shí)按順序引爆造成的，在隧道爆破過(guò)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(cè)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(jí)圍巖采用直徑22mm、長(zhǎng)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(shí)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(jí)圍巖采用直徑22mm 長(zhǎng)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(jí)圍巖采用直徑22mm 長(zhǎng)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(dòng)，并及時(shí)施作成環(huán)，量測(cè)指導(dǎo)施工。
