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隧道施工技術

(工藝)

隧道品質取決於工藝品質,工藝品質取決於開挖、初期支護及防排水品質等,初期支護和防排水品質等比較好控制可以加強監管,那麼重點就是開挖品質,開挖品質又取決於鑽爆品質,

就是說理論上沒有了超欠挖後續的初支品質就有了保證,因此說隧道品質的好壞很大程度上取決於鑽爆的品質,首先確定鑽爆的方案預裂爆破還是光面爆破首先我們從理論上來分析,由於v級圍岩岩體鬆散、裂隙較發育無法採用或實現光面爆破技術,那麼必須熟練掌握預裂爆破技術及特點,

預裂爆破

進行石方開挖時,在主爆區爆破之前沿設計輪廓線先爆出一條具有一定寬度的貫穿裂縫,

以緩衝、反射開挖爆破的振動波,控制其對保留岩體的破壞影響,使之獲得較平整的開挖輪廓,此種爆破技術為預裂爆破。預裂爆破不僅在垂直、傾斜開挖壁面上得到廣泛應用;在規則的曲面、扭曲面、以及水準建基面等也採用預裂爆破。

預裂爆破要求

(1)預裂縫要貫通且在地表有一定開裂寬度。對於中等堅硬岩石,縫寬不宜小於1.0cm;堅硬岩石縫寬應達到0.5cm左右;但在鬆軟岩石上縫寬達到1.0cm以上時,減振作用並未顯著提高,應多做些現場試驗,以利總結經驗。

(2)預裂面開挖後的不平整度不宜大於15cm。預裂面不平整度通常是指預裂孔所形成之預裂面的凹凸程度,它是衡量鑽孔和爆破參數合理性的重要指標,

可依此驗證、調整設計資料。

(3)預裂面上的炮孔痕跡保留率應不低於80%,且炮孔附近岩石不出現嚴重的爆破裂隙。

根據預裂爆破的特性、要求經過試驗和反復研究對鑽爆設計做了適宜的改動做到動態控制。

措施、指標

(1) 炮孔直徑一般為50~200mm,對深孔宜采圍較大的孔徑。

(2)炮孔間距宜為孔徑的8~12倍,堅硬岩石取小值。

(3)不耦合係數(炮孔直徑d與藥卷直徑d0的比值)建議取2~4,

堅硬岩石取小值。

(4)線裝藥密度一般取250~400g/m。

(5)藥包結構形式,較多的是將藥卷分散綁紮在傳爆線上(圖1-21)。分散藥卷的相鄰間距不宜大於50cm和不大於藥卷的殉爆距離。考慮到孔底的夾製作用較大,底部藥包應加強,約為線裝藥密度的2~5倍。

(6)裝藥時距孔口1m左右的深度內不要裝藥,可用粗砂填塞,不必搗實。填塞段過短,容易形成漏斗,過長則不能出現裂縫。

一般情況來說開挖應儘量採用大斷面或較大的斷面開挖,

以減少對圍岩的擾動,根據圍岩特徵經過反復研究、現場考察、論證和試驗洞的開挖,由於斷面大開挖方法最後確定為雙、單側壁導坑開挖法,鑽爆方案確定為V級圍岩預裂爆破設計,IV級圍岩實踐光面爆破,實踐證明這兩種爆破方案均符合轄區隧道IV、V圍岩實際,按照此方案實施爆破,爆破效果較好。但要解決的問題是雙、單側壁導坑法二次擾動比較大,加之圍岩比較鬆散極易出現塌方,特別是淺埋段甚至會出現冒頂,方案是可行的,問題是要怎麼去解決二次擾動問題,經過實踐和多次試驗證明二次擾動對圍岩、初支影響非常大,初支表面加上爆破震動效應的影響靠近掌子麵處基本上都會出現開裂、變形,拱架接頭有的會應力扭屈,甚至出現掉拱,某種程度上來講雙、單側壁拱架是起到了簡支梁在中部給一個支點的反作用力的作用,是破壞整體受力的作用,如何加之利用導坑開挖優勢,取長補短又要確保品質安全呢,首先我們經過理論分析圍岩受力情況,單、雙側壁是分部開挖、分階段受力(持續受力)、整體持續收斂的一個過程,經過反復試驗發現二次擾動其實如果控制在圍岩變化(拱頂下沉、周邊收斂、位移)在一定的範圍內時,擾動是對圍岩、初支影響最小,在這區段進行下部接腿、成環或導坑中部接拱最為可行也是最安全的,對初支的影響可以忽略不計,其次就是必須要嚴格開挖步序,必須是兩內側壁先行,後續工序跟進循序漸進的工藝,遇到比較軟弱圍岩時(如流沙、斷裂層)側壁導坑也須遵循“短進尺,弱爆破,強支護,早封閉”的原則,開挖步序見圖示2

明洞及洞門

洞口邊、仰坡和明洞開挖與支護應自上而下分層開挖,而且要洞外永、臨防、排水要先行,使地表水通暢,避免地表水沖刷坡面。必要是採取人工修坡,防止超挖,減少對洞口相鄰地段的擾動;開挖暴露的邊坡及時施作設計的防護,降低圍岩暴露而風化,支護要緊跟,轄區內都為高邊、仰坡,如果不及時安全無法保證,況且會浪費很多的人力物力,

明洞襯砌必須檢查、覆核明洞邊牆基礎的地質狀態和地基承載力,滿足設計要求後,測量放樣,架立範本支撐,綁紮鋼筋,安裝內外範本,先牆後拱整體澆注襯砌混凝土,集中拌和泵送入模,插入式振搗器配合附著式振搗器搗固密實。

洞門施工對於削竹式洞門,同明洞同時施作,削竹斜面按坡度安裝木範本,用角鋼將斜面端模與邊模固定成整體。

明洞防水層與回填

明洞襯砌完成後強度達到50%方可拆除外模,鋪設防水層,回填要對稱每層不大於30cm,兩側高度差不得大於50cm,回填至拱頂後,再分層滿填至完成,做好表面隔水層。

V級開挖

進洞方式

洞口段覆蓋層薄、地質條件差,當開挖深度至起拱線時,先施作進洞導向牆及大管棚,待明洞襯砌完成後,接長管棚尾端,搭接於明洞上,使管棚尾端形成一個固定支撐,在大管棚的保護下開口進內側壁,兩內側壁導坑的進尺也要錯開前後(5~10m)。如果是小間距還必須設置預應力對拉錨杆。

V級圍岩破碎帶開挖與支護

上斷面內側壁導坑先進,進尺0.7m,同時外側壁導坑也可開挖,當下斷面成環進尺約20~35m後,核心土上部弧形導坑開挖支護接拱,進尺3~5後可開挖中部及支護,最後下部隧底與先前的左右導坑的下斷面完全結合封閉成環,共分七部開挖支護,所有工序必須嚴格遵循開挖支護步序,必須是兩內側壁先行,後續工序跟進循序漸進的工藝。

另外,爆破後開挖輪廓線必須採用人工配合風鎬開挖,嚴禁補炮,炮眼成孔應採用水鑽,做好洞內的施工臨時排水,必要時採用水泵排出洞外,石英、雲母片岩在水浸泡後會加速喪失自穩能力,而且會加速圍岩節理發育的形成,如果地下水壓力太大會增加對支護的破壞作用。

IV級開挖

本區段IV級圍岩根據圍岩的節理發育、走向和圍岩的風化脆弱程度情況我們將其區分為兩種情況對待,一種為種為IV級一種為IV級加強段,為了節約成本和發揮最大的時間效應,開挖方法也有所調整准IV級為上下臺階留核心土開挖法-正臺階開挖,IV級加強段為CD工法工序開挖-單側壁開挖法;鑽爆開挖均採用實踐光面爆破,為了進一步搞好光面爆破,提高爆破效率,實現安全快速開挖,提前實現獨頭施工貫通,施工與監理單位共同成立了一個光面爆破技術專題小組,在認真總結Ⅲ類圍岩爆破實踐的基礎上,研究探討IV圍岩全斷面光爆技術,施工過程中效果甚好,特別是上下臺階法施工,炮眼殘痕率達95%,特殊地段拱部釺痕率達85%,邊牆達80%,局部最大超挖量為10㎝,欠挖量為8㎝,IV級圍岩實踐採用光面爆破取得的有關技術參數及效果,爆破專題組通過多次爆破實踐,反復修正爆破參數,最終確定了IV類圍岩的鑽爆方案,附鑽爆設計圖

加之圍岩比較鬆散極易出現塌方,特別是淺埋段甚至會出現冒頂,方案是可行的,問題是要怎麼去解決二次擾動問題,經過實踐和多次試驗證明二次擾動對圍岩、初支影響非常大,初支表面加上爆破震動效應的影響靠近掌子麵處基本上都會出現開裂、變形,拱架接頭有的會應力扭屈,甚至出現掉拱,某種程度上來講雙、單側壁拱架是起到了簡支梁在中部給一個支點的反作用力的作用,是破壞整體受力的作用,如何加之利用導坑開挖優勢,取長補短又要確保品質安全呢,首先我們經過理論分析圍岩受力情況,單、雙側壁是分部開挖、分階段受力(持續受力)、整體持續收斂的一個過程,經過反復試驗發現二次擾動其實如果控制在圍岩變化(拱頂下沉、周邊收斂、位移)在一定的範圍內時,擾動是對圍岩、初支影響最小,在這區段進行下部接腿、成環或導坑中部接拱最為可行也是最安全的,對初支的影響可以忽略不計,其次就是必須要嚴格開挖步序,必須是兩內側壁先行,後續工序跟進循序漸進的工藝,遇到比較軟弱圍岩時(如流沙、斷裂層)側壁導坑也須遵循“短進尺,弱爆破,強支護,早封閉”的原則,開挖步序見圖示2

明洞及洞門

洞口邊、仰坡和明洞開挖與支護應自上而下分層開挖,而且要洞外永、臨防、排水要先行,使地表水通暢,避免地表水沖刷坡面。必要是採取人工修坡,防止超挖,減少對洞口相鄰地段的擾動;開挖暴露的邊坡及時施作設計的防護,降低圍岩暴露而風化,支護要緊跟,轄區內都為高邊、仰坡,如果不及時安全無法保證,況且會浪費很多的人力物力,

明洞襯砌必須檢查、覆核明洞邊牆基礎的地質狀態和地基承載力,滿足設計要求後,測量放樣,架立範本支撐,綁紮鋼筋,安裝內外範本,先牆後拱整體澆注襯砌混凝土,集中拌和泵送入模,插入式振搗器配合附著式振搗器搗固密實。

洞門施工對於削竹式洞門,同明洞同時施作,削竹斜面按坡度安裝木範本,用角鋼將斜面端模與邊模固定成整體。

明洞防水層與回填

明洞襯砌完成後強度達到50%方可拆除外模,鋪設防水層,回填要對稱每層不大於30cm,兩側高度差不得大於50cm,回填至拱頂後,再分層滿填至完成,做好表面隔水層。

V級開挖

進洞方式

洞口段覆蓋層薄、地質條件差,當開挖深度至起拱線時,先施作進洞導向牆及大管棚,待明洞襯砌完成後,接長管棚尾端,搭接於明洞上,使管棚尾端形成一個固定支撐,在大管棚的保護下開口進內側壁,兩內側壁導坑的進尺也要錯開前後(5~10m)。如果是小間距還必須設置預應力對拉錨杆。

V級圍岩破碎帶開挖與支護

上斷面內側壁導坑先進,進尺0.7m,同時外側壁導坑也可開挖,當下斷面成環進尺約20~35m後,核心土上部弧形導坑開挖支護接拱,進尺3~5後可開挖中部及支護,最後下部隧底與先前的左右導坑的下斷面完全結合封閉成環,共分七部開挖支護,所有工序必須嚴格遵循開挖支護步序,必須是兩內側壁先行,後續工序跟進循序漸進的工藝。

另外,爆破後開挖輪廓線必須採用人工配合風鎬開挖,嚴禁補炮,炮眼成孔應採用水鑽,做好洞內的施工臨時排水,必要時採用水泵排出洞外,石英、雲母片岩在水浸泡後會加速喪失自穩能力,而且會加速圍岩節理發育的形成,如果地下水壓力太大會增加對支護的破壞作用。

IV級開挖

本區段IV級圍岩根據圍岩的節理發育、走向和圍岩的風化脆弱程度情況我們將其區分為兩種情況對待,一種為種為IV級一種為IV級加強段,為了節約成本和發揮最大的時間效應,開挖方法也有所調整准IV級為上下臺階留核心土開挖法-正臺階開挖,IV級加強段為CD工法工序開挖-單側壁開挖法;鑽爆開挖均採用實踐光面爆破,為了進一步搞好光面爆破,提高爆破效率,實現安全快速開挖,提前實現獨頭施工貫通,施工與監理單位共同成立了一個光面爆破技術專題小組,在認真總結Ⅲ類圍岩爆破實踐的基礎上,研究探討IV圍岩全斷面光爆技術,施工過程中效果甚好,特別是上下臺階法施工,炮眼殘痕率達95%,特殊地段拱部釺痕率達85%,邊牆達80%,局部最大超挖量為10㎝,欠挖量為8㎝,IV級圍岩實踐採用光面爆破取得的有關技術參數及效果,爆破專題組通過多次爆破實踐,反復修正爆破參數,最終確定了IV類圍岩的鑽爆方案,附鑽爆設計圖