隧道工程施工技术.pdf
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1、百度首页|登录新闻网页贴吧知道MP3图片视频百科隧道施工技术帮助进入词条搜索词条返回百度百科首页大跨径不良地质隧道新奥法(NATM)施工成套技术商界高速公路第四高驻办 经鋆内容提要 本文通过我公司监理的西(安)合(肥)西部大通道陕西境丹凤至陕豫界高速公路清刺沟、上喝组、殷家湾隧道,介绍了大跨径隧道施工技术与施工过程中质量控制的成功经验。关键词 大跨径不良地质隧道 施工技术 质量控制一、前言公路是国民经济的重要命脉,由于其特有的灵活和优越性,发挥着其他运输方式不可替代的作用。是公路工程结构的重要组成部分之一,随着我国社会主义市场经济的发展,西部大开发战略的实施,高已从沿海地区向西南、西北山岭区延
2、伸,公路隧道建筑规模也越来越大,原来的两车道隧道已远远不能增长的行车要求,隧道规模越大技术也相应复杂,因此,与过去一般公路隧道在设计、施工和运营管理质的差别,这带给我们公路隧道建设者的是机遇也是挑战,是学习与提高的机会,同时它也挑战我们的们的技术和管理水平。面临这些挑战,中国工程技术人员在总结自己的经验,同时学习借鉴国外经验的也取得了很多成绩,即在勘察设计、施工控制以及运营管理方面的水平都有了不少成熟成果,现就山区大跨径隧道施工技术方面质量控制的关键环节作出几点论述。新奥法概念:(New Austrian Tunnelling Method“NATM)新奥法是应用岩体力学的理论,也就是隧道开挖
3、后采取锚杆和喷射混凝土为主要支护手段及时的支护和利用围岩自身承载能力为基点,控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支护体系的组成部分,并通过支护的量测、控制来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则。隧道设计是以标准支护、信息反馈和发为主,所以施工中尤其要充分重视和加强初期支护体系的质量控制。二、工程概况商界高速公路是交通部规划的八条西部开发省际公路通道之一,是西安至合肥公路的主要组成路段海至武威国家重点干线公路组成分,同时也是陕西省“米”字形公路主骨架中重要组成部分。标准高要难度大的一条山区高速公路,辖区隧道设计均为分离式双向六车道,单洞开挖断面大,达到160平方米100km/h,隧道净宽 14.5
4、m,建筑限界高度5.0m,且隧道地质条件较差,尤以上喝组隧道最为突出,全围岩断层破碎带,节理、裂隙发育,呈散体结构,局部层间夹挤压泥质层,自稳能力相当差,且大部分隧道施工技术Page 1 of 20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ 表1 隧道名称里程桩号隧道长度围岩类别明洞(m)IV V 殷家湾隧道右行线SK187+020 SK187+287 267 111 156 27 殷家湾隧道左行线K187+043 K187+277 234 115 119 21 清刺沟隧道右行线SK200+486 SK201+225 739 577 162 30 清刺沟隧道左行线Page 2 of
5、20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ K201+218 728 572 167 27 上喝组隧道右行线SK202+562 SK202+930 360 无325 35 上喝组隧道左行线K202+570 K202+930 368 无333 35 1、地形地貌总体地势北高南低,山坡坡度约3045,植被较发育,地表标高介于342.25509.85m,相对高差50159.31m,最大埋深 150.69m,沟壑以 U型为主。2、气象特征根据气象资料,区内年最大降雨量达到1307.8mm,一小时最大降雨量46.6mm,秋季多连阴雨。这度和时间分布特点,加之隧址区岩体节理较发育、岩体破碎,
6、对地下水的补给有利,尤其是雨季开挖,状出水或涌流状出水,对洞口边仰坡和围岩的稳定性不利。3、工程地质条件隧址区大部分地段主要由第四系地层覆盖,基岩为泥盆系中统牛耳组(D)石英片岩,含石英、母为主,隧址区地质构造单元属东秦岭褶皱系的一部分,构造线总体呈北西西南东东向布展,断裂破碎带通过,走向与路线近平行,走向9094,倾向 N,倾角 6070,对隧道岩体完整性、稳定性有很大影全风化、强风化多呈散体状结构或碎裂状结构,无自稳能力,隧区受内构造变形影响,岩体节理裂隙较Page 3 of 20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ 防水板加土工布。3、洞门形式采用端墙式和削竹式两种。4、
7、防排水洞内复合式衬砌段采用110mm 边墙纵向排水管,环向100mm 的排水半管、EVA防水板和土工布防排水。明洞段采用EVA 防水板、土工布及粘土隔水层进行防排水。二次模注衬砌混凝土每模间均设有橡胶止水带。三、施工技术(工艺)隧道质量取决于工艺质量,工艺质量取决于开挖、初期支护及防排水质量等,初期支护和防排水质好控制可以加强监管,那么重点就是开挖质量,开挖质量又取决于钻爆质量,就是说理论上没有了超欠初支质量就有了保证,因此说隧道质量的好坏很大程度上取决于钻爆的质量,首先确定钻爆的方案预裂光面爆破首先我们从理论上来分析,由于v级围岩岩体松散、裂隙较发育无法采用或实现光面爆破技术熟练掌握预裂爆破
8、技术及特点,预裂爆破:进行石方开挖时,在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝冲、反射开挖爆破的振动波,控制其对保留岩体的破坏影响,使之获得较平整的开挖轮廓,此种爆破技爆破。预裂爆破不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用;在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面预裂爆破。预裂爆破要求:(1)预裂缝要贯通且在地表有一定开裂宽度。对于中等坚硬岩石,缝宽不宜小于1.0cm;坚硬岩石缝0.5cm 左右;但在松软岩石上缝宽达到1.0cm 以上时,减振作用并未显著提高,应多做些现场试验,以利验。(2)预裂面开挖后的不平整度不宜大于15cm。预裂面不平整度通常是指预裂孔所形成之预裂面的凹是衡
9、量钻孔和爆破参数合理性的重要指标,可依此验证、调整设计数据。(3)预裂面上的炮孔痕迹保留率应不低于80,且炮孔附近岩石不出现严重的爆破裂隙。根据预裂爆破的特性、要求经过试验和反复研究对钻爆设计做了适宜的改动做到动态控制,主要技指标最后确定如下:(附钻爆设计图:)(1)炮孔直径一般为50200mm,对深孔宜采围较大的孔径。Page 4 of 20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ d0的比值)建议取2 4,坚硬岩石取小值。(4)线装药密度一般取250 400g m。(5)药包结构形式,目前较多的是将药卷分散绑扎在传爆线上(图1-21)。分散药卷的相邻间距50cm 和不大于药卷的
10、殉爆距离。考虑到孔底的夹制作用较大,底部药包应加强,约为线装药密度的2(6)装药时距孔口1m左右的深度内不要装药,可用粗砂填塞,不必捣实。填塞段过短,容易形成长则不能出现裂缝。一般情况来说开挖应尽量采用大断面或较大的断面开挖,以减少对围岩的扰动,根据围岩特征经过究、现场考察、论证和试验洞的开挖,由于断面大开挖方法最后确定为双、单侧壁导坑开挖法,钻爆方级围岩预裂爆破设计,IV级围岩实践光面爆破,实践证明这两种爆破方案均符合辖区隧道IV、V围岩实方案实施爆破,爆破效果较好。但要解决的问题是双、单侧壁导坑法二次扰动比较大,加之围岩比较松现塌方,特别是浅埋段甚至会出现冒顶,方案是可行的,问题是要怎么去
11、解决二次扰动问题,经过实践验证明二次扰动对围岩、初支影响非常大,初支表面加上爆破震动效应的影响靠近掌子面处基本上都会裂、变形,拱架接头有的会应力扭屈,甚至出现掉拱,某种程度上来讲双、单侧壁拱架是起到了简支梁一个支点的反作用力的作用,是破坏整体受力的作用,如何加之利用导坑开挖优势,取长补短又要确保呢,首先我们经过理论分析围岩受力情况,单、双侧壁是分部开挖、分阶段受力(持续受力)、整体持一个过程,经过反复试验发现二次扰动其实如果控制在围岩变化(拱顶下沉、周边收敛、位移)在一定时,扰动是对围岩、初支影响最小,在这区段进行下部接腿、成环或导坑中部接拱最为可行也是最安全支的影响可以忽略不计,其次就是必须
12、要严格开挖步序,必须是两内侧壁先行,后续工序跟进循序渐进遇到比较软弱围岩时(如流沙、断裂层)侧壁导坑也须遵循“短进尺,弱爆破,强支护,早封闭”的原步序见图标 2 1、明洞施工及洞门施工洞口边、仰坡和明洞开挖与支护应自上而下分层开挖,而且要洞外永、临防、排水要先行,使地表避免地表水冲刷坡面。必要是采取人工修坡,防止超挖,减少对洞口相邻地段的扰动;开挖暴露的边坡设计的防护,降低围岩暴露而风化,支护要紧跟,辖区内都为高边、仰坡,如果不及时安全无法保证,费很多的人力物力,明洞衬砌必须检查、复核明洞边墙基础的地质状态和地基承载力,满足设计要求后,测量放样,架撑,绑扎钢筋,安装内外模板,先墙后拱整体浇注衬
13、砌混凝土,集中拌和泵送入模,插入式振捣器配合捣器捣固密实。洞门施工对于削竹式洞门,同明洞同时施作,削竹斜面按坡度安装木模板,用角钢将斜面端模与边整体。明洞防水层与回填明洞衬砌完成后强度达到50 方可拆除外模,铺设防水层,回填要对称每层不大于30cm,两侧高于50cm,回填至拱顶后,再分层满填至完成,做好表面隔水层。Page 5 of 20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ V级围岩浅埋、破碎段的开挖与支护进洞方式 洞口段覆盖层薄、地质条件差,当开挖深度至起拱线时,先施作进洞导向墙及大管棚,待明洞衬砌接长管棚尾端,搭接于明洞上,使管棚尾端形成一个固定支撑,在大管棚的保护下开口进
14、内侧壁,两内的进尺也要错开前后(510m)。如果是小间距还必须设置预应力对拉锚杆。V级围岩破碎带开挖与支护上断面内侧壁导坑先进,进尺0.7m,立即对围岩面初喷,顺围岩安设第一层8的钢筋网片,并连架设主动及临时支护的型钢拱架,并用25钢筋将拱架与上一榀连接成整体,打孔送入25中空锚杆并安设第二层钢筋网片,分层喷护至设计轮廓线,注意每榀拱架背面的密实情况,进尺约510m 后,下断开挖支护,同时外侧壁导坑也可开挖,当下断面成环进尺约20 35m 后,核心土上部弧形导坑开挖支护尺35后可开挖中部及支护,最后下部隧底与先前的左右导坑的下断面完全结合封闭成环,共分七部开所有工序必须严格遵循开挖支护步序,必
15、须是两内侧壁先行,后续工序跟进循序渐进的工艺。同时必须量测的数据为基础,应力的重新分配或转换,将增加支护与地层的位移、沉降、变形,拆除前后应加强及支护受力的监控量测,另外,爆破后开挖轮廓线必须采用人工配合风镐开挖,严禁补炮,炮眼成孔应采用水钻,做好洞内时排水,必要时采用水泵排出洞外,石英、云母片岩在水浸泡后会加速丧失自稳能力,而且会加速围岩的形成,如果地下水压力太大会增加对支护的破坏作用。3、IV级围岩段的开挖与支护本区段 IV级围岩根据围岩的节理发育、走向和围岩的风化脆弱程度情况我们将其区分为两种情况对为种为 IV级一种为 IV级加强段,为了节约成本和发挥最大的时间效应,开挖方法也有所调整准
16、IV级为上核心土开挖法正台阶开挖,IV级加强段为 CD 工法工序开挖单侧壁开挖法;钻爆开挖均采用实践光面了进一步搞好光面爆破,提高爆破效率,实现安全快速开挖,提前实现独头施工贯通,施工与监理单位了一个光面爆破技术专题小组,在认真总结类围岩爆破实践的基础上,研究探讨IV围岩全断面光爆技过程中效果甚好,特别是上下台阶法施工,炮眼残痕率达95%,特殊地段拱部钎痕率达85%,边墙达 8最大超挖量为 10,欠挖量为 8,IV级围岩实践采用光面爆破取得的有关技术参数及效果,爆破专题爆破实践,反复修正爆破参数,最终确定了IV类围岩的钻爆方案,附钻爆设计图2,有关参数附表10 爆破参数表-10 序号炮眼名称眼
17、数(个)眼深(m)眼角(度)Page 6 of 20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ 掏槽眼6 2.9 70 1 32 1.8 10.8 0.83 2 掏槽眼8 3.4 70 3 32 2.25 18 0.88 3 扩槽眼Page 7 of 20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ 3.2 90 5 32 3.85 84.7 0.85 4 掘进眼15 3.2 90 7 32 1.53 22.95 0.81 5 掘进眼17 3.2 90 9 32 1.275 21.6 0.81 Page 8 of 20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ 内圈
18、眼27 3.2 90 11 32 1.95 52.7 0.81 7 周边眼37 3.2 85 13 32 0.71 26.3 0.31 8 底板眼17 3.2 80 15 32 2.1 Page 9 of 20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ 0.87 合计147 272.75 附:效果表-11 序号名称单位数量序号名称单位数量1 炮眼深度m 3.2 5 每延米炸消耗量/m 94.1 2 炮眼利用率%90.6 6 每m3 炸消耗量Page 10 of 20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ 1.17 3 每循环平均进尺m 2.9 7 每m3雷管消耗量/m3
19、 0.63 4 每炮装量272.75 8 每m雷管消耗量/m 50.1 开挖方法手抱锤打眼、人工装药联线、起爆器起爆、装载机装碴、自卸式汽车运碴,实行上断面一次爆破三开挖方法。光爆作用机理1周边轮廓形成机理光面爆破的目的是使周边眼形成贯穿的裂缝。当两炮眼同时起爆时,炸药所引起的压缩应力波将在相遇,两孔间的岩石在压缩应力的作用下产生垂直方向上的拉应力,如果此拉应力超过岩石的极限强度会沿两眼连线产生孤形裂缝。该裂缝产生情况与周边眼的间距、角度、装药结构及起爆方式均有关。故的周边眼间距及角度,合理的装药结构及起爆方式,使炸药爆炸所产生的压应力刚好克服岩石动态抗拉药的爆破作用才能形成贯穿裂缝,岩层周边
20、才能形成规整的断面形状轮廓。2确定合理的岩石抵抗线(W)Page 11 of 20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ 2时,等于两眼分别单独起爆,眼之间形成阁墙造成欠挖;当最小抵抗线过小时,爆轰作用过大,造成爆破过分破碎形成超挖。故此,特征,经过多次爆破实践,确定合理的岩石抵抗线,是提高光面爆破效果的最有效途径。3确定合理的眼距(E)在抵抗线(W)一定的条件下,眼距大小直接影响光爆效果。因为在爆破的瞬间其自由面处的反射等于入射的压应力,而两眼间所引起的拉应力则小于入射的压应力;同时在自由面方向上的岩石是处于状态,所以自由面方向的岩石易被拉坏。因此为了充分利用炸药能量,选择合理
21、的眼距(E),产生满果,就要设法使自由面方向的反射拉应力与两眼间爆破拉应力相等。实践证明:只有当E/W=0.8-1.0 时力才近似一改,光面爆破效果才有可能达到最佳。此外,周边眼同时起爆,采用较小的装药集中系数,合理的装药结构也是消除爆震裂缝,保护围岩定,保证光面爆破效果的重要条件。光爆参数的选定1掏槽方式的确定由于该隧道设计跨度大、净空高,采用全断面一次爆破开挖,没有大自由面掏槽爆破是很难实现的通过多次掏槽试验最后确定双楔形掏槽方式是该岩层爆破最佳的掏槽方式,掏槽的岩石在其掘进空间抛在岩层爆破空间能形成较大的楔形临空面,掏槽效果较好。2周边眼间距的确定IV围岩节理裂隙较发育,爆破时裂缝方向多
22、变不易形成完整的曲面。专题组通过观察光爆成型情况岩裂隙发肓特点,总结发现周边眼间距在55-65cm 之间最宜。3最小抵抗线的确定最小抵抗线是影响光爆效果的主要因素。爆破攻关小组,在爆破实践中,根据岩层的变化情况,在线65-75cm 范围内及时调整光爆层的厚度,取得了较好的爆破效果。4装药系数的确定经过多次爆破实践,专题组确定掏槽眼的平均装药系数为0.85。辅助眼的平均装药系数为0.83。周均装药系数为 0.31 是合理的。5眼数及眼深的确定该隧道岩石爆破选用MRB2 岩石乳化炸药,ms 雷管,起爆器人工引爆,爆破效率85%(y),每药耗量 1.4 即 q=1.4/m3,掘进断面积S=80.6、
23、每孔装药密度为r=1.1/m,则炮眼个数为:N=q S/y r=147(个)若1号掏槽眼进尺 2.7m、2掏槽眼进尺 3.2m,掏槽眼与掌子面夹角为70度,则各眼钻眼深度为:1=2.7sin70=2.9m,L掏2=3.2/sin70=3.4 m,L辅助眼=L周边眼=L底板眼=3.2m。Page 12 of 20隧道施工技术_百度百科2009-3-12http:/ 立即对围岩面进行初喷,顺初喷面布设第一层8的钢筋连接成整体,架设主动拱部支护的型钢拱架,并用25钢筋将拱架与上一榀连接成整体,打孔送入25并压注浆,安设第二层钢筋网片,分层喷护至设计轮廓线,注意每榀拱架背面的密实情况,进尺约51据围岩
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