探析隧道的超新掘进技术

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1工程简介

黄土夹砾石、粉土互层黄土夹砾石、粉土互层其表现形式为:顶层为松散土层包夹砾石和强风化松散岩层、下层为中弱风化岩层。围岩拱部极不稳定，开挖过程中拱部漏斗状大方量坍塌、超挖，松散岩体压迫超前小导管，小导管达到刚度极限时出现“挂门帘”现象。泥砂岩互层泥砂岩互层该种围岩表形式为:水平软硬层岩体强度差异大，硬层需爆破施工、软层可自然剥离;洞身内围岩节理裂隙发育、结构松散、裂隙水发育侵蚀拱脚处软弱围岩;互层中破碎软弱夹层在洞身分为内分布多变，或分布于顶层、或分布于墙身、或分布于拱脚。施工危害:超挖严重，围岩自稳性差，系统锚杆的力学性质不能有效发挥，初期支护后沉降急剧收敛。

2各种水平互层地质条件下隧道实施方案和施工方法

总体施工原则针对进出口地质状况差异并结合工期要求，把高楼隧道进出口独立划分为2个工点，采取双向对打的方式施工。由于隧址区内地质状况差异较大，故采用超前地质预报方法对未开挖围岩进行一定范围的判断以指导施工;另外整个施工过程实施动态管理监控、动态调整的措施对整个施工过程进行跟踪、优化。冲沟浅埋段施工工况由于该浅埋段地质情况较为单一拱部为老黄土，土石交界线位于上台阶拱脚以上，拱顶以下2．2m，且施工前期勘测等准备充分，该段浅埋段顺利通过，其监控量测反应初期支护收敛为正常水平。绘制剖面图进行地表勘测，绘制剖面图，描述相对位置关系及隧道埋深超前支护双层层叠式小导管，长3．5m(有效长度2m，搭接长度1．5m)，不注浆(注:注浆浆液对黄土围岩作用效果不明显且容易侵蚀围岩，加剧其湿陷效应开挖掘进开挖掘进采用上下断面正台阶法施工，上导单循环进尺为0．8m的单榀拱架间距;其上台阶采用人工结合机械开挖的方式掘进，下台阶爆破时为减小爆破震动的破坏:一方面严格控制装药量实施松动爆破;，另一方面在开挖轮廓线内设置80cm间距60mm减震孔。4)支护除采用设计的棚架结构和喷射混凝土初期支护外，还做了以下优化，减少洞身收敛、沉降;在上台阶拱脚处施作扩大钢板，增大拱架受力面，减小拱架自重对软土围岩压强，增大锁脚刚度;锁脚由原设计的25mm锁脚锚杆变更为刚度更大的42mm锁脚锚管。

3爆破原则

开挖掘进首先，针对强、弱风化岩层的交界线在洞身内从上导拱脚至拱顶呈缓慢攀爬分布的现象改变开挖方法:随着强、弱风化岩层的交界线的攀升依次采用“正台阶法”、“三台阶法”、“微台阶法”开挖，其中台阶数目的不同取决于围岩岩性的变化，最顶层的台阶围岩最为松散，稳定性最差，抗扰动性越差，因此台阶从上到下依次采用人工掏掘—支护、松动爆破—支护、钻爆—支护的方法施工;改变一次进尺长度，每循环只按单品拱架间距进尺，严格控制超前小导管的搭接长度，保证小导管在有效空间内发挥其预支护作用。爆破原则及施工松动爆破针对土石结合部处的风化围岩施工，施工中有效利用风化节理，对围岩进行切割，同时控制炸药用量，实现弱爆破、小扰动效果，爆破完成机械扒渣自然成拱;钻爆针对弱风化的稳定层围岩施工。超前支护对于顶层出现黄土夹砾石、粉土互层的围岩采取了调整超前支护施工的方法:超前支护由原来的单层小导管变为双层小导管，注浆浆液由水凝浆变为水泥-水玻璃双液浆(水泥∶水玻璃=1∶1，体积比)，使拱部黄土夹砾石和粉质黏土层形成一定厚度的环状固结区，加强超前支护效果，防止拱部坍塌涌方形成大方量超挖，初期支护针对拱脚处为黄土或松散强风化岩的围岩，施工中对初期支护作以下调整，防止拱脚因承载力不足导致拱顶沉降急剧;设置拱脚扩大钢板，拱架安装时扩大钢板嵌入岩体;同时每根系统锚杆尾部均加工成“L”形，与拱架扣焊，使之总体上形成的棚架结构，并与围岩形成一体，能有效约束其塑性形变超前支护开挖后拱部超前锚杆全部裸露在外，拱部松散围岩全部剥离，超前锚杆没有发挥其支护作用。爆破效果以拱架圆弧100cm间距布设测点，测量垮塌超挖值超前锚杆由于拱部围岩松散破碎，爆破扰动后稳定性差，如不预先固结势必性形成开挖后锚杆裸露失去支护效果的现象，因此结合施工反馈结果和对拱部围岩的认识，调整超前锚杆施工:超前锚杆改为超前中空注浆锚杆，注浆采用水泥-水玻璃双液浆(1∶1);锚杆总数不变，原则为破碎处加密，整体性好处减少。开挖掘进开挖进尺由一次2榀拱架进尺调整为一次1榀拱架进尺。爆破爆破针对拱部松散破碎围岩加密炮眼布设，割断节理裂隙的径向发展，控制超挖，同时根据破碎情况选择装药量，装药量调整为:Q=0．8(加密后炮眼间距+设计炮眼间距)注:上式中炮眼间距为砂岩松动爆破设计值，实际施工中根据不同岩性实行动态调整初期支护。初期支护主要考虑为增加对拱部围岩塑性变形的约束;其中拱部系统锚杆施工由砂浆锚杆改为中空注浆锚杆，注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆(1∶0．75在有效的浆液扩散半径内，锚杆与围岩短时间内固结)。

作者：周海亮 王丛泉 单位：中交一公局第三工程有限公司