關(guān)于土石結(jié)合隧道開(kāi)挖方法探討

喬 東

（中鐵三局五公司，山西 晉中 030600）

1 工程概況

坡頭隧道是霍州至永和關(guān)高速公路上的一座普通分離式隧道，隧道左線長(zhǎng)407 m，右線長(zhǎng)422 m，建筑界限寬10.25 m，界限凈高5 m，屬于小凈距隧道。

隧址區(qū)地貌單元屬黃土覆蓋低山丘陵區(qū)，微地貌為黃土粱峁、黃土沖溝和基巖沖溝。隧道初始掘進(jìn)采用臺(tái)階法施工，但在掘進(jìn)200 m左右的時(shí)候在隧底以及下臺(tái)階出現(xiàn)了三疊系下統(tǒng)銅川組砂巖。巖層層狀節(jié)理發(fā)育，硬度較大，用挖機(jī)等普通掘進(jìn)工具無(wú)法挖動(dòng)巖層，因此采用鑿巖機(jī)施工。但鑿巖機(jī)在施工過(guò)程中始終存在角度、空間等問(wèn)題的限制，致使邊墻位置施工不到位，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度，所以在接下來(lái)的施工中采用了光面爆破法進(jìn)行施工。

2 施工方案的確定

2.1 圍巖的分層分析

按照圍巖情況及施工順序，把圍巖分成3個(gè)臺(tái)階施工。上臺(tái)階為失陷性黃土層，具體特性是孔隙發(fā)育，高角度節(jié)理發(fā)育，圍巖容易坍塌；下臺(tái)階范圍為上臺(tái)階底面至仰拱面，該段為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，裂隙較發(fā)育，土巖交界面附近容易發(fā)生滲水現(xiàn)象，無(wú)支護(hù)時(shí)易發(fā)生較大坍塌；隧底開(kāi)挖即仰拱位置開(kāi)挖，為最后一個(gè)臺(tái)階，該部分為中風(fēng)化砂巖，裂隙較發(fā)育，無(wú)支護(hù)時(shí)易發(fā)生較大坍塌。

2.2 開(kāi)挖支護(hù)方案

遵循“管超前、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、早成環(huán)、勤量測(cè)”的黃土隧道施工原則施工。

2.2.1 步距控制

上臺(tái)階長(zhǎng)度控制在5～7 m，為了減少爆破對(duì)土體穩(wěn)定性的影響，上臺(tái)階步距可適量加長(zhǎng)，但不能超過(guò)10 m；下臺(tái)階與仰拱間距控制在5～10 m；下臺(tái)階與二次襯砌間距控制在30～40 m；左右洞施工作業(yè)錯(cuò)開(kāi)距離25 m以上；先行洞二次襯砌作業(yè)面領(lǐng)先后行洞掌子面距離20～30 m.

2.2.2 上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)方法

機(jī)械配合人工開(kāi)挖，預(yù)留核心土，核心土到下臺(tái)階的距離要大于1.5倍的炮眼深度，開(kāi)挖完成后及時(shí)支護(hù)，鋼架間距控制在0.8 m以?xún)?nèi)。

由于下臺(tái)階要放炮開(kāi)挖，上臺(tái)階為土質(zhì)圍巖，所以上臺(tái)階支護(hù)參數(shù)可作如下調(diào)整：鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格尺寸在10～15 cm之間；徑向錨桿采用藥包錨桿或中空注漿錨桿，長(zhǎng)度為3.5～4 m；鋼架間距60～80 cm；鎖腳錨桿采用Φ42注漿管，注漿管的端部與鋼架焊接牢固，鎖腳錨桿角度向下傾斜，前端部打入巖層內(nèi)為宜，依照沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)分析如果沉降較大，可在拱腳位置增加一組鎖腳錨桿，水平方向呈八字形打入圍巖，長(zhǎng)度為4 m；拱架拱腳必須放置在堅(jiān)實(shí)的巖層或者土層上，嚴(yán)禁立好拱架后再在拱腳回填土石支墊，上臺(tái)階噴射混凝土完成后2 h內(nèi)不得放炮。

2.2.3 下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)方法

下臺(tái)階爆破掘進(jìn)，爆破采用光面爆破或欲裂爆破，如圖1所示。

圖1 上、下臺(tái)階及隧底分布示意圖

下臺(tái)階開(kāi)挖分兩步開(kāi)挖，即左右側(cè)錯(cuò)開(kāi)掘進(jìn)。先爆破開(kāi)挖支護(hù)右側(cè)，掘進(jìn)兩個(gè)循環(huán)以后，再開(kāi)挖支護(hù)左側(cè)，如此循環(huán)施工。始終要保持兩側(cè)錯(cuò)開(kāi)兩個(gè)循環(huán)進(jìn)尺，只有這樣爆破對(duì)相鄰一側(cè)的影響才會(huì)減小。下臺(tái)階分兩部分爆破開(kāi)挖后爆破體積大幅度減少，臨空面成倍增加，降低了爆破難度與爆破破壞力度，對(duì)上臺(tái)階土質(zhì)圍巖的穩(wěn)定也起到一定的作用，其炮眼布置可以取消掏槽眼，用周邊眼與輔助眼即可完成該部分爆破任務(wù)，如圖2所示。鉆爆參數(shù)是一動(dòng)態(tài)的參數(shù)，應(yīng)根據(jù)圍巖變化及時(shí)調(diào)整，進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。先行洞的測(cè)試數(shù)據(jù)除了用于控制本隧道開(kāi)挖的爆破震動(dòng)符合規(guī)范外，還可用于對(duì)后行洞的爆破藥量進(jìn)行估算。但根據(jù)計(jì)算和眾多測(cè)試表明，在先行洞同一斷面、同一位置處，同等藥量在距此斷面相同距離處在先行洞和后行洞的巖體中引爆，測(cè)得的震速有較大差異。由于先行洞已開(kāi)挖，后行洞引起的爆破震動(dòng)將是先行洞開(kāi)挖時(shí)引起的震動(dòng)的2～6倍，最大可達(dá)12倍。因此，利用先行洞開(kāi)挖時(shí)測(cè)定的震動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)后行洞的爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，尤其是這種土石結(jié)合隧道，爆破參數(shù)要在實(shí)際施工中驗(yàn)證、完善。

由于同一圍巖類(lèi)別段的巖體中常存在局部的段落或局部區(qū)域出現(xiàn)巖質(zhì)相對(duì)較差現(xiàn)象，為確保工程安全，應(yīng)根據(jù)這些局部的圍巖狀況進(jìn)行震動(dòng)控制。

根據(jù)多座隧道爆破震動(dòng)測(cè)試結(jié)果，預(yù)裂爆破、光面爆破與普通爆破相比，爆破引起的（質(zhì)點(diǎn)）震動(dòng)速度可降低10%～50%.因此，小凈距隧道施工中應(yīng)盡量采用預(yù)裂爆破和光面爆破技術(shù)。

根據(jù)已建成的小凈距隧道施工經(jīng)驗(yàn)，在藥量較為集中的情況下，爆破時(shí)，在靠近已開(kāi)挖隧道一側(cè)設(shè)置預(yù)裂爆破減震帶，也可有效減小已開(kāi)挖隧道壁的震動(dòng)速度。下臺(tái)階鋼架要及時(shí)與上臺(tái)階鋼架連接。由于下臺(tái)階鋼架拱角是支墊在中風(fēng)化砂巖上，承載力高，所以無(wú)需設(shè)置鎖腳錨桿，但是拱架之間的連接鋼筋要焊接牢固，使各鋼架連接成整體，共同承擔(dān)圍巖壓力以及爆破震動(dòng)。

2.2.4 隧底開(kāi)挖支護(hù)

隧底采用光面爆破開(kāi)挖方法，在下臺(tái)階至仰拱距離超過(guò)10 m時(shí)，爆破開(kāi)挖隧底石方。隧底是仰拱施工的第一步，也是隧道沉降趨于穩(wěn)定的關(guān)鍵一步，施工不當(dāng)容易造成沉降反彈。這種土石結(jié)合的特殊類(lèi)型隧道，隧底施工也是很重要的一步。首先是炮眼布置如圖2所示，一次爆破鉆眼深度、裝藥量等都要比下臺(tái)階大，但是不能超過(guò)2.4 m，中間位置需設(shè)置掏槽眼，否則容易欠挖，爆破完成后及時(shí)封閉成環(huán)。一般公路隧道隧底鋼架與下臺(tái)階鋼架銜接處會(huì)對(duì)接不到位，原因是有些廠家定做的彎曲機(jī)半徑達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，所以在開(kāi)工之前一定要考慮到這個(gè)問(wèn)題，使隧道型鋼支護(hù)成一個(gè)圓順的環(huán)，避免應(yīng)力集中產(chǎn)生不均勻沉降。

2.2.5 仰拱、二襯及沉降觀測(cè)

隧底開(kāi)挖支護(hù)完成后要及時(shí)澆筑仰拱及填充混凝土，仰拱和填充分開(kāi)澆筑，按照前面所列步長(zhǎng)關(guān)系緊跟二襯。

土石結(jié)合類(lèi)隧道沉降觀測(cè)尤其重要，上臺(tái)階完成噴射混凝土支護(hù)以后，在拱頂以及拱腰位置設(shè)置3個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)間距2.5 m且必須在同一里程段上。在拱腳位置設(shè)置一對(duì)收斂觀測(cè)點(diǎn)，根據(jù)沉降量大小安排觀測(cè)次數(shù)，但是每天不能少于一次；下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)完成后在下臺(tái)階中間位置再設(shè)置一對(duì)收斂觀測(cè)點(diǎn)。根據(jù)有限元分析顯示，這幾個(gè)位置都是隧道壓力最大的位置，也是最容易發(fā)生變形的位置，所以需加強(qiáng)在這幾個(gè)位置的沉降觀測(cè)。

3 施工中的注意事項(xiàng)

坡頭隧道巖層出現(xiàn)在隧道下臺(tái)階以及仰拱位置，土石結(jié)合隧道，爆破容易對(duì)上層黃土造成影響，上臺(tái)階掌子面黃土在爆破當(dāng)中有可能會(huì)被震動(dòng)，破壞原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，造成裂縫或掉塊現(xiàn)象。

在具體施工時(shí)候一定要注意以下幾點(diǎn)：①隧道左右洞掌子面以及仰拱位置要錯(cuò)開(kāi)一定距離，大于25 m.②先前施工的鋼架一定要打好超前支護(hù)，系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨桿一定要加強(qiáng)，在拱腳位置可以增加鎖腳錨桿數(shù)量。③拱腳一定要放在堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上，禁止拱腳懸空。④鋼架縱向連接鋼筋一定要按照設(shè)計(jì)焊接牢固，把每一榀鋼架連接成一整體。⑤每次放炮完成后必須檢查上臺(tái)階以及其他初期支護(hù)是否穩(wěn)定。⑥洞內(nèi)爆破必須統(tǒng)一指揮，爆破時(shí)所有人員撤到不會(huì)受有害氣體、震動(dòng)和飛石損傷的地點(diǎn)，其安全距離為不小于200 m.⑦裝藥前應(yīng)檢查爆破工作面附近支護(hù)是否牢固，必要時(shí)應(yīng)先進(jìn)行加固。⑧爆破后必須經(jīng)過(guò)通風(fēng)排煙，15 min后檢查人員方可進(jìn)入工作面檢查，檢查內(nèi)容為：有無(wú)瞎炮，有無(wú)殘余炸藥或雷管，有無(wú)松動(dòng)石塊，支護(hù)有無(wú)松動(dòng)或變形。如發(fā)現(xiàn)瞎炮，必須由原裝炮人員按規(guī)定進(jìn)行處理。如果是孔外的導(dǎo)爆管損壞引起的瞎炮，則切去損壞部分重新連接導(dǎo)爆管即可。如果是其他原因，可平行于該眼30 cm鉆眼，裝藥后引爆該瞎炮，嚴(yán)禁用鎬拋或用高壓風(fēng)吹，要仔細(xì)收集未爆的藥卷，當(dāng)檢查確認(rèn)危險(xiǎn)因素已經(jīng)排除后，才可以撤出警戒。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)黃土隧道施工經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐與理論結(jié)合已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平，但是在實(shí)際施工中總是會(huì)發(fā)生諸多不確定因素。土石相結(jié)合的隧道出現(xiàn)的情況比較少見(jiàn)，其中有機(jī)械開(kāi)挖、爆破開(kāi)挖等多種施工方法并存，這就要求在施工技術(shù)管理人員做好工序協(xié)調(diào)配合，更要做好安全管理工作。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)以及多方資料查證，得出結(jié)論：①按照圍巖分層情況對(duì)隧道進(jìn)行了分臺(tái)階開(kāi)挖；②加強(qiáng)了土質(zhì)圍巖的支護(hù)，調(diào)整了支護(hù)參數(shù)，增強(qiáng)了土石交接處上臺(tái)階拱架鎖腳力度；③對(duì)炮眼布置作好有效的調(diào)整，并闡述了土石結(jié)合類(lèi)隧道的圍巖監(jiān)控的重點(diǎn)。