平地園隧道洞身開(kāi)挖施工技術(shù)研究

楊大喜(貴州路橋集團(tuán)有限公司)

平地園隧道洞身開(kāi)挖施工技術(shù)研究

楊大喜
(貴州路橋集團(tuán)有限公司)

摘要:在隧道施工中，影響圍巖穩(wěn)定的重要因素之一就是開(kāi)挖方法。因而，在進(jìn)行開(kāi)挖方法的選擇時(shí)，必須根據(jù)隧道斷面的形狀、大小、地質(zhì)條件等多種因素進(jìn)行綜合分析，采取恰當(dāng)?shù)拈_(kāi)挖方法。主要闡述了隧道洞身開(kāi)挖的幾種方法，并且闡述了平地園隧道洞身開(kāi)挖技術(shù)。

關(guān)鍵詞:隧道;洞身;開(kāi)挖;全斷面;臺(tái)階法

中圖分類號(hào):U445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C

文章編號(hào):1008－3383(2015)04－0106－02

1　工程概況

平地園隧道場(chǎng)區(qū)地處貴州中北部黔北山地高原，位于正安縣鳳儀鎮(zhèn)境內(nèi)，起于班竹鄉(xiāng)新模村，魚(yú)田溪河谷北岸，下穿平地園山脈，止于河壩。附近海拔700．1～1 213．6 m，相對(duì)高差513．5 m，軸線通過(guò)地段地面高程在813．7～1 146．4 m之間，相對(duì)高差332．7 m。地貌屬溶蝕－侵蝕型低中山峰從溝谷地貌，地表受溶蝕、侵蝕作用強(qiáng)烈，地勢(shì)起伏較大。隧道區(qū)地表植被較發(fā)育，基巖局部出露，隧道進(jìn)口距離通車公路遠(yuǎn)，交通條件極差，隧道出口在村道相附近。

平地園隧道起訖樁號(hào)左線ZK67 +468～ZK71 +175(長(zhǎng)度為3 707 m)，右線YK67 +473～YK69 +186(長(zhǎng)度為3 713 m)。建筑限界凈寬為:0．75 +0．5 +2×3．75 +0．75 +0．75 =10．25;建筑限界凈高為5．0 m。其中左線隧道襯砌長(zhǎng)度為Ⅲ級(jí)1 010 m、Ⅳ級(jí)1885 m、Ⅴ級(jí)796 m、明洞22 m，右線隧道襯砌長(zhǎng)度為Ⅲ級(jí)965 m、Ⅳ級(jí)2 120 m、Ⅴ級(jí)603 m、明洞19 m。進(jìn)口段位于直線上，出口段分別位于半徑為4 700 m、3 500 m的圓曲線上，進(jìn)口段測(cè)設(shè)線距離約為16．5 m，出口段測(cè)設(shè)線距離約為19 m。隧道進(jìn)口為上坡隧道，出口段為下坡，縱坡為2．5%、1．98%、－2．5%。隧道進(jìn)出口為端墻式洞門，出口為削竹式洞門，光電照明，機(jī)械通風(fēng)。

平地園隧道務(wù)川端進(jìn)口由于地勢(shì)十分陡峭，位于深谷側(cè)，且緊連茶園坪3#大橋，施工場(chǎng)地狹小，根據(jù)工期要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)優(yōu)化比選采取在ZK67 + 979處左側(cè)增設(shè)211 m橫洞，通過(guò)橫洞進(jìn)洞施工;平地園隧道出口端采取直接從洞口進(jìn)洞掘進(jìn)施工。

2　隧道開(kāi)挖技術(shù)

2．1全斷面開(kāi)挖法

全斷面法就是以設(shè)計(jì)斷面為依據(jù)將隧道一次開(kāi)挖成型，再進(jìn)行襯砌施工的方法。適用于I～I(xiàn)V級(jí)圍巖，在用于Ⅳ級(jí)圍巖時(shí)，圍巖應(yīng)具備從全斷面開(kāi)挖到初期支護(hù)前這段時(shí)間內(nèi)，保持其自身穩(wěn)定的條件;有鉆孔臺(tái)車或自制作業(yè)臺(tái)架及高效率裝運(yùn)機(jī)械設(shè)備;隧道長(zhǎng)度或施工區(qū)段長(zhǎng)度不宜太短，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般不應(yīng)小于1 km，否則采用大型機(jī)械化施工，其經(jīng)濟(jì)性較差。

2．2臺(tái)階開(kāi)挖法

臺(tái)階開(kāi)挖法就是將隧道的設(shè)計(jì)斷面分成兩次或者是三次進(jìn)行開(kāi)挖的方法，其中上臺(tái)階超前一定距離后，上下臺(tái)階同時(shí)并進(jìn)的施工方法。按臺(tái)階長(zhǎng)短有長(zhǎng)臺(tái)階、短臺(tái)階和超短臺(tái)階三種。近年由于大斷面隧道的設(shè)計(jì)，又有三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，甚至多臺(tái)階法。

2．3環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法

環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法在隧道上部斷面以弧形導(dǎo)坑領(lǐng)先，再進(jìn)行下半部?jī)蓚?cè)開(kāi)挖，最后進(jìn)行中部核心土開(kāi)挖的方法。

2．4中隔壁法(CD法)

該方法就是將隧道分成左右兩個(gè)大部分進(jìn)行開(kāi)挖的方法，首先在隧道的一側(cè)使用臺(tái)階法從上到下進(jìn)行分層開(kāi)挖，待該側(cè)初期支護(hù)完成，且噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上時(shí)再分層開(kāi)挖隧道的另一側(cè)，其分部次數(shù)及支護(hù)形式與先開(kāi)挖的一側(cè)相同。主要應(yīng)用于雙線隧道Ⅳ級(jí)圍巖深埋硬質(zhì)巖地段以及老黃土隧道(Ⅳ級(jí)圍巖)地段。

2．5交叉中隔壁法(CRD法)

交叉中隔壁法(CRD法)與中隔壁法相同仍然是將隧道進(jìn)行分側(cè)分層開(kāi)挖，分部封閉成環(huán)。每開(kāi)挖一部均及時(shí)施作錨噴支護(hù)、安設(shè)鋼架、施作中隔壁、安裝底部臨時(shí)仰拱。一側(cè)超前的上、中部，待初期支護(hù)完成且噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上時(shí)再開(kāi)挖隧道的另一側(cè)的上、中部，然后開(kāi)挖一側(cè)的下部，最后開(kāi)挖另一側(cè)的下部，左右交替開(kāi)挖。用于比較軟弱地層中而且是大斷面隧道的場(chǎng)合，是用隔壁和仰拱把斷面上下、左右分割閉合進(jìn)行開(kāi)挖的方法，是在地質(zhì)條件要求分部斷面及時(shí)封閉的條件下采用的方法。

3　平地園隧道洞身開(kāi)挖開(kāi)挖技術(shù)

3．1Ⅴ級(jí)圍巖地段開(kāi)挖

Ⅴ級(jí)圍巖預(yù)留核心土開(kāi)挖示意圖。開(kāi)挖前要根據(jù)設(shè)計(jì)要求做好超前管棚或超前小導(dǎo)管等輔助措施。正臺(tái)階上部環(huán)形開(kāi)挖以人工風(fēng)鎬開(kāi)挖為主，局部采用預(yù)裂、微振動(dòng)爆破輔助施工，開(kāi)挖后及時(shí)封閉巖面、施作初期支護(hù)，并安設(shè)鎖腳錨桿。核心土開(kāi)挖及下臺(tái)階(含仰拱)采用挖掘機(jī)開(kāi)挖拉槽，局部采用預(yù)裂、微振動(dòng)爆破。上臺(tái)階采用小車出碴至下臺(tái)階，核心土及下臺(tái)階出碴由裝載機(jī)或挖掘機(jī)裝碴，自卸汽車運(yùn)碴。

上半斷面高度初步擬定為3．0 m，上下臺(tái)階之間的距離根據(jù)具體地質(zhì)情況現(xiàn)場(chǎng)擬定，以保證安全，施工順暢為原則。施工中合理調(diào)整工序，實(shí)行開(kāi)挖、裝碴、運(yùn)輸機(jī)械化一條龍作業(yè)，開(kāi)挖后及時(shí)施工初期支護(hù)，仰拱、二次襯砌緊跟。開(kāi)挖、

支護(hù)過(guò)程中量測(cè)緊跟及時(shí)反饋，以調(diào)整支護(hù)參數(shù)，襯砌前拆除臨時(shí)支護(hù)，為確保施工安全量測(cè)及時(shí)進(jìn)行。對(duì)于隧道淺埋段在開(kāi)挖前須進(jìn)行地表注漿加固，地表注漿加固結(jié)束后方可進(jìn)行暗洞開(kāi)挖施工。隧道在暗洞施工時(shí)要加強(qiáng)地表監(jiān)控量測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即封閉掌子面停止施工，及時(shí)通知監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計(jì)單位，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況變更設(shè)計(jì)方案，確保隧道施工安全。注漿管采用φ42×4注漿花管，管壁每隔15 cm交錯(cuò)布置，眼孔直徑6 mm。注漿壓力初步擬定初始?jí)毫?．5～1．0 MPa，終壓為2．0～3．0 MPa，注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。排水溝須在隧道進(jìn)洞之前完成。

3．2Ⅳ級(jí)圍巖地段開(kāi)挖

Ⅳ級(jí)圍巖擬采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖，臺(tái)階長(zhǎng)度控制在1．5倍的隧道洞徑以內(nèi)，上下臺(tái)階之間的距離根據(jù)具體地質(zhì)情況定，以保證安全，施工順暢為原則。施工中合理調(diào)整工序，實(shí)行鉆爆、裝碴、運(yùn)輸機(jī)械化作業(yè)，開(kāi)挖后及時(shí)施工初期支護(hù)，仰拱、二次襯砌緊跟。

3．3Ⅲ級(jí)圍巖地段開(kāi)挖

Ⅲ級(jí)圍巖節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體較完整，穩(wěn)定性較好。擬采用全斷面法開(kāi)挖。三臂鑿巖臺(tái)車鉆孔，非電毫秒雷管起爆，出渣采用挖掘機(jī)、裝載機(jī)配合自卸汽車出渣。噴射砼采用砼噴射機(jī)操作等機(jī)械化施工。

3．4隧道開(kāi)挖爆破設(shè)計(jì)

(1)爆破設(shè)計(jì)原則

鉆爆本著適當(dāng)減少殘眼率，提高單位用藥量，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)及降低振動(dòng)強(qiáng)度，采取光面爆破。掏槽及底板眼按拋擲爆破設(shè)計(jì)。其它眼采用微振動(dòng)控制爆破，在保證爆破效果的前提下，盡量減少巖石的單位耗藥量。采用微差爆破，在實(shí)施中再進(jìn)行調(diào)整。

(2)爆破器材

炸藥選用2號(hào)巖石硝銨炸藥和乳化炸藥(用于涌水地段)，其規(guī)格為Φ25×200(用于周邊眼)，Φ32×200兩種。雷管采用非電毫秒微差雷管，起爆雷管采用火雷管。

(3)光面爆破參數(shù)表

Ⅴ級(jí)圍巖段、Ⅳ級(jí)圍巖段以及Ⅲ級(jí)圍巖段光面爆破參數(shù)表分別見(jiàn)下表1、2、3。

表1?、跫?jí)圍巖段分層臺(tái)階法開(kāi)挖周邊眼光面爆破參數(shù)表

表2?、艏?jí)圍巖段分層臺(tái)階法開(kāi)挖周邊眼光面爆破參數(shù)表

表3?、蠹?jí)圍巖段全斷面開(kāi)挖周邊眼光面爆破參數(shù)表

臺(tái)階分層法開(kāi)挖采用中空斜眼掏槽，空眼為2個(gè)，眼徑為45 mm，采用非電毫秒雷管、導(dǎo)爆管起爆。每次爆破后檢查爆破效果，分析原因及時(shí)修正爆破參數(shù)，提高爆破效果，改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo);根據(jù)巖層節(jié)理裂隙發(fā)育、巖性軟硬情況，修正眼距，用藥量，特別是周邊眼;根據(jù)爆破后石碴的塊度修正參數(shù)。石碴塊度小，說(shuō)明輔助眼布置偏密;塊度大說(shuō)明炮眼偏疏;根據(jù)開(kāi)挖面凹凸情況修正鉆眼深度，爆破眼眼底基本上落在同一斷面上。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在隧道洞身開(kāi)挖施工中，必須在保證圍巖穩(wěn)定的情況下，根據(jù)工程地質(zhì)條件以及水文地質(zhì)條件，選擇經(jīng)濟(jì)合理、安全適用以及技術(shù)先進(jìn)的開(kāi)挖技術(shù)，并且根據(jù)選擇方法的不同制定合理的光面爆破設(shè)計(jì)方案，從而保證隧道開(kāi)挖的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn):

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作者簡(jiǎn)介:楊大喜(1982－)，男，貴州貴陽(yáng)人，中級(jí)工程師，主要從事路橋施工管理方面的工作。

收稿日期:2014－07－08