大跨度隧道全斷面開(kāi)挖施工

段杰(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司)

大跨度隧道全斷面開(kāi)挖施工

段杰
(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司)

摘要:通過(guò)大瑤山隧道施工，詳細(xì)介紹了隧道里程長(zhǎng)、斷面大的施工方法。

關(guān)鍵詞:隧道;里程長(zhǎng);斷面大;施工

中圖分類(lèi)號(hào):U445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C

文章編號(hào):1008－3383(2015)07－0137－02

收稿日期:2014－11－03

作者簡(jiǎn)介:段杰(1980－)，男，山西陽(yáng)曲人，工程師。

1　工程概況

大瑤山隧道長(zhǎng)14.295 km，圍巖Ⅲ－Ⅳ類(lèi)，開(kāi)挖斷面80 ～120 m2，針對(duì)此隧道里程長(zhǎng)、斷面大、工期短，在施工中打破常規(guī)應(yīng)用十項(xiàng)科研關(guān)鍵技術(shù)成果，做出了許多新的嘗試和突破，發(fā)展、改變了近百年來(lái)修建隧道的傳統(tǒng)方法。全面應(yīng)用新奧法原理指導(dǎo)施工;成功地進(jìn)行了硬巖深孔爆破和軟巖全斷一次成型爆破;首次運(yùn)用了光電測(cè)距導(dǎo)線(xiàn)和光電三角高程控制測(cè)量新技術(shù)進(jìn)行隧道控制和豎井投點(diǎn);成功的進(jìn)行了27.6 km獨(dú)頭巷道的施工通風(fēng);第一次大規(guī)模的應(yīng)用帶塑料板的復(fù)合襯砌技術(shù)，發(fā)揮了圍巖的承載能力，創(chuàng)造了大的施工空間，解決了隧道漏水問(wèn)題;全面采用大型機(jī)械化進(jìn)行全斷面施工，形成了破巖裝運(yùn)、支護(hù)、襯砌三條卓有成效的機(jī)械化作業(yè)線(xiàn)，創(chuàng)造了較高的施工速度，最高單口月成洞217雙線(xiàn)米，全隧道平均單口月成洞99.2雙線(xiàn)米，通過(guò)地質(zhì)惡劣的長(zhǎng)465m的F9斷層帶，單口月平均開(kāi)挖19.75雙線(xiàn)米;施工中采用各種超前地質(zhì)預(yù)報(bào);多種注漿加固圍巖及堵水;全面進(jìn)行施工監(jiān)控量測(cè)，信息反饋技術(shù)。從而，大大改善隧道施工作業(yè)環(huán)境，為安全快速施工，提高工程質(zhì)量提供了技術(shù)保證。使該隧道施工技術(shù)成為我國(guó)隧道建設(shè)史上一個(gè)新舊方法的轉(zhuǎn)折，開(kāi)創(chuàng)了隧道施工采用新方法、新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝的成功模式，并制定了各種施工工藝操作細(xì)則及標(biāo)準(zhǔn)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2　施工方法

2.1全面應(yīng)用新奧法原理指導(dǎo)施工

(1)采用五米深孔光面爆破，解決了深孔掏槽、克服管道效應(yīng)、非電起爆、爆破振動(dòng)監(jiān)控量測(cè)、周邊預(yù)裂光爆等系列技術(shù)問(wèn)題;通過(guò)優(yōu)選爆破器材和選擇合理爆破參數(shù)等，使炮眼利用率平均95%以上，炮眼痕跡保存率達(dá)70%左右。

(2)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理方法和信息反饋的判斷準(zhǔn)則技術(shù)用于施工，使一切施工管理、施工方法用數(shù)據(jù)說(shuō)話(huà)，保證了隧道施工的安全作業(yè)。

(3)初始應(yīng)力場(chǎng)及二次應(yīng)力場(chǎng)的量測(cè)技術(shù)，超前15 m聲波探測(cè)光譜顯微構(gòu)造分析，結(jié)合洞內(nèi)素描，赤平極射投影技術(shù)，進(jìn)行了準(zhǔn)確的地質(zhì)預(yù)報(bào)，其準(zhǔn)確率達(dá)80%左右。

(4)采用噴錨支護(hù)復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，其外層用錨桿噴射混凝土初期支護(hù)，內(nèi)層模注混凝土作二次襯砌，兩層間設(shè)置塑料防水層。

(5)大型機(jī)械化快速配套施工，成功地建立了鑿巖裝碴運(yùn)輸、混凝土錨噴支護(hù)和二次襯砌三條機(jī)械化作業(yè)線(xiàn)，使單口開(kāi)挖月進(jìn)尺最高達(dá)到203 m，平均月進(jìn)尺187 m，混凝土襯砌施工最高達(dá)300 m/月進(jìn)尺。

(6)隧道長(zhǎng)距離(2 763 m)獨(dú)頭無(wú)軌運(yùn)輸施工通風(fēng)的成功，可減少一條平行導(dǎo)坑的工程。

(7)通過(guò)F9斷層嚴(yán)重地層破碎帶，采用的周邊淺孔預(yù)注漿堵水、加固地層技術(shù)。

(8)控制精密測(cè)量技術(shù)，使14.295 km隧道貫通誤差精度橫向17.3 mm(限制±400 mm)，僅為限差的4.4%，高程誤差4.6 mm(限差±50 mm)，僅為限差的9.2%。

(9)隧道做到安全施工，死亡率為0.57人/km。

3　施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

3.1深孔掏槽技術(shù)

(1)隧道掘進(jìn)深孔爆破主要取決于大直徑深孔掏槽是否成功，本工法采用直眼掏槽，掏槽面積1 100 mm×1 100 mm，掏槽形式有以下幾種。

①單臨空孔掏槽，適用于3.0 m以下淺孔爆破。

②雙臨空孔掏槽，適用于3.0～3.5 m爆破效果最佳。

③三臨空孔掏槽，適用于3.5～5.15 m爆破中應(yīng)用。

(2)當(dāng)臨空孔直徑為102 mm，孔間距在70～150 mm掏槽拋擲效果最好，臨空孔與裝藥炮眼間距150～180 mm(裂隙發(fā)育時(shí)采用250～300 mm)。

(3)裝藥參數(shù):使用大藥卷Ф= 42 mm一號(hào)抗水硝銨炸藥或Ф=40 mm乳膠炸藥集中裝藥，掏槽效果良好。

(4)掏槽炮眼起爆的合理間隔時(shí)間:在深孔爆破中，掏槽孔起爆間隔50～75 mm，采用段數(shù)越多越好，讓每一炮段都單獨(dú)順序起爆，槽腔逐漸擴(kuò)大，一掏到底。

(5)掏槽位置:一般設(shè)在隧道中心線(xiàn)偏左或偏右位置。如設(shè)在中心線(xiàn)上最理想，但當(dāng)鉆孔臺(tái)車(chē)在隧道中間鉆孔時(shí)，其左右兩臂工作的界限位置在隧道中心線(xiàn)上，掏槽在隧道橫斷面中間，就需要兩臂共同完成掏槽鉆孔，操作困難，布眼不易準(zhǔn)確。

3.2全斷面深孔預(yù)裂爆破

(1)Ⅳ～Ⅵ類(lèi)圍巖5 m預(yù)裂爆破中，采用三臨空孔直眼掏槽，臨空直徑ψ102 mm。

(2)周邊眼間距E =45～50 cm，相對(duì)距離E/W取0.6－0.7(W為周邊最小抵抗線(xiàn)長(zhǎng)度)，裝藥結(jié)構(gòu)用Ф35 mm，長(zhǎng)165 mm藥卷，裝藥集中度為0.3～0.35 kg/m，不偶合間隔裝藥，不偶合系數(shù)1.37，為克服管道效應(yīng)可用高爆速(5 000～6 000 m/s)炸藥，并在各卷炸藥間串聯(lián)傳爆線(xiàn)，讓藥卷架空于鉆孔中間。另外適當(dāng)采用底集中裝藥2～4卷，每隔3～5個(gè)炮眼布置一個(gè)崩落眼集中裝藥。周邊眼起爆時(shí)間采用即發(fā)雷管或段毫秒雷管首先起爆與段掏槽起爆相配合。

3.3全斷面深孔光面爆破

(1)掏槽眼:采用三臨空孔直眼掏槽，直徑為Ф102 mm。

(2)周邊眼:周邊眼間距50～65 mm，一般按相對(duì)距離E/W =0.8，用Ф35 mm小藥卷間隔裝藥，裝藥集中度為0.20 ～0.25 kg/m。

(3)起爆順序:由里向外層層爆破，掏槽眼起爆雷管段，擴(kuò)槽眼為輔助段，周邊眼為最后起爆段。

3.4全斷面深孔鉆爆作業(yè)

(1)鉆孔前，測(cè)量中線(xiàn)水平，將拱頂兩側(cè)起拱線(xiàn)及軌面

線(xiàn)位置控制準(zhǔn)確，將設(shè)計(jì)炮孔布置在開(kāi)挖面上。

(2)鉆孔:鉆孔臺(tái)車(chē)軸線(xiàn)與隧道中線(xiàn)平等，要求精確就位，按設(shè)計(jì)畫(huà)定的位置和炮眼順序進(jìn)行鉆孔，避免漏鉆和臺(tái)車(chē)臂互相干擾，鉆孔深度5.15 mm，直徑Ф48 mm，掏槽臨空孔三個(gè)Ф102 mm(由Ф48 mm擴(kuò)大為Ф102 mm，有條件也可一次鉆成直徑Ф102 mm的底孔)。

(3)裝藥爆破。

①備足計(jì)劃裝藥量和各種爆破器材，周邊眼在洞外加工好竹片，串裝藥串。

②裝藥前先用高壓風(fēng)裝孔中巖粉吹凈。

③人工裝藥先上后下，先兩側(cè)后中間。每孔裝藥后用炮泥堵好，炮泥長(zhǎng)不少于20 cm。

④連線(xiàn)起爆:整個(gè)掌子面導(dǎo)爆管分六束，分別捆綁于同段雷管上(為保險(xiǎn)起見(jiàn)每束安兩個(gè)同段雷管最好)，最后再把六束導(dǎo)爆管并聯(lián)捆扎在一個(gè)雷管上，留足導(dǎo)爆索長(zhǎng)度，檢查好安全再行起爆。

(4)通風(fēng)找頂。

①當(dāng)隧道進(jìn)出口采用無(wú)軌運(yùn)輸，初期階段(掘進(jìn)1 370 m)用兩臺(tái)MFA100P－SC型風(fēng)機(jī)分散串聯(lián)在Ф1 200 mm鐵風(fēng)管上進(jìn)行壓入式通風(fēng)，后期增加一根Ф1 200 mm鐵風(fēng)管至模板臺(tái)車(chē)處，同時(shí)向洞內(nèi)壓風(fēng)。

②在有平導(dǎo)地段，用巷道式通風(fēng)(平導(dǎo)進(jìn)風(fēng)，正洞出風(fēng))。平導(dǎo)以后地段仍然采用風(fēng)管壓入式通風(fēng)。

③斜、豎井到達(dá)井底后，采用上半斷面開(kāi)挖，有軌運(yùn)輸，可用壓入式混合式通風(fēng)，風(fēng)管直徑Ф1 000 mm鐵皮風(fēng)管。

④通風(fēng)管理。

a當(dāng)施工方法發(fā)生改變或兩工區(qū)之間貫通，對(duì)原通風(fēng)布局及時(shí)進(jìn)行調(diào)整、改進(jìn)。

b當(dāng)風(fēng)管有效范圍達(dá)不到掘進(jìn)工作面時(shí)，應(yīng)按長(zhǎng)風(fēng)管，使掌子面一帶通風(fēng)良好。

c襯砌臺(tái)車(chē)移動(dòng)前，拆除前后風(fēng)管，移動(dòng)后及時(shí)接通前后風(fēng)管。

d維護(hù)好風(fēng)管，處理漏風(fēng)，保養(yǎng)、維修風(fēng)機(jī)，定期進(jìn)行通風(fēng)檢測(cè)?？捎矛F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法查明炸藥在雙線(xiàn)隧道中爆破時(shí)的拋擲長(zhǎng)度，CO發(fā)生量及沿隧道縱向分布規(guī)律，測(cè)定無(wú)軌運(yùn)輸柴油機(jī)廢氣的分布規(guī)律和無(wú)軌運(yùn)輸時(shí)通風(fēng)量指標(biāo)。

⑤爆破后先通風(fēng)，掌子面基本沒(méi)有炮煙，人員才能進(jìn)入掌子面把危石撬掉，再用高壓水沖選開(kāi)挖面除塵。

(5)噴混凝土支護(hù):隧道噴射混凝土采用雙水環(huán)噴頭國(guó)產(chǎn)PH－30型或轉(zhuǎn)子型噴射機(jī)，人工對(duì)開(kāi)挖面拱部進(jìn)行一次噴射混凝土。RODOT－75噴射機(jī)械手和B1.5－4.0噴射三聯(lián)機(jī)配套用于出碴后，拱部二次復(fù)噴和邊墻的混凝土噴射作業(yè)。

(6)用側(cè)卸式2.6～2.8 m3斗的裝載機(jī)裝碴，12～20 t自卸汽車(chē)運(yùn)輸出碴。

3.5二次混凝土襯砌施工

(1)要求混凝土工廠(chǎng)和混凝土輸送車(chē)的輸送能力與混凝土泵的灌注能力相匹配。

(2)混凝土自進(jìn)入攪拌輸送車(chē)至卸料時(shí)間不超過(guò)初凝時(shí)間，混凝土輸送過(guò)程中要保證不發(fā)生離析，若運(yùn)至灌注地點(diǎn)的混凝土有離析現(xiàn)象時(shí)，在灌注前須進(jìn)行二次攪拌。

(3)模板臺(tái)車(chē)每次移位前，在準(zhǔn)備襯砌部位的兩側(cè)邊墻下方須預(yù)先灌注墻基混凝土，高度為700 mm，并沿隧道方向每隔1 500 mm，預(yù)埋地腳螺栓，以便固定鋼模板的最低邊緣。實(shí)施中常因預(yù)埋地腳螺栓位置偏移，很難與模板最下邊緣孔對(duì)好，為防模板走動(dòng)用加設(shè)橫撐辦法解決。

(4)隧道襯砌封頂采用鋼管壓注法，選擇合適的混凝土塌落度，仍從拱部的灌注口壓注封頂。

(5)混凝土脫模強(qiáng)度必須達(dá)到2.5 MPa，一般情況下需養(yǎng)擴(kuò)17 h以上方準(zhǔn)拆模。

3.6量測(cè)項(xiàng)目的確定和布置

(1)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表1。

表1　監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

(2)量測(cè)布點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2　量測(cè)布點(diǎn)

(3)量測(cè)頻率見(jiàn)表3。

表3　量測(cè)頻率

(4)圍巖穩(wěn)定性判別。

①根據(jù)實(shí)測(cè)位移值或預(yù)測(cè)最終位移來(lái)判別，見(jiàn)表4。

表4　

②根據(jù)位移變化速率判別:當(dāng)凈空變化速率大于10 mm/d時(shí)，需加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)凈空變化速率小于0.2 mm/d時(shí)，則認(rèn)為基本穩(wěn)定。

③根據(jù)位移－時(shí)間曲線(xiàn)的形態(tài)判斷:當(dāng)圍巖變化速率下降時(shí)，圍巖趨于穩(wěn)定。若變化速率保持不變時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)變形速率不斷上升時(shí)，表示已進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，必須立即加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)。

3.7控制測(cè)量

(1)光電測(cè)距精密導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)取代傳統(tǒng)的三角網(wǎng)作為洞內(nèi)外的平面控制。

(2)沿導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)采用光電測(cè)距三角高程方法控制隧道高程。

(3)在豎井聯(lián)系測(cè)量中，利用光學(xué)投點(diǎn)，光電測(cè)距儀導(dǎo)入高程和運(yùn)用GAK－I型陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量井上下聯(lián)系邊的空間投影，幾何平面角傳遞坐標(biāo)方位。

(4)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)處理觀測(cè)數(shù)據(jù)。

4　結(jié)論

大瑤山隧道的施工模式，合理選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)和型式，適用不同地質(zhì)條件的施工方法、施工工藝和施工設(shè)備的選型配套等，已形成一套工法。這套工法已在類(lèi)似隧道中全面推廣應(yīng)用。