五指山通風(fēng)斜井水平巖層超挖控制技術(shù)

何青明

（四川公路工程咨詢監(jiān)理公司）

1 工程概況

五指山隧道位于四川盆地西南緣向云貴高原過(guò)渡帶上，地處于沐川縣建和鄉(xiāng)境內(nèi)。斜井起訖里程為XK0+000～XK1+602，長(zhǎng)1602m，坡度為-10.89%，高差174.5m。其中Ⅳ級(jí)圍巖1540m、Ⅴ級(jí)圍巖62m、洞門(mén)形式為端墻式洞門(mén)。

2 地質(zhì)情況

隧道穿越整個(gè)五指山背斜，巖層產(chǎn)狀近水平～緩傾變化。圍巖以粉、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，局部偶夾煤線。巖質(zhì)軟～較軟，呈薄～中厚層狀，層狀砌體結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育。含層間孔隙、裂隙水及風(fēng)化裂隙水，呈線流狀滲出。

3 超欠挖情況

五指山通風(fēng)斜井XK1+440～XK0+220 段開(kāi)挖揭示巖層產(chǎn)狀為近水平巖, 呈薄～中厚層狀塊石鑲嵌結(jié)構(gòu)，爆破后周邊輪廓較圓順，在2～3 小時(shí)后拱部發(fā)生掉塊，出渣完成后機(jī)械和人工排險(xiǎn)時(shí)有大量松動(dòng)巖塊被輕松排下，最終拱部范圍超挖較大，在拱部形成近平頂狀（見(jiàn)圖2）。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)巖性和層厚選取不同巖性和層厚的三段進(jìn)行比較分析，見(jiàn)表1。

圖1、掉塊、“平頂”現(xiàn)象

4 超欠挖原因分析

4.1 五指山通風(fēng)斜井開(kāi)挖輪廓線于巖層夾角約2.67°，每進(jìn)尺1m 拱頂高程下降11cm，例如XK0+967～950 段層厚10～50cm，2m 開(kāi)挖進(jìn)尺一般輪廓線切割2～4 層巖層，3m 開(kāi)挖進(jìn)尺切割3～6 層巖層。

表1、超挖情況對(duì)比表

4.2 五指山隧道斜井XK0+750～740 段薄層～中厚水平巖層，拱部附近層厚比較均勻，每層厚20cm，呈層狀碎石～塊石鑲嵌結(jié)構(gòu)，開(kāi)挖進(jìn)尺2m。塊石鑲嵌結(jié)構(gòu)就從切口部位開(kāi)挖逐層剝落，靠近上循環(huán)拱架部位超挖最大達(dá)107cm，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察剝落巖層有6 層之多。

4.3 周邊眼的爆破壓縮破壞開(kāi)挖輪廓線之外的巖層，巖體較完成時(shí)破壞現(xiàn)象比較明顯，在薄層中一般破壞1～2 層；

4.4 “找頂”排危工作會(huì)感覺(jué)有找不完的“危石”，敲敲碰碰總是有松動(dòng)的石塊下來(lái)。

5 水平巖層斜井超挖控制技術(shù)

5.1 加強(qiáng)超前支護(hù)

超前支護(hù)設(shè)計(jì)采用22 藥卷錨桿，長(zhǎng)度4.5m，搭接1.5m，外插角10～14°，拱部90°范圍布設(shè)，環(huán)向間距30cm。由于受拱架和作業(yè)空間上的影響，超前支護(hù)外插角難于控制，在2m 開(kāi)挖進(jìn)尺前提下，特別對(duì)于大于3m 的超前支護(hù)桿體來(lái)說(shuō)，第二循環(huán)超前支護(hù)受桿體的切割作用效果較差。水平薄層圍巖段采取“短而密、頂密腰疏”的超前支護(hù)：長(zhǎng)度3m，搭接1.0m，外插角5～10°，拱部90°布設(shè)，拱部45°范圍環(huán)向間距10cm，其余部位20～30cm。

5.2 減少分部開(kāi)挖，動(dòng)態(tài)調(diào)整開(kāi)挖進(jìn)尺

粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖的Ⅳ及圍巖及Ⅴ級(jí)圍巖偏好開(kāi)挖方法采取兩臺(tái)階法（見(jiàn)表2），開(kāi)挖進(jìn)尺Ⅴ級(jí)1～2 榀拱架（2 榀最大1.2m），Ⅳ級(jí)圍巖開(kāi)挖進(jìn)尺2 榀拱架（2 榀最大2m），上臺(tái)階控制5～6m，下臺(tái)階4～6m 的微臺(tái)階開(kāi)挖；Ⅳ級(jí)圍巖偏好采取全斷面開(kāi)挖，開(kāi)挖進(jìn)尺不超過(guò)2m。

表2、開(kāi)挖方法選擇表

5.3 優(yōu)化周邊眼爆破設(shè)計(jì)

（1）內(nèi)移周邊眼，根據(jù)周邊眼爆破壓縮破壞范圍1～2 層，周邊眼沿設(shè)計(jì)輪廓線適當(dāng)內(nèi)移，拱部層厚50cm 以內(nèi)的水平層內(nèi)移 20cm 進(jìn)行周邊眼定位，拱部層厚100cm 以內(nèi)的水平層內(nèi)移 10cm 進(jìn)行周邊眼定位。拱部為炭質(zhì)頁(yè)巖或夾煤線時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定數(shù)值。

（2）適當(dāng)增加周邊眼間距，拱頂和拱腰是超挖嚴(yán)重部位，周邊眼設(shè)置間距為30～60cm，當(dāng)圍巖情況較好時(shí)取大值，反之取小值；鉆孔位置處于較軟的泥巖層時(shí)取大值，當(dāng)鉆孔位置處于相對(duì)較硬的砂巖層時(shí)，則取小值。

（3）進(jìn)尺2m 時(shí)周邊眼采用“長(zhǎng)短眼”布孔方式，周邊眼鉆孔深度一長(zhǎng)一短間隔布置，短孔1m 深，距離設(shè)計(jì)輪廓線10cm；深孔2.5m，距離設(shè)計(jì)輪廓線20cm。

（4）減少裝藥量，拱頂部位（拱頂環(huán)向5m 范圍）間隔裝藥，裝藥孔每孔1節(jié)炸藥。

5.4 嚴(yán)禁過(guò)分找頂、及時(shí)初噴封閉

對(duì)于碎石～碎塊鑲嵌結(jié)構(gòu)或夾炭質(zhì)頁(yè)巖，拱部掉塊較大并持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)，及時(shí)進(jìn)行初噴封閉，然后再進(jìn)行出渣或立架作業(yè)，嚴(yán)禁過(guò)分排險(xiǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

在五指山通風(fēng)斜井前期，由于對(duì)水平巖層特性認(rèn)識(shí)不足，致使掌子面超挖嚴(yán)重。后期通過(guò)對(duì)水平巖層的認(rèn)識(shí)和研究，分析超挖較大產(chǎn)生的原因，不斷優(yōu)化控制措施，取得了良好的超欠挖控制效果，確保了施工安全和質(zhì)量，節(jié)約了施工成本。