一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法
2024-02-28 01:30:15
專利名稱：一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法
技術領域：
本發明涉及一種隧道施工方法，具體為一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法。
背景技術：
中國鐵路、公路建設近幾年發展迅猛，鐵路、公路隧道施工技術也不斷革新，以往修建鐵路、公路需規避地區，現今都可以大膽嘗試，在黃土堆積巖地區修建特長隧道也大為增加，這種地區的特點是黃土間夾雜河卵石、大型孤石，河卵石、大型孤石佔圍巖斷面的 25% 35%，主要分布在隧道上導，其餘黃土間夾雜河卵石分布不規則，黃土圍巖處飽水狀態，含水率高達26%，此圍巖最大特點是開挖困難，黃土夾雜河卵石、大型孤石部位圍巖堅硬，需輔以爆破開挖，其餘黃土部分穩定性極差，稍有擾動就容易產生滑塌、塌方等險情。針對此特殊圍巖，目前大多數採用新奧法進行施工，傳統新奧法施工原則是「管超前、弱爆破、 短進尺、強支護、早封閉、勤量測」，但是由於黃土堆積巖自密性強，且隧道上部結構黃土含河卵石、大型孤石較多，受實際地質影響在「管超前「工序施工中超前小導管鑽孔孔位、外插角及孔深無法實現設計及驗標要求，同時黃土圍巖自密性強進行小導管注漿施工達不到設計要求，大大降低管超前支護的效果，給隧道施工帶來很大的安全、質量隱患。同時新奧法中的「弱爆破」概括較籠統、沒有針對性，「弱爆破」目的是要減小圍巖擾動，但是隧道還是得開挖掘進，在黃土堆積巖段施工中，採用「弱爆破」只能清除圍巖中個別河卵石，大型孤石無法得到一次性清除，需進行二次甚至三次小型爆破，這樣累計下來對圍巖的擾動極大。
發明內容
本發明為了解決現有特長黃土堆積巖隧道施工時採用傳統新奧法施工存在對於隧道上部結構黃土含河卵石、大型孤石較多時，管超前支護效果差、爆破時對圍巖擾動大等問題，提供一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法。本發明是採用如下技術方案實現的一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法，包括以下步驟(1)超前支護；(2)上導坑開挖，施作初期支護；(3)中導馬口錯開開挖，施作初期支護；(4)下導馬口錯開開挖，施作初期支護；(5)隧底開挖，施做仰拱及填充混凝土 ；二襯施工，本發明的創新點在於所述超前支護是採用Φ 25mm藥包錨杆作為超前支護主體，藥包錨杆前端做成尖錐形；藥卷包裝入錨杆後，用風動攪拌機帶動錨杆快速旋轉，邊旋轉邊徐徐推進，錨頭在旋轉與推進中強烈攪拌浸水後的水泥、速凝劑包，連續攪拌水泥卷的時間為30 60s ；
在隧道黃土堆積巖施工中採用Φ 25藥包錨杆較超前小導管有以下優點
1、Φ25藥包錨杆製作更為簡單、方便、快捷；
2、Φ25藥包錨杆直徑小，材質為實體，前端製作為尖錐形，打設施工時更好的克服圍巖阻力，減小圍巖擾動；
3、超前鑽孔在保證藥卷裝入條件下，不必擔心因工序施工時間過長產生鑽孔縮孔、塌孔難以施做超前錨管的局面；
4、Φ 25藥包錨杆周圍有水泥漿填充密實，兩種材料同時受力，更加適合新奧法以柔性支護的施工原理。所述上導坑開挖時採用以機械開挖、人工開挖為主，微震爆破為輔，具體工序為 a.先採用機械進行開挖，依據揭示孤石實際位置，對孤石周邊進行機械清障，當孤石周邊開挖進尺滿足設計要求後，且保證孤石完全裸露後，停止機械開挖；b.對裸露孤石進行鑽眼施工，先從具有臨空面的巖石或具有夾層的巖石部分開始，然後依次向巖層中心推進，鑽孔孔距為25 35cm，孔深為設計鋼架間距，鑽孔按照梅花狀布置；c.處理孤石起爆方法是採用非電毫秒雷管微差起爆，先進行周邊起爆，孤石經過微震爆破鬆動後，再採用人工風鎬鑿除，挖機清障。採用本發明所述的方法進行上導坑開挖，尤其針對於大型孤石的處理，非常有效， 對隧道孤石能夠保證一次性清除，減少多次爆破對周邊圍巖的影響，確保隧道施工安全。本發明以傳統新奧法為依據，採用藥包錨杆有效增強柔性支護，減小圍巖本身變化對已支護段落的影響，減少初期支護表面開裂、掉塊、塌方等現象的發生，單工序作業，短進尺掘進，採用適當的微震爆破，避免施工中對圍巖擾動，減小應力集中，充分發揮圍巖自身承載能力，快速施做仰拱、襯砌砼，使隧道斷面儘快封閉成環，形成穩定體系。本發明適用於沉積物黃土堆積巖地帶的公路、鐵路、水工隧道的開挖施工。
圖1為監控量測測點布置圖； 圖2為拱頂下沉速率-時間曲線圖； 圖3為水平收斂速率-時間曲線圖； 圖4為拱頂累計下沉-時間曲線圖5為水平收斂累計變形-時間曲線圖。
具體實施例方式一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法，包括以下步驟 (1)施工方案確定
針對隧道黃土堆積巖的特殊性，隧道開挖採用三臺階七步流水短臺階法施工，隧道施工工序採用單工序施工，隧道開挖以機械開挖、人工開挖為主，微震爆破為輔，施工中對開挖部位儘快進行初期支護，減小圍巖暴露時間，並加強對已初支部位進行圍巖量測，及時準確掌握第一手量測數據，及時調整支護參數和施工工序。(2)超前支護採用Φ 25藥包錨杆作為超前支護主體 Α、超前錨杆製作
製作錨杆Φ 25mm超前錨杆在構件加工廠製作，單根長度3. 5m，錨杆前端做成尖錐形。B、藥包錨杆安裝
所謂藥包錨杆就是利用早期凝結速度快，承載強度大為特徵的水泥、速凝劑製成的錨固劑將錨杆固定在錨固位置的一種支護方法。錨固劑應符合以下幾項要求初凝時間應大於3分鐘，終凝時間應小於10分鐘；必須具有足夠的小時抗壓強度，一般在半小時到一小時的抗壓強度應在0. 2MPa以上；硬化後體積不縮小，且有微膨脹性。藥卷包採用Φ 32 X 25cm規格，藥卷使用前需要浸水，在浸水前上端扎3 5個小孔(孔徑1mm)，浸水1 1. 5分鐘小孔不冒泡即浸水結束，這時即可將浸好水的藥卷包裝入孔眼。藥包裝入採用比較堅硬順直木棍或相似的物體送至眼底，裝藥包數量以鑽孔3. 5m為例，藥包數量裝7卷，藥卷包裝入後，將錨杆用TJ-9型風動攪拌機(電鑽改裝也可)帶動錨杆快速旋轉，邊旋轉邊徐徐推進，錨頭在旋轉與推進中強烈攪拌浸水後的水泥、速凝劑包，使水泥漿獲得良好的和易性，連續攪拌水泥卷的時間宜為30 60s。水泥漿如沿孔壁下滑，孔口用紙堵塞。(3)開挖方法
在超前支護保護下，進行上導開挖，上導坑開挖進尺控制在拱架設計間距內，就上導黃土含河卵石、大型孤石較多的實際情況，開挖掘進時先以機械開挖為主，微震爆破為輔的方案，大型孤石經微震爆破鬆動後再次採用人工風鎬鑿除挖機清障。隨後人工修整隧道斷面及開挖上導擴大拱腳，擴大拱腳以上導拱架拱腳標高為準，高度0. 6m，最大深度0. km，各部開挖完成後及時初噴3 5cm混凝土封閉掌子面，網噴、鋼架聯合支護作業，鋼架作業施工時拱架拱腳打設鎖腳錨管並採用「L」型鋼筋和拱架焊接牢固，隨即復噴砼至設計厚度， 擴大拱腳採用同標號噴射砼回填，增大上導拱腳受力面積，減小應力集中，有效控制拱架下沉。所述上導坑開挖時採用以機械開挖、人工開挖為主，微震爆破為輔，具體工序為A、先採用改裝後的挖機挖鬥進行開挖，依據揭示孤石實際位置，對孤石周邊進行機械清障，當孤石周邊開挖進尺滿足設計要求後，且保證孤石完全裸露後，停止機械開挖。B、採用YT-觀鑿巖機對裸露孤石進行鑽眼施工，先從具有臨空面的巖石或具有夾層的巖石部分開始，然後依次向巖層中心推進，鑽孔孔距宜25 35 cm，孔深為設計鋼架間距，採用42mm的鑽頭，按照梅花狀布置。C、採用非電毫秒雷管微差起爆，與光面爆破不同，處理孤石起爆方法先進行周邊起爆，炸藥低爆速、低密度、高爆力、傳爆性好的小直徑2號巖石硝銨炸藥，力求達到微震效果，孤石經過微震爆破鬆動後，再次採用人工風鎬鑿除挖機清障。上導支護完成後，進行左、右側中臺階開挖開挖進尺根據初期支護鋼架間距確定，左、右側臺階錯開2 3m，開挖後立即初噴3 5cm混凝土，及時進行噴、錨、網系統支護，中導洞碴扒至下導，下導左、右開挖可以和上導同時進行，上導洞碴同樣扒至下導，隨後挖機可以在中臺階上統一出碴，上導同時架設型鋼鋼架，每循環以此施做，仰拱開挖及支護要緊跟下導，仰拱分段開挖長度4 6m，經施工實踐黃土堆積巖圍巖仰拱距掌子面安全距離控制在25 30m為宜。上述過程中，採用挖機進行機械開挖時，由於挖鬥寬度過大，在黃土堆積巖段施工中，挖機開挖時存在較多死角，對個別孤石不能進行有效排障，原廠挖機挖鬥寬度1. 2m，結合隧道斷面尺寸和隧道圍巖實際情況，挖機挖鬥寬度需縮小50cm才能滿足機械開挖要求且對出碴時間影響較少。利用原機挖鬥，進行寬度內縮，挖鬥兩邊各內縮25cm，採用氧焊對內縮位置進行割除，氧焊施工時務必保證割除面光滑、平順，以便在進行封邊鋼板施工時得到有效焊接。在上述工藝過程中，監控測量工作必須緊跟開挖、支護作業進行布點和監測，量測數據運用工程類比法及時分析、反饋，調整支護參數，以保證施工和結構安全。1、監控量測在黃土堆積巖隧道施工時每隔IOm布一組量測斷面，每個斷面布置一個拱頂下沉量測點和三條水平淨空收斂量測基線，三條水平收斂點分別設置在上、中、下導拱腳上50cm處， 如圍巖斷面沉降、收斂數值變化較大時應需增加量測斷面和加設量測測點，測點布置見圖1 所示。 淨空水平收斂量測和拱頂下沉量測採用相同的量測頻率。量測頻率見表1，實際量測頻率從表中根據變形速度和距開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率。水平收斂量測採用電子收斂儀進行量測，開挖支護後按要求及時安裝測點並編號，拱頂下沉量測採用萊卡全站儀和精密水準儀、收斂計、銦瓦尺進行量測，噴射混凝土後迅速在拱頂設點。 表1
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注B為隧道開挖寬度。2、監控量測數據收集、整理、數據分析
對取得監控量測數據後，進行整理並分析量測數據，結合圍巖、初支受力及圍巖變形情況，及時繪製圍巖變形速率和圍巖變形與時間關係曲線，預測此類圍巖變形的發展趨勢，及時調整確定施工工序、施工參數和預留變形量。量測斷面及測點布置
在黃土堆積巖裡程段內選擇一個量測斷面，本段圍巖斷面在黃土堆積巖中有代表意義，本段黃土夾雜河卵石、大型孤石較多，其餘黃土一直處在飽水狀態，開挖後圍巖有小量滲水，穩定性差。開展現場量測試驗，分別進行了初期支護拱頂下沉、1、2、3條水平收斂的應力量測，測點布置嚴格按圖1布置。圍巖量測結果在前5d時間內，拱頂變形速率在4 6mm/d之間變化；拱頂累計下沉在20mm左右，水平收斂速率在4 8mm/d之間變化；累計水平收斂在^mm,在6 9天下沉速率減小，下沉變化速率在1 2. 5mm/d之間，水平收斂速率在6 9天後同樣減小， 收斂速率變化在2 4mm/d，後期初期支護全環封閉，圍巖狀態基本穩定，拱頂下沉、水平收斂趨於穩定，本段拱頂累計下沉量在30mm左右，水平收斂累計量在40mm左右，本斷面拱頂下沉速率-時間、水平收斂速率-時間曲線見圖2、3，圖中橫坐標為時間，縱坐標為拱頂下沉速率或水平收斂速率；拱頂累計下沉-時間、水平收斂累計變形-時間曲線見圖4、5，其中橫坐標為時間，縱坐標為拱頂累計下沉或水平收斂累計變形。綜上所述進行圍巖量測數據分析
(1)隧道在以黃土堆積巖為主的地段施工，表明支護參數較為合理。(2)使用了鋼架對提高初期支護整體強度和早期強度有利，嚴格控制鋼架間距，採用擴大拱腳增大拱腳受力面積，有效克制隧道拱頂下沉。(3)以新奧法施工原理為依據，採用藥包錨杆進行柔性支護，減小圍巖變形，必要時採用了單工序作業，有效克制因工序幹擾造成圍巖較大變形。(4)加快施做仰拱，使隧道斷面儘快封閉成環，控制圍巖變形效果良好。工程實例
鷹鷂山隧道全長11572m，隧道區表覆第四系衝洪積層((Hal+pl)，分布於黃土衝溝中， 洞身大部為第四系沉積物，鷹鷂山隧道進口穿越沉積物地區，本地區為黃土堆積巖，黃土間夾雜河卵石、大型孤石，河卵石、大型孤石佔圍巖斷面的25% 35%，主要分布在隧道上導， 其餘黃土間夾雜河卵石分布不規則，黃土圍巖處飽水狀態，含水率高達沈％，施工中採用本發明所述的方法，安全快速通過了該不良地質段，平均日進尺3. 2m,比同標段施工的黃土堆積巖隧道(六狼山隧道、臥龍山隧道)月進尺快15 20m，爭取了工期時間，創造了較高的經濟效益、社會效益及環保效益。此外，本發明所述方法對圍巖量測進行科學的管理，通過對量測數據及時整理、分析、反饋，通過數據修正了預留變形，同設計相比每延米開挖量減小了 2. Olm3,噴射混凝土減小2. Olm3,人工、材料節約900元/每延米，以鷹鷂山進口施工黃土堆積巖345m計算，節約成本30多萬，經濟效益顯著。
權利要求
1. 一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法，包括以下步驟(1)超前支護；(2)上導坑開挖，施作初期支護；(3)中導馬口錯開開挖，施作初期支護；(4)下導馬口錯開開挖，施作初期支護；(5)隧底開挖，施做仰拱及填充混凝土 ；(6) 二襯施工，其特徵是所述超前支護是採用Φ 25mm藥包錨杆作為超前支護主體，藥包錨杆前端做成尖錐形； 藥卷包裝入錨杆後，用風動攪拌機帶動錨杆快速旋轉，邊旋轉邊徐徐推進，錨頭在旋轉與推進中強烈攪拌浸水後的水泥、速凝劑包，連續攪拌水泥卷的時間為30 60s ；所述上導坑開挖時採用以機械開挖、人工開挖為主，微震爆破為輔，具體工序為a.先採用機械進行開挖，依據揭示孤石實際位置，對孤石周邊進行機械清障，當孤石周邊開挖進尺滿足設計要求後，且保證孤石完全裸露後，停止機械開挖；b.對裸露孤石進行鑽眼施工， 先從具有臨空面的巖石或具有夾層的巖石部分開始，然後依次向巖層中心推進，鑽孔孔距為25 35 cm，孔深為設計鋼架間距，鑽孔按照梅花狀布置；c.處理孤石起爆方法是採用非電毫秒雷管微差起爆，先進行周邊起爆，孤石經過微震爆破鬆動後，再採用人工風鎬鑿除， 挖機清障。
全文摘要
本發明涉及一種隧道施工方法，具體為一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法，解決現有此種隧道施工時對於隧道上部結構黃土含河卵石、大型孤石較多時，管超前支護效果差、爆破時對圍巖擾動大等問題，包括超前支護、上導坑開挖等工序，超前支護採用φ25mm藥包錨杆作為超前支護主體，藥卷包裝入錨杆後，用風動攪拌機帶動錨杆快速旋轉，邊旋轉邊徐徐推進；上導坑開挖時採用以機械開挖、人工開挖為主，微震爆破為輔，採用藥包錨杆有效增強柔性支護，減小圍巖本身變化對已支護段落的影響，減少初期支護表面開裂、掉塊、塌方等現象發生，採用微震爆破，避免施工中對圍巖擾動，快速施做仰拱、襯砌砼，使隧道斷面儘快封閉成環，形成穩定體系。
文檔編號E21D11/10GK102383813SQ20111020707
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月23日 優先權日2011年7月23日
發明者史海勇, 李增華, 溫豔, 趙香萍, 雷軍 申請人:中鐵十二局集團有限公司, 中鐵十二局集團第二工程有限公司