长大深埋隧道开挖施工控制关键技术

发布于：2015-07-05 14:39:05 来自：道路桥梁/隧道工程 [复制转发]

某双线隧道最大埋深为556.71m，长度5125 m。围岩类别为以III、Ⅳ级围岩为主，岩性主要是硬脆性的砂岩、石英砂岩，局部软弱围岩段为Ⅴ级围岩，岩性为砂及卵砾石，黏土和粉质黏土、半胶结砾岩，下伏中生界砂岩、页岩、泥岩。此外隧道还经过一粘土、泥夹石断裂带。
　　1、深埋隧道开挖施工
　　（1）软弱围岩段施工。隧道Ⅴ级软弱围岩段采用三台阶七步开挖法，施工工序见图1。具体施工方法为：
　　①上部弧形导坑开挖。在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为3～5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖后立即初喷3～5cm混凝土。上台阶开挖矢跨比应大于0.3，开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。
　　=②第二、三步，左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过2.5m，开挖高度一般为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。
　　③左、右侧下台阶开挖。开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，大不得超过1.5m，开挖高度一般为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°，打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。
　　④上中下台阶预留核心土：各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。
　　⑤隧底开挖。每循环开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4～6m。

（a）横断面

（b）纵断面

　　图1三台阶七步开挖法施工工序图

（2）岩爆处理。岩爆是高地应力条件下隧道等地下工程洞室开挖施工过程中，因开挖卸荷引起周边围岩产生应力分异作用，储存于硬脆性围岩中的弹性应变能突然释放且产生爆裂松脱、剥离、弹射甚至抛掷性等破坏现象的一种动力失稳地质灾害。它直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进度。施工中采取如下针对性措施：
　　①轻微岩爆一般进尺控制在2～2.5m，尽可能全断面开挖，一次成形，以减少对围岩应力平衡状态的多次破坏；控制光爆效果，以减小围岩表面应力集中现象；在掌子面和洞壁经常喷撒水或高压注水，以弱化围岩。必要时采用超前钻孔应力解除方法，形成局部应力释放区，以减少(弱)岩爆现象酌情分二步循环作业，共喷10cm厚C20混凝土；Φ22系统砂浆锚杆，长3m，间距1.０m，梅花型布置，加垫板；Φ6钢筋网，间距20×20cm，二次模筑衬砌厚度35cm 。
　　②中等岩爆酌情分二或三步循环作业，共喷10～12cm厚C20混凝土；Φ22系统砂浆锚杆，长３m，间距1m，梅花型布置，加垫板；Φ8钢筋网，间距20×20cm。必要时局部岩爆易破坏部位可酌情增设格栅钢架支撑，二次模筑衬砌厚度35cm。
　　③强烈岩爆一般进尺控制在2m以内，必要时也可以采用上下台阶法开挖，以减弱岩爆；提高光爆控制效果，以减小围岩表面应力集中现象；采用超前钻孔应力解除方法、预裂爆破等方法，使岩体应力降低，弹性应变能在开挖前释放。在掌子面和洞壁经常喷撒水，可向掌子面均匀、反复地高压注水，以弱化围岩必要时掌子面可以采用超前锚杆加固，长3.5m，间距0.4m；分三步循环作业，共喷12cm厚C20混凝土；Φ22系统砂浆锚杆，长3m，间距0.5～1m，梅花型布置，加垫板；Φ8钢筋网，间距20×20cm。
　　④岩爆破坏较严重部位增设格栅钢架支撑，超前锚杆加固，长5m，间距0.4m；必要时掌子面可喷4cm厚C20混凝土加以封闭；洞壁酌情分三步循环作业，共喷12～15cm厚C20混凝土；Φ22系统砂浆锚杆，长5m，间距１m，梅花型布置，加垫板；Φ8钢筋网，间距20×20cm。岩爆破坏部位增设格栅钢架支撑．岩爆地段开挖后，及时进行挂网喷锚支护，以达到“以柔克刚”的目的。
　　（3）断裂带塌方处理。断裂带采用正台阶法施工，拱部打0.6m厚砼护拱，因施工时无大水，为抢进度，边墙采用锚杆，局部挂网格间距15cm×15cm的Φ10钢筋网，喷10cm厚的混泥土进行初期支护。拱部出碴时，发现护供拱部突发大水，边墙喷射砼很快变湿，随即出现裂缝，裂缝开裂迅速。立即撤离机械和施工人员，刚退出，一声巨响，护拱全部掉下，塌体将洞身填了20多米。该隧道塌方区岩土主要为粘土夹杂着碎石，由于大量粘土的存在无法直接采用常规注浆的加固方案，常规注浆要求被加固体有良好的导浆特性，浆液包围塌落物并在凝固后形成一整体，而粘土是注浆法中浆液扩散最不利的地质层，具有良好的隔水性，根据泰勒经验公式计算，在粘土没有扰动的情况下直接注浆，有效扩散半径约200mm，即使是松散粘土挤实后其有效扩散半径也不超过1m；粘土及其夹石的流动性、不稳定性，使塌孔处理成为施工的难题；塌落物中夹带卵石和块石，致使管棚法施工困难。综合考虑，最后采用劈裂注浆锚固法进行处理。劈裂注浆是加大注浆压力，使大注浆压力大于临界值，形成塑性区。随着注浆压力的不断增大，塑性区内的土层被挤实，开始沿注浆孔轴向发生劈裂，形成粘土与注浆体的互层，改变了孔壁周围粘土层的物理力学性质，从而达到高压劈裂加固破碎带的目的。具体处理方法为：)紧贴工作面施工一个止浆墙，墙厚1000mm，墙面上预埋有孔口管及支撑钢拱架；钻凿注浆孔。在拱壁上周边布置15个钻孔，以钻机回转点为中心外倾15°环形布置，孔径φ75mm，孔深11.8m；钻孔施工完成后，插入长锚杆，锚杆长度与孔深相同，锚杆选用φ25mm螺纹钢，两根并焊在一起；插入锚杆后，进行高压注浆；全部施工任务完成并达到养护期后，开挖通过。注浆材料选用水泥～水玻璃双液浆，采用普硅525#水泥，工业用水玻璃(45Be’)，封孔及止浆墙后注浆拌入适量的木屑以防止跑浆，水玻璃浓度为35B'，止浆墙壁后注浆采用水泥～水玻璃体积比(C:S)为1:0.5，水灰比为0.75:1，必要时可加一部分木屑，要求在60s内凝胶；凿孔注浆时，为加大扩散半径，要求浆液在60-120s之内凝胶，选用水灰比为1:1，C:S值为1:0.6，如发生跑浆，可适当调整水玻璃量；止浆墙后注浆时，终孔压力为4MPa，正常注浆时，终孔压力为6MPa。
　　2、结论
　　长大隧道不良地质段复杂多变，开挖施工是长大隧道施工的关键。该隧道软弱围岩段开挖施工，严格遵循“超前探、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧衬砌”的原则，开挖施工采用了三台阶七步开挖法，做到了工序衔接紧凑，减少了围岩暴露时间，避免了因长时间暴露引起围岩失稳，安全、高效地通过了软弱围岩段，为软弱围岩段施工积累了新的技术资料；采用的岩爆防治措施，取得了良好的效果，避免了安全事故的发生，为高地应力深埋隧道开挖岩爆的防治积累了新的技术资料；该隧道大塌方区采用劈裂注浆锚固法进行处理，开挖后，原塌落的泥石流状态的松散层形成了以注浆脉为骨架的结石体，呈半干燥状态，在完全没有支护的情况下，隧道能自稳，成功地通过了塌方区，表明该方法是成功的，为隧道塌方处理积累了新的技术资料。

隧道开挖隧道施工

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只看楼主我来说两句 抢板凳