平地園隧道洞身開挖施工技術研究

2016-01-28 07:42:19楊大喜貴州路橋集團有限公司

黑龍江交通科技 2015年4期

楊大喜(貴州路橋集團有限公司)

平地園隧道洞身開挖施工技術研究

楊大喜
(貴州路橋集團有限公司)

摘要:在隧道施工中，影響圍巖穩定的重要因素之一就是開挖方法。因而，在進行開挖方法的選擇時，必須根據隧道斷面的形狀、大小、地質條件等多種因素進行綜合分析，采取恰當的開挖方法。主要闡述了隧道洞身開挖的幾種方法，并且闡述了平地園隧道洞身開挖技術。

關鍵詞:隧道;洞身;開挖;全斷面;臺階法

中圖分類號:U445

文獻標識碼:C

文章編號:1008－3383(2015)04－0106－02

1　工程概況

平地園隧道場區地處貴州中北部黔北山地高原，位于正安縣鳳儀鎮境內，起于班竹鄉新模村，魚田溪河谷北岸，下穿平地園山脈，止于河壩。附近海拔700．1～1 213．6 m，相對高差513．5 m，軸線通過地段地面高程在813．7～1 146．4 m之間，相對高差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、侵蝕作用強烈，地勢起伏較大。隧道區地表植被較發育，基巖局部出露，隧道進口距離通車公路遠，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左線ZK67 +468～ZK71 +175(長度為3 707 m)，右線YK67 +473～YK69 +186(長度為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度為Ⅲ級1 010 m、Ⅳ級1885 m、Ⅴ級796 m、明洞22 m，右線隧道襯砌長度為Ⅲ級965 m、Ⅳ級2 120 m、Ⅴ級603 m、明洞19 m。進口段位于直線上，出口段分別位于半徑為4 700 m、3 500 m的圓曲線上，進口段測設線距離約為16．5 m，出口段測設線距離約為19 m。隧道進口為上坡隧道，出口段為下坡，縱坡為2．5%、1．98%、－2．5%。隧道進出口為端墻式洞門，出口為削竹式洞門，光電照明，機械通風。

平地園隧道務川端進口由于地勢十分陡峭，位于深谷側，且緊連茶園坪3#大橋，施工場地狹小，根據工期要求和現場實際情況，通過優化比選采取在ZK67 + 979處左側增設211 m橫洞，通過橫洞進洞施工;平地園隧道出口端采取直接從洞口進洞掘進施工。

2　隧道開挖技術

2．1全斷面開挖法

全斷面法就是以設計斷面為依據將隧道一次開挖成型，再進行襯砌施工的方法。適用于I～IV級圍巖，在用于Ⅳ級圍巖時，圍巖應具備從全斷面開挖到初期支護前這段時間內，保持其自身穩定的條件;有鉆孔臺車或自制作業臺架及高效率裝運機械設備;隧道長度或施工區段長度不宜太短，根據經驗一般不應小于1 km，否則采用大型機械化施工，其經濟性較差。

2．2臺階開挖法

臺階開挖法就是將隧道的設計斷面分成兩次或者是三次進行開挖的方法，其中上臺階超前一定距離后，上下臺階同時并進的施工方法。按臺階長短有長臺階、短臺階和超短臺階三種。近年由于大斷面隧道的設計，又有三臺階臨時仰拱法，甚至多臺階法。

2．3環形開挖預留核心土法

環形開挖預留核心土法在隧道上部斷面以弧形導坑領先，再進行下半部兩側開挖，最后進行中部核心土開挖的方法。

2．4中隔壁法(CD法)

該方法就是將隧道分成左右兩個大部分進行開挖的方法，首先在隧道的一側使用臺階法從上到下進行分層開挖，待該側初期支護完成，且噴射混凝土達到設計強度70%以上時再分層開挖隧道的另一側，其分部次數及支護形式與先開挖的一側相同。主要應用于雙線隧道Ⅳ級圍巖深埋硬質巖地段以及老黃土隧道(Ⅳ級圍巖)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行分側分層開挖，分部封閉成環。每開挖一部均及時施作錨噴支護、安設鋼架、施作中隔壁、安裝底部臨時仰拱。一側超前的上、中部，待初期支護完成且噴射混凝土達到設計強度70%以上時再開挖隧道的另一側的上、中部，然后開挖一側的下部，最后開挖另一側的下部，左右交替開挖。用于比較軟弱地層中而且是大斷面隧道的場合，是用隔壁和仰拱把斷面上下、左右分割閉合進行開挖的方法，是在地質條件要求分部斷面及時封閉的條件下采用的方法。

3　平地園隧道洞身開挖開挖技術

3．1Ⅴ級圍巖地段開挖

Ⅴ級圍巖預留核心土開挖示意圖。開挖前要根據設計要求做好超前管棚或超前小導管等輔助措施。正臺階上部環形開挖以人工風鎬開挖為主，局部采用預裂、微振動爆破輔助施工，開挖后及時封閉巖面、施作初期支護，并安設鎖腳錨桿。核心土開挖及下臺階(含仰拱)采用挖掘機開挖拉槽，局部采用預裂、微振動爆破。上臺階采用小車出碴至下臺階，核心土及下臺階出碴由裝載機或挖掘機裝碴，自卸汽車運碴。

上半斷面高度初步擬定為3．0 m，上下臺階之間的距離根據具體地質情況現場擬定，以保證安全，施工順暢為原則。施工中合理調整工序，實行開挖、裝碴、運輸機械化一條龍作業，開挖后及時施工初期支護，仰拱、二次襯砌緊跟。開挖、

支護過程中量測緊跟及時反饋，以調整支護參數，襯砌前拆除臨時支護，為確保施工安全量測及時進行。對于隧道淺埋段在開挖前須進行地表注漿加固，地表注漿加固結束后方可進行暗洞開挖施工。隧道在暗洞施工時要加強地表監控量測，發現異常情況應立即封閉掌子面停止施工，及時通知監理、業主及設計單位，根據現場具體情況變更設計方案，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交錯布置，眼孔直徑6 mm。注漿壓力初步擬定初始壓力為0．5～1．0 MPa，終壓為2．0～3．0 MPa，注漿壓力根據現場試驗進行調整。排水溝須在隧道進洞之前完成。

3．2Ⅳ級圍巖地段開挖

Ⅳ級圍巖擬采用上下臺階法開挖，臺階長度控制在1．5倍的隧道洞徑以內，上下臺階之間的距離根據具體地質情況定，以保證安全，施工順暢為原則。施工中合理調整工序，實行鉆爆、裝碴、運輸機械化作業，開挖后及時施工初期支護，仰拱、二次襯砌緊跟。

3．3Ⅲ級圍巖地段開挖

Ⅲ級圍巖節理裂隙不發育，巖體較完整，穩定性較好。擬采用全斷面法開挖。三臂鑿巖臺車鉆孔，非電毫秒雷管起爆，出渣采用挖掘機、裝載機配合自卸汽車出渣。噴射砼采用砼噴射機操作等機械化施工。

3．4隧道開挖爆破設計

(1)爆破設計原則

鉆爆本著適當減少殘眼率，提高單位用藥量，減少對圍巖的擾動及降低振動強度，采取光面爆破。掏槽及底板眼按拋擲爆破設計。其它眼采用微振動控制爆破，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，在實施中再進行調整。

(2)爆破器材

炸藥選用2號巖石硝銨炸藥和乳化炸藥(用于涌水地段)，其規格為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)光面爆破參數表

Ⅴ級圍巖段、Ⅳ級圍巖段以及Ⅲ級圍巖段光面爆破參數表分別見下表1、2、3。

表1　Ⅴ級圍巖段分層臺階法開挖周邊眼光面爆破參數表

表2　Ⅳ級圍巖段分層臺階法開挖周邊眼光面爆破參數表

表3　Ⅲ級圍巖段全斷面開挖周邊眼光面爆破參數表

臺階分層法開挖采用中空斜眼掏槽，空眼為2個，眼徑為45 mm，采用非電毫秒雷管、導爆管起爆。每次爆破后檢查爆破效果，分析原因及時修正爆破參數，提高爆破效果，改善技術經濟指標;根據巖層節理裂隙發育、巖性軟硬情況，修正眼距，用藥量，特別是周邊眼;根據爆破后石碴的塊度修正參數。石碴塊度小，說明輔助眼布置偏密;塊度大說明炮眼偏疏;根據開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。