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摘 要: 结合某隧道工程施工实例, 针对隧道的洞口及其洞身开挖施工中, 对不同围岩级别下隧道的开挖方法进行探讨, 以供同类工程参考。
关键词: 围岩级别; 隧道开挖; 开挖技术; 隧道洞口
Abstract: Combined with the construction practice of a tunnel project, aiming at the entrance tunnel and tunnel excavation construction, excavation methods of different classes of surrounding rock tunnel, for reference of similar projects.
Keywords: rock, tunnel excavation, excavation, tunnel portal
中图分类号：U45
一 项目概况
滕州隧道位于山东省枣庄市木石镇大峪庙村西的蟠龙山,为低山丘陵区。进口地势稍陡，出口地势较平缓,进出口均有20万千伏安的高压输电线路。隧道全长1504m，为一曲线隧道，曲线半径8000m，其中明洞30m，Ⅴ级围岩14m，Ⅳ级围岩333m，Ⅲ级围岩155m，Ⅱ级围岩972m。隧道进口～DK601+250为12‰的上坡，DK601+250～出口为12‰的下坡，DK600+830～DK601+670段设置R=35000的竖曲线。山顶附近植物茂盛，出口地势较缓，基岩出露，植物稀少。山梁两侧都有采石场，大部基岩裸露。隧道最大埋深为130m。隧道通过地层为厚层鲕状灰岩及中厚层灰岩、薄层状条带灰岩夹薄层鲕状灰岩及竹叶状灰岩，局部分布残坡积（碎石土）。不良地质主要是岩溶和断层。
隧道内轮廓均设计采用单洞双线断面，开挖断面约140～170m²。设计速度：350km/h，线间距：5.0m，最小曲线半径：7000m，最大设计坡度：20‰。主要工程数量：洞身石方开挖23万m3，喷射砼0.8万m3，洞身二衬砼2.5万m3，填充及底板砼1.4万m3，注浆0.5万m3，钢筋600T，锚杆6.7万m，管棚及小导管6.6万m。
二、工程标准化控制与检测
1 二衬质量控制标准化
二衬是隧道行车安全的最后一道屏障，二衬质量关系着整个隧道的质量，二衬质量控制按以下程序进行：测量班用断面仪对初期支护后断面净空进行检查，对侵入二衬的部分预先用风镐进行处理，保证二衬厚度。防水板、土工布用专用台车进行施工，超前布置，不延误二衬钢筋施工，并按要求进行检查，只有符合要求后才允许进行二衬钢筋安装和台车就位。钢筋安装采用模具进行施工，保证钢筋间距。台车就位后通过窗口对厚度再次进行检查，确保厚度符合要求。混凝土施工时严格对称施工，以防止台车偏压造成事故。混凝土浇筑采用分层次施工、振捣，技术员跟踪作业，保证不漏振、多振，出现混凝土浇筑质量问题。
2 钢筋加工模具化
钢筋加工包括钢筋网加工，格栅加工，二衬钢筋加工等，均采用模具化施工。
格栅拱架及钢筋网片加工模具
钢筋网片加工效果
3 加强围岩收敛量测
收敛量测是掌握围岩变形情况的手段，首先按设计文件和规范要求布设收敛观测点位；其次保证首次量测的及时性，以尽快掌握围岩变形速率；第三按规定的频次对观测点进行量测；第四量测完后及时进行数据回归分析，以达到监控洞内支护安全状态，指导二衬及时施工的目的。
4 坚持雷达自检空腔、溶洞
我们就针对隧道常见安全隐患----超挖回填质量，在开工初始做出规划，拿出10万元专项资金请第三方进行两次（初期支护后背和二衬后背）雷达检测，再加上由于本隧道局部地段位于岩溶处，溶洞、溶隙、溶槽的处理质量对隧道后期的运营安全影响很大，所以对岩溶处理后进行雷达检测，确保岩溶空腔回填密实无空洞，也是减少和消除安全隐患的有效手段。监理对检测处理全过程进行旁站跟踪监控。
三、施工技术
1 洞口开挖技术
1. 1 洞口大管棚施工
大管棚施工采用土星系列液压双动力头多功能钻机。大管棚施工的准备工作, 主要包括钻机保养和试运转、测量放样布孔位和孔位插钎标记, 以及铺设钻机行走轨等。施作大管棚注浆增加顶拱土体稳定性, 大管棚采用∮108 热轧无缝钢管制成, 花管部分间隔15 cm钻∮6~ 8 mm的孔眼, 交叉布置, 外插角 1b~ 3b。
1. 2 注浆材料
管棚注浆材料采用单液浆, 注浆材料使用 P. O 42. 5 的普通硅酸盐水泥浆液, 水灰比 1B1。先将所需的水倒入搅拌桶,再将水泥按照配比倒入搅拌桶, 进行机械搅拌, 搅拌均匀后,
备用, 水泥浆液随拌随用。
1. 3 注浆参数
采取管棚注浆时, 要注浆终压控制在 0. 5~ 0. 8MPa; 浆注扩散半径( R) 为0. 5 m; 注浆速度定为每分钟不大于100 L。经过对注浆量进行估算, 每个管棚注浆量为 60~ 300 L; 如顶拱遇粉砂层注浆量为 300~ 600 L。注浆结束标准采取注浆量与注浆压力双控注浆, 每根管棚注入规定浆液, 压力达到0. 8 MPa,即可结束注浆。如压力长时间不上升, 流量不减少, 可能为跑浆现象, 采用间歇注浆。
1. 4 注浆
对本工程的管棚注浆采用由下向上隔孔注浆液, 采用FBY- 50/70 注浆机进行注浆, 试运行机器正常后即开始注浆。当注浆量达到设计要求时停止注浆。
1. 5 注浆技术要求
管棚下管结束后, 用吹管吹出, 以免堵塞。配制好的浆液, 经过过滤后方可进入泵体, 以防杂物堵塞管路或泵体。注浆结束后, 对注浆泵管路进行清洗, 以保证下次注浆的顺利进行。
1. 6 注浆施工安全注意事项
注浆过程中, 如发现注浆压力持续上升, 超过0. 8MPa时,应停机检查原因。严禁压力未下降至 0 时拆卸空气室、压力表、输浆管道、卸浆阀等。闲杂人员不得进入作业面, 以免高压浆喷出或小导管冲出伤人。注浆过程中, 不得无故停电, 如需停电, 必须事先通知注浆班。
2 洞身开挖技术
洞口加强段和浅埋偏压 V 级围岩采用 CD 法开挖; IV 级围岩段采用上下台阶法施工, II、III 级围岩段采用全断面法施工, 开挖施工过程中按要求设置救生管, 以备发生塌方事故时救生之用。
2. 1 V 级围岩偏压段的开挖
隧道V 级围岩洞身岩体风化、破碎, 设计采用中壁法开挖。具体施工步骤见图 1 所示。
为了减少施工对围岩的扰动, 1、5 部开挖根据围岩情况采用人工风镐, 3、7部采用小型单臂挖掘机开挖, 周边人工风镐配合, 个别地段或部位岩质较硬部分采用微振光面爆破。上部碴土翻至下部, 再用小型挖机装碴15 t自卸汽车运输至洞口外弃碴场。每循环进尺控制在0. 5 m左右。开挖时, 沿一侧自上而下分为两部进行, 每开挖一步均及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁, 底部设临时仰拱, 中隔壁依次分步联结而成, 之后再开挖中隔壁的另一侧, 其分步次数及支护形式與先开挖的一侧相同; 各部开挖时, 周边轮廓尽量圆顺, 减少应力集中; 中隔壁在灌注二次衬砌时, 逐段拆除。
注: 1、开挖侧壁导坑左上半断面。2、初期支护; 3、开挖侧壁导坑左下半部分。4、左侧壁导坑下半断面初期支护。5、开挖右侧导洞上半断面。6、右侧导洞上半断面初期支护。7、开挖剩余部分。8、剩余部分初期支护。9、拆除侧壁临时支护。10、灌注仰拱混凝土。11、铺设环向盲管及防水板, 整体灌注二衬砼。
2. 2Ⅳ级围岩开挖
Ⅳ级围岩半断面正台阶法开挖, 台阶长度控制在5 m。对该围岩级别的开挖施工顺序如下: ①上半台阶毛洞开挖; ②上半台阶初期支护; ③下半台阶毛洞开挖;④下半台阶初期支护; ⑤整体灌注二衬砼。
2. 3 施工关键控制点
合理组织上、下台阶和边墙及仰拱( 部分) 二次衬砌在时间、空间上的关系, 快速封闭成环; 开挖前施作超前支护和临时支护措施; 下台阶开挖后, 及时进行仰拱封闭。
2. 4Ⅱ、Ⅲ级围岩开挖方法
本标段Ⅱ、Ⅲ级围岩段采用全断面法开挖, 爆破设计按“直眼掏槽0”设计, 周边按“光面爆破”设计, 爆破后不得有欠挖, 平均线性超挖小于15 cm。
2. 5 光面爆破设计及说明
全断面法爆破掘进时, 采用凿岩台车配 VT28 型风钻进行全断面钻眼; 炸药选用二号岩石硝铵炸药或乳化油炸药, 非电导爆管微差引爆网络。
钻眼前, 用红铅油准确绘出开挖面的中线和轮廓线, 标出炮眼位置。定位开眼: 周边眼钻眼按 2% ~ 5% 或 2~ 5 cmPm的斜率外插。严格按画出的炮孔位置施钻, 周边孔让老施钻工操作。清孔处理: 装药前, 必须用由钢筋弯制的炮钩和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净。装药: 装药需分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行, 雷管要“对号入座”。所有装药的炮眼均堵塞炮泥, 周边眼的堵塞长度不小于20 cm, 确保连线无漏连现象。光面爆破孔采用∮25 的药卷连续装药, 或用∮32 的药卷间隔装药, 力争达到周边眼炮痕保留率达到 90% 以上。联结起爆网路及方式:起爆网路为复式网路。全断面周边眼采用光面爆破, 以控制超欠挖; 对于软弱围岩则周边炮眼采用预裂爆破的方式, 以减少爆破对围岩的扰动。
3隧道开挖关键技术
在本隧道工程开挖施工过程中严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”18 字方针, 分层分步开挖, 各层台阶长度 3~ 5 m。预支护、预加固一段, 开挖一段; 开挖一段, 支护一段; 支护一段, 封闭成环一段, 严格控制各工序循环时间。
开挖严格控制超挖、减少超挖, 保持土体的原状结构, 减少对周边土体的扰动。开挖过程中, 加强观察附近已有建筑或构筑物、道路、管线, 及监控量测工作, 注意观察有无下沉和变形, 以便发现施工安全隐患, 并通过监测反馈及时调整开挖程序, 及时采取防护措施。施工中经常检查初支情况, 如发现初支有松动、开裂等情况, 应及时加固。测量组应定期对平面控制桩、水准点、隧道中线、水平标高等复测检查。在洞身开挖过程中, 为保证洞内工作人员施工安全, 承包人应按图纸要求或工程师的指示设置逃生管, 逃生管管壁厚不小于10 mm,管径大于600 mm, 管長 150~ 200 m。
5 结语
我国是一个多山的国家, 在山区修建高速公路必然产生大量的隧道工程。目前, 仍然没有十分完善的地下结构理论来指导隧道工程的设计和施工, 有时候仍然避免不了工程事故的发生。因此, 应该根据不同的地质条件, 采用相应的施工技术, 确保隧道的施工安全和使用安全。
参考文献:
[1]陈亮.隧道洞身开挖施工方法比选[J] .商品与质量, 2009( S1) : 31- 33.
[2]孙生波.浅谈隧道软弱围岩施工[J] .科技情报开发与经济, 2011(20) 11.15.
[3]袁钰.不同围岩级别下浅埋偏压大跨度隧道的开挖方法[J].中国新技术新产品.2010(09)
关键词: 围岩级别; 隧道开挖; 开挖技术; 隧道洞口
Abstract: Combined with the construction practice of a tunnel project, aiming at the entrance tunnel and tunnel excavation construction, excavation methods of different classes of surrounding rock tunnel, for reference of similar projects.
Keywords: rock, tunnel excavation, excavation, tunnel portal
中图分类号：U45
一 项目概况
滕州隧道位于山东省枣庄市木石镇大峪庙村西的蟠龙山,为低山丘陵区。进口地势稍陡，出口地势较平缓,进出口均有20万千伏安的高压输电线路。隧道全长1504m，为一曲线隧道，曲线半径8000m，其中明洞30m，Ⅴ级围岩14m，Ⅳ级围岩333m，Ⅲ级围岩155m，Ⅱ级围岩972m。隧道进口～DK601+250为12‰的上坡，DK601+250～出口为12‰的下坡，DK600+830～DK601+670段设置R=35000的竖曲线。山顶附近植物茂盛，出口地势较缓，基岩出露，植物稀少。山梁两侧都有采石场，大部基岩裸露。隧道最大埋深为130m。隧道通过地层为厚层鲕状灰岩及中厚层灰岩、薄层状条带灰岩夹薄层鲕状灰岩及竹叶状灰岩，局部分布残坡积（碎石土）。不良地质主要是岩溶和断层。
隧道内轮廓均设计采用单洞双线断面，开挖断面约140～170m²。设计速度：350km/h，线间距：5.0m，最小曲线半径：7000m，最大设计坡度：20‰。主要工程数量：洞身石方开挖23万m3，喷射砼0.8万m3，洞身二衬砼2.5万m3，填充及底板砼1.4万m3，注浆0.5万m3，钢筋600T，锚杆6.7万m，管棚及小导管6.6万m。
二、工程标准化控制与检测
1 二衬质量控制标准化
二衬是隧道行车安全的最后一道屏障，二衬质量关系着整个隧道的质量，二衬质量控制按以下程序进行：测量班用断面仪对初期支护后断面净空进行检查，对侵入二衬的部分预先用风镐进行处理，保证二衬厚度。防水板、土工布用专用台车进行施工，超前布置，不延误二衬钢筋施工，并按要求进行检查，只有符合要求后才允许进行二衬钢筋安装和台车就位。钢筋安装采用模具进行施工，保证钢筋间距。台车就位后通过窗口对厚度再次进行检查，确保厚度符合要求。混凝土施工时严格对称施工，以防止台车偏压造成事故。混凝土浇筑采用分层次施工、振捣，技术员跟踪作业，保证不漏振、多振，出现混凝土浇筑质量问题。
2 钢筋加工模具化
钢筋加工包括钢筋网加工，格栅加工，二衬钢筋加工等，均采用模具化施工。
格栅拱架及钢筋网片加工模具
钢筋网片加工效果
3 加强围岩收敛量测
收敛量测是掌握围岩变形情况的手段，首先按设计文件和规范要求布设收敛观测点位；其次保证首次量测的及时性，以尽快掌握围岩变形速率；第三按规定的频次对观测点进行量测；第四量测完后及时进行数据回归分析，以达到监控洞内支护安全状态，指导二衬及时施工的目的。
4 坚持雷达自检空腔、溶洞
我们就针对隧道常见安全隐患----超挖回填质量，在开工初始做出规划，拿出10万元专项资金请第三方进行两次（初期支护后背和二衬后背）雷达检测，再加上由于本隧道局部地段位于岩溶处，溶洞、溶隙、溶槽的处理质量对隧道后期的运营安全影响很大，所以对岩溶处理后进行雷达检测，确保岩溶空腔回填密实无空洞，也是减少和消除安全隐患的有效手段。监理对检测处理全过程进行旁站跟踪监控。
三、施工技术
1 洞口开挖技术
1. 1 洞口大管棚施工
大管棚施工采用土星系列液压双动力头多功能钻机。大管棚施工的准备工作, 主要包括钻机保养和试运转、测量放样布孔位和孔位插钎标记, 以及铺设钻机行走轨等。施作大管棚注浆增加顶拱土体稳定性, 大管棚采用∮108 热轧无缝钢管制成, 花管部分间隔15 cm钻∮6~ 8 mm的孔眼, 交叉布置, 外插角 1b~ 3b。
1. 2 注浆材料
管棚注浆材料采用单液浆, 注浆材料使用 P. O 42. 5 的普通硅酸盐水泥浆液, 水灰比 1B1。先将所需的水倒入搅拌桶,再将水泥按照配比倒入搅拌桶, 进行机械搅拌, 搅拌均匀后,
备用, 水泥浆液随拌随用。
1. 3 注浆参数
采取管棚注浆时, 要注浆终压控制在 0. 5~ 0. 8MPa; 浆注扩散半径( R) 为0. 5 m; 注浆速度定为每分钟不大于100 L。经过对注浆量进行估算, 每个管棚注浆量为 60~ 300 L; 如顶拱遇粉砂层注浆量为 300~ 600 L。注浆结束标准采取注浆量与注浆压力双控注浆, 每根管棚注入规定浆液, 压力达到0. 8 MPa,即可结束注浆。如压力长时间不上升, 流量不减少, 可能为跑浆现象, 采用间歇注浆。
1. 4 注浆
对本工程的管棚注浆采用由下向上隔孔注浆液, 采用FBY- 50/70 注浆机进行注浆, 试运行机器正常后即开始注浆。当注浆量达到设计要求时停止注浆。
1. 5 注浆技术要求
管棚下管结束后, 用吹管吹出, 以免堵塞。配制好的浆液, 经过过滤后方可进入泵体, 以防杂物堵塞管路或泵体。注浆结束后, 对注浆泵管路进行清洗, 以保证下次注浆的顺利进行。
1. 6 注浆施工安全注意事项
注浆过程中, 如发现注浆压力持续上升, 超过0. 8MPa时,应停机检查原因。严禁压力未下降至 0 时拆卸空气室、压力表、输浆管道、卸浆阀等。闲杂人员不得进入作业面, 以免高压浆喷出或小导管冲出伤人。注浆过程中, 不得无故停电, 如需停电, 必须事先通知注浆班。
2 洞身开挖技术
洞口加强段和浅埋偏压 V 级围岩采用 CD 法开挖; IV 级围岩段采用上下台阶法施工, II、III 级围岩段采用全断面法施工, 开挖施工过程中按要求设置救生管, 以备发生塌方事故时救生之用。
2. 1 V 级围岩偏压段的开挖
隧道V 级围岩洞身岩体风化、破碎, 设计采用中壁法开挖。具体施工步骤见图 1 所示。
为了减少施工对围岩的扰动, 1、5 部开挖根据围岩情况采用人工风镐, 3、7部采用小型单臂挖掘机开挖, 周边人工风镐配合, 个别地段或部位岩质较硬部分采用微振光面爆破。上部碴土翻至下部, 再用小型挖机装碴15 t自卸汽车运输至洞口外弃碴场。每循环进尺控制在0. 5 m左右。开挖时, 沿一侧自上而下分为两部进行, 每开挖一步均及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁, 底部设临时仰拱, 中隔壁依次分步联结而成, 之后再开挖中隔壁的另一侧, 其分步次数及支护形式與先开挖的一侧相同; 各部开挖时, 周边轮廓尽量圆顺, 减少应力集中; 中隔壁在灌注二次衬砌时, 逐段拆除。
注: 1、开挖侧壁导坑左上半断面。2、初期支护; 3、开挖侧壁导坑左下半部分。4、左侧壁导坑下半断面初期支护。5、开挖右侧导洞上半断面。6、右侧导洞上半断面初期支护。7、开挖剩余部分。8、剩余部分初期支护。9、拆除侧壁临时支护。10、灌注仰拱混凝土。11、铺设环向盲管及防水板, 整体灌注二衬砼。
2. 2Ⅳ级围岩开挖
Ⅳ级围岩半断面正台阶法开挖, 台阶长度控制在5 m。对该围岩级别的开挖施工顺序如下: ①上半台阶毛洞开挖; ②上半台阶初期支护; ③下半台阶毛洞开挖;④下半台阶初期支护; ⑤整体灌注二衬砼。
2. 3 施工关键控制点
合理组织上、下台阶和边墙及仰拱( 部分) 二次衬砌在时间、空间上的关系, 快速封闭成环; 开挖前施作超前支护和临时支护措施; 下台阶开挖后, 及时进行仰拱封闭。
2. 4Ⅱ、Ⅲ级围岩开挖方法
本标段Ⅱ、Ⅲ级围岩段采用全断面法开挖, 爆破设计按“直眼掏槽0”设计, 周边按“光面爆破”设计, 爆破后不得有欠挖, 平均线性超挖小于15 cm。
2. 5 光面爆破设计及说明
全断面法爆破掘进时, 采用凿岩台车配 VT28 型风钻进行全断面钻眼; 炸药选用二号岩石硝铵炸药或乳化油炸药, 非电导爆管微差引爆网络。
钻眼前, 用红铅油准确绘出开挖面的中线和轮廓线, 标出炮眼位置。定位开眼: 周边眼钻眼按 2% ~ 5% 或 2~ 5 cmPm的斜率外插。严格按画出的炮孔位置施钻, 周边孔让老施钻工操作。清孔处理: 装药前, 必须用由钢筋弯制的炮钩和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净。装药: 装药需分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行, 雷管要“对号入座”。所有装药的炮眼均堵塞炮泥, 周边眼的堵塞长度不小于20 cm, 确保连线无漏连现象。光面爆破孔采用∮25 的药卷连续装药, 或用∮32 的药卷间隔装药, 力争达到周边眼炮痕保留率达到 90% 以上。联结起爆网路及方式:起爆网路为复式网路。全断面周边眼采用光面爆破, 以控制超欠挖; 对于软弱围岩则周边炮眼采用预裂爆破的方式, 以减少爆破对围岩的扰动。
3隧道开挖关键技术
在本隧道工程开挖施工过程中严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”18 字方针, 分层分步开挖, 各层台阶长度 3~ 5 m。预支护、预加固一段, 开挖一段; 开挖一段, 支护一段; 支护一段, 封闭成环一段, 严格控制各工序循环时间。
开挖严格控制超挖、减少超挖, 保持土体的原状结构, 减少对周边土体的扰动。开挖过程中, 加强观察附近已有建筑或构筑物、道路、管线, 及监控量测工作, 注意观察有无下沉和变形, 以便发现施工安全隐患, 并通过监测反馈及时调整开挖程序, 及时采取防护措施。施工中经常检查初支情况, 如发现初支有松动、开裂等情况, 应及时加固。测量组应定期对平面控制桩、水准点、隧道中线、水平标高等复测检查。在洞身开挖过程中, 为保证洞内工作人员施工安全, 承包人应按图纸要求或工程师的指示设置逃生管, 逃生管管壁厚不小于10 mm,管径大于600 mm, 管長 150~ 200 m。
5 结语
我国是一个多山的国家, 在山区修建高速公路必然产生大量的隧道工程。目前, 仍然没有十分完善的地下结构理论来指导隧道工程的设计和施工, 有时候仍然避免不了工程事故的发生。因此, 应该根据不同的地质条件, 采用相应的施工技术, 确保隧道的施工安全和使用安全。
参考文献:
[1]陈亮.隧道洞身开挖施工方法比选[J] .商品与质量, 2009( S1) : 31- 33.
[2]孙生波.浅谈隧道软弱围岩施工[J] .科技情报开发与经济, 2011(20) 11.15.
[3]袁钰.不同围岩级别下浅埋偏压大跨度隧道的开挖方法[J].中国新技术新产品.2010(09)