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摘要:本文结合某铁路客运专线隧道过程,简要介绍了光面爆破和湿喷合成纤维混凝土在隧道施工中的应用,二者的紧密联系、有机结合。围岩开挖后及时封闭暴露岩面,使之岩体表面整体受力,提高围岩自身承载能力,且与围岩共同形成一个支护体系,抑制围岩变形。充分体现了“新奥法”施工的原则,让我们认识和再次了解在地质条件复杂隧道的开挖和支护过程。
关键词:大断面隧道光面爆破装药结构喷锚支护
Abstract: Combined with a high-speed passenger railway tunnel process, this paper briefly introduces the smooth blasting and wet spray synthetic fiber concrete in tunnel construction, the application of both closely, organic union. After excavation of surrounding rock in time exposure closed off, make whole surface rock stress and improve their carrying capacity of surrounding rock, and surrounding rock and jointly form a support system, restrain wall rock deformation. Fully embodies the "new arcane" construction principle, let us know and understand again in complex geological conditions of tunnel excavation and supporting process.
Key Words: large cross-section tunnel smooth blasting charge structure lock bolt support worth shotcrete
中图分类号:U415.6 文献标识码:A 文章编号:
1 工程简况
1.1 地质构造
某铁路客运专线隧道全长4004m,为单洞双线隧道,轨顶面以上有效净空面积为100平米,开挖掘进断面约150平米。隧道通过区域地质岩体处于东向西构造体系,受南北向挤压,褶皱较发育有背斜、断层。背斜:位于测区中部,轴部走向与线路近平行于右侧90米外通过,大致呈N77oW。核心部岩性为震旦系下统马家河组(Z1M)辉石安山岩夹砂页岩,节理发育。NE翼产状为N60O~80OW/44O~75ONE、SW翼产状为N70O~85OE/40O~43OSE。背斜轴部距线路较近,岩体较破碎,对施工影响较大。断层:位于测区北部,断层走向大致并行线路呈N70O~80OW,断层破碎带宽10~70米,为断层角砾夹透镜体,透镜体最大达20米,石质以安山岩质为主,夹有石英岩质,地质情况复杂,受区域地质构造的影响,岩体节理裂隙发育,涌水量大,节理多呈“米”字型发育,主要有四个方向E-W、S-N、N70OW、N70OE,倾角多近于垂直,部分段内岩体破碎成块石、碎石结构。
1.2 施工原则
充分利用围岩的自稳能力,采用控制爆破作为开挖手段,尽量减少对围岩的扰动,使围岩成为支护体系的组成部分。将锚杆和喷射混凝土结合在一起作为主要支护手段,对开挖裸露的岩体及时进行支护,以便控制围岩的变形与松弛,形成以锚杆、喷射混凝土和围岩于三位一体的承载结构体系,共同承载山体压力,使施工处于安全受控状态,其施工过程控制的原则是:
1.2.1施组方案要充分体现“新奥法”原理并贯穿于施工;
1.2.2依靠信息反馈,实施动态管理,形成流水作业,控制好流水节拍,防止工序失衡;
1.2.3突出超前地质预测预报并纳入施工工序;
1.2.4施工中坚持“管超前、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤量测”的原则;
1.2.5充分利用和提高围岩的自承能力,并通过初期支护结构达到稳定围岩的目的;
1.2.6突出科技创新。
1.3施工机具配置
2光面爆破
光面爆破是周边爆破眼同时起爆,产生应力波的叠加,给围岩造成切向拉力,其中爆破时拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点。光面爆破是一种控制开挖轮廓线的爆破方法,它是在开挖面的预定爆破线上布置一定数量的周边炮眼,选择合理的间距与抵抗线,采用弱性装药结构(即炸药不充满炮眼孔,而且与眼孔之间留有一定空隙),最后同时起爆, 各炮眼的冲击波向其四周作径向传播,相邻炮眼的冲击相遇,使相邻两炮眼靠爆破冲击波的合力产生轮廓裂缝。而炮眼孔壁上的炸药压力,因采用弱性装药, 当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时,岩体便被拉裂,在炮眼中心连线上形成裂缝,随后,爆炸气体的瞬间膨胀使裂缝进一步扩展,形成平整的爆裂面。因此,使围岩最大限度地少受扰动和破坏,保持了围岩的稳定,提高施工的安全系数,同时使开挖轮廓圆顺平整,减少超欠挖,衬砌时也减少混凝土的回填量。控制光面爆破效果的主要因素有周边眼的不耦合系数、周边眼间距、最小抵抗线、周边眼装药量以及掏槽眼的布置方法。结合本工程地质情况及开挖断面,对本隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩进行如下光面爆破设计。
2.1 爆破相关参数设计
炮眼直径dk=4.2cm,炮眼深度L=300cm,岩石抗破坏屈服系数kp=0.51,炸药的密度ρ0=932kg/m3,岩石抗剪强度τ=3.12MPa,抗拉强度σe=5.31MPa,抗压强度
σc=70.0MPa。
2.1.1 确定周边眼的不耦合系数D ,计算周边眼所装的药卷直径di(cm)
D=0.605 ×(699.7/σc ) 0.8299 + 0.395 = 2.1
di = dk/D = 2 cm
2.1.2 确定周边眼间距E ( cm) 和最小抵抗线W(cm),
E = 54.2976 kpdi = 55 cm
W=1.2E=66cm
2.1.3确定周边眼装填系数β和周边眼装药量Qk(g)
β=(EWτ+σe EL)/(σcdk +σe E) L= 0.56
Qk = 0.25πdi 2βLρ0 = 492 g
2.1.4 掏槽眼的布置方法
由于隧道断面大便于多台钻机同时钻眼,为提高爆破效率,给辅助炮增创更有利的临空面,光面爆破的掏槽眼设计为楔形掏槽法掏槽, 掏槽面积20.7㎡,掏槽体积49.7m3。Ⅱ级围岩掏槽眼、炮眼布置见图5。
(1)掏槽眼:掏槽眼直径4.2cm,掏槽眼深度3m,掏槽倾角30o,掏槽眼净深2.5m,掏槽眼装药参数见表2,掏槽眼布置见图2,掏槽眼装药结构见图3
(2)周边眼:为提高光面爆破效果,參考设计周边眼间距按45㎝沿隧道开挖轮廓线环向布置,孔深2.5m,采用导爆索引爆,周边眼光爆参数见表3,周边眼采用20mm 小直径药卷间隔装药,起爆方式采用非电毫秒雷管有序起爆,每循环进尺2.4m。周边眼装药结构见图4,光面爆破药量分配见表4,光面爆破主要技术经济指标见表5。
2.2光面爆破施工工序及过程控制
施工程序:准备工作→测量→布孔→钻孔→装药→爆破→排烟、通风→查炮→出渣→喷锚支护→下一循环。
2.2.1 布孔
依据施工方案所定的孔眼数和间距等,采用全站议在掌子面定出隧道中线和高程,画出十字线和周边眼轮廓线,然后定出掏槽眼、辅助眼内圈眼及底板眼位置,并用红油漆做出标记。
2.2.2 钻孔
采用多功能钻孔台车、气腿式风动凿岩机钻孔,钻孔直径为Φ42mm。硬岩、中硬岩周边眼沿径向外斜2°,底板眼竖向下斜5°,掏槽眼沿径向内斜30°,内排竖向辅助眼沿径向内斜13°。软弱围岩周边眼沿径向外斜2°,其余均与掌子面垂直。开眼误差控制在3~5cm之内。
2.2.3清孔
采用内径Φ20mm的L形空心管通高压风,吹出孔内的残留物。钻完的炮眼要及时清孔。
2.2.4装药
(1)上半断面周边控制孔采用不耦合法,空气间隔装药,间隔长度为药柱的20%~35%左右,孔中药卷长200mm,直径20mm,间距300~600mm,沿孔深间断绑在细线、导火索或导爆索上。
(2)底部药量为上部的2~3倍,放置在紧靠开挖区的孔壁一边,全部药卷套用塑料定位器,使药卷与孔壁有径向空隙,用以减弱爆破振动和冲击波,炮孔顶部要用炮泥堵塞。
(3)周边孔药量控制在0.4kg/m3内,超装量控制在5%内;其余普通孔和下半断面平均装药量控制在0.8~1.0kg/m3内。
2.2.5爆破
(1)爆破采用毫秒微差分段爆破(减轻拱顶围岩破坏),上半断面与下半断面主炮孔同时起爆,然后上半断面周边炮孔同时起爆,使两孔之间的岩面处于受拉状态而被劈裂。起爆网络图见图6
微差时间按下面经验公式选取:
t=3~6(W)一般取值20~50ms,式中:
t ——最佳微差间隔时间(ms);
W——最小抵抗线(m);
3~6 ——由岩石特性决定,刚性大的岩石取小值。
微差间隔时间一段应等于岩石震动周期的一半,这里取30ms。
(2)爆破由专人负责指挥,设警戒范围、定起爆时间、设标志号并进行清场。
2.2.6通风和照明要求
在洞口放置鼓风机,管径为100cm,要保证充分通风(>20min),待炮烟吹散后才允许进入工作面;洞内掌子面照明采用36V安全电压,设置足够数量的灯泡保证照明充足。
2.2.7查炮
查炮要待炮烟吹散后才允许进入,查炮时照明要充足,同时要查看拱顶安全情况,查炮要用手电筒时必须使用绝缘防爆手电筒。
2.2.8效果检查
每循环有效进尺为2.4m,炮眼留痕率:拱部>90%,边墙>80%,圆曲度约控制在85%,超挖控制在10cm以内。
光面爆破实施中发现或怀疑有瞎炮时,进行警戒,禁止硬拉或直接掏出起爆药包,该工程使用硝铵炸药可采用灌水法处理,也可采用殉爆和重新起爆的方式处理瞎炮,但要由有丰富经验的炮工根据现场实际情况采用上述方式处理。
3喷锚支护
锚喷支护,不仅作为临时支护,而且是提高围岩自身承载能力的重要环节,它与围岩共同形成一个支护体系,是新奥法设计、施工、支护结构中的重要组成部分.这就要求锚喷支护施工必须满足及时性、密贴性和具有一定的柔韧性,工艺的灵活性及喷层质量的可靠性. 并不只是单纯的喷锚支护施工技术,而是多种工序的紧密配合,通过初期支护结构的目的是达到围岩稳定。
3.1喷锚支护施工工序及过程控制
3.1.1锚杆施工
隧道拱部采用采用Ф25mm中空锚管,拱墙采用Ф22mm砂浆系统锚杆。锚杆预先在洞外钢构件场按设计要求加工制作,锚杆砂浆设计强度M20。砂浆锚杆施工工艺流程为:钻孔→清孔→注浆→插入杆体→安装锚杆垫板。施工采用风动凿岩机,按设计要求钻孔,达到标准后,用高压风清除孔内岩屑;用注浆泵将水泥砂浆注入孔内,砂浆填充锚杆孔体积的2/3后停止注浆;及时将加工好的杆体插入孔内,安装锚杆垫板。施工时应注意:锚杆钻孔位置及孔深必须准确;锚杆体插入孔内不小于设计长度的95%。
3.1.2喷射混凝土施工
喷射混凝土采用洞外自动计量拌合站拌合,作业分初喷和复喷两次进行。初喷在开挖完成后立即进行,以尽早封闭暴露的开挖面,防止围岩表层松动物或风化物剥落。复喷混凝土在系统锚杆、钢筋网施作后进行,尽快闭合支护整体受力,抑制围岩变形。
3.1.3施工工艺
喷射混凝土前,对受喷岩面进行处理后再喷射混凝土。喷射作业应连续进行,并做好以下各项准备工作:一般岩面用高压风或水冲洗受喷面上的浮尘、岩屑,当岩面遇水容易潮解、泥化时,采用高压风吹净岩面。采用埋设钢筋头做标志控制喷射混凝土的厚度。
对有水或潮湿的岩面喷射前按不同情况进行处理:小股水或裂隙渗漏水采用岩面注浆或导管引排后再喷射混凝土。大面积潮湿的岩面采用粘结性强的混凝土,如添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性能。
3.1.4质量控制
(1)喷射混凝土必须满足设计的强度、厚度及其与岩面粘结力要求。喷射作业分段分片依次进行,喷射顺序自下而上,分段长度不大于6m。喷射砼风压控制在0.45~0.7 MPa之间。分层喷射时,后一层喷射在前一层混凝土终凝后进行,若终凝1h后再进行喷射时,先用风水清洗喷层表面。喷射混凝土的一次喷射厚度:拱部为60~100mm,侧壁为80~150mm。初喷混凝土在开挖后及时进行,复喷应根据掌子面的地质情况分层、分时段进行喷射作业,以确保喷射混凝土的支护能力和喷层的设计厚度,喷射混凝土终凝后3h内不得进行爆破作业,因此施工工艺流程必须合理安排重点考虑。
(2)通过量测手段,对开挖的隧道围岩与支护的现场进行动态监测,及时反馈围岩初期支护复合体的力学动态及其变化状况,为二次衬砌提供合理的支护时机。它集中体现在支护结构种类、支护结构的构筑时机、岩体压力、围岩变形与稳定的趋势,通过监控量测及时反馈的信息来判断围岩的稳定及支护的安全与施工。
(3)为使围岩与初期支护形成稳定的支撑结构,喷锚支护的设计和施工过程应遵循以下原则:
①根据不同的地质构造,考虑岩体的力学特性;
②按照不同的类型的围岩级别采用适宜的支护结构;
③对于破碎、断层、软弱岩层出现,可采用“先支护后上报”的方式,争取时间制定措施方案,加强或构筑一个闭合的支护结构;
④发挥超前地质预测预报作用,判断或监控不良地质变化情况,为选择最适宜的支护结构做好准备;
⑤对施工过程进行监控量测,为施工安全、支护措施、参数提供依据。
4结束语
显然“新奥法”不同于传统隧道施工过程中应用厚壁混凝土结构支护松动围岩的理论,从围岩产生变形到岩体破坏要有一个时间效应,适时的喷锚支护结构与围岩紧贴的保护结构构,共同形成安全、稳定的承载环结构。因此其基本要求可归纳如下:
4.1 岩石隧道开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破,并尽量采用大断面或较大面开挖,以减少对围岩的扰动;
4.2 隧道开挖后,尽量利用围岩的自承能力,充分发挥围岩作用;
4.3 根据围岩特征采用不同的支护类型和参数,及时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆初期支护,以控制围岩的变形及松弛;
4.4 在软弱破碎围岩地段,使断面及早闭合,以有效的发挥支护体系的作用,体现隧道稳定。
4.5 二衬原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下浇筑,围岩与支护结构形成一个整体,因而提高了支护体质的安全度;
4.6 尽量使隧道断面、周边轮廓圆顺,避免棱角突出;
4.7 通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测,合理安排施工工序,设计变更及日常的施工管理。
该隧道采取光面爆破法施工与湿喷合成纤维混凝土密切结合的措施,在地质预报、监控量测信息的指导下,做到了施工安全有保障,开挖施工进度快,超欠挖控制好,爆破单位耗药量小、开挖支护质量达到设计及施工技术规范要求。为客运专线大断面隧道施工积累了宝贵的经验。
参考文献:
1、铁道部第二工程局主编 铁路工程技术手册(隧道).中国铁道出版社.1995
2、王梦恕主编 工程机械施工手册(隧道机械施工).中国铁道出版社.1992
3、鐵路隧道光面爆破技术规则.中国铁道出版社.1982
4、潘昌实.隧道力学数值方法.中国铁道出版社.1997
5、《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204—2008)
6、某铁路客运专线隧道施工组织设计
注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:大断面隧道光面爆破装药结构喷锚支护
Abstract: Combined with a high-speed passenger railway tunnel process, this paper briefly introduces the smooth blasting and wet spray synthetic fiber concrete in tunnel construction, the application of both closely, organic union. After excavation of surrounding rock in time exposure closed off, make whole surface rock stress and improve their carrying capacity of surrounding rock, and surrounding rock and jointly form a support system, restrain wall rock deformation. Fully embodies the "new arcane" construction principle, let us know and understand again in complex geological conditions of tunnel excavation and supporting process.
Key Words: large cross-section tunnel smooth blasting charge structure lock bolt support worth shotcrete
中图分类号:U415.6 文献标识码:A 文章编号:
1 工程简况
1.1 地质构造
某铁路客运专线隧道全长4004m,为单洞双线隧道,轨顶面以上有效净空面积为100平米,开挖掘进断面约150平米。隧道通过区域地质岩体处于东向西构造体系,受南北向挤压,褶皱较发育有背斜、断层。背斜:位于测区中部,轴部走向与线路近平行于右侧90米外通过,大致呈N77oW。核心部岩性为震旦系下统马家河组(Z1M)辉石安山岩夹砂页岩,节理发育。NE翼产状为N60O~80OW/44O~75ONE、SW翼产状为N70O~85OE/40O~43OSE。背斜轴部距线路较近,岩体较破碎,对施工影响较大。断层:位于测区北部,断层走向大致并行线路呈N70O~80OW,断层破碎带宽10~70米,为断层角砾夹透镜体,透镜体最大达20米,石质以安山岩质为主,夹有石英岩质,地质情况复杂,受区域地质构造的影响,岩体节理裂隙发育,涌水量大,节理多呈“米”字型发育,主要有四个方向E-W、S-N、N70OW、N70OE,倾角多近于垂直,部分段内岩体破碎成块石、碎石结构。
1.2 施工原则
充分利用围岩的自稳能力,采用控制爆破作为开挖手段,尽量减少对围岩的扰动,使围岩成为支护体系的组成部分。将锚杆和喷射混凝土结合在一起作为主要支护手段,对开挖裸露的岩体及时进行支护,以便控制围岩的变形与松弛,形成以锚杆、喷射混凝土和围岩于三位一体的承载结构体系,共同承载山体压力,使施工处于安全受控状态,其施工过程控制的原则是:
1.2.1施组方案要充分体现“新奥法”原理并贯穿于施工;
1.2.2依靠信息反馈,实施动态管理,形成流水作业,控制好流水节拍,防止工序失衡;
1.2.3突出超前地质预测预报并纳入施工工序;
1.2.4施工中坚持“管超前、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤量测”的原则;
1.2.5充分利用和提高围岩的自承能力,并通过初期支护结构达到稳定围岩的目的;
1.2.6突出科技创新。
1.3施工机具配置
2光面爆破
光面爆破是周边爆破眼同时起爆,产生应力波的叠加,给围岩造成切向拉力,其中爆破时拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点。光面爆破是一种控制开挖轮廓线的爆破方法,它是在开挖面的预定爆破线上布置一定数量的周边炮眼,选择合理的间距与抵抗线,采用弱性装药结构(即炸药不充满炮眼孔,而且与眼孔之间留有一定空隙),最后同时起爆, 各炮眼的冲击波向其四周作径向传播,相邻炮眼的冲击相遇,使相邻两炮眼靠爆破冲击波的合力产生轮廓裂缝。而炮眼孔壁上的炸药压力,因采用弱性装药, 当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时,岩体便被拉裂,在炮眼中心连线上形成裂缝,随后,爆炸气体的瞬间膨胀使裂缝进一步扩展,形成平整的爆裂面。因此,使围岩最大限度地少受扰动和破坏,保持了围岩的稳定,提高施工的安全系数,同时使开挖轮廓圆顺平整,减少超欠挖,衬砌时也减少混凝土的回填量。控制光面爆破效果的主要因素有周边眼的不耦合系数、周边眼间距、最小抵抗线、周边眼装药量以及掏槽眼的布置方法。结合本工程地质情况及开挖断面,对本隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩进行如下光面爆破设计。
2.1 爆破相关参数设计
炮眼直径dk=4.2cm,炮眼深度L=300cm,岩石抗破坏屈服系数kp=0.51,炸药的密度ρ0=932kg/m3,岩石抗剪强度τ=3.12MPa,抗拉强度σe=5.31MPa,抗压强度
σc=70.0MPa。
2.1.1 确定周边眼的不耦合系数D ,计算周边眼所装的药卷直径di(cm)
D=0.605 ×(699.7/σc ) 0.8299 + 0.395 = 2.1
di = dk/D = 2 cm
2.1.2 确定周边眼间距E ( cm) 和最小抵抗线W(cm),
E = 54.2976 kpdi = 55 cm
W=1.2E=66cm
2.1.3确定周边眼装填系数β和周边眼装药量Qk(g)
β=(EWτ+σe EL)/(σcdk +σe E) L= 0.56
Qk = 0.25πdi 2βLρ0 = 492 g
2.1.4 掏槽眼的布置方法
由于隧道断面大便于多台钻机同时钻眼,为提高爆破效率,给辅助炮增创更有利的临空面,光面爆破的掏槽眼设计为楔形掏槽法掏槽, 掏槽面积20.7㎡,掏槽体积49.7m3。Ⅱ级围岩掏槽眼、炮眼布置见图5。
(1)掏槽眼:掏槽眼直径4.2cm,掏槽眼深度3m,掏槽倾角30o,掏槽眼净深2.5m,掏槽眼装药参数见表2,掏槽眼布置见图2,掏槽眼装药结构见图3
(2)周边眼:为提高光面爆破效果,參考设计周边眼间距按45㎝沿隧道开挖轮廓线环向布置,孔深2.5m,采用导爆索引爆,周边眼光爆参数见表3,周边眼采用20mm 小直径药卷间隔装药,起爆方式采用非电毫秒雷管有序起爆,每循环进尺2.4m。周边眼装药结构见图4,光面爆破药量分配见表4,光面爆破主要技术经济指标见表5。
2.2光面爆破施工工序及过程控制
施工程序:准备工作→测量→布孔→钻孔→装药→爆破→排烟、通风→查炮→出渣→喷锚支护→下一循环。
2.2.1 布孔
依据施工方案所定的孔眼数和间距等,采用全站议在掌子面定出隧道中线和高程,画出十字线和周边眼轮廓线,然后定出掏槽眼、辅助眼内圈眼及底板眼位置,并用红油漆做出标记。
2.2.2 钻孔
采用多功能钻孔台车、气腿式风动凿岩机钻孔,钻孔直径为Φ42mm。硬岩、中硬岩周边眼沿径向外斜2°,底板眼竖向下斜5°,掏槽眼沿径向内斜30°,内排竖向辅助眼沿径向内斜13°。软弱围岩周边眼沿径向外斜2°,其余均与掌子面垂直。开眼误差控制在3~5cm之内。
2.2.3清孔
采用内径Φ20mm的L形空心管通高压风,吹出孔内的残留物。钻完的炮眼要及时清孔。
2.2.4装药
(1)上半断面周边控制孔采用不耦合法,空气间隔装药,间隔长度为药柱的20%~35%左右,孔中药卷长200mm,直径20mm,间距300~600mm,沿孔深间断绑在细线、导火索或导爆索上。
(2)底部药量为上部的2~3倍,放置在紧靠开挖区的孔壁一边,全部药卷套用塑料定位器,使药卷与孔壁有径向空隙,用以减弱爆破振动和冲击波,炮孔顶部要用炮泥堵塞。
(3)周边孔药量控制在0.4kg/m3内,超装量控制在5%内;其余普通孔和下半断面平均装药量控制在0.8~1.0kg/m3内。
2.2.5爆破
(1)爆破采用毫秒微差分段爆破(减轻拱顶围岩破坏),上半断面与下半断面主炮孔同时起爆,然后上半断面周边炮孔同时起爆,使两孔之间的岩面处于受拉状态而被劈裂。起爆网络图见图6
微差时间按下面经验公式选取:
t=3~6(W)一般取值20~50ms,式中:
t ——最佳微差间隔时间(ms);
W——最小抵抗线(m);
3~6 ——由岩石特性决定,刚性大的岩石取小值。
微差间隔时间一段应等于岩石震动周期的一半,这里取30ms。
(2)爆破由专人负责指挥,设警戒范围、定起爆时间、设标志号并进行清场。
2.2.6通风和照明要求
在洞口放置鼓风机,管径为100cm,要保证充分通风(>20min),待炮烟吹散后才允许进入工作面;洞内掌子面照明采用36V安全电压,设置足够数量的灯泡保证照明充足。
2.2.7查炮
查炮要待炮烟吹散后才允许进入,查炮时照明要充足,同时要查看拱顶安全情况,查炮要用手电筒时必须使用绝缘防爆手电筒。
2.2.8效果检查
每循环有效进尺为2.4m,炮眼留痕率:拱部>90%,边墙>80%,圆曲度约控制在85%,超挖控制在10cm以内。
光面爆破实施中发现或怀疑有瞎炮时,进行警戒,禁止硬拉或直接掏出起爆药包,该工程使用硝铵炸药可采用灌水法处理,也可采用殉爆和重新起爆的方式处理瞎炮,但要由有丰富经验的炮工根据现场实际情况采用上述方式处理。
3喷锚支护
锚喷支护,不仅作为临时支护,而且是提高围岩自身承载能力的重要环节,它与围岩共同形成一个支护体系,是新奥法设计、施工、支护结构中的重要组成部分.这就要求锚喷支护施工必须满足及时性、密贴性和具有一定的柔韧性,工艺的灵活性及喷层质量的可靠性. 并不只是单纯的喷锚支护施工技术,而是多种工序的紧密配合,通过初期支护结构的目的是达到围岩稳定。
3.1喷锚支护施工工序及过程控制
3.1.1锚杆施工
隧道拱部采用采用Ф25mm中空锚管,拱墙采用Ф22mm砂浆系统锚杆。锚杆预先在洞外钢构件场按设计要求加工制作,锚杆砂浆设计强度M20。砂浆锚杆施工工艺流程为:钻孔→清孔→注浆→插入杆体→安装锚杆垫板。施工采用风动凿岩机,按设计要求钻孔,达到标准后,用高压风清除孔内岩屑;用注浆泵将水泥砂浆注入孔内,砂浆填充锚杆孔体积的2/3后停止注浆;及时将加工好的杆体插入孔内,安装锚杆垫板。施工时应注意:锚杆钻孔位置及孔深必须准确;锚杆体插入孔内不小于设计长度的95%。
3.1.2喷射混凝土施工
喷射混凝土采用洞外自动计量拌合站拌合,作业分初喷和复喷两次进行。初喷在开挖完成后立即进行,以尽早封闭暴露的开挖面,防止围岩表层松动物或风化物剥落。复喷混凝土在系统锚杆、钢筋网施作后进行,尽快闭合支护整体受力,抑制围岩变形。
3.1.3施工工艺
喷射混凝土前,对受喷岩面进行处理后再喷射混凝土。喷射作业应连续进行,并做好以下各项准备工作:一般岩面用高压风或水冲洗受喷面上的浮尘、岩屑,当岩面遇水容易潮解、泥化时,采用高压风吹净岩面。采用埋设钢筋头做标志控制喷射混凝土的厚度。
对有水或潮湿的岩面喷射前按不同情况进行处理:小股水或裂隙渗漏水采用岩面注浆或导管引排后再喷射混凝土。大面积潮湿的岩面采用粘结性强的混凝土,如添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性能。
3.1.4质量控制
(1)喷射混凝土必须满足设计的强度、厚度及其与岩面粘结力要求。喷射作业分段分片依次进行,喷射顺序自下而上,分段长度不大于6m。喷射砼风压控制在0.45~0.7 MPa之间。分层喷射时,后一层喷射在前一层混凝土终凝后进行,若终凝1h后再进行喷射时,先用风水清洗喷层表面。喷射混凝土的一次喷射厚度:拱部为60~100mm,侧壁为80~150mm。初喷混凝土在开挖后及时进行,复喷应根据掌子面的地质情况分层、分时段进行喷射作业,以确保喷射混凝土的支护能力和喷层的设计厚度,喷射混凝土终凝后3h内不得进行爆破作业,因此施工工艺流程必须合理安排重点考虑。
(2)通过量测手段,对开挖的隧道围岩与支护的现场进行动态监测,及时反馈围岩初期支护复合体的力学动态及其变化状况,为二次衬砌提供合理的支护时机。它集中体现在支护结构种类、支护结构的构筑时机、岩体压力、围岩变形与稳定的趋势,通过监控量测及时反馈的信息来判断围岩的稳定及支护的安全与施工。
(3)为使围岩与初期支护形成稳定的支撑结构,喷锚支护的设计和施工过程应遵循以下原则:
①根据不同的地质构造,考虑岩体的力学特性;
②按照不同的类型的围岩级别采用适宜的支护结构;
③对于破碎、断层、软弱岩层出现,可采用“先支护后上报”的方式,争取时间制定措施方案,加强或构筑一个闭合的支护结构;
④发挥超前地质预测预报作用,判断或监控不良地质变化情况,为选择最适宜的支护结构做好准备;
⑤对施工过程进行监控量测,为施工安全、支护措施、参数提供依据。
4结束语
显然“新奥法”不同于传统隧道施工过程中应用厚壁混凝土结构支护松动围岩的理论,从围岩产生变形到岩体破坏要有一个时间效应,适时的喷锚支护结构与围岩紧贴的保护结构构,共同形成安全、稳定的承载环结构。因此其基本要求可归纳如下:
4.1 岩石隧道开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破,并尽量采用大断面或较大面开挖,以减少对围岩的扰动;
4.2 隧道开挖后,尽量利用围岩的自承能力,充分发挥围岩作用;
4.3 根据围岩特征采用不同的支护类型和参数,及时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆初期支护,以控制围岩的变形及松弛;
4.4 在软弱破碎围岩地段,使断面及早闭合,以有效的发挥支护体系的作用,体现隧道稳定。
4.5 二衬原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下浇筑,围岩与支护结构形成一个整体,因而提高了支护体质的安全度;
4.6 尽量使隧道断面、周边轮廓圆顺,避免棱角突出;
4.7 通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测,合理安排施工工序,设计变更及日常的施工管理。
该隧道采取光面爆破法施工与湿喷合成纤维混凝土密切结合的措施,在地质预报、监控量测信息的指导下,做到了施工安全有保障,开挖施工进度快,超欠挖控制好,爆破单位耗药量小、开挖支护质量达到设计及施工技术规范要求。为客运专线大断面隧道施工积累了宝贵的经验。
参考文献:
1、铁道部第二工程局主编 铁路工程技术手册(隧道).中国铁道出版社.1995
2、王梦恕主编 工程机械施工手册(隧道机械施工).中国铁道出版社.1992
3、鐵路隧道光面爆破技术规则.中国铁道出版社.1982
4、潘昌实.隧道力学数值方法.中国铁道出版社.1997
5、《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204—2008)
6、某铁路客运专线隧道施工组织设计
注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。