探讨隧道全断面开挖工艺及质量控制措施

(整期优先)网络出版时间:2015-06-16
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探讨隧道全断面开挖工艺及质量控制措施

张湘

张湘

中铁三局集团广东建设工程有限公司广东广州511400

摘要:全断面开挖法是指将整个隧道开挖断面一次钻孔、一次爆破成型、一次初期支护到位的隧道开挖方法。文章从全断面开挖方法的特点论述,通过详细的施工工序,结合作者多年工作经验,进一步探讨了施工中的质量控制措施。

关键字:隧道;全断面开挖;支护;爆破;质量控制

引言

全断面开挖是按照设计断面将隧道一次开挖成形,再施作衬砌的施工方法。适用于隧道的Ⅰ~Ⅱ级围岩地段,Ⅲ级围岩开挖断面60m2以下的隧道或Ⅲ级围岩开挖断面60m2以上隧道采取了有效的预加固措施后,亦可采用全面开挖施断工工艺。按照新奥法原理组织施工的隧道,岩体被确认为是隧道结构体系中的主要承载单元,在施工中必须充分保护岩体,尽量减少对它的扰动,避免过度破坏岩体的强度。采用全断面法开挖断面大,作业净空大,施工干扰小,能充分发挥机械的使用效率,是隧道施工的发展方向。为此,施工中断面分块不宜过多,在工程地质、水文地质条件的允许下,配备高效率的开挖、装运机械和支护与衬砌设备,实现机械化配套作业,能够提高隧道施工进度,保证施工安全质量,创造施工最佳效益。

一、全断面开挖方法简介及特点

1、全断面开挖方法简介

全断面开挖法是指将整个隧道开挖断面一次钻孔、一次爆破成型、一次初期支护到位的隧道开挖方法。全断面开挖法有较大的作业空间,有利于采用大型配套机械化作业,提高施工速度,且工序少,施工操作比较简单,便于施工组织和管理,较分部开挖法减少了爆破震动次数。但由于开挖面较大,围岩相对稳定性降低,且每个循环工作量较大,每次深孔爆破引起的震动较大,因此要求具有较强的开挖、出渣能力和相应的支护能力。

2、工法特点

(1)本工法全面应用新奥法原理指导施工。

(2)采用五米深孔光面爆破,解决了深孔掏槽、克服管道效应、非电起爆、爆破振动监控量测、周边预裂光爆等系列技术问题;通过优选爆破器材和选择合理爆破参数等,使炮眼利用率平均95%以上,炮眼痕迹保存率达70%左右。

(3)监控量测技术、数据处理方法和信息反馈的判断准则技术用于施工,使一切施工管理、施工方法用数据说话,保证了隧道施工的安全作业。

(4)初始应力场及二次应力场的量测技术,超前15m声波探测光谱显微构造分析,结合洞内素描,赤平极射投影技术,进行了准确的地质预报,其准确率达80%左右。

(5)采用喷锚支护复合衬砌结构,其外层用锚杆喷射混凝土初期支护,内层模注混凝土作二次衬砌,两层间设置塑料防水层(见隧道复合式衬砌施工工法)。

(6)大型机械化快速配套施工,成功地建立了凿岩装碴运输、混凝土锚喷支护和二次衬砌三条机械化作业线,使单口开挖月进尺最高达到203m,平均月进尺187m,混凝土衬砌施工最高达300m/月进尺(见隧道大断面快速施工工法)。

(7)隧道长距离(2763m)独头无轨运输施工通风的成功,可减少一条平行导坑的工程。

(8)通过F9断层严重地层破碎带,采用的周边浅孔预注浆堵水、加固地层技术(见双线隧道富水软弱破碎围岩大断面工法)。

(9)控制精密测量技术,使14.295km隧道贯通误差精度横向17.3mm(限制±400mm),仅为限差的4.4%,高程误差4.6mm(限差±50mm),仅为限差的9.2%。

二、工艺步序说明

1、施工测量

当上一循环结束时,测量技术人员利用洞内中线控制桩点,画出工作面开挖轮廓线,并初步标记出主要钻孔位置。

2、施工作业台架就位

根据工作面的开挖断面用人工配合装载机将施工作业台架移至指定位置,固定台架,保证台架稳定,台架尽可能放置在钻爆工易于操作凿岩机的位置。

3、钻孔、装药

隧道开挖前根据工程地质、开挖断面、开挖方法、循环进尺、钻孔机具和爆破材料等进行钻爆设计。钻爆设计的内容包括钻孔(掏槽眼、辅助眼、周边眼)的布置、数目、深度和角度,爆破器材、装药量和装药结构,起爆方法和顺序,和钻孔要求等。

(1)钻孔布置必须符合下列规定:掏槽眼可采用直眼掏槽或斜眼掏槽;周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置,保证开挖断面符合施工图要求。掘进眼交错均匀布置在内圈眼和掏槽眼之间,力求爆破出的石渣块度适合装渣的需求;周边眼、内圈眼与辅助眼的孔底应在同一垂直面上,掏槽钻孔应加深10cm。

(2)隧道的爆破作业,应采用光面爆破。光面爆破参数应通过试验确定。当无试验条件时,有关参数可参照表1选用。

表1、光面爆破参数表

注:1.表1所列参数适用于炮孔深度1.0~3.5m,钻孔直径40~50mm,药卷直径20~25mm;

2.在周边开挖形成要求较高时,周边眼间距E应取较小值;

3.周边眼抵抗线W值在一般情况下均应大于周边眼间距E值;

4.E/W:软岩取小值,硬岩及断面h取大值;

5.表2列装药集中度q为2号岩石硝铵炸药,选用其他类型炸药时,应修正。

(3)根据爆破设计要求和工作面的钻孔位置,开始人工操作YT-28气腿式凿岩机进行钻孔,在钻进过程中要根据钻进速度、围岩软弱程度等,及时调整供风量和供水量,钻孔位置和角度要准确。

(4)间隔装药。

同时使药量沿钻孔全长适当分布。用炮棍送入炮孔,雷管采用毫秒微差有序起爆,眼口用炮泥堵实。

4、出渣运输

工作面试验大功率装载机装渣,大型自卸汽车运输。首先要保证工作面的照明,便于司机操作,同时也保证出渣机械处于良好的状态,装运能力大于开挖能力并有备有,运输道理平整通畅,在关键地段设车辆调度进出车辆、安全警示和标识要齐全。

三、全断面开挖法施工质量控制措施

1、开始施工前,必须对施工工艺中存在的危险源进行辨识和安全风险评估,编制安全管理实施方案,并制定相应的应急措施方案;掘进是隧道安全控制的最重要环节,由于隧道开挖断面大,施工时严格按设计图纸及施工组织设计采取合理的开挖方案,严格控制循环进尺,选择最佳的爆破参数,确保施工安全。

2、浅埋段、破碎带地段隧道开挖要采用机械开挖或浅孔控制爆破方法。爆破后加强监测,根据监测和地质情况及时调整爆破参数,保证爆破安全。不良地质隧道先治水,短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌,稳步前进。

3、隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护,早封闭、勤量测”的原则。开挖作业必须保证安全。开挖时必须减少对围岩的扰动;开挖方式均采用光面爆破,爆破时严格控制炮眼深度及装药量。爆破后应检查爆破和开挖面情况,清除瞎炮、残炮和危石;

4、复合式衬砌段在施工时,须按有关规范及标准图的要求,进行监控量测,根据监控量测的结果进行分析,确定浇筑二次衬砌的时机及调整支护参数。

5、开挖面及未衬砌地段应随时检查,险情应及时处理;开挖工作面与衬砌的距离必须在确保施工安全并力求减少施工干扰的原则下合理选定;开挖不得危及衬砌、初期支护及施工设备的安全;

6、施工中采取有效措施,保护环境,爆破时采用控制爆破,不影响临近建筑物及其它设施正常安全使用;对弃碴场基层清除的土层和基坑开挖的土石方集中堆放,避免被水冲刷,污染河流;

四、结束语

高速铁路建设是当今世界各国铁路建设的趋势。我国是一个多山的国家,随着高速铁路的发展以及铁路运输量的迅速增加,隧道全断面开挖必将成为未来我国高速铁路建设的一个重要组成部分。目前隧道的施工建设有很多新技术、新工艺、新标准值得我们去探讨,这需要我们不断学习,勇于创新。相信我们一定能够实现铁道部党组制定的“建设一流客运专线”的目标,隧道主体结构实现“零缺陷”。