專利名稱：一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種隧道施工方法，具體為一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法。
背景技術：
中國鐵路、公路建設近幾年發(fā)展迅猛，鐵路、公路隧道施工技術也不斷革新，以往修建鐵路、公路需規(guī)避地區(qū)，現(xiàn)今都可以大膽嘗試，在黃土堆積巖地區(qū)修建特長隧道也大為增加，這種地區(qū)的特點是黃土間夾雜河卵石、大型孤石，河卵石、大型孤石占圍巖斷面的 25% 35%，主要分布在隧道上導，其余黃土間夾雜河卵石分布不規(guī)則，黃土圍巖處飽水狀態(tài)，含水率高達26%，此圍巖最大特點是開挖困難，黃土夾雜河卵石、大型孤石部位圍巖堅硬，需輔以爆破開挖，其余黃土部分穩(wěn)定性極差，稍有擾動就容易產生滑塌、塌方等險情。針對此特殊圍巖，目前大多數(shù)采用新奧法進行施工，傳統(tǒng)新奧法施工原則是“管超前、弱爆破、 短進尺、強支護、早封閉、勤量測”，但是由于黃土堆積巖自密性強，且隧道上部結構黃土含河卵石、大型孤石較多，受實際地質影響在“管超前“工序施工中超前小導管鉆孔孔位、外插角及孔深無法實現(xiàn)設計及驗標要求，同時黃土圍巖自密性強進行小導管注漿施工達不到設計要求，大大降低管超前支護的效果，給隧道施工帶來很大的安全、質量隱患。同時新奧法中的“弱爆破”概括較籠統(tǒng)、沒有針對性，“弱爆破”目的是要減小圍巖擾動，但是隧道還是得開挖掘進，在黃土堆積巖段施工中，采用“弱爆破”只能清除圍巖中個別河卵石，大型孤石無法得到一次性清除，需進行二次甚至三次小型爆破，這樣累計下來對圍巖的擾動極大。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有特長黃土堆積巖隧道施工時采用傳統(tǒng)新奧法施工存在對于隧道上部結構黃土含河卵石、大型孤石較多時，管超前支護效果差、爆破時對圍巖擾動大等問題，提供一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法。本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法，包括以下步驟(1)超前支護；(2)上導坑開挖，施作初期支護；(3)中導馬口錯開開挖，施作初期支護；(4)下導馬口錯開開挖，施作初期支護；(5)隧底開挖，施做仰拱及填充混凝土 ；二襯施工，本發(fā)明的創(chuàng)新點在于所述超前支護是采用Φ 25mm藥包錨桿作為超前支護主體，藥包錨桿前端做成尖錐形；藥卷包裝入錨桿后，用風動攪拌機帶動錨桿快速旋轉，邊旋轉邊徐徐推進，錨頭在旋轉與推進中強烈攪拌浸水后的水泥、速凝劑包，連續(xù)攪拌水泥卷的時間為30 60s ；
在隧道黃土堆積巖施工中采用Φ 25藥包錨桿較超前小導管有以下優(yōu)點
1、Φ25藥包錨桿制作更為簡單、方便、快捷；
2、Φ25藥包錨桿直徑小，材質為實體，前端制作為尖錐形，打設施工時更好的克服圍巖阻力，減小圍巖擾動；
3、超前鉆孔在保證藥卷裝入條件下，不必擔心因工序施工時間過長產生鉆孔縮孔、塌孔難以施做超前錨管的局面；
4、Φ 25藥包錨桿周圍有水泥漿填充密實，兩種材料同時受力，更加適合新奧法以柔性支護的施工原理。所述上導坑開挖時采用以機械開挖、人工開挖為主，微震爆破為輔，具體工序為 a.先采用機械進行開挖，依據(jù)揭示孤石實際位置，對孤石周邊進行機械清障，當孤石周邊開挖進尺滿足設計要求后，且保證孤石完全裸露后，停止機械開挖；b.對裸露孤石進行鉆眼施工，先從具有臨空面的巖石或具有夾層的巖石部分開始，然后依次向巖層中心推進，鉆孔孔距為25 35cm，孔深為設計鋼架間距，鉆孔按照梅花狀布置；c.處理孤石起爆方法是采用非電毫秒雷管微差起爆，先進行周邊起爆，孤石經(jīng)過微震爆破松動后，再采用人工風鎬鑿除，挖機清障。采用本發(fā)明所述的方法進行上導坑開挖，尤其針對于大型孤石的處理，非常有效， 對隧道孤石能夠保證一次性清除，減少多次爆破對周邊圍巖的影響，確保隧道施工安全。本發(fā)明以傳統(tǒng)新奧法為依據(jù)，采用藥包錨桿有效增強柔性支護，減小圍巖本身變化對已支護段落的影響，減少初期支護表面開裂、掉塊、塌方等現(xiàn)象的發(fā)生，單工序作業(yè)，短進尺掘進，采用適當?shù)奈⒄鸨?，避免施工中對圍巖擾動，減小應力集中，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力，快速施做仰拱、襯砌砼，使隧道斷面盡快封閉成環(huán)，形成穩(wěn)定體系。本發(fā)明適用于沉積物黃土堆積巖地帶的公路、鐵路、水工隧道的開挖施工。


圖1為監(jiān)控量測測點布置圖； 圖2為拱頂下沉速率-時間曲線圖； 圖3為水平收斂速率-時間曲線圖； 圖4為拱頂累計下沉-時間曲線圖5為水平收斂累計變形-時間曲線圖。
具體實施例方式一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法，包括以下步驟 (1)施工方案確定
針對隧道黃土堆積巖的特殊性，隧道開挖采用三臺階七步流水短臺階法施工，隧道施工工序采用單工序施工，隧道開挖以機械開挖、人工開挖為主，微震爆破為輔，施工中對開挖部位盡快進行初期支護，減小圍巖暴露時間，并加強對已初支部位進行圍巖量測，及時準確掌握第一手量測數(shù)據(jù)，及時調整支護參數(shù)和施工工序。(2)超前支護采用Φ 25藥包錨桿作為超前支護主體 Α、超前錨桿制作
制作錨桿Φ 25mm超前錨桿在構件加工廠制作，單根長度3. 5m，錨桿前端做成尖錐形。B、藥包錨桿安裝
所謂藥包錨桿就是利用早期凝結速度快，承載強度大為特征的水泥、速凝劑制成的錨固劑將錨桿固定在錨固位置的一種支護方法。錨固劑應符合以下幾項要求初凝時間應大于3分鐘，終凝時間應小于10分鐘；必須具有足夠的小時抗壓強度，一般在半小時到一小時的抗壓強度應在0. 2MPa以上；硬化后體積不縮小，且有微膨脹性。藥卷包采用Φ 32 X 25cm規(guī)格，藥卷使用前需要浸水，在浸水前上端扎3 5個小孔(孔徑1mm)，浸水1 1. 5分鐘小孔不冒泡即浸水結束，這時即可將浸好水的藥卷包裝入孔眼。藥包裝入采用比較堅硬順直木棍或相似的物體送至眼底，裝藥包數(shù)量以鉆孔3. 5m為例，藥包數(shù)量裝7卷，藥卷包裝入后，將錨桿用TJ-9型風動攪拌機(電鉆改裝也可)帶動錨桿快速旋轉，邊旋轉邊徐徐推進，錨頭在旋轉與推進中強烈攪拌浸水后的水泥、速凝劑包，使水泥漿獲得良好的和易性，連續(xù)攪拌水泥卷的時間宜為30 60s。水泥漿如沿孔壁下滑，孔口用紙堵塞。(3)開挖方法
在超前支護保護下，進行上導開挖，上導坑開挖進尺控制在拱架設計間距內，就上導黃土含河卵石、大型孤石較多的實際情況，開挖掘進時先以機械開挖為主，微震爆破為輔的方案，大型孤石經(jīng)微震爆破松動后再次采用人工風鎬鑿除挖機清障。隨后人工修整隧道斷面及開挖上導擴大拱腳，擴大拱腳以上導拱架拱腳標高為準，高度0. 6m，最大深度0. km，各部開挖完成后及時初噴3 5cm混凝土封閉掌子面，網(wǎng)噴、鋼架聯(lián)合支護作業(yè)，鋼架作業(yè)施工時拱架拱腳打設鎖腳錨管并采用“L”型鋼筋和拱架焊接牢固，隨即復噴砼至設計厚度， 擴大拱腳采用同標號噴射砼回填，增大上導拱腳受力面積，減小應力集中，有效控制拱架下沉。所述上導坑開挖時采用以機械開挖、人工開挖為主，微震爆破為輔，具體工序為A、先采用改裝后的挖機挖斗進行開挖，依據(jù)揭示孤石實際位置，對孤石周邊進行機械清障，當孤石周邊開挖進尺滿足設計要求后，且保證孤石完全裸露后，停止機械開挖。B、采用YT-觀鑿巖機對裸露孤石進行鉆眼施工，先從具有臨空面的巖石或具有夾層的巖石部分開始，然后依次向巖層中心推進，鉆孔孔距宜25 35 cm，孔深為設計鋼架間距，采用42mm的鉆頭，按照梅花狀布置。C、采用非電毫秒雷管微差起爆，與光面爆破不同，處理孤石起爆方法先進行周邊起爆，炸藥低爆速、低密度、高爆力、傳爆性好的小直徑2號巖石硝銨炸藥，力求達到微震效果，孤石經(jīng)過微震爆破松動后，再次采用人工風鎬鑿除挖機清障。上導支護完成后，進行左、右側中臺階開挖開挖進尺根據(jù)初期支護鋼架間距確定，左、右側臺階錯開2 3m，開挖后立即初噴3 5cm混凝土，及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護，中導洞碴扒至下導，下導左、右開挖可以和上導同時進行，上導洞碴同樣扒至下導，隨后挖機可以在中臺階上統(tǒng)一出碴，上導同時架設型鋼鋼架，每循環(huán)以此施做，仰拱開挖及支護要緊跟下導，仰拱分段開挖長度4 6m，經(jīng)施工實踐黃土堆積巖圍巖仰拱距掌子面安全距離控制在25 30m為宜。上述過程中，采用挖機進行機械開挖時，由于挖斗寬度過大，在黃土堆積巖段施工中，挖機開挖時存在較多死角，對個別孤石不能進行有效排障，原廠挖機挖斗寬度1. 2m，結合隧道斷面尺寸和隧道圍巖實際情況，挖機挖斗寬度需縮小50cm才能滿足機械開挖要求且對出碴時間影響較少。利用原機挖斗，進行寬度內縮，挖斗兩邊各內縮25cm，采用氧焊對內縮位置進行割除，氧焊施工時務必保證割除面光滑、平順，以便在進行封邊鋼板施工時得到有效焊接。在上述工藝過程中，監(jiān)控測量工作必須緊跟開挖、支護作業(yè)進行布點和監(jiān)測，量測數(shù)據(jù)運用工程類比法及時分析、反饋，調整支護參數(shù)，以保證施工和結構安全。1、監(jiān)控量測在黃土堆積巖隧道施工時每隔IOm布一組量測斷面，每個斷面布置一個拱頂下沉量測點和三條水平凈空收斂量測基線，三條水平收斂點分別設置在上、中、下導拱腳上50cm處， 如圍巖斷面沉降、收斂數(shù)值變化較大時應需增加量測斷面和加設量測測點，測點布置見圖1 所示。 凈空水平收斂量測和拱頂下沉量測采用相同的量測頻率。量測頻率見表1，實際量測頻率從表中根據(jù)變形速度和距開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率。水平收斂量測采用電子收斂儀進行量測，開挖支護后按要求及時安裝測點并編號，拱頂下沉量測采用萊卡全站儀和精密水準儀、收斂計、銦瓦尺進行量測，噴射混凝土后迅速在拱頂設點。 表1
RIMMffiil'isiiiiXananeFiSiEfli為5《趣 ^f^kj/^^^ llt/t-M iMmt—S ILS~1 tLl~fl.S Μ1ilt/JiCflLl》9
注B為隧道開挖寬度。2、監(jiān)控量測數(shù)據(jù)收集、整理、數(shù)據(jù)分析
對取得監(jiān)控量測數(shù)據(jù)后，進行整理并分析量測數(shù)據(jù)，結合圍巖、初支受力及圍巖變形情況，及時繪制圍巖變形速率和圍巖變形與時間關系曲線，預測此類圍巖變形的發(fā)展趨勢，及時調整確定施工工序、施工參數(shù)和預留變形量。量測斷面及測點布置
在黃土堆積巖里程段內選擇一個量測斷面，本段圍巖斷面在黃土堆積巖中有代表意義，本段黃土夾雜河卵石、大型孤石較多，其余黃土一直處在飽水狀態(tài)，開挖后圍巖有小量滲水，穩(wěn)定性差。開展現(xiàn)場量測試驗，分別進行了初期支護拱頂下沉、1、2、3條水平收斂的應力量測，測點布置嚴格按圖1布置。圍巖量測結果在前5d時間內，拱頂變形速率在4 6mm/d之間變化；拱頂累計下沉在20mm左右，水平收斂速率在4 8mm/d之間變化；累計水平收斂在^mm,在6 9天下沉速率減小，下沉變化速率在1 2. 5mm/d之間，水平收斂速率在6 9天后同樣減小， 收斂速率變化在2 4mm/d，后期初期支護全環(huán)封閉，圍巖狀態(tài)基本穩(wěn)定，拱頂下沉、水平收斂趨于穩(wěn)定，本段拱頂累計下沉量在30mm左右，水平收斂累計量在40mm左右，本斷面拱頂下沉速率-時間、水平收斂速率-時間曲線見圖2、3，圖中橫坐標為時間，縱坐標為拱頂下沉速率或水平收斂速率；拱頂累計下沉-時間、水平收斂累計變形-時間曲線見圖4、5，其中橫坐標為時間，縱坐標為拱頂累計下沉或水平收斂累計變形。綜上所述進行圍巖量測數(shù)據(jù)分析
(1)隧道在以黃土堆積巖為主的地段施工，表明支護參數(shù)較為合理。(2)使用了鋼架對提高初期支護整體強度和早期強度有利，嚴格控制鋼架間距，采用擴大拱腳增大拱腳受力面積，有效克制隧道拱頂下沉。(3)以新奧法施工原理為依據(jù)，采用藥包錨桿進行柔性支護，減小圍巖變形，必要時采用了單工序作業(yè)，有效克制因工序干擾造成圍巖較大變形。(4)加快施做仰拱，使隧道斷面盡快封閉成環(huán)，控制圍巖變形效果良好。工程實例
鷹鷂山隧道全長11572m，隧道區(qū)表覆第四系沖洪積層((Hal+pl)，分布于黃土沖溝中， 洞身大部為第四系沉積物，鷹鷂山隧道進口穿越沉積物地區(qū)，本地區(qū)為黃土堆積巖，黃土間夾雜河卵石、大型孤石，河卵石、大型孤石占圍巖斷面的25% 35%，主要分布在隧道上導， 其余黃土間夾雜河卵石分布不規(guī)則，黃土圍巖處飽水狀態(tài)，含水率高達沈％，施工中采用本發(fā)明所述的方法，安全快速通過了該不良地質段，平均日進尺3. 2m,比同標段施工的黃土堆積巖隧道(六狼山隧道、臥龍山隧道)月進尺快15 20m，爭取了工期時間，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟效益、社會效益及環(huán)保效益。此外，本發(fā)明所述方法對圍巖量測進行科學的管理，通過對量測數(shù)據(jù)及時整理、分析、反饋，通過數(shù)據(jù)修正了預留變形，同設計相比每延米開挖量減小了 2. Olm3,噴射混凝土減小2. Olm3,人工、材料節(jié)約900元/每延米，以鷹鷂山進口施工黃土堆積巖345m計算，節(jié)約成本30多萬，經(jīng)濟效益顯著。
權利要求
1. 一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法，包括以下步驟(1)超前支護；(2)上導坑開挖，施作初期支護；(3)中導馬口錯開開挖，施作初期支護；(4)下導馬口錯開開挖，施作初期支護；(5)隧底開挖，施做仰拱及填充混凝土 ；(6) 二襯施工，其特征是所述超前支護是采用Φ 25mm藥包錨桿作為超前支護主體，藥包錨桿前端做成尖錐形； 藥卷包裝入錨桿后，用風動攪拌機帶動錨桿快速旋轉，邊旋轉邊徐徐推進，錨頭在旋轉與推進中強烈攪拌浸水后的水泥、速凝劑包，連續(xù)攪拌水泥卷的時間為30 60s ；所述上導坑開挖時采用以機械開挖、人工開挖為主，微震爆破為輔，具體工序為a.先采用機械進行開挖，依據(jù)揭示孤石實際位置，對孤石周邊進行機械清障，當孤石周邊開挖進尺滿足設計要求后，且保證孤石完全裸露后，停止機械開挖；b.對裸露孤石進行鉆眼施工， 先從具有臨空面的巖石或具有夾層的巖石部分開始，然后依次向巖層中心推進，鉆孔孔距為25 35 cm，孔深為設計鋼架間距，鉆孔按照梅花狀布置；c.處理孤石起爆方法是采用非電毫秒雷管微差起爆，先進行周邊起爆，孤石經(jīng)過微震爆破松動后，再采用人工風鎬鑿除， 挖機清障。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隧道施工方法，具體為一種特長黃土堆積巖隧道的施工方法，解決現(xiàn)有此種隧道施工時對于隧道上部結構黃土含河卵石、大型孤石較多時，管超前支護效果差、爆破時對圍巖擾動大等問題，包括超前支護、上導坑開挖等工序，超前支護采用φ25mm藥包錨桿作為超前支護主體，藥卷包裝入錨桿后，用風動攪拌機帶動錨桿快速旋轉，邊旋轉邊徐徐推進；上導坑開挖時采用以機械開挖、人工開挖為主，微震爆破為輔，采用藥包錨桿有效增強柔性支護，減小圍巖本身變化對已支護段落的影響，減少初期支護表面開裂、掉塊、塌方等現(xiàn)象發(fā)生，采用微震爆破，避免施工中對圍巖擾動，快速施做仰拱、襯砌砼，使隧道斷面盡快封閉成環(huán)，形成穩(wěn)定體系。
文檔編號E21D11/10GK102383813SQ20111020707
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月23日 優(yōu)先權日2011年7月23日
發(fā)明者史海勇, 李增華, 溫艷, 趙香萍, 雷軍 申請人:中鐵十二局集團有限公司, 中鐵十二局集團第二工程有限公司