軟巖隧道開挖預(yù)防塌方經(jīng)驗總結(jié)

周建華

1 塌方產(chǎn)生的原因

隧道出現(xiàn)塌方的主要原因可分為內(nèi)因和外因,外因主要是指工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件造成的塌方,內(nèi)因主要是指設(shè)計和施工不當(dāng)造成的塌方。1)不良地質(zhì)造成的塌方。不良地質(zhì)主要包括風(fēng)化變質(zhì)巖體、裂隙發(fā)育巖體、崩塌巖堆地區(qū)、斷層帶、溶洞、滑坡、泥石流、膨脹性地層等。2)地下水造成的塌方。地下水是影響圍巖穩(wěn)定的重要因素之一。這不但能使軟化系數(shù)大的巖石強(qiáng)度降低,而且使結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度減小。3)偏壓造成的塌方。偏壓和滑坡是隧道洞口段產(chǎn)生塌方的重要原因。4)爆破參數(shù)不正確,周邊眼裝藥量過大,爆破后圍巖頂部承載圈失穩(wěn)造成塌方。施工中嚴(yán)格按照“新奧法”對監(jiān)控量測、信息處理、及時反饋嚴(yán)格要求。

2 塌方的預(yù)防措施

2.1 爆破方案選擇

軟巖隧道宜采用小藥量松動爆破施工,上、下臺階間隔4 m～6 m,鉆眼采用YT-28鑿巖機(jī)進(jìn)行。炸藥采用二號巖石硝銨,爆破材料采用電毫秒雷管和塑料導(dǎo)爆管起爆。

1)根據(jù)工程地質(zhì)條件、開挖斷面、開挖方法、掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺、鉆眼機(jī)具和爆破材料等進(jìn)行鉆爆設(shè)計,并根據(jù)爆破效果及時修正有關(guān)參數(shù)。2)鉆爆作業(yè)必須按照爆破設(shè)計進(jìn)行鉆眼、裝藥、接線和引爆。鉆眼前應(yīng)繪出開挖斷面中線、水平和開挖輪廓線,并根據(jù)鉆爆設(shè)計標(biāo)出炮眼位置,經(jīng)檢查符合設(shè)計要求后方可鉆眼。3)爆破施工除應(yīng)對地層、結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控量測外,應(yīng)嚴(yán)格控制爆破對圍巖的破壞以及對周圍環(huán)境的影響,必須對爆破作業(yè)的擾動范圍和地震效應(yīng)進(jìn)行檢測。4)周邊眼常用參數(shù)的選擇。a.周邊眼間距E。它是直接控制開挖輪廓面平整度的主要因素。一般情況下E=(12～15)d,其中炮眼直徑d=35 mm～45 mm。對于節(jié)理較發(fā)育、層理明顯以及開挖輪廓要求較高的地下工程,周邊眼間距可適當(dāng)減小,也可在兩炮眼之間增加一個不裝藥的導(dǎo)向空眼或周邊眼不裝藥(周邊眼設(shè)為隔震眼)。b.周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)。嚴(yán)格控制周邊眼裝藥量,采用合理的裝藥結(jié)構(gòu),盡量使炸藥沿孔深均勻分布,是實現(xiàn)光面爆破的重要條件。常用的裝藥結(jié)構(gòu)有連續(xù)裝藥;間隔裝藥;不耦合裝藥;不裝藥。c.采用短臺階開挖,上臺階周邊眼間距一般控制在30 cm～35 cm,周邊眼為不裝藥結(jié)構(gòu),設(shè)為隔震眼、輔助眼、掏槽眼采用1,3,7段非電毫秒導(dǎo)爆管起爆,裝藥量按0.2 kg/m3～0.4 kg/m3考慮,中臺階和下臺階周邊眼間距采用30 cm,輔助眼采用1,3,7段非電毫秒導(dǎo)爆管起爆,裝藥量按0.2 kg/m3～0.3 kg/m3考慮。5)炮孔深度為1.2 m～1.5 m,炮孔直徑35 mm,藥卷直徑32 mm。

2.2 控制開挖及加強(qiáng)初期支護(hù)

嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、管超前、強(qiáng)支護(hù)、勤測量、緊襯砌”的原則。

1)Ⅴ級圍巖地段采用上弧導(dǎo)預(yù)留核心土開挖法施工。開挖以CAT320C掘機(jī)為主,輔助以人工風(fēng)鎬開挖,開挖后采取噴混凝土封閉,及時施作鋼架、錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土支護(hù)。即在開挖過程中,分3個臺階7個開挖斷面(見圖1),以前后 7個不同的位置相互交錯開挖,然后分部支護(hù),形成支護(hù)整體,縮小作業(yè)循環(huán)時間。加強(qiáng)超前支護(hù)。洞口段圍巖較破碎的,進(jìn)洞前應(yīng)提前施作φ 108大管棚,并注水泥砂漿加固圍巖;洞內(nèi)施工中先噴射混凝土將開挖斷面及掌子面封閉,然后施作超前小導(dǎo)管支護(hù),小導(dǎo)管與初期支護(hù)鋼架形成共同支護(hù)體系。

2)Ⅳ級圍巖采用正臺階法掘進(jìn),分上、中、下三個臺階,三個工作面。施工時初期支護(hù)緊跟開挖面,以減少圍巖暴露時間,抑制圍巖變位、松弛剝落。施工中嚴(yán)格控制鋼架間距及錨桿數(shù)量,局部圍巖較破碎的必須加密鋼架和錨桿。噴射混凝土采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和,鋼架背后及超挖部分用噴射混凝土回填密實,噴射混凝土完全覆蓋住鋼架并保證表面平順,以抵御圍巖變形應(yīng)力。

2.3 仰拱及襯砌緊跟掌子面

1)仰拱、二次襯砌緊跟開挖掌子面。仰拱與掌子面距離:Ⅲ級圍巖不大于90 m,Ⅳ級圍巖不大于50 m,Ⅴ級圍巖不大于40 m;二次襯砌與掌子面距離:Ⅰ,Ⅱ級圍巖不大于200 m,Ⅲ級圍巖不大于120 m,Ⅳ,Ⅴ級圍巖不大于90 m。2)按照設(shè)計要求開挖到位,基底虛渣、積水清除干凈,立即灌注混凝土,閉合成環(huán)。圍巖松散及富水地段仰拱開挖前,先對邊墻初支鋼架作橫向支撐或施作仰拱鋼架支護(hù),再進(jìn)行仰拱開挖和混凝土施工,避免初期支護(hù)大幅度變形。3)二次襯砌應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形穩(wěn)定后施作,特殊地段(松散堆集體、淺埋地段等)應(yīng)及時施作二次襯砌。

2.4 加強(qiáng)監(jiān)控量測

在隧道正洞洞身支護(hù)完成后,尤其是仰拱施工完畢后,噴錨支護(hù)已閉合成環(huán),及時進(jìn)行全斷面監(jiān)控量測,隨時掌握初期支護(hù)的工作狀態(tài),指導(dǎo)和確定二次襯砌施作時間。監(jiān)控量測必測項目及量測間距見表1,表2。

表1 監(jiān)控量測必測項目

表2 必測項目量測斷面間距和每斷面測點數(shù)量

2.5 做好超前地質(zhì)預(yù)報及時反饋

由于隧道存在圍巖變形、失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害問題,施工中對可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害加強(qiáng)綜合預(yù)測、預(yù)報,超前作好預(yù)防措施。

隧道地下水、斷層破碎帶、滑坡發(fā)育、侵入巖體存在蝕變帶,地質(zhì)復(fù)雜,施工中采取綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報措施,采用超前水平鉆孔探明地質(zhì)情況。超前鉆孔每循環(huán)設(shè)3孔,每孔30 m,搭接5 m,每25 m設(shè)一循環(huán)。必要時采用TSP-202/TSP-203地質(zhì)探測儀、HSP聲波反射法、地質(zhì)雷達(dá)及紅外線探水儀等手段綜合分析。

根據(jù)鉆進(jìn)時的鉆壓、鉆渣及巖芯的抗壓強(qiáng)度、巖體抗壓強(qiáng)度與鉆孔涌水量對斷層、地應(yīng)力和涌水量進(jìn)行探測和預(yù)報。施工時采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆孔探測。

開挖后對隧道洞壁、拱頂和掌子面進(jìn)行地質(zhì)描述和編錄,用相機(jī)拍攝掌子面地質(zhì)情況,建立資料數(shù)字庫,推斷前方地質(zhì)狀況。

[1]TZ204-2008,鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

[2]TB 10108-2002,鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范[S].

[3]TB 10417-2003,鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]楊克棟,姚 軍.關(guān)家臺隧道塌方原因分析及處理方案[J].山西建筑,2009,35(23):349-351.