石質破碎地段新奧法施工方法的改進

余彥楠，高 波

（1.中鐵二十四局南昌鐵路工程有限公司， 南昌330001；2.安徽江南化工股份有限公司， 安徽 宣城242310）

在地下工程開挖過程中，經常會遇到巖體節理裂隙發育，巖石風化嚴重，地下水系發育，巖體力學性質極差，自穩時間很短的地層。如：軟弱破碎巖體、淺埋軟巖和嚴重偏壓、巖溶泥石流地層、砂層、砂礫石層斷層破碎帶、巖爆以及大面積淋水或涌水地段。根據在掘進施工中遇到的石質破碎實際問題以及在實際施工作業中的經驗和教訓，在新奧法施工的基礎上總結出了一種較安全可靠的施工方法。

1 施工作業的基本要求

1.1 加強地質勘探，提前做好準備工作

施工前應對設計單位提供的工程、水文地質資料進行詳細分析和調查，制定相應的施工方法和措施，備足有關機具材料，認真編制和實施施工組織設計，以使工程施工達到安全、優質、高效的目的。

1.2 制定合理的施工方法

選擇隧道施工方法（包括開挖及支護）時，應以安全為前提，綜合考慮洞室工程及水文地質條件、斷面型式、尺寸、預埋深度、施工機械裝備、工期和經濟可行性等因素而定。

注意開挖方法和開挖順序。根據地層情況，可采取上導洞先拱后墻法或者側壁導洞先墻后拱法。每次開挖面不宜太大，應遵循化大為小，變大斷面為小斷面、變大跨度為小跨度開挖的原則，開挖后立即進行支護，用噴射混凝土封閉開挖工作面，以控制圍巖應力及其增長，根據第一次支護量測結果，及時做二次襯砌或者加固方案。

開挖應盡量減少對圍巖的擾動，必要時采用手工開挖。采用爆破開挖時必須嚴格控制開挖進尺和裝藥量，周邊孔應采用光面爆破或者預裂爆破。

開挖斷面穩定性差，當開挖后圍巖自穩時間不能滿足初期支護要求時應采用超前支護或者超前加固地層的方法，以增強圍巖的強度和穩定性。

1.3 重視監控測量

采用新奧法施工的地下工程，為了掌握施工圍巖和支護的力學動態及穩定程度，以及確定施工工序，保證施工安全，實現現場監控測量，充分利用監控測量指導施工。對軟巖淺埋地下工程須進行地表下沉觀測，這對預報洞體狀態穩定，修正施工方案具有十分重要的意義。

1.4 盡早封閉襯砌結構

為防止圍巖松弛，地應力作用在襯砌結構上，致使襯砌結構出現開裂、地表下沉等不良現象。因此，采用模筑襯砌施工時除了遵守坑道施工技術規范的有關規定施工外，還應注意：當拱腳、墻基松軟時，灌注混凝土前應具有加固基底的有效措施。如使用高標號或者早強水泥，提高混凝土強度等級，采用摻入速凝劑、早強劑和打設仰拱等措施，提高襯砌的早期承載能力，確保襯砌結構長期堅固穩定。

2 施工方法

施工一般程序為：洞室開挖→光面爆破→柔性支護→圍巖測試（最大允許變位、最大允許變速）→調整設計參數→二期支護（之后進入下一個循環）。

2.1 控制開挖

開挖作業的內容主要有放線、鉆孔、裝藥、爆破、通風、排險、出渣。洞室開挖作業應與一期支護作業交叉進行，并盡量使用全斷面開挖發，實施光面爆破和機械化作業線，地質條件較差或者斷面較高時要采用正臺階法。在不良地質的情況下，選擇光面爆破的施工方法。為了達到光爆效果和減少對圍巖的擾動故選擇合理的爆破參數是相當重要的。為了達到光爆效果一般進尺控制在2m以下，一般采用進尺1.5m，周邊眼采用分段間隔裝藥，如圖1所示，并用導爆索串聯已達到光爆效果。為了提高炸藥的利用效率必須使用炮泥密封炮眼，在斷面特別差或者是在開房間時可采用預裂爆破留下最外面兩排眼分兩次起爆以減少對圍巖的擾動，提高作業的安全性。

圖1 周邊眼間隔裝藥示意圖

2.2 初期支護

石質破碎地段在爆破作業后圍巖的自穩定性極差，應該盡快的進行初期支護作業。盡快的噴上一層薄層混凝土（30～50mm），起到封閉圍巖的作用，防止風化。在初噴之前一定要把圍巖上的危石清理干凈否則會留下安全隱患。混凝土的配比是確保混凝土強度的主要因素。施工時先對砂子和石子的含水量進行測量，對含水量必須有個定量的了解。按水泥、砂子和石子的配比攪拌成潮料。攪拌后潮料用手抓起緊握成團，松手揚起基本沒有粉塵為佳。噴墻時水泥：砂子：石子為1∶2∶2，噴拱時比例為1∶2∶1.5水灰比控制在0.4～0.45之間，速凝劑為水泥重量的3%。側墻速凝劑的使用量可以少一點，但在噴拱時要適量的增加。

初噴之后適當的時間間隔作業后要進行后續的支護作業，錨桿支護，掛設鋼筋網，立鋼拱架，二次噴射混凝土等。在石質破碎地段錨桿支護包括超前錨桿和系統錨桿支護，若在洞口或者開房間還需要進行超前小導管進行支護。超前錨桿長度為循環進尺的3～5倍，宜采用3～5m長，環向間距為0.3～1.0m；外插角宜用10°～30°。搭接長度宜為超前長度的40%～60%左右，及大致形成雙層或者雙排錨桿。超前錨桿宜采用早強砂漿全粘結式錨桿，錨桿材料可用不小于Φ22mm的螺紋鋼筋，小導管直徑為Φ32 mm。打錨桿是要控制好角度，系統錨桿間距1 000mm，排距88mm，呈三花眼布置，超前錨布置如圖2所示。

圖2 超前錨桿角度

掛鋼筋網要求用Φ6mm的鋼筋在錨桿上盤鋼筋網鋼筋網格要≦300mm×300mm并且鋼筋網要緊貼圍巖。對于石質特別差得地段我們還要用16號工字鋼立鋼拱架，如圖3所示。斷面較小是用格柵鋼拱架，如圖4所示。

圖3 鋼拱架支護

圖4 柵格拱架支護

支護必須嚴格按照技術要求來施工，尤其是在具體的施工時必須要遵循各個工種的施工手冊。在對超前錨桿的處理上錨桿尾部適當延長焊接到鋼拱架的上拱面上。總的原則就是要把整個支護段連接成整體，所以要求和上一段支護的鋼結構也要連接起來，也要為下一段的支護做必要的預留，比如預留焊接的地方。

鋼筋網和拱架假設完成之后應盡快的完成第二次的噴射混凝土（混凝土的配比和初噴一樣），二次噴射混凝土一般在100mm左右，有個別地方較厚不能一次噴完故在噴射混凝土故要分多次噴射，一般兩次噴射時間間隔在20min以上。此次噴射直接達到隧道的毛洞技術要求。實驗表明，噴射混凝土與模筑相比，其物理力學性能大多得到了改善。見表1。

表1 噴射混凝土28d強度指標

3 施工中的監控測量

圍巖監測是貫穿于整個隧道的掘進過程之中的，使用各種儀器和工具對圍巖變化情況和支護結構的工作狀態進行測量，及時提供圍巖穩定程度和支護結構可靠性的安全信息，遇見事故和險情，作為調整和修改支護設計的依據，并在復合襯砌中，依據測量結果確定二次襯砌的施工時間。也會利用測量所得的數據反過來印證爆破施工的優劣，根據測量結果更改爆破方案。監控測量對掘進施工的作用是相當巨大的，是不可忽略的一個體系。尤其是在安全方面，不可否認經驗的作用，但是現在先進的測量技術給了我們一個量化的指標，對于安全更有一個切切實實的意義。在避免事故的發生方面，現在的圍巖監測技術已經有很多成功的先例。

圍巖監測是新奧法施工中的三大板塊之一，是掘進體系中最重要的部分之一。在現場測量中應測得項目有：地質和支護狀況觀察、周邊位移、拱頂下沉、錨桿或錨索內力及抗拔力，選測的項目有：地表下沉、圍巖體內位移（洞內設點，地表設點）、圍巖壓力及兩層支護之間壓力、鋼支撐內力及外力、支護及襯砌內應力、表面應力、裂縫量測、圍巖彈性波測試。

4 施工方法的優缺點比較

4.1 優點

控制開挖使用光面爆破，周邊孔使用空氣分段間隔裝藥減少了爆破振動對圍巖的擾動，減少事故發生的幾率。在光爆的作用下隧道的成型性好，減少超欠挖的發生提高了工作效率。

在石質破碎地段提高了機械利用率，減少了施工的人數同樣的也降低了勞動強度，減少了事故發生率。

初噴之后打錨桿成孔質量好，表面有一層噴漿層易于開眼提高了臺車的鉆孔效率。錨桿盤和鋼筋網緊貼巖面，錨桿支護強度大支護質量好；即使巷道變形，噴漿層開裂，因錨桿位于整個支護體系的最外面不會對人員造成不可挽回的影響。

監控測量緊隨作業面，利于及時調整和修改施工方案中的錯誤和不合適的施工方法。尤其是可以根據當前的地質情況來預報開挖斷面前方的地質情況，以便考慮選擇合適的施工方案調整各項施工措施。可以及時了解圍巖的變化情況，盡快處理突發情況。

4.2 缺點

實施不僅要求指揮人員有良好的施工組織和管理能力，還要求工程技術人員具有較高的業務能力。

開挖暴露出的地質會立即改變其應力狀態，因此要求技術人員要親臨現場，以便發現問題。

由于噴漿作業多，噴漿作業帶來的灰塵以及所含的化學藥品對人的眼睛和呼吸系統具有很大的損害。在施工作業中要求作業人員必須加強個人防護。

［1］王鵬，仝戰北.淺述隧道工程新奧法施工［J］.工程技術，2009，9（17）：85－86.

［2］韓加紅.光爆錨噴技術在井巷施工中的應用［J］.爆破器材，2000，34（3）：77－79.

［3］付水法，陳超.深孔掘進爆破技術研究［J］.采礦技術，2008，8（4）：129－132.

［4］溫玉忠.光面爆破在掘進巷道中的應用［J］.煤炭技術，2007，26（2）：64－66.

［5］王曉霞，楊長城，李剛.不良地質隧道施工技術［J］.山西建筑，2007，33（33）：317－319.

［6］丁永民.傳統光爆錨噴支護工藝的缺陷及對策［J］.煤礦安全，2010，428（6）：131－132.