五指山通風斜井水平巖層超挖控制技術

何青明

（四川公路工程咨詢監理公司）

1 工程概況

五指山隧道位于四川盆地西南緣向云貴高原過渡帶上，地處于沐川縣建和鄉境內。斜井起訖里程為XK0+000～XK1+602，長1602m，坡度為-10.89%，高差174.5m。其中Ⅳ級圍巖1540m、Ⅴ級圍巖62m、洞門形式為端墻式洞門。

2 地質情況

隧道穿越整個五指山背斜，巖層產狀近水平～緩傾變化。圍巖以粉、細砂巖、粉砂質泥巖為主，局部偶夾煤線。巖質軟～較軟，呈薄～中厚層狀，層狀砌體結構，節理裂隙發育。含層間孔隙、裂隙水及風化裂隙水，呈線流狀滲出。

3 超欠挖情況

五指山通風斜井XK1+440～XK0+220 段開挖揭示巖層產狀為近水平巖, 呈薄～中厚層狀塊石鑲嵌結構，爆破后周邊輪廓較圓順，在2～3 小時后拱部發生掉塊，出渣完成后機械和人工排險時有大量松動巖塊被輕松排下，最終拱部范圍超挖較大，在拱部形成近平頂狀（見圖2）。現場根據巖性和層厚選取不同巖性和層厚的三段進行比較分析，見表1。

圖1、掉塊、“平頂”現象

4 超欠挖原因分析

4.1 五指山通風斜井開挖輪廓線于巖層夾角約2.67°，每進尺1m 拱頂高程下降11cm，例如XK0+967～950 段層厚10～50cm，2m 開挖進尺一般輪廓線切割2～4 層巖層，3m 開挖進尺切割3～6 層巖層。

表1、超挖情況對比表

4.2 五指山隧道斜井XK0+750～740 段薄層～中厚水平巖層，拱部附近層厚比較均勻，每層厚20cm，呈層狀碎石～塊石鑲嵌結構，開挖進尺2m。塊石鑲嵌結構就從切口部位開挖逐層剝落，靠近上循環拱架部位超挖最大達107cm，據現場觀察剝落巖層有6 層之多。

4.3 周邊眼的爆破壓縮破壞開挖輪廓線之外的巖層，巖體較完成時破壞現象比較明顯，在薄層中一般破壞1～2 層；

4.4 “找頂”排危工作會感覺有找不完的“危石”，敲敲碰碰總是有松動的石塊下來。

5 水平巖層斜井超挖控制技術

5.1 加強超前支護

超前支護設計采用22 藥卷錨桿，長度4.5m，搭接1.5m，外插角10～14°，拱部90°范圍布設，環向間距30cm。由于受拱架和作業空間上的影響，超前支護外插角難于控制，在2m 開挖進尺前提下，特別對于大于3m 的超前支護桿體來說，第二循環超前支護受桿體的切割作用效果較差。水平薄層圍巖段采取“短而密、頂密腰疏”的超前支護：長度3m，搭接1.0m，外插角5～10°，拱部90°布設，拱部45°范圍環向間距10cm，其余部位20～30cm。

5.2 減少分部開挖，動態調整開挖進尺

粉砂質泥巖、粉砂巖的Ⅳ及圍巖及Ⅴ級圍巖偏好開挖方法采取兩臺階法（見表2），開挖進尺Ⅴ級1～2 榀拱架（2 榀最大1.2m），Ⅳ級圍巖開挖進尺2 榀拱架（2 榀最大2m），上臺階控制5～6m，下臺階4～6m 的微臺階開挖；Ⅳ級圍巖偏好采取全斷面開挖，開挖進尺不超過2m。

表2、開挖方法選擇表

5.3 優化周邊眼爆破設計

（1）內移周邊眼，根據周邊眼爆破壓縮破壞范圍1～2 層，周邊眼沿設計輪廓線適當內移，拱部層厚50cm 以內的水平層內移 20cm 進行周邊眼定位，拱部層厚100cm 以內的水平層內移 10cm 進行周邊眼定位。拱部為炭質頁巖或夾煤線時要根據現場試驗確定數值。

（2）適當增加周邊眼間距，拱頂和拱腰是超挖嚴重部位，周邊眼設置間距為30～60cm，當圍巖情況較好時取大值，反之取小值；鉆孔位置處于較軟的泥巖層時取大值，當鉆孔位置處于相對較硬的砂巖層時，則取小值。

（3）進尺2m 時周邊眼采用“長短眼”布孔方式，周邊眼鉆孔深度一長一短間隔布置，短孔1m 深，距離設計輪廓線10cm；深孔2.5m，距離設計輪廓線20cm。

（4）減少裝藥量，拱頂部位（拱頂環向5m 范圍）間隔裝藥，裝藥孔每孔1節炸藥。

5.4 嚴禁過分找頂、及時初噴封閉

對于碎石～碎塊鑲嵌結構或夾炭質頁巖，拱部掉塊較大并持續較長時，及時進行初噴封閉，然后再進行出渣或立架作業，嚴禁過分排險。

6 結束語

在五指山通風斜井前期，由于對水平巖層特性認識不足，致使掌子面超挖嚴重。后期通過對水平巖層的認識和研究，分析超挖較大產生的原因，不斷優化控制措施，取得了良好的超欠挖控制效果，確保了施工安全和質量，節約了施工成本。