陡傾結(jié)構(gòu)面切割條件下小凈距隧道安全施工工藝

郝永明

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2010-5640-0275

摘? 要：本文總結(jié)了小凈距隧道在不同陡傾結(jié)構(gòu)面的角度及陡傾結(jié)構(gòu)面的組合下的位移和應力特點，根據(jù)這些特點提出了采取在中間巖體注漿和進行預應力錨桿施工等措施能夠有效提高圍巖的承載能力，提出通過對圍巖塑性區(qū)、變形量以及應力集中程度進行預測來對圍巖的穩(wěn)定性進行監(jiān)測、控制，并根據(jù)圍巖的控制原則從開挖方式、加固方式、爆破選擇等角度提出了對圍巖穩(wěn)定性的控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：小凈距隧道? 圍巖? 承載能力? 加固? 控制原則

中圖分類號：TU744? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（c）-0011-03

The Safe Construction Technology of Small Clear Distance Tunnel Under the Condition of Cutting Steep? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Structural Surface

HAO Yongming1，2

（1. China Communication Road and Bridge Construction Co.， Ltd.， Beijing， 100027 China; 2. China Communication South Road and Bridge Construction Co.， Ltd.， Beijing， 100027 China）

Abstract： This paper summarizes the characteristics of displacement and stress of small clear distance tunnel under different angles and combinations of steep-dip structural planes， According to these characteristics， it is suggested that grouting in the middle rock mass and construction of prestressed anchor bolt can effectively improve the bearing capacity of surrounding rock， The stability of surrounding rock is monitored and controlled by predicting the plastic zone， deformation and stress concentration of surrounding rock， and according to the control principle of surrounding rock， the control technology of surrounding rock stability is put forward from the angles of excavation method， reinforcement method and blasting choice.

Key Words： Small clear distance tunnel; The surrounding rock; Carrying capacity; Reinforcement; Control principle

小凈距隧道施工中不同的施工方式、凈距等都會對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響，而不同角度組合的陡傾結(jié)構(gòu)面、不同開挖間距、不同凈距以及不同開挖方式所產(chǎn)生的位移和應力都有所不同。本文基于研究不同條件下的小凈距隧道的位移和應力特點，總結(jié)出一套小凈距隧道安全施工工藝。

1? 小凈距隧道的位移和應力特點

不同角度組合的陡傾結(jié)構(gòu)面、不同開挖間距、不同凈距以及不同開挖方式下小凈距隧道的位移和應力存在以下特點。

（1）小凈距隧道中不同陡傾結(jié)構(gòu)面的角度及陡傾結(jié)構(gòu)面的組合對隧道施工中產(chǎn)生的位移、應力、塑性區(qū)會產(chǎn)生不同程度的影響。當結(jié)構(gòu)面大于75度后，隧道施工中產(chǎn)生的位移、應力以及塑性區(qū)都會隨著角度的增大而降低。

（2）陡傾結(jié)構(gòu)面存在的條件下，小凈距隧道施工過程中，掌子面的距離應該選取較大值，范圍為10～25 m，特別是需要爆破的情況下，掌子面間的施工距離應該設(shè)置得大，以免對陡傾結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生較大的影響。

（3）隧道之間凈距小于D時，中間巖體隨著凈距的減小而逐漸出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，產(chǎn)生的塑性區(qū)也會慢慢貫通，因此，在較小的施工凈距下，因采取措施對中心巖體采用加固等方式進行處理[1]。

（4）在陡傾結(jié)構(gòu)面存在的條件下，小凈距隧道施工眾多方法中應首先考慮采取多臺階的施工方法，該施工方法可以有效地減少隧道施工中對圍巖的擾動程度。

基于以上的分析，對小凈距隧道安全施工工藝進行了研究，從中間巖體的保護、圍巖控制、支護結(jié)構(gòu)、施工工序等方面給出施工工藝方法。

2? 中間巖體的加固方式

（1）中間巖體注漿預加固。

隧道小凈距的施工過程中，由于圍巖中存在結(jié)構(gòu)面[2]，由于圍巖比較破碎，隧道中間巖體較其他區(qū)域的厚度值更小，故易在隧洞施工的過程中對中間巖體產(chǎn)生較大的影響，甚至導致破壞，在設(shè)計過程中采取在中間巖體進行注漿預加固，或在中間巖體中增加預應力錨桿等措施可以有效降低施工的破壞影響。在施工過程中宜選取使用超前小導管進行注漿預加固操作，通過在中間巖體中增加預應力錨桿以及注漿預加固等措施可以有效的增加巖體的承載力進而提高中間巖體的整體承載力[3]。宜采用Φ42厚5mm的無縫鋼管進行超前小導管的加工，并且上端密封完整，沿著鋼管距離20cm進行打孔，孔的直徑選擇6mm，可以讓水泥漿有效的經(jīng)所打的孔進行巖層，從而包圍超前小導管進而形成一個完整的整體，該措施可以有效提高圍巖的自身穩(wěn)定能力。超前小導管的長度選擇為3.5m，注漿的搭接長度為1.0m，以40cm為一個間隔沿著隧道斷面進行放置，鉆孔的角度應選擇在10°～15°之間。注漿液的選擇水泥漿，水泥則選擇使用超細品種的水泥，在整個注漿的過程中應使注漿的壓力值保持在1MPa左右的范圍內(nèi)。在進行后行洞的施工過程中也需要對整個開挖面采取注漿進行加固的措施。

（2）中間巖體預應力錨桿施工。

在先行洞已經(jīng)施工10m以后，便可在中間巖體采用預應力錨桿進行加固，錨桿的放置應該根據(jù)圖紙所標注的位置先測量定點，然后鉆孔打入錨桿，錨桿的選用采取Φ28螺紋鋼進行加工制成，加工長度的選擇應根據(jù)相關(guān)的巖體厚度、襯支厚度、工作長度進行計算得出，最終選擇錨桿的長度為6.24m。錨桿的安裝應一次性在先行洞完成，并且安裝過程中應采取包裹保護等措施保護錨桿的打入端，該措施可以有效保護錨桿的絲口在后行洞的施工時不被破壞，有利于后開挖段的施工。所選砂漿應在錨桿安裝完成后的規(guī)定時間以內(nèi)達成所需的強度，根據(jù)圖紙相關(guān)規(guī)定，應在24h內(nèi)達到設(shè)計強度的25%。在砂漿強度滿足規(guī)定后，可以在先行洞中的錨桿段進行墊板的裝配，并對螺絲帽進行擰固操作以滿足相關(guān)的設(shè)計要求。后行洞開挖完成以后，應該及時處理錨桿頭部被包裹的地方，并增加應力滿足相關(guān)規(guī)定。采取錨桿加固強化中間巖體以后，可以同時增加圍巖的約束能力也可以增加其極限強度值。

（3）中間巖體施工監(jiān)控量測。

在進行小凈距隧道施工過程中因為圍巖自身的穩(wěn)定性以及支護結(jié)構(gòu)上的受力較多而雜，因而必須定時進行受力的監(jiān)測，定期使用水準儀測量按10m間隔距離進行拱頂沉降的監(jiān)控，前15d應每天測量一次，15～30d中間應間隔2d測量一次，1～3個月每周測一次。周邊收斂采用收斂計測，測量周期的選擇與拱頂沉降時選擇的周期一致。在采用水準儀進行地表沉降的測量中，應每天于先行洞和后行洞開挖面小于2倍洞寬時測量一次，少于5倍隧道寬度時應每隔2d進行一次測量，多于5倍隧洞寬度時每周進行一次測量，在于對圍巖的應力應變進行定期測量監(jiān)控，如整個觀測期以內(nèi)支護結(jié)構(gòu)都處于穩(wěn)定情況，即可進行下一步的施工操作。

應實時對測量所得數(shù)據(jù)進行測量效果圖的制作，并與設(shè)計斷面進行比對，當位移-時間曲線處于平穩(wěn)時，則可以進行二襯的施工;如若位移-時間曲線出現(xiàn)拐點，表明支護結(jié)構(gòu)并不安全，此時應增加對于支護結(jié)構(gòu)的監(jiān)控次數(shù)，并及時調(diào)整支護結(jié)構(gòu)參數(shù)，如果不能保證施工中的安全，應及時停止施工。經(jīng)過對沉降的監(jiān)測，對中間巖體實施預注漿加固以及施加預應力措施，就能使施工安全進行。

3? 圍巖的控制

由前面分析可知，小凈距隧道中間巖體處存在明顯的應力場和位移場疊加，雙洞間塑性區(qū)貫通也較為嚴重，因此在設(shè)計和施工時應對中間巖體有足夠的保護措施，從而確保施工安全。

（1）小凈距隧道圍巖穩(wěn)定性控制原則。

隧道開挖使得原本處于平衡狀態(tài)的巖土體受到擾動，通過圍巖變形和應力轉(zhuǎn)移尋求新的平衡狀態(tài)，對于小凈距隧道，這一過程尤為漫長。通常情況下小凈距隧道雙洞施工進程因場地和設(shè)備限制而不同步，先行洞的施工對圍巖形成一次擾動，后行洞在開挖時對雙洞之間的中間巖體形成二次擾動，此時先行洞的支護-圍巖平衡狀態(tài)也被打破，因此，在后行洞施工過程中應減小圍巖擾動，同時通過對先行洞的實時監(jiān)控量測及時對支護進行加強，防止圍巖失穩(wěn)。根據(jù)隧道設(shè)計要求，隧道圍巖變形標準是確定的，這就決定了隧道的容許變形量是確定的，因而通過采取施加支護和加固等方法可以有效對圍巖產(chǎn)生的變形進行控制，進而也實現(xiàn)了維持圍巖的穩(wěn)定性[4]。

首先進行隧道圍巖穩(wěn)定性判別，根據(jù)本文提出的方法對圍巖塑性區(qū)、變形量以及應力集中程度進行預測，并采用工程類比法或理論分析等手段確定以上3個評價指標的控制標準，并依次對三者進行評價，只要有一項不滿足安全規(guī)定即視為圍巖無法保持時刻平穩(wěn)，這時就需要對圍巖進行一定的施工措施來維持其穩(wěn)定性，時刻監(jiān)察圍巖變形大小以及監(jiān)控圍巖的受力情況，采用信息技術(shù)等高速通信方式施工，可以有效增加隧道施工中的安全度[5]。

（2）小凈距隧道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)

首先，秉承新奧法的設(shè)計理念，應使得圍巖自身穩(wěn)定性可以有效表現(xiàn)出。根據(jù)以往大量的施工經(jīng)驗可以得出，采用分布開挖的方法能夠使圍巖的自承能力有效發(fā)揮，通過保留核心土的方法使其發(fā)揮出自身穩(wěn)定性，在開挖過程中也能保持圍巖的穩(wěn)定性，不會發(fā)生一挖即塌的現(xiàn)象[6]，從而為支護結(jié)構(gòu)的施作爭取時間，當隧道支護結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)后圍巖變形得到一定程度的釋放，因此支護結(jié)構(gòu)有了有效的支撐，其在隧道施工過程中能夠有效的發(fā)揮作用，保證了施工的安全。再者，從小凈距隧道圍巖穩(wěn)定性特點來看，應加強中間巖體的加固措施。由于小凈距隧道中間巖體在施工過程中受到多次擾動，因此其力學行為相當復雜，當隧道穿越軟弱破碎圍巖時必須采用必要的加固措施[7]。常用的加固方式有注漿加固、管棚、小導管以及錨桿等，通過這些方式加固可提高中間巖體的強度、剛度和穩(wěn)定性，可以有效保證施工安全、效率的進行。由文獻可知，通過加固措施可使得隧道周圍塑性區(qū)和彈性區(qū)交替分布，而彈性區(qū)可視為承載圈而存在，這相當于在隧道周邊人工制造了一個具有一定承載能力的承載拱，對于淺埋隧道尤為有效。此外，當采用鉆爆法對小凈距隧道施工時爆破方式的合理選擇也會對施工過程產(chǎn)生比較大的影響。炮眼的布置、裝藥量的多少等都對爆破振動有著重要影響，而爆破振動不可避免地對隧道圍產(chǎn)生較大擾動，因此需要對爆破振動對于中間巖體的擾動情況進行預測，從而合理地選擇技術(shù)參數(shù)。距離爆源最近的振動監(jiān)測點各方向振速最大，監(jiān)測點振速隨掌子面距離逐漸減小[8]。總而言之，在開挖小凈距隧道過程中應盡量減少中間巖體的擾動，同時合理開挖和支護是施工的關(guān)鍵[9]，如有必要，應采取對應的施工措施來加固中間巖體，維持其穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)小凈距隧道圍巖穩(wěn)定性控制的目的，使隧道工程能夠達到安全施工的要求，保證整個工程安全、可靠、有效率的完成。

4? 結(jié)論

（1）本文通過研究小凈距隧道不同角度組合的陡傾結(jié)構(gòu)面、不同開挖間距、不同凈距以及不同開挖方式所產(chǎn)生的位移和應力，從中間巖體的保護、圍巖控制、支護結(jié)構(gòu)、施工工序等方面給出施工工藝方法。

（2）提出通過對圍巖塑性區(qū)、變形量以及應力集中程度進行預測來對圍巖的穩(wěn)定性進行監(jiān)測、控制。

（3）從開挖方式、加固方式、爆破選擇等角度提出了一套圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)。

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