超大断面软弱围岩隧道施工

科学之友　Ｆｒｉｅｎｄ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ａｍａｔｅｕｒｓ　２ｏｏ８￣ｏ４月囝　超大断面软弱围岩隧道施工　刘　杰　（中铁六局集团有限公司桥隧分公司，北京１０００３６）　摘要：文章通过上分层留设煤柱对下分层开采时的压力传递作了理论分析，采取周期　来压前人工爆破煤柱和加强支架支护质量的措施，使用ＺＦ一４６００轻型低放支架开采取得　了良好的经济效益，为其他下分层边角煤的开采提供了借鉴经验。　关键词：上分层煤柱下；开采技术；实践与分析　中图分类号：Ｕ４５５　文献标识码：Ａ　文章编号：１（）（】０—８１３６（２（）（】８）０４一Ｏ（）（】卜０２　地表砂浆锚杆预加固地层。　（２）出口ＤＫ８５０＋５７２～＋５８０段为Ｖ级围岩，暗洞进洞段，采用　三台阶分步平行开挖法施工，施工顺序见图１。上弧导采用环行　开挖留核心土，　４２小管棚加强支护拱顶（小导管环向间距０．４　ｍ，１环，４　ｍ，５　ｆｎ／根），格栅钢架、挂网、锚喷混凝土作初期支护，　格栅钢架设计１　ｍ／榀，实际施工中我们采用０．５　ｍ～０．８　ｍ／榀加强　支护；下部实施交错开挖，格栅钢架、锚网喷混凝土作初期支护。　各部断面一次开挖进尺以一排格栅钢架问距（０．５　ｍ－０．８　ｍ）为　限，随挖随支护。两侧边墙马口开挖，相错量为３　ｍ～４　ｍ。　杨桥隧道为浙赣铁路电气化改造工程电气化高速双线隧道，　全长２４４　ｍ，设计时速２００　ｋｍ／ｈ。整个隧道处于直线上，进口端　ＤＫ８５０＋３４８～＋４５０段为平坡段，后半段设计纵坡为２．９％。。开挖断　面面积较大，最大净宽ｌ５．３　ｍ，最大净高ｌ２．５８　ｍ，最大开挖断面　积１５４．７ｍ　。　隧道横穿南北走ｆ口，】的山体，低丘斜坡地貌，最小埋深仅有４．６　ｍ。上覆土为第四系坡残积粉质黏土，硬蠼状；下伏基岩为白垩系　上统下组砂岩、砾岩，强风化带较薄。隧道围岩为Ⅳ、Ｖ级，其中　Ⅳ级围岩段长为１　１５　ｍ，Ｖ级围岩段长为１２９　ｍ。　杨桥隧道自２００４年７月６日正式开工，于９月２７日上导洞　贯通，是浙赣铁路电气化改造工程江西省境内第一条贯通的隧　道。在这条隧道的施工中，由于我们精心组织，科学谋划，严格控　制，在全线隧道普遍出现坍方的情况下，杨桥隧道未出现任何坍　方，多次受到业主、设计、监理等领导的赞誉。现将主要施工情况　分述如下。　ｆ／　ｚ　・　，　１　１　ｓ　叫　１』—　＋１　１｛　１　开挖掘进　在软弱围岩地质条件下修建双线铁路隧道，开挖断面大，施　工工序复杂，成洞难度大，不可预见因素多。从施工质量、安全、　进度诸多方面讲，防治隧道坍方是最重要的课题。因此，首先要　选择正确的施工方法，只有运用科学而又切实可行的施工方法，　才能防患于未然，确保安全、快速、优质的进行施工。　杨桥隧道原设计进口ＤＫ８５０＋３６０～＋４００段及出口　ＤＫ８５０＋５７２一＋５８０段Ｖ级围岩段采用双侧壁导坑法歼挖，其余围　岩段采用中壁法开挖。但双侧壁导坑法、中壁法在施工中存在以　下缺点：一是了大型机械的使用，降低了工效，难以保证工　期；二是在软硬围岩相问的地段施工中，调整施工方法时间的很　长；三是临时支护多，投入大，不经济；四是施工中相互干扰大。　在现场施工当中，结合杨桥隧道的实际地质情况，我们的施工原　则制订为：以新奥法原理为指南，以格栅钢架、锚网喷混凝土为主　要支护形式，实行“先治水，弱爆破，强支护，勤量测，二次衬砌紧　跟”。在这一施工原则的指导下，根据隧道几种不同的地质情况　和围岩级别，分工序制定出具体的施工方法，并通过实践摸索，不　断总结、改进和完善。杨桥隧道从出口端进洞，单口掘进，具体的　施工方法是：　（１）ＤＫ８５０＋３４８～＋３６０、ＤＫ８５０＋５８０～＋５９２进出洞口段为Ｖ级　围岩，斜切式明洞，采用明挖法施工。两侧边坡和明暗洞交接处　图１　三台阶分步平行开挖法　（３）进口段ＤＫ８５０＋３６０～＋４１５、中间浅埋段（最浅埋深４．７　ｍ）　ＤＫ８５０＋４９５～＋５１５、出口段ＤＫ８５０＋５５０～＋５７２段为Ｖ级围岩，采用　三台阶分步平行开挖法施工。先以超前小导管注浆。　加强支护（１：１水泥浆），固结周边岩体，然后按上述开挖方　法进行开挖、支护。小导管环向间距０．４ｍ，１环／２ｍ，３，５ｍ／根，　格栅钢架１　ｍ／榀。开挖进尺以一排格栅钢架间距（１　ｍ）为限。　（４）其余地段为Ⅳ级围岩，采用两台阶分步平行开挖法施工，　施工顺序见图２。遵循“弱爆破，短开挖”的原则，采用光面爆破，尽　量减少对围岩的扰动。一次开挖长度３　ｍ～３．５　ｍ。　图２两台阶分步平行开挖法　２监控量测　隧道一经开挖。即破坏了围岩的原始应力状况，围岩出现变　形，其变形量的大小直接关系到施＿［人员的安全和衬砌结构的　稳定，因此施工中要加强对变形的观测，防止坍方。杨桥隧道按　新奥法原理组织施工，监控测量是不可缺少的一环。它是通过对　一的仰坡开挖后，及时进行锚杆挂网喷射混凝士支护。仰坡顶至洞　顶截水天沟之间刷方面用喷射混凝土封闭，并在覆盖层薄处施作　１　一　维普资讯 http://www.cqvip.com 刘　杰：超大断面软弱围岩隧道施工　量测数据的分析来控制围岩及支护的变形，对施工实施动态管　理。其目的一是了解围岩、支护变形情况，以便及时调整和修正　支护参数，保证围岩稳定和施工安全；二是提供判断围岩和支护　系统稳定的依据，确定二次衬砌的施工时间；三是依据量测资料　采取相应措施，在保证安全的前提下加快施工进度；四是积累量　测数据，提高施工技术水平。　２．１　量测断面间距、测点布置与频率　杨桥隧道量测断面间距为Ⅳ、Ｖ级围岩ｌＯｍ，洞口范围以及　浅埋地段量测断面间距取５　ｍ。水平收敛基线布置３条，在起拱　线上１　ｍ处布置１条，起拱线下１　ｍ处布置１条，轨面以上１　ｍ　处布置１条。拱顶下沉测点的位置在每个断面内布置３个。　２．２施工监测　Ａ，Ｂ：常数　回归分析结果表明，对数函数用于初期变形可取得较高的　回归精度；基本稳定后对数函数为发散型函数，与实测值有较大　差距，此时采用指数函数效果较好；双曲线函数则可预计最终位　移值ｕｏｏ＝ｌ／Ｂ。　２．４信息反馈　杨桥隧道通过围岩和支护量测、信息反馈施工，部分洞口、　浅埋地段缩短了格栅钢架间距，补强了初期支护，加强了二次衬　砌；个别地段减弱了支护结构。　２．５注意事项　（１）为取得开挖后围岩早期状态及应力变化数据，各项测点　应尽量靠近开挖面布置，在爆破后２４　ｈ内或下次爆破前读取初　次数据。　（２）周边收敛、拱顶下沉及地表下沉各项测点应尽量集中在　同一断面布设，以便于量测结果的协调分析和综合运用。　（１）周边水平位移量测。周边水平收敛值是围岩变形最明显　的体现，也是判断围岩动态的最主要的量测项目。杨桥隧道采用　ＪＳＳ３０Ａ型数显收敛计量测。它的基本原理通过收敛计机体对钢　尺产生恒定张力，利用机械传递位移的方法，将两个基准点的相　对位移转变为数显收敛计的两次读数差。测点用风钻或钢钎凿　４ＪＤ　ｉｎｌｎ、深２００　ｍｍ的孔，用１：１水泥砂浆灌注后再插入测点固　定杆，尽量使同一基线两测点的固定杆方向在同一直线上。待砂　浆凝固后，即可进行量测工作。　（２）拱顶下沉量测。拱顶下沉量测的测点用８号铁丝或　６　ｉｎｔｏ钢筋弯成三角形挂钩，用砂浆固定在围岩或混凝土表层。测　点的大小要适中，过小量测使不宜找到，过大则爆破时易被破　坏。支护结构施工时要注意保护测点，一旦发现测点被埋掉，要　尽快重新设置。　（３）量测时，应先把钢尺拉出（拉出长度稍长于量测基线）停　放２Ｏ　ｍｉｎ，使钢尺温度与环境气温达到基本一致。在同一地段内。　且环境气温相差不大时，若干个断面可连续量测。　（４）采用台阶法开挖，当下半断面开挖靠近上半断面时，量　测频率应适当增加。　３经验与体会　通过杨桥隧道的施工，我们总结出了一些新奥法施工超大　断面软弱围岩隧道的原则。　（１）采用预裂爆破、松动爆破、光面爆破为主要开挖手段，减　采用水平仪、水准尺、挂钩式钢尺配合测量拱顶下沉，精度　可达１　ｍｍ～２　ｍｍ。水准基点放在洞内、洞外均可。量测使用一把　２　ｍ　ｍ长的挂钩式钢尺挂上即可。　（３）地表下沉量测。洞口段以及浅埋地段（最浅埋深４．７　ｍ），　量测断面间距５　ｍ，与洞内收敛、拱顶下沉量测里程相对应。地表　下沉量测应在开挖面前２倍的洞跨处开始进行，直到地表下沉　基本停止为止，量测频率为１～２次，ｄ。采用经纬仪将所有测点　布设于同一直线上。测点安设就位后，表面须磨平，并用铁钉等　锐器在其表面作标志。　２．３监控数据分析　少爆破对围岩的扰动，同时有效控制超欠挖，使隧道开挖轮廓基　本平顺，避免棱角突出处应力集中，改善隧道受力条件。　（２）隧道开挖后，及时施作初期支护，及早封闭围岩，防止围　岩风化，同时可以有效控制围岩的变形和松动，最大限度地发挥　围岩的自稳能力。在软弱围岩地段，及早施作仰拱，尽快形成环　状封闭支护结构体系。严格遵循“少扰动，弱爆破，短进尺，强支　护，早喷锚，紧衬砌”的原则，以保证安全施工的正常进行。　（３）监控量测是新奥法施工的重要环节，施工中要配备专业　监控量测人员和相应的监控量测仪器，通过施工过程中对围岩　和支护的动态观察和监控量测，仔细分析观察和量测的资料，及　时反馈信息，指导修正施工过程中采取的预防和加强措施，确保　隧道施工的质量和安全。　（４）喷射混凝土是一种主动支护手段，它在施工后具有较高　的支护能力，特别针对软弱及不稳定围岩，喷射混凝的早期强度　现场量测数据中存在偶然误差，具有一定的离散性，量测数　据的时间散点图上下波动，难于找出规律，故采用位移一时问曲　线对量测数据进行回归分析。　选用下面３种非线形函数中精度最高者进行回归分析，观　测数据不宜少于２５个。　对数函数：ｕ＝Ａ＋Ｂ／Ｌｇ（１＋ｔ）　指数函数：ｕ＝Ａ（１ｍｅ一胁）　双曲线函数：　＝　Ａ＋Ｂｔ）　式中ｕ：位移　ｔ：时问　和厚度对隧道施工的安全和质量至关重要，在一次喷射无法达　到设计厚度时，必须及时进行二次，以至三次补喷，直至达到要　求为止。　（５）采用大型配套施工机械，充分发挥大型施工机械的作　用，极大的提高了施工效率，加快了施工进度，为隧道优质、按期　完成奠定了基础。　Ｌａｒｇｅ　Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ　ｓｏｆｔ　Ｒｏｃｋ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｌｉｕ　ｄｉｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｔｒａｔｉｉｆｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｍａｉｎｉｎｇ　ｃｏａｌ—ｍｉｎｉｎｇ　ｏｆ　ｓｌｉｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｔｏ　ｔａｋｅ　ｍｅａ８ｕｒｅ　ｏｆ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｐｉｌｌａｒ　ｏｆ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ａｎｄ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｕｐｐｏｒｔ，ｔＯ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｏｔｈｅｒ　ｍｉｎｉｎｇＫｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌａｙｅｒｅｄ　ｏｆ　ｃｏａｌ；ｍｉｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　．　一２一