公路隧道中小净距隧道的施工技术
2015-06-09
１工程概况及地质水文条件
某隧道为上下行分离的四车道高速公路小净距短隧道，隧道最大埋深约88m。隧道轴线经过地段地面高程为204～283m，相对切割深度约79m，隧址区未见明显的不良地质构造现象。隧道范围内基岩主要为：强风化片岩和中风化片岩，强风化片岩：灰白色，灰褐色，变晶结构，片状构造，岩石风化强烈，岩心多呈块状，少量呈短柱状，采取率约为58％。钻探掲示厚度为13.3～16.2m。中分化片岩：灰绿色，变晶结构，片状构造，含石英、绢云母等矿物，岩心呈短柱状，采取率约为76％，RQD值为24％。本隧道左、右洞设计线间距约为15.2～16.0 m，建筑界限净宽10.25m，净高５m。
２开挖方法
2.1Ⅲ级围岩
2.1.1施工工序
Ⅲ级围岩推荐采用全断面法开挖，开挖每循环进尺控制在2～3m。其施工工序为:1)全断面开挖按照轮廓线一次爆破成形；2)修建衬砌。
2.1.2施工要点
(1)机械设备要配套，如钻眼、装渣等主要机械和相应的配套机具在型号、规格尺寸、性能和生产能力上都要相互配合，施工工序才能环环紧扣，不至发生彼此相互受到牵制而影响掘进，并应注意经常检查维修保养机械设备，应备有足够的易损零件部件，以保证各项施工工序顺利进行。
(2)加强各辅助作业和设备的管理，如三管两线(高压风管、高压水管、通风管、电线及运输路线)要保持良好的运行状态，要有专人看护。
(3)后行洞爆破面的开挖应在先行洞初期支护完成并达到一定强度后进行，因此后行洞与先行洞的安全距离应保持30～50m。
(4)二次衬砌及时施作，一般二次衬砌工作面距掌子面不大于120m。
2.2Ⅳ级围岩
2.2.1施工工序
施工工序：(1)开挖左洞上半断面，采用弧形导坑法，导洞超前5～10m，超前支护应先期施作；(2)施作左洞拱部初期支护；(3)交错开挖左洞下半断面的两侧；(4)施作左洞两侧边墙初期支护；(5)开挖左洞核心土体及仰拱；(6)施作左洞仰拱初期支护及二次衬砌、仰拱回填；(7)开挖右洞上半断面，采用弧形导坑法，导洞超前５～10m，超前支护应先期施作；(8)施作右洞拱部初期支护；(9)交错开挖右洞下半断面的两侧；(10)施作右洞两侧边墙初期支护；(11)开挖右洞核心土体及仰拱；(12)施作右洞仰拱初期支护及二次衬砌、仰拱回填。
2.2.2施工要点
(1)左右洞均采用上下台阶留核心土法，保证左右洞施工距离应错开25m以上，上、下开挖面长度宜控制在５～10m。
(2)下半断面若用人工开挖，则二次衬砌距离下半断面开挖面不大于15m，若采用爆破开挖，则二次衬砌距离下半断面开挖面不大于20～30m。
(3)二次衬砌工作面距离仰拱工作面一般为15～30m，与右洞核心土开挖面距离应保持在20m。
(4)如果掌子面稳定性差，短台阶留核心土法不能确定掌子面稳定的情况下，可将开挖、支护分为三或四个台阶进行。
(5)在Ⅳ级围岩稳定性较好，施工单位机具和施工能力较好的条件下，上、下半断面可合为一步进行开挖。
(6)在台阶施工能拉开合理的距离的情况下，各台阶均可平行施工。
2.3Ⅴ级围岩
2.3.1施工工序
施工工序:(1)开挖左洞内侧上导坑，超前支护应先期施作；(2)施作左洞内侧上导坑初期支护与侧导坑初期支护；(3)开挖左洞内侧下导坑，超前支护应先期施作；(4)施作左洞内侧下导坑初期支护与侧导坑初期支护；(5)开挖左洞外侧上导坑；(6)施作左洞外侧上导坑初期支护；(7)开挖左洞外侧下导坑；(8)施作左洞外侧下导坑初期支护；(9)施作左洞仰拱二次衬砌、仰拱回填；(10)施作左洞室的二次衬砌；(11)开挖右洞上半断面，采用弧形导坑法，导洞超前5～10m，超前支护应先期施作；(12)施作右洞拱部初期支护；(13)交错开挖右洞下半断面的两侧；(14)施作右洞两侧边墙初期支护；(15)开挖右洞核心土体及仰拱；(16)施作右洞仰拱初期支护及二次衬砌、仰拱回填。
2.3.2施工要点
(1)采用爆破施工，左洞隧道右侧则要求采用预裂爆破，爆破震动速度不大于20m/s。
(2)左右洞掌子面施工距离应错开25m以上。
(3)下导坑若用人工开挖，则二次衬砌距离下导坑开挖面不大于15m，若采用爆破开挖，则二次衬砌距离下导坑开挖面不大于20～30m。
(4)在Ⅴ级围岩稳定性较好，施工机具和施工能力较好的条件下，上、下半断面可合为一步进行开挖。
(5)二次衬砌在初期支护基本稳定后，按“先顶后拆”的原则先拆除单侧壁再施作，其仰拱和仰拱回填应紧跟初期支护。
(6)如果掌子面稳定性差，上下台阶留核心土法不能确定掌子面稳定的情况下，可将开挖、支护分为三或四个台阶进行。
(7)在台阶施工能拉开合理的距离的情况下，各台阶均可平行施工。
３爆破及光面爆破施工控制
小净距隧道洞身爆破开挖施工的原则是：弱爆破、短进尺、早支护、勤量测。爆破的关键是掏槽眼和周边眼的爆破，掏槽眼为辅助眼和周边眼的爆破创造了有利条件，直接影响循环进尺和掘进效果；周边眼关系到隧道开挖边界的超欠挖和对周围围岩的影响。
周边眼沿设计开挖轮廓线布置，必须采用小直径药卷，严格控制装药量，并使药量沿炮眼全长合理分布，炮眼要根据围岩情况堵眼，采用毫秒雷管微差顺序起爆，以使周边爆破时产生临空面。掏槽眼布置在开挖面的中央稍靠下部，以使底部岩石破碎，减少飞石，一般采用斜眼掏槽的方法，可按岩层实际情况选择角度，容易把石渣抛出槽口。因地质多变，可将直眼掏槽和斜眼掏槽混合使用。辅助眼应交错均匀布置在周边眼和掏槽眼之间，由内向外，并垂直于开挖面，逐层布置，逐层起爆，逐步接近开挖轮廓形状，这样可使爆破的石渣块体大小适合装渣运输的要求。
对于Ⅳ级以上围岩地段的施工采用预裂爆破作业，对于Ⅲ级以下的围岩地段的施工采用光面爆破作业。对于预裂爆破和光面爆破，根据围岩性质、工程类比经验或施工规范，合理选择周边眼距及最小抵抗线、相对距离和装药量集中度参数。
光面爆破的分区起爆顺序是：掏槽眼—辅助眼—周边眼—底板眼。为使爆破有良好的效果，可采取以下措施:1)缩小周边眼间距；2)减小周边眼的最小抵抗线；3)减少装药量及装药密度；4)周边眼在最后同时起爆；5)严格掌握炮眼方向。其次使辅助眼爆破后尽量接近开挖轮廓形状，使光面爆破厚度尽可能一致，并应注意不要使爆破落下的石渣堵死周边眼的临空面。而预裂爆破以预先爆破周边炮的方法，沿设计轮廓线炸出一个贯通预裂缝，从而把开挖部分的主体岩石与其外部围岩分隔开，使紧随其后爆炸的掏槽眼和辅助眼爆炸时，其主体爆破产生的冲击波的破坏作用被预裂面所隔断而受到大量衰减，因而有效地减少了对围岩的扰动。
４隧道超欠挖
4.1隧道超欠挖原因分析
公路隧道超欠挖是指以设计的隧道开挖轮廓线为基准线，实际开挖获得的断面在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分则称为欠挖。超欠挖通常是由于岩体结构面和开挖临空面的不同组合产生的，在隧道开挖过程中当爆破开挖引起的关键块体优势面的抗剪强度小于其滑力时，关键块体就会踏滑或塌落，形成超欠挖。
在一定条件下，岩体的强度越高，越有可能造成岩体的超挖现象，与节理强度相比岩体完整性是决定超欠挖的主要因素。而地应力的方向和主应力比的大小也是影响超挖的主要因素，特别是地应力的大小接近节理化岩体的强度时，其影响更为显著。目前，大量的超挖是由于爆破孔的布置或者是由于爆破孔未及时按顺序引爆造成的，在隧道爆破过程中爆破能量越大，超挖的可能性就越大，高速、高强度、高密度的爆破方式都能导致岩体的破坏。
4.2超欠挖的预防措施
(1)提高钻孔技术水平，准确控制周边眼孔位及方向。
(2)提高装药质量和爆破技术，减少超欠挖。
(3)加强施工管理，重视超欠挖的影响。
(4)提高测量技术，减少人为因素的影响。
(5)采用光面爆破技术。
５中隔岩柱的加固
该隧道中岩柱的宽度为11.6～12.4m，Ⅴ级围岩采用直径22mm、长6m的系统药卷锚杆加固中岩柱，纵向0.5m、环向1.2m，侧壁导坑法中隔岩柱锚杆的深度为６m，风枪的工作面太小，不能一次打够６m，要把６m 转杆分４节各1.5m，中间用丝扣连接，打眼时依次接入，打好后再依次拆除，6m锚杆也是同样的分段方法施作。Ⅳ级围岩采用直径22mm 长4.5m的系统药卷锚杆加固中岩柱，纵向1.0m 环向1.2m。Ⅲ级围岩采用直径22mm 长4.5m 的系统药卷锚杆加固中岩柱，纵向1.2m 环向1.2m。锚杆为梅花型布置。为了保证中隔岩的稳定，应减少扰动，并及时施作成环，量测指导施工。
