隧道工程施工要点及开挖支护技术

关键词:隧道工程;断层破碎带;开挖支护技术

某隧道工程总长约14．56km。经前期地质勘察，在隧道的进口段，于某段存在粉质黏土层，同时还揭露有强风化～中风化的页岩。该段上部土质较不稳定，但下部由于是岩质层，所以能保持基本稳定状态;在隧道的出口段，于某段也存在粉质黏土层，在页岩的基础上还夹有砂岩和断层破碎带。该段岩体十分破碎，且风化强烈，节理裂隙发育，无法保持稳定。通过工程地质调绘，并结合现有的物探成果，该隧道所在区域内存在断层破碎带，这会对隧道的开挖施工带来很大影响，且节理裂隙发育，有明显的产状变化。针对这一实际情况，必须制定有效的施工和支护方法，保证施工安全，将断层破碎带对施工带来的影响降到最低程度。现围绕本工程实际情况，对其在穿越断层破碎带过程中施工所用的开挖及支护方式作如下深入分析。

根据断层破碎带实际情况，本工程决定采用“交叉中隔墙法”进行施工。先对左侧上部进行开挖，然后开挖右侧上部，对边墙进行支护，再依次开挖左侧与右侧的下部，最后对边墙、仰拱进行可靠支护。在实际的施工过程中，必须严格遵循以下基本原则:“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测和早封闭”。(1)开始超前支护施工，并采用注浆法进行加固，对1#洞室进行开挖，同时进行永久与临时初支的施工，并尽早封闭成环，利用锁脚锚杆对墙脚进行加固。(2)对下一个2#洞室的上方进行超前支护，采用注浆法对地层进行加固;在加固完成后，进行永久与临时初支的施工，尽早封闭成环，并利用锁脚锚杆对墙脚进行加固。(3)待支护结构达到稳定以后，将临时的仰拱支撑结构拆除，开始对下一个洞室，即3#洞室进行开挖施工，将支撑拆除后立即进行开挖，开挖距离和拆除距离一一对应，然后进行永久与临时初支的施工，并尽早封闭成环。(4)待支护结构达到稳定以后，将临时的仰拱支撑结构拆除，开始对下一个洞室，即4#洞室进行开挖施工，将支撑拆除后立即进行开挖，开挖距离和拆除距离一一对应，然后进行永久与临时初支的施工，并尽早封闭成环。(5)以实际的监控量测结果为依据在隧道的纵向进行中隔墙的分段拆除，此时为保证隧道安全性和稳定性，每层拆除的长度应控制在4m以内。同时，及时对仰拱进行浇筑施工，待仰拱部位的混凝土达到初凝以后对仰拱进行填筑。(6)以实际监控量测结果为依据，确定进行二次衬砌施工的最佳时机，以此尽早形成完整的整体结构。(7)中隔墙待主体结构完成初支，且达到稳定状态后即可拆除，在拆除中隔墙之前，要求拱顶实际下沉量以及周边收敛量都不可超过0．2mm/d，在拆除过程中与拆除完成后，拱顶实际下沉量的增加值需要控制在6mm以内，临时钢架的拆除需要分次进行，每次不超出4m，并严格按照从上到下的顺序进行。(8)仰拱的施工必须伴随开挖跟进，和下台阶开挖面之间的距离按10m控制。根据施工中获得的监测数据，在初支收敛之后，尽早进行二次衬砌的施工。在衬砌施工中，先对隧道断面尺寸进行检查，根据检查结果铺设防水板与土工布，其中防水板需要无损挂设，将二衬衬砌的钢筋布置并绑扎好后，台车就位开始混凝土浇筑施工。下台阶掌子面和二次衬砌之间的距离按30～50m严格控制。

3．1确定适宜的孔网参数

以爆破作业机理为依据，为了实现保证安全的目标，应将炸药均匀的布置在岩体当中，以此避免爆炸能量集中，起到降低爆破振动强度的作用。对此，在爆破设计过程中需要确定适宜的孔网参数。

3．2确定适宜的装药结构

对于装药结构，它是指炮孔内炸药实际装填情况，按不同装填方式可细分成以下几种:(1)耦合与不耦合;(2)连续与不连续;(3)堵塞与不堵塞;(4)正向与反向起爆。针对以上需要从断层破碎带中穿过的情况，一般以不耦合装药为宜，炮孔和药卷的直径分别按照42mm、32mm严格控制，不耦合系数取1．3。炮孔中，将炸药分为若干段，确保炸药在爆炸后产生的能量可以在岩石内均匀分布，尽可能缩短炮孔中未装药段长度，以此增强实际的起爆效果。完成装药后，可使用黏土进行填塞，进一步保证起爆效果。此外，需要注意，当采用反向装药时，需要将起爆的药包置于炮孔最底部。

3．3确定适宜的炸药单耗

对于炸药单耗，它是爆破设计工作中对炸药量进行计算的关键参数之一，除了直接影响爆破的效果，还决定了爆破后振动强度。如果炸药单耗较高，将产生剧烈振动，冲击波较大;而如果炸药单耗较低，可能无法达到预期的破碎效果。因此，应通过综合研究与考虑确定适宜的炸药单耗。

3．4严格控制爆破开挖进尺

本工程的开挖进尺为:在V级围岩段，按照0．6～1．2m的进尺进行循环开挖;在IV级围岩段，按照1．0～1．5m的进尺进行循环开挖;在III级围岩段，按照2．0～2．5m的进尺进行循环开挖;在II级围岩段，按照2．3～2．8m的进尺进行循环开挖。由于断层破碎带情况比较特殊，所以按V级围岩的要求进行控制，即按照1．0～1．5m的进尺进行循环开挖。

3．5微差爆破

在一次爆破过程中，最大炸药量和振动强度两者为正比关系，随着一次爆破药量不断增加，产生的振动逐渐增强。当需要从断层破碎带中穿过时，通过对微差爆破的引用，增加适当的雷管段别，并减少同段雷管实际药量，以此降低振动强度。

3．6确定适宜的掏槽孔药量

掏槽孔会产生十分强烈的地震效应，它在爆破后产生的振动可以达到其它炮孔很多倍。这是因为掏槽孔爆破过程中，其自由面很少，但夹制的作用却很大，完成爆破后，可以为其它炮孔提供一定数量的自由面，降低夹制作用，使岩体受爆生气体作用后产生的应力及其分布均得到改变。对爆破地震效应进行控制时，应对掏槽孔实际药量进行合理的选定及控制，此外也可通过自由面的创造来降低地震效应。该隧道施工中，于断层破碎带将掏槽孔实际药量严格限制在16kg之内，取得了良好效果，有效保证了施工安全。

本隧道的开挖施工范围内存在若干断层破碎带，于开挖施工中若所选方法不合理，使爆破产生剧烈振动，将引发坍塌。因此，本工程制定了以上施工方法，并对爆破参数进行了适当的优化，保证施工安全，未产生坍塌事故。