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    隧洞工程施工技術總結

    在隧洞工程施工時根據圍巖類別、設計斷面的大小等因素確定施工方案。對于斷面小、圍巖較好的隧洞,通常選用全斷面開挖;對于中小斷面、圍巖差的隧洞采用短臺階法開挖;對于斷面大、圍巖較好的隧洞可進行長臺階、分層開挖。在隧洞支護時,根據圍巖類別的不同采用素噴混凝土、掛網錨噴、超前錨固、管棚、鋼支撐等措施進行安全支護。

    1地質圍巖結構、自穩能力與塌方部位之間的關系

    圍巖巖性走向、傾向、傾角為組成巖石產狀的“三要素”。主要是洞軸線與巖層走向的關系,決定了隧洞塌方的部位。圍巖類別不同,自穩能力也不同,超過巖體荷載自穩能力時就出現塌方,所以選擇合適有效的施工方案是確保工程安全和經濟效益的關鍵。

    (1)當巖層為水平、巖石Ⅲ類時,水平巖層的自穩能力在七天至一個月之間,安全弱點在兩拱肩,容易引起塌方。在自穩期限內對安全弱點進行錨護支護。若忽視了對薄弱環節錨護處理,一旦超過圍巖自穩期限,兩拱肩就開始塌方,弧拱變成平面,進一步引發洞頂的大面積塌方和冒頂。特別是洞徑較大的隧洞,處理難度大,對工程費用工期都不利。

    (2)當巖層為直立、巖石Ⅲ類時,圍巖夾制作用最小,而自穩能力最強,有利于洞挖爆破及安全作業。當巖層走向與洞軸線一致時,巖體自穩能力變弱,對洞挖爆破及安全作業不利。這類圍巖的塌方規律是,先從洞腰兩邊沿洞中線方向剝落,進而洞頂部分跨度變大,隨著洞頂的壓力增大,加速自穩能力的減小,就會出現塌方和冒頂。根據這一特性,在有效時間對塌方部位進行錨固處理,從而有效預防了洞頂的塌方和冒頂。

    (3)當Ⅲ類巖層向右傾倒60°~80°左右時,洞腰左側向洞中線方向擠出,巖層折斷,使右拱肩順巖層滑塌。這類巖層走向的隧洞錨護重點是洞腰左側和右拱肩。相反,向左傾倒60°~80°左右時,錨護重點是洞腰右側和左拱肩。

    2、各類圍巖自穩期限與安全支護

    隧洞開挖后,暴露的巖體類別決定自穩能力的強弱和穩定時間。水利工程上圍巖類別分五類,即:    (1)在Ⅰ類圍巖完整、堅硬,經過光爆洞挖施工后,巖體自穩在一年以上。一般情況下,不需要安全支護。

    (2)Ⅱ類圍巖稍差,自穩時間在半年左右,在進行支護時一般選用錨桿加固,支護參數常為:φ22~φ25鋼筋,長度3.0 m左右,孔距1.0 m~1.5 m左右,排距2.0 m之間,梅花型布置。

    (3)Ⅲ類圍巖自穩時間在七天至一個月內。支護時除按Ⅱ類圍巖錨桿加固外,在巖石比較完整的部位素噴混凝土,一般在拱頂部分;對巖石破碎或滲水洞段要錨噴掛網處理,支護參數常為:φ8網格15 cm×15 cm,與錨桿外露部分焊接,再噴混凝土。

    (4)Ⅳ類圍巖比較軟弱,巖體自穩時間在幾個小時至一天以內。支護時除按Ⅲ類圍巖錨噴掛網外,對巖石破碎或滲水洞段進行鋼支撐支護。支護參數常為:φ8鋼筋網10cm×10cm;鋼支撐(16mm~20mm工字鋼)間距0.8 m~1.0 m;鋼支撐之間聯接筋(φ22~φ25)間距1.0 m;噴混凝土厚度20 cm。    (5)Ⅴ類圍巖是最軟弱,易風化的巖體,自穩時間最短,自穩時間在1小時以內。若存在傾倒、破碎、有地下水的外界因素,自穩極差。以“短進尺、強封閉”的原則施工,在開挖前先進行超前錨桿錨固處理,采取小炮松動開挖技術,拱肩以上部位多用人工處理,循環進尺80 cm~100 cm。支護時除按Ⅳ類圍巖外,要加強支護參數,調整鋼支撐間距0.6 m~0.8 m,超前錨桿選用φ22~φ25鋼筋,長度3.0m左右,孔距0.4 m,環距2.0 m。在傾倒、破碎、有地下水等外界因素的Ⅴ類巖體段支護時,要注意排水泄壓處理,與巖面之間要回填密實。

    3 隧洞塌方處理措施

    (1)塌方高度超過1.0 m,為減輕拱架壓力,在拱架上加鋼支撐,拱架與鋼支撐之間、鋼支撐與鋼支撐之間、鋼支撐與前一榀拱架之間、拱架與拱架之間焊接成相互受力的整體,需緊貼巖石面掛網,噴混凝土封閉。

    (2)塌方高度超過2.0 m,要先制止次生的塌方發生,特別注意引發冒頂。根據塌方斷面形狀,采用不同形式支護,利用梯加鋼支撐的方法緊頂到巖石面,焊接成整體,掛網噴護封閉,這種雙層鋼支撐的要點,是要從第二層拱架上把壓力引伸到洞壁上去,壓力向外伸展,減小拱架壓力。另一種支撐方式,是在鋼拱架上制作擺方木的平臺,方木呈“井”或“田”字形,各端頭點頂緊周邊巖石,扒釘連接成整體,再噴射混凝土封閉回填。                                                         4各類圍巖洞挖施工方法

    隧洞開挖根據巖石的類別、自穩能力和塌方部位確定施工方法。

    (1)洞徑在7m左右,自穩時間在半年以內的Ⅰ、Ⅱ類圍巖,選擇全斷面一次開挖掘進較為經濟合理。

    (2)Ⅲ類圍巖開挖時,為減小爆破對圍巖的破壞,采用先中間、后周邊的全斷面掘進法,以光爆位置作為保護層,中間光爆能把最小抵抗線引向內圈,然后中間與周邊光爆同時進行,光爆半孔完好率可達到80%以上。

    (3) Ⅳ類圍巖開挖時,采用臺階式的分層開挖法。分層就降低了掌子面的高度,減小了面積,也就相應地降低了塌方的幾率,先進行上半部分開挖與安全支護,確保洞頂安全后再進行下半部分開挖和安全支護。

    (4)Ⅴ類圍巖開挖要以“短進尺、弱爆破、強支護”的原則:在開挖前先進行超前錨桿錨固處理,采取小炮松動開挖技術,拱肩以上部位多用人工開挖,循環進尺80cm~100cm。根據Ⅴ類圍巖的自穩時效對安全支護的要求,全斷面掘進成功幾率較低。因掌子面高、面積大,很難控制塌方引發的冒頂。分層開挖,每次掘進的深度只有0.8m~1.0m,不利于鋼支撐的施工。錯臺2m~3m,上下同時掘進,是安全可靠、方便支撐、減少工序的開挖方式,是Ⅴ類巖石上首選的洞挖方式。                      

     5、 結束語

    各類圍巖的施工方法、支護方案及塌方的預防與處理措施,要在省內多數隧洞工程上進行施工實例的論證,認真總結隧洞圍巖的特征和施工經驗,對隧洞工程的施工安全管理提供合理有效的實踐依據,使工程做到保安全、促效益。

    林海英

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