
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
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文檔簡介
1、關(guān)于隧道施工研討資料洞口開挖、圍巖分級、初期支護(hù)研討資料匯報人:趙國民執(zhí)筆:張華日期:2008年3月1日平鐵線途經(jīng)三條隧道,分別為炮嶺1號隧道、東溝門隧道、北局 子隧道。在這三條隧道的建設(shè)管理過程中我們逐步積累和總結(jié)出了一 些隧道工程施工管理的一些教訓(xùn)和經(jīng)驗。希望對日后我們的工程管理 及工程建設(shè)工作能有所幫助和啟發(fā)。下面我將對施工管理過程中涉及 的隧道洞口開挖及支護(hù)、圍巖分級和初期支護(hù)這三個方面進(jìn)行詳細(xì)論 述,同時對類似問題的處理進(jìn)行一些探討。請多多指教:一、洞口開挖及支護(hù)1.1洞口選址洞口開挖往往直接涉及到一個洞口選址的問題。因為目前我們國 內(nèi)很多設(shè)計院出具的地質(zhì)初期勘查報告往往由于時間緊、
2、任務(wù)重等原 因沒能做到準(zhǔn)確詳盡,所以在施工過程中發(fā)現(xiàn)很多實際地質(zhì)情況與原 設(shè)計有較大出入。有時設(shè)計圖紙標(biāo)示的進(jìn)洞位置在實際施工中發(fā)現(xiàn)并 不適合進(jìn)洞,例如炮嶺隧道進(jìn)口處,原設(shè)計所處位置為第四系坡積黃 土及亞粘土,土體松軟,結(jié)構(gòu)松散,土體中含有較多地下水,整體自 穩(wěn)能力非常差,開挖后不能自穩(wěn),該處隧道埋深不足5m,非常不適 合進(jìn)洞。最終經(jīng)專家組共同討論決定明挖20m,再行決定進(jìn)洞。最終 明挖20m后出露出較完整巖體順利進(jìn)洞。事實證明,實際操作即節(jié)省 了工期,又增加了施工安全性。再如東溝門隧道,按照原設(shè)計進(jìn)洞后不久,由于隧道洞門處于偏 壓狀態(tài),加之巖層傾角方向與隧道偏壓受力方向一致,在放炮震動過 程
3、中,致使洞頂上覆巖層滑移,仰坡噴射混凝土開裂。最后不得不停 工對隧道上方產(chǎn)生偏壓力的巖體處進(jìn)行卸載處理。因此,隧道洞口位置的選擇應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、地下水、洞外路 線銜接、不留病害、有利于施工和營運等因素進(jìn)行比較選擇。具體要 求如下:1)、隧道洞口應(yīng)選擇在山坡穩(wěn)定,地質(zhì)條件較好處,不應(yīng)設(shè)在偏 壓很大及嚴(yán)重不良地質(zhì)地段,宜避開排水困難的溝谷低洼處;2)、位于懸崖陡壁下的洞口,一般不宜切削原山坡,但坡面及巖 頂穩(wěn)定,無落石或坍塌可能時,可貼壁進(jìn)洞。避免在不穩(wěn)定的懸崖陡 壁下進(jìn)洞,否則應(yīng)延伸洞口接以明洞,其長度宜延伸到坍塌可能影響 的范圍以外3m5m,或采取其他措施,保證營運安全;3)、對于層面不穩(wěn)定
4、的巖層,開挖面容易因其順層滑動或坍塌的 地段,宜提早進(jìn)洞,否則,應(yīng)采取有效的工程措施防止病害;4)、隧道洞口的邊坡、仰坡,必須保證穩(wěn)定,其高度應(yīng)根據(jù)工程 和水文地質(zhì)條件確定。1.2洞口開挖和支護(hù)洞口的開挖是用爆破手段破壞原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行 的。如果破壞原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)后,圍巖仍然能夠很快達(dá)到一個新的 平衡狀態(tài),那么洞口開挖后是較為安全和穩(wěn)定的;但是很多情況是: 在沒有任何支護(hù)時,破壞原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)后圍巖根本不能再次達(dá)到 平衡狀態(tài),也就形不成洞口,甚至爆破會引起上部穩(wěn)定巖體的大量塌 落。例如炮嶺1號隧道出口洞門處,當(dāng)時在沒有任何支護(hù)時就爆破開 挖,準(zhǔn)備形成洞門,結(jié)果引起仰坡坡面整體垮
5、塌,前功盡棄,最終不 得不重新削坡再次做大量的準(zhǔn)備進(jìn)洞工作。那么如何才能保證我們能夠安全的形成洞門并且順利進(jìn)洞呢? 首先這要由洞口所處圍巖的質(zhì)量決定。在巖體非常完整,強度很高的 巖體中基本上不需要額外的支護(hù),依靠圍巖自身的穩(wěn)定能力就能形成 洞門并且順利進(jìn)洞,例如112線波羅諾隧道出口洞門處,所處圍巖為 角閃巖,強度非常高,整體性非常好。洞門開挖一次成型,成形效果 非常好,開挖輪廓線光滑完整。在圍巖質(zhì)量差的巖體中就必須采用額外的支護(hù)措施確保隧道洞 門能夠成形。通常有如下幾種支護(hù)措施:1)、注漿小導(dǎo)管加臨時鋼拱架(如圖1)。這種形式適合巖體較 破碎,裂隙張開度較大的巖體,注漿后漿液固結(jié)可以使巖體整
6、體性有 較大提升。其中鋼拱架的作用一方面可以為小導(dǎo)管提供一個力的支撐 點,另一方面把拱架用噴射混凝土封閉后可以提供一個安全的施工空 間,同時增加整個系統(tǒng)的整體受力能力。小導(dǎo)管的主要作用是為洞頂 上部巖體提供一個預(yù)支撐力,不致于在開挖后上部巖體馬上失穩(wěn)。另 外就是通過小導(dǎo)管對巖體進(jìn)行注漿處理,增強巖體的整體性。側(cè)視圖正視圖圖1注漿小導(dǎo)管加臨時鋼支撐2)、大管棚加套拱或臨時鋼拱架(如圖2)。該種支護(hù)形式適合 于土石混合體或圍巖非常破碎,巖體強度很低的地質(zhì)段洞門的開挖。 其基本原理類似于注漿小導(dǎo)管加臨時鋼拱架,但其作用及效果要大大 強于注漿小導(dǎo)管加臨時鋼拱架。側(cè)視圖正視圖圖2大管棚加套拱或臨時鋼拱架
7、由于洞門段存在一個不受巖體約束的自由面,穩(wěn)定性要差很多。 所以,要在盡可能不擾動圍巖的情況下進(jìn)行掘進(jìn)。總之,洞門的開挖除了強支護(hù)外還要堅持弱爆破、短進(jìn)尺等原則。 以達(dá)到安全開挖,順利進(jìn)洞。二、現(xiàn)場圍巖分級現(xiàn)場圍巖分級的原因主要是設(shè)計院出具的地質(zhì)初期勘查報告不 夠準(zhǔn)確詳盡,加上地質(zhì)情況千變?nèi)f化,實際施工過程中會出現(xiàn)一些地 質(zhì)情況與設(shè)計不相符合的段落。為了能夠更加客觀和準(zhǔn)確的對圍巖級 別做出判定,就必須在開挖過程中對現(xiàn)場圍巖進(jìn)行再次分級,從而更 加合理的采用適當(dāng)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行支護(hù)。平鐵線段公路隧道現(xiàn)場圍巖分級主要依據(jù)是公路隧道設(shè)計規(guī)范(JTG D702004)中的圍巖分級,也稱BQ值法。該評判方法采
8、用兩步分級,并按以下順序進(jìn)行:1)、根據(jù)巖石的堅硬程度和巖體完整程度兩個基本因素的定性特 征和定量的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ,綜合進(jìn)行初步分級。2)、對圍巖進(jìn)行詳細(xì)定級時,應(yīng)在巖體基本質(zhì)量分級基礎(chǔ)上考慮 修正因素的影響,修正巖體基本質(zhì)量指標(biāo)值。3)、按修正后的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ,結(jié)合巖體的定性特征綜 合評判、確定圍巖的詳細(xì)分級。詳細(xì)的分級方法及注意事項如下:圍巖分級中巖石堅硬程度、巖體完整程度兩個基本因素的定性劃 分和定量指標(biāo)及其對應(yīng)關(guān)系應(yīng)符合下列規(guī)定:1巖石堅硬程度可按表3.6.2-1定性劃分。2巖石堅硬程度定量指標(biāo)用巖石單軸飽和抗壓強度Rc表達(dá)。Rc 一般采用實測值,若無實測值時,可采用實測
9、的巖石點荷載 強度指數(shù)IS(50聲換算值,即按式(3.6.2 )計算。Rc = 22-82IS(50)0753 Rc與巖石堅硬程度定性劃分的關(guān)系可按表3.6.2-2確定。4巖體完整程度可按表3.6.2-3定性劃分。5巖體完整程度的定量指標(biāo)用巖體完整性系數(shù)Kv表達(dá)。Kv 一般 用彈性波探測值,若無探測值時,可用巖體體積節(jié)理數(shù)Jv按 表3.6.2-4確定對應(yīng)的Kv值。6 Kv與定性劃分的巖體完整程度的對應(yīng)關(guān)系可按表3.6.2-5確定7巖體完整程度的定量指標(biāo)Kv、Jv的測試和計算方法應(yīng)符合附 表A.0. 1的規(guī)定。圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ應(yīng)根據(jù)分級因素的定量指標(biāo)Rc值和Kv值 按式(3.6.3 )計算。
10、BQ = 90 + 3Rc + 250Kv(3.6.3)使用式(3.6.3 )時應(yīng)遵守下列限制條件:當(dāng)Rc90Kv + 30時,應(yīng)以Rc = 90Kv + 30和Kv代入計算BQ 值;當(dāng) Kv0.04Rc + 0.4 時,應(yīng)以 Kv = 0.04Rc + 0.4 和 Rc 代入計算 BQ值。BQ=90+3Rc +250Kv(3.6.3 )圍巖詳細(xì)定級時,如遇下列情況之一,應(yīng)對巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進(jìn)行修正:1)、有地下水;2)、圍巖穩(wěn)定性受軟弱結(jié)構(gòu)面影響,且由一組起控制作用;3)、存在高初始應(yīng)力。圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值BQ可按式(3.6.4 )計算。BQ = BQ - 100 ( K1 + K2
11、 + K3)式中:BQ圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值;BQ圍巖基本質(zhì)量指標(biāo);K1地下水影響修正系數(shù);K2 主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù);K3 初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。K1、K2、K3值可分別按附錄表A中表A.0.2-1、表A.0.2-2、 表A.0.2-3確定。圍巖極高及高初始應(yīng)力狀態(tài)的評估,可按附錄表A中表A.0.3規(guī) 定進(jìn)行。*注:上述公式、表格均指公路隧道設(shè)計規(guī)范(JTG D702004)內(nèi)對應(yīng) 公式、表格。三、初期支護(hù)隧道襯砌的初期支護(hù)一般指錨桿噴射混凝土支護(hù),必要時可采用 鋼纖維噴射混凝土或配合使用鋼筋網(wǎng)、鋼架或采用輔助的施工措施 (如超前錨桿、超前小導(dǎo)管注漿、管棚、地面砂漿錨桿、深孔預(yù)
12、注漿) 和錨桿支護(hù)相結(jié)合的支護(hù)。常用的錨桿噴射混凝土初期支護(hù),不僅可以承受來自圍巖的變形 壓力,而且還可以提高圍巖的強度指標(biāo),從而提高圍巖本身的自承能 力,充分發(fā)揮對圍巖的加固作用,組成圍巖一支護(hù)體系。下面將對初期支護(hù)的組成環(huán)節(jié)分別進(jìn)行描述:1、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù),是在噴射混凝土之前,在巖面上掛設(shè)鋼 筋網(wǎng),然后再噴射混凝土。其物理力學(xué)性能基本上等同鋼纖維噴射混 凝土,只是其配筋均勻性較鋼纖維差。目前我國在各類隧道工程中, 應(yīng)用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)的比較多,主要用于軟弱破碎圍巖,而更 多的是與錨桿或者鋼拱架構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)?;炷梁穸炔粦?yīng)小于10cm,亦不易大于25cm。在一般
13、情況下, 噴射混凝土中配置鋼筋網(wǎng),有利于抵抗巖石塌落和承受沖擊荷載,并 減少噴層的開裂。實踐證明,當(dāng)鋼筋網(wǎng)間距小于15cm時,噴射混凝 土回彈增大,且鋼筋網(wǎng)與壁面之間易形成空洞,不能保證混凝土的密 實度。當(dāng)鋼筋網(wǎng)間距大于30cm時,則將大大削弱鋼筋網(wǎng)在噴射混凝 土中的作用,因此,規(guī)定鋼筋的間距宜為15cm30cm,鋼筋保護(hù)層 厚度不應(yīng)小于2.0cm,這與普通鋼筋混凝土的規(guī)定是一致的。2、錨桿根據(jù)隧道圍巖情況、隧道斷面種類使用條件等,分別有如下類型 的錨桿:全長粘接型錨桿、端頭錨固型錨桿、摩擦式錨桿、混合式錨 固錨桿。本次平鐵線隧道施工中我們采用的是全長粘接型錨桿。在實際施工過程中錨桿的布置直接
14、影響系統(tǒng)錨桿對圍巖的支護(hù) 效果,下面將對錨桿的布置原則介紹如下:1)、在隧道橫斷面上,系統(tǒng)錨桿宜按垂直隧道周邊輪廓布置。當(dāng) 遇層狀巖層時,尚應(yīng)增設(shè)與主結(jié)構(gòu)面成最大角度的錨桿;2)、在巖面上,錨桿宜成菱形排列;3)、錨桿間距不宜大于錨桿長度的二分之一;IV、V級圍巖中的 錨桿間距宜為0.51.2m,并不得大于1.25m。3、鋼拱架前面介紹采用噴射混凝土、錨噴、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等支護(hù),都 是主要利用其柔性和韌性,而對整體剛度并未有較大的要求。雖然, 這對支護(hù)其穩(wěn)定性較好的IV級圍巖II級圍巖時可以的。但對于較軟 弱破碎嚴(yán)重的圍巖(V級IV級)其自穩(wěn)性差,開挖后要求早期支護(hù) 具有較大的剛度,以阻止圍巖的過度變形和承受部分松弛荷載時就要 用到鋼拱架。鋼拱架的性能特點有:1)、鋼拱架的整體剛度較大,可以提供較大的早期支護(hù)剛度;型 鋼拱架較鋼筋格柵拱架能更早承載;2)、鋼拱架能很好地與錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土相結(jié)合,構(gòu)成 聯(lián)合支護(hù),受力性能較好;3)、鋼筋格柵拱架采用鋼筋現(xiàn)場加工制作,技術(shù)難度不高,對隧 道斷面變化的適應(yīng)性好;4)、鋼拱架的安裝架設(shè)比較方便等。這里主要對鋼拱架在施作過程中要注意的事項進(jìn)行簡單說明1)、拱腳一定要安設(shè)在堅
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