湘黔復(fù)線某隧道施工技術(shù)

湘黔復(fù)線某隧道施工技術(shù)1工程概況某隧道是湘黔復(fù)線電氣化工程的一項重點工程，中心里程為DKXXX，全長2410m，位于既有線左側(cè)，平均線間距23.8m。隧道設(shè)計為復(fù)合式襯砌，初期支護采用噴錨支護，二次襯砌采用模注混凝土，隧道內(nèi)設(shè)雙側(cè)高式水溝，雙側(cè)電纜槽，拱部及滲漏水處設(shè)置一環(huán)PE塑料板盲溝。全隧道除出口段21.9m位于R=800m的曲線上外，其于均位于直線上，隧道進口DK268+834~DK269+100為3‰的上坡，DK269+100~DK271+300為6‰的上坡，出口端為3‰的上坡。隧道圍巖類別為：Ⅲ類178m（位于洞口段），Ⅳ類2232m。全隧道圍巖分布于志留系下統(tǒng)，深灰色板狀頁巖，偶夾中厚層狀淺變質(zhì)細砂巖、粉砂巖，風(fēng)化頗重~輕微，節(jié)理較發(fā)育~發(fā)育，水量隨季節(jié)性變化，洞口段滲水量較大。2施工方法2.1開挖由于某隧道與既有坪渠隧道二線平均線間距為23.8m，二隧間Ⅳ類圍巖地段平均凈距=23.8-隧道開挖斷面寬度(5+0.66）=18.14m，而《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》TBJ3-96表2.2.5中Ⅳ類圍巖地段的最小凈距=2.5×（5.0+0.66）=14.15m，二者之差僅為3.99m，屬線間距偏小地段，Ⅲ類圍巖地段更顯不足。因此，如何在保證既有隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全運營的前提下確保工期，開挖爆破便成了各方關(guān)注的焦點。開工之初，有的兄弟單位在線間距偏小的情況下采用常規(guī)光面爆破，致使既有隧道靠近新建隧道側(cè)從水溝至拱腳處邊墻出現(xiàn)豎向裂紋，最寬處達3mm，時刻威脅著既有隧道的穩(wěn)定和行車安全。此情況引起了建設(shè)、設(shè)計、運營和施工單位的高度重視，為此，鐵道部專門成立了以鐵四院、鐵二局為主的《線間距偏小實行微振動控制爆破，確保既有隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全》的攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組進駐新坪口、某隧道進行研究和試驗。通過近10個月的現(xiàn)場試驗、振動測試及理論計算，總結(jié)出了一套微振動控爆施工技術(shù)，確保了既有隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全，滿足了工期的要求，解決了施工中的難題。其具體做法如下：2.1.1從1993年7月開工以來至1993年年底，由于洞口段圍巖破碎，節(jié)理發(fā)育，加之為確保既有隧道的穩(wěn)定和安全，嚴(yán)格控制藥量，而采用上導(dǎo)坑先拱后墻法施工，雖保證了既有隧道的安全，但卻嚴(yán)重制約了工期。2.1.2通過大量的數(shù)據(jù)測試和試驗證明：在線間距偏小條件下，采用微振動控制爆破，對既有隧道內(nèi)的振動較小，但在新線隧道開挖時應(yīng)嚴(yán)格控制爆破規(guī)模。此時某隧道的開挖均進入了Ⅳ類圍巖地段。①合理的施工方法根據(jù)既有隧道的安全振動要求（嚴(yán)格控制垂直邊墻的振動速度，在Ⅳ類圍巖中安全振動速度不大于5.5cm/s；在Ⅲ類圍巖中振動速度不大于3cm/s），合理設(shè)計爆破斷面，選擇合理的施工方法：正臺階先墻后拱法，擬分兩部開挖（弧形導(dǎo)坑為上部），其施工工序詳見圖一。圖一隧道開挖和襯砌作業(yè)順序注：Ⅰ—上部開挖；Ⅱ—拱部初期支護；Ⅲ—下部開挖；Ⅳ—下部初期支護；Ⅴ—邊墻砼；Ⅵ—拱部砼。②有效的掏槽方式掏槽的成功與否，在隧道掘進這種單個自由面的爆破作業(yè)中，直接影響著爆破的成敗。雖然掏槽眼數(shù)相對于其它輔助眼數(shù)要少得多，但因為它是在只有一個自由面的情況下爆破，炸藥能量相對于其它部位炮眼爆破來講有較大部分轉(zhuǎn)化成對圍巖的振動，故雖炸藥量很小，但對既有隧道的振動影響起著控制作用。通過試驗，在Ⅳ類圍巖中采用正、副掏槽，對于降低掏槽藥量在既有隧道產(chǎn)生的質(zhì)點振動速度和提高炮眼利用率是切實有效的。正、副掏槽原理：對稱布置四個斜眼，其起爆時間滯后于中間四個直眼（微差時間≤50ms），它起到了清碴并擴大掏槽效果的作用，詳見圖二。圖二上半斷面爆破掏槽方式③控制最大裝藥量為降低新線隧道爆破對既有隧道的振動影響，保證安全，同時能獲得較好的效果和循環(huán)進尺，據(jù)此確定了炮眼布置方式、眼深和裝藥量。上部弧形導(dǎo)坑，采用正、副掏槽，孔深1.4~1.6m，每米炮眼裝藥量：掏槽眼0.7kg/m，輔助眼0.6kg/m，周邊眼0.4kg/m，其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，詳見圖三和表1。Ⅳ類圍巖上部斷面炮眼布置參數(shù)指標(biāo)表1開挖斷面炮眼個數(shù)藥量孔深炮眼利用率比裝藥量比鉆眼數(shù)11m254個36.3Kg1.5m93%2.2Kg/mm34.9個/m22圖三Ⅳ類圍巖上部炮眼布置和起爆順序注：1、圖中“○”表示空眼；2、圖中“●”表示裝藥眼；圖中“1”表示毫秒微差非電1段雷管Ⅳ類圍巖下部斷面炮眼參數(shù)布置指標(biāo)表2開挖斷面炮眼個數(shù)藥量孔深炮眼利用率比裝藥量比鉆眼數(shù)29.4m249個55.6kg3.0m95%0.63kg//m31.67個/mm2圖四Ⅳ類圍巖下部斷面炮眼布置和起爆順序注：圖中“1”表示毫秒微差非電1段雷管④合理的起爆順序和微差時間間隔合理的微差時間應(yīng)保證下一圈炮眼的爆炸應(yīng)力波到達前一圈炮眼所在圓周時，前圈槽中巖石剛好拋出。相鄰兩圈炮眼的起爆微差時間取決于炮眼深度和巖石的爆破拋擲速度。由于掏槽眼的夾制力量最大，拋擲速度小，因此，它與輔助眼的微差時間要相應(yīng)大些，輔助眼、周邊眼各相應(yīng)起爆微差時間依次變小。根據(jù)現(xiàn)場使用的非電毫秒雷管的段別，通過試驗，采用下面的微差間隔時間配置段別，效果較理想。掏槽眼—輔助眼110ms、輔助眼—輔助眼90ms、輔助眼—周邊眼110ms。下部斷面爆破由于相應(yīng)增加了臨空面，排間炮眼的夾制作用沒有上部大，但其炮眼深度達3m，藥量相應(yīng)增大。因此為最大限度地降低對既有隧道的振動，也應(yīng)實行排間微差，微差時間一般應(yīng)≥50ms。2.1.3鉆爆方法利用自制簡易開挖臺架，采用YTP26型風(fēng)鉆人工鉆眼，爆破采用微振動爆破技術(shù)，使用乳化炸藥，間隔裝藥，非電毫秒雷管系統(tǒng)起爆。2.2出碴、運輸由于該隧道設(shè)計無其它輔助坑道，進、出口平均單口掘進1205m，且出碴、進料均需跨既有線，棄碴場距洞口500m，最遠運距達1705m，道路狹窄，逶迤起伏。如采用傳統(tǒng)的有軌運輸進行出碴、進料，至少需用電瓶車3臺，斗車80~100個，裝碴機2~3臺，需鋪設(shè)1300m的雙線運輸軌道，且石碴運至洞口還得二次倒運至棄碴場，至少還得配備ZL-40裝載機一輛，東風(fēng)運輸車3輛，而且有軌運輸洞內(nèi)需鋪滿枕木和軌道，對各工序施工干擾大，對安全威脅大，針對以上多方面的原因，因此本隧道進、出口施工均采用無軌運輸進行出碴、進料。采用ZL-3型電動履帶式裝碴機裝碴，農(nóng)用小四輪汽車運輸，輕重車輛分道行駛，利用裝碴點最近的避車洞地段掉頭。工序安排上，利用鐵路工區(qū)平交道修整及每月下旬3天時間進行隧道鋪底，保證路面平整，減少車輛輪胎的磨損，加快運輸速度，減少排污量。2.3初期支護開挖放炮排煙找頂后，立即沖洗巖面，按初噴和二次復(fù)噴進行砼噴射作業(yè)。二次復(fù)噴與開挖、運輸、襯砌同時進行，為考慮各工序互不干擾，其間隔距離為：裝碴距噴射砼30m，噴射砼距模注砼40m。錨桿采用早強藥包錨桿施工工藝，人工手持風(fēng)鉆鉆眼，人工安裝。噴射砼采用強制式拌合機拌料，轉(zhuǎn)子Ⅱ型潮噴機噴射。噴射作業(yè)分段分片進行，噴射順序先拱后墻，自下而上。2.4二次襯砌（模注砼）模注砼采用自制簡易襯砌臺車，墻、拱分兩次灌注，一次灌注長度10m，進、出口各配置一套。砼在洞外采用強制式拌合機拌料，小四輪車運砼至工作面，卷揚機配合提升架提升砼，人工入模，機械搗固。2.5通風(fēng)、排煙，排水進、出口各配備兩臺55KW的通風(fēng)機，風(fēng)管采用φ1000的管徑，均采用壓入式通風(fēng)，通風(fēng)效果基本能滿足施工需要。排水：進口利用隧道自然坡度排水（將水集于側(cè)溝內(nèi)）。出口采用挖積水坑，低揚程抽水機分段排水。3主要施工機械配備順號機具名稱型號單位數(shù)量進口出口1鑿巖機YTP26臺5030202電動空壓機20m3臺5233電動空壓機10m3臺224履帶式裝碴機ZL-3臺4225內(nèi)燃發(fā)電機120KW臺2116砼拌合機450L臺4227噴射機轉(zhuǎn)子Ⅱ型臺2118運輸車輛小四輪輛18999變壓器315KVA臺21110鍛釬機臺111高揚程抽水機臺2112卷揚機0.5-1tt臺105513通風(fēng)機55KW臺4224幾點體會4.1某隧道采用微振動控制爆破，不僅滿足了工期要求（該隧道于1993年7月開工，1995年11月全部竣工，歷時28個月，比甲方要求的工期提前了7個月），而且保證了既有隧道的穩(wěn)定和安全。4.2開挖爆破中，掏槽眼爆破決定了既有隧道的最大振動速度。4.3采用正、副掏槽能達到降低既有隧道質(zhì)點振動速度和獲得新線隧道較好爆破效果的目的。4.4在既有隧道斷面上，無論是上部斷面爆破還是下部斷面爆破，質(zhì)點垂直振動速度Vzmax總是發(fā)生在拱腳處。4.5采用微振動爆破，測得的振動速度較小，一般在2cm/s左右。4.6無軌運輸與有軌運輸相比可節(jié)約投資約120萬元左右（單口）。4.7由于無軌運輸與有軌運輸比較，不僅有放炮的煙塵，而且內(nèi)燃設(shè)備排出大量廢氣，且具有分散性，污染空間大，嚴(yán)重的內(nèi)燃廢氣不僅危害作業(yè)人員的身體健康和施工安全，而且在洞內(nèi)缺氧的情況下，內(nèi)燃設(shè)備的工作條件惡化，效率下降故障增多，更多地排出各種有毒和有害氣體，形成惡性循環(huán)。因此，搞好無軌運輸?shù)年P(guān)鍵是解決內(nèi)燃設(shè)備排出的廢氣凈化問題及做好通風(fēng)排煙問題。5幾點建議5.1根據(jù)流體力學(xué)的基本規(guī)律，降低通風(fēng)阻力的主要技術(shù)手段是采用大直徑風(fēng)管