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        隧洞施工經(jīng)驗(yàn)

        2011-04-14 05:18:10林海英
        山西水利科技 2011年2期
        關(guān)鍵詞:塌方巖層隧洞

        林海英

        (山西省水利建筑工程局 太原 030006)

        在隧洞工程施工時(shí)根據(jù)圍巖類別、設(shè)計(jì)斷面的大小等因素確定施工方案。對(duì)于斷面小、圍巖較好的隧洞,通常選用全斷面開挖;對(duì)于中小斷面、圍巖差的隧洞采用短臺(tái)階法開挖;對(duì)于斷面大、圍巖較好的隧洞可進(jìn)行長臺(tái)階、分層開挖。在隧洞支護(hù)時(shí),根據(jù)圍巖類別的不同采用噴素混凝土、掛網(wǎng)錨噴、超前錨固、管棚、鋼支撐等措施進(jìn)行安全支護(hù)。

        1 地質(zhì)圍巖結(jié)構(gòu)、自穩(wěn)能力與塌方部位之間的關(guān)系

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

        (1)當(dāng)巖層為水平、巖石Ⅲ類時(shí),水平巖層的自穩(wěn)能力在七天至一個(gè)月之間,安全弱點(diǎn)在兩拱肩容易引起塌方。在自穩(wěn)期限內(nèi)對(duì)安全弱點(diǎn)進(jìn)行錨護(hù)支護(hù)。若忽視了對(duì)薄弱環(huán)節(jié)錨護(hù)處理,一旦超過圍巖自穩(wěn)期限,兩拱肩就開始塌方,弧拱變成平面,進(jìn)一步引發(fā)洞頂?shù)拇竺娣e塌方和冒頂。特別是洞徑較大的隧洞,處理難度大,對(duì)工程費(fèi)用和工期都不利。

        (2)當(dāng)巖層為直立、巖石Ⅲ類時(shí),圍巖夾制作用最小,而自穩(wěn)能力最強(qiáng),有利于洞挖爆破及安全作業(yè)。當(dāng)巖層走向與洞軸線一致時(shí),巖體自穩(wěn)能力變?nèi)?,?duì)洞挖爆破及安全作業(yè)不利。這類圍巖的塌方規(guī)律是,先從洞腰兩邊沿洞中線方向剝落,洞頂部分跨度變大,隨著洞頂?shù)膲毫υ龃?,自穩(wěn)能力的減小,就會(huì)出現(xiàn)塌方和冒頂。根據(jù)這一特性,在有效時(shí)間內(nèi)對(duì)塌方部位進(jìn)行錨固處理,從而有效預(yù)防洞頂?shù)乃胶兔绊敗?/p>

        (3)當(dāng)Ⅲ類巖層向右傾倒60°~80°時(shí),洞腰左側(cè)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(hù)重點(diǎn)是洞腰左側(cè)和右拱肩。相反,向左傾倒60°~80°時(shí),錨護(hù)重點(diǎn)是洞腰右側(cè)和左拱肩。

        2 各類圍巖自穩(wěn)期限與安全支護(hù)

        隧洞開挖后,暴露的巖體類別決定自穩(wěn)能力的強(qiáng)弱和穩(wěn)定時(shí)間。水利工程中的圍巖類別分五類即:Ⅰ類圍巖完整、堅(jiān)硬,開挖成形后自穩(wěn)時(shí)間在一年以上。Ⅴ類圍巖最軟,一般比較破碎,自穩(wěn)時(shí)間最短,在1 h左右。

        (1)在Ⅰ類圍巖,經(jīng)過光爆洞挖施工后,巖體自穩(wěn)在一年以上。一般情況下,不需要安全支護(hù)。

        (2)Ⅱ類圍巖稍差,自穩(wěn)時(shí)間在半年左右。在進(jìn)行支護(hù)時(shí)一般選用錨桿加固,支護(hù)參數(shù)常為:φ22~φ25鋼筋,長度3.0 m,孔距1.0~1.5 m,排距2.0 m,梅花型布置。

        (3)Ⅲ類圍巖自穩(wěn)時(shí)間在七天至一個(gè)月內(nèi)。支護(hù)時(shí)除按Ⅱ類圍巖錨桿加固外,在巖石比較完整的部位噴素混凝土,一般在拱頂部分;對(duì)巖石破碎或滲水洞段要錨噴掛網(wǎng)處理,支護(hù)參數(shù)常為:φ8網(wǎng)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(wěn)時(shí)間在幾個(gè)小時(shí)至一天以內(nèi)。支護(hù)時(shí)除按Ⅲ類圍巖錨噴掛網(wǎng)外,對(duì)巖石破碎或滲水洞段進(jìn)行鋼支撐支護(hù)。支護(hù)參數(shù)常為:φ8鋼筋網(wǎng)10 cm×10 cm;鋼支撐(16~20 mm 工字鋼)間距 0.8~1.0 m,鋼支撐之間連接筋(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(fēng)化的巖體。自穩(wěn)時(shí)間在1 h以內(nèi)。若存在傾倒、破碎、有地下水的外界因素,自穩(wěn)極差。以“短進(jìn)尺,強(qiáng)封閉”的原則施工;在開挖前先進(jìn)行超前錨桿錨固處理,采取小炮松動(dòng)開挖技術(shù),拱肩以上部位多用人工處理,循環(huán)進(jìn)尺80~100 cm。支護(hù)時(shí)除按Ⅳ類圍巖支護(hù)外,要加強(qiáng)支護(hù)參數(shù),調(diào)整鋼支撐間距0.6~0.8 m,超前錨桿選用φ22~φ25鋼筋,長度3.0 m左右,孔距0.4 m,環(huán)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(hù)時(shí),要注意排水泄壓處理,與巖面之間要回填密實(shí)。

        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(wǎng),噴混凝土封閉。

        (2)塌方高度超過2.0 m,要先制止次生塌方發(fā)生,特別注意引發(fā)冒頂事件。根據(jù)塌方斷面形狀,采用不同形式支護(hù)。利用梯加鋼支撐的方法緊頂?shù)綆r石面,焊接成整體,掛網(wǎng)噴護(hù)封閉。這種雙層鋼支撐的要點(diǎn),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(tái),方木呈“井”或“田”字形,各端頭點(diǎn)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(jù)巖石的類別、自穩(wěn)能力和塌方部位確定施工方法。

        (1)洞徑在7 m左右,自穩(wěn)時(shí)間在半年以內(nèi)的Ⅰ、Ⅱ類圍巖,選擇全斷面一次開挖掘進(jìn)較為經(jīng)濟(jì)合理。

        (2)Ⅲ類圍巖開挖時(shí),為減小爆破對(duì)圍巖的破壞,采用先中間、后周邊的全斷面掘進(jìn)法。以光爆位置作為保護(hù)層,中間光爆能把最小抵抗線引向內(nèi)圈。然后中間與周邊光爆同時(shí)進(jìn)行,光爆半孔完好率可達(dá)到80%以上。

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

        (4)Ⅴ類圍巖開挖要以“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)”的原則;在開挖前先進(jìn)行超前錨桿錨固處理,采取小炮松動(dòng)開挖技術(shù),拱肩以上部位多用人工開挖,循環(huán)進(jìn)尺80~100 cm。根據(jù)Ⅴ類圍巖的自穩(wěn)時(shí)效對(duì)安全支護(hù)的要求,全斷面掘進(jìn)成功幾率較低。因掌子面高、面積大,很難控制塌方引發(fā)的冒頂。分層開挖,每次掘進(jìn)的深度只有0.8~1.0 m,不利于鋼支撐的施工。錯(cuò)臺(tái)2~3 m,上下同時(shí)掘進(jìn),是安全可靠、方便支撐、減少工序的開挖方式,是Ⅴ類巖石首選的洞挖方式。

        5 結(jié)束語

        各類圍巖的施工方法、支護(hù)方案及塌方的預(yù)防與處理措施,在省內(nèi)多數(shù)隧洞工程上進(jìn)行施工實(shí)例的論證,認(rèn)真總結(jié)隧洞圍巖的特征和施工經(jīng)驗(yàn),對(duì)隧洞工程的施工安全管理提供合理有效的實(shí)踐依據(jù),使工程做到保安全、促效益。

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