摘要:本文以京福闽赣Ⅰ标DK365+667~DK376+759段的隧道施工为例,介绍了千枚岩的特性、千枚岩地层隧道施工现状、以及隧道的设计情况,并对千枚岩隧道施工技术、施工方法以及施工中需要注意的问题进行了分析和探讨。
关键字: 隧道施工,施工技术 千枚岩地层
中***分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
一、工程概况
京福闽赣Ⅰ标DK365+667~DK376+759段共有隧道七座,隧道总长3044m,最长799m,最短144m。隧道均位于婺源县内,属剥蚀低丘区,邱坡地形起伏较大,植被发育,主要为灌木,杂草。
隧道洞口表层多为粉质粘土,硬塑,厚约1.5~4.2m。下伏千枚状粉砂岩,全~弱风化,全风化层厚约2.0~5.0m,强风化层厚约2.0~11m,下为弱风化,局部石英脉充填,岩层产状为90°∠55°,岩质较软,岩体破碎,节理发育。地下水主要为孔隙水,较发育。
洞身地段围岩为千枚状粉砂岩,弱风化,局部石英充填或含绢云母,岩层产状为90°∠55°,岩质较软,岩体较完整,节理较发育,地下水主要为基岩裂隙水。
1.1千枚岩的特性
千枚岩是一种具千枚状构造的岩石,属于区域变质浅变质带岩,是有特殊性质的一种软岩。
岩石内的矿物发生重结晶作用,一方面可见这些矿物具有定向排列,另一方面又使整块岩石呈现出薄片状构造,在片理面上,平整光滑并发出丝绢状的光泽。千枚状构造比板状构造的变质程度要深一些。呈细粒状或鳞片状变晶结构,绢丝光泽。
1.2千枚岩地层隧道施工现状
采用传统的钻爆法施工,爆破后造成隧道超挖严重,扩大了施工断面,对隧道的施工留下了不同程度的安全隐患,增加了初期支护的工程量投入和施工工序时间的延长。
千枚岩对水的敏感性强,遇水软化。本地区雨水季节较长,植被丰富,岩层的裂隙发育,隧道开挖过程中裂隙水较多,对初期支护的支护时间要求较高。
1.3设计情况
根据设计要求,我部隧道洞口浅埋段采用六步CD法、四步CD法施工,洞身多采用三台阶临时仰拱法施工。
洞口段采用长管棚+H型钢+网喷混凝土支护,洞身采用小导管+I22型钢+网喷混凝土。
二、主要施工工艺及控制要点
按照公司以往施工经验,六步CD和四步CD法施工,每月循环进尺为35m,我部工程位于架梁主线上,要满足架梁工期十分困难,根据类似地质岩性的隧道比较,我部采用了上台阶弧形预留核心土法施工,配备专业的监控量测小组进行测量分析。
2.1上台阶弧形导坑预留核心土法施工工艺
2.1.1施工工艺
施工工艺见“施工流程***”
上台阶弧形导坑预留核心土法施工流程***
2.1.2施工方法
施工方法见“施工工序***”。
施工工序***
第1步,上部弧形导坑开挖:
在拱部超前支护后进行,环向开挖上部弧形导坑,预留核心土,核心土长度宜为3~5m,宽度宜为隧道开挖宽度的1/3~1/2。(注:因为是千枚岩,在断面修整时,将核心土顺便挖成2台阶型,方便下道工序施工。)隧道上部开挖高度控制在3.8m左右,核心土的预留高度为2~2.2m。
开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过1榀拱架,开挖后立即初喷3~5cm混凝土。
上台阶开挖矢跨比应大于0.3,开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护,架设钢架,
在钢架拱脚以上30cm高度处,紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚管,锁脚锚管与钢架牢固焊接,复喷混凝土至设计厚度。
第2、3步,上台阶核心土及左、右侧阶开挖:
开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过1.5m,
开挖高度一般为3.8m,左、右侧台阶错开2~3m,
开挖后立即初喷3~5混凝土,及时进行喷、锚、网系统支护,接长钢架,
在钢架墙脚以上30cm高度处,紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚管,锁脚锚管与钢架牢固焊接,复喷混凝土至设计厚度。
第4、5步,左、右侧下台阶开挖:
开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过1.5m,开挖高度一般为3.2m,
左、右侧台阶错开2~3m,开挖后立即初喷3~5混凝土,及时进行喷、锚、网系统支护,接长钢架,
在钢架墙脚以上30cm高度处,紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆,锁脚锚杆与钢架牢固焊接,复喷混凝土至设计厚度。
第6步,隧底开挖:
每循环开挖长度宜为2~3m,开挖后及时施作仰拱初期支护,
完成两个隧底开挖、支护循环后,及时施作仰拱,
仰拱分段长度宜为4~6m。
2.1.3控制要点
千枚岩隧道是典型的软弱围岩隧道,围岩强度较低,节理裂隙发育破碎,自稳能力差。爆破开挖震动对其产生岩石松动圈影响大,从而造成隧道超挖严重,施工成本迅猛增长,施工安全难以控制。通过2年来的施工探索,我部现对千枚岩隧道主要从以下几个方面进行控制。
2.1.3.1爆破开挖
软弱围岩爆破开挖造成严重超挖一直很难得到控制,造成超挖总归结围岩较差。施工前期,我部参照了以往的一些软弱爆破参数进行施工,周边眼间距控制为40~45cm,周边眼距开挖轮廓线间距为10~15cm,内层辅助炮眼间距为50cm,最小抵抗线W=50cm,周边眼装药系数为0.2kg/ m。爆破后效果极差,一般超挖在50cm左右。
根据爆破效果,我部技术人员结合实际现场实际情况,与现场操作人员一同分析得出造成超挖有以下几个原因:
①爆破参数需要调整。千枚岩主要以片状为主周边眼间距及装药系数过大,千枚岩的爆破粉碎区就越大。
②上循环拱架太靠掌子面,钻眼机具移动空间小,钻眼角度和钻眼位置很难保证正确。
③我部全部采用湿式凿岩机。千枚岩遇水反应大,钻爆时的高压风水对其结构影响大。
④爆破人员的理念不强。
后期施工中我部不断调整爆破参数,到目前基本能有效控制隧道超挖在20cm以内。具体爆破参数如下;
周边眼间距38cm,抵抗线55cm,其它眼距60cm。
周边眼采用不耦合间隔装药,为实现间隔装药,使药卷居中在孔内,采取预先加工周边眼药串的办法,按设计将药卷用传爆线串联在竹片上,让药串架空居中于钻孔中心。
周边眼参数经验计算式修改如下:
间距:E=(8~10)d(d为炮眼直径),cm;
抵抗线:W=(1.2~1.5)E,cm;
装药集中度:q= 0.21Kg/m。
爆破设计参数表
注:1、周边眼距开挖轮廓线20cm。2、最小抵抗线50cm。3、采用侧眼掏槽。4、每循环进尺为1m,拱架间距为0.6m,为下循环提供40cm作业空间。
2.1.3.2改装挖机扒渣
千枚岩隧道爆破后很难达到硬岩的光爆效果,开挖轮廓线一般为锯齿形,采用普通的挖机进行扒渣,斗齿清理断面经常会扰动临空面的破碎岩石,从而造成局部超挖。经过我部技术人员的细心琢磨,在挖机斗齿增加一钢套。钢套采用2块16mm钢板对焊成三角形,大小刚好能容下斗齿。在扒渣时将以前的斗齿与围岩接触更改为钢板与围岩接触,致使修整完的断面平顺,特别是在仰拱施工过程中,不但能有效的控制仰拱超挖,还能解决以往采用挖机无法清理干净隧底虚渣的烦恼。
2.1.3.3初喷砼的工序不能少
千枚岩遇水变形快,易变软。我部隧道裂隙水均很发育,隧道开挖后经常出现滴水现象。前期施工过程中由于不重视初喷混凝土,经常在立拱架和打设锚杆过程中出现拱顶掉快现象。这不但造成了隧道超挖,而且给隧道施工带来很大的安全隐患。后期施工,我部加强了初喷砼的质量控制,不但控制了千枚岩的掉块现象,而且为隧道下循环周边眼钻爆赢得了空间。
由于害怕出现安全事故。在隧道施工中型钢拱架不敢和掌子面适当拉开距离,甚至紧跟掌子面,导致周边眼钻孔无法打到正确位置,钻孔角度无法控制,破坏了围岩的整体受力结构,造成超挖,形成恶性循环。
2.1.3.4加强锁脚锚管的质量控制
锁脚锚管连接钢拱架,在初期支护过程中受拉应力。它能有效阻住钢架下沉、外移。特别是上台阶锁脚受拉力最大,因为在施工过程中上导围岩受到的扰动次数最多,上导的围岩变形也最大,所以必须有效控制锁脚锚管的施工质量 。
2.1.3.5加强隧道监控量测和超前地质预报工作
千枚岩隧道属典型的软弱围岩隧道。加强地质超前预报能为后期隧道安全施工提供有效依据。
监控量测是软弱围岩隧道安全施工的“眼睛”,是判断结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工“最重要”的信息化手段。我部设立专业的监控量测小组,一直坚持监控量测工作,对隧道结构的稳定性和后期二次衬砌提供了有效数据。
如DK366+416监控量测分析
经数据回归分析得,隧道拱顶下沉和净空收敛趋于稳定,符合衬砌要求。
总结:体会与建议
通过2年的施工,对千枚岩隧道有了更深的理解,千枚岩岩质松散,遇水软化,自承能力差,合理选择开挖方法,控制好一次开挖断面面积和爆破装药量,有利于控制隧道超欠挖,但是因一次开挖断面面积减少对隧道衬砌的步距有一定影响,对隧道控制沉降有一定影响,为加快隧道施工,同时控制隧道沉降,建议业主、设计、施工三方参与,合理优化支护参数。
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