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论文共鉴

千枚岩地质隧道施工技术探索

作者:宫建平    部门:安平总监办    发表日期:2015-11-16    浏览次数:6458

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【摘  要】  女娲山1号隧道围岩主要为强、中风化千枚岩,岩体成分主要有绿泥石、石英和绢云母等;由于其复杂的围岩成分,造成该类软岩本身特殊的性质,极易对隧道造成破坏性影响。女娲山1号隧道出口左右洞均存在南北走向断层,千枚岩和覆盖土层分层界线明显极容易产生侧滑,是地形、地层双作用偏压,出口段最浅埋深仅为3.6m,典型的千枚岩地质及浅埋、偏压隧道。论文阐述了该类隧道施工技术,并结合千枚岩地质隧道开挖爆破施工和仰拱泥化处理技术进行深入研究,形成一套适应千枚岩地质下浅埋偏压隧道施工工艺方法,降低安全风险,为陕南及周边此类隧道提供施工借鉴。

【关键词】  千枚岩地质  浅埋  偏压  隧道

1.        引言

近年来随着我国西部地区357cc拉斯维加斯建设的快速发展,不可避免的遇到具有特殊地质和地形的隧道工程,尤其是作为陕南典型千枚岩地质的隧道工程。由于陕南山区属秦岭褶皱系南部,隧区属构造剥蚀低山地貌,经过区域地形整体起伏较大,所以隧道进洞时存在浅埋、偏压的情况较多。本文以女娲山1号隧道工程施工为研究对象,对千枚岩地质下浅埋偏压隧道作了技术分析,为下步的隧道施工以及类似的隧道工程施工提供借鉴。

2.      工程概况

女娲山1号隧道是陕西安平357cc拉斯维加斯重点控制工程,设计为双洞双线分离式隧道,全隧以Ⅴ级围岩为主,隧道单线全长2647m,最大埋深为120m,最小埋深仅为3.6m。隧道区处于典型的陕南山岭重丘区,隧址区域山体起伏较大。隧道进、出口均位于山谷侧的半山腰处,地表植被较为茂盛,地质条件差,平缓处有厚层风化物,风化强烈,稳定性差,浅埋偏压严重。

3.      地质和地形特性

隧道进出口表层残、坡积土覆盖较厚,抗雨水冲刷能力差,下层岩石大部分为强风化千枚板岩,岩体极破碎,裂隙极发育,属于极软岩。隧道开挖后围岩自稳能力较低,顶部及侧壁支护不及时易产生坍塌现象,难以形成平衡拱效应。

千枚岩隧道属于软岩隧道的一种,但有其特殊的性质。其主要成分为石英、绿泥石和绢云母,含水量大时呈团块状,含水量少时为鳞片状,片理极其发育,节理面手感光滑,有光泽;岩体破碎、松软,围岩自稳能力较差,质地软,原岩遇水软化。女娲山1号隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩占隧道全长的84%

由于这些特性,在施工千枚岩隧道时容易遇到很多难题,采用传统隧道施工技术则无法解决,这就需要一套行之有效的针对千枚岩隧道的施工方法。

 

4.      施工技术探索

4.1  施工工艺流程

4.2  施工要点

千枚岩的特性尽量缩短围岩暴露时间,开挖后及时封闭。在上述方针指导下千枚岩地质隧道施工工序为:起爆→通风→上导扒碴→上导立拱、超前支护、钢筋网、系统锚杆,中下导出碴→中下导立拱、钢筋网、系统锚杆、喷射混凝土准备作业→喷射混凝土→钻孔→装药爆破→进入下一循环,同时二次衬砌紧跟。

4.2.1   超前地质预报 

根隧道施工超前地质预报是在隧道设计的基础上,为保证隧道施工安全、指导隧道工程施工、提高隧道工程施工质量而开展的隧道不良地质和施工地质灾害超前预报工作,是隧道施工不可或缺的一道重要施工工序。

由于女娲山1号隧道施工距离较长,地质极差,不同深度的地质环境和水文条件相差较大,利用多种超前地质预报方法联合使用,能查明隧道掌子面前方隐伏的不良地质体的性质、种类、位置和规模,能半定量地确定掌子面前方的围岩地质条件(如不良地质体的围岩级别或富水性),以及对隧道施工的影响程度和有无发生施工地质灾害的可能。这种预报和警报为施工项目在通过不良地质及时、有效地采取应急施工措施,防止发生施工地质灾害、特别是防治重大施工地质灾害提供了前提保障。

根据棋盘石长大隧道工程具体情况,结合设计文件及设计要求,采用隧道地质调查地质分析与宏观预报、隧道洞身不良地质长期(长距离)超前地质预报、隧道不良地质短期(短距离)超前地质预报和重大施工地质灾害临近警报,共四个完整的、缺一不可的、系统的超前地质预报方案。

4.2.2   测量 

   通过测量严格控制开挖的精度,确保与设计一致,控制超欠挖。

4.2.3   千枚岩地质隧道开挖技术

千枚岩地质隧道属于软岩隧道的一种,在这种不良地质环境下进行隧道施工坚持 “先预报、管超前、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”,采用 3 台阶 7部流水作业法施工,3 层短台阶,上中下 3 台阶全部爆破的方法进行开挖,分步平行施作拱墙初期支护。根据超前地质预报结果及时对于不同的千枚岩地质采取不同的钻爆设计方案。

(1) 软硬岩相间段的开挖

千枚岩地质变化较快,软硬岩相间,爆破效果难以控制。在软硬岩相间段采用上导坑采取光面爆破,中下导坑采取预裂爆破的综合爆破方案。严格根据开挖深度以及围岩情况控制爆破深度。

(2) 千枚岩隧道富水段的开挖

千枚岩地质富水段隧道围岩遇水软化,或成片状剥落,或成泥块脱落,无平衡拱效应,极易产生塌方、变形。开挖前每1.2m做一个循环进行排水施工并对掌子面围岩进行超前注双液浆加固。超前注浆小导管从掌子面最后一榀拱架上部穿过,尾部和拱架焊接为一体。掌子面开挖后上台阶进行初喷 4cm 厚混凝土封闭。采用 HYB80/90 双液注浆泵进行注双液浆,水泥浆水灰比:11,根据情况添加水玻璃,注浆压力控制为1.0Mpa。浆液强度达到要求后上导坑人工风镐配合挖机辅以弱爆破进行开挖,中下导坑采用预裂爆破。

无水段每隔5~8m环向打泄水孔,深度不低于1.0m;有水段集中打孔,孔深不得低于3.0m,以便于将岩隙水排出,以及起到泄压作用,避免对围岩形成集中破坏和软化。在泄水孔外侧根据孔的位置安装排水半圆管,以达到集中排水作用。

4.2.4   千枚岩地质隧道开挖技术

底板泥化处理技术无仰拱段隧道底板泥化,致使洞内泥泞不堪、车辙很深、无法行走,严重影响出碴速度。

(1) 完善隧道内施工排水系统

在隧道开挖施工中在两侧拱脚留 1. 5m 宽排水沟,使中间高两侧低便于积水及时排到两侧临时排水沟排出。每隔 200m 施做集水井,确保排水通畅。

(2) 增加预留底板

在开挖时采取预留底板即爆破后底板比设计高58cm,保证底板泥化后基层基础不被扰动。

(3) 透水混凝土处理

已出现泥化段采取彻底清理淤泥,增加 25cm C20 透水混凝土底层。开挖到新鲜坚硬岩面,清理虚碴后施做透水混凝土底层。每 50m 一道的横向排水管直接延伸进中心水沟,局部富水地段增加横向盲沟。级配碎石必须二次清洗干净,保证其透水性。

4.2.5   软弱千枚岩地段的初期支护

  软弱千枚岩地段初期支护采用喷射混凝土 + 系统锚杆 + 钢筋网 + 型钢支撑 (格栅钢架)+ 排水系统的综合防护系统。拱架采用 H175型,间距 60cm; 拱部Φ42*3.5mm 超前导管,长度 3. 5m,环距 40cm;系统锚杆Φ22药卷锚杆,按照0.6m ×1.2m 梅花型布置;喷射混凝土厚 28cm; 预留变形量15cm。衬砌混凝土厚 50cm。由于千枚岩开挖暴露后遇水丧失自稳能力,在施工中减少对水的作用尤为重要。超前导管的注浆既起到固结围岩又起到堵水的作用。

(1) 增加锁脚锚杆 ()

系统锚杆在拱架拱脚处 2 根改为拱架的锁脚锚杆,采用 L 钢筋焊接在拱架上,富水段改为锁脚锚管,并进行注浆加固。

(2) 富水段加强排水措施

富水千枚岩地质隧道在初期支护前必须做好排水措施,以便避免初期支护表面出现渗水引起初期支护开裂、小面积坍塌、掉块等病害。根据排水观察孔出水量在初期支护中按照 1. 2m ×1. 2m 布置排水孔,布置环向100半管引排排水孔流出的积水,排至到两侧拱脚临时排水沟,做到堵排结合的治理效果。

4.2.6   台车加固技术

有仰拱段隧道掘进过程中仰拱预留部分在机械设备及出碴车辆的反复碾压下不断泥化,随着隧道掘进的不断加长,碾压的次数和频率越来越多,致使洞内泥泞不堪、车辙很深、无法行走,预留的仰拱部分也逐渐全被碾压泥化,最终导致路面基层设计标高以下也严重泥化,基础强度不够。台车支撑强度无法满足。采取 2cm 厚钢板制作和台车等长的可移动底板铺在二次衬砌段底板上作为横向支撑,8 根丝杆支撑在钢板和衬砌台车主梁间进行加固,从而保证了衬砌台车支撑的强度,满足了掌子面和衬砌同时作业的施工需求,既保证了施工进度,又满足了二衬距离掌子面的使用要求。

5.      结语

本文给出了千枚岩隧道的快速施工技术及施工工艺,解决了隧道千枚岩大变形、不收敛、支护开裂坍塌,有效的提高了隧道施工进尺。与原施工方案相比,女娲山1号隧道实现了快速、安全施工。

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