铁路工程施工资料-小净距隧道施工技术.doc

金旗山小净距隧道施工技术探讨赖德良摘要: 针对京福高速公路福建三明市境内金旗山小净距隧道的特点，从施工角度探讨小净距隧道的超前支护、洞身开挖、中间岩柱加固、锚喷支护、监控量测等关键工序的施工方法和技术措施关键词: 小净距隧道；中间岩柱；施工技术0 工程概述金旗山隧道位于京福高速公路福建省三明市境内，采用并行双线小净距隧道形式，隧道双洞轴线间距为17.519m，中间岩柱最小净宽为5.079m隧道起讫桩号K147+600～K147+805，全长205m整座隧道的平面位于R=2000m的圆曲线和R=10000m的竖曲线上隧道处于丘陵地区，路线横切一小山脊，地形波状起伏，呈驼峰型，植被发育，覆盖较薄，洞口位于小山谷旁隧道所处地区未见地下水露头，地下水主要源于基岩裂隙水，赋存于基岩裂隙和破碎带中，受大气降水补给，水量不大，季节影响小隧道穿过的岩性单一，为燕山早期侵入花岗岩，未见有断层，仅在进口处见有一隐伏辉绿岩脉，对隧道无影响隧道的围岩情况：Ⅲ类围岩41m，Ⅳ类围岩164m支护与衬砌形式分三种：S12型33m（Ⅲ类围岩浅埋段）、S3型18m（Ⅲ类围岩深埋段）、S4型144m（Ⅳ类围岩深埋段）、削竹式洞门结构10m。

1 超前注浆小导管施工1.1 设计参数隧道Ⅲ类围岩浅埋段开挖采用超前注浆小导管加固拱部围岩，小导管采用Φ50×5㎜热轧无缝钢管制作，单根长度5m，环向间距80cm，排间距3m管壁每隔10～20cm交错钻眼，眼孔直径Ф8mm注浆浆液为水泥、水玻璃双液浆（水泥：水玻璃=1：0.5）沿隧道纵向开挖轮廓线向外以20°的外插角钻孔，将小导管打入地层1.2 小导管施工小导管注浆前，应对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚为5～10cm的混凝土封闭岩面注浆初始压力0.5MPa，终压1.5Mpa注浆过程中应根据地质情况、注浆目的等控制注浆压力，在孔口处设置止浆阀注浆结束至开挖前的时间间隔为4～8h注浆作业应经常检查泵口及孔口注浆压力的变化，发现问题及时处理经常测试混合浆液的胶凝时间，发现与设计不符应立即调整注浆结束条件：单孔注浆压力逐步升高，达到设计终压并继续注浆10min以上，浆液注入量已达到计算值的80%以上；全段注浆的所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注情况2 洞身开挖小净距隧道洞身开挖必须采用预裂爆破和光面爆破技术，对洞身开挖方法、工序及钻爆施工进行严格设计和控制根据现场施工条件和施工组织安排，金旗山隧道从出口端单向掘进，左洞先于右洞施工。

2.1 洞口开挖及加固具备施工条件后立即进行洞口土石方开挖，施工洞顶仰坡截水沟，建立洞口地表排水设施挖至洞口石方段时，为了尽可能减少对洞口仰坡和路基边坡的扰动，必须采用弱爆破或预裂爆破的方法进行开挖洞口仰坡采取锚杆、挂网、喷混凝土加固，以利安全进洞2.2 洞口Ⅲ类围岩浅埋段开挖工序洞口Ⅲ类围岩浅埋段施工必须遵循“弱爆破、少扰动、短开挖、快支护”的原则，确保洞口的安全与稳定左洞开挖断面超前右洞开挖断面应控制在35～45m，左洞施工采用上、下台阶法施工开挖前打入超前小导管注浆加固拱部围岩，洞身开挖每循环进尺为1m，与U型钢拱架间距相同，开挖后及时施作初期支护下台阶开挖落后于上台阶8～10m，开挖后及时施作初期支护，对中间岩柱进行注浆支护，打入对拉锚杆右洞轴线及洞口位于山谷凹处，出口端覆盖层仅1m，进洞前先施作6m长钢筋混凝土护拱，拱脚坐落在两侧山体的基岩上考虑到左洞爆破对右洞护拱的影响，待左洞28mⅢ类围岩段开挖完成后，右洞开始钢筋混凝土护拱施工为减小由于大断面爆破震动对中间岩柱的不良影响，在右洞上台阶开挖之前先进行侧导洞开挖，超前加固中间岩柱右洞的侧导洞必须在左洞开挖进尺大于40m、并且注浆浆液固结后才能进行，采用短进尺、全断面一次开挖到位，紧跟开挖及时架设钢支撑，施作锚杆、钢筋网、喷混凝土等初期支护，进行双洞对拉锚杆连接、施加预应力加固中间岩柱。

之后，再进行右洞上、下台阶开挖和支护，施工工序与左洞相同洞口Ⅲ类围岩浅埋段施工工序详见图1开挖顺序说明：①—左洞上台阶开挖（环形开挖留核心土法）； ②—左洞拱部支护（锚喷、U型钢架、超前）；③—左洞下台阶开挖（落后上台阶8～10m）； ④—左洞侧墙及仰拱初期支护（锚喷、U型拱架）；⑤—中间岩柱注浆加固； ⑥—右洞侧壁导洞开挖；⑦—右洞侧壁导洞支护（锚喷、U型拱架）； ⑧—中间岩柱施加预应力锚杆加固；⑨—右洞上台阶开挖； ⑩—右洞拱部支护（锚喷、U型钢架、超前）；⑾—右洞下台阶开挖（落后上台阶8～10m）； ⑿—右洞侧墙及仰拱初期支护（锚喷、U型拱架）；⒀—左洞全断面衬砌（落后右洞开挖面15～20m）； ⒁—右洞全断面衬砌2.3 Ⅲ类围岩深埋段开挖工序Ⅲ类围岩深埋段采取上、下台阶法开挖，下台阶落后于上台阶8～10m，上、下台阶的初期支护施作必须紧跟着开挖左洞开挖断面超前右洞开挖断面控制在30～40m，在打设系统锚杆时，对中间岩柱进行有压注浆，确保岩体密实。

按设计要求，仅在岩石破碎带局部设置预应力对拉锚杆，对中间岩柱进行加固Ⅲ类围岩深埋段施工工序详见图2开挖顺序说明：①—左洞上台阶开挖； ②—左洞拱部锚喷初期支护；③—左洞下台阶开挖（落后上台阶8～10m）； ④—左洞侧墙锚喷初期支护；⑤—右洞上台阶开挖； ⑥—右洞拱部锚喷初期支护；⑦—右洞下台阶开挖（落后上台阶8～10m）； ⑧—右洞侧墙锚喷初期支护；⑨—在岩石破碎带对中间岩柱进行注浆加固、预应力对拉锚杆加固；⑩—左洞全断面衬砌（落后右洞开挖面15～20m）；⑾—右洞全断面衬砌2.4 Ⅳ类围岩开挖工序Ⅳ类围岩左洞开挖断面超前右洞开挖断面应控制在30～35m，左洞采取全断面方法开挖，一次光面爆破成型右洞先在断面底部中心开挖宽3～4m、高3～4m的超前导坑，超前长度为5～10m，然后一次性采取光面爆破开挖剩余的断面采取超前导坑开挖，既可加大初次爆破点至中间岩柱的距离，尽量减少爆破对中间岩柱的震动影响，又能增加剩余大断面开挖的临空面，由全断面一次爆破的抛掷式爆破改变为崩解式爆破，大大减少炸药用量，提高爆破效率。

Ⅳ类围岩段仅在岩石破碎带局部设置预应力对拉锚杆，对中间岩柱进行加固Ⅳ类围岩段施工工序详见图3开挖顺序说明：①—左洞全断面开挖； ②—左洞锚喷初期支护；③—右洞超前导坑开挖（落后左洞开挖面大于30m）； ④—右洞全断面开挖（落后右洞超前导坑开挖面大于5m）；⑤—右洞锚喷初期支护； ⑥—在岩石破碎带对中间岩柱进行预应力对拉锚杆加固；⑦—左洞全断面衬砌（落后右洞开挖面15～20m）； ⑧—右洞全断面衬砌（落后右洞开挖面大于40m）2.5 钻爆设计为确保开挖第二座隧道时第一座隧道的安全性，应将第一座隧道衬砌处的震动速度控制在15cm/s以内，并以此作为第二座隧道各段爆破药量的计算依据为避免爆破震动波的叠加，必须采用微差控制爆破，各段起爆时间应根据震动测试确定，或按经验值大于200ms为宜2.5.1 震动速度的计算根据震动速度的衰减规律，可采用下列公式对震动速度进行预估计算：V=K（Q1/3/R）α式中：V—质点震动速度，单位为cm/s； K—与爆破场地有关的系数； Q—装药量(齐发爆破时为总药量,延发爆破时为最大一段装药量),单位kg； R—从测点到爆破中心的距离，单位m；α—与地质条件有关的系数；K、α的值可根据下列地质条件近似采用：场地为坚硬基岩：K=150 α=1.70场地为基岩： K=220 α=1.67场地为覆盖浅层表土： K=300 α=1.602.5.2 爆破时间间隔的计算通过记录的爆破震动持续时间,可按下式确定两段爆破的时间间隔:△t=Ri/Vs+Tyi-Ri+l/Vs=(Ri-Ri+l)/Vs+Tyi式中: Ri和Ri+l分别为第i段和第i+l段爆破中心距要求的控制震动点的距离；Vs—不同岩石中的波速值；Tyi—第i段爆破的震动持续时间（通过同条件下的测试数据综合确定）。

2.5.3 光面爆破光面爆破要根据围岩特点合理选择周边眼间距（E）、周边眼的最小抵抗线（V）、相对距（E/V）和装药集中度（q）等，采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验确定周边眼采用小直径药卷，并严格控制周边眼的装药量，并使药量沿炮眼全长合理分布，采用毫秒雷管微差顺序起炸，使周边炸破时产生临空面，同时周边眼同段雷管起炸时差尽可能小施工中光面爆破的参数取值如下：①、S12段围岩较软弱、破碎，周边眼间距E取40㎝在取较小的周边眼间距的同时，抵抗线适当增大，但必须大于E，取60㎝，周边眼相对距E/V应取较小值；②、S3段围岩周边眼间距E取45㎝，抵抗线V取70㎝；③、S4段围岩周边眼间距50㎝，抵抗线V取60㎝；④、侧导洞右边周边眼间距E取40㎝，左边周边眼间距E取50㎝，抵抗线V取70㎝施工中炮眼深度及单位体积岩石耗药量取值如下：①、S12段围岩炮眼深度控制在1.0～1.5m，单位耗药量取0.69㎏/m3；②、S3段围岩炮眼深度控制在1.2～2.0 m之内，单位耗药量取0.58㎏/m3 ；③、S4段围岩炮眼深度控制在2.0～2.5 m之内，单位耗药量取0.85㎏/ m3；④、小导洞围岩炮眼深度控制在1.0～1.2m之内, 单位耗药量取0.35㎏/m3。

2.6 钻爆作业钻爆作业采用汽车改装凿岩台车两部、20台YT28型风动凿岩机，1台10m3和2台20 m3空压机等设备，按钻爆设计进行钻眼、装药、接线和引爆开挖过程中，应监测围岩爆破扰动深度以及爆破震动对周边及中间岩柱的破坏程度钻周边眼应选具有丰富经验的钻工施钻，台车下面有专人指挥，确保周边眼的外插角准确（眼深3m以内的外插角＜3°），尽可能使两茬炮交界处台阶不大于15cm同时，根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，保证炮眼底在同一平面上为提高光面爆破的效果，在拱顶及其附近的周边眼加密布置并间隔装药考虑爆破震动对中间岩柱稳定的影响，周边眼应根据地质条件分组起爆，对爆破震动加以控制2.7 出碴当采用分台阶法或大断面开挖掘进时，配备一台PC-200挖掘机、一台ZLC-50装载机，5台4.5t自卸汽车装运出碴当采取侧壁小导坑掘进施工时，由于出碴量小，洞身截面小,大型出碴机械无法进入，只能采用人工配合小型机械装碴每个洞口安排5台1t自卸小翻斗车或拖拉机装运出碴3 中间岩柱加固设计文件对Ⅲ类围岩浅埋段必须加固中间岩柱，Ⅲ类围岩深埋段和Ⅳ类围岩地段仅在岩石破碎带局部加固中间岩柱隧道施工部署是先开挖左洞，在开挖支护后对岩柱进行加固注浆，左洞超前右洞约40m后再进行右洞小导洞开挖，小导洞施作初期支护后安装中间岩柱的预应力锚杆。

3.1 岩柱加固注浆洞口刷坡时，两隧道中间岩柱坡口处原地面土体应暂时保留，以支挡坡面洞口临时防护完成后，挖除中间岩柱坡口土体，立即沿隧道轴向对中间岩柱正面打入5m长Φ50×5㎜小导管，注浆加固中间岩柱坡面当注浆达到强度后进行左洞开挖，向前掘进5米后对中间岩柱改为水平斜向前方45°小导管注浆。