PAGEPAGE15膨脹土泥巖開(kāi)挖技術(shù)措施原1、工程簡(jiǎn)述公哇嶺隧道為一座兩車(chē)道別離式中隧道〔左洞長(zhǎng)906m，右洞長(zhǎng)984m〕，設(shè)計(jì)時(shí)速80Km/h。隧道穿越5種巖土體工程地質(zhì)層，分別為黃狀土、含角礫粘土、淤泥質(zhì)粉土、亂石土、全分化泥巖互層粉砂質(zhì)泥巖。隧道具體情況見(jiàn)下表： 隧道名稱(chēng) 單位 建筑限界 隧道凈空 深埋段 淺埋段 明洞〕 隧道長(zhǎng)度 限寬 限高 凈寬 凈高 公哇嶺隧道 左洞 m 10.25 5 11 6.94 451 415 40 906 右洞 m 10.25 5 11 6.94 437 499 48 984 襯砌結(jié)構(gòu)均采用復(fù)合式襯砌，其初期支護(hù)以噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼拱架為主要支護(hù)手段，Ⅴ級(jí)圍巖等軟弱圍巖地段輔以超前管棚、超前小導(dǎo)管等預(yù)支護(hù)措施；二次襯砌均采用C30模筑鋼筋混凝土，整體式模板臺(tái)車(chē)澆筑。該工程隧道全部為Ⅴ級(jí)圍巖，主要工程地質(zhì)問(wèn)題為季節(jié)性?xún)鐾痢④涃|(zhì)巖變形、地應(yīng)力、隧道涌水。隧道施工期間可能出現(xiàn)的平安風(fēng)險(xiǎn)如下：1〕隧道出口段淺埋段偏壓，施工期間可能出現(xiàn)地面開(kāi)裂，初期支護(hù)開(kāi)裂或變形較大。2〕Ⅴ級(jí)圍巖可能出現(xiàn)局部坍塌，初期支護(hù)變形過(guò)大或支護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。3〕黃土或卵石圍巖遇水軟化，隧道可能出現(xiàn)整體沉降、地表開(kāi)裂。4〕隧道區(qū)構(gòu)造應(yīng)力較低，應(yīng)力場(chǎng)以自重應(yīng)力為主。隧道開(kāi)挖施工中，洞壁有因卸荷引起的圍巖坍塌、掉塊現(xiàn)象。2、洞身段圍巖地質(zhì)條件及穩(wěn)定性隧道穿越地層為中-強(qiáng)風(fēng)化泥巖，粉砂質(zhì)泥巖，極軟巖，巖體極破碎，呈土狀，最大厚度8.0m，Vp=960-1520m/s〔巖體縱波波速〕，圍巖根本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]=81，圍巖穩(wěn)定性差，圍巖易坍塌，變形；且隧道開(kāi)挖時(shí)一般出現(xiàn)滴水或線狀流水現(xiàn)象，處理不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)大面積坍塌甚至冒頂，側(cè)壁經(jīng)常小坍塌。2.1、隧道巖渣性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)描述及開(kāi)挖揭露顯示隧道洞身段為粉砂質(zhì)泥巖，自穩(wěn)性差。為明確巖土性質(zhì)，指導(dǎo)施工，對(duì)洞身段巖體取樣試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示：隧址區(qū)內(nèi)泥巖自由膨脹率45%～95，平均65%，屬于中等膨脹土及強(qiáng)膨脹土范圍，天然含水量12%，液限26.3，塑性指數(shù)4.4，屬低液限黏土，CBR為94區(qū)3.3.圍巖自穩(wěn)性差，易坍塌，變形。2.2、隧道圍巖變形機(jī)理根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)描述，洞身段地質(zhì)屬于膨脹土，隧道開(kāi)挖后，臨空面自重應(yīng)力釋放，土體膨脹，開(kāi)挖斷面收斂，極易引發(fā)初期支護(hù)擠壓變形。此外，洞壁應(yīng)力降低區(qū)的形成促使少量水分從高應(yīng)力區(qū)向洞壁轉(zhuǎn)移，洞壁巖體中的粘土等親水礦物吸水也是圍巖膨脹的主要原因，造成洞室頂部軟質(zhì)圍巖的軟化以及夾層的泥化，在重力作用下易發(fā)生坍塌現(xiàn)象。3、隧道開(kāi)挖方法及支護(hù)施工工藝技術(shù)3.1淺埋段采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法淺埋段穿越的主要巖層為泥巖，粉砂質(zhì)泥巖，屬于軟巖、膨脹巖，遇水易軟化和崩解。在隧道開(kāi)挖后的應(yīng)力調(diào)整過(guò)程中，新暴露出的砂質(zhì)泥巖、泥巖在1～3小時(shí)后，那么會(huì)因應(yīng)力釋放和風(fēng)化而逐漸出現(xiàn)拱部不穩(wěn)定塊體沿軟弱結(jié)構(gòu)面或夾層的剪切錯(cuò)位、拉裂墜落現(xiàn)象，致使拱頂圍巖斷裂失穩(wěn)。再加上該地區(qū)全風(fēng)化泥巖互層粉砂質(zhì)泥巖結(jié)構(gòu)屬于典型的水平層理，兩種巖層呈不等厚狀相互交錯(cuò)；在施工中極易產(chǎn)生掉塊、坍塌現(xiàn)象。由于軟質(zhì)砂泥巖的以上特性，結(jié)合圍巖結(jié)構(gòu)層及變形等特點(diǎn)，遵循軟巖隧道施工短進(jìn)尺、弱爆破、勤量測(cè)、強(qiáng)支護(hù)、早封閉的原那么，以在施工中盡量減少對(duì)圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)和防止水的浸濕，及時(shí)跟進(jìn)支護(hù)及襯砌為準(zhǔn)那么，宜采用弱爆破掘進(jìn)、人工、機(jī)械刷幫相配合的單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。施工工序見(jiàn)：?jiǎn)蝹?cè)壁導(dǎo)坑法襯砌施工步序圖.〔1〕臨時(shí)中壁：采用12cm厚C20噴射混凝土，內(nèi)設(shè)I16工字鋼，間距0.6m，縱向采用22鋼筋連接，連接鋼筋環(huán)向間距為100cm，phi;6鋼筋網(wǎng)間距20cmtimes;20cm。臨時(shí)錨桿采用1.5m長(zhǎng)22砂漿錨桿，環(huán)項(xiàng)間距2.0m，縱向間距0.6m。鎖腳錨桿每環(huán)鋼支撐每臺(tái)階設(shè)置2根3m長(zhǎng)22砂漿錨桿。〔2〕開(kāi)挖步驟：①左側(cè)上導(dǎo)坑開(kāi)挖rarr;②左側(cè)上導(dǎo)坑施做初期支護(hù)rarr;③左側(cè)下導(dǎo)坑開(kāi)挖rarr;④左側(cè)下導(dǎo)坑施做初期支護(hù)rarr;⑤右側(cè)上導(dǎo)坑開(kāi)挖rarr;⑥右側(cè)上導(dǎo)坑施做初期支護(hù)rarr;⑦右側(cè)下導(dǎo)坑開(kāi)挖rarr;⑧右側(cè)下導(dǎo)坑施做初期支護(hù)rarr;⑨臨時(shí)中壁撤除及仰拱襯砌施做rarr;⑩拱墻二襯混凝土施工。〔3〕施工考前須知a.開(kāi)挖施工前必須施工超前支護(hù)。開(kāi)挖后，盡快施作噴射混凝土封閉巖面，初噴厚度不小于40mm，然后打設(shè)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、施作鋼架。當(dāng)圍巖較差時(shí)及時(shí)施作仰拱封閉成環(huán)。b.由于圍巖自穩(wěn)性較差，為減少施工擾動(dòng)，淺埋段采用以機(jī)械開(kāi)挖為主，輔以人工開(kāi)挖，開(kāi)挖完成后立即進(jìn)行減少?lài)鷰r在開(kāi)挖過(guò)程中暴露過(guò)久而發(fā)生崩塌。每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺為0.6m。c.導(dǎo)坑法施工過(guò)程中，導(dǎo)坑長(zhǎng)度不宜大于15m，③步與⑤步之間的開(kāi)挖掌子面應(yīng)間隔15m以上的間距。二次襯砌與掌子面的距離不宜大于60m。d.中隔壁撤除應(yīng)在全斷面封閉成環(huán)后，各部位位移充分穩(wěn)定后，方可撤除。中隔壁撤除平安參數(shù)：拱頂下沉量：7d的增量小于2mm；凈空收斂值：7d的增量小于4mm〔拱頂下沉的2倍〕。單側(cè)壁導(dǎo)坑法襯砌施工步序圖留核心土法襯砌施工步序圖3.2深埋段采用環(huán)形開(kāi)挖留核心土法深埋段圍巖巖性主要為中－強(qiáng)風(fēng)化泥巖，局部呈強(qiáng)風(fēng)化碎裂狀，抗壓強(qiáng)度較低，屬于較軟巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂面多粗糙，呈微張～張開(kāi)狀，結(jié)構(gòu)面較密集，圍巖破碎度較高，易發(fā)生掉塊現(xiàn)象。圍巖多呈鑲嵌破裂狀結(jié)構(gòu)，完整性一般，自穩(wěn)性較差；地下水輕微發(fā)育，局部潮濕。深埋段圍巖巖性逐步轉(zhuǎn)好，機(jī)械開(kāi)挖越發(fā)困難，采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法效率較低，本錢(qián)較高。為提高效率，降低本錢(qián)，采用鉆爆法開(kāi)挖。光面爆破有利于加快施工速度，但由于隧道深埋段圍巖巖性主要為中－強(qiáng)風(fēng)化泥巖，局部呈強(qiáng)風(fēng)化碎裂狀，抗壓強(qiáng)度較低，屬于較軟巖，對(duì)周邊眼爆破震動(dòng)敏感，采用常規(guī)爆破對(duì)開(kāi)挖輪廓周邊圍巖擾動(dòng)過(guò)大，超挖量過(guò)高。經(jīng)屢次試驗(yàn)改進(jìn)，最終確定采用改進(jìn)型弱爆破施工法。弱爆破采用光面爆破，為減少爆破振動(dòng)對(duì)圍巖的破壞，爆破只采用掏槽眼及輔助眼，不設(shè)周邊眼。掏槽眼最先起爆，為圍巖增加臨空面；輔助眼爆破輪廓線內(nèi)圍巖，減少大塊，，利用內(nèi)部炮眼對(duì)周邊泥巖的震動(dòng)破壞，人工、機(jī)械用風(fēng)鎬鑿出開(kāi)挖輪廓的施工方法，控制隧道超挖。施工考前須知：a.每道開(kāi)挖工序施工前，必須先施作相應(yīng)部位的超前小導(dǎo)管支護(hù)。b.根據(jù)圍巖情況，延設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線向內(nèi)30～50cm布置掏槽眼，本著多打眼、少裝藥的原那么，合理設(shè)計(jì)起爆順序，增加毫秒延時(shí)雷管的數(shù)量，減少一次起爆藥量，控制質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度在2cm/s以?xún)?nèi)。c．深埋段圍巖為粉砂質(zhì)低液限黏土，開(kāi)挖后圍巖風(fēng)干脫水或浸水，都將引起圍巖體積變化，產(chǎn)生脹縮效應(yīng)，危機(jī)施工平安。為防止開(kāi)挖后圍巖暴漏面遇風(fēng)加速風(fēng)化，開(kāi)挖后立即進(jìn)行噴射混凝土施工封閉巖面。d.重點(diǎn)增強(qiáng)拱部圍巖支護(hù)，減少拱部圍巖的擾動(dòng)，盡快施作仰拱快速封閉成環(huán)。3.3監(jiān)控量測(cè)根據(jù)圍巖地質(zhì)狀況制定科學(xué)合理監(jiān)控量測(cè)方案。a.洞口端地表沉降點(diǎn)觀測(cè)設(shè)置2個(gè)斷面，間距10米；洞內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面間距為10米。b.浸水軟泥巖段及流砂層段、或位移下沉量及速度較大時(shí)，適當(dāng)增加量測(cè)斷面及量測(cè)頻率。c.在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，假設(shè)發(fā)現(xiàn)凈空位移量過(guò)大或收斂速度無(wú)穩(wěn)定趨勢(shì)時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)采取補(bǔ)強(qiáng)措施：1〕增加噴射混凝土厚度，或加長(zhǎng)加密錨桿，或加掛更密更粗的鋼筋網(wǎng)。2〕提前施作二次襯砌，要通過(guò)反分析校核二次襯砌強(qiáng)度。3〕提前施作仰拱。d.假設(shè)發(fā)現(xiàn)凈空位移收斂速度具有穩(wěn)定趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)據(jù)此求出隧道結(jié)構(gòu)初期支護(hù)及二次襯砌上的最終荷載，以便對(duì)結(jié)構(gòu)的平安度做出正確的判斷。3.4技術(shù)控制要點(diǎn)〔1〕每道開(kāi)挖工序施工前，必須先施作相應(yīng)部位的超前小導(dǎo)管支護(hù)。在開(kāi)挖過(guò)程中，通過(guò)超前小導(dǎo)管的錨固力和小導(dǎo)管體良好的抗拉、抗剪性能，增大了巖層結(jié)構(gòu)面的摩擦，同時(shí)注漿漿液對(duì)周?chē)鷰r體的凝結(jié)硬化作用加強(qiáng)了圍巖自身的穩(wěn)定，從而有效地控制了層理間的滑動(dòng)破壞，有效的減少?lài)鷰r變形量。〔2〕開(kāi)挖后立即噴射混凝土封閉巖面，防止巖面長(zhǎng)時(shí)間暴漏，風(fēng)化嚴(yán)重。盡快施作仰拱，初期支護(hù)封閉成環(huán)，整體受力。〔3〕施工過(guò)程中應(yīng)特別注意防排水。洞內(nèi)出露的地下水應(yīng)及時(shí)歸入溝、管、槽，并引排至洞內(nèi)排水溝。應(yīng)順坡施工排水，并設(shè)置防滲漏排水溝槽。嚴(yán)禁直接排放。反坡施工排水必須采用設(shè)備完好、系統(tǒng)完善的抽排水設(shè)施，嚴(yán)禁水滲流至開(kāi)挖工作面。〔4〕制定科學(xué)合理的監(jiān)控量測(cè)方案。由于膨脹土本身遇水膨脹、失水收縮的特性對(duì)施工平安極為不利，特別是地下水發(fā)育段、流砂層段圍巖特性極不穩(wěn)定，拱頂下沉及收斂位移較大，采取科學(xué)合理的監(jiān)控量測(cè)方案，為后續(xù)二次襯砌施工提供科學(xué)依據(jù)。4、結(jié)束語(yǔ)通過(guò)對(duì)公哇嶺隧道實(shí)際施工，針對(duì)粉砂質(zhì)泥巖開(kāi)挖工藝研究，取得一定成果。1.確保了開(kāi)挖施工平安，提高了工作效率，增加了經(jīng)濟(jì)收入。2.隧道開(kāi)挖初支最大變形量變形量得到有效控制，周邊位移最大值12.3mm，拱頂下沉最大值24.8mm；初支預(yù)留沉降量由最初的20cm，經(jīng)過(guò)一步步調(diào)整，最終固定為8cm。參考文獻(xiàn):1交通運(yùn)輸部發(fā)布.公路隧道施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。上海:人民交通出版社,20222?工程地質(zhì)手冊(cè)?編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,20073楊林德.公路施工手冊(cè)-隧道。上海:人民交通出版社,2022內(nèi)容總結(jié)

〔1〕膨脹土泥巖開(kāi)挖技術(shù)措施原

1、工程簡(jiǎn)述

公哇嶺隧道為一座兩車(chē)道別離式中隧道〔左洞長(zhǎng)906m，右洞長(zhǎng)984m〕，設(shè)計(jì)時(shí)速80Km/h

〔2〕試驗(yàn)結(jié)果顯示：隧址區(qū)內(nèi)泥巖自由膨脹率45%～95，平均65%，屬于中等膨脹土及強(qiáng)膨脹土范圍，天然含水量12%，