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摘要:近年来,随着我国高速公路建设的飞速发展,隧道施工中各式各样的围岩层出不穷,本文以宜宾至威信高速公路上罗隧道为例,对水平薄层围岩进行了研究,根据水平薄层围岩的特性,分析总结了隧道超欠挖原因以及切实有效的超欠挖控制技术,以期能有效的降低水平薄层围岩对隧道施工带来的不良影响,为后续该类隧道的设计和施工提供参考。
关键词:特长公路隧道;水平薄层围岩;超欠挖
1.引言
水平薄层围岩是指产状呈水平或近水平(水平夹角小于10°)的岩层。水平岩层在自然界中分布较广,在工程建设中会遇到大量由水平岩层所带来的施工问题,尤其是隧道施工。水平薄层是层厚小于30cm的岩层,其稳定性较差,隧道开挖后拱顶部位围岩极易出现开裂、脱落、掉块,甚至溜塌等现象,导致初期支护中超挖回填喷射混凝土超耗大,施工成本高,施工进度缓慢,并且危害隧道结构稳定和施工安全。但目前国内还没有针对水平薄层围岩隧道的系统研究资料,基本上都是按正常岩层隧道的经验进行设计和施工,对该类岩层的特性及隧道施工技术并没有从本质上加以认识和研究。因此,对水平薄层围岩特性及其隧道施工技术进行认真研究,具有深远的社会价值和重要的现实意义。
2.工程概况
上罗隧道是宜宾至威信高速公路的控制性工程,设计为双线双洞隧道,左线起止桩号ZK23+112~ZK30+178,全长7066m,右线起止桩号K23+120~K30+164,全长7032米。隧道最大埋深482m,开挖断面面积110m2,最大开挖宽度12.86m,高度10.49m。上罗隧道围岩洞身主要由泥岩、泥质灰岩、灰岩组成,分布于隧道不同段落,全隧岩层走向均为水平产状,洞身围岩以软岩-硬岩为主,受地质构造影响较强烈,裂隙较发育,层间结合一般,岩体整体呈水平产状结构,岩石以中风化居多,洞口段均为强风化围岩。岩层结合面一般,岩层产状平缓,拱部易发生坍塌及掉块。
图一:上罗隧道拱顶水平薄层围岩
3.超欠挖对隧道施工的影响
隧道施工过程中经常会遇到超欠挖问题,大的超挖不仅会造成施工成本的增加,而且影响了施工进度,进而影响了整个项目的效益。通过对上罗隧道实际爆破开挖过程的现场调研,在现有隧道爆破参数的条件下,水平岩层地段超挖主要发生在起拱线以上位置,尤其是拱顶,几乎无残留炮痕,爆破后岩体极易沿拱部某一层理面整体脱落,形成平如桌面的平顶现象。
4.水平薄层围岩隧道施工超挖原因分析
通过对上罗隧道开挖的长期调研,分析总结了造成隧道超挖的几个主要原因:
4.1主观因素
(1)进行钻孔作业时,未对掌子面钻孔进行定位,精度要求不严,导致钻孔位置选择不当,外插角过大,从而造成超挖。
(2)施工作业人员的技术水平不高,相关施工工艺不熟练,责任心不强。在进行相关爆破作业时,由于对炮孔间距、装药结构与药量选择的不合理,造成爆破参数不当,从而造成超挖。
(3)开挖进尺控制不严,隧道施工往往为了提高进度而增加每循环进尺,导致外插角孔底距开挖标准线距离较远,从而造成超挖。
4.2客观因素
(1)爆破作业扰动:水平岩层节理发育,夹薄层泥质填充物,层间结合力很差,断层、节理、层理等裂隙和开挖临空面对隧道围岩形成切割。爆破开挖作业时,水平炮孔最小抵抗线垂直于水平岩层,震波压缩炮孔附近岩体且向外传播,导致岩层间粘结性被破坏,岩体发生松动或直接剥落,形成“平顶、掉块、剥落、崩塌”等超挖情况。
(2)隧道开挖应力释放:隧道爆破开挖后洞周应力重新分布,受地应力影响,洞周岩体向临空面运动,由于水平岩层特殊层理构造,部分岩体会被挤出,从而在隧道临空面产生位移,导致岩体鼓胀、破裂、折断、松动等。为保证作业安全及质量,爆破开挖后需进行必要的找顶及排险作业,将松动围岩剥离,从而进一步加大了超挖量。
(3)地下水影响:隧道开挖后,地下水原有平衡被破坏,将向隧道空间移动,造成对洞周岩体的软化,同时润滑结构面,使围岩强度与结构面黏合力进一步降低,产生挤出、弯张脱落等现象,在有水条件下对隧道超挖量的影响会相对更大些。
5.超挖的控制措施
5.1提高测量技术水平
测量是控制超挖的基础,在施工中,要利用现代化、高精密仪器和先进测量手段进行测量,较少预留误差以满足施工要求。
要提高测量工作精度,提高画弧精度是十分重要的。施工中要控制中线,将开挖轮廓线放样于掌子面上,用喷漆画出轮廓线,这样,即可取消预留放样误差,减少人为超挖现象。
5.2提高钻孔技术水平
提高钻孔精度是防止超挖最重要的措施。使超挖限制在最小范围内,必须对司钻人员进行培训,使他们熟练掌握钻孔技术。司钻工必须按操作细则和布置的孔位进行施钻,要保证规定的孔位、孔深、倾斜度等。台车钻孔实行定人、定位、定钻,将上个循环的钻孔效果结合起来。开挖台车轴线和线路中线重合平行,保证钻臂推进器水平,钻好的炮眼应进行验收,不合格重打。
5.3合理确定开挖进尺
在开挖作业中,实行工序循环制,为了减少工序循环时间,在岩质较好的情况下可增大循环进尺,以获得较好的施工进度。但由于钻孔倾斜影响,降低了炮眼利用率,增大了炸药消耗和循环时间。如果缩短循环进尺,可以使平均线性超挖得到有效控制,因此,缩短开挖进尺以期减少外插角造成的超挖是一个有效的措施。合理开挖进尺的确定受如下因素制约:①隧道地质条件;②施工组织能力; ③循环作业时间;④装渣机械及运输能力; ⑤工期及进度要求等。
在确定开挖进尺时要统筹考虑,并且根据现场围岩情况进行动态调整,进尺较大时钻孔必须采用长短眼结合的方式,以获得最佳的工程进度和经济效益。
5.4提高装药质量
在隧道爆破施工中要精心地进行钻爆设计,合理地选择钻孔参数提高装药质量,孔口用水袋或炮泥堵塞,用最少的炸药达到最好的开挖效果。爆破后,要进行轮廓断面测量检查,找出各处超欠挖值,并及时反馈到施工中去,根据地质条件和爆破效果动态调整,以达到减少超欠挖的目的。在水平软弱岩层施工时,围岩自稳能力差,由于爆破扰动,极易造成超挖。如果爆破设计不当,会造成大量坍塌,因此要提高爆破技术,树立“少欠少超”的观念。
5.5加强现场施工管理
良好的施工管理和组织,对减少超挖具有十分现实的意义。在控制隧道超欠挖中,建立一个比较完善、系统的质量保证体系,对作业全过程及相关因素实行严格科学的管理是非常重要和必要的。现场管理工作与组织主要指人员组织、作业安排、技术交底,效果反馈以及相应技术标准的制定等来保证技术的实施。对测量、钻眼和爆破设计,要有措施,有制度,岗位责任到人,有检查办法,有奖惩办法,要指定专人抓这项工作,使之形成岗位制度,抓出成效。
6.结语
在现代公路隧道施工中,超欠挖问题不可避免。超欠挖问题严重影响施工的有序进行,增加施工成本,导致工期的延误。只有运用行之有效的措施,才能尽量避免超欠挖问题对施工造成的影响。 通过以上对上罗隧道超欠挖过程控制的研究,项目在隧道超欠挖控制方面取得了不错的成绩,对超欠挖控制技术有了比较清晰的了解,但在以后的施工中,还应不断的进行总结完善,推动隧道施工超欠挖控制技术的不断发展与进步。
参考文献
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