水平岩层_软弱围岩隧道控制超挖施工技术_刁天祥

由于 岩体的性质 在一定距 离内具有相 似性, 例如, 裂隙 的多 少、节理的方 向等, 如果作用力、作用 距离基本 相等, 拱顶平 均线 超挖量应该为一个常数。也就是对相同的岩 体, 可以用 减少作用 力、增大作用 距离来减 弱爆轰波对 需保留岩体 的破坏, 从而 达到 控制超挖的目的。
在实际施工中, 以隧道断面起拱线以上部位的平均 线超挖量 测量来调整周边眼炮孔内移的距离, 并在小范围内调整 周边眼装 药系数。平均线超挖量测量为自拱脚 沿轮廓线每隔 0. 4 m 测量出 上茬炮实际开挖轮廓线与设计开挖轮廓 线间的径向距离, 然后利 用 公式计算、拱部平 均线超挖量 = ( 各点 径向距离 总和÷测 量点 数总和) ÷2
备注
E—周边眼间距
S—周边眼线装药密度
在施工中根据拱部平均线超挖量变化, 依据表 1 类似数据所形 成 的经验公 式来控制 周边眼内移 距离, 经总结, 内移距离 基本上 在 10 cm 左右变化, 即 S = 0. 1 m, E = 0. 4 m, q= 0. 16 kg / m。 2. 3. 2 拱肩处 加密炮眼, 并利用 空孔导向来 控制水平 层理对 断 面形成的影响
在 3# 排水洞开挖过程中, 根据对现场的观察 发现: 水平岩 层 地段, 超挖主要发 生在拱部, 几乎无炮痕保存, 爆破对岩体极易沿 拱部某一层理面整体脱落, 形成平如桌面的平顶现象。典型实测 断面如图 2 所示。
若该 层理被 滑移 体切割 而成 竖向或 斜向 裂隙时, 岩 体就 会 象砌砖墙的砖 块一样, 拿掉下面 的砖块, 上面的砖块 将因无掌 力 而下落, 遇有该情 况时, 排水洞拱部超挖现象更为严重。 2. 2 水平岩层超挖原因分 析
根据以上 实测断面可 知: 水 平岩层的层 理、节理 对隧道的 超 挖起着重要 作用。岩体节 理愈发育, 抵抗爆 破的能力就 愈弱, 超 挖现象就愈严重。
Weak Blasting Appl ied i n the Soil Tunnel
Pang J un ( 3th S ecti on of the 20t h B ureau of R ail w ay M i nistry of Chi na, S anyuan , 713000)
因此, 控制水 平岩层拱 顶超挖现象, 除避 免因周 边炮孔 直接 破碎岩体外, 还应设法减少反射拉伸波对隧道轮廓线外 水平岩体 的拉 伸破坏。也就 是需要增大 周边眼与 轮廓线外水 平岩层 的距 离。
2. 3 水平岩层控制超挖施工技术 根据以上分析及以前施工经验, 水平岩层控制超挖 施工主要
采用以下关键技术。 2. 3. 1 根据平 均线超挖量控制拱顶周边眼内移距离及装药参数
( 隧道局科研所 洛阳 471009)
摘 要 以小浪底东苗家 滑坡体排水 洞施工为例, 分析 了在水平岩 层软弱围 岩中修建隧 道所产生 的超挖现象, 介绍 了 在实际施工中所采用的控制超挖 施工技术及经验体会。 关键词 滑坡体 排水洞 水平 岩层 软弱破碎围岩 超挖
小浪 底东苗家滑坡体 位于黄河水 利枢纽工程 泄水渠出 口南 岸。在 20 世纪 50、60 年代黄河小浪底大坝 地质勘探时曾在该滑 坡体内修建断面为 1. 5 m×1. 5 m, 长约 100 m 的矩形巷道, 以探 测该滑 坡体内滑移面位 置及排放 滑坡体内所 含水份。近年 来航 空量测 却发现该滑坡体 具有明显 的滑动迹象。为 保证滑坡 体的 稳定, 防止其下滑而 阻塞大坝 泄水口, 保证黄河小 浪底水利 枢纽 的正常运行, 黄委会决定于 1998 年对该滑坡体进行整治, 该整治 方 案包 括以下 三个 方面: ( 1) 对滑 坡体坡 脚进 行压 脚护坡; ( 2) 在滑坡体地表修建集水沟进行地表 排水; ( 3) 继续在洞内 修建排 水洞以降低该坡体内的地下水位。该排水洞为圆 弧直墙形断面: 宽 3. 5 m, 高 3. 9 m, 排 水洞在滑坡体内呈 “干”字形布置, 总长近 900 m 。其工程平面相对位置布置如图 1 所示。
3# 排水洞及在 1# 排水洞后 100 m 大部分洞室处于 红色粉砂 岩、板 岩、粘土 岩地区, 岩层呈水 平状, 并 伴有被滑移 力切割而 成 的垂直裂隙、裂隙 发育。各 层理、结构面之间被黄色粘土充填, 含 丰富裂隙水。爆破时, 水平 岩层易沿层理面剥落而使隧道拱部成 水平拱。 2 水平岩层控制 超挖技术 2. 1 水平岩层隧道成形断 面特征
黄河小 浪底东苗家 滑坡体 1～3# 排 水洞水 平岩层 开挖采 用 以上三技术后, 断面成形显著改 善, 隧道线 超挖量控制在 0. 15 m 以内, 取得了较明显的经 济效益与社会效益。 3 软弱破碎围岩控制超 挖施工技术 3. 1 软弱破碎围岩隧道成形断面 特征
小浪底 东苗家滑 坡体 2# 排水 洞位于 滑坡体 前部, 平行于 滑 坡体前缘滑移面。使得该排水支洞围岩破碎, 节理裂隙较为发育, 裂隙水含量高, 受裂隙水 浸蚀, 岩体因风化而变得 软弱松驰, 强 度 降低。开挖后不久, 发现整个撑子面均是褐色土体, 单个 强度较好 的孤石夹杂其间, 围岩毫 无稳力, 拱顶、拱肩处极易坍塌。尽管 在 掘进中采 用小断面、短进尺, 弱爆 破, 超前 管棚支 护等措施 , 超 挖 量仍然很大, 几乎无半点 炮孔痕存在, 断面成形极 差, 典型实测 断 面如图 3 所示。 3. 2 破碎软弱围岩隧道超挖原因 分析
( 2) 拱部上插角过大。在软岩中, 由于钻杆较易钻进, 稍不注 意, 钻杆上漂, 爆破后形成超挖。
2000 年 增刊
刁天 祥 方俊波: 水平岩层、软弱围岩隧道控制超控施工技术
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( 3) 爆破 震 动量 过
大。由 于围岩 间无 夹制
力, 极 易 受 爆 破 震 动 而
松驰、掉块。在施工中曾
经多 次出现 撑子面 围岩
拱部平均线超挖 量 K 与周边眼 内移距离 S 的关系在 1# 排水 洞后期有以下实测记录, 如表 1 所示:
表 1 拱部平均线超挖量与周边眼内移距离实测经验数据表
拱部平均线 超挖量( m)
0. 09
内移距离( m) 0. 18 实测日期 98. 03. 05
0. 08
0. 15 98. 03. 12
Abstract: T his paper in tr odu ces th e applicat ion of w eak blast ing achieved in th e cons tru ct ion of Saharam o soil t unn el of S hen yan Railw ay. Key words: w eak blast ing s oil tu nnel operat ion pl an ef fect
因钻 杆钻进 震动而 落石
的现象。
3. 3 软 弱破 碎 围 岩 隧
道控制超挖施工技术
在 2# 排 水 洞 施 工 过 程 中, 采 取 以 下 施 工
技术来控制超挖。
3. 3. 1 严格 规 范 周 边
眼装药结构 由 于 围 岩 破 碎, 带
图 3 软弱破碎围岩典型实测断面
泥量 重, 炮孔 内炸药主 要靠冲击波 对岩体做抛 掷功, 反射拉 伸波
质探洞 开挖时未采 用光面爆破 技术, 其扰动深度 多达 1 m , 现 扩 挖时超挖量惊 人, 超挖 量甚至大 于扩挖方量, 曾令施 工方欲主 动 退场。
2# 排 水洞由 于位于 滑坡体前 缘滑移 面中, 大 多数岩 体被 裂 隙水浸蚀、风化而成 红褐色软 岩, 岩体 强度极低, 开挖时, 隧道 成 形差, 超挖严重。
表 2 伴有竖向裂隙的水平岩层拱部炮孔装药参数表
孔深 孔眼密 间距 最小抵 装药量 线装药密
孔位
装药方法
(m )度( 个/ m ) ( m) 抗线( m) ( kg) 度(k g/ m)
拱肩处 1. 2 5 拱顶处 1. 2 1. 5
0. 20 0. 50 0. 6 0. 45
0. 20 0. 24
通过 实际 操作, 发现 上导坑 钢支 撑及 素喷砼 未发 生大的 变 化, 缩短了每 循环的时 间, 月进 度能完成 50～60 m, 提高了机 械 利用率, 减轻了工人的劳动强度, 顺利的通过了风 化层。
蚀等作用而变为极软弱破碎的岩体。各排水支洞地质情况如下: 1# 排水洞 前 100 m 是利用原地质 探洞扩挖而成。由于原 地
0. 17 隔孔、空气间隔 0. 20 顺孔、空气间隔
采用以上技术后, 门 框型断面基本上不出现。 2. 3. 3 采用特殊掏槽形式, 减轻地震动
根据 水平岩 层特性, , 将 V 型 掏槽两 侧的炮 孔水 平布 置( 一 般为垂直布置) , 上排炮孔 方向向 下倾斜 78°, 下 排掏槽 炮孔向 上 倾斜。该掏槽区尽量位于断面底部, 减少掏槽区药量直接对拱 部 的破坏。掏槽区上部掘进眼弃用弧形布置, 亦改用与层理方向 一 致的水平线性布置, 以减 少掘进眼耗药量, 进一步减轻地震动。经 对 比, 采 用上 述 炮 孔布 置 后, 比 平常 用 的 V 型 掏 槽( 如 图 6 所 示) 、掘进眼弧布 置减少药量近 28. 4% , 地震 动量大为降 低, 拱 顶 超挖量减少。
从实测典型断面图上可以看出, 断面超挖量仍主要出现在 拱 顶、拱 肩处。经过对 2# 排水洞前期统计分析, 认为 2# 排 水洞断面 成形差、超挖量大主要是 由以下几个方面引起的。
( 1) 围岩软弱破碎, 无稳力, 成为松散的散体, 其间还夹杂 着 个别孤石, 一旦受到扰动 , 且下方具有下落空间, 拱部超挖将不 可 避免。
当岩体 节理较为发 育时, 并伴有竖的 裂隙时, 拱部 将产生 较 长范围的 超挖, 此时最大点 超挖量将 位于拱肩处, 实测 断面形 式 如图 2( b) 所示:
伴有竖 向裂隙的水 平岩层, 节理密度 更大, 除采取 拱顶眼 内 移距离及控制装药量外, 更多的是对拱肩处周边眼进行加密并 隔 孔装药。其装药参数如表 2 所示。