超欠挖控制技术及其在宜万铁路隧道中的应用浅析

超欠挖控制技术及其在宜万铁路隧道中的应用浅析摘要:本文结合宜万铁路38标长5353m的广成山隧道和长2417m 的庙垭口隧道施工实践,通过现场记录观察,分析了影响隧道超欠挖产生的五个主要因素,即围岩地质条件、测量放线、钻孔精度、爆破技术(包括爆破参数等)和现场管理等,并针对性地提出了控制隧道超欠挖所应采取的技术措施。从而有效控制隧道的超欠挖,减少了爆破对围岩的扰动,加快了掘进速度,控制施工成本,取得较理想的爆破效果。

关键词:隧道工程超欠挖因素分析控制爆破参数

就目前国内隧道工程施工发展趋势而言,在今后相当长一段时间内,“新奥法”在隧道施工仍然是修建山岭隧道的主流施工方法,其主导地位是其他施工方法所无法替代的。根据有关资料显示,在钻爆法施工的隧道中平均超挖值为38.7cm,最大能达到76cm。隧道的超欠挖会使隧道局部应力集中,围岩的塑性区、变形量显著增大;衬砌施工时因超挖回填导致砼不密实,使结构受力处于不利状态,并且易积水,形成质量隐患。同时超挖会造成开挖轮廓不圆顺,表面凹凸不平,造成局部应力集中,受力不均,对安全也极为不利,违背了隧道施工“爱护围岩”的原则。事实上,围岩自身的强度和稳定性,往往比回填混凝土好得多。要想将全部超挖用混凝土喷平,操作起来非常费劲,喷混凝土表面的不平顺,会给挂设防水板带来困难,难以掌握防水板富余量,造成衬砌时防水板紧绷而破裂,严重影响防水效果,隧道渗漏水是最难整治的病害之一。另外,大的超挖会在二衬施作时造成台车偏压,或者出现堵头挤

爆现象,严重影响衬砌的整体质量。同时,超挖引起多装、多运碴土,超挖空间还要用混凝土或喷射混凝土回填,从而造成人工、工期和材料的超额浪费,致使工程成本增加。由此可见,有效控制岩石隧道爆破时的超挖问题对隧道施工的工程质量、安全进度产生及经济效益有着深远的意义。论文以宜万铁路第38标段两座铁路隧道,长5353m的广成山隧道和长2417m的庙垭口隧道施工实践,分析了影响隧道超欠挖产生的五个主要因素,并提出了控制隧道超欠挖所应采取的技术措施,直接指导了该两座隧道的施工,取得了良好的效果。

1 广成山和庙垭口隧道工程简介

宜万铁路东起鸦宜铁路花艳站(含),西止达万铁路万州站(含)。宜万铁路工程第三十八标段有隧道2座,总长7770m,其中广成山隧道5353m,庙垭口隧道2417m。其中,广成山隧道工程区属构造剥蚀、侵蚀中低山区,地形起伏较大,局部地段呈陡崖,自然坡度约35～60°,坡顶大都呈浑圆状,相对高差约200～400m,最高峰为广成山,标高约1002m,山坡坡面植被较发育,坡顶多辟为旱地或经济林带,零星分布水塘和村舍。隧道进口段地形相对较平缓,出口段地形陡峻。隧道主要穿越的地质条件为:岩溶、煤层、顺层、滑坡、断层破碎带和崩塌等不良地质。庙垭口隧道起讫里程为DK412+451～DK414+868全长2417m,隧道主要穿越的地质条件为:岩溶、地下涌水、顺层、滑坡、断层破碎带和崩塌等不良地质。

根据《铁路隧道设计规范》中的隧道围岩分级方案的规定,结合物探解译资料,综合考虑隧道底板标高以上三倍洞径范围内的围岩工程地质条件及岩土物理力学性质诸要素,对隧道围岩进行工程地质分级,见下表1所示。

3 超挖原因分析

3.1 广成山和庙垭口超挖原因分析

(1)围岩地质条件:广成山和庙垭口两座隧道通过地段为构造剥蚀、侵蚀中低山区,基岩有砂岩、页岩、泥岩等,节理发育,地下水不发育,隧道通过地段岩石级别为Ⅱ、Ⅲ、IV、V级。由于隧道围岩情况复杂,节理、裂隙发育,岩体较破碎,且时常有地下水渗出,造成超欠挖很难控制,尤其是超挖现象比较严重。

(2)施工方法原因:①钻孔精度太低。由于钻孔作业覆盖空间有限,以及受隧道形状的影响,拱部范围内的上仰角、两侧边墙部位的外插角以及底板的下插角都相当难控制。对于钻孔角度的控制,由于实际

施工中除长大隧道之外的隧道基本上都采用的是钻孔台车人工钻孔,其钻孔角度的控制全凭操作人员的经验,难度之大是不言而喻的。②装药结构不合理。根据围岩情况选用合理的装药结构,可以减少由于爆破产生的振动和应力波对围岩的破坏作用,因而有利于减少超挖,提高轮廓质量。

3.2 超挖预防与控制

(1)提高钻孔精度:在光面爆破中,钻孔产生的超挖量远大于爆破产生的超挖量,因此提高钻孔精度是减少隧道超欠挖的重要途径之一。钻孔应严格按照爆破方案进行,掏槽孔根据爆破方案采取一定的倾角。但在实际施工中,由于受钻孔机械或入为的影响,或多或少的会形成一定的外插角。根据长期的工程实践,可以采取以下方法减少超欠挖:①必须对司钻人员进行培训,使其按照操作细则和设计要求进行施钻,保证规定的孔位、孔深和倾斜角。并由技术熟练的人员负责周边孔和掏槽孔的作业,在先钻的孔内插入导向管,依次作为基准钻其他炮孔。②钻周边孔时,通过钻孔位置少量内移来减少外插角。依据测量放线人员在掌子面上画的轮廓线,将钻孔孔位定位在轮廓线内侧1～3cm,从而减小外插角带来的不利影响。

(2)提高测量放线的精度:控制超欠挖主要是控制好开挖轮廓线的精度。在进行测量放样前应首先熟悉设计文件,掌握设计开挖断面各部位的尺寸,同时考虑预留沉落量和变形量。中线和标高的偏移,将使断面轮廓线向一侧偏移,造成开挖断面一侧超挖、一侧欠挖,因此首先

要保证中线和标高的准确口。通过本文依托工程的应用实践证明,在直线隧道采用激光照准仪定出控制点。再用支距法画出轮廓线,最后按照爆破设计画出孔位,是一个既经济又行之有效的方法。

(3)采用合理的爆破技术:爆破技术主要指爆破方法、爆破参数、爆破器材和装药方法等,采取不同的爆破方法、爆破参数、爆破器材和装药方法均对爆破超欠挖产生不同程度的影响。普通爆破效果和光面爆破效果的比较发现,光面爆破明显优于普通爆破。光面爆破能最大限度地使开挖面符合设计轮廓线,同时减轻对围岩的扰动。按“新奥法”原则施工,实行光面爆破或预裂爆破等控制爆破措施是控制超欠挖的有效方法。

在广成山和庙垭口隧道施工中,围岩地质条件是不断变化的,时常有软弱夹层、断层等不良地质情况出现。目前,爆破设计主要是采用经验类法比,并结合现场试验。在开挖过程中,随着围岩节理裂隙的变化,钻孔位置和角度、周边孔的参数等也应进行相应的调整。鉴于在掘进过程中围岩情况是不断变化的,在每茬炮后鉴定工作面围岩的变化。每茬炮爆破后,应认真分析这一茬炮的爆破效果,并结合围岩的变化情况,对一茬炮的爆破设计做出相应的参数调整。

3.3 隧道爆破参数选择及超欠挖控制

根据不断的实践,总结广成山和庙垭口隧道减少超欠挖光面爆破技术如下。