特殊地质条件下隧道开挖技术

1、特殊地质条件下隧道开挖技术五公司 姜子良王宝臣张志伟一、工程概况经棚隧道是国道306线经棚陈家营子段的控制工程，隧道全长 290m，其中明挖段进出口各有60m+20m，暗挖段210m。经棚隧道出 口端120m的洞身处于风积砂一强风化一弱风化岩层的交接面上，艮口风积砂强风化岩弱风化岩隧道开挖面的左侧拱腰部至面侧 拱脚为风积砂，向下分别为强风 化花岗岩（风积砂强风化岩弱风化岩要为粉细砂，稍湿，厚度20m隧道开挖面地质示意图40m,直至地表，砂中粘土含量小于50%，未胶结，自稳性极差，隧 道下部57m范围内为弱风化花岗岩，岩石硬度大，岩体完整，结理 不发育，非爆破段难以开挖。二、施工方案比选针对经棚

2、隧道出口端上软下硬的特殊地质情况，我们明确了采用 拱部大管棚超前支护，人工开挖，风镐开挖与爆破相结合，全断面格 栅喷射砼初期支护的基本方案。但在开挖的顺序及施工工艺的确定 上，我们提出了三种方案进行比选，具体如下：1、按原设计进行侧壁导坑法施工。本方案是在原地勘隧道为风积砂地质条件下的开挖方式，其做法 是先进行隧道拱脚以下两侧壁的开挖，然后拱部，然后核心土，完成 开挖。其优点是开挖安全能够保证，较为稳妥，缺点是侧壁导坑的成 洞需靠爆破手段，工序繁多，人力物力投入大，施工速度慢，侧壁导 坑法的施工流程如下：侧壁导坑爆破一侧壁导坑支护一施作拱部大管棚超前支 护一拱部开挖一拱部支护一核心土开挖一全断

3、面衬砌。2、全断面法开挖本开挖方法一般在石质隧道中使用，利用光爆技术一次成洞，整 体衬砌，其优点是常规，快速，但此方案最大的缺点是震动力太大， 对拱部砂层的扰动巨大，拱部容易坍塌，漏顶，其工艺流程如下：拱部大管棚超前支护一全断面爆破一全断面支护一衬 砌3、先拱后墙上下导坑法开挖（正台阶法）此方案是先开挖拱部上导坑，随后自上而下逐步支护，直至成洞， 其优点是拱部砂层开挖后可及时支护，防止坍塌，成功的把握较大， 缺点是向下的逐次开挖爆破会对拱部砂层进行扰动，如初期支护强度 不足或压力过大，亦容易引起坍方，其工艺流程如下：拱部大管棚超前支护一人工开挖拱部一拱部支护一下 导坑开挖f下导坑支护f全断面衬

4、砌。通过对三个方案的认真比选，我们最终采取了第三种方案，即先 拱后墙上下导坑法开挖，选择的理由如下：1、全断面法开挖无法解决拱部支护问题，容易造成坍塌，漏顶 等严重后果，危险性大，风险过高。2、侧壁导坑法工序烦杂，且爆破同样会对拱部支护产生影响。三、施工工艺在确定先拱后墙法施工后，重点需要解决爆破对拱部的影响问 题，防止掉拱塌方，解决的手段有两方面：、加强拱部支护强度、减小爆破的震动力1、加强拱部支护强度对拱部的支护采用大管棚超前支护，格栅喷射砼初期支护，大管 棚采用Q 108mm，壁厚5mm的无缝钢管，环向布设，间距为每米3根， 大管棚每轮长20m，两循环间搭接却。格栅采用Q 20钢筋，矩形

5、截 面，截面尺寸20cmX20cm。每50cm布设一棉，每棉间设纵向连接筋， 并全断面布设钢筋网片，增强其整体性，砼采用320级喷射砼，厚度 为30cm。在施工时，采用了以下方法保证支护的强度。、大管棚内压浆，原设计的大管棚为P 108空心钢管，通过向 管内压注1:1水泥浆，使其变为实心，其抗压抗折的能力都大为提高， 在注浆时应注意注浆压力不要过大，应均匀、缓慢地使浆液注入（管 棚有向上1.43。的仰角），确保浆液饱满，无气孔，注浆量应根据钢 管的内体积计算，不可超量，以防浆液由管外回流冲刷管壁外砂层， 影响支护效果。、格栅与大管棚必须通过焊接连接牢固，使其成为一个整体共 同受力。、保证喷射砼

6、的强度，喷射砼前应在格栅不同部位焊接砼厚度探杆，保证厚度，砼应分3-4次喷射，确保砼充实，饱满，无空隙， 喷射后应注意养护，保证砼达到设计强度。、拱部格栅应加设锁脚锚杆，与边墙格栅间用螺栓连接牢固。、控制开挖长度，每挖4m后即施作二次衬砌。2、减小爆破震动力通过在拱部初期支护与开挖面间埋设压力盒，监测爆破后拱部压p（压力）p（压力）拱部压力变化曲线此种爆破的原理是利用拱部开挖面作为爆破的凌空面，向下逐渐 扩大，深入，以达到减小震动力的目的。在施工时，应注意以下问题:、一次爆破深度不允许超过1m；爆破分部示意图、严格控制装药量，全部爆破均爆破分部示意图为松动爆破；、五部份的爆破需分6次进行，5部的爆破应先左右分两次进行，而且 需在左侧初期支护完成后进行；、1-4部的爆破应自上而下采用不同段位导爆管，最好跳段使 用，尽量拉长爆炸的时间，以减小震动力；、挖距离达到4m后（与拱部同步后）立即施作二次衬砌。四、小结采取以上措施后在开挖的安全性方面取得了良好的效果在120m 的开挖距离上未出现塌方，掉拱的情况，基本达到了预期目的， 但采 用此种方法施工的弊端也是显而易见