湘黔复线某隧道施工技术

湘黔复线某隧道施工技术1工程概况某隧道是湘黔复线电气化工程的一项重点工程，中心里程为DKXXX，全长2410m，位于既有线左侧，平均线间距23.8m。隧道设计为复合式衬砌，初期支护采用喷锚支护，二次衬砌采用模注混凝土，隧道内设双侧高式水沟，双侧电缆槽，拱部及渗漏水处设置一环PE塑料板盲沟。全隧道除出口段21.9m位于R=800m的曲线上外，其于均位于直线上，隧道进口DK268+834~DK269+100为3‰的上坡，DK269+100~DK271+300为6‰的上坡，出口端为3‰的上坡。隧道围岩类别为：Ⅲ类178m（位于洞口段），Ⅳ类2232m。全隧道围岩分布于志留系下统，深灰色板状页岩，偶夹中厚层状浅变质细砂岩、粉砂岩，风化颇重~轻微，节理较发育~发育，水量随季节性变化，洞口段渗水量较大。2施工方法2.1开挖由于某隧道与既有坪渠隧道二线平均线间距为23.8m，二隧间Ⅳ类围岩地段平均净距=23.8-隧道开挖断面宽度(5+0.66）=18.14m，而《铁路隧道设计规范》TBJ3-96表2.2.5中Ⅳ类围岩地段的最小净距=2.5×（5.0+0.66）=14.15m，二者之差仅为3.99m，属线间距偏小地段，Ⅲ类围岩地段更显不足。因此，如何在保证既有隧道结构稳定和安全运营的前提下确保工期，开挖爆破便成了各方关注的焦点。开工之初，有的兄弟单位在线间距偏小的情况下采用常规光面爆破，致使既有隧道靠近新建隧道侧从水沟至拱脚处边墙出现竖向裂纹，最宽处达3mm，时刻威胁着既有隧道的稳定和行车安全。此情况引起了建设、设计、运营和施工单位的高度重视，为此，铁道部专门成立了以铁四院、铁二局为主的《线间距偏小实行微振动控制爆破，确保既有隧道的结构稳定和安全》的攻关领导小组进驻新坪口、某隧道进行研究和试验。通过近10个月的现场试验、振动测试及理论计算，总结出了一套微振动控爆施工技术，确保了既有隧道的结构稳定和安全，满足了工期的要求，解决了施工中的难题。其具体做法如下：2.1.1从1993年7月开工以来至1993年年底，由于洞口段围岩破碎，节理发育，加之为确保既有隧道的稳定和安全，严格控制药量，而采用上导坑先拱后墙法施工，虽保证了既有隧道的安全，但却严重制约了工期。2.1.2通过大量的数据测试和试验证明：在线间距偏小条件下，采用微振动控制爆破，对既有隧道内的振动较小，但在新线隧道开挖时应严格控制爆破规模。此时某隧道的开挖均进入了Ⅳ类围岩地段。①合理的施工方法根据既有隧道的安全振动要求（严格控制垂直边墙的振动速度，在Ⅳ类围岩中安全振动速度不大于5.5cm/s；在Ⅲ类围岩中振动速度不大于3cm/s），合理设计爆破断面，选择合理的施工方法：正台阶先墙后拱法，拟分两部开挖（弧形导坑为上部），其施工工序详见图一。图一隧道开挖和衬砌作业顺序注：Ⅰ—上部开挖；Ⅱ—拱部初期支护；Ⅲ—下部开挖；Ⅳ—下部初期支护；Ⅴ—边墙砼；Ⅵ—拱部砼。②有效的掏槽方式掏槽的成功与否，在隧道掘进这种单个自由面的爆破作业中，直接影响着爆破的成败。虽然掏槽眼数相对于其它辅助眼数要少得多，但因为它是在只有一个自由面的情况下爆破，炸药能量相对于其它部位炮眼爆破来讲有较大部分转化成对围岩的振动，故虽炸药量很小，但对既有隧道的振动影响起着控制作用。通过试验，在Ⅳ类围岩中采用正、副掏槽，对于降低掏槽药量在既有隧道产生的质点振动速度和提高炮眼利用率是切实有效的。正、副掏槽原理：对称布置四个斜眼，其起爆时间滞后于中间四个直眼（微差时间≤50ms），它起到了清碴并扩大掏槽效果的作用，详见图二。图二上半断面爆破掏槽方式③控制最大装药量为降低新线隧道爆破对既有隧道的振动影响，保证安全，同时能获得较好的效果和循环进尺，据此确定了炮眼布置方式、眼深和装药量。上部弧形导坑，采用正、副掏槽，孔深1.4~1.6m，每米炮眼装药量：掏槽眼0.7kg/m，辅助眼0.6kg/m，周边眼0.4kg/m，其相关技术指标，详见图三和表1。Ⅳ类围岩上部断面炮眼布置参数指标表1开挖断面炮眼个数药量孔深炮眼利用率比装药量比钻眼数11m254个36.3Kg1.5m93%2.2Kg/mm34.9个/m22图三Ⅳ类围岩上部炮眼布置和起爆顺序注：1、图中“○”表示空眼；2、图中“●”表示装药眼；图中“1”表示毫秒微差非电1段雷管Ⅳ类围岩下部断面炮眼参数布置指标表2开挖断面炮眼个数药量孔深炮眼利用率比装药量比钻眼数29.4m249个55.6kg3.0m95%0.63kg//m31.67个/mm2图四Ⅳ类围岩下部断面炮眼布置和起爆顺序注：图中“1”表示毫秒微差非电1段雷管④合理的起爆顺序和微差时间间隔合理的微差时间应保证下一圈炮眼的爆炸应力波到达前一圈炮眼所在圆周时，前圈槽中岩石刚好抛出。相邻两圈炮眼的起爆微差时间取决于炮眼深度和岩石的爆破抛掷速度。由于掏槽眼的夹制力量最大，抛掷速度小，因此，它与辅助眼的微差时间要相应大些，辅助眼、周边眼各相应起爆微差时间依次变小。根据现场使用的非电毫秒雷管的段别，通过试验，采用下面的微差间隔时间配置段别，效果较理想。掏槽眼—辅助眼110ms、辅助眼—辅助眼90ms、辅助眼—周边眼110ms。下部断面爆破由于相应增加了临空面，排间炮眼的夹制作用没有上部大，但其炮眼深度达3m，药量相应增大。因此为最大限度地降低对既有隧道的振动，也应实行排间微差，微差时间一般应≥50ms。2.1.3钻爆方法利用自制简易开挖台架，采用YTP26型风钻人工钻眼，爆破采用微振动爆破技术，使用乳化炸药，间隔装药，非电毫秒雷管系统起爆。2.2出碴、运输由于该隧道设计无其它辅助坑道，进、出口平均单口掘进1205m，且出碴、进料均需跨既有线，弃碴场距洞口500m，最远运距达1705m，道路狭窄，逶迤起伏。如采用传统的有轨运输进行出碴、进料，至少需用电瓶车3台，斗车80~100个，装碴机2~3台，需铺设1300m的双线运输轨道，且石碴运至洞口还得二次倒运至弃碴场，至少还得配备ZL-40装载机一辆，东风运输车3辆，而且有轨运输洞内需铺满枕木和轨道，对各工序施工干扰大，对安全威胁大，针对以上多方面的原因，因此本隧道进、出口施工均采用无轨运输进行出碴、进料。采用ZL-3型电动履带式装碴机装碴，农用小四轮汽车运输，轻重车辆分道行驶，利用装碴点最近的避车洞地段掉头。工序安排上，利用铁路工区平交道修整及每月下旬3天时间进行隧道铺底，保证路面平整，减少车辆轮胎的磨损，加快运输速度，减少排污量。2.3初期支护开挖放炮排烟找顶后，立即冲洗岩面，按初喷和二次复喷进行砼喷射作业。二次复喷与开挖、运输、衬砌同时进行，为考虑各工序互不干扰，其间隔距离为：装碴距喷射砼30m，喷射砼距模注砼40m。锚杆采用早强药包锚杆施工工艺，人工手持风钻钻眼，人工安装。喷射砼采用强制式拌合机拌料，转子Ⅱ型潮喷机喷射。喷射作业分段分片进行，喷射顺序先拱后墙，自下而上。2.4二次衬砌（模注砼）模注砼采用自制简易衬砌台车，墙、拱分两次灌注，一次灌注长度10m，进、出口各配置一套。砼在洞外采用强制式拌合机拌料，小四轮车运砼至工作面，卷扬机配合提升架提升砼，人工入模，机械捣固。2.5通风、排烟，排水进、出口各配备两台55KW的通风机，风管采用φ1000的管径，均采用压入式通风，通风效果基本能满足施工需要。排水：进口利用隧道自然坡度排水（将水集于侧沟内）。出口采用挖积水坑，低扬程抽水机分段排水。3主要施工机械配备顺号机具名称型号单位数量进口出口1凿岩机YTP26台5030202电动空压机20m3台5233电动空压机10m3台224履带式装碴机ZL-3台4225内燃发电机120KW台2116砼拌合机450L台4227喷射机转子Ⅱ型台2118运输车辆小四轮辆18999变压器315KVA台21110锻钎机台111高扬程抽水机台2112卷扬机0.5-1tt台105513通风机55KW台4224几点体会4.1某隧道采用微振动控制爆破，不仅满足了工期要求（该隧道于1993年7月开工，1995年11月全部竣工，历时28个月，比甲方要求的工期提前了7个月），而且保证了既有隧道的稳定和安全。4.2开挖爆破中，掏槽眼爆破决定了既有隧道的最大振动速度。4.3采用正、副掏槽能达到降低既有隧道质点振动速度和获得新线隧道较好爆破效果的目的。4.4在既有隧道断面上，无论是上部断面爆破还是下部断面爆破，质点垂直振动速度Vzmax总是发生在拱脚处。4.5采用微振动爆破，测得的振动速度较小，一般在2cm/s左右。4.6无轨运输与有轨运输相比可节约投资约120万元左右（单口）。4.7由于无轨运输与有轨运输比较，不仅有放炮的烟尘，而且内燃设备排出大量废气，且具有分散性，污染空间大，严重的内燃废气不仅危害作业人员的身体健康和施工安全，而且在洞内缺氧的情况下，内燃设备的工作条件恶化，效率下降故障增多，更多地排出各种有毒和有害气体，形成恶性循环。因此，搞好无轨运输的关键是解决内燃设备排出的废气净化问题及做好通风排烟问题。5几点建议5.1根据流体力学的基本规律，降低通风阻力的主要技术手段是采用大直径风管