高速公路隧道減震爆破施工監(jiān)控總報告

PAGE復(fù)雜地質(zhì)條件下大跨度雙聯(lián)拱隧道施工技術(shù)研究和施工監(jiān)控總1.工程概況貴州清鎮(zhèn)至鎮(zhèn)寧高速公路東苗沖雙聯(lián)拱隧道為上下行合建的六車道高速公路聯(lián)拱隧道。起止里程K9+290～K9+710全長420m。隧道進(jìn)出口均為削竹式洞門并設(shè)置了8m長明洞襯砌。隧道凈寬28m凈高5.0m,由中隔墻分隔為左右兩洞,內(nèi)輪廓采用雙心圓型式,外邊墻為曲墻,中隔墻為直墻。凈空面積左洞83.62m2,右洞88.51m2。隧道埋深約為77m最淺埋深約為5m進(jìn)口較長地段偏斜嚴(yán)重。本隧道處于剝蝕、溶蝕丘陵地貌類型隧道垂直一脊向南北的丘體地質(zhì)情況復(fù)雜多變施工過程中判明的圍巖類別同設(shè)計中地質(zhì)描繪相比出入較大.圍巖分類見下表：圍巖類別設(shè)計長度〔m〕實勘長度〔m〕地質(zhì)描繪Ⅰ45255溶洞極為發(fā)育區(qū)；強(qiáng)風(fēng)化泥巖Ⅱ12090全強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)頁巖Ⅲ4575中-弱風(fēng)化灰?guī)rⅣ35Ⅴ175詳細(xì)地質(zhì)情況及襯砌構(gòu)造類型詳見東苗沖隧道縱斷面圖1.1橫斷面圖1.2,1.3。隧道無地表水系地下水較貧乏地下水主要為孔隙潛水及基巖裂隙水均承受大氣降水補(bǔ)給。隧道施工中只出現(xiàn)滴水或小股脈狀涌水但在K9+580～K9+0段60m范圍內(nèi)屬巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)在雨季時涌水量相對較大工程地質(zhì)情況較差。2.主要技術(shù)難點和課題研究內(nèi)容根據(jù)東苗沖雙聯(lián)拱隧道地質(zhì)條件差、開挖跨度大、洞身采用三導(dǎo)洞法分部施工施工工序轉(zhuǎn)換頻繁,屢次擾動構(gòu)造和圍巖,受力狀況復(fù)雜等技術(shù)難點確定了科研課題主要研究內(nèi)容為：1〕聯(lián)拱隧道三導(dǎo)洞施工技術(shù) 2〕隧道施工監(jiān)控及隧道構(gòu)造穩(wěn)定性判斷3〕隧道控制爆破技術(shù)3.主要工程的研究和施行 東苗沖Ⅰ～Ⅲ類軟弱圍巖聯(lián)拱隧道采用中導(dǎo)洞—:雙聯(lián)拱隧道中導(dǎo)洞_雙側(cè)導(dǎo)坑三導(dǎo)洞法工序流程圖洞口地段加固洞口地段加固中導(dǎo)洞開挖并貫穿中導(dǎo)洞開挖并貫穿中隔墻施工并完成頂部回填中隔墻施工并完成頂部回填右側(cè)導(dǎo)坑開挖并貫穿左側(cè)導(dǎo)坑開挖并貫穿右側(cè)導(dǎo)坑開挖并貫穿左側(cè)導(dǎo)坑開挖并貫穿右側(cè)導(dǎo)坑側(cè)墻襯砌左側(cè)導(dǎo)坑側(cè)墻襯砌右側(cè)導(dǎo)坑側(cè)墻襯砌左側(cè)導(dǎo)坑側(cè)墻襯砌左線主洞拱部開挖及二襯右線主洞拱部開挖及二襯左線主洞拱部開挖及二襯右線主洞拱部開挖及二襯左線主洞下部土體開挖右線主洞下部土體開挖左線主洞下部土體開挖右線主洞下部土體開挖右線主洞仰拱施工,形成封閉支護(hù)構(gòu)造左線主洞仰拱施工,形成封閉支護(hù)構(gòu)造右線主洞仰拱施工,形成封閉支護(hù)構(gòu)造左線主洞仰拱施工,形成封閉支護(hù)構(gòu)造左洞仰拱填充及路面施工右洞仰拱填充及路面施工左洞仰拱填充及路面施工右洞仰拱填充及路面施工左洞邊墻防火涂料及電氣安裝右洞邊墻防火涂料及電氣安裝左洞邊墻防火涂料及電氣安裝右洞邊墻防火涂料及電氣安裝工程開工工程開工由于聯(lián)拱隧道的特殊性分部開挖易使圍巖受到屢次擾動圍巖壓力再分布復(fù)雜因此各工序的合理間隔間隔非常重要間隔太遠(yuǎn)不能及時形成有效的支護(hù)體系使圍巖松弛變形過大而失穩(wěn)；間隔太近易造成各工序互相干擾窩工大近似單工序作業(yè)不能形成有效的消費才能而且易導(dǎo)致二次襯砌的開裂。東苗沖聯(lián)拱隧道合理的施工步距控制在：三導(dǎo)坑均采用上、下臺階法施工其中：Ⅰ類圍巖采用超短臺階法施工臺階長度〔3－5〕m上臺階采用預(yù)留核心土環(huán)型開挖法循環(huán)進(jìn)尺〔0.5-0.8〕m；Ⅱ、Ⅲ類圍巖采用短臺階法臺階長度〔5－10〕m,循環(huán)進(jìn)尺〔0.8-1.5〕m。中導(dǎo)坑先行開挖支護(hù)貫穿,兩側(cè)導(dǎo)坑等到中隔墻頂部回填完成并到達(dá)設(shè)計強(qiáng)度后相繼進(jìn)展左、右導(dǎo)坑錯開約一倍洞徑間隔(30-40)m。在側(cè)導(dǎo)坑邊墻部二次襯砌強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計強(qiáng)度后進(jìn)展相應(yīng)地段主洞開挖。正線隧道主洞開挖采用上、下臺階法施工,Ⅰ、Ⅱ類圍巖地段拱部開挖采用環(huán)型開挖法.正線隧道拱部開挖支護(hù)一次成型初支完成后架立圓木中立柱進(jìn)展臨時支撐二次襯砌前撤除。一側(cè)正洞先行開挖支護(hù)另一側(cè)正洞滯后約〔30-40〕m；一側(cè)主洞開挖地段另一側(cè)主洞已施工襯砌混凝土強(qiáng)度在80％以上。二次襯砌緊跟一般和掌子面間隔不超過30m仰供鋪底混凝土適當(dāng)超前一般和襯砌面保持20m以上的間隔。 由于東苗沖聯(lián)拱隧道施工跨度大、工程地質(zhì)條件差施工中必須設(shè)置超前支護(hù)。本隧道在進(jìn)出口Ⅰ、Ⅱ類圍巖淺埋段設(shè)置了長度28m的Ф108×6mm無縫鋼超前大棚棚鉆機(jī)鉆孔雙液注漿機(jī)注水泥—水玻璃漿液；洞內(nèi)Ⅰ、Ⅱ類圍巖地段設(shè)置了Ф42鋼超前小導(dǎo)采用風(fēng)鉆鉆孔注漿機(jī)注水泥砂漿。洞內(nèi)溶洞極發(fā)育地段設(shè)置了8m長Ф32超前自進(jìn)式錨桿。超前支護(hù)的設(shè)置不僅對圍巖進(jìn)展注漿加固地層改善圍巖的自承載才能而且增加了支護(hù)構(gòu)造的剛度增大了支護(hù)構(gòu)造的整體性進(jìn)步了承載才能對隧道施工的平安性起到了較好的效果。東苗沖聯(lián)拱隧道初支護(hù)采用常規(guī)的鋼支撐與錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土結(jié)合支護(hù)形式。永久支護(hù)Ⅰ類圍巖地段下部設(shè)噴射混凝土剛性仰拱Ⅱ、Ⅲ類圍巖地段下部設(shè)鋼筋混凝土仰拱。按照新奧法原理初支護(hù)完成后一般應(yīng)待圍巖變形收斂后方可進(jìn)展二次襯砌。在東苗沖聯(lián)拱隧道施工中對此采取了靈敏的措施?？紤]到圍巖變形的開展意味著圍巖松弛的加劇地壓力在增加隧道的危險性也在增加隧道開挖掘進(jìn)施工中及時跟進(jìn)二次襯砌使初支和二襯形成共同作用的支護(hù)體系實現(xiàn)閉合構(gòu)造承受荷載抑制圍巖變形的繼續(xù)開展。襯砌縱向間隔每10m一輪采用3015組合鋼模I18工字鋼作模板背帶門式鋼腳手架作支撐?；炷辆捎眉邪韬?m3混凝土運輸車程度運輸HBT60型混凝土輸送泵垂直運輸入模。3.2減震控制爆破技術(shù)研究為使既有工作面爆破不對鄰近圍巖、已施作的初支或二襯產(chǎn)生破壞東苗沖隧道施工中對出口左洞進(jìn)展了爆破震動測試以研究爆破震動衰減規(guī)律測量和比擬不同爆破的實際減振效果得到合適本工程的最正確爆破方案確保鄰近構(gòu)造特別是中隔墻或圍巖受到的影響最小。：序振動速度(cm/s)平安狀態(tài)施工措施10～4.0正常繼續(xù)施工24.0～5.0優(yōu)化爆破方案、控制爆破規(guī)模3＞5.0超限修改爆破方案、減小爆破規(guī)模利用最小二乘法進(jìn)展回歸分析得出質(zhì)點振動速度與一段裝藥量Q和測點至爆破工作面的間隔R之間的關(guān)系曲線：Q=R3×(V/K)3/α=R3×(5/88.235)3/1.606=4.691×103×R3根據(jù)Q=f(R)關(guān)系式得出東苗沖隧道爆破開挖時不同間隔條件下的一段裝藥量〔如下表〕并以此控制爆破規(guī)模。R(m)10152025304050Q(kg)4.715.837.573.3126.7300.2586.4根據(jù)爆破震動測試及相關(guān)分析東苗沖隧道減震控制爆破設(shè)計方案在施工過程中遵循以下幾項原那么： a〕、分步開挖縮小爆破開挖斷面面積 b)優(yōu)化鉆爆參數(shù)降低單耗。c)、采用中等的。d)、采用非電毫秒大間隔微差使相鄰段別的間隔大于100ms以減少每段的量及各段爆轟波的疊加讓爆破主震相間無疊加效應(yīng)到達(dá)減小對圍巖擾動的目的。e)、周邊眼采用不耦合裝藥構(gòu)造的光面爆破。f〕、開挖中嚴(yán)格遵循“弱爆破、短進(jìn)尺〞的施工原那么Ⅰ、Ⅱ類圍巖進(jìn)尺控制在〔0.5～0.8〕m,Ⅲ類圍巖進(jìn)尺控制在〔0.8～1.5〕m,以減小每次爆破的總用量。g)、盡量減小周邊眼的間距,根據(jù)圍巖情況的不同,一般控制在〔30～40〕cm,周邊眼采用小直徑藥卷間隔裝藥技術(shù)以控制開挖成型減小爆破對圍巖的擾動。h〕、掏槽方式采用楔型掏槽；采用非電毫秒大間隔微差使相鄰段別的間隔大于100ms以減少每段的量及各段爆轟波的疊加到達(dá)減小對圍巖擾動的目的。實際施爆時預(yù)先已采取了如上措施爆破振動速度一直控制在正常狀態(tài)。i〕、每次爆破后利用斷面儀對開挖斷面進(jìn)展檢查記錄并結(jié)合監(jiān)控量測的信息及時調(diào)整爆破參數(shù)。3.3典型斷面不同工況下應(yīng)力變化規(guī)律及相關(guān)分析 針對東苗沖雙聯(lián)拱隧道跨度大、地質(zhì)復(fù)雜、進(jìn)口埋深淺以及工序轉(zhuǎn)換頻繁的特點為確保隧道施工平安和技術(shù)方案的可行性及時準(zhǔn)確地獲得不同施工工況下圍巖對襯砌、襯砌內(nèi)和襯砌之間應(yīng)力狀況以及各種位移變化情況以便及時調(diào)整施工工序甚至修改設(shè)計施工中除對該隧道進(jìn)展位移監(jiān)測以外在隧道進(jìn)口端K9+380斷面還對隧道錨桿軸向力、鋼架應(yīng)力、圍巖與噴砼層及噴砼層與模注混凝土間接觸應(yīng)力、噴砼變形進(jìn)展量測和研究。通過對觀測成果分析及應(yīng)力變化規(guī)律研究,我們得出：〔1〕、本隧道的應(yīng)力監(jiān)測說明連拱隧道應(yīng)力分布復(fù)雜用傳統(tǒng)力學(xué)很難做出較準(zhǔn)確分析對施工進(jìn)展應(yīng)力監(jiān)測可以理解支護(hù)的變化動態(tài)和穩(wěn)定情況?！?〕、本隧道支護(hù)構(gòu)造的應(yīng)力變化具有以下規(guī)律：第一：地表山體傾斜導(dǎo)致偏壓使左洞受力較右洞偏向較大。第二：施工工況和開挖次序?qū)鷰r應(yīng)力釋放和支護(hù)構(gòu)造受力產(chǎn)生較大影響。第三：Ⅲ、Ⅳ類圍巖地段初支護(hù)承當(dāng)了大局部圍巖壓力二次襯砌受力較小根本上不承受圍巖壓力?！?〕、實測說明圍巖壓力和支護(hù)受力變形遵循“急劇變化—緩慢變化—根本穩(wěn)定〞的變形規(guī)律說明本隧道支護(hù)構(gòu)造的強(qiáng)度和剛度是合理有效的施工方案和施工措施平安可行。3.4施工階段全過程位移變化規(guī)律及地質(zhì)預(yù)報 東苗沖隧道跨度大、進(jìn)出口段埋置淺監(jiān)控量測非常關(guān)鍵是隧道施工的一個重要工序。針對東苗沖聯(lián)拱隧道的特點施工過程中對地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)、凈空收斂、拱頂下沉、地表下沉等工程進(jìn)展了量測。地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察分為洞外觀察及洞內(nèi)觀察。洞外觀察包括對洞口地表情況、地表沉陷、邊坡及仰坡的穩(wěn)定、地表水浸透的觀察；洞內(nèi)觀察在每次爆破及支護(hù)后進(jìn)展地質(zhì)工程師負(fù)責(zé)觀測圍巖變化、地下水狀態(tài)、檢查支護(hù)構(gòu)造外觀是否發(fā)生變化等。對已施工區(qū)段的噴射混凝土、錨桿、鋼架的狀態(tài)每天進(jìn)展一次觀察。通過觀測成果分析及位移變化規(guī)律研究,有以下結(jié)：〔1〕從拱頂下沉量測時態(tài)曲線圖分析說明：單洞上臺階開挖初〔2-3天〕變化較大后緩慢趨于穩(wěn)定。下臺階開挖時變化急劇增加隨圍巖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類類別不同變化更明顯。聯(lián)拱隧道變形值最有可能發(fā)生在兩主洞的拱頂局部從拱頂往兩邊矢量值漸小。因此我們認(rèn)為聯(lián)拱隧道施工應(yīng)對拱頂下沉給予足夠重視同時拱腳以下及邊墻底部的襯砌厚度及質(zhì)量保證也非常重要?！?〕隧道周邊收斂量測時態(tài)變化曲線說明：①邊墻襯砌及封閉仰拱閉合成環(huán)后構(gòu)造根本穩(wěn)定初支護(hù)早封閉對圍巖的穩(wěn)定性起到重要作用；②隧道圍巖的穩(wěn)定性與洞室開挖、支護(hù)形式有親關(guān)系開挖施工過程也是圍巖應(yīng)力、應(yīng)變調(diào)整的過程；下臺階開挖后臨時支撐的撤除影響著圍巖的穩(wěn)定性。③由于二次襯砌完工時間有一段間隔圍巖應(yīng)力釋放至初支護(hù)已根本完成二次襯砌根本無沉降及變形。(3)地表下沉量測曲線說明：①隧道埋深越淺地質(zhì)條件越差洞頂同一部位地表下沉值越大；洞頂同一橫斷面聯(lián)拱隧道的中墻部位地表沉降往兩邊逐漸減小說明中隔墻在承受豎向應(yīng)力揮了極大作用中隔墻上部的三角地帶在施工中要非常精細(xì)。②地表下沉量與隧道偏壓有一定關(guān)系：隧道進(jìn)口K9+360～K9+400段為偏壓淺埋段中洞及測洞開挖后地表下沉值達(dá)25cm縱向裂紋8～20cm不等地表有向右側(cè)下滑。我們在位于襯砌邊墻外側(cè),縱向間距3.5m布置9根3×2.m鋼筋混凝土抗滑柱樁,柱樁出露地表局部加設(shè)拱型擋土板反壓回填土以抵抗山體對洞身的偏壓,確保施工平安及構(gòu)造的穩(wěn)定性處理后地表下沉趨于穩(wěn)定效果良好。4、本課題獲得的成果4.1軟弱圍巖復(fù)雜地質(zhì)條件下大跨度、雙聯(lián)拱東苗沖隧道采用中導(dǎo)洞—雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工：先貫穿中導(dǎo)洞兩側(cè)導(dǎo)洞待中隔墻及頂部回填到達(dá)設(shè)計強(qiáng)度后相繼施工；兩主洞施工在側(cè)導(dǎo)洞邊墻施工完畢后進(jìn)展。施工方案平安、可靠保證了工程質(zhì)量隧道得以順利開工獲得了較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益積累了大跨度聯(lián)拱隧道成套施工技術(shù)可為相近條件下聯(lián)拱隧道的設(shè)計與施工提供借鑒施工技術(shù)有推廣價值。4.2雙跨聯(lián)拱隧道施工中的幾個關(guān)鍵問題的處理技術(shù)有所打破：采用控制爆破技術(shù)減少對圍巖的擾動?xùn)|苗沖隧道因其所處的地質(zhì)復(fù)雜及隧道構(gòu)造的特殊性開挖分部進(jìn)展圍巖屢次受到擾動施工中通過爆破振動測試及相關(guān)分析總結(jié)了爆破對鄰近圍巖及支護(hù)構(gòu)造的影響規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件優(yōu)化施工方案嚴(yán)格控制爆破作業(yè)并結(jié)合監(jiān)控量測的信息反應(yīng)及時調(diào)整爆破參數(shù)。理證明采取的控制爆破技術(shù)措施在減小對圍巖的擾動及對中墻混凝土的震動方面是有效的。②成功解決了中隔墻程度推力的平衡問題中隔墻程度推力的平衡問題是聯(lián)拱隧道施工成敗的關(guān)鍵解決不好會引起拱部的支護(hù)開裂失穩(wěn)造成嚴(yán)重后果。在東苗沖聯(lián)拱隧道的施工中實在處理好了中墻的地基承載力、其側(cè)壁圓木排架支頂平衡及其頂部噴射混凝土回填頂?shù)葐栴}保證了中隔墻的受力平衡及其穩(wěn)定。合理組織好工序做好控制爆破盡量減小對圍巖的擾動以控制中墻所受的不平衡推力減至最??；盡快施作仰拱鋪底混凝土及二次襯砌使中墻與支護(hù)體系形成一個共同體承力加大其抵抗不平衡推力的才能。上述技術(shù)措施采取后效果顯著受力體系轉(zhuǎn)換過程中中隔墻穩(wěn)定拱部無開裂、失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生。③對聯(lián)拱隧道中隔墻防滲漏水處理技術(shù)獲得了一定的經(jīng)歷二次襯砌與中隔墻聯(lián)結(jié)處始終是聯(lián)拱隧道防滲漏水的難點。針對這一質(zhì)量通病課題組制定了中隔墻防排水施工方案從施行效果來看在極大程度上防治了這一質(zhì)量通病。雖然還存在不完善的地方但本次施工的經(jīng)歷為今后同類工程提供了有益的借鑒。4.3通過典型斷面不同工況下應(yīng)力變化規(guī)律及相關(guān)分析獲得圍巖動態(tài)和支護(hù)工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)通過對施工全過程進(jìn)展位移監(jiān)控量測理解位移變化規(guī)律及時根據(jù)反應(yīng)的信息采取相應(yīng)技術(shù)措施確保了隧道施工平安。同時為隧道設(shè)計和施工積累了資料為今后的設(shè)計和施工提供了類比根據(jù)。5、經(jīng)歷與體會東苗沖聯(lián)拱隧道在施工過程中在淺埋及富含軟—流塑狀充填物溶洞發(fā)育段開挖面屢次出現(xiàn)小型垮塌嚴(yán)重地段垮塌冒頂。課題組通過認(rèn)真研究積極探究采取了一系列有效措施使隧道于2004年5月30日順利貫穿。施工間未出現(xiàn)任何平安質(zhì)量事故。通過對本課題的研究今