小断面隧洞工程施工技术杜茁方艳秋庞文林(中铁十九局集团第四工程有限公司,西藏拉萨850000)摘要:小断面隧洞是引水工程和水电站工程的重要组成部分,随着国民经济的不断发展,引水工程和水电站工程在国民经济中的作用和地位越来越重要,因此搞好小断面隧洞对于整个引水工程和水电站工程乃至国民经济具有重要意义。

关键词:小断面隧洞施工中图分类号:U4551工程概况中铁十九局集团第四工程有限公司负责施工的厂口隧洞,主要岩性以石灰岩、玄武岩为主,辅以石英砂岩、白云质灰岩、玄武岩、夹灰泥岩和泥岩等,断裂发育严重。

2重点工程部位的施工方法及工艺211土石方明挖隧洞进出口洞底高程低于原地面高程,采用基坑式洞口进洞,在开挖前挖好地面截水沟,同时做好基坑内排水设施。

洞口开挖由外向里,从上向下分台阶开挖,分层分段开挖、分层分段支护。

根据图纸要求进行洞脸边坡的削坡,并及时进行洞脸边坡的喷锚支护,再进洞开挖。

212洞内V类围岩开挖洞内V类围岩,主要为全~强风化破碎凝灰岩、玄武岩等,自稳能力差,裂隙解理发育严重,并且又是地下水积聚的地段,涌水量大,为了保证不产生塌方和施工安全,施工中按照/微台阶、短进尺、不(弱)爆破、强支护、早封闭、勤测量,必要时二次衬砌紧跟0的施工原则施工。

并采取如下技术措施:21211利用地质钻钻20~30m深孔作为超前地质预报和降排水措施,以便采取相应的安全施工措施。

21212为防止塌方采用钢插管注浆做超前支护和加固围岩,必要时可用大管棚或水平施工喷桩。

21213用1榀P0.6~1m钢格栅拱架加强初期支护,使其有足够的强度和刚度,能控制围岩变形,保持围岩稳定。

21214采用短进尺(循环进尺控制在0.6~1.0m左右),控制爆破规模,减少对围岩的扰动。

21215断层破碎带、溶洞、涌泥、突水等特殊地质段地下水富集,必要时采用双液注浆堵水,缩短钢格栅间距,增加喷锚厚度加强初期支护强度,衬砌紧跟。

21216加强监控量测,掌握围岩变化动态,监视险情,及时做出预报,制定正确对策指导施工。

V类围岩开挖以人工分台阶开挖为主,以减少对围岩的扰动。

开挖采用短台阶法,每循环时进尺0.6 ~1.0m,下台阶用挖掘装载机装碴,电瓶车牵引梭式矿车出碴。

213洞内IV类围岩开挖I V类围岩自稳能力较差,施工中可视围岩稳定情况采用断面一次开挖成型或台阶法分部开挖。

I V类围岩洞段拱部有局部坍塌掉块危险,开挖后拱部立即施做系统锚杆和网喷混凝土封闭围岩,循环进尺控制在115~213m。

I V类围岩洞段以爆破开挖为主,人工配合小型机械开挖为辅。

I V类围岩开挖用自制钻孔台车、风动凿岩机钻孔,每循环进尺115~213m,上、下台阶同时钻孔爆破,耙碴机装碴,电瓶车牵引矿车出碴。

3主要工序的施工方法和工艺311施工测量5831111洞外控制。

隧洞外平面控制采用三角测量,每个洞口设置三个控制点,将平面控制点设在相互通视,稳固不动,且便于引测进洞,能与开挖后的洞口通视之处。

高程控制采用水准测量,每个洞口布设两个高精度水准点。

31112洞内控制。

洞内采用以下两种导线:施工导线:在开挖面向前推进时,用以放样指导开挖的导线,基边长5~50m。

基本导线:当隧洞掘进100~300m 时,为了检查隧洞的方向是否与设计相符,选择一部分施工导线,敷设50~100m精度较高的基本导线。

312钻爆钻爆作业是隧洞施工控制工期、保证质量的关键。

为了充分发挥围岩的自承能力,减轻对围岩的振动破坏,隧洞围岩均采用线形微振控制爆破技术,实施全断面光面爆破,并根据围岩情况及时修正爆破参数,达到最佳爆破效果,形成整齐圆顺的开挖断面,减少超欠挖。

线形微振爆破,就是使炸药爆炸产生的能量尽量多的转换为破碎岩石,减少传给开挖范围以外岩石的能量。

从而使开挖范围外的岩石引起的振动和损害最小,这样就可有效地保护围岩。

这种隧洞开挖爆破新技术除周边孔外,炮孔布置和起爆均为线型,故又称线型开挖法。

其特点是:布置炮孔简单,炮孔参数准确,可提高炸药爆炸能量利用率,同样情况下用炸药量少,对围岩的扰动小,最适合采用/新奥法0施工;炮孔除楔形掏槽孔外都是平行的。

31211爆破器材选用。

采用塑料导爆管、毫秒雷管起爆系统,毫秒雷管采用15段别毫秒雷管,引爆采用火雷管。

炸药采用2#岩石铵锑炸药(无水地段),选用 25、 32、 40三种规格,其中 25为周边眼使用的光爆药卷, 32为掘进眼使用药卷。

在有水地段,采用同规格的乳化炸药。

31212炮眼布置。

炮眼布置以尽量利用炸药的效能为原则,由于是小断面开挖,可采用4个小空孔直眼掏槽。

31213爆破参数。

为减轻爆破时对围岩产生的扰动,周边眼采用 25小直径光爆药卷,周边眼间距E= 50cm,最小抵抗线W=60cm,相对距离E P W=0.83,周边眼装药集中度0.25kg P m,采用间隔装药结构,孔口堵塞长度不小于20cm。

31214钻爆作业3121411测量是控制开挖轮廓精确度的关键。

采用全站仪、经纬仪、激光导向仪相结合进行断面和炮孔划线。

每循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置。

3121412钻孔采用自制钻孔台车钻孔,钻孔前测量人员按设计位置标出孔位。

钻孔时要做到准(位置)、平(平行)、直(方向)、齐(孔底)。

31215装药。

钻完孔后,用高压风吹孔,经检查合格后才可装药。

装药分片分组负责,严格按爆破设计规定的装药量、雷管段号/对号入座0。

爆破网路连接、检查及起爆按照爆破设计要求和GB6722-865爆破安全规程6执行。

31216堵塞。

所有装药的炮眼均堵塞炮泥,光爆孔堵塞长度不小于20cm,其他孔不装药部分全堵满。

313开挖的防护与支护31311不同地质段拱部超前支护。

V类围岩拱部设钢插管和注浆。

既可起到预加固围岩的作用,又可达到超前支护的目的,从而确保围岩稳定和施工安全。

首先施打钢插管并注浆,然后开挖上台阶,每开挖2m,施做一组钢插管,钢插管的施做都是在上台阶上进行。

钢插管参数和施工工艺如下:3131111钢插管采用普通A3钢水煤气管,公称直径 32mm,壁厚3.25mm,长度3.5m,管壁每隔15cm钻一个 6~ 8mm的孔,一周钻4个孔,交错布置,前端作成锥形。

后端管口用 6钢筋做一加强箍。

3131112钢插管注浆施工工艺。

钢插管采用先钻孔后下套管的施工方法。

钻孔采用钻孔台车或手持式凿岩机,钻头直径42mm,钻完孔后用高压水和高压风进行清孔,清除孔内的粉尘和碴石,以便钢插管插入。

插管采用手持式凿岩机顶入,也可用大锤打入。

314注浆施工31411封闭掌子面。

钢插管安装好后要做止浆墙封闭掌子面,以防注浆时跑浆。

止浆墙采用喷射混凝土,根据注浆压力不同,喷混凝土厚度不同。

31412清管。

封闭好掌子面后,要检查钢插管内是否有混凝土或其他杂物,并对钢插管进行清理,使管内畅通以便注浆。

5931413注浆。

注浆是超前支护的重要组成部分,注浆一方面增加钢插管刚度,使之可以承受较大压力而不变形弯曲;另一方面可渗透到围岩之中,加固围岩,使之成为一个整体或保护壳,不易产生坍塌或帽顶,可保证施工安全。

31414注浆材料和注浆参数。

隧洞设计采用单液超细水泥浆注浆,水泥标号不低于42.5号。

浆液水灰比为2~2.5B1。

为了加速凝结可加入水泥重量3%的水玻璃,或加入水泥重量0.5%的三醇胺或氯化钠。

在断层破碎带或节理密集带涌水量较大时,经监理工程师同意,可采用水泥、水玻璃双液浆注浆的方法堵水。

水玻璃浓度为30波美度,水灰比为1B1~ 1.25B1,水泥、水玻璃的体积比为1B1~1B0.75,这时浆液初凝时间为3~5分钟。

注浆压力:0.5~1.0MPa,注浆泵: ZTJZ-60P120型双液注浆泵;隧洞浆液扩散半径R0= 40cm。

315喷射混凝土为了降低粉尘和减少回弹量,采用先进的湿喷作业施做喷射混凝土。

喷射机采用TK-961湿喷机。

喷射混凝土料在洞外用自动计量强制式搅拌机拌制,用混凝土搅拌运输车运至工作面,喷射混凝土要在自制的活动台架上由人工操纵喷头进行喷射作业。

喷射混凝土标号为C25,要求防渗标号为S8,使用普通硅酸盐水泥。

粗细骨料要求按5水工混凝土施工规范6SDJ-270-82有关规定执行。

采用的速凝剂初凝时间不大于5min,终凝时间不大于10min。

在喷射混凝土中,为了减少回弹量,在混凝土中要掺入STC 粘稠剂,其参考配合比为:水泥B砂B碎石B水B STC粘稠剂=1B2B2B0.5B0.1。

湿喷用液状体TX-1速凝剂,掺量4%~7%,施工中其配合比由试验室选配确定,并且根据不同情况及时调整,以达到最佳配合比。

喷射混凝土前要对岩面做好表面处理,清除松散岩块及油脂等,并用高压水冲洗表面,处理表面积水和渗漏水等。

喷射混凝土时,喷嘴要距岩面0.6~ 1.0m 的距离,并且喷射方向和岩面大致垂直。

喷射作业分层分片自下而上顺序进行。

一次喷射厚度拱部5~ 6c m,边墙7~10c m。

层喷射时,后一层喷射在前一层混凝土终凝后进行。

喷射完混凝土终凝2h后喷水养护。

316锚杆支护本施工段隧洞II类围岩洞段采用随机锚杆支护, III、I V、V类围岩洞段采用系统锚杆支护,锚杆L=2m, 22、 25mm20MnSi钢筋,为全长粘结型水泥砂浆锚杆。

31611材料。

锚杆杆体材料采用 22mm、 25mm的20MnSi螺纹钢筋。

注浆材料采用早强水泥砂浆,水泥为525#硫铝酸盐早强水泥,砂采用细砂,掺TS型早强剂。

砂浆的参考配合比为:水泥B砂B水=1B1B0.44,具体施工配合比由现场试验确定。

31612锚杆施工。

采用YT-28或风动凿岩机钻锚杆孔;钻孔前根据设计要求定出孔位,钻孔保持直线并尽量与所在部位岩面垂直,钻孔直径 42mm,钻孔深度2.1m。

注浆前,用高压风(水)彻底清洗锚杆孔,采用NZ130A型砂浆锚杆专用注浆泵注浆。

注浆时将注浆管插入钻孔中,使管口离孔底10cm,并随水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出,砂浆随拌随用,一次拌和砂浆在初凝前用完。

注浆完成后,迅速将锚杆插入锚杆孔直至孔底,并上紧垫板。

317钢格栅、钢筋网及格栅的加工和安装(不良地质段拟采取的加强措施)31711加工。

格栅拱架利用固定模架进行加工制作。

拱部钢筋网在现场制安,边墙钢筋网制成网片进洞安装。

31712安装施工。

安装工作是在初喷混凝土(一般4c m)后进行,钢格栅安装时中线、高程和垂直度均由测量严格控制,其倾斜角不大于2o,钢格栅要平直,扭曲不得大于2cm。

并与锚杆、钢插管焊连成整体,在喷混凝土时不得晃动,在两榀钢格栅之间环向每米设一根纵向连接钢筋,连接钢筋为 16mm20MnSi。

钢格栅应顶紧初喷混凝土,若有空隙时应设楔子背紧。

钢筋网根据岩面起伏铺设,并与锚杆焊接连在一起,若有钢格栅时亦和格栅焊连。