隧道施工质量控制及要点经验

隧道施工质量控制及要点经验1概况1.1支护衬砌结构隧道除洞口段设置明洞外，其余均采用柔性支护体系结构的复合式衬砌，即以刚拱架、锚杆、喷射混凝土等为初期支护，模筑混凝土为二次衬砌，并在两次衬砌之间敷设EVA复合式防水板。1.2防排水洞内复合式衬砌段采用Ф110mm边墙纵向排水管，环向Ф100mm的排水半管、EVA防水板和土工布进行环向防排水。明洞段采用EVA防水板、土工布及粘土隔水层进行防排水。二次模注衬砌混凝土每模间均设有橡胶止水带。2施工技术隧道质量取决于工艺质量，工艺质量取决于开挖、初期支护及防排水质量等，初期支护和防排水质量等比较好控制可以加强监管，那么重点就是开挖质量，开挖质量又取决于钻爆质量，就是说理论上没有了超欠挖后续的初支质量就有了保证，因此说隧道质量的好坏很大程度上取决于钻爆的质量，首先确定钻爆的方案预裂爆破还是光面爆破首先我们从理论上来分析，由于v级围岩岩体松散、裂隙较发育无法采用或实现光面爆破技术，那么必须熟练掌握预裂爆破技术及特点。2.1预裂爆破进行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓，此种爆破技术为预裂爆破。预裂爆破不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用；在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采用预裂爆破。2.2预裂爆破要求(1)预裂缝要贯通且在地表有一定开裂宽度。对于中等坚硬岩石，缝宽不宜小于1.0cm；坚硬岩石缝宽应达到0.5cm左右；但在松软岩石上缝宽达到1.0cm以上时，减振作用并未显著提高，应多做些现场试验，以利总结经验。(2)预裂面开挖后的不平整度不宜大于15cm。预裂面不平整度通常是指预裂孔所形成之预裂面的凹凸程度，它是衡量钻孔和爆破参数合理性的重要指标，可依此验证、调整设计数据。(3)预裂面上的炮孔痕迹保留率应不低于80%，且炮孔附近岩石不出现严重的爆破裂隙。根据预裂爆破的特性、要求经过试验和反复研究对钻爆设计做了适宜的改动做到动态控制。2.3爆破措施、指标（1）炮孔直径一般为50～200mm，对深孔宜采围较大的孔径。（2）炮孔间距宜为孔径的8～12倍，坚硬岩石取小值。（3）不耦合系数（炮孔直径d与药卷直径d0的比值）建议取2～4，坚硬岩石取小值。（4）线装药密度一般取250～400g/m。（5）药包结构形式，较多的是将药卷分散绑扎在传爆线上（图1-21）。分散药卷的相邻间距不宜大于50cm和不大于药卷的殉爆距离。考虑到孔底的夹制作用较大，底部药包应加强，约为线装药密度的2～5倍。（6）装药时距孔口1m左右的深度内不要装药，可用粗砂填塞，不必捣实。填塞段过短，容易形成漏斗，过长则不能出现裂缝。一般情况来说开挖应尽量采用大断面或较大的断面开挖，以减少对围岩的扰动，根据围岩特征经过反复研究、现场考察、论证和试验洞的开挖，由于断面大开挖方法最后确定为双、单侧壁导坑开挖法，钻爆方案确定为V级围岩预裂爆破设计，IV级围岩实践光面爆破，实践证明这两种爆破方案均符合辖区隧道IV、V围岩实际，按照此方案实施爆破，爆破效果较好。但要解决的问题是双、单侧壁导坑法二次扰动比较大，加之围岩比较松散极易出现塌方，特别是浅埋段甚至会出现冒顶，方案是可行的，问题是要怎么去解决二次扰动问题，经过实践和多次试验证明二次扰动对围岩、初支影响非常大，初支表面加上爆破震动效应的影响靠近掌子面处基本上都会出现开裂、变形，拱架接头有的会应力扭屈，甚至出现掉拱，某种程度上来讲双、单侧壁拱架是起到了简支梁在中部给一个支点的反作用力的作用，是破坏整体受力的作用，如何加之利用导坑开挖优势，取长补短又要确保质量安全呢，首先我们经过理论分析围岩受力情况，单、双侧壁是分部开挖、分阶段受力（持续受力）、整体持续收敛的一个过程，经过反复试验发现二次扰动其实如果控制在围岩变化（拱顶下沉、周边收敛、位移）在一定的范围内时，扰动是对围岩、初支影响最小，在这区段进行下部接腿、成环或导坑中部接拱最为可行也是最安全的，对初支的影响可以忽略不计，其次就是必须要严格开挖步序，必须是两内侧壁先行，后续工序跟进循序渐进的工艺，遇到比较软弱围岩时（如流沙、断裂层）侧壁导坑也须遵循“短进尺，弱爆破，强支护，早封闭”的原则，开挖步序见图标2。2.4明洞及洞门洞口边、仰坡和明洞开挖与支护应自上而下分层开挖，而且要洞外永、临防、排水要先行，使地表水通畅，避免地表水冲刷坡面。必要是采取人工修坡，防止超挖，减少对洞口相邻地段的扰动；开挖暴露的边坡及时施作设计的防护，降低围岩暴露而风化，支护要紧跟，辖区内都为高边、仰坡，如果不及时安全无法保证，况且会浪费很多的人力物力，明洞衬砌必须检查、复核明洞边墙基础的地质状态和地基承载力，满足设计要求后，测量放样，架立模板支撑，绑扎钢筋，安装内外模板，先墙后拱整体浇注衬砌混凝土，集中拌和泵送入模，插入式振捣器配合附着式振捣器捣固密实。洞门施工对于削竹式洞门，同明洞同时施作，削竹斜面按坡度安装木模板，用角钢将斜面端模与边模固定成整体。明洞防水层与回填明洞衬砌完成后强度达到50%方可拆除外模，铺设防水层，回填要对称每层不大于30cm，两侧高度差不得大于50cm，回填至拱顶后，再分层满填至完成，做好表面隔水层。2.5V级开挖进洞方式洞口段覆盖层薄、地质条件差，当开挖深度至起拱线时，先施作进洞导向墙及大管棚，待明洞衬砌完成后，接长管棚尾端，搭接于明洞上，使管棚尾端形成一个固定支撑，在大管棚的保护下开口进内侧壁，两内侧壁导坑的进尺也要错开前后（5～10m）。如果是小间距还必须设置预应力对拉锚杆。V级围岩破碎带开挖与支护上断面内侧壁导坑先进，进尺0.7m，同时外侧壁导坑也可开挖，当下断面成环进尺约20～35m后，核心土上部弧形导坑开挖支护接拱，进尺3～5后可开挖中部及支护，最后下部隧底与先前的左右导坑的下断面完全结合封闭成环，共分七部开挖支护，所有工序必须严格遵循开挖支护步序，必须是两内侧壁先行，后续工序跟进循序渐进的工艺。另外，爆破后开挖轮廓线必须采用人工配合风镐开挖，严禁补炮，炮眼成孔应采用水钻，做好洞内的施工临时排水，必要时采用水泵排出洞外，石英、云母片岩在水浸泡后会加速丧失自稳能力，而且会加速围岩节理发育的形成，如果地下水压力太大会增加对支护的破坏作用。2.6IV级开挖本区段IV级围岩根据围岩的节理发育、走向和围岩的风化脆弱程度情况我们将其区分为两种情况对待，一种为种为IV级一种为IV级加强段，为了节约成本和发挥最大的时间效应，开挖方法也有所调整准IV级为上下台阶留核心土开挖法－正台阶开挖，IV级加强段为CD工法工序开挖－单侧壁开挖法；钻爆开挖均采用实践光面爆破，为了进一步搞好光面爆破，提高爆破效率，实现安全快速开挖，提前实现独头施工贯通，施工与监理单位共同成立了一个光面爆破技术专题小组，在认真总结Ⅲ类围岩爆破实践的基础上，研究探讨IV围岩全断面光爆技术，施工过程中效果甚好，特别是上下台阶法施工，炮眼残痕率达95%，特殊地段拱部钎痕率达85%，边墙达80%，局部最大超挖量为10㎝，欠挖量为8㎝，IV级围岩实践采用光面爆破取得的有关技术参数及效果，爆破专题组通过多次爆破实践，反复修正爆破参数，最终确定了IV类围岩的钻爆方案，附钻爆设计图3施工参数3.1开挖方法手抱锤打眼、人工装药联线、起爆器起爆、装载机装碴、自卸式汽车运碴，实行上断面一次爆破三班工作制开挖方法。3.2光爆作用机理（1）周边轮廓形成机理光面爆破的目的是使周边眼形成贯穿的裂缝。当两炮眼同时起爆时，炸药所引起的压缩应力波将在两孔中间相遇，两孔间的岩石在压缩应力的作用下产生垂直方向上的拉应力，如果此拉应力超过岩石的极限强度，周边就会沿两眼连线产生孤形裂缝。该裂缝产生情况与周边眼的间距、角度、装药结构及起爆方式均有关。故此，合适的周边眼间距及角度，合理的装药结构及起爆方式，使炸药爆炸所产生的压应力刚好克服岩石动态抗拉强度，炸药的爆破作用才能形成贯穿裂缝，岩层周边才能形成规整的断面形状轮廓。（2）确定合理的岩石抵抗线（W）大量的爆破实践证明：不同岩石光面爆破效果通常与岩石最小抵抗线大小有关。在每眼装药量一定条件下，眼距（E）大于两倍最小抵抗线（W）时，即周边眼密集系数m=E/W2时，等于两眼分别单独起爆，结果在两炮眼之间形成阁墙造成欠挖；当最小抵抗线过小时，爆轰作用过大，造成爆破过分破碎形成超挖。故此，根据岩性特征，经过多次爆破实践，确定合理的岩石抵抗线，是提高光面爆破效果的最有效途径。（3）确定合理的眼距（E）在抵抗线（W）一定的条件下，眼距大小直接影响光爆效果。因为在爆破的瞬间其自由面处的反射拉应力应等于入射的压应力，而两眼间所引起的拉应力则小于入射的压应力；同时在自由面方向上的岩石是处于双向应力状态，所以自由面方向的岩石易被拉坏。因此为了充分利用炸药能量，选择合理的眼距（E），产生满意的爆破效果，就要设法使自由面方向的反射拉应力与两眼间爆破拉应力相等。实践证明：只有当E/W=0.8-1.0时，上述两应力才近似一改，光面爆破效果才有可能达到最佳。此外，周边眼同时起爆，采用较小的装药集中系数，合理的装药结构也是消除爆震裂缝，保护围岩自身稳定，保证光面爆破效果的重要条件。3.3光爆参数的选定（1）掏槽方式的确定由于该隧道设计跨度大、净空高，采用全断面一次爆破开挖，没有大自由面掏槽爆破是很难实现的。专题组通过多次掏槽试验最后确定双楔形掏槽方式是该岩层爆破最佳的掏槽方式，掏槽的岩石在其掘进空间抛出最远，在岩层爆破空间能形成较大的楔形临空面，掏槽效果较好。（2）周边眼间距的确定IV围岩节理裂隙较发育，爆破时裂缝方向多变不易形成完整的曲面。专题组通过观察光爆成型情况，根据围岩裂隙发肓特点，总结发现周边眼间距在55-65cm之间最宜。（3）最小抵抗线的确定最小抵抗线是影响光爆效果的主要因素。爆破攻关小组，在爆破实践中，根据岩层的变化情况，在最小抵抗线65-75cm范围内及时调整光爆层的厚度，取得了较好的爆破效果。（4）装药系数的确定经过多次爆破实践，专题组确定掏槽眼的平均装药系数为0.85。辅助眼的平均装药系数为0.83。周边眼的平均装药系数为0.31是合理的。（5）眼数及眼深的确定该隧道岩石爆破选用MRB2#岩石乳化炸药，ms雷管，起爆器人工引爆，爆破效率85%（y），每m3岩石炸药耗量1.4㎏即q=1.4㎏/m3，掘进断面积S=80.6㎡、每孔装药密度为r=1.1㎏/m，则炮眼个数为：N=q·S/y·r=147（个）若1号掏槽眼进尺2.7m、2#掏槽眼进尺3.2m，掏槽眼与掌子面夹角为70度，则各眼钻眼深度为：L掏1=2.7sin70°=2.9m，L掏2=3.2/sin70°=3.4m，L辅助眼=L周边眼=L底板眼=3.2m。3.4上下台阶留核心土开挖与支护上下断面开挖首先上部爆破开挖，约1.00m立即对围岩面进行初喷，顺初喷面布设第一层Φ8的钢筋网片，并连接成整体，架设主动拱部支护的型钢拱架，进尺约5~10m后（根据围岩的情况确定），下断面中部的导坑开挖支护，取核心土开挖，两侧的边墙接腿采用马口跳槽落底并与中部的隧底初支全部封闭成环，形成整体，共分四部开挖支护，注意的是必须要左右交替的开挖落底。3.5单侧壁导坑先内侧壁导坑上断面开挖支护先行，进尺约0.8m，立即对围岩面初喷，顺围岩安设第一层Φ8的钢筋网片，并连接成整体，架设主动及临时支护的型钢拱架，并用Φ25钢筋将拱架与上一榀连接成整体，打孔送入Φ25中空锚杆并压注浆，安设第二层钢筋网片，分层喷护至设计轮廓线，注意每榀拱架背面的密实情况，进尺约5~10m后，下断面的导坑开挖支护，与临时支护的拱架支护及喷射混凝土封闭成环，同时后行洞的内侧壁导坑也可开挖，相互必须交错5~10m，后行洞同样成环后，先行洞的大侧壁导坑上断面可以进尺，并与内导坑接合连成整体，也必须交错开5~10m，当下断面成环进尺约20～35m后，可以取掉临时支撑，最后下部隧底与先前的左右导坑的下断面完全结合封闭成环，共分四部开挖支护，不管是什么开挖法