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高速公路隧道减震爆破总报告云南省公路工程监理咨询公司-1-复杂地质条件下大跨度双联拱隧道施工技术研究和施工监控总报告1.工程概况贵州省清镇至镇宁高速公路东苗冲双联拱隧道为上下行合建的六车道高速公路联拱隧道。起止里程K9+290～K9+710，全长420m。隧道进出口均为削竹式洞门，并设置了8m长明洞衬砌。隧道净宽28m，净高5.0m,由中隔墙分隔为左右两洞,内轮廓采用双心圆型式,外边墙为曲墙,中隔墙为直墙。净空面积左洞83.62m2,右洞88.51m2。隧道最大埋深约为77m，最浅埋深约为5m，进口较长地段偏斜严重。本隧道处于剥蚀、溶蚀丘陵地貌类型，隧道垂直穿越一脊向南北的丘体，地质情况复杂多变，施工过程中判明的围岩类别同设计文件中地质描述相比，出入较大.围岩分类见下表：围岩类别设计长度（m）实勘长度（m）地质描述Ⅰ45255溶洞极为发育区；强风化泥岩Ⅱ12090全强风化粉砂质泥岩、砂质页岩，Ⅲ4575中-弱风化灰岩Ⅳ35Ⅴ175高速公路隧道减震爆破总报告云南省公路工程监理咨询公司-2-主洞衬砌类型全强风化页岩溶槽发育段含砾亚粘土白云质灰岩残坡积层东苗冲隧道地质纵断面图1380137013601350地质分界线1330131013001320地面高程桩号坡度(%)坡长(m)左洞左洞右洞右洞围岩类别1318.41318.41370137813841298+300+370+485+500+536+635+670+710+1.5001200K9+500H-1302.300R-15000T-307.500E-3.152-2.6001400IIIIIIIIII工程地质S2bS2bS3S2aS3S2bS2bS2aS2aS1（8m）1322.241333.17出口里程碑K9+710+5201380隧道进口K9+2901310.6+390设计高程1298.91299.31299.3471299.221299.1481299.0251298.91297.81297.251296.523II洞门12mII+440IIIIIIIIIIS2aS3S2bS2aIIIIIS2aS1（8m）洞门12m洞身围岩为强风化灰岩，节理裂隙极发育，岩体破碎，结构松散，部分呈粘土夹碎石状，亦存在部分溶槽，开挖时易产生拱顶坍塌及侧壁失稳。局部地段溶洞发育洞身围岩为强风化灰岩，受构造影响严重，节理裂隙发育。部分呈土夹石状，局部存在溶洞，富含流塑状充填物。溶洞既发育区，内含流塑状软土，极易坍塌洞身位于全强风化砂页岩中，属硬质岩石，岩石节理发育，呈大块砌体结构，洞身较稳定，局部含泥槽。图1.1高速公路隧道减震爆破总报告云南省公路工程监理咨询公司-3-2530607601353060105760115测设中线衬砌中心线264110416617311002613068WTD25系统锚杆双层φ8钢筋网片,网格20×20cmI22b工字钢拱架，间距50cmφ8钢筋网片,网格间距20×20cm30cm厚C20喷射砼无纺土工布EVA防水板60cm厚C25钢筋砼初期支护复合防水层二次衬砌S2a衬砌断面注：尺寸单位：cm。注：尺寸单位：cm。3068衬砌中心线测设中线49.941.1359.2825515827.5341.133.175.9图1.2:图1.3:S2b衬砌断面二次衬砌复合防水层初期支护60cm厚C25钢筋砼EVA防水板无纺土工布30cm厚C20喷射砼φ8钢筋网片,网格间距20×20cmI22b工字钢拱架，间距50cm双层φ8钢筋网片,网格20×20cmWTD25系统锚杆高速公路隧道减震爆破总报告云南省公路工程监理咨询公司-4-具体地质情况及衬砌结构类型详见东苗冲隧道纵断面图1.1，横断面图1.2,1.3。隧道无地表水系，地下水较贫乏，地下水主要为孔隙潜水及基岩裂隙水，均接受大气降水补给。隧道施工中只出现滴水或小股脉状涌水，但在K9+580～K9+640段60m范围内属岩溶强烈发育区，在雨季时涌水量相对较大，工程地质情况较差。2.主要技术难点和课题研究内容根据东苗冲双联拱隧道地质条件差、开挖跨度大、洞身采用三导洞法分部施工，施工工序转换频繁,多次扰动结构和围岩,受力状况复杂等技术难点确定了科研课题主要研究内容为：1）联拱隧道三导洞施工技术2）隧道施工监控及隧道结构稳定性判断3）隧道控制爆破技术3.主要项目的研究和实施3.1.软弱围岩联拱隧道技术方案研究东苗冲Ⅰ～Ⅲ类软弱围岩联拱隧道采用中导洞—双侧壁三导坑先墙后拱，侧导坑全部贯通的施工方法。在施工中严格按照弱爆破、短进尺、少扰动、早锚喷、勤量测、紧封闭的技术措施组织实施，三导洞分部施工如图3.1.1所示,具体施工顺序见3.1.2工序流程图.高速公路隧道减震爆破总报告云南省公路工程监理咨询公司-5-图3.1.1双联拱隧道施工工序图⑤-1⑤-2 Ⅴ-2 Ⅴ-1①④-2Ⅲ-2 Ⅲ-1④-1Ⅱ-2Ⅱ-1③-2③-1②-2②-1Ⅰ图3.1.1双联拱隧道施工工序图图3.1.2:双联拱隧道中导洞_双侧导坑三导洞法工序流程图洞口地段加固中导洞开挖并贯通中隔墙施工并完成顶部回填左侧导坑开挖并贯通右侧导坑开挖并贯通左侧导坑侧墙衬砌右侧导坑侧墙衬砌左线主洞拱部开挖及二衬右线主洞拱部开挖及二衬左线主洞下部土体开挖右线主洞下部土体开挖高速公路隧道减震爆破总报告云南省公路工程监理咨询公司-6-3.1.1施工步距由于联拱隧道的特殊性，分部开挖易使围岩受到多次扰动，围岩压力再分布复杂，因此各工序的合理间隔距离非常重要，距离太远不能及时形成有效的支护体系，使围岩松弛变形过大而失稳；距离太近易造成各工序相互干扰，窝工大，近似单工序作业，不能形成有效的生产能力，而且易导致二次衬砌的开裂。东苗冲联拱隧道合理的施工步距控制在：三导坑均采用上、下台阶法施工，其中：Ⅰ类围岩采用超短台阶法施工，台阶长度（3－5）m，上台阶采用预留核心土环型开挖法，循环进尺（0.5-0.8）m；Ⅱ、Ⅲ类围岩采用短台阶法，台阶长度（5－10）m,循环进尺（0.8-1.5）m。中导坑先行开挖支护贯通,两侧导坑等到中隔墙顶部回填完成并达到设计强度后相继进行，左、右导坑错开约一倍洞径距离(30-40)m。在侧导坑边墙部二次衬砌强度达到设计强度后进行相应地段主洞开挖。正线隧道主洞开挖采用上、下台阶法施工,Ⅰ、Ⅱ类围岩地段拱部开挖采用环型开挖法.正线隧道拱部开挖支护一次成型，初支完成后，架立圆木中立柱进行临时支撑，二次衬砌前拆除。一侧正洞先行开挖支护，左线主洞仰拱施工,形成封闭支护结构右线主洞仰拱施工,形成封闭支护结构左洞仰拱填充及路面施工右洞仰拱填充及路面施工左洞边墙防火涂料及电气安装右洞边墙防火涂料及电气安装工程竣工高速公路隧道减震爆破总报告云南省公路工程监理咨询公司-7-另一侧正洞滞后约（30-40）m；一侧主洞开挖地段，另一侧主洞已施工衬砌混凝土强度在80％以上。二次衬砌紧跟，一般和掌子面距离不超过30m，仰供铺底混凝土适当超前，一般和衬砌面保持20m以上的距离。C25喷射砼III-I断面C20喷射砼18型工字钢200200505050505050505010010～15°注：尺寸单位：cm。衬砌中心线测设中线拱部中心线仰拱中心线102.46°102.46°仰拱中心线拱部中心线φ42×3.5mm热轧无缝钢管，L=4m,外插角10～15°，环向间距40cm,纵向间距200cm图3.1.3主洞拱部施工超前小导管布置图超前导管L=4m100超前导管L=3.5mC20喷射砼注：尺寸单位：cm。10～15°505050505050505020020018型工字钢I-I断面II图3.1.5侧导坑超前小导管布置图C20喷射砼φ42×3.5mm热轧无缝钢管，L=3.5m,外插角10～15°，环向间距50cm,纵向间距200cm10～15°超前导管L=3.5m100505050505050505020020018型工字钢C20喷射砼C20喷射砼φ42×3.5mm热轧无缝钢管，L=3.5m,外插角10～15°，环向间距50cm,纵向间距200cm图3.1.4中导坑超前小导管布置图III-I断面衬砌中心线测设中线注：尺寸单位：cm。120°3.1.2、超前支护体系高速公路隧道减震爆破总报告云南省公路工程监理咨询公司-8-由于东苗冲联拱隧道施工跨度大、工程地质条件差，施工中必须设置超前支护。本隧道在进出口Ⅰ、Ⅱ类围岩浅埋段设置了长度28m的Ф108×6mm无缝钢管超前大管棚，管棚钻机钻孔，双液注浆机注水泥—水玻璃浆液；洞内Ⅰ、Ⅱ类围岩地段设置了Ф42钢管超前小导管，采用风钻钻孔，注浆机注水泥砂浆。洞内溶洞极发育地段设置了8m长Ф32超前自进式锚杆。超前支护的设置不仅对围岩进行注浆加固地层，改善围岩的自承载能力，而且增加了支护结构的刚度，增大了支护结构的整体性，提高了承载能力，对隧道施工的安全性起到了较好的效果。3.1.3、初期支护东苗冲联拱隧道初期支护采用常规的钢支撑与锚杆、钢筋网、喷射混凝土联合支护形式。永久支护Ⅰ类围岩地段下部设喷射混凝土刚性仰拱，Ⅱ、Ⅲ类围岩地段下部设钢筋混凝土仰拱。3.1.4、二次衬砌按照新奥法原理，初期支护完成后，一般应待围岩变形收敛后，方可进行二次衬砌。在东苗冲联拱隧道施工中，对此采取了灵活的措施。考虑到围岩变形的发展意味着围岩松弛的加剧，地压力在增加，隧道的危险性也在增加，隧道开挖掘进施工中及时跟进二次衬砌，使初支和二衬形成共同作用的支护体系，实现闭合结构承受荷载，抑制围岩变形的继续发展。衬砌纵向距离每10m一轮，采用3015组合钢模，I18工字钢作模板背带，门式钢管脚手架作支撑。混凝土均采用集中拌合，6m3混凝土运输车水平运输，HBT60型混凝土输送泵垂直运输入模。高速公路隧道减震爆破总报告云南省公路工程监理咨询公司-9-3.2减震控制爆破技术研究为使既有工作面爆破不对邻近围岩、已施作的初支或二衬产生破坏，东苗冲隧道施工中对出口左洞进行了爆破震动测试，以研究爆破震动衰减规律，测量和比较不同爆破方法的实际减振效果，得到适合本工程的最佳爆破方案，确保邻近结构特别是中隔墙或围岩受到的影响最小。爆破震动测试采用测震系统来完成，测点布置四个位置，具体位置见下图3.2.1。右导洞左导洞中导洞右导洞中导洞左导洞测点1测点2测点4测点1、2测点3测点4测点3开挖面立面平面图3.2.1爆破振动测点布置图取抗震能力最差的初支或二衬钢筋混凝土结构为测试对象，作如下设定：序号振动速度(cm/s)安全状态施工措施10～4.0正常继续施工24.0～5.0报警优化爆破方案、控制爆破规模3＞5.0超限修改爆破方案、减小爆破规模高速公路隧道减震爆破总报告云南省公路工程监理咨询公司-10-利用最小二乘法进行回归分析，得出质点振动速度与最大一段装药量Q和测点至爆破工作面的距离R之间的关系曲线：Q=R3×(V/K)3/α=R3×(5/88.235)3/1.606=4.691×103×R3根据Q=f(R)关系式，得出东苗冲隧道爆破开挖时不同距离条件下的最大一段装药量（如下表），并以此控制爆破规模。R(m)10152025304050Q(kg)4.715.837.573.3126.7300.2586.4根据爆破震动测试及相关分析，东苗冲隧道减震控制爆破设计方案在施工过程中遵循以下几项原则：a）、分步开挖，缩小爆破开挖断面面积b)优化钻爆参数，降低炸药单耗。c)、采用中等爆速的炸药。d)、起爆采用非电毫秒雷管，大间隔微差起爆，使相邻段别的起爆间隔大于100ms，以减少每段起爆的炸药量及各段爆轰波的叠加，让爆破地震主震相间无叠加效应，达到减小对围岩扰动的目的。高速公路隧道减震爆破总报告云南省公路工程监理咨询公司-11-e)、周边眼采用不耦合装药结构的光面爆破。f）、开挖中严格遵循“弱爆破、短进尺”的施工原则，Ⅰ、Ⅱ类围岩进尺控制在（0.5～0.8）m,Ⅲ类围岩进尺控制在（0.8～1.5）m,以减小每次爆破的炸药总用量。g)、尽量减小周边眼的间距,根据围岩情况的不同,一般控制在（30～40）cm,周边眼采用小直