CN102444407B - 高地应力软弱围岩隧道下台阶施工变形控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高地应力软弱围岩隧道下台阶施工变形控制方法,软弱围岩隧道采用台阶法发施工，待上台阶开挖成型，围岩趋于稳定后进行下台阶施工，下台阶开挖分两步完成，首先反向开挖下台阶中槽，开挖完成立即采用长锚杆对中槽两侧拱墙加固，第二步先采用长锚杆对掌子面及下台阶高度范围的拱墙进行二次加固，完成加固后再进行二次落底开挖，本发明的有益效果是在下台阶施工过程中控制了围岩的变形，利用先挖中槽的方法将爆破开挖分两次进行，每次用药量比一次将下台阶开挖落底所用的爆破药量减半，大大减小了爆破对围岩的扰动，减小了掌子面开挖的工作量，缩短了支护形成的循环时间，不会出现二次扩挖，整体施工进度快，安全有保证。

Description

高地应力软弱围岩隧道下台阶施工变形控制方法

技术领域

本发明涉及一种高地应力软弱围岩隧道下台阶施工变形控制方法。

背景技术

软弱围岩隧道开挖后，围岩变形量较大，预留变形量不但与隧道围岩特性、埋深、地应力、洞径有关，而且也与支护条件、刚度、支护时间有关，因此在隧洞围岩岩性、埋深、洞径及地应力关键因素确定后，其支护类型、时间、支护结构的刚度成为确定围岩变形大小的关键。在下台阶开挖前，上台阶支护体系已形成，围岩已趋于稳定，下台阶开挖势必要破坏围岩的稳定，引起围岩二次变形，因此防止围岩在开挖工程中变形，导致上台阶已形成的支护体系产生破坏是下台阶施工的关键问题。

隧道埋深、地应力、洞径及几何特性、软岩特性、爆破技术是影响软弱围岩隧道变形和确定隧道施工控制变形量的主要因素，这些变量因子都不同程度或相互关联地影响围岩变形。将隧道变形量控制在容许变量值内，让其产生一定的变形，是释放围岩应力、简化支护、节约成本，确保施工安全的关键。本技术的关键是上台阶已完成支护，变形已趋于稳定，支护结构已受力条件下，在下台阶开挖支护施工过程中，若容许两侧拱墙围岩变形发展到一定程度，上台阶支护必将失效，从而导致变形进一步发展出现拱墙围岩坍塌，因此下台阶开挖与支护施工过程中，拱墙两侧围岩容许变形量是由支护的容许变形量决定的，其值很小，而有效控制其变形的关键技术，是对拱墙两侧围岩进行预加固、收集信息、分析评估和必要的后加固。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述情况，提供一种高地应力软弱围岩隧道下台阶施工变形控制方法，在软弱围岩隧道下台阶施工中，防止围岩在开挖后系统支护形成前发生较大变形而导致上台阶已形成的系统支护失效破坏。

本发明目通过下述技术方案来实现：

一种高地应力软弱围岩隧道下台阶施工变形控制方法, 在软弱围岩段采用上下台阶法开挖，待上台阶开挖成型、围岩变形趋于稳定后进行下台阶施工，下台阶开挖分两步完成，首先反向开挖下台阶中槽，开挖完成立即采用长锚杆对中槽两侧拱墙加固，完成锚杆施工后再喷射混凝土封闭。第二步先采用长锚杆对掌子面及下台阶高度范围的拱墙进行二次加固，完成加固后再进行剩余部分落底开挖，及时将临时支护封闭成环。

作为优选，所谓稳定是指上台阶围岩收敛变形速率小于0.2mm/天。

作为优选，利用先挖中槽的方法，将下台阶开挖分两步完成，每次用药量比下台阶一次落底开挖所需爆破用药量减半。

作为优选，所述方法进一步包括如下步骤：

1）施工准备：

监测上台阶支护及围岩状态，以收敛指标判定围岩稳定状态，所谓围岩稳定是指洞周变形速率小于收敛指标，待围岩稳定后开展下台阶施工，若收敛指标不能满足要求，则采用增设锚杆、补喷混凝土的措施加强上台阶的支护体系，上台阶围岩收敛速率小于0.2mm/天时，视围岩趋于稳定；

2）下台阶围岩开挖：

下台阶开挖高度为0.45～0.5倍隧道设计开挖高度，每循环进尺1.5～2.5m，单次爆破用药量达到200～300kg,完成开挖、出渣、捡底、支护所需时间45～55h，

第一步：反向开挖下台阶中槽

中槽尺寸拟定原则：倒梯形断面形式，深度h取下台阶高度一半，两侧预留宽度2.0～3.0m，坡率2：1；

中槽完全开挖长度5～8m，坡道长度为15～20m，完成开挖的中槽需及时施工拱墙部位预支护锚杆，喷混凝土；

第二步：反向开挖下台阶底部

在下台阶底部即中槽开挖后剩余部分开挖前，必须完成中槽两侧及掌子面预加固、喷射混凝土支护，采用微震动技术爆破，挖掘机配合自卸车出渣。

3）下台阶预加固：

第一步：中槽两侧拱墙部位预加固

中槽两侧预加固在中槽开挖成型后进行，

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=450～600cm，

玻璃纤维锚杆布置范围：拱脚以下300-500cm，

玻璃纤维锚杆布置参数：1～3排，间距1m×1m，梅花型布置；

第二步：掌子面预加固

中槽预加固和喷射混凝土支护完成后，即可开展下台阶余下部分预加固施工，其目的与中槽预加固相同，

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=450～600cm，

布置范围：拱脚以下全部拱墙，

布置参数：竖向2～3排，间距与排拒50～100cm，外插角30～45°，梅花型布置；

4）喷射混凝土临时支护

下台阶喷射混凝土临时支护，分中槽两侧和掌子面两步完成，

喷射混凝土材料：C30

喷射厚度：5～8cm

5）微震弱爆破开挖

中槽开挖爆破采用常规松动爆破技术，机械开挖，剩余部分落底开挖采用微震动爆破技术；

6）下断面支护

出渣完成后，及时施作钢拱架及喷砼使整个支护封闭成环，自下卧断面掌子面开挖到到喷射混凝土完成需要40～50h，系统锚杆滞后2～3个循环，

⑺二衬仰拱

系统支护完成长度满足针梁台车作业长度需要，及时完成二衬仰拱部分施工，从掌子面开挖，到二衬仰拱完成循环时间需要10～12天，

⑻ 监控量测

监控量测贯穿整个施工过程，必测项目开展了拱顶下沉、洞周收敛、爆破振动、围岩松动圈监测，监测这个项目的围岩变形速率是否满足前期的控制要求，如果不满足就加强支护，选择项目开展了钢拱架应力、锚杆应力监测，在掌子面开挖前至仰拱施工过程中，各监测项的监测频率为2次/天，其它阶段1次/天。

作为优选，所述方法进一步包括如下步骤：

1）施工准备：

监测上台阶支护及围岩状态，以收敛指标判定围岩稳定状态，所谓围岩稳定是指洞周变形速率小于收敛指标，待围岩稳定后开展下台阶施工，若收敛指标不能满足要求，则采用增设锚杆、补喷混凝土的措施加强上台阶的支护体系，上台阶围岩收敛速率小于0.2mm/天时，视围岩趋于稳定；

2）下台阶围岩开挖：

下台阶开挖高度为0.46倍的隧道设计开挖高度，每循环进尺2m，单次爆破用药量达到250kg,完成开挖、出渣、捡底、支护所需时间48h，

第一步：反向开挖下台阶中槽

中槽尺寸拟定原则：倒梯形断面形式，深度h取下台阶高度一半，两侧预留宽度2.5m，坡率2：1；

中槽完全开挖长度6m，坡道长度为18m，完成开挖的中槽需及时施工拱墙部位预支护锚杆，喷混凝土；

第二步：反向开挖下台阶底部

在下台阶底部即中槽开挖后剩余部分开挖前，必须完成中槽两侧及掌子面预加固、喷射混凝土支护，采用微震动技术爆破，挖掘机配合自卸车出渣。

3）下台阶预加固：

第一步：中槽两侧拱墙部位预加固

中槽两侧预加固在中槽开挖成型后进行，

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=500cm，

玻璃纤维锚杆布置范围：拱脚以下400cm，

玻璃纤维锚杆布置参数：2排，间距1m×1m，梅花型布置；

第二步：掌子面预加固

中槽预加固和喷射混凝土支护完成后，即可开展下台阶余下部分预加固施工，其目的与中槽预加固相同，

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=500cm，

布置范围：拱脚以下全部拱墙，

布置参数：竖向2排，间距与排拒60cm，外插角35°，梅花型布置；

4）喷射混凝土临时支护

下台阶喷射混凝土临时支护，分中槽两侧和掌子面两步完成，

喷射混凝土材料：C30

喷射厚度：6cm

5）微震弱爆破开挖

中槽开挖爆破采用常规松动爆破技术，机械开挖，剩余部分落底开挖采用微震动爆破技术；

6）下断面支护

出渣完成后，及时施作钢拱架及喷砼使整个支护封闭成环，自下卧断面掌子面开挖到到喷射混凝土完成需要48h，系统锚杆滞后2个循环，

⑺二衬仰拱

系统支护完成长度满足针梁台车作业长度需要，及时完成二衬仰拱部分 施工，从掌子面开挖，到二衬仰拱完成循环时间需要11天，

⑻ 监控量测

监控量测贯穿整个施工过程，必测项目开展了拱顶下沉、洞周收敛、爆破振动、围岩松动圈监测，监测这个项目的围岩变形速率是否满足前期的控制要求，如果不满足就加强支护，选择项目开展了钢拱架应力、锚杆应力监测，在掌子面开挖前至仰拱施工过程中，各监测项的监测频率为2次/天，其它阶段1次/天。

本发明的有益效果：本发明的有益效果是在下台阶施工过程中控制了围岩的变形，不会出现因围岩变形过大，二衬净空不够，需要再次扩挖现象，出现二次扩挖，就会出现较大的施工安全风险。该技术能否采用中槽是关键，中槽将爆破开挖分两次进行，每次用药量比一次开挖减半，大大减小了爆破对围岩的扰动，一次爆破成型对围岩的扰动大、不能及时形成系统支护，对控制围岩变形不利，减小对围岩的扰动，加快循环、控制变形的关键技术是分步开挖，分步开挖解决了以下问题：①爆破用药量减小，降低了对围岩扰动程度。②出渣量减少，可加快循环时间，及时完成系统支护。③能为拱墙两侧预支护提供作业空间。④能增加预支护锚杆的有效支护长度。中槽开挖后提供了围岩加固作业面，保证了预加固玻璃纤维锚杆的有效加固长度。将中槽先行开挖部分后，减小了掌子面开挖的工作量，缩短了系统支护形成的循环时间，控制了围岩的早期变形，不会出现二次扩挖，整体施工进度快，安全有保证。

附图说明

图1为软弱围岩隧道断面示意图。

图2为施工方案图。

图3为中槽开挖示意图。

图4为图3中的A-A示意图。

图5为中槽两侧拱墙部位预加固示意图。

图6为图5中的A-A示意图。

图7为掌子面预加固示意图。

图8为图7中的A-A示意图。

图9为微震爆破设计参数表。

图10为微震动爆破参数和常规松动爆破参数对照表。

其中，1为上台阶，2为下台阶，3为中槽，4为底部，5为仰拱完成洞段，6为下台阶掌子面，7为玻璃纤维锚杆，8为钢纤维喷砼，9为边墙预加固锚杆，10为边墙喷砼，

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明

总体方案

由于超深埋高地应力软弱围岩隧道采用钻爆发施工比采用盾构或TBM等大型设备施工更经济，一旦出现大变形更有条件处理，因此类似地质条件隧道的施工方法采用钻爆发技术施工的较多，本实施例软弱围岩段采用上下台阶法开挖，待上台阶开挖成型、围岩变形趋于稳定后（即上台阶围岩收敛变形速率小于0.2mm/天）后，进行下台阶施工。

利用先挖中槽的方法，将下台阶开挖分两步完成，每次用药量比下台阶一次落底开挖所需爆破用药量减半。首先反向开挖下台阶中槽，开挖完成立即采用长锚杆对中槽两侧拱墙加固，完成锚杆施工后再喷射混凝土封闭。第二步先采用长锚杆对掌子面及下台阶高度范围的拱墙进行二次加固，完成加固后再进行剩余部分落底开挖，及时将临时支护封闭成环。

施工中利用与临近隧洞之间横通道反向进入作业面，并为针梁台车提供作业空间，保障仰拱及时跟进，参见图1、图2所示。

实施例1：

1）施工准备：

监测上台阶支护及围岩状态，以收敛指标判定围岩稳定状态，所谓围岩稳定是指洞周变形速率小于收敛指标，待围岩稳定后开展下台阶施工，若收敛指标不能满足要求，则采用增设锚杆、补喷混凝土的措施加强上台阶的支护体系，上台阶围岩收敛速率小于0.2mm/天时，视围岩趋于稳定；

2）下台阶围岩开挖：

下台阶开挖高度为0.45倍隧道设计开挖高度，每循环进尺1.5m，单次爆破用药量达到200kg,完成开挖、出渣、捡底、支护所需时间45h，

第一步：反向开挖下台阶中槽

中槽尺寸拟定原则：倒梯形断面形式，深度h取下台阶高度一半，两侧预留宽度2.0m，坡率2：1；

中槽完全开挖长度5m，考虑载重车反向出渣需要，坡道长度为15m，完成开挖的中槽需及时施工拱墙部位预支护锚杆，喷混凝土；中槽开挖示意图如图3、图4所示。

第二步：反向开挖下台阶底部

在下台阶底部即中槽开挖后剩余部分开挖前，必须完成中槽两侧及掌子面预加固、喷射混凝土支护，采用微震动技术爆破，挖掘机配合自卸车出渣。

3）下台阶预加固：

第一步：中槽两侧拱墙部位预加固

中槽两侧预加固在中槽开挖成型后进行，其目是在开挖前先行对拱墙外侧300cm厚度的围岩进行加固，避免开挖后未进行系统支护前发生变形。

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=450cm，具体长度根据监测到的松动圈厚度确定。

玻璃纤维锚杆布置范围：拱脚以下300cm，

玻璃纤维锚杆布置参数：1排，具体排数根据中槽深度变化确定，间距1m×1m，梅花型布置，中槽两侧拱墙部位预加固示意图如图5、图6所示；

第二步：掌子面预加固

中槽预加固和喷射混凝土支护完成后，若上台阶围岩收敛变形速率小于0.2mm/天时，即可开展下台阶余下部分预加固施工，其目的与中槽预加固相同。

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=450cm，具体长度根据监测到的松动圈厚度确定。

布置范围：拱脚以下全部拱墙，

布置参数：竖向2排，间距与排拒50cm，外插角30°，梅花型布置；掌子面预加固示意图如图7、图8所示；

4）喷射混凝土临时支护

下台阶喷射混凝土临时支护，分中槽两侧和掌子面两步完成，其目的是封闭开挖后暴露的围岩，防止围岩局部吊块、遇水软化导致围岩进一步发生变形。

喷射混凝土材料：C30

喷射厚度：5cm

5）微震弱爆破开挖

中槽开挖爆破采用常规松动爆破技术，机械开挖，剩余部分落底开挖采用微震动爆破技术，微震动爆破技术的措施为：从浅孔、多眼少药、增加雷管段位、拉开段位时差、光面爆破等各方面进行控制。利用TC-4850等爆破测震仪对爆破震动进行测试与分析，同时结合围岩松动圈及其它监测项目的结果，对孔眼参数、装药密度、起爆网络进行优化，微震爆破设计参数表基本的爆破参数可参考图9，注意低段炮孔要少并跳段，10段以上的高段可同时起爆多个炮孔，但原则上不超过5个孔。

爆破振动布置三个测点，距离爆破点工作面起5m、10m、15m三个点，爆破效果需符合达到在5m的最大振动速度10cm/s、在15m处<3cm/s的要求。

微震动爆破参数和常规松动爆破参数对照表可参考图10。

6）下断面系统支护

出渣完成后，及时施作钢拱架及喷砼使整个支护封闭成环，自下卧断面掌子面开挖到到喷射混凝土完成需要40h，系统锚杆滞后2个循环，

⑺二衬仰拱

系统支护完成长度满足针梁台车作业长度需要，及时完成二衬仰拱部分施工，从掌子面开挖，到二衬仰拱完成循环时间需要10天，

⑻ 监控量测

监控量测贯穿整个施工过程，必测项目开展了拱顶下沉、洞周收敛、爆破振动、围岩松动圈监测，可选项目开展了钢拱架应力、锚杆应力监测，这些监测项目在上台阶施工中已经开展，在下台阶施工过程中继续对各监测点开展监测，监测这些项目的围岩变形速率是否满足前期的控制要求，如果不满足就加强支护，在掌子面开挖前至仰拱施工过程中，各监测项的监测频率为2次/天，其它阶段1次/天。

实施例2：

1）施工准备：

监测上台阶支护及围岩状态，以收敛指标判定围岩稳定状态，所谓围岩稳定是指洞周变形速率小于收敛指标，待围岩稳定后开展下台阶施工，若收敛指标不能满足要求，则采用增设锚杆、补喷混凝土的措施加强上台阶的支护体系，上台阶围岩收敛速率小于0.2mm/天时，视围岩趋于稳定；

2）下台阶围岩开挖：

下台阶开挖高度为0.5倍隧道设计开挖高度，每循环进尺2.5m，单次爆破用药量达到300kg,完成开挖、出渣、捡底、支护所需时间45h，

第一步：反向开挖下台阶中槽

中槽尺寸拟定原则：倒梯形断面形式，深度h取下台阶高度一半，两侧预留宽度3m，坡率2：1；

中槽完全开挖长度8m，考虑载重车反向出渣需要，坡道长度为20m，完成开挖的中槽需及时施工拱墙部位预支护锚杆，喷混凝土；中槽开挖示意图如图3、图4所示。

第二步：反向开挖下台阶底部

在下台阶底部即中槽开挖后剩余部分开挖前，必须完成中槽两侧及掌子面预加固、喷射混凝土支护，采用微震动技术爆破，挖掘机配合自卸车出渣。

3）下台阶预加固：

第一步：中槽两侧拱墙部位预加固

中槽两侧预加固在中槽开挖成型后进行，其目是在开挖前先行对拱墙外侧500cm厚度的围岩进行加固，避免开挖后未进行系统支护前发生变形。

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=600cm，具体长度根据监测到的松动圈厚度确定。

玻璃纤维锚杆布置范围：拱脚以下500cm，

玻璃纤维锚杆布置参数：3排，具体排数根据中槽深度变化确定，间距1m×1m，梅花型布置，中槽两侧拱墙部位预加固示意图如图5、图6所示；

第二步：掌子面预加固

中槽预加固和喷射混凝土支护完成后，若上台阶围岩收敛变形速率小于0.2mm/天时，即可开展下台阶余下部分预加固施工，其目的与中槽预加固相同。

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=600cm，具体长度根据监测到的松动圈厚度确定。

布置范围：拱脚以下全部拱墙，

布置参数：竖向3排，间距与排拒100cm，外插角45°，梅花型布置；掌子面预加固示意图如图7、图8所示；

4）喷射混凝土临时支护

下台阶喷射混凝土临时支护，分中槽两侧和掌子面两步完成，其目的是封闭开挖后暴露的围岩，防止围岩局部吊块、遇水软化导致围岩进一步发生变形。

喷射混凝土材料：C30

喷射厚度：8cm

5）微震弱爆破开挖

中槽开挖爆破采用常规松动爆破技术，机械开挖，剩余部分落底开挖采用微震动爆破技术，微震动爆破技术的措施为：从浅孔、多眼少药、增加雷管段位、拉开段位时差、光面爆破等各方面进行控制。利用TC-4850等爆破测震仪对爆破震动进行测试与分析，同时结合围岩松动圈及其它监测项目的结果，对孔眼参数、装药密度、起爆网络进行优化，微震爆破设计参数表基本的爆破参数可参考图9，注意低段炮孔要少并跳段，10段以上的高段可同时起爆多个炮孔，但原则上不超过5个孔。

爆破振动布置三个测点，距离爆破点工作面起5m、10m、15m三个点，爆破效果需符合达到在5m的最大振动速度10cm/s、在15m处<3cm/s的要求。

微震动爆破参数和常规松动爆破参数对照表可参考图10。

6）下断面系统支护

出渣完成后，及时施作钢拱架及喷砼使整个支护封闭成环，自下卧断面掌子面开挖到到喷射混凝土完成需要50h，系统锚杆滞后3个循环，

⑺二衬仰拱

系统支护完成长度满足针梁台车作业长度需要，及时完成二衬仰拱部分施工，从掌子面开挖，到二衬仰拱完成循环时间需要12天，

⑻ 监控量测

监控量测贯穿整个施工过程，必测项目开展了拱顶下沉、洞周收敛、爆破振动、围岩松动圈监测，可选项目开展了钢拱架应力、锚杆应力监测，这些监测项目在上台阶施工中已经开展，在下台阶施工过程中继续对各监测点开展监测，监测这些项目的围岩变形速率是否满足前期的控制要求，如果不满足就加强支护，在掌子面开挖前至仰拱施工过程中，各监测项的监测频率为2次/天，其它阶段1次/天。

实施例3

1）施工准备：

监测上台阶支护及围岩状态，以收敛指标判定围岩稳定状态，所谓围岩稳定是指洞周变形速率小于收敛指标，待围岩稳定后开展下台阶施工，若收敛指标不能满足要求，则采用增设锚杆、补喷混凝土的措施加强上台阶的支护体系，上台阶围岩收敛速率小于0.2mm/天时，视围岩趋于稳定；

2）下台阶围岩开挖：

下台阶开挖高度为0.46倍隧道设计开挖高度，每循环进尺2m，单次爆破用药量达到250kg,完成开挖、出渣、捡底、支护所需时间48h，

第一步：反向开挖下台阶中槽

中槽尺寸拟定原则：倒梯形断面形式，深度h取下台阶高度一半，两侧预留宽度2.5m，坡率2：1；

中槽完全开挖长度6m，考虑载重车反向出渣需要，坡道长度为18m，完成开挖的中槽需及时施工拱墙部位预支护锚杆，喷混凝土；中槽开挖示意图如图3、图4所示。

第二步：反向开挖下台阶底部

在下台阶底部即中槽开挖后剩余部分开挖前，必须完成中槽两侧及掌子面预加固、喷射混凝土支护，采用微震动技术爆破，挖掘机配合自卸车出渣。

3）下台阶预加固：

第一步：中槽两侧拱墙部位预加固

中槽两侧预加固在中槽开挖成型后进行，其目是在开挖前先行对拱墙外侧400cm厚度的围岩进行加固，避免开挖后未进行系统支护前发生变形。

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=500cm，具体长度根据监测到的松动圈厚度确定。

玻璃纤维锚杆布置范围：拱脚以下400cm，

玻璃纤维锚杆布置参数：2排，具体排数根据中槽深度变化确定，间距1m×1m，梅花型布置，中槽两侧拱墙部位预加固示意图如图5、图6所示；

第二步：掌子面预加固

中槽预加固和喷射混凝土支护完成后，若上台阶围岩收敛变形速率小于0.2mm/天时，即可开展下台阶余下部分预加固施工，其目的与中槽预加固相同。

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=500cm，具体长度根据监测到的松动圈厚度确定。

布置范围：拱脚以下全部拱墙，

布置参数：竖向2排，间距与排拒60cm，外插角35°，梅花型布置；掌子面预加固示意图如图7、图8所示；

4）喷射混凝土临时支护

下台阶喷射混凝土临时支护，分中槽两侧和掌子面两步完成，其目的是封闭开挖后暴露的围岩，防止围岩局部吊块、遇水软化导致围岩进一步发生变形。

喷射混凝土材料：C30

喷射厚度：6cm

5）微震弱爆破开挖

中槽开挖爆破采用常规松动爆破技术，机械开挖，剩余部分落底开挖采用微震动爆破技术，微震动爆破技术的措施为：从浅孔、多眼少药、增加雷管段位、拉开段位时差、光面爆破等各方面进行控制。利用TC-4850等爆破测震仪对爆破震动进行测试与分析，同时结合围岩松动圈及其它监测项目的结果，对孔眼参数、装药密度、起爆网络进行优化，微震爆破设计参数表基本的爆破参数可参考图9，注意低段炮孔要少并跳段，10段以上的高段可同时起爆多个炮孔，但原则上不超过5个孔。

爆破振动布置三个测点，距离爆破点工作面起5m、10m、15m三个点，爆破效果需符合达到在5m的最大振动速度10cm/s、在15m处<3cm/s的要求。

微震动爆破参数和常规松动爆破参数对照表可参考图10。

6）下断面系统支护

出渣完成后，及时施作钢拱架及喷砼使整个支护封闭成环，自下卧断面掌子面开挖到到喷射混凝土完成需要48h，系统锚杆滞后2个循环，

⑺二衬仰拱

系统支护完成长度满足针梁台车作业长度需要，及时完成二衬仰拱部分施工，从掌子面开挖，到二衬仰拱完成循环时间需要11天，

⑻ 监控量测

监控量测贯穿整个施工过程，必测项目开展了拱顶下沉、洞周收敛、爆破振动、围岩松动圈监测，可选项目开展了钢拱架应力、锚杆应力监测，这些监测项目在上台阶施工中已经开展，在下台阶施工过程中继续对各监测点开展监测，监测这些项目的围岩变形速率是否满足前期的控制要求，如果不满足就加强支护，在掌子面开挖前至仰拱施工过程中，各监测项的监测频率为2次/天，其它阶段1次/天。

Claims (3)

1.一种高地应力软弱围岩隧道下台阶施工变形控制方法,在软弱围岩段采用上下台阶法开挖，其特征在于：待上台阶开挖成型、围岩变形趋于稳定后进行下台阶施工，下台阶开挖分两步完成，首先反向开挖下台阶中槽，中槽深度取下台阶一半、两侧预留宽度2.0～3.0m，坡率2：1；开挖完成后立即采用450-600cm的长玻璃纤维锚杆对中槽两侧拱墙预加固，完成锚杆施工后再喷射混凝土封闭；第二步先采用长玻璃纤维锚杆对下台阶掌子面及下台阶高度范围的拱墙进行二次预加固，完成加固后再进行剩余部分落底开挖，及时将支护封闭成环。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将下台阶分为两步开挖；

第一步开挖中槽，中槽开挖为长玻璃纤维锚杆预加固创造施工条件，第二步即开挖剩余部分。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）施工准备：

监测上台阶支护及围岩状态，以收敛指标判定围岩稳定状态，所谓围岩稳定是指洞周变形速率小于收敛指标，待围岩稳定后开展下台阶施工，若收敛指标不能满足要求，则采用增设锚杆、补喷混凝土的措施加强上台阶的支护体系，上台阶围岩收敛速率小于0.2mm/天时，视围岩趋于稳定；

（2）下台阶围岩开挖：

下台阶开挖高度为0.45～0.5倍隧道设计开挖高度，每循环进尺1.5～2.5m；

每循环进尺1.5～2.5m，单次爆破用药量达到200～300kg,完成开挖、出渣、捡底、支护所需时间45～55h，

第一步：反向开挖下台阶中槽

中槽尺寸拟定原则：倒梯形断面形式，深度h取下台阶高度一半，两侧预留宽度2.0～3.0m，坡率2：1；

中槽开挖宽度5～8m，坡道长度为15～20m，完成开挖的中槽需及时施工拱墙部位预支护锚杆，喷混凝土；

第二步：反向开挖下台阶底部

在下台阶底部即中槽开挖后剩余部分开挖前，必须完成中槽两侧及掌子面预加固、喷射混凝土支护，采用微震动技术爆破，挖掘机配合自卸车出渣；

（3）下台阶预加固：

第一步：中槽两侧拱墙部位预加固

中槽两侧预加固在中槽开挖成型后进行，

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=450～600cm，

玻璃纤维锚杆布置范围：拱脚以下300～500cm，

玻璃纤维锚杆布置参数：1～3排，间距1m×1m，梅花型布置；

第二步：掌子面预加固

中槽预加固和喷射混凝土支护完成后，即可开展下台阶余下部分预加固施工，其目的与中槽预加固相同，

预加固材料：φ25玻璃纤维锚杆，长度l=450～600cm，

布置范围：拱脚以下全部拱墙，

布置参数：竖向2～3排，间距与排拒50～100cm，外插角30～45°，梅花型布置；

（4）喷射混凝土临时支护

下台阶喷射混凝土临时支护，分中槽两侧和掌子面两步完成，

喷射混凝土材料：C30

喷射厚度：5～8cm

（5）微震弱爆破开挖

中槽开挖爆破采用常规松动爆破技术，机械开挖，剩余部分落底开挖采用微震动爆破技术；

（6）下断面支护

出渣完成后，及时施作钢拱架及喷砼使整个支护封闭成环，自下卧断面掌子面开挖到到喷射混凝土完成需要40～50h，系统锚杆滞后2～3个循环，

⑺二衬仰拱

系统支护完成长度满足针梁台车作业长度需要，及时完成二衬仰拱部分施工，从掌子面开挖，到二衬仰拱完成循环时间需要10～12天，

⑻ 监控量测

监控量测贯穿整个施工过程，必测项目开展了拱顶下沉、洞周收敛、爆破振动、围岩松动圈监测，监测这个项目的围岩变形速率是否满足前期的控制要求，如果不满足就加强支护，选择项目开展了钢拱架应力、锚杆应力监测，在掌子面开挖前至仰拱施工过程中，各监测项的监测频率为2次/天，其它阶段1次/天。