CN103244133B - 煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法 - Google Patents

煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法,包括对上台阶弧导部分(1)实施铣挖切槽,上台阶弧导部分(1)切槽完成后,进行初期支护,形成稳定的承载拱,然后对下台阶左侧边墙部分(4)、下台阶右侧边墙部分(3)进行下台阶两侧边墙铣挖切槽,并施作初期支护,最后对上台阶核心土部分(2)、下台阶核心土部分(5)进行核心土钻孔、装药、起爆作业,通风后出渣,重复上述步骤,直至整个隧道开挖结束。该工法充分发挥了机械铣挖法和钻爆法的优势,采用机械铣挖实现了隧道轮廓的精确成型,围岩扰动小,超欠挖控制效果好,作业环境及施工安全性高,减小了超欠挖,保护了围岩,提高了围岩自身承载能力,避免大变形及局部塌方。

Description

煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法,属于隧道施工工法技术 领域。
背景技术
[0002] 中国专利公报于2010年2月3日公开了专利申请号为200910305045. 9、专利名称 为《海底隧道断层破碎带铣挖支护施工方法》的发明专利。该专利技术使用铣挖机对隧道的 上半部分沿隧道轮廓进行刻槽,安装钢格栅后对上半部分中间岩体进行铣挖(全部用铣挖 机作业完成),然后进行下半部分的铣挖或先进行爆破开挖,预留50~100cm的铣挖层,待 爆破后,使用铣挖机进行轮廓铣挖。该专利技术适用于海底破碎地层,其适用的断面小,对 上半部分中间岩体使用铣挖作业,工作效率较低,铣挖过程中无法进行其它工序;再者对下 半部分中间岩体若使用铣挖作业,同样存在工作效率低的问题,若使用爆破作业,并预留铣 挖层,那么在复杂的地层隧道中,爆破时其冲击力会通过预留铣挖层传递到周边岩体中,可 能引起周边岩体塌方等问题。随着我国交通基础建设的快速发展,特别是西部大开发战略 的不断推进,山区高速公路快速发展,为缩短公路里程、适应山区地形、节省投资,减少耕地 占用,隧道成为很重要的一种公路结构形式。目前隧道开挖施工主要根据新奥法原理,开挖 方法分为机械切削法和钻爆法两种,但限于掘进机、劈石机、TBM等大型机械设备价格昂贵、 维修困难、工效低等因素,实际工程中以钻爆法为主,在未来隧道建设中仍将占据着重要地 位。新奥法强调通过光面或预裂爆破方法降低爆破振动,减少对隧道围岩和支护体系的振 动影响,最大限度地保护围岩,控制爆破对围岩体的损伤程度,减少超欠挖,充分利用围岩 的自承载能力。光面爆破技术在隧道钻爆法施工中被确认为控制周边超欠挖的标准方法 之一,它对地质条件适应性强、有着开挖质量控制好、节约支护成本等优点,能有效提高开 挖作业的工作效率。根据市场调研以及我公司大量的隧道工程实践,光面爆破技术在I~ III级硬质围岩掘进中获得较好的应用效果,但在节理发育的IV、V、VI级中等硬度或较软围 岩体中应用时往往效果不佳,爆破扰动大,超欠挖严重,拱顶部位常出现不同程度的掉块或 塌方问题。在偏软的IV、V、VI级围岩中应用时,除了上述问题,还面临围岩大变形和初支 倾斜等难题。调查统计表明,出现上述问题的主要原因一方面是隧道施工控制问题,如隧道 开挖台阶长度过长、初期支护未及时封闭成环和二次衬砌未及时跟进导致围岩失稳等,另 一方面是源于钻爆法自身的缺陷,如对围岩扰动深、爆破振动大、变形不易控制等,仅通过 光爆优化无法从根本上解决钻爆工法的不足。贵州是我国南方产煤大省,煤系地层分布广 泛,随着西部高速公路建设的快速发展,大量公路隧道将不可避免地穿越煤系地层,煤系地 层是隧道建设中的不良地质现象,直接关系到隧道施工及营运的安全,围岩级别多为IV~ VI级软弱破碎岩体,实际工程中除了面临防突、防瓦斯等安全问题,还面临大变形、塌方及 冒顶等难题,施工风险高,难度大。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于:提供一种煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法,解决煤系 地层隧道在施工时对于节理发育的IV、V、VI级中等硬度或较软围岩体钻爆施工时引起的 爆破扰动大、超挖严重、局部塌方不断的技术难题以及煤层瓦斯隧道具有高风险等施工问 题。
[0004] 本发明的技术方案:一种煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法,根据上下台阶 法将煤系地层隧道横断面划分为上台阶弧导部分、上台阶核心土部分、下台阶右侧边墙部 分、下台阶核心土部分以及下台阶左侧边墙部分,对于各部的施工按如下步骤进行:
[0005] A、对上台阶弧导部分实施铣挖切槽;
[0006] B、上台阶弧导部分切槽完成后,进行初期支护,形成稳定的承载拱;
[0007] C、对下台阶左侧边墙部分、下台阶右侧边墙部分进行下台阶两侧边墙部分铣挖切 槽,并施作初期支护;
[0008] D、对上台阶核心土部分、下台阶核心土部分进行核心土钻孔、装药、起爆作业,通 风后出渣;
[0009] E、重复步骤A~D,直至整个隧道开挖结束。
[0010] 上述的煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法,所述步骤C中对下台阶左侧边墙 部分、下台阶右侧边墙部分连续铣挖作业时,保持左、右边墙部分纵向错开2~3榀,待一侧 施作完成初期支护后,再进行另一侧边墙铣挖切槽并施作初期支护。
[0011] 上述的煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法,所述步骤B中对上台阶弧导部分 施作初期支护的时候,同时进行步骤C。
[0012] 本发明的有益效果:与现有的隧道施工工法相比,本发明所述的煤系地层隧道铣 挖与爆破联合施工工法,由机械切削法和正台阶钻爆法衍变而来,严格遵循"短开挖、快支 护、勤量测、紧封闭、早成环、稳中求快"的新奥法施工原则,根据不同围岩级别,选择上下台 阶法或三台阶法将隧道断面划分为三部分或四部分,超前支护施作完成后,采用铣挖机沿 着上台阶隧道轮廓线自下而上进行分部预切槽,切槽完毕后施作初喷混凝土、架立钢支撑、 锚网施作、复喷混凝土作业。完成上台阶初支作业后,按上述工序进行下台阶周边机械切槽 作业,并施作边墙两侧初期支护。完成初支施作后,分别进行上下台阶核心土钻孔、装药、起 爆作业,通风后出渣,按上述工序进行下一循环。该工法在隧道施工中具有以下优点:
[0013] 1、该工法适用于节理发育的IV、V、VI级中硬强度围岩体大断面公路隧道、铁路隧 道及临近建筑物而对减震要求较高的市政等地下隧道工程。
[0014] 2、该工法充分发挥了机械铣挖法和钻爆法的优势,采用机械铣挖实现了隧道轮廓 的精确成型,围岩扰动小,超欠挖控制效果好,作业环境及施工安全性高,减小了超欠挖,保 护了围岩,提高了围岩自身承载能力,避免大变形及局部塌方。
[0015] 3、对于IV、V、VI级围岩核心土采用钻爆法掘进,充分发挥钻爆对于地质条件适应 性强、开挖作业的工作效率高等优点。
[0016] 4、在对上台阶弧导部分施作初期支护的时候,可同时进行下台阶边墙部分铣挖以 及初期支护,工作效率提高,加快了工程进度,缩短了整个施工时间,降低了生产成本。
[0017] 5、对上台阶弧导部分以及下台阶边墙部分完成铣挖工作后,再对上、下台阶核心 土部分进行爆破作业,避免了爆破冲击力对周边岩体的影响,核心土使用爆破作业,加快了 施工进度,提高了工作效率。
[0018] 6、使用铣挖机对隧道进行铣挖工作,提高了隧道施工的机械化程度,铣挖设备操 作简单,可控性高,提高了施工的安全性。
[0019] 7、对IV、V、VI级围岩周边采用铣挖机进行铣挖工作,取消了围岩周边眼的钻孔作 业,工人的劳动强度大为降低,同时也提高了施工安全性。
附图说明
[0020] 图1为本发明施工隧道横断面示意图;
[0021 ] 图2为本发明施工隧道纵向剖视图;
[0022] 图标记:1_上台阶弧导部分,2-上台阶核心土部分,3-下台阶右侧边墙部分,4-下 台阶左侧边墙部分,5-下台阶核心土部分,6-仰拱部分。
具体实施方式
[0023] 本发明的实施例:一种煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法,根据上下台阶法 将煤系地层隧道的横断面划分为如附图1和附图2所示几个部分,上台阶弧导部分1、上台 阶核心土部分2、下台阶右侧边墙部分3、下台阶核心土部分5以及下台阶左侧边墙部分4, 对于各部的施工按如下步骤进行:
[0024] A、采用ER100型艾卡特铣挖机对上台阶弧导部分1自上台阶两侧拱脚部位开始, 沿着隧道设计轮廓线向拱顶逐步实施预切槽,确保切槽轮廓圆顺,切槽宽度距两边开挖轮 廓各1. 5米,拱部1. 8米,根据施工作业需要,局部可适当修整加宽。根据不同围岩级别每 一次开挖循环进尺0. 5m~1. 0m (1~2丨品拱架)。开挖断面中间留核心土,核心土长2~ 3米之间,考虑铣挖机作业,上台阶开挖高度宜为3~4米左右;
[0025] B、上台阶弧导部分1切槽完成后,及时进行初喷混凝土、架立钢支撑、锚网施作系 统支护,架设工字钢架,具体支护参数见表1,并保证钢拱架与围岩密贴,并复喷至设计厚 度,形成稳定的承载拱,当拱脚承载力不足时,要特别加强每一分部锁脚锚杆或锚管的施 作,锁脚锚杆宜采用水平或小于10°的小角度向下打设,按2根1组打设焊接在工字钢上, 必要时采取扩大拱脚局部,增加喷射混凝土厚度,工字钢下纵向垫25槽钢,以加大初期支 护整体刚度;
[0026] C、对下台阶左侧边墙部分4、下台阶右侧边墙部分3进行下台阶两侧边墙铣挖切 槽,并施作初期支护,铣挖切槽沿两侧交错进行、及时接腿(型刚拱架下台阶部分接长)、及 时封闭,悬空长度不超过2榀拱架,施工中,使同一断面处暴露开挖面仅限于一侧;
[0027] D、完成上、下台阶周边铣挖刻槽,并进行初期支护作业完成后,对上台阶核心土部 分2、下台阶核心土部分5进行核心土钻孔、装药、起爆作业,通风后出渣,两部分核心岩体 同时爆破,也可以分开进行,以施工组织确定;
[0028] E、重复步骤A~D,直至整个隧道开挖结束。
[0029] 而在上述步骤C中对下台阶左侧边墙部分4、下台阶右侧边墙部分3连续铣挖作业 时,应保持左、右边墙纵向错开2~3榀,待一侧施做完成初喷混凝土、架立钢支撑、锚网施 做、复喷混凝土作业后,再进行另一侧边墙铣挖切槽并施作初期支护。若两边型钢支撑同时 处于悬空状态,易造成隧道拱顶塌陷,错开后一边悬空,有一边还处于支撑状态。
[0030] 同时为了加快施工进度,在实施步骤B对上台阶弧导部分1施做初期支护的时候, 同时进行步骤c。
[0031] 而在对隧道正式掘进前,应按设计要求完成超前地质预报,根据超前地质预报和 掌子面揭露岩体情况综合确定围岩级别,根据围岩级别优化设计和施工方案。根据具体围 岩级别,可有选择性的采用超前锚杆、超前导管注浆、超前管棚等措施固结破碎岩体。首先 喷射砼封闭开挖轮廓面和掌子面,后钻孔并安设超前锚杆、超前小导管。钻孔直径大于钢管 直径20mm以上,超前小导管按环向间距VI级围岩35cm每排45根、V级围岩40cm每排37 根,IV级围岩35cm每排27根,辅射角为10°~15°,导管用直径42mm,壁厚4mm的钢管制 作,每根长4m,纵向排距为2m,钢管前端加工成锥形,尾部焊接加劲箍,钢管周壁钻纵向间 距为15cm,孔径为Φ6πιπι的压浆孔。超前锚杆或小导管全部焊接于型钢支撑上。具体参数 见表1。
[0032] 而在对核心土出渣完成后应马上开挖仰拱部分6,施做仰拱砼,使其尽早封闭成 环,使结构受力更加合理。为尽快封闭成环3~5m开挖一次,仰拱铺底采用人工配合短臂 挖掘机捡底,捡底处配有过轨梁、浮放道岔等设备,减少了施工干扰。开挖完后安装初期支 护的钢支撑和仰拱钢筋同时绑扎,浇注砼,待砼终凝固一天后回填,再往前推进施工。
[0033] 整个隧道施工全过程中应做好量测工作,量测项目主要有拱顶下沉和水平收敛, 以及开挖面的地质与支护状况。观察为主,及时量测,及时分析反馈,施工支护的调整及施 作二次支护时间必须依据量测资料的回归分析判定,防止超限或塌方。根据围岩量测结果 及时在初期支护的基础上跟进施作二次衬砌,采用可调式衬砌模板台车,砼在洞外自动计 量拌合站生产,利用砼运输车运至洞内,通过导管压灌到已定位的衬砌台车模型中进行全 断面衬砌。二次衬砌的施作时间,应满足下列条件:1、各测试项目所显示的位移率明显减缓 并已基本稳定。2、各项收敛速度小于0. 2mm/d,或拱顶位移速度小于0. 15mm/d。3、已产生 的各项位移,已达预计位移总量的80~90%。4、初期支护表面没有再发展的明显裂缝。变 形管理等级见表2。
[0034] 表1隧道支护参数
Figure CN103244133BD00061
Figure CN103244133BD00071

Claims (1)

1. 一种煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法,其特征在于根据上下台阶法将煤系 地层隧道横断面划分为上台阶弧导部分(1)、上台阶核心土部分(2)、下台阶右侧边墙部分 (3)、下台阶核心土部分(5)以及下台阶左侧边墙部分(4),对于各部分的施工按如下步骤 进行: A、 完成超前地质预报,确定围岩级别,然后喷射砼封闭开挖轮廓面和掌子面,后钻孔并 安设超前锚杆、超前小导管或超前管棚,超前小导管VI级围岩按环向间距35cm每排45根、 V级围岩按环向间距40cm每排37根,IV级围岩按环向间距35cm每排27根,辅射角均为 10°~15°设置,然后对上台阶弧导部分(1)实施铣挖切槽,切槽宽度为:距两边开挖轮廓 各1. 5米,拱部1. 8米,每一次开挖循环进尺0. 5m~1. 0m,开挖断面中间留核心土 2~3 米,上台阶开挖高度为3~4米; B、 上台阶弧导部分(1)切槽完成后,进行初期支护,形成稳定的承载拱,初期支护时锁 脚锚杆采用水平或小于10°的小角度向下打设,按2根1组打设焊接在工字钢上,并扩大拱 脚局部,增加喷射混凝土厚度,工字钢下纵向垫槽钢; C、 对上台阶弧导部分(1)施作初期支护的时候,同时对下台阶左侧边墙部分(4)、下台 阶右侧边墙部分(3)进行下台阶两侧边墙铣挖切槽,并施作初期支护,同一边墙部分悬空长 度不超过2榀拱架,连续铣挖作业时,保持左侧、右侧边墙部分纵向错开2~3榀拱架,待一 侧施作完成初期支护后,再进行另一侧边墙铣挖切槽并施作初期支护; D、 对上台阶核心土部分(2)、下台阶核心土部分(5)进行核心土钻孔、装药、起爆作业, 通风后出渣,然后开挖仰拱部分(6),每次开挖3~5m后施做仰拱砼; E、 重复步骤A~D,直至整个隧道开挖结束,开挖过程中及时跟进施作二次衬砌,二次 衬砌施作时应满足以下条件: I、 各测试项目所显示的位移率减缓并已稳定; II、 各测试项目收敛速度小于0. 2mm/d或拱顶位移速度小于0. 15mm/d; III、 已产生的各项位移,已达预计位移总量的80~90% ; IV、 初期支护表面没有在发展的裂缝。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107524124A (zh) * 2017-09-18 2017-12-29 国家电网公司 一种抽水蓄能电站地下厂房岩壁吊车梁部位开挖施工方法
CN108204236A (zh) * 2017-12-29 2018-06-26 中铁五局集团有限公司 预留光爆层隧道分块同步施工全断面开挖方法
CN108166981B (zh) * 2017-12-31 2019-10-15 中铁十九局集团第二工程有限公司 隧道软岩大变形段施工工艺
CN109026065B (zh) * 2018-07-25 2020-01-17 中铁十六局集团有限公司 一种隧道二次衬砌零缺陷施工方法
CN111237001A (zh) * 2020-01-13 2020-06-05 中电建十一局工程有限公司 水电站交通洞群施工方法
CN110989366B (zh) * 2020-03-04 2020-07-03 中国铁建重工集团股份有限公司 掘进机的控制方法、掘进机与计算机可读存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101638989A (zh) * 2009-07-30 2010-02-03 中铁二局股份有限公司 海底隧道断层破碎带铣挖支护施工方法
CN102042019A (zh) * 2010-11-11 2011-05-04 中铁十三局集团第四工程有限公司 浅埋大跨软塑粘土隧道两台阶五步开挖的施工方法
KR20120005680A (ko) * 2010-07-09 2012-01-17 (주)한국투아치 파일럿 터널을 적용한 다단 굴착 방식의 터널 시공방법
CN102678126A (zh) * 2012-05-15 2012-09-19 中国建筑第六工程局有限公司 山岭隧道软弱围岩破碎带或浅埋偏压地段的开挖方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101638989A (zh) * 2009-07-30 2010-02-03 中铁二局股份有限公司 海底隧道断层破碎带铣挖支护施工方法
KR20120005680A (ko) * 2010-07-09 2012-01-17 (주)한국투아치 파일럿 터널을 적용한 다단 굴착 방식의 터널 시공방법
CN102042019A (zh) * 2010-11-11 2011-05-04 中铁十三局集团第四工程有限公司 浅埋大跨软塑粘土隧道两台阶五步开挖的施工方法
CN102678126A (zh) * 2012-05-15 2012-09-19 中国建筑第六工程局有限公司 山岭隧道软弱围岩破碎带或浅埋偏压地段的开挖方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
两水隧道软岩铣挖法施工技术;孙伟刚等;《现代隧道技术》;20110415;第48卷(第2期);第170-173页 *
铁路隧道下穿高速公路施工技术研究;曹磊;《铁道标准设计》;20121220;第126-129页 *

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