CN106288987A - 一种小净距上下交叉隧道施工工法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小净距上下交叉隧道施工工法，包括施工准备、使用雷达检查隧道结构、爆破震动理论研究、爆破振动效应数值模拟、爆破技术设计、爆破施工、循环施工等步骤，通过使用SIR‑3000型地质雷达及400MHz高频屏蔽天线进行探测隧道衬砌背后情况，以连续剖面记录方式采集数据，每5m作一个测量标记，记录长度为40ns(纳米/毫微秒)，采样率为512样点数/扫描。本发明的有益效果是：本发明用于在既有隧道的基础上新建小净距交叉隧道，通过使用雷达检测既有隧道，能够准确地检测出既有隧道受损情况，避免施工时，对既有隧道造成破坏，从而保证既有隧道的安全，并避免影响既有隧道正常营运。
Description
技术领域
本发明涉及领域，具体的说，是一种小净距上下交叉隧道施工工法。
背景技术
我国属于多山国家，近几年随着国家公路网建设的实施和西部大开发战略的深入，涌现出大量的隧道工程。在隧道选型时，如采用分离式隧道，隧道左、右线净距要求较大，道路或桥梁与隧道接线处三角过渡区较大，导致土地使用量也较大，由于受征地条件或地形情况的制约，需要减少左、右线隧道之间的净距，可以采用小净距隧道型式或连拱隧道型式。而连拱隧道施工工序繁多，造价较高，对施工技术要求也更加严格，目前山岭隧道主要采用小净距隧道型式。小净距隧道双洞的中夹岩柱宽度介于连拱隧道和双线隧道之间，一般小于1.5倍隧道开挖断面的宽度。
小净距隧道施工时，由于新建隧道与既有隧道交角小(夹角17°50′)、距离近(岩层净距约13.85m)，新建隧道的施工将不可避免的对既有隧道产生影响。因此，既保证新建隧道的施工安全，又使既有隧道稳定，确保既有线行车安全是施工中必须解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不影响既有隧道正常营运、施工效率高的小净距上下交叉隧道施工工法。
本发明通过下述技术方案实现：一种小净距上下交叉隧道施工工法，包括以下几个步骤：
步骤S1：施工准备；
步骤S2：使用雷达检查隧道结构；
步骤S3：爆破震动理论研究；
步骤S4：爆破振动效应数值模拟；
步骤S5：爆破技术设计；
步骤S6：爆破施工；
步骤S7：循环施工。
所述的步骤S2中，通过使用SIR-3000型地质雷达及400MHz高频屏蔽天线进行探测隧道衬砌背后情况，以连续剖面记录方式采集数据，每5m作一个测量标记，记录长度为40纳米/毫微秒，采样率为512样点数/扫描。
所述的步骤S2中，若扫描后发现隧道的结构不安全，则需要进行隧道加固。
所述的步骤S3中，包括以下几个步骤：
S301：地下工程近接施工一般力学原理研究；
S302：小净距上下交叉隧道爆破振动动力学原理研究；
S303：岩土中的爆炸理论研究；
S304：得出爆破振动速度限值。
所述的步骤S4中，包括以下几个步骤：
步骤S401：建立数学模型；
步骤S402：振动速度分析；
步骤S403：应力分析；
步骤S404：得出结论。
所述的步骤S5中，包括以下几个步骤：
步骤S501：选择爆破方案；
步骤S502：规划爆破区域；
步骤S503：爆破参数设计；
步骤S504：起爆方式以及网路设计。
所述的步骤S6中，包括以下几个步骤：
步骤S601：爆破分区开挖
步骤S602：控制爆破。
所述的步骤S602中，爆破的过程中需要使用爆破测试系统进行爆破振动监测。
所述的爆破测试系统包括传感器、与传感器电连接的中间交换器和与中间交换器电连接的记录装置。
所述的记录装置为IDTS3850爆破振动记录仪。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明用于在既有隧道的基础上新建小净距交叉隧道，通过使用雷达检测既有隧道，能够准确地检测出既有隧道受损情况，避免施工时，对既有隧道造成破坏，从而保证既有隧道的安全，并避免影响既有隧道正常营运；
(2)本发明通过使用SIR-3000型地质雷达及400MHz高频屏蔽天线进行探测，其扫描速率跨度范围广，具有实行性强的优点，能够提高扫描效率，使得探测效率高、探测精度高；
(3)本发明通过对既有隧道进行加固，有利于提高既有隧道的稳定性，避免后续施工对既有隧道造成破坏，保证行车安全；
(4)本发明通过进行爆破震动理论研究，有利于通过一爆破振动速度为基准，来推断结构物的受害界限，以便于控制爆破使开挖岩石的震动速度最小，以此避免影响既有隧道结构和行车安全；
(5)本发明通过爆破振动效应数值模拟，有利于通过建立数学模型分析爆破产生的爆破载荷、应力波对既有隧道的影响，并计算得到既有隧道衬砌的应力分布，以此便于通过控制爆破参数避免爆破对既有隧道造成影响。
附图说明
图1为爆破分区开挖示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
一种小净距上下交叉隧道施工工法，包括以下几个步骤：
步骤S1：施工准备；
步骤S2：使用雷达检查隧道结构，本实施例中，通过使用SIR-3000型地质雷达及400MHz高频屏蔽天线进行探测隧道衬砌背后情况，以连续剖面记录方式采集数据，每5m作一个测量标记，记录长度为40纳米/毫微秒，采样率为512样点数/扫描，通过使用雷达能够得到直观的异常图像，并且具有工作效率及分辨率高等优点，通过使用SIR-3000型地质雷达及400MHz高频屏蔽天线进行探测，其扫描速率跨度范围广，具有实行性强的优点，能够提高扫描效率，使得探测效率高、探测精度高。若扫描后发现隧道的结构安全则进行下一步，若扫描后发现隧道的结构不安全，则需要进行隧道加固，隧道加固包括以下几个步骤；
步骤S201：加工钢架，采用I16工字钢制成与既有隧道衬砌结构相匹配的支撑架；
步骤S202：在既有隧道的加固范围内，经过测量放线，在既有隧道衬砌上做出标记，按照标记，在拱脚通过使用RT-28风枪进行打孔，孔深为2.5m，锁脚锚杆采用Ф22钢筋，长度为2.5m，锚杆安设前，将管状锚固剂充分润湿，然后依次将其送入孔内，深度保证1.5m，最后将锚杆送入孔内，使锚固剂从孔内冒出为宜，锚杆外漏30cm，最后将其扭弯，充分与钢架连接，并焊接牢固。在起拱处通过使用RT-28风枪进行打孔，孔深为0.8m，锚杆安设前，将管状锚固剂充分润湿，然后依次将其送入孔内，深度保证0.5m，最后将锚杆送入孔内，使锚固剂从孔内冒出为宜，起拱处的锚杆采用Ф22钢筋，长度为1m，安装锚杆时，使锚杆外露20cm，最后将其扭弯，充分与钢架连接，并焊接牢固。安装钢架时，需要整钢架与衬砌充分接触，若有间隙，则设置垫板；
步骤S3：爆破震动理论研究，包括以下几个步骤：
S301：地下工程近接施工一般力学原理研究，对于完整的、强度比较高的围岩条件，开挖隧道洞室周围多处于弹性状态，对其影响范围的计算可以通过弹性力学的有关理论结合工程实际情况进行分析；对于破碎的、强度比较低的围岩条件，开挖隧道洞室周围多处于塑性状态，对其影响范围的计算可以通过弹塑性力学的有关理论和工程实际情况进行分析；
S302：小净距上下交叉隧道爆破振动动力学原理研究；
S303：岩土中的爆炸理论研究，爆破振动与地震相比具有频率高的特点，因此，把振动速度换算成加速度值时，会达到很大的数值，用振动加速度来推断结构物的受害限界是不可行的，爆破振动的研究以振动速度的测量和分析为依据，主要是离既有隧道距离近，应采用控制爆破使开挖范围外岩石振动速度最小，使之不影响既有隧道结构和行车安全；
S304：得出爆破振动速度限值，通过对爆破振动破坏机理的研究，为爆破振动效应数值模拟奠定了理论基础，同时，经过对爆破振动影响控制标准进行了研究，提出了本隧道施工时对既有隧道的爆破振动速度限值为不超过5cm/s。
步骤S4：爆破振动效应数值模拟，包括以下几个步骤：
步骤S401：建立数学模型，建立三维模型；
步骤S402：振动速度分析；
步骤S403：应力分析，根据建立的模型，计算被考察的衬砌截面的应力分布；
步骤S404：得出结论：
结论1：交叉处既有隧道截面质点振动，垂直振速峰值较大区域主要在拱顶处，并逐渐向下衰减，水平振速峰值向下先增大后减小，垂直振速峰值在截面全域上都大于水平振速峰值。应力波主要以纵波向下传播，随着距离的增加逐渐衰减，面波向下传播先增大，在拱与边墙交点处达到最大，随后开始衰减；
结论2：在爆炸冲击荷载作用下，若荷载量级上达到破坏混凝土时，拱顶混凝土的破坏主要为横向与轴线方向产生的拉伸破坏，因此，当拉伸应力超过混凝土的抗拉强度时，在隧道轴向与横向会出现拉伸裂纹，而在拱与边墙交点处的隧道衬砌先拉伸后压剪破坏，随着应力波的传播，在隧道边墙的破坏主要受竖向产生的拉伸应力，底板处单元主要受横向的拉伸作用而破坏。
步骤S5：爆破技术设计，包括以下几个步骤：
步骤S501：选择爆破方案，由于爆破规模较大的全断面开挖或上下台阶法开挖不能有效控制爆破震动，本实施例中，选择三台阶掘进浅眼多循环微差控制爆破方案；
步骤S502：规划爆破区域，如图1所示，第一阶段先开挖上部的A区；第二阶段开挖下部的B区，B区开挖时可借用A区创造的临空面，减小对既有隧道的影响；第二阶段开挖下部的C区，C区开挖时可借用B区创造的临空面，产生的震动大大减小；
步骤S503：爆破参数设计，包括以下几个步骤：
步骤S5031：掏槽形式的确定：采用楔形掏槽；
步骤S5032：爆破参数的选取，为使爆破振动速度控制在5cm/s以内，爆破设计时采用3cm/s进行控制，反算爆破参数。在新旧隧道间距范围内取不同的爆心距R的值并用萨道夫斯基的爆破振动速度公式计算，所得不同爆心距下允许的最大分段药量Q如下表1所示：
| R(m) | 13.85 | 15 | 18 | 20 | 22 | 24 | 25 | 26 | 28 | 30 |
| Q(Kg) | 9.75 | 12.38 | 21.40 | 29.36 | 39.08 | 50.73 | 57.73 | 64.50 | 80.56 | 99.09 |
表1
为减小新建隧道对既有隧道的震动危害，须对爆破进尺进行控制。根据隧道的围岩状况和当地供应爆破器材的情况，确定爆破循环进尺为1.0m。
步骤S504：起爆方式以及网路设计，掏槽孔的布置：楔形掏槽时掏槽孔与开挖面成一定角度，角度较小时爆破效果较好，但钻孔困难且影响辅助孔的布置；角度大，炮孔深度大，掏槽效果差。考虑到循环进尺较小，将掏槽孔的角度取为63.5°，掏槽孔的深度要比循环进尺适当加深；
辅助孔的布置：辅助孔的布置主要是确定炮孔间距和最小抵抗线，这两个参数应根据岩石的坚硬程度和孔深来确定，根据围岩的具体情况、炮孔的不同分区，取孔深为1.2m，孔间距为0.7～0.8m；
周边孔的布置：工程实际中，为形成光滑的轮廓面，光爆孔间距a光一般取得较小，考虑到围岩为Ⅲ～Ⅳ类，取a光＝0.5m，光爆孔的最小抵抗线W光＝(1.0～1.5)a光，取W光＝0.5～0.7m，线装药密度为0.06～0.15Kg/m。靠既有隧道一侧的周边孔，每两个装药孔之间设一空孔，作为减震导向孔，空孔与光爆孔的间距为0.25m；
炮孔装药量计算Q＝KWah，式中K为单位耗药量，取K＝0.5～1.0Kg/m3，具体取值视岩体情况和炮孔所在分区的不同而定；a为炮孔间距；W为最小抵抗线；h为炮孔深度。
步骤S6：爆破施工，起爆方式采用非电起爆系统，起爆器材选用非电毫秒延期雷管。根据当地所供应雷管的最高段别，爆破网路设计时，按1～15段设计。为保证既将爆破引起的振动速度控制在允许范围以内，又能获得较好的爆破效果，便于铲装、运输的顺利进行，必须严格限制单段最大装药量的同时，尽可能使掏槽孔、各类同排炮孔同时起爆。爆破的过程中需要使用爆破测试系统进行爆破振动监测，所述的爆破测试系统包括传感器、与传感器电连接的中间交换器和与中间交换器电连接的记录装置，所述的记录装置为IDTS3850爆破振动记录仪；
步骤S7：循环施工。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种小净距上下交叉隧道施工工法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤S1：施工准备；
步骤S2：使用雷达检查隧道结构；
步骤S3：爆破震动理论研究；
步骤S4：爆破振动效应数值模拟；
步骤S5：爆破技术设计；
步骤S6：爆破施工；
步骤S7：循环施工。
2.根据权利要求1所述的一种小净距上下交叉隧道施工工法，其特征在于：所述的步骤S2中，通过使用SIR-3000型地质雷达及400MHz高频屏蔽天线进行探测隧道衬砌背后情况，以连续剖面记录方式采集数据，每5m作一个测量标记，记录长度为40纳米/毫微秒，采样率为512样点数/扫描。
3.根据权利要求2所述的一种小净距上下交叉隧道施工工法，其特征在于：所述的步骤S2中，若扫描后发现隧道的结构不安全，则需要进行隧道加固。
4.根据权利要求1所述的一种小净距上下交叉隧道施工工法，其特征在于：所述的步骤S3中，包括以下几个步骤：
S301：地下工程近接施工一般力学原理研究；
S302：小净距上下交叉隧道爆破振动动力学原理研究；
S303：岩土中的爆炸理论研究；
S304：得出爆破振动速度限值。
5.根据权利要求1所述的一种小净距上下交叉隧道施工工法，其特征在于：所述的步骤S4中，包括以下几个步骤：
步骤S401：建立数学模型；
步骤S402：振动速度分析；
步骤S403：应力分析；
步骤S404：得出结论。
6.根据权利要求1所述的一种小净距上下交叉隧道施工工法，其特征在于：所述的步骤S5中，包括以下几个步骤：
步骤S501：选择爆破方案；
步骤S502：规划爆破区域；
步骤S503：爆破参数设计；
步骤S504：起爆方式以及网路设计。
7.根据权利要求1所述的一种小净距上下交叉隧道施工工法，其特征在于：所述的步骤S6中，包括以下几个步骤：
步骤S601：爆破分区开挖
步骤S602：控制爆破。
8.根据权利要求7所述的一种小净距上下交叉隧道施工工法，其特征在于：所述的步骤S602中，爆破的过程中需要使用爆破测试系统进行爆破振动监测。
9.根据权利要求8所述的一种小净距上下交叉隧道施工工法，其特征在于：所述的爆破测试系统包括传感器、与传感器电连接的中间交换器和与中间交换器电连接的记录装置。
10.根据权利要求9所述的一种小净距上下交叉隧道施工工法，其特征在于：所述的记录装置为IDTS3850爆破振动记录仪。
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