CN111305877B - 一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其包括:S1、提供整体超前地质报告;S2、提供现场预测报告;S3、超前支护施工;S4、超前应力释放;S5、隧道开挖;S6、针对涌水进行排水处理;S7、初期支护施工;S8、初期支护完成后,对预测的岩爆发生部位进行注浆加固;S9、在钢纤维混凝土表面敷设一层防水层,并使用土工布防护;而后进行仰拱和二衬施工;本发明的高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,能够提前预测岩爆发生的可能性并采取相应措施降低或避免岩爆的发生,以保障施工人员和机械设备的安全,且保障工序循环时间和施工进度。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域,具体涉及为一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法。
背景技术
随着国家交通建设的大力发展,伴随我国施工事业的不断发展以及施工技术的不断创新,隧道等岩石作业工程越来越多,随着岩体深度的增加,地质环境更为复杂,地应力更高,开挖诱发的工程地质灾害岩爆更加突出、严重。岩爆是地下工程开挖过程中,硬脆性围岩受地应力分异和集中的影响致使储存于岩体中的弹性应变能突然释放,而产生爆裂松脱、剥离、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。
岩爆对隧道施工影响极大,其发生时可能对人员和机械造成伤亡和损失,掌子面作业人员和机械设备必须撤离躲避,且岩爆发生的不确定性容易导致施工人员产生不安情绪,同时,岩爆发生后形成的爆坑或超挖部分必须进行回填并喷锚平顺处理以消除隐患;综上可知,岩爆一方面可能造成人员或机械损失、施工风险大,另一方面可能增加工程成本,影响工序循环时间和施工进度。
因此,现提供一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,以提前预测岩爆发生的可能性并采取相应措施降低或避免岩爆的发生,以保障施工人员和机械设备的安全,且保障工序循环时间和施工进度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其包括:
S1、提供整体超前地质报告:根据勘测资料进行概念模型建模及数学模型建模工作,通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道开挖工序的模拟,初步确定施工区域地应力的数量级、施工过程中可能出现岩爆的部位及里程、及各部位的岩爆等级;
S2、提供现场预测报告:对即将施工的未完成段进行现场预测,将即将施工的未完成段的预测结果与已完成段的实测结果进行类比,确定即将施工的未完成段出现岩爆的部位和各部位的岩爆等级,并调整开挖技术;
S3、超前支护施工:采用直径为26-30mm的超前锚杆对掌子面前方围岩进行锁定,所述超前锚杆的长度为3-3.4m,外插角根据实际情况进行调整,保证在一个循环的爆破之后仍有一部分锚杆存留在岩体中,对掌子面起加固作用;
S4、超前应力释放:施工时在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前应力释放孔,超前应力释放孔的直径为40-75mm,每一个循环布置4~12个孔,深度4-4.5m,外插角25°-35°;若预测到地应力较高,则在超前应力释放孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂,或向超前应力释放孔内压水,以避免应力集中现象的出现;
S5、隧道开挖:采用光面爆破技术进行开挖,周边眼间距40-45cm,隧道开挖进尺小于2.5m;爆炸后立即向掌子面及掌子面后方的隧道周边喷洒高压水,保持洞壁湿润,接着进行爆后出渣处理,出渣处理过程中继续喷洒高压水;
S6、针对涌水进行排水处理:包括涌水作业面处理以及设置排水系统与涌水出水头连接,在涌水正坡段时由排水系统直接引排至隧道的平导中部的排水沟,在涌水反坡地段时采用移动泵站的排水方法,设泵站接力排水,引排至正坡洞中部的排水沟,所述排水沟在路基外侧设置污水处理系统后引排至路基排水沟;
S7、初期支护施工:
若该段岩爆等级为轻微岩爆,在隧道壁上施作2-3.5 m长砂浆锚杆,然后喷涂一层4-5cm厚的钢纤维/塑料纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段爆等级为中等岩爆,在隧道壁上施作3-3.5 m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层5-6cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段岩爆等级为强烈岩爆,在隧道壁上施作3.5-4.5 m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层5-8cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
S8、初期支护完成后,对预测的岩爆发生部位进行注浆加固;
S9、在钢纤维混凝土表面敷设一层防水层,并使用土工布防护;而后进行仰拱和二衬施工。
在S2中现场预测的方法包括:预测围岩等级,并采用声发射法岩石内部的情况进行预测;定期对已完成段的洞壁实测,将即将施工的未完成段的预测结果与对已完成段的前期预测和后期实测结果进行综合对比,从而确定即将施工的未完成段的出现岩爆的部位、各部位的岩爆等级及开挖技术。
在S3中,在掌子面开挖之前,沿掌子面边沿打径向锁口锚杆,根据岩爆等级设置间距和长度,间距为1.2-1.5m,长度为2.5-4m,锁口锚杆通过钢筋网片和喷射混凝土与前一个已完成段的初期支护形成一个整体。
在S4中,若预测岩爆等级为强烈岩爆,则靠近岩爆部位打设垂直岩面的径向应力释放孔,径向应力释放孔的孔径为42mm,孔深2m,孔间距2-3m。
在S5中,若预测岩爆等级为强烈岩爆,则调整钻爆工艺,采用浅孔爆破,减少一次装药量,拉大段别,延长爆破时间。
在S1中,建模前采用回转取芯钻方法进行超前地质预报,其中,钻孔直径不小于φ75,探测长度50-150m,搭接长度5-8m。
在S7中,架设格栅钢架后,所述格栅钢架与围岩之间具有间隙,在所述间隙之间密实填充充气包以及弹性体;结合隧道设计尺寸、预留变形量、开挖面平整度,确定格栅钢架的尺寸和数量;所述充气包固定于格栅钢架的端头侧,向充气包充气加压,使得充气包、格栅钢架及围岩形成闭合的间隙,然后将弹性体压入闭合的间隙,填充密实。
在S9中,根据相关规范要求确定隧道仰拱、二衬的施工措施和几何参数,并完成仰拱和二衬施工;二衬采用C25钢筋砼,环向主筋采用φ25螺纹钢,间距25cm,衬砌厚度为55cm。
在非开挖的施工过程中,设置多个可移动视频监控点,所述可移动视频监控点距离掌子面的距离为5-15m,所述可移动视频监控点的控制系统设置在洞口值班室,值班室24小时值班。
在非开挖的施工过程中,设置安全逃生管道,所述安全逃生管道距离掌子面为5-20m,内径为φ800~φ1000mm,壁厚不小于8mm,每节管长为4-6m且相互间连接牢固。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明的施工方法能够有效提前预测岩爆发生的可能性并采取相应措施降低或避免岩爆的发生,以保障施工人员和机械设备的安全,且保障工序循环时间和施工进度,降低了高海拔地区强烈岩爆地段的施工风险,确保了施工安全,为高海拔隧道设计与施工提供了大量的宝贵经验,并为高海拔地区强烈岩爆地段的隧道设计施工起到了有利的指导和借鉴作用。
2、本发明的整体超前预报和现场预测报告可以让施工人员根据综合情况尽量精准的确定岩爆的部位和各部位的岩爆等级,根据实际情况确定开挖技术和支护技术,并进行超前支护施工和超前应力释放,以最大程度减少岩爆程度或尽可能避免岩爆的发生,施工工艺合理,取得了安全及经济的最佳效果。
3、本发明在爆炸后立即向掌子面及掌子面后方的隧道周边喷洒高压水,以湿润岩面、软化围岩,促使岩层原始应力的释放调整,降低因爆破引起的空气中的粉尘含量;接着进行爆后出渣处理,出渣处理过程中也继续喷洒高压水,始终保持洞壁湿润,以降低岩体强度,减弱岩体的脆性,增强塑性,降低岩爆的剧烈程度。
4、本发明对涌水现象采用有效措施,减小或阻止水流造成的沉降、塌陷或隆起病害,保证了隧道涌水处及其周边围岩稳定;本发明能够快速疏水,并且易于施工,效果良好,造价低廉。
5、在本发明中,若预测岩爆等级为强烈岩爆,则调整钻爆工艺,采用浅孔爆破,减少一次装药量,拉大段别,延长爆破时间,以减轻爆破对围岩的影响,减小爆破应力场的叠加,降低岩爆频率和强度。
6、本发明设置有多个可移动视频监控点,值班人员通过控制系统进行监测,一旦发现异常情况,立即通知人员撤离,从而避免或降低人员伤亡。
7、本发明还设有便于逃生的安全逃生管道,以最大程度上保证人员安全。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例提供一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其包括:
S1、提供整体超前地质报告:根据勘测资料进行概念模型建模及数学模型建模工作,通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道开挖工序的模拟,初步确定施工区域地应力的数量级、施工过程中可能出现岩爆的部位及里程、及各部位的岩爆等级;
S2、提供现场预测报告:对即将施工的未完成段进行现场预测,将即将施工的未完成段的预测结果与已完成段的实测结果进行类比,确定即将施工的未完成段出现岩爆的部位和各部位的岩爆等级,并调整开挖技术;
S3、超前支护施工:采用直径为26-30mm的超前锚杆对掌子面前方围岩进行锁定,所述超前锚杆的长度为3-3.4m,外插角根据实际情况进行调整,保证在一个循环的爆破之后仍有一部分锚杆存留在岩体中,对掌子面起加固作用;
S4、超前应力释放:施工时在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前应力释放孔,超前应力释放孔的直径为40-75mm,每一个循环布置4~12个孔,深度4-4.5m,外插角25°-35°;若预测到地应力较高,则在超前应力释放孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂,或向超前应力释放孔内压水,以避免应力集中现象的出现;
S5、隧道开挖:采用光面爆破技术进行开挖,周边眼间距40-45cm,隧道开挖进尺小于2.5m;爆炸后立即向掌子面及掌子面后方的隧道周边喷洒高压水,保持洞壁湿润,接着进行爆后出渣处理,出渣处理过程中继续喷洒高压水;
S6、针对涌水进行排水处理:包括涌水作业面处理以及设置排水系统与涌水出水头连接,在涌水正坡段时由排水系统直接引排至隧道的平导中部的排水沟,在涌水反坡地段时采用移动泵站的排水方法,设泵站接力排水,引排至正坡洞中部的排水沟,所述排水沟在路基外侧设置污水处理系统后引排至路基排水沟;
S7、初期支护施工:
若该段岩爆等级为轻微岩爆,在隧道壁上施作2-3.5 m长砂浆锚杆,然后喷涂一层4-5cm厚的钢纤维/塑料纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段爆等级为中等岩爆,在隧道壁上施作3-3.5 m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层5-6cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段岩爆等级为强烈岩爆,在隧道壁上施作3.5-4.5 m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层5-8cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
S8、初期支护完成后,对预测的岩爆发生部位进行注浆加固;
S9、在钢纤维混凝土表面敷设一层防水层,并使用土工布防护;而后进行仰拱和二衬施工。
本实施例的施工方法能够有效提前预测岩爆发生的可能性并采取相应措施降低或避免岩爆的发生,以保障施工人员和机械设备的安全,且保障工序循环时间和施工进度,降低了高海拔地区强烈岩爆地段的施工风险,确保了施工安全,为高海拔隧道设计与施工提供了大量的宝贵经验,并为高海拔地区强烈岩爆地段的隧道设计施工起到了有利的指导和借鉴作用。
同时,本实施例的整体超前预报和现场预测报告可以让施工人员根据综合情况尽量精准的确定岩爆的部位和各部位的岩爆等级,根据实际情况确定开挖技术和支护技术,并进行超前支护施工和超前应力释放,以最大程度减少岩爆程度或尽可能避免岩爆的发生,施工工艺合理,取得了安全及经济的最佳效果。
进一步地,本实施例在爆炸后立即向掌子面及掌子面后方的隧道周边喷洒高压水,以湿润岩面、软化围岩,促使岩层原始应力的释放调整,降低因爆破引起的空气中的粉尘含量;接着进行爆后出渣处理,出渣处理过程中也继续喷洒高压水,始终保持洞壁湿润,以降低岩体强度,减弱岩体的脆性,增强塑性,降低岩爆的剧烈程度。同时,本实施例对涌水现象采用有效措施,减小或阻止水流造成的沉降、塌陷或隆起病害,保证了隧道涌水处及其周边围岩稳定;本发明能够快速疏水,并且易于施工,效果良好,造价低廉。
实施例2
本实施例提供一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其包括:
S1、提供整体超前地质报告:根据勘测资料进行概念模型建模及数学模型建模工作,通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道开挖工序的模拟,初步确定施工区域地应力的数量级、施工过程中可能出现岩爆的部位及里程、及各部位的岩爆等级;
S2、提供现场预测报告:对即将施工的未完成段进行现场预测,将即将施工的未完成段的预测结果与已完成段的实测结果进行类比,确定即将施工的未完成段出现岩爆的部位和各部位的岩爆等级,并调整开挖技术;
S3、超前支护施工:采用直径为26mm的超前锚杆对掌子面前方围岩进行锁定,所述超前锚杆的长度为3m,外插角根据实际情况进行调整,保证在一个循环的爆破之后仍有一部分锚杆存留在岩体中,对掌子面起加固作用;
S4、超前应力释放:施工时在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前应力释放孔,超前应力释放孔的直径为50mm,每一个循环布置12个孔,深度4m,外插角25°;若预测到地应力较高,则在超前应力释放孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂,或向超前应力释放孔内压水,以避免应力集中现象的出现;
S5、隧道开挖:采用光面爆破技术进行开挖,周边眼间距45cm,隧道开挖进尺为2m;爆炸后立即向掌子面及掌子面后方的隧道周边喷洒高压水,保持洞壁湿润,接着进行爆后出渣处理,出渣处理过程中继续喷洒高压水;
S6、针对涌水进行排水处理:包括涌水作业面处理以及设置排水系统与涌水出水头连接,在涌水正坡段时由排水系统直接引排至隧道的平导中部的排水沟,在涌水反坡地段时采用移动泵站的排水方法,设泵站接力排水,引排至正坡洞中部的排水沟,所述排水沟在路基外侧设置污水处理系统后引排至路基排水沟;
S7、初期支护施工:
若该段岩爆等级为轻微岩爆,在隧道壁上施作2 m长砂浆锚杆,然后喷涂一层4cm厚的钢纤维/塑料纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段爆等级为中等岩爆,在隧道壁上施作3m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层5cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段岩爆等级为强烈岩爆,在隧道壁上施作3.5m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层5cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
S8、初期支护完成后,对预测的岩爆发生部位进行注浆加固;
S9、在钢纤维混凝土表面敷设一层防水层,并使用土工布防护;而后进行仰拱和二衬施工。
本实施例的S2中现场预测的方法包括:预测围岩等级,并采用声发射法岩石内部的情况进行预测;定期对已完成段的洞壁实测,将即将施工的未完成段的预测结果与对已完成段的前期预测和后期实测结果进行综合对比,从而确定即将施工的未完成段的出现岩爆的部位、各部位的岩爆等级及开挖技术。
本实施例在S1中,建模前采用回转取芯钻方法进行超前地质预报,其中,钻孔直径为φ88,探测长度150m,搭接长度8m。
在本实施例中,通过S2要求施工人员在每一个下一段开挖前进行现场预测,现场预测涉及围岩等级和下一段岩石内部情况,同时定期对已完成段的洞壁进行实测,将现场预测的相关结果和已完成段的实测结果进行综合对比,一方面若下一段的现场预测相关结果与已完成段中的任一段相同或近似,则可以借鉴该段的相关开挖技术和支护技术等,另一方面根据已完成段在后期暴露的问题,进一步调整下一段的开挖技术和支护技术等。
实施例3
本实施例提供一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其包括:
S1、提供整体超前地质报告:根据勘测资料进行概念模型建模及数学模型建模工作,通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道开挖工序的模拟,初步确定施工区域地应力的数量级、施工过程中可能出现岩爆的部位及里程、及各部位的岩爆等级;
S2、提供现场预测报告:对即将施工的未完成段进行现场预测,将即将施工的未完成段的预测结果与已完成段的实测结果进行类比,确定即将施工的未完成段出现岩爆的部位和各部位的岩爆等级,并调整开挖技术;
S3、超前支护施工:采用直径为30mm的超前锚杆对掌子面前方围岩进行锁定,所述超前锚杆的长度为3.4m,外插角根据实际情况进行调整,保证在一个循环的爆破之后仍有一部分锚杆存留在岩体中,对掌子面起加固作用;
S4、超前应力释放:施工时在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前应力释放孔,超前应力释放孔的直径为75mm,每一个循环布置12个孔,深度4.5m,外插角35°;若预测到地应力较高,则在超前应力释放孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂,或向超前应力释放孔内压水,以避免应力集中现象的出现;
S5、隧道开挖:采用光面爆破技术进行开挖,周边眼间距45cm,隧道开挖进尺为1.5m;爆炸后立即向掌子面及掌子面后方的隧道周边喷洒高压水,保持洞壁湿润,接着进行爆后出渣处理,出渣处理过程中继续喷洒高压水;
S6、针对涌水进行排水处理:包括涌水作业面处理以及设置排水系统与涌水出水头连接,在涌水正坡段时由排水系统直接引排至隧道的平导中部的排水沟,在涌水反坡地段时采用移动泵站的排水方法,设泵站接力排水,引排至正坡洞中部的排水沟,所述排水沟在路基外侧设置污水处理系统后引排至路基排水沟;
S7、初期支护施工:
若该段岩爆等级为轻微岩爆,在隧道壁上施作3.5 m长砂浆锚杆,然后喷涂一层5cm厚的钢纤维/塑料纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段爆等级为中等岩爆,在隧道壁上施作3.5 m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层6cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段岩爆等级为强烈岩爆,在隧道壁上施作4.5m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层8cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
S8、初期支护完成后,对预测的岩爆发生部位进行注浆加固;
S9、在钢纤维混凝土表面敷设一层防水层,并使用土工布防护;而后进行仰拱和二衬施工。
本实施例的S1中,建模前采用回转取芯钻方法进行超前地质预报,其中,钻孔直径为φ78,探测长度50m,搭接长度5m;同时对钻出的岩屑和取出的岩芯进行分析;对强度较低的岩石,可根据钻出岩屑体积大小与理论钻孔体积大小的比值来判断岩爆趋势;在钻孔过程中有时还可以获得如爆裂声、磨察声和卡钻现象等辅助信息来判断岩爆发生的可能性。
本实施例在S3中,在掌子面开挖之前,沿掌子面边沿打径向锁口锚杆,根据岩爆等级设置间距和长度,间距为1.2-1.5m,长度为2.5-4m,锁口锚杆通过钢筋网片和喷射混凝土与前一个已完成段的初期支护形成一个整体。
作为优选的实施方式,在S3中,设置超前锚杆时让超前锚杆外露20cm,并对S3中的超前锚杆进行注浆处理,注浆材料为水泥浆,水泥浆采用两种配比,水:水泥=1:1~1:0.75,在注浆过程中,视具体情况,适当提高降低灰浆浓度,以提高注浆效果。配制和搅拌注浆材料的过程中应注意:水泥浆浓度根据围岩情况和凝胶时间要求而定,一般控制在 0.75:1~1:1之间;搅拌水泥浆的投料顺序为:在加水的同时将缓凝剂一并加入并搅拌,待水量加够后继续搅拌1-2min,最后将水泥投入并搅拌3-5min,其中,缓凝剂掺量根据所需凝胶时间而定, 控制在水泥用量的 2%~5%之间。注浆时应注意:注浆口最大压力≤ 2.5Mpa,以防压裂工作面;进浆速度不能过快,每根导管总进量≤ 30L/min ,当孔口压力达到 2.5Mpa时结束注浆。用塑胶泥封堵超前锚杆周围及孔口,塑胶泥采用35Be水玻璃拌合水泥制成。综上,对超前锚杆进行注浆,不仅对围岩起到补强作用,还能增强围岩的塑形,降低岩石的岩爆倾向性。
进一步,本实施例在S4中,若预测岩爆等级为强烈岩爆,则靠近岩爆部位打设垂直岩面的径向应力释放孔,径向应力释放孔的孔径为42mm,孔深2m,孔间距2-3m,从而降低围岩表面张力。
在S5中,若预测岩爆等级为强烈岩爆,则调整钻爆工艺,采用浅孔爆破,减少一次装药量,拉大段别,延长爆破时间;以减轻爆破对围岩的影响,减小爆破应力场的叠加,降低岩爆频率和强度。
实施例4
本实施例的一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其包括:
S1、提供整体超前地质报告:根据勘测资料进行概念模型建模及数学模型建模工作,通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道开挖工序的模拟,初步确定施工区域地应力的数量级、施工过程中可能出现岩爆的部位及里程、及各部位的岩爆等级;
S2、提供现场预测报告:对即将施工的未完成段进行现场预测,将即将施工的未完成段的预测结果与已完成段的实测结果进行类比,确定即将施工的未完成段出现岩爆的部位和各部位的岩爆等级,并调整开挖技术;
S3、超前支护施工:采用直径为28mm的超前锚杆对掌子面前方围岩进行锁定,所述超前锚杆的长度为3.1m,外插角根据实际情况进行调整,保证在一个循环的爆破之后仍有一部分锚杆存留在岩体中,对掌子面起加固作用;
S4、超前应力释放:施工时在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前应力释放孔,超前应力释放孔的直径为55mm,每一个循环布置8个孔,深度4.2m,外插角30°;若预测到地应力较高,则在超前应力释放孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂,或向超前应力释放孔内压水,以避免应力集中现象的出现;
S5、隧道开挖:采用光面爆破技术进行开挖,周边眼间距42cm,隧道开挖进尺为1.8m;爆炸后立即向掌子面及掌子面后方的隧道周边喷洒高压水,保持洞壁湿润,接着进行爆后出渣处理,出渣处理过程中继续喷洒高压水;
S6、针对涌水进行排水处理:包括涌水作业面处理以及设置排水系统与涌水出水头连接,在涌水正坡段时由排水系统直接引排至隧道的平导中部的排水沟,在涌水反坡地段时采用移动泵站的排水方法,设泵站接力排水,引排至正坡洞中部的排水沟,所述排水沟在路基外侧设置污水处理系统后引排至路基排水沟;
S7、初期支护施工:
若该段岩爆等级为轻微岩爆,在隧道壁上施作2.8m长砂浆锚杆,然后喷涂一层4.5cm厚的钢纤维/塑料纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段爆等级为中等岩爆,在隧道壁上施作3.2 m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层5.5cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段岩爆等级为强烈岩爆,在隧道壁上施作4m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层7cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
S8、初期支护完成后,对预测的岩爆发生部位进行注浆加固;在本实施例中,采用Φ40mm钢管,进行环向、纵向按照45cm×45cm进行注浆,注浆按照压力 1.5-1.8MPa 控制;
S9、在钢纤维混凝土表面敷设一层防水层,并使用土工布防护;而后进行仰拱和二衬施工。
在S2中现场预测的方法包括:预测围岩等级,并采用声发射法岩石内部的情况进行预测;定期对已完成段的洞壁实测,将即将施工的未完成段的预测结果与对已完成段的前期预测和后期实测结果进行综合对比,从而确定即将施工的未完成段的出现岩爆的部位、各部位的岩爆等级及开挖技术。
在S3中,在掌子面开挖之前,沿掌子面边沿打径向锁口锚杆,根据岩爆等级设置间距和长度,间距为1.4m,长度为3.6m,锁口锚杆通过钢筋网片和喷射混凝土与前一个已完成段的初期支护形成一个整体。
在S4中,若预测岩爆等级为强烈岩爆,则靠近岩爆部位打设垂直岩面的径向应力释放孔,径向应力释放孔的孔径为42mm,孔深2m,孔间距2-3m。
在S5中,若预测岩爆等级为强烈岩爆,则调整钻爆工艺,采用浅孔爆破,减少一次装药量,拉大段别,延长爆破时间。
在S1中,建模前采用回转取芯钻方法进行超前地质预报,其中,钻孔直径为φ80,探测长度120m,搭接长度7m。
在S7中,架设格栅钢架后,所述格栅钢架与围岩之间具有间隙,在所述间隙之间密实填充充气包以及弹性体;结合隧道设计尺寸、预留变形量、开挖面平整度,确定格栅钢架的尺寸和数量;所述充气包固定于格栅钢架的端头侧,向充气包充气加压,使得充气包、格栅钢架及围岩形成闭合的间隙,然后将弹性体压入闭合的间隙,填充密实。
在S9中,根据相关规范要求确定隧道仰拱、二衬的施工措施和几何参数,并完成仰拱和二衬施工;二衬采用C25钢筋砼,环向主筋采用φ25螺纹钢,间距25cm,衬砌厚度为55cm。
在S9中,所述二衬施工为:二衬沿隧道长度方向分块施工,在相邻两块之间留有模筑施工缝;每块二衬采用三段式结构并在每相邻段之间留有间隔,相邻两块二衬的间隔位置各不相同,在每块二衬的相邻段之间的间隔之间安装有弹性变形材料,所述弹性变形材料与每块二衬的长度相等。
进一步地,所述弹性变形材料包括以下重量份的成分:石油沥青80-90、TPV70-80、石棉水泥50-60、顺丁橡胶55-60份、矽酸钙10-12、硬脂酸镁1-3、玄武岩纤维5-8。
所述弹性变形材料的施工方法包括以下步骤:(1)将石油沥青熔化脱水,并温度保持至125-130℃;(2)将顺丁橡胶缓慢注入经脱水处理过的石油沥青中,并持续加热,充分搅拌至全部熔化;(3)将步骤(2)的混合液温度降到60-65℃,再将经预热干燥处理过的其他原料加入混合液内,搅拌均匀后待用;(4)清理二衬混凝土表面,除去杂物,并将表面粉尘清理干净;(5)在清理完基面后,均匀覆盖涂抹冷底子油;(6)将配制好的弹性变形材料均匀铺满所述间隔,并在铺设的同时对弹性变形材料进行加压,加压压力为0.5-1MPa,使之与二衬混凝土的表面紧密粘结。
该实施例的弹性变形材料具有取材容易、适用面广大的优点,并且该材料具有良好的弹性、粘结性、可塑性,能满足施工质量要求,且能保证工程的的长期使用。其施工方法具有工艺简单,操作安全,便于掌握,经济合理,利于环保,施工安全可靠的优点。
在非开挖的施工过程中,设置多个可移动视频监控点,所述可移动视频监控点距离掌子面的距离为5-15m,所述可移动视频监控点的控制系统设置在洞口值班室,值班室24小时值班;一旦发现异常情况,立即通知人员撤离,从而避免或降低人员伤亡。
在非开挖的施工过程中,设置安全逃生管道,所述安全逃生管道距离掌子面为5-20m,内径为φ800~φ1000mm,壁厚不小于8mm,每节管长为4-6m且相互间连接牢固;以便于逃生、最大程度上保证人员安全。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其特征在于:其包括:
S1、提供整体超前地质报告:根据勘测资料进行概念模型建模及数学模型建模工作,通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道开挖工序的模拟,初步确定施工区域地应力的数量级、施工过程中可能出现岩爆的部位及里程、及各部位的岩爆等级;
S2、提供现场预测报告:对即将施工的未完成段进行现场预测,将即将施工的未完成段的预测结果与已完成段的实测结果进行类比,确定即将施工的未完成段出现岩爆的部位和各部位的岩爆等级,并调整开挖技术;现场预测的方法包括:预测围岩等级,并采用声发射法对岩石内部的情况进行预测;定期对已完成段的洞壁实测,将即将施工的未完成段的预测结果与对已完成段的前期预测和后期实测结果进行综合对比,从而确定即将施工的未完成段的出现岩爆的部位、各部位的岩爆等级及开挖技术;
S3、超前支护施工:采用直径为26-30mm的超前锚杆对掌子面前方围岩进行锁定,所述超前锚杆的长度为3-3.4m,外插角根据实际情况进行调整,保证在一个循环的爆破之后仍有一部分锚杆存留在岩体中,对掌子面起加固作用;让超前锚杆外露20cm,并对超前锚杆进行注浆处理,注浆材料为水泥浆,水泥浆采用两种配比,水:水泥=1:1~1:0.75;配制和搅拌注浆材料时,水泥浆浓度根据围岩情况和凝胶时间要求而定,控制在 0.75:1 ~1:1之间;搅拌水泥浆的投料顺序为:在加水的同时将缓凝剂一并加入并搅拌,待水量加够后继续搅拌1-2min,最后将水泥投入并搅拌3-5min,其中,缓凝剂掺量为水泥用量的 2%~5%;注浆时:注浆口最大压力≤ 2.5Mpa,每根导管总进量≤ 30L/min ,当孔口压力达到 2.5Mpa时结束注浆;用塑胶泥封堵超前锚杆周围及孔口,塑胶泥采用35Be水玻璃拌合水泥制成;
S4、超前应力释放:施工时在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前应力释放孔,超前应力释放孔的直径为40-75mm,每一个循环布置4~12个孔,深度4-4.5m,外插角25°-35°;若预测到地应力较高,则在超前应力释放孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂,或向超前应力释放孔内压水,以避免应力集中现象的出现;若预测岩爆等级为强烈岩爆,则靠近岩爆部位打设垂直岩面的径向应力释放孔,径向应力释放孔的孔径为42mm,孔深2m,孔间距2-3m;
S5、隧道开挖:采用光面爆破技术进行开挖,周边眼间距40-45cm,隧道开挖进尺小于2.5m;爆炸后立即向掌子面及掌子面后方的隧道周边喷洒高压水,保持洞壁湿润,接着进行爆后出渣处理,出渣处理过程中继续喷洒高压水;若预测岩爆等级为强烈岩爆,则调整钻爆工艺,采用浅孔爆破,减少一次装药量,拉大段别,延长爆破时间,以减轻爆破对围岩的影响,减小爆破应力场的叠加,降低岩爆频率和强度;
S6、针对涌水进行排水处理:包括涌水作业面处理以及设置排水系统与涌水出水头连接,在涌水正坡段时由排水系统直接引排至隧道的平导中部的排水沟,在涌水反坡地段时采用移动泵站的排水方法,设泵站接力排水,引排至正坡洞中部的排水沟,所述排水沟在路基外侧设置污水处理系统后引排至路基排水沟;
S7、初期支护施工:
若该段岩爆等级为轻微岩爆,在隧道壁上施作2-3.5 m长砂浆锚杆,然后喷涂一层4-5cm厚的钢纤维/塑料纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段岩爆等级为中等岩爆,在隧道壁上施作3-3.5 m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层5-6cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
若该段岩爆等级为强烈岩爆,在隧道壁上施作3.5-4.5 m长涨壳式预应力中空锚杆,然后喷涂一层5-8cm厚的钢纤维混凝土,然后悬挂φ6 mm的网片;然后架设格栅钢架,最后再在格栅钢架的径向内表面上喷涂一层钢纤维混凝土;
S8、初期支护完成后,对预测的岩爆发生部位进行注浆加固;
S9、在钢纤维混凝土表面敷设一层防水层,并使用土工布防护;而后进行仰拱和二衬施工。
2.根据权利要求1所述的一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其特征在于:在S3中,在掌子面开挖之前,沿掌子面边沿打径向锁口锚杆,根据岩爆等级设置间距和长度,间距为1.2-1.5m,长度为2.5-4m,锁口锚杆通过钢筋网片和喷射混凝土与前一个已完成段的初期支护形成一个整体。
3.根据权利要求1所述的一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其特征在于:在S1中,建模前采用回转取芯钻方法进行超前地质预报,其中,钻孔直径不小于φ75,探测长度50-150m,搭接长度5-8m。
4.根据权利要求1所述的一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其特征在于:在S7中,架设格栅钢架后,所述格栅钢架与围岩之间具有间隙,在所述间隙之间密实填充充气包以及弹性体;结合隧道设计尺寸、预留变形量、开挖面平整度,确定格栅钢架的尺寸和数量;所述充气包固定于格栅钢架的端头侧,向充气包充气加压,使得充气包、格栅钢架及围岩形成闭合的间隙,然后将弹性体压入闭合的间隙,填充密实。
5.根据权利要求1所述的一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其特征在于:在S9中,根据相关规范要求确定隧道仰拱、二衬的施工措施和几何参数,并完成仰拱和二衬施工;二衬采用C25钢筋砼,环向主筋采用φ25螺纹钢,间距25cm,衬砌厚度为55cm。
6.根据权利要求1所述的一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其特征在于:在非开挖的施工过程中,设置多个可移动视频监控点,所述可移动视频监控点距离掌子面的距离为5-15m,所述可移动视频监控点的控制系统设置在洞口值班室,值班室24小时值班。
7.根据权利要求1所述的一种高海拔地区强烈岩爆地段隧道施工方法,其特征在于:在非开挖的施工过程中,设置安全逃生管道,所述安全逃生管道距离掌子面为5-20m,内径为φ800~φ1000mm,壁厚不小于8mm,每节管长为4-6m且相互间连接牢固。
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