软弱围岩浅埋大断面隧道下穿村庄施工控制技术.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１７）１０００８００４・隧道／地下工程・软弱围岩浅埋大断面隧道下穿村庄施工控制技术王东平（中铁二十五局集团第二工程有限公司湖南衡阳４２１００２）摘要：通过分析爆破振动速度测试、地表量测、地表裂缝的产生机制及发展规律以及施工控制及防技术，指导和组织娄邵铁路扩能改造工程金石冲隧道在浅埋软弱地层中下穿村庄施工。通过优化爆破施工参数设计、加强支护措施，施工过程中及时变换施工方法和处理方案，以适应动态设计、动态施工、动态管理，并在施工过程中加强超前地质预报和监控量测工作，大力推行信息化施工技术，总结形成软弱围岩条件下大断面浅埋隧道施工综合控制技术，可为以后的隧道建设施工提供借鉴。关键词：浅埋隧道下穿村庄预裂爆破减震中图分类号：Ｕ４５５．４９文献标识码：Ｂ—ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９４５３９．２０１７．１０．０１９Ｃｏ璐ｔｍｃｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｌｌＩｌｏｌｏ留ｏｆＳｈ枷ｏｗ—ＢｕｅｄＴ衄ｎｅｌ稍ｔｈＷｅａｋＳｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇＲｏｃｋａｎｄＬａｒｇｅＳｅｃｔｉｏｎＵｎｄｅｒ－ｐａ豁ｉｎｇｔｈｅＶｍａｇｅＷａｎｇＤＯｎｇｐｉｎｇ（ｃｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ２５ｍＢｕｒｅａｕＧｍｕｐ２耐Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ“Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｈｅ科蛐ｇＨｕｎａｆｌ４２ｌ００２，Ｃｈｉｎａ）Ａｋ；ｔｌ啊ｃｔ：Ｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ，ｔｈｅｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｍｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｔｅｓｔ，ｇｍｕｎｄｓｕｒｆａｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｆｏ瑚ａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｍｅｃｈａｌｌｉｓｍｒｅｆ宅ｒｒｉｎｇ’ｓｕｄａｃｅｃｒａｃｋｓ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎⅡｃｏｎＤｌ，鹧ｗｅｌｌ踮ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｇＩｌｉｄａｎｃｅ锄ｄｏｒｇａｒＩｉｚａｔｉｏｎｔｏｔｈｅ—ｋｕｄｉＳｈａｏｙａＩｌｇＲａｉｌｗａｙｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｍｊｅｃｔⅡｃｏｎｃｅｌｉｎｇｔｈｅｓｈａｌｌｏｗｂｕｒｉｅｄａＩＩｄｌａｒｇｅｓｅｃｔｉｏｎＪｉｎｓｈｉｃｈ・ｏｎｇＴｕｎｎｅｌｗｉｔｈｗｅａｋｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｍｃｋｂｅｎｅａｔｈｔＩｌｅｖｉｌｌａｇｅ℃ｗｅｒｃ删ｅｄｏｕｔ．ＴｈｅｐａｐｅｒｏｐｔｉｍｉｚｅｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅＩ弓ｄｅｓｉｇｎｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｅｎ舒ｈｅｎｅｄｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｍｅ踮ｕｒｅｓ，ｃｏｕｐｌｅｄｗ汕ｎｅｘｉｂｌｅａ１１ｄｃｈ锄ｇｅａｂｌｅｃｏｎｓｔｌｌｌｃｔｉｏｎａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｄｕｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓｏａｓｔｏａｄａｐｔｄｙｎ姗ｉｃｄｅｓｉｇｎ，ｄｙｎ砌ｉｃｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎａｎｄｄｙｎａｍｉｃｍａＩｌａｇｅｍｅｎｔ．—Ａｐａｒｔｆ而ｍｔｈａｔ，ｉｔｗａｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄｂｙｓｔｒｅｎｇｔｌｌｅｎｉｎｇａｄｖａｎｃｅｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｆｏｒｅｃ鹊ｔｉｎｇ，ｅｎｈａｎｃｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｏｒｋ，ａｓｗｅＵ黔ｖｉｇｏｍｕｓｌｙｐｒｏｍｏｔｉｎｇｔｈｅｉ山咖ａｔｉｏｎｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｎｌｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏＴｌｓｔｍｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ０ｆｓｈａｌｌｏｗｂｕｒｉｅｄ锄ｄｌａｒｇｅｓｅｃｔｉｏｎｔｕｎｎｅｌｗ汕ｗｅａｋｓｕｎＤｕｎｄｉｎｇｍｃｋｃｏｕｌｄｂｅｓｕｍｍｅｄｕｐ，ｗｈｉｃｈｗｏｕｌｄｂｅａｒｃｅｎａｉｎｓｉｇｒＩｉｆｉｃ龃ｃｅｆｏｒｔｈｅｒｅｆｅ陀ｎｃｅｏｆｔｕｒＩｎｅｌｃｏｎｓｔｎｌｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈａｌｌｏｗｂｕｒｉｅｄｔｕ衄ｅｌ；ｃｍｓｓｉｎｇｂｅｎｅａｔｌｌｔｈｅｖｉｕａｇｅ；ｐｒｅ－ｓｐｌｉｎｉｎｇｂｌａｓｔ；ｓｈｏｃｋａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ１概述１．１金石冲隧道概况金石冲隧道位于双峰县甘棠镇丘陵地区，隧道进口里程ＤＩ（３９＋２２６，出口里程ＤＫ４３＋６０５，隧道全——收稿日期：２０１７０８０６作者简介：王东平（１９８７一），男，工程师，主要从事桥梁隧道施工。长４３７９ｍ，为单洞双线隧道。该隧道ＤＩ（３９＋２２６一Ｄ硒９＋４１６．９５位于右偏曲线上，曲线半径９０００ｍ，隧道ＤＫ４３＋２３１．４４～ＤＫ４３＋６０５位于右偏曲线上，曲线半径７０００ｍ，其余地段位于直线上，隧道内为‰‰两单面上坡，坡度分别为３．０、５．９。其中隧道ＤＫ４２＋０８０一ＤＫ４２＋３５０段，长度２７０ｍ，下穿村庄地势起伏较大，隧道埋深３０～７０ｍ。铁道建筑技术Ｆ狷『ＬＷＡｙ”Ｃｏ￣Ｓ丁开Ｌ，Ｃ０Ｎ丁￡－ｃｌＨ～０ＬＯＧｙ２ＤＴ７仃０Ｊ万方数据・隧道／地下工程・１．２地表建筑物情况双峰县三塘铺镇丰木村、正冲两村位于金石冲隧道ＤＫ４２＋０８０一ＤＫ４２＋３５０段线路正上方，建筑群位置隧道埋深为３５ｍ。经现场确认，隧道中线两侧５０ｍ范围内的房屋大大小小有４７栋，其中土质结构３９栋，红砖结构房屋７栋，木质结构ｌ栋。土质结构房屋已存在开裂和修补迹象，部分房屋已失修荒废，无圈梁及立柱，抗震性能极差，部分房屋屋顶为瓦片，易掉落，最近房屋在线路中心位置上，存在严重安全隐患。如何保证本段隧道下穿村庄施工的地表建筑物、人畜及财产安全成为整个隧道施工的关键。１．３工程地质情况表层残破积Ｑ：ｌ删粉质黏土，褐黄色，硬塑，含—有少量粗角砾，砾径３５０ｃｍ，含量约１５％～２０％，—厚度５０２００ｃｍ，下伏基岩为泥盆系（Ｄ：ｔ）砂岩，砂质页岩，紫红色、黄灰色，强风化层５ｍ左右，以下为弱风化层，薄层状，节理裂隙发育，完整性较差，岩层产状３５０。￡４２。，地下水弱发育，地下水类型为基岩裂隙水，围岩级别为ＩＶ级。２下穿村庄施工总方案（１）房屋绝大多数为土坯房，多数建在陡坡上，房屋稳定性差，少量土坯房现已存在裂缝现象，加之隧道后期开挖施工扰动，存在垮塌隐患。为保证该段施工安全通过村庄，隧道施工对周围环境的影“”响降至最低，该段下穿村庄隧道均按照新奥法原…“理组织施工。控制循环进尺，按照弱爆破、强支”护、紧衬砌、重量测的原则进行施工旧１。开挖工法按三台阶临时仰拱法施工，严格控制装药量，减轻振动影响，爆破振动速度应小于５∥ｃＨｓ，避免振动对地表房屋的破坏。（２）严格控制爆破参数及循环进尺，施工中加强隧道范围内及隧顶地表监控量测，及时施作初期支护，加强超前地质预报探测，优化爆破参数。根据量测资料，循环进尺控制在１．０～２．０ｍ之间。（３）从切实维护和确保村民生命财产安全的角度出发，在划定范围内经鉴定为Ｄ级危房的房屋，所住人员进行临时撤离安置。重点做好安全防护措施，控制爆破时间，确定专职安全联络员。每次爆破施工联络员采取口哨、电讯联络等方式及时通知在施工影响范围且未临时安置的村民，及时撤至Ⅵ铁道建筑技术ＲＡｌＬＡＹｃｏＮｓｌＲＵＣＴｌｏＮＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ≠鋈一万方数据・隧道／地下工程・３．５ｍｍ的热轧无缝钢管，每３ｍ一环，每环５５根，每根长５．０ｍ，小导管外插角１００一１５。。小导管安设采用钻孔打人法，钻孑Ｌ直径应比钢管直径大３～５ｍｍ，以便于安设。小导管安设后，应用塑胶泥封堵管口及周围裂隙。在小导管前安装分浆管，一次可注人３～５根小导管，注浆压力由小到大。注浆时由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆，发现∞窜浆或跑浆现象时，采用间隔注浆Ｊ，最后全部完成注浆，形成安全作业空间。（２）初期支护设置１２０ａ工字钢架，间距为０．６①ｍ。边墙设她ｍｍ砂浆锚杆（锚杆长度４ｍ，间距环×纵＝１．２ｍ×１．ｏ②ｍ）；拱部设书２５ｍｍ中空锚杆（锚杆长度４ｍ，间距环×纵＝１．２ｍ×１．５ｍ）。③梅花形布置；拱墙设置拍ｍｍ钢筋网（网格间距２０ｃｍ×２０ｃｍ），确保初期支护稳定。初期支护采用Ｃ３０喷射混凝土。（３）控制进尺。循环进尺控制在１．０～２．０ｍ之间，中、下台阶面跳槽马口开挖，左右两侧马口间距—为３５“”ｍ。下穿村庄段坚持按衬砌才是硬道理“”的原则进行及时衬砌。坚持仰拱先行【７Ｊ，仰拱距开挖面步距不大于３５ｍ，二次衬砌距开挖面步距不大于７０ｍ。３．３优化爆破（１）优化爆破参数。ＤＫ４２＋０８０一ＤＫ４２＋３５０段采用密打眼、少装药、弱爆破的原则施工，爆破振动速度小于５ｃ－ｎ／ｓ，避免振动对地表房屋的损坏，对地表及未拆除的房屋设置监测网点加强监测，并根据监测返回的数据及爆破振动衰减规律公式【８Ｊ，反算单响起爆最大炸药控制量，其计算式如下：∥”Ｑ。。＝（Ｋ，／Ｋ）８式中，Ｑ。。一最大一段爆破药量（ｋｇ）；Ｋ，一安全速度（ｃＩｎ／ｓ，取ｙ＝５∥ｃｎｓ）；Ｒ一爆破安全距离（ｍ）；Ｋ一地形、地质影响系数；口一衰减系数。Ｋ、口值是根据隧道施工的实际情况，通过多次试爆基础上进行Ｋ、口值回归后确定。根据爆破物距爆心的安全距离要求，计算每段的最大装药量。①加强爆破振动速度、爆破振动地震波测试一］，监测爆破地振动下介质质点的振动规律，通过分析计算得到地表地震波特性的基本参量、幅值、持续时间等。根据计算单响起爆药量，将周边眼、掏槽眼、辅助眼、底板眼等进行分段起爆。②合理安排爆破段位间隔时差，为避免爆破振动波形叠加，降低爆破振动强度，毫秒雷管跳段使用，段位间隔时差应不小于１００ｍｓ。（２）按每循环进一榀计算，则每循环有效进尺为１．１ｍ，取炮眼利用率为叼＝０．８５，则炮眼深度为￡＝１．１／叩＝１．２９ｍ，取炮眼深度为１．３ｍ，则实际循’环进尺深度为ｆ＝１．３×０．８５＝１．１ｍ。掏槽眼及底板眼深度为Ｌ掏、底＝１．３＋０．２＝１．５ｍ；辅助眼及周‰边眼深度为、周＝１．３ｍ。①装药量计算：根据周边眼的装药集中度和掏槽眼的装药长度进行周边眼和掏槽眼的药量计算¨０｜，其他炮眼按式（１）计算，按式（２）复核，科学进行药量分配。炮眼围岩部位系数见表１一表２。单眼装药量计算公式：ｑ＝局・ｎ・叫・Ｌ・Ａ（１）总装药量计算公式：Ｑ＝｜ｊ｝・￡・ｓ（２）—式中，Ｋ一单位炸药消耗量（１．２２．５ｋｇ／ｍ３）；—ｎ炮眼间距（ｍ）；彬一炮眼爆破方向的抵抗线（ｍ）；￡一炮眼深度（ｍ）；Ｓ一开挖断面积（ｍ２）；—Ａ炮眼部位系数。表１软弱围岩炮眼部位系数表¨¨炮眼部位ｌ掘进槽下ｌ掘进槽侧１掘进槽上ｌ掏槽炮眼Ｉ扩槽炮眼１内圈炮眼ｌ二台炮眼Ｉ底板炮眼Ａｌ～１．２１Ｏ．８～ｌ—２３—１．５２Ｏ．８～ｌ预Ｏ．５～Ｏ．８光ｌ１．２～１．５１．５～２表２硬岩、中硬岩炮眼部位系数表¨１Ｊ炮眼部位ｌ掘进槽下Ｉ掘进槽侧ｌ掘进槽上Ｉ掏槽炮眼扩槽炮眼内圈炮眼二台炮眼底板炮眼②根据隧道现有设备，炮眼直径ｄ＝４０ｍｍ，周—边孔间距一般情况下Ｅ＝（１２～１５）ｄ＝４８６０ｃｍ。Ⅳ在实际施工中周边眼间距级围岩取５０ｃｍ，周边眼最小抵抗线取形＝６０ｃｍ，则总装药量为：Ｑ＝．｜｝・８２铁道建箕技术闩Ａ『Ｌ帆ｙｃ０￣Ｓ丁开Ｕｃ丁『Ｏ～丁￡＿ｃＨＮｏｆ０Ｇｙ２Ｄ７７ｆ７０Ｊ万方数据・隧道／地下工程・’Ｌ５＝１．２×１．１×７５．８７＝１００．１５ｋｇ。（３）装药、起爆①∥不偶合系数可以用Ｅ＝ｄ表示，Ｅ根据钻孑Ｌ直径Ｄ的大小选择药卷直径ｄ，不耦合系数Ｅ为药卷直径与钻孔直径的比值。隧道爆破掘进钻孔直径为妒２∞ｍｍ，药卷直径为２舢¨２｜，Ｅ值为１．３１。②预裂爆破的装药结构采用将药卷顺序间隔绑在导爆索上，为了更容易操作，该药串可以进一步绑在竹条上，缓缓送人孔内，应使竹片贴靠保留岩壁一侧。③装药严格按照爆破参数的规定炸药量、雷管段位操作，分片分组装药，连线要仔细，连线完毕后认真检查，看有无漏连、错连现象。装药前先将孔眼内泥浆、石粉等吹洗干净，见图２。（３）做好协调工作。为确保村庄房屋安全，保证村民人身财产安全，在Ｋ４２＋０８０～Ｋ４２＋３５０段下穿村庄处施工前，实地进行考察，确认拆迁房屋进度，安置好危房居民；对不考虑拆迁的房屋做好风险评估，进行摄像，保存好影像资料。（４）做好安全防护工作。在村庄内安排专职安全员，全天保证与隧道作业队安全员联系畅通。放炮时，通过口哨等方式通知施工范围村民远离房屋，撤至安全地带，发现异常情况及时启动应急预案。（５）加强监控量测工作，对地表及未拆除的房屋设置监测网点，加强监测，通过量测数据采集，及时调整爆破参数及施工方法。５结论（１）本文结合娄邵铁路扩能改造工程金石冲隧道在浅埋软弱地层中下穿村庄施工方案，综合考虑了爆破振动速率，爆破引起地表裂缝，提出了减轻万方数据・建筑材料・表４调整后羧酸系缓凝型高效减水剂用于浆体保塑对泡沫混凝土流值和抗压强度试验结果浆体经时／ｈ初始ｌ２３浆体流动度／一２１５１８０１３５１０５泡沫混凝土流值／ｍｍ２２０２００１８５１７０Ｒ７／Ｐａ１３３３６５３７３３４６Ｒ２８／Ｐａ７９０９９７ｌ０１４ｌ０７２浆体初凝／ｍｉｎ３６６浆体终凝／ｍｉｎ４７３℃由表４可见，在３５温度下，适量掺入高效减—水剂后的浆体（经时１３ｈ）搅拌而成的泡沫混凝土Ｒ２８抗压强度均接近或符合ＪＧ／Ｔ—２６６２０１１标℃准推荐值范围。证明，在３５高温下，适当掺加高效减水剂用于预拌浆体，可以使预拌浆体停留时间延长至３ｈ而不因流动度损失影响抗压强度。５工程实例青龙湖Ａ吃示范工程六层Ａ区地面泡沫｝昆凝土垫层样板采用预拌浆体泡沫混凝土现浇工艺施工，样板面积２００℃ｍ２，在２２温度下，共计生产６００ｋｇ／ｍ３泡沫混凝土１０ｍ３，主要性能指标符合设计要求，见表５。浆体Ｉ浆体ｌ泡沫混凝土ｌ实际干密度／１吸水ＩＲ２８抗压水胶比ｌ经时／ｈ１流值／ｍｍｋｇ・ｍ－３ｌ率／％１强度／ＰａＯ．４ｌ１８０６３５２２１０１６６结论（１）预拌泡沫混凝土适合商品混凝土企业批量℃生产施工。在２０温度下，采用普通硅酸盐水泥，Ⅱ内掺３０％Ｆ级粉煤灰搅拌预拌浆体，经时２ｈ生产泡沫混凝土工艺可行。（２）因浆体的凝结时间远远大于浆体保持适宜流动度的时间，且浆体流动度直接影响泡沫混凝土流值和抗压强度，所以，在预拌泡沫混凝土工艺中，以流动度大于８５ｍｍ为标准来控制预拌浆体经时时间。——一＋－＋一＋一＋一＋一＋一＋－＋一＋－＋一Ｐ－Ｐ℃（３）在３５高温下，适当掺入缓凝型聚羧酸高效减水剂，用于在ｌ一３ｈ内降低预拌浆体流动度损失，保证预拌泡沫混凝土质量方法可行。参考文献［１］王宝民，苗慧民．屋面保温材料的研究和应用现状与趋势［Ｊ］．低温建筑技术，２００８（５）：１３１．［２］李应权．我国泡沫混凝土行业发展现状［Ｊ］．混凝土世界，２０ｌＯ（１２）：２５．［３］杨婷松，芦令超，王守德．泡沫混凝土的制备及其性能测试［Ｃ］．绵阳：中国硅酸盐学会水泥分会第三届学术年会暨第十二届全国水泥和混凝土化学及应用技术—会议论文摘要集，２０ｌｌ：８２８３．［４］郑秀梅，付丽艳，刘晓丹，等．水胶比对泡沫混凝士性能影响试验［Ｊ］．低温建筑技术，２０１４（１０）：１２．［５］封培然．以水泥生产视角看混凝土生产特点和质量控—制［Ｊ］．水泥工程，２０１４（４）：２３．［６］张云升，孙伟，郑克仁，等．水泥一粉煤灰浆体的水化反应进程［Ｊ］．东南大学学报（自然科学版），２００６（１）：—１１９１２０．［７］全国水泥制品标准化技术研究委员会，中国建筑材料联合会，苏州混凝土制品研究院有限公司．混凝土外加剂匀质性试验方法：ＧＢ／Ｔ—８０７７２０１２［ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１３：１５．［８］天津市建设和交通委员会，天津市建筑科学研究院有限公司，天津市建设工程质量监督管理总队．现浇泡沫混凝土应用技术规程：ＤＢ——２９２１５２０１３［ｓ］．天津：天津建设和交通委员会，２０１３：９．［９］李浩然，耿飞，卓跃武，等．泡沫混凝土制备及泡沫稳定性研究［Ｊ］．低温建筑技术，２０１３（１０）：３．［１０］王益民．聚羧酸系高效减水剂与缓凝剂复合对水泥水化历程的影响试验研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２００９（１）：１８２一１８３．［１１］余文静，张潇逸，李丽，等．轻质混凝土用复配型发泡剂的性能研究［ｃ］．中国化学会第十四届胶体与界面化学会议论文摘集．长春：２０１３（７）：７０．［１２］罗亮江．聚羧酸高性能减水剂在南宁枢纽工程中应用［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１２（９）：１００．（上接第８３页）［９］陈国平，葛斌，张光宇．广昆铁路三棵树隧道光面爆破施工技术［Ｊ］．铁道建筑，２０１３（５）：３．［１０］杨贵．水平预裂爆破开挖保护层施工技术［Ｊ］．中外企—业家，２０１２（１０）：７６７７．铁道建筑技术ＲＡ『ＬｗＡｙＣＯＮＳ丁开ＵＣ丁『ｏ～删ＮＯＬＯＧｙ［１１］中铁六局集团有限公司．作业指导书（隧道篇）［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００９：２５．［１２］乔晓春．忻保高速公路夏柳青隧道施工开挖爆破技术—［Ｊ］．山西建筑，２０１２（９）：２０１２０２．［１３］邓华军．通省隧道变形产生原因及控制措施研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（３）：９３．２ＤＴ７ｆＴＤＪ１１７万方数据