滇西地区隧道软弱围岩施工技术.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１７）１０００７７０３・隧道／地下工程・滇西地区隧道软弱围岩施工技术万碧羊（中铁二十三局集团第四工程有限公司四川成都６１００００）摘要：滇西地区地层间软弱破碎带的物质组成、水理特性、工程特性千差万别，规律性差。为确保安全施工，进一步综合分析地质资料，预测可能出现的工程地质问题，针对不同特性围岩采取针对性措施，以保证隧道施工安全，确保工程顺利施工。关键词：软弱破碎带地质特性处理措施中图分类号：Ｕ４５５．４文献标识码：Ｂ—ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９４５３９．２０１７．１０．０１８Ｃｏ舾ｔｍｃｔｉ蚰Ｔｅｃｈｎｏｌｏ野ｏｆＷｅａｋＳｕｒｒｏ岫ｄｉｎｇＲＤｃｋＴ咖ｍｅｌｉｎＷｅｓｔｅｒｎＹ咖ａｎＡｒｅａＷａｎＢｉｆｅｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ２３ｒｄＢｕｒｅａｕＧｍｕｐ４山ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，ＣｈｅｎｇｄｕＳｉｃｈｕａｎ６１００００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｗａｔｅｒｐｍｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｅｎ舀ｎｅｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔ１１ｅｗｅａｋｆｈｃｔｕｒｅｄｚｏｎｅｉｎｗｅｓｔｅｍＹｕｎｎａｎａｒｅｄｉｆｋｒｅｎｔｆｍｍｅａｃｈｏｔｈｅｒ，ａｎｄｔｈｅｒｅｇｕｌ鲥ｔｙｉｓｐｏｏｒ．Ｔｏｅｎｓｕｒｅｓａｆｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｍｏｒｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｅｏｌｏ矛ｃａｌｄａｔａｉｓｃ枷ｅｄｏｕｔｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｅｎ百ｎｅｅｒｉｎｇｇｅｏｌｏ舀ｃａｌｐｍｂｌｅｍｓｔｈａｔｍａｙｄｅｖｅｌｏｐ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｈ廿ａｃｔｅ而ｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｕｒｍｕｎｄｉｎｇｍｃｋ，ｓｐｅｃｉｆｉｃｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｔａｋｅｎｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｂｔｙａｎｄｓｍ００ｔｈｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎｏｆｔｌｌｅｐ叫ｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｅａｋｆｈｃｔｕｒｅｚｏｎｅ；ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｆｅａｔｕｒｅｓ；ｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓ１工程概况杉阳隧道全长１３３９０ｍ，位于云南省大理州永平车站与杉阳车站之间，隧道最大埋深约１０１５ｍ。隧道通过区域为中山构造剥蚀地貌，主要穿越５个断层，３个向斜，２个背斜。２层间软弱带特点软弱带地下水一般较发育，同时由于隧道埋深大，水头较高，形成的渗透压力较大且软弱带物质浸水后易软化，强度急剧降低，在未进行超前支护同时…存在临空面时易发生坍塌、涌泥、涌砂等地质灾害。３软弱带施工处理方案３．１软弱带特征归类根据软弱带特征归纳为８类，见表１【２Ｊ：—收稿日期：２０１７一０８１０作者简介：万碧丰（１９８２一），男，工程师，主要从事铁路工程施工与管理工作。表１杉阳隧道软弱带特征分类分软弱带软弱带地下水稳定性评价类物质成分物质形态发育特征Ａｌ泥状、砂状发育易发生变形、坍塌、突水涌泥Ａ２泥岩不发育易发生塑性变形、坍塌Ｂｌ为主角砾、发育易发生坍塌、突水涌泥Ｂ２碎石状不发育易发生塑性变形、坍塌Ｃ１泥状、砂状发育易发生变形、坍塌、突水涌泥Ｃ２砂岩不发育易发生塑性变形、坍塌Ｄ１为主角砾、发育易坍塌、突水涌泥（砂）Ｄ２碎石状不发育易发生塑性变形、坍塌施工中加强超前地质预报工作，补充超前钻孑Ｌ探测验证，以查明软弱带的具体位置、宽度、充填物∞质、地下水发育情况等特征Ｊ。根据主要充填物质成分、破碎程度、风化程度、地下水发育情况将软弱带分Ａｌ、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２八类处理，针对性地采取工程措施。３．２层间软弱层处理方案根据超前地质预报结果，查明各条软弱带基本特征，有针对性的分类处理，采用相应的工程措施。铁道建筑技术只Ａ『ＬＷＡｙＣＯＮＳ丁开ＵＣ丁『０～丁Ｅ＿ＣＨ～０ＬＯＧｙ２０７７ｆ，０Ｊ７７万方数据・隧道／地下工程・３．２．１Ａ类软弱带表４Ａ２类软弱带支护措施管棚超前支护边墙锚管钢架管径／间彰长度／管径／间距／ｍ长度／类型间距／ｍｍｍ６００．６１０４２０．６×１．２３１１４０．６管棚超前支护拱部锚管钢架管径／间距／长度／管径／长度／间距／间距／ｍ类型８９０．３１５４２Ｏ．８ｘＯ．８３１１４０．６管棚超前支护边墙锚管钢架管径／管径／间距／ｍ长度／ｍ间距／ｍ长度／ｍ类型间距／ｍ６００．３≥入岩５４２Ｏ．６×１３１１４０．６管棚超前支护边墙锚管钢架管径／管径／间距／ｍ长度／ｍ间距／ｍ长度／ｍ类型间距／ｍ６０Ｏ．６１０４２ｌ×ｌ３１１４Ｏ．６管棚超前支护边墙锚管钢架管径／管径／间距／ｍ长度／ｍ间距／ｍ长度／ｍ类型间距／ｍ６００．４≥人岩３４２１×ｌ３１１４Ｏ．６万方数据・隧道／地下工程・自稳能力极差。水量大时，开挖中极易发生突水涌泥现象；开挖后易发生变形，导致支护失稳而坍塌。（２）处理措施Ｃ１类：软弱带物质以砂岩为主，呈砂状、泥状，地下水呈淋水、淌水或股水，水量较大时，极易发生突水涌砂现象旧ｊ。工程处理措施以超前排水为前提，超前注浆加固改善围岩力学性能，形成加固圈，提高围岩自稳能力。主要措施如表７。表７Ｃ１类软弱带宽度较大时支护措施管棚超前支护拱墙锚管钢架管径／间彤长度／管径／长度／间彤间距／ｍ类型ｍｍ６００．４２０４２０．８ｘ０．８３１１４０．６软弱带宽度小于１５ｍ时根据地下水出露情况，设置超前排水钻孔，并应钻至开挖线３ｍ以外，采用平导Ｖ级直墙带仰拱模筑衬砌，台阶法开挖，拱部设置书８９ｍｍ管棚，必要时拱部增设超前小导管（大外插角）辅助注浆加固。边墙设置径向妒２ｍｍ锚管注浆加固，必要时可设置为大外插角，注水泥砂浆。主要措施如表８。表８Ｃ１类软弱带宽度较小时支护措施管棚超前支护边墙锚管钢架管径／间距／长度／ｍ管径／间距／ｍ长度／类型间距／ｍｍｍｍｍｍ６０Ｏ．４≥入岩３４２Ｏ．８×０．６３１１４Ｏ．６Ｃ２类：软弱带物质以砂岩为主，呈砂状、泥状，地下水呈无水、渗水、滴水或局部线流，围岩自稳能力差，开挖后极易变形，导致支护失稳而坍塌。主要措施：采用平导Ｖ级直墙带仰拱模筑衬砌，台阶法开挖。拱部设置书８９ｍｍ管棚，边墙设置径向蝉２ｍｍ锚管注浆加固。主要措施如表９。表９Ｃ２类软弱带支护措施管棚超前支护边墙锚管钢架管径／间距／长度／管径／间距／ｍ长度／类型间距／ｍｍ８９Ｏ．４ｌＯ４２Ｏ．８×Ｏ．６３１１４Ｏ．６３．２．４Ｄ类软弱带（１）工程地质特征状，地下水淋水、淌水或股水，水量较大时，极易发生突水涌砂现象，开挖后易坍塌。Ｄ２类：软弱带物质以泥岩为主，呈角砾、碎石状。地下水呈无水、渗水或局部线流。围岩具有一定的自稳能力，开挖后易掉块、坍塌。（２）处理措施主要措施：采用平导Ｖ级直墙带仰拱模筑衬砌，台阶法开挖。拱部设置邶ｍｍ管棚（壁厚５ｍｍ），环向间距０．４ｍ，长８ｍ，搭接３ｍ。拱墙设置１１４钢—架加强支护，钢架间距０．６０．８ｍ，拱脚及墙脚设置舭２ｍｍ锚管锁脚，每处２根，每根长４ｍ。４施工注意事项（１）施工中，应保持洞内地下水排水畅通，避免地下水汇集，软化基础而导致支护结构变形失稳。（２）软弱带开挖施工过程中，应加强对水文监测孔及开挖面的水文监测。结合水文监测孑Ｌ及补充超前钻孔探测出水段落、部位及范围，及时埋管排放地下水¨０｜，必要时进行超前注浆加固改良围岩条件，避免地下水携带大量围岩物质涌出。（３）开挖施工揭示异常段，应超前探测验证加固效果，若发现加固薄弱区应立即采取补充加固、封堵处理等措施，当补充加固效果满足安全施工条…件后，进行下步开挖１。５结束语滇西地区隧道施工围岩岩性变化频繁，在施工过程中，通过钻探与物探相结合，配合地质调查及掌子面素描，以做好掌子面前方围岩特性分析¨２｜。通过确认围岩岩性，判识围岩特性，采取准确、有效、安全、适用的开挖方法及支护措施，有效地保证隧道围岩的稳定性。参考文献［１］杨昌宇．隧道在地质软弱带的失稳机制及超前支护效果分析［Ｊ］．高速铁路技术，２０１１（２）：２５．［２］王才业．贵广高速铁路上寨隧道溶洞处理技术［Ｊ］．路基工程，２０１３（５）：１８５．［３］李燕．浅埋双联拱隧道的塌方预防与处理［Ｊ］．安徽建—筑，２００９（４）：１０９１１０．Ｄ１类：软弱带物质以泥岩为主，呈角砾、碎石铁道建翁技术只Ａ『ＬＭｙＣ０～Ｓ『只ＵＣ丁『０～丁Ｅ－ＣＨ～ＤＬＯＧｙ２０１７ｒ了ＤＪ（下转第１０７页）７９万方数据・装备与制造・４．５金相检验４０ＣｒＮｉＭｏＡ调质钢热处理后的金相组织应是回火索氏体，是马氏体于高温回火时形成的铁素体内分布着碳化物‘球粒的复合组织１０。１１｜。取金相试样，经４％硝◆遨邈擞图２金相组织５００×酸酒精溶液浸蚀，腐蚀后的组织为回火索氏体＋铁素体，如图２所示。５结论与分析（１）针对ＴＢＭ上４０ｃｒＮｉＭｏＡ与Ｑ３４５ｃ的焊接要求，对焊接过程进行分析，焊接工艺符合工艺规程要求。（２）对试样进行化学成分分析，结果符合标准要求，材料是４０ｃｒＮｉＭｏＡ。（３）通过拉伸、冲击及硬度试验可知，４０ｃｒＮｉＭｏＡ锻件强度、塑性、韧性、硬度等各项性能指标均低于标准值，塑性、韧性尤差，在焊接应力的作用下导致焊后产生裂纹。（４）４０ＣｒＮｉＭｏＡ调质后，其金相组织为回火索氏体＋铁素体，混合组织使强度、塑性、韧性、硬度等各项性能下降，出现较多铁素体可能是淬火时冷却速度偏低导致¨２｜。故４０ＣｒＮｉＭｏＡ钢的热处理工艺不合格，是导致裂纹产生的根本原因。６结束语综上所述，材质为４０ＣｒＮｉＭｏＡ的撑靴体球头与材质为Ｑ３４５Ｃ的底板焊后产生裂纹的根本原因系锻件热处理工艺不合格所致。撑靴体球头从铸造胚料到成品零件完成，需要经过多道工序，热处理作为其中一项特殊过程，对零件的性能及后续使用起到至关重要的作用。故对于中碳调质钢的使用，必须做好全面质量检验工作，各项指标合格后方可按工艺规范要求进行焊接。参考文献［１］白云峰．大直径主梁式ＴＢＭ撑靴油缸洞内更换技术—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（６）：８７９０．［２］ＪＬｉｕ，Ｐｃａｏ．ｓｔｕｄｙｏｎＲｏｃｋＦｍｃｔｕｒｅｗｉｔｈＴＢＭｃｕｔｔｅｒｕｎｄｅｒＤｉ船ｒｅｎｔｃｏ血ｎｉｎｇ—ｓｔｒｅｓｓｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｄｉ肌Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ—Ｊｏ哪ａｌ，２０１６，４６（１）：１０４１１４．［３］廖建炜．城市轨道交通工程ＴＢＭ设备振动检测试验与—分析［Ｊ］．铁道建筑技术，加１６（６）：８４８６．［４］周小磊，贺飞，张瑜峰．主梁式ＴＢＭ推进系统基于Ⅱ—Ａ＾西ｍ的仿真分析［Ｊ］．装备制造技术，加１５（１）：３１３４．［５］陈祝年．焊接工程师手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１０．［６］苏翠侠．ＴＢＭ滚刀破岩时滑移量的数值模拟研究［Ｊ］．—铁道建筑技术，２０１５（１１）：７６８１．［７］史伟，周庆宪，王会斌，等．４０ｃｒＮｉ２ＭｏＡ提环开裂原因分—析［Ｊ］．热处理技术与装备，２０１２，３３（１）：４６４８＋５２．［８］孙章龙．隧道掘进机中加ｃｒＮｉＭｏＡ与Ｑ３４５ｃ异种钢的—焊接工艺［Ｊ］．焊接技术，２０１６，４５（８）：４５４７．［９］程元义．高强钢焊接工艺研究及分析［Ｊ］．铁道建筑技—术，２０１２（１０）：４９５１．［１０］邵红红，蒋小燕，张道军．４０ｃｒＮｉＭｏＡ钢不同微观组织—超声疲劳寿命研究［Ｊ］．材料工程，２００８（５）：２４２８．［１１］刘晓珂，于慎君，陶凯，等．４ＪＤｃｒＮｉＭｏＡ大型锻件组织与性能的研究［Ｊ］．矿山机械，２０１２，４０（１２）：１０８一１１２．［１２］李启洋，马强，翟春辉，等．化学成分对舳ＮｉＭｏＡ钢零件热处理的影响［Ｊ］．金属热处理，２０１０，３５（６）：１１５一１１６．（上接第７９页）［４］潘铮荣，钱勇，余波．隧道管棚跟管钻进工艺实践［Ｊ］．现代物业，２叭２（８）：９３．［５］高勤运．兰渝铁路隧道第三系砂岩含水率与围岩稳定—性关系研究［Ｊ］．铁道建筑，２０１５（３）：６２６４．［６］陶磊．浅谈软弱围岩水平岩层隧道设计［Ｊ］．甘肃科技纵横，２０１０（６）：１３５．［７］高志永，李晓．鱼洞山隧道隧址区水文地质条件研究—及评价［Ｊ］．内江科技，２０１２（３）：３２３３．铁道建筠技术ＲＡ『ＬＷＡｙⅡＣＯＮＳ丁开ＵＣ丁『０Ｎ－ｃ删０Ｇｙ［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