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鐵路隧道開挖掘進技術(shù)應(yīng)用分析

2011-08-15 00:52
科技傳播 2011年11期
關(guān)鍵詞:炮眼掘進機臺階

姜 華

中鐵十九局集團第六工程有限公司,江蘇 無錫 214045

1 鐵路隧道開挖掘進主要技術(shù)特點

鐵路隧道的施工中有鉆爆法掘進和掘進機法掘進。鉆爆法開挖掘進的方法可分為全斷面法、半斷面法、小導(dǎo)坑法、臺階法和分部開挖法。掘進機法則主要采用各種類型的掘進機、劈巖機、盾構(gòu)等直接開挖。

鉆爆法需要在適當(dāng)?shù)奈恢眠M行打眼,然后放炮掘進,目前單純的鉆爆法已經(jīng)應(yīng)用的很少,在現(xiàn)代的鐵路隧道施工中基本采用鉆爆法與新奧法相結(jié)合,新奧法從已有的工程經(jīng)驗以及巖土巖石性質(zhì)出發(fā),其通過噴射混凝土和使用相應(yīng)的錨桿來充分的加固圍巖,它能夠使得圍巖更好地發(fā)揮自身的承載能力,從而對鐵路隧道進行對應(yīng)支護的方法。在進行鐵路隧道開挖的時候,關(guān)鍵要控制好爆破,其跟開挖的方式、爆破的參數(shù)設(shè)置以及對應(yīng)的鉆孔的使用得當(dāng)都有關(guān),爆破控制應(yīng)該由經(jīng)驗豐富的人員來完成,要綜合考慮圍巖的狀況來合理的設(shè)計,開挖的時候鉆孔設(shè)備的選擇也要得當(dāng)。在開挖Ⅳ、Ⅴ類(Ⅱ、Ⅲ級)圍巖時可采用全斷面法,開挖Ⅱ、Ⅲ類(Ⅳ、Ⅴ級)圍巖時可采用正臺階法,一些鐵路隧道也可采用中壁法進行開挖。鉆爆法需要投入的資金相對較少,技術(shù)易于操作,適應(yīng)性也較強,受斷面形狀的影響較小,尤其適合一些軟巖石層、斷巖石層的鐵路隧道,且復(fù)雜的綜合性較強的鐵路隧道更能體現(xiàn)其靈活多變性,就是該方法的超欠挖是不可避免的,勞動的強度較大,可能引起地面沉降和坍塌。

鐵路隧道的掘進機包括盾構(gòu)和TBM,對于軟土層隧道我們多采用盾構(gòu),對于巖石層隧道則采用TBM。隧道圍巖是否可以挖掘可通過圍巖的單抽抗壓強度和耐磨性等因素來考慮,對軟性圍巖采用掘進機開挖的方式,能夠有效的保持圍巖的穩(wěn)定性和防止坍塌,對圍巖的影響小。并且掘進機開挖鐵路隧道方法多采用兩步臺階法開挖,具體開挖高度則要通過巖石地質(zhì)分析和掘進機的選擇來確定,臺階長度一般采用長臺階,對于地質(zhì)條件差的隧道可采用中長臺階法或者短臺階法開挖。

一直以來鉆爆法是隧道開挖的主要方法,隨著對爆破的控制技術(shù)加強、噴射錨固技術(shù)的跟進以及一些加固技術(shù)的應(yīng)用,鉆爆法也逐漸的縮短了工期,減少了工序,但相對掘進機法來說,還是機械化程度較低,速度相對滯后。掘進機法開挖其效率高、擾動少、污染較小、但是使用掘進機進行開挖投入相對較大,硬巖石耗損切削頭大,也需要配套合理的管理。所以進行鐵路隧道的開挖掘進采用何種方法需要結(jié)合鐵路隧道的地質(zhì)條件,現(xiàn)有的機械設(shè)備,綜合施工的各方面因素評定后進行選擇。

2 鐵路隧道鉆爆開挖掘進施工應(yīng)用

某鐵路隧道全長1220m,該隧道的通過地段的絕對高程為221m~386m,為單線的電氣化鐵路隧道,圍巖等級是Ⅲ、Ⅳ級,開挖掘進按照新奧法原理進行施工,隧道的整體埋入較淺,對此采用光面爆破技術(shù)進行開挖。

2.1 制定合理開挖爆破方案

在爆破過程中防止飛石和一些沖擊,需要在施工前制定合理的開挖爆破方案,對該鐵路隧道的爆破炮眼以及裝藥量度進行控制,這里對隧道采取整個斷面的分區(qū)域開挖爆破,進行斜眼的掏槽式爆破。并配備好2臺以上施工機械和對應(yīng)數(shù)量的運輸車,這樣確保了施工的連續(xù)性,也能使得隧道的出碴速度得到提高。這里實用非電毫秒雷管和2號巖石硝銨炸藥進行爆破作業(yè)。

2.2 爆破設(shè)計和布置

根據(jù)實際工程的鐵路隧道地質(zhì)條件和施工環(huán)境條件,在全斷面分區(qū)域的控制爆技術(shù)的前提下,同時確定炮眼鉆爆參數(shù)、裝藥量和裝藥形式,以及起爆的順序,這樣能夠節(jié)省炸藥并加快開挖進度。

炮眼采用線性的布置,其炮間距E一般為(8~14)d(d為炮眼直徑),這里E取為400mm,抵抗線則為(1~1.5)d。為提高光面爆破的效果,掏槽眼里用大直徑的藥卷,輔助眼和內(nèi)圈眼也同樣使用大直徑藥卷,周邊的炮眼里面用小藥卷并導(dǎo)索間隔裝好炸藥。炮眼的堵塞不小于20mm。

2.3 爆炸參數(shù)的具體設(shè)置

首先合理的選擇掏槽形式,能夠更好的控制爆破效果,這里采用斜眼掏槽,掏槽的角度直接影響爆破力度,角度小,爆破好單施工困難,角度大則掏槽的效果差,這里掏槽角度為53°,使用小循環(huán)進尺,循環(huán)進尺為1.2m,這樣爆炸藥量使用的少。輔助眼間距設(shè)置為0.8m~1m,眼深度為1m。炮眼的裝藥量的公式采用:Q=Kwah,K為單位消耗炸藥量,一般可取為0.6g/m3/kg~1.2kg/m3/kg,W為最小抵抗線,a為炮眼的間距,h為炮眼的深度。開挖斷面定為90m2,開挖的深度初始為4m,炸藥耗損為0.93m3/kg。

2.4 爆破控制

首先對于爆破的開挖應(yīng)保證隧道結(jié)構(gòu)的整體性,最大的爆炸速度都控制在10cm/s以下,雷管采用合理的分段方式和起爆順序,掏槽眼與輔助眼雷管的延時定為120ms,內(nèi)層輔助眼與外層輔助眼的延時為90ms,外層輔助眼與周邊眼的延時為120ms。

2.5 隧道施工

本工程的開挖斷面較小,采用三班制度進行施工作業(yè),對于開挖、運輸、裝碴的工作施工人員都要安排齊備,爆破后由人員自行出碴,每相隔400m設(shè)置一個換車道,平導(dǎo)經(jīng)過橫向通道直接進入洞中施工,可由下導(dǎo)坑進入下斷面進行施工,并為了確保施工的有序性和安全性,對其采用上下臺階開挖并隨即噴射混凝土的方法,鐵路隧道的縱向考慮設(shè)置鋼管鋼架,拱墻可以使用錨桿,拱部處設(shè)置好注入砼漿的導(dǎo)管,逐步形成鋼管鋼架、導(dǎo)管、錨桿和噴射混凝土的聯(lián)合初期支護。其中鋼架的間距為0.5m~0.8m設(shè)置一榀,錨桿的環(huán)向間距為0.4m~0.6m一環(huán),縱向間距為2.0m~2.5m一環(huán),噴射的混凝土可采用C20~C30。鋪底則可采用采用的大梁的方法,并用過梁架空,底下可注入混凝土,如此可以拖運過梁,一直循環(huán)往前鋪底。隧道的混凝土襯砌采用襯砌臺車,左右同時進行襯砌,并設(shè)置合適的模板,混凝土的材料采用水泥、石料和砂子的自動計量拌合,混凝土采用泵送。橢圓形襯砌結(jié)構(gòu)承載能力較大,適合使用,襯砌的臺車進入隧道前,需要進行拼裝,并要在襯砌鉛對模板的軸線和平整度等各方面進行檢查,也要清理底部的積水和污渣。

3 結(jié)論

鐵路隧道開挖掘進的施工需要建立專業(yè)施工隊伍,尤其加強對爆破施工工作的管理,配合先進的機械化設(shè)施,發(fā)揮機械化設(shè)施的效能。鐵路隧道開挖掘進施工方式應(yīng)該根據(jù)隧道掘進深度、施工的方法和施工進度等等因素,結(jié)合各種鐵路隧道開挖掘進施工方式的優(yōu)缺點和使用范圍,結(jié)合實際工程進行合理的開挖掘進設(shè)計和方案的實施。

[1]鐵路隧道施工規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社,2002.

[2]何廣沂.工程爆破新技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2000.

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