余彥楠，高 波

（1.中鐵二十四局南昌鐵路工程有限公司， 南昌330001；2.安徽江南化工股份有限公司， 安徽 宣城242310）

在地下工程開挖過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，地下水系發(fā)育，巖體力學(xué)性質(zhì)極差，自穩(wěn)時(shí)間很短的地層。如：軟弱破碎巖體、淺埋軟巖和嚴(yán)重偏壓、巖溶泥石流地層、砂層、砂礫石層斷層破碎帶、巖爆以及大面積淋水或涌水地段。根據(jù)在掘進(jìn)施工中遇到的石質(zhì)破碎實(shí)際問(wèn)題以及在實(shí)際施工作業(yè)中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，在新奧法施工的基礎(chǔ)上總結(jié)出了一種較安全可靠的施工方法。

1 施工作業(yè)的基本要求

1.1 加強(qiáng)地質(zhì)勘探，提前做好準(zhǔn)備工作

施工前應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)單位提供的工程、水文地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析和調(diào)查，制定相應(yīng)的施工方法和措施，備足有關(guān)機(jī)具材料，認(rèn)真編制和實(shí)施施工組織設(shè)計(jì)，以使工程施工達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、高效的目的。

1.2 制定合理的施工方法

選擇隧道施工方法（包括開挖及支護(hù)）時(shí)，應(yīng)以安全為前提，綜合考慮洞室工程及水文地質(zhì)條件、斷面型式、尺寸、預(yù)埋深度、施工機(jī)械裝備、工期和經(jīng)濟(jì)可行性等因素而定。

注意開挖方法和開挖順序。根據(jù)地層情況，可采取上導(dǎo)洞先拱后墻法或者側(cè)壁導(dǎo)洞先墻后拱法。每次開挖面不宜太大，應(yīng)遵循化大為小，變大斷面為小斷面、變大跨度為小跨度開挖的原則，開挖后立即進(jìn)行支護(hù)，用噴射混凝土封閉開挖工作面，以控制圍巖應(yīng)力及其增長(zhǎng)，根據(jù)第一次支護(hù)量測(cè)結(jié)果，及時(shí)做二次襯砌或者加固方案。

開挖應(yīng)盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，必要時(shí)采用手工開挖。采用爆破開挖時(shí)必須嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺和裝藥量，周邊孔應(yīng)采用光面爆破或者預(yù)裂爆破。

開挖斷面穩(wěn)定性差，當(dāng)開挖后圍巖自穩(wěn)時(shí)間不能滿足初期支護(hù)要求時(shí)應(yīng)采用超前支護(hù)或者超前加固地層的方法，以增強(qiáng)圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

1.3 重視監(jiān)控測(cè)量

采用新奧法施工的地下工程，為了掌握施工圍巖和支護(hù)的力學(xué)動(dòng)態(tài)及穩(wěn)定程度，以及確定施工工序，保證施工安全，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)量，充分利用監(jiān)控測(cè)量指導(dǎo)施工。對(duì)軟巖淺埋地下工程須進(jìn)行地表下沉觀測(cè)，這對(duì)預(yù)報(bào)洞體狀態(tài)穩(wěn)定，修正施工方案具有十分重要的意義。

1.4 盡早封閉襯砌結(jié)構(gòu)

為防止圍巖松弛，地應(yīng)力作用在襯砌結(jié)構(gòu)上，致使襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂、地表下沉等不良現(xiàn)象。因此，采用模筑襯砌施工時(shí)除了遵守坑道施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定施工外，還應(yīng)注意：當(dāng)拱腳、墻基松軟時(shí)，灌注混凝土前應(yīng)具有加固基底的有效措施。如使用高標(biāo)號(hào)或者早強(qiáng)水泥，提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，采用摻入速凝劑、早強(qiáng)劑和打設(shè)仰拱等措施，提高襯砌的早期承載能力，確保襯砌結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期堅(jiān)固穩(wěn)定。

2 施工方法

施工一般程序?yàn)椋憾词议_挖→光面爆破→柔性支護(hù)→圍巖測(cè)試（最大允許變位、最大允許變速）→調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)→二期支護(hù)（之后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)）。

2.1 控制開挖

開挖作業(yè)的內(nèi)容主要有放線、鉆孔、裝藥、爆破、通風(fēng)、排險(xiǎn)、出渣。洞室開挖作業(yè)應(yīng)與一期支護(hù)作業(yè)交叉進(jìn)行，并盡量使用全斷面開挖發(fā)，實(shí)施光面爆破和機(jī)械化作業(yè)線，地質(zhì)條件較差或者斷面較高時(shí)要采用正臺(tái)階法。在不良地質(zhì)的情況下，選擇光面爆破的施工方法。為了達(dá)到光爆效果和減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)故選擇合理的爆破參數(shù)是相當(dāng)重要的。為了達(dá)到光爆效果一般進(jìn)尺控制在2m以下，一般采用進(jìn)尺1.5m，周邊眼采用分段間隔裝藥，如圖1所示，并用導(dǎo)爆索串聯(lián)已達(dá)到光爆效果。為了提高炸藥的利用效率必須使用炮泥密封炮眼，在斷面特別差或者是在開房間時(shí)可采用預(yù)裂爆破留下最外面兩排眼分兩次起爆以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，提高作業(yè)的安全性。

圖1 周邊眼間隔裝藥示意圖

2.2 初期支護(hù)

石質(zhì)破碎地段在爆破作業(yè)后圍巖的自穩(wěn)定性極差，應(yīng)該盡快的進(jìn)行初期支護(hù)作業(yè)。盡快的噴上一層薄層混凝土（30～50mm），起到封閉圍巖的作用，防止風(fēng)化。在初噴之前一定要把圍巖上的危石清理干凈否則會(huì)留下安全隱患?；炷恋呐浔仁谴_?；炷翉?qiáng)度的主要因素。施工時(shí)先對(duì)砂子和石子的含水量進(jìn)行測(cè)量，對(duì)含水量必須有個(gè)定量的了解。按水泥、砂子和石子的配比攪拌成潮料。攪拌后潮料用手抓起緊握成團(tuán)，松手揚(yáng)起基本沒(méi)有粉塵為佳。噴墻時(shí)水泥：砂子：石子為1∶2∶2，噴拱時(shí)比例為1∶2∶1.5水灰比控制在0.4～0.45之間，速凝劑為水泥重量的3%。側(cè)墻速凝劑的使用量可以少一點(diǎn)，但在噴拱時(shí)要適量的增加。

初噴之后適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔作業(yè)后要進(jìn)行后續(xù)的支護(hù)作業(yè)，錨桿支護(hù)，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，立鋼拱架，二次噴射混凝土等。在石質(zhì)破碎地段錨桿支護(hù)包括超前錨桿和系統(tǒng)錨桿支護(hù)，若在洞口或者開房間還需要進(jìn)行超前小導(dǎo)管進(jìn)行支護(hù)。超前錨桿長(zhǎng)度為循環(huán)進(jìn)尺的3～5倍，宜采用3～5m長(zhǎng)，環(huán)向間距為0.3～1.0m；外插角宜用10°～30°。搭接長(zhǎng)度宜為超前長(zhǎng)度的40%～60%左右，及大致形成雙層或者雙排錨桿。超前錨桿宜采用早強(qiáng)砂漿全粘結(jié)式錨桿，錨桿材料可用不小于Φ22mm的螺紋鋼筋，小導(dǎo)管直徑為Φ32 mm。打錨桿是要控制好角度，系統(tǒng)錨桿間距1 000mm，排距88mm，呈三花眼布置，超前錨布置如圖2所示。

圖2 超前錨桿角度

掛鋼筋網(wǎng)要求用Φ6mm的鋼筋在錨桿上盤鋼筋網(wǎng)鋼筋網(wǎng)格要≦300mm×300mm并且鋼筋網(wǎng)要緊貼圍巖。對(duì)于石質(zhì)特別差得地段我們還要用16號(hào)工字鋼立鋼拱架，如圖3所示。斷面較小是用格柵鋼拱架，如圖4所示。

圖3 鋼拱架支護(hù)

圖4 柵格拱架支護(hù)

支護(hù)必須嚴(yán)格按照技術(shù)要求來(lái)施工，尤其是在具體的施工時(shí)必須要遵循各個(gè)工種的施工手冊(cè)。在對(duì)超前錨桿的處理上錨桿尾部適當(dāng)延長(zhǎng)焊接到鋼拱架的上拱面上?？偟脑瓌t就是要把整個(gè)支護(hù)段連接成整體，所以要求和上一段支護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)也要連接起來(lái)，也要為下一段的支護(hù)做必要的預(yù)留，比如預(yù)留焊接的地方。

鋼筋網(wǎng)和拱架假設(shè)完成之后應(yīng)盡快的完成第二次的噴射混凝土（混凝土的配比和初噴一樣），二次噴射混凝土一般在100mm左右，有個(gè)別地方較厚不能一次噴完故在噴射混凝土故要分多次噴射，一般兩次噴射時(shí)間間隔在20min以上。此次噴射直接達(dá)到隧道的毛洞技術(shù)要求。實(shí)驗(yàn)表明，噴射混凝土與模筑相比，其物理力學(xué)性能大多得到了改善。見表1。

表1 噴射混凝土28d強(qiáng)度指標(biāo)

3 施工中的監(jiān)控測(cè)量

圍巖監(jiān)測(cè)是貫穿于整個(gè)隧道的掘進(jìn)過(guò)程之中的，使用各種儀器和工具對(duì)圍巖變化情況和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，及時(shí)提供圍巖穩(wěn)定程度和支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性的安全信息，遇見事故和險(xiǎn)情，作為調(diào)整和修改支護(hù)設(shè)計(jì)的依據(jù)，并在復(fù)合襯砌中，依據(jù)測(cè)量結(jié)果確定二次襯砌的施工時(shí)間。也會(huì)利用測(cè)量所得的數(shù)據(jù)反過(guò)來(lái)印證爆破施工的優(yōu)劣，根據(jù)測(cè)量結(jié)果更改爆破方案。監(jiān)控測(cè)量對(duì)掘進(jìn)施工的作用是相當(dāng)巨大的，是不可忽略的一個(gè)體系。尤其是在安全方面，不可否認(rèn)經(jīng)驗(yàn)的作用，但是現(xiàn)在先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)給了我們一個(gè)量化的指標(biāo)，對(duì)于安全更有一個(gè)切切實(shí)實(shí)的意義。在避免事故的發(fā)生方面，現(xiàn)在的圍巖監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)有很多成功的先例。

圍巖監(jiān)測(cè)是新奧法施工中的三大板塊之一，是掘進(jìn)體系中最重要的部分之一。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中應(yīng)測(cè)得項(xiàng)目有：地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察、周邊位移、拱頂下沉、錨桿或錨索內(nèi)力及抗拔力，選測(cè)的項(xiàng)目有：地表下沉、圍巖體內(nèi)位移（洞內(nèi)設(shè)點(diǎn)，地表設(shè)點(diǎn)）、圍巖壓力及兩層支護(hù)之間壓力、鋼支撐內(nèi)力及外力、支護(hù)及襯砌內(nèi)應(yīng)力、表面應(yīng)力、裂縫量測(cè)、圍巖彈性波測(cè)試。

4 施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較

4.1 優(yōu)點(diǎn)

控制開挖使用光面爆破，周邊孔使用空氣分段間隔裝藥減少了爆破振動(dòng)對(duì)圍巖的擾動(dòng)，減少事故發(fā)生的幾率。在光爆的作用下隧道的成型性好，減少超欠挖的發(fā)生提高了工作效率。

在石質(zhì)破碎地段提高了機(jī)械利用率，減少了施工的人數(shù)同樣的也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了事故發(fā)生率。

初噴之后打錨桿成孔質(zhì)量好，表面有一層噴漿層易于開眼提高了臺(tái)車的鉆孔效率。錨桿盤和鋼筋網(wǎng)緊貼巖面，錨桿支護(hù)強(qiáng)度大支護(hù)質(zhì)量好；即使巷道變形，噴漿層開裂，因錨桿位于整個(gè)支護(hù)體系的最外面不會(huì)對(duì)人員造成不可挽回的影響。

監(jiān)控測(cè)量緊隨作業(yè)面，利于及時(shí)調(diào)整和修改施工方案中的錯(cuò)誤和不合適的施工方法。尤其是可以根據(jù)當(dāng)前的地質(zhì)情況來(lái)預(yù)報(bào)開挖斷面前方的地質(zhì)情況，以便考慮選擇合適的施工方案調(diào)整各項(xiàng)施工措施。可以及時(shí)了解圍巖的變化情況，盡快處理突發(fā)情況。

4.2 缺點(diǎn)

實(shí)施不僅要求指揮人員有良好的施工組織和管理能力，還要求工程技術(shù)人員具有較高的業(yè)務(wù)能力。

開挖暴露出的地質(zhì)會(huì)立即改變其應(yīng)力狀態(tài)，因此要求技術(shù)人員要親臨現(xiàn)場(chǎng)，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

由于噴漿作業(yè)多，噴漿作業(yè)帶來(lái)的灰塵以及所含的化學(xué)藥品對(duì)人的眼睛和呼吸系統(tǒng)具有很大的損害。在施工作業(yè)中要求作業(yè)人員必須加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)。

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