新奥法施工在长寿山隧道开挖支护中的应用

2011-06-13刘絮影

科学之友 2011年22期

刘絮影

（中铁二十局集团第二工程有限公司，北京 100142）

1 工程概况

长寿山隧道系喇叭口隧道，由左、右线单线隧道，以喇叭口形式过渡为双线单洞隧道。隧道除进口端位于砂质黄土层中外，大多位于混合岩、花岗岩、片岩及砂岩夹砾岩层中，线路经过处山体起伏大，相对高差50～110 m，隧道最大埋深340 m，埋深最浅处则在出口端的冲沟谷底露顶横穿而过，浅埋段长150 m，明洞段长约164 m。隧道开挖施工是本工程施工的重点。

2 隧道超前支护

长寿山隧道超前支护采用超前小导管、超前大管棚施工，其采取的具体支护施工技术如下：

2.1 超前小导管支护施工

根据设计，本隧道的小导管采取Φ42热轧钢管加工而成，每根长度为3.5 m，布设在隧道拱部范围内。小导管按设计长度进行切割，并将端头加工成锥形，尾部预留不小于30 cm的止浆段，从尾部止浆段以外至楔端管体钻8 mm的注浆孔，梅花形布置，间距 30 cm。施工前，对掌子面的岩层喷射混凝土封闭以防漏浆、跑浆。按设计标出孔位，用 YT－28风枪钻孔后并插入小导管，外插角控制在10～15 °。用风枪或大锤直接将小导管送入，纵向相邻两排小导管水平搭接长度不小于 1 m，小导管环向间距为0.3 m。小导管安装后，根据情况向孔内压注水泥浆液，浆液采用砂浆搅拌机拌制。注浆压力控制在0.8 MPa左右。注浆时由下向上进行，注浆后立即堵塞钢管孔口，防止浆液外流。在支护施工中，应根据现场的实际情况，对注浆参数进行调整，以取得最佳注浆效果。

2.2 超前大管棚支护施工

对本隧道断面开挖前在进出口段拱部120 °范围设Φ108长30 m超前大管棚，环向间距0.4 m，外插角1～3 °管内压注M 30的水泥砂浆。为了确保本隧道管棚支护施工精度和质量，管棚用混凝土套拱作管棚导向墙，在套拱内预埋工字钢，按设计孔位准确安放导向钢管，工字钢与导向钢管焊成整体。在导向墙混凝土达到一定强度后，开始钻孔。钻孔时，要确保孔径比棚管外径大30～40 mm。钻孔完成后，把事先加工好的管节联接套焊接在钢管两端，然后将钢管安放在钻机钻头上，钻机对准已钻好的管棚孔，低速推进钢管。当前一根钢管推进孔内，孔外剩余30～40 cm时，用连接套接长钢管，直至钻进到棚管设计长度。然后向管内注入水泥砂浆或水泥－水玻璃双液浆。注浆结束后及时清除管内浆液，并用M 7.5水泥砂浆紧密填充，增强管棚的刚度和强度。注浆完成后，在管棚支护下组织开挖。

3 隧道开挖施工

通过采取隧道超前支护后，例如超前大管棚支护，当注浆完成后，即可在管棚支护下组织开挖。长寿山隧道按照新奥法原理施工，根据不同的围岩选择不同的开挖方法，采用YT－28型风动凿岩机人工钻孔爆破或小型机械开挖，做到稳中求快。

长寿山隧道采用进出口及五座斜井同时掘进，对于Ⅴ级围岩黄土隧道采用弧形导坑留核心土法施工。Ⅳ级开挖地段则采用台阶法施工，隧道Ⅲ级围岩采用全断面法开挖。考虑到隧道进出口、浅埋段处于风积砂质黄土，该黄土具Ⅳ级严重自重湿陷性，对隧道影响较大，因此进出口及全隧道洞身浅埋段拱部设Ф42超前小导管。

3.1 台阶法隧道开挖施工

本隧道Ⅳ级围岩开挖地段则采用台阶法施工，开挖一环、支护一环，下断面开挖后及时施作仰拱，形成封闭结构。岩石地段采用钻爆法开挖，如遇土石互层则采用弱震动爆破法开挖。采用简易作业台架 YT－28风枪钻孔，光面爆破，复式楔形掏槽，选用2#岩石硝铵炸药，有水时采用2#岩石抗水硝铵炸药或乳化炸药，塑料导爆管非电毫秒雷管微差起爆，循环进尺以2～3 m为宜；锚、网、喷初期支护，局部地段拱墙辅以钢拱架加强。Ⅳ级软质围岩及Ⅳ级加强衬砌段施工前先对拱部采用Ф42超前小导管进行预支护，然后采用台阶法开挖，锚、网、喷初期支护，局部地段在拱墙辅以1榀/m的I16型钢钢架加强。施工中，应根据围岩情况，采用合理的施工顺序和确定上、下台阶间的距离。开挖后，先初喷混凝土封闭岩面，及时施做初期支护和临时支护。钢支撑安装后，要及时打设锁脚锚杆。

3.2 环形开挖留核心土法隧道开挖施工

对于本隧道Ⅴ级围岩软弱地段、浅埋偏压地段及隧道进、出口均采用环形开挖留核心土法施工，其施工程序见图1。具体的施工方法如下：人工持小型机具开挖，遇岩石较好时采用预裂松动爆破施工，并严格控制装药量。台阶长度为3～5 m，开挖循环进尺为0.5～0.75 m，上台阶初期支护完成后开挖核心土；下一台阶先开挖边墙部分，完成支护结构，然后开挖核心土，继续分段开挖下台阶边墙部分，完成支护结构。开挖前先施工超前小导管或超前锚杆支护，开挖成洞后，尽早进行仰拱封闭，以便形成封闭受力结构。初期支护后，待各测试项目所显示的位移率明显缓慢并已基本稳定后，及时施作二次衬砌。

图1 环形开挖横断面示意图

3.3 全断面法隧道开挖施工

本隧道Ⅲ级围岩采用全断面法开挖。根据围岩情况，循环进尺为3～4 m为宜。开挖主要采用YT－28型风动凿岩机钻孔，光面爆破技术，中空直眼或复式楔形掏槽。选用2#岩石硝铵炸药，塑料导爆管非电毫秒雷管微差起爆。施工中，根据围岩情况采用不同的钻眼深度，合理控制装药量，提高围岩爆破效率，尽可能减少超欠挖而引起工料的浪费。

采取光面爆破技术的全断面法开挖隧道，应掌握其施工控制要点：①隧道开挖每个循环都要进行施工测量，控制开挖断面，采用激光准直仪来控制开挖方向。②钻眼时掘进眼保持与隧道轴线平行，除底眼外，其他炮眼口比眼底低5 cm，以便钻孔时的岩粉自然流出，周边眼外插角控制在3～4 °以内。掏槽眼严禁互相打穿相交，眼底比其他炮眼深 20 cm。③装药前炮眼用高压风吹干净，检查炮眼数量。按爆破设计顺序装药，确保装药作业有序进行。④起爆采用复式网络、非电起爆系统，联接时，每组控制在12根以内；联接雷管使用相同的段别，且使用低段别的雷管。