石质破碎地段新奥法施工方法的改进

2013-10-11余彦楠

淮南职业技术学院学报 2013年1期

余彦楠，高波

（1.中铁二十四局南昌铁路工程有限公司，南昌330001；2.安徽江南化工股份有限公司，安徽宣城242310）

在地下工程开挖过程中，经常会遇到岩体节理裂隙发育，岩石风化严重，地下水系发育，岩体力学性质极差，自稳时间很短的地层。如：软弱破碎岩体、浅埋软岩和严重偏压、岩溶泥石流地层、砂层、砂砾石层断层破碎带、岩爆以及大面积淋水或涌水地段。根据在掘进施工中遇到的石质破碎实际问题以及在实际施工作业中的经验和教训，在新奥法施工的基础上总结出了一种较安全可靠的施工方法。

1 施工作业的基本要求

1.1 加强地质勘探，提前做好准备工作

施工前应对设计单位提供的工程、水文地质资料进行详细分析和调查，制定相应的施工方法和措施，备足有关机具材料，认真编制和实施施工组织设计，以使工程施工达到安全、优质、高效的目的。

1.2 制定合理的施工方法

选择隧道施工方法（包括开挖及支护）时，应以安全为前提，综合考虑洞室工程及水文地质条件、断面型式、尺寸、预埋深度、施工机械装备、工期和经济可行性等因素而定。

注意开挖方法和开挖顺序。根据地层情况，可采取上导洞先拱后墙法或者侧壁导洞先墙后拱法。每次开挖面不宜太大，应遵循化大为小，变大断面为小断面、变大跨度为小跨度开挖的原则，开挖后立即进行支护，用喷射混凝土封闭开挖工作面，以控制围岩应力及其增长，根据第一次支护量测结果，及时做二次衬砌或者加固方案。

开挖应尽量减少对围岩的扰动，必要时采用手工开挖。采用爆破开挖时必须严格控制开挖进尺和装药量，周边孔应采用光面爆破或者预裂爆破。

开挖断面稳定性差，当开挖后围岩自稳时间不能满足初期支护要求时应采用超前支护或者超前加固地层的方法，以增强围岩的强度和稳定性。

1.3 重视监控测量

采用新奥法施工的地下工程，为了掌握施工围岩和支护的力学动态及稳定程度，以及确定施工工序，保证施工安全，实现现场监控测量，充分利用监控测量指导施工。对软岩浅埋地下工程须进行地表下沉观测，这对预报洞体状态稳定，修正施工方案具有十分重要的意义。

1.4 尽早封闭衬砌结构

为防止围岩松弛，地应力作用在衬砌结构上，致使衬砌结构出现开裂、地表下沉等不良现象。因此，采用模筑衬砌施工时除了遵守坑道施工技术规范的有关规定施工外，还应注意：当拱脚、墙基松软时，灌注混凝土前应具有加固基底的有效措施。如使用高标号或者早强水泥，提高混凝土强度等级，采用掺入速凝剂、早强剂和打设仰拱等措施，提高衬砌的早期承载能力，确保衬砌结构长期坚固稳定。

2 施工方法

施工一般程序为：洞室开挖→光面爆破→柔性支护→围岩测试（最大允许变位、最大允许变速）→调整设计参数→二期支护（之后进入下一个循环）。

2.1 控制开挖

开挖作业的内容主要有放线、钻孔、装药、爆破、通风、排险、出渣。洞室开挖作业应与一期支护作业交叉进行，并尽量使用全断面开挖发，实施光面爆破和机械化作业线，地质条件较差或者断面较高时要采用正台阶法。在不良地质的情况下，选择光面爆破的施工方法。为了达到光爆效果和减少对围岩的扰动故选择合理的爆破参数是相当重要的。为了达到光爆效果一般进尺控制在2m以下，一般采用进尺1.5m，周边眼采用分段间隔装药，如图1所示，并用导爆索串联已达到光爆效果。为了提高炸药的利用效率必须使用炮泥密封炮眼，在断面特别差或者是在开房间时可采用预裂爆破留下最外面两排眼分两次起爆以减少对围岩的扰动，提高作业的安全性。

图1 周边眼间隔装药示意图

2.2 初期支护

石质破碎地段在爆破作业后围岩的自稳定性极差，应该尽快的进行初期支护作业。尽快的喷上一层薄层混凝土（30～50mm），起到封闭围岩的作用，防止风化。在初喷之前一定要把围岩上的危石清理干净否则会留下安全隐患。混凝土的配比是确保混凝土强度的主要因素。施工时先对砂子和石子的含水量进行测量，对含水量必须有个定量的了解。按水泥、砂子和石子的配比搅拌成潮料。搅拌后潮料用手抓起紧握成团，松手扬起基本没有粉尘为佳。喷墙时水泥：砂子：石子为1∶2∶2，喷拱时比例为1∶2∶1.5水灰比控制在0.4～0.45之间，速凝剂为水泥重量的3%。侧墙速凝剂的使用量可以少一点，但在喷拱时要适量的增加。

初喷之后适当的时间间隔作业后要进行后续的支护作业，锚杆支护，挂设钢筋网，立钢拱架，二次喷射混凝土等。在石质破碎地段锚杆支护包括超前锚杆和系统锚杆支护，若在洞口或者开房间还需要进行超前小导管进行支护。超前锚杆长度为循环进尺的3～5倍，宜采用3～5m长，环向间距为0.3～1.0m；外插角宜用10°～30°。搭接长度宜为超前长度的40%～60%左右，及大致形成双层或者双排锚杆。超前锚杆宜采用早强砂浆全粘结式锚杆，锚杆材料可用不小于Φ22mm的螺纹钢筋，小导管直径为Φ32 mm。打锚杆是要控制好角度，系统锚杆间距1 000mm，排距88mm，呈三花眼布置，超前锚布置如图2所示。

图2 超前锚杆角度

挂钢筋网要求用Φ6mm的钢筋在锚杆上盘钢筋网钢筋网格要≦300mm×300mm并且钢筋网要紧贴围岩。对于石质特别差得地段我们还要用16号工字钢立钢拱架，如图3所示。断面较小是用格栅钢拱架，如图4所示。

图3 钢拱架支护

图4 栅格拱架支护

支护必须严格按照技术要求来施工，尤其是在具体的施工时必须要遵循各个工种的施工手册。在对超前锚杆的处理上锚杆尾部适当延长焊接到钢拱架的上拱面上。总的原则就是要把整个支护段连接成整体，所以要求和上一段支护的钢结构也要连接起来，也要为下一段的支护做必要的预留，比如预留焊接的地方。

钢筋网和拱架假设完成之后应尽快的完成第二次的喷射混凝土（混凝土的配比和初喷一样），二次喷射混凝土一般在100mm左右，有个别地方较厚不能一次喷完故在喷射混凝土故要分多次喷射，一般两次喷射时间间隔在20min以上。此次喷射直接达到隧道的毛洞技术要求。实验表明，喷射混凝土与模筑相比，其物理力学性能大多得到了改善。见表1。

表1 喷射混凝土28d强度指标

3 施工中的监控测量

围岩监测是贯穿于整个隧道的掘进过程之中的，使用各种仪器和工具对围岩变化情况和支护结构的工作状态进行测量，及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性的安全信息，遇见事故和险情，作为调整和修改支护设计的依据，并在复合衬砌中，依据测量结果确定二次衬砌的施工时间。也会利用测量所得的数据反过来印证爆破施工的优劣，根据测量结果更改爆破方案。监控测量对掘进施工的作用是相当巨大的，是不可忽略的一个体系。尤其是在安全方面，不可否认经验的作用，但是现在先进的测量技术给了我们一个量化的指标，对于安全更有一个切切实实的意义。在避免事故的发生方面，现在的围岩监测技术已经有很多成功的先例。

围岩监测是新奥法施工中的三大板块之一，是掘进体系中最重要的部分之一。在现场测量中应测得项目有：地质和支护状况观察、周边位移、拱顶下沉、锚杆或锚索内力及抗拔力，选测的项目有：地表下沉、围岩体内位移（洞内设点，地表设点）、围岩压力及两层支护之间压力、钢支撑内力及外力、支护及衬砌内应力、表面应力、裂缝量测、围岩弹性波测试。