特殊条件下的隧道出洞施工技术研究_张华.pdf

发展与创新2282023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究1 工程概况及总体思路黄柏岭隧道、洛河大桥隧道出口位于陡峭的半山腰，外接洛河大桥，山顶的施工便道到洞口垂直距离约 100 m，坡体表面岩体破碎，洞外修建便道到隧道洞口极为困难。文章采用双线无砟轨道隧道，共设一个斜井和一个横洞，为保证施工进度，隧道共设置 3 条辅助坑道进行施工。黄柏岭隧道出口与洛河大桥示意图如图 1 所示。摘要：文章以蒙华重载铁路重难点工程黄柏岭隧道、洛河大桥桥隧相接、桥隧交叉施工为背景，制订了桥隧交叉施工方案，包括洞外防护方案和洞内控制爆破开挖方案，对主要施工方法和技术保证措施进行分析阐述，以期有效保障两个重点控制性工程的稳步推进和桥梁隧道的施工质量。关键词：隧道；控制爆破；出洞技术Abstract:Taking the key and difficult projects of Menghua heavy-haul railway-bridge-tunnel connection and bridge-tunnel crossing construction of Huangbailing tunnel and Luohe bridge as the background,this paper formulates the bridge-tunnel crossing construction scheme,including the protection scheme outside the tunnel and the controlled blasting excavation scheme inside the tunnel.The main construction methods and technical guarantee measures are analyzed and expounded in order to effectively guarantee the steady progress of the two key control projects and the construction quality of the bridge and tunnel.Key Words:tunnel;controlled blasting;unkennel technology分类号：U455.4特殊条件下的隧道出洞施工技术研究张 华中铁五局集团机械化工程有限责任公司，湖南 衡阳 421000Research on Tunnel Unkennel Construction Technology under Special ConditionsZHANG HuaChina Railway No.5 Bureau Group Mechanization Engineering Co.,Ltd.,Hengyang 421000,Hunan,China073.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.02.作者简介：张华，男，本科，高级工程师，研究方向为土木工程施工技术管理。2150 t 缆索吊庙坪隧道洛河大桥扣索扣索地锚主索地锚塔架基础主索地锚黄柏岭隧道图 1 黄柏岭隧道出口与洛河大桥示意图2 施工方案2.1 洞外防护方案为避免隧道开挖出洞期间落石对桥梁墩台成品造成损伤，对水库造成污染，在隧道洞口与桥台连接处采用“主动防护网+被动防护网”相结合的方式，吸收和分散传递预计的落石冲击动能，消能环的设计能够提高抗冲击能力，保护墩台成品和环境。2.2 洞内控制爆破开挖方案隧道出洞施工期间，需减少对洛河大桥已完工钢管拱和墩台的振动影响，以及洞口段爆破产生的落石、飞石对已完桥梁的破坏和对环境造成的污染，确保施工和运营期间的安全。若采用常规爆破施工，爆破产生的爆破振动、爆破飞石是不可消除的。飞石及地震波等会对桥梁墩台成品造成影响，留下质量缺陷和安全隐患1。为减少对洞外结构物的破坏，同时保证隧道的开挖进度，出洞时采用微振控制光面爆破。3 主要施工方法和技术保证措施3.1 洞外施工3.1.1 洞口防护（1）清除洞口和边仰坡表面松散碎石土和松散岩发展与创新229工程技术研究 第 8 卷 总第 130 期 2023 年 1 月体。（2）根据隧道洞口仰坡周边实际地形，设置主、被动防护网范围。（3）在洞口施做主、被动防护网：根据现场地形和隧道开挖断面轮廓在隧道出口设 2 道被动防护网和 1 道主动防护网，能够抵挡洞口开挖的落石2。每道被动防护网高度为 5 m，宽度为 30 m；主动防护网宽度为 30 m，高度为 31 m。（4）主动防护网：网格间距按 4.5 m4.5 m 设置，采用 2 根 3 m 长16 mm 钢绳锚杆、12 mm 边界绳、8 mm 缝合绳进行缝合。（5）被动防护网：采用 PC-0750 型。（6）增设的主（被）动防护网内挂 2 层铁丝格栅网，格栅网采用抗拉强度不低于 350 MPa 的热镀锌 2.2 mm 铁丝，镀锌量不小于 100 g/m2；格栅网采用网格尺寸为50 mm50 mm 的无扭结编制格栅。3.1.2 地表加固为防止隧道开挖引起地表下沉对缆索吊基础产生影响，对黄柏岭隧道出口洞顶的洛河大桥缆索吊前缆风地锚周边岩体进行地表注浆加固。（1）加固深度：原地面至拱顶开挖轮廓线以上0.5 m。（2）注浆钻孔：采用 89 钻孔。（3）注浆材料：水泥单液浆，水灰比为 1 1（重量比），注浆压力为 0.5 1.5 MPa，施工时可根据实际情况现场调整。（4）孔口管参数：孔间距为 2 m；钢管采用外径为76 mm、壁厚 5 mm、长 3 m 的普通热轧无缝钢管。最后进行注浆效果检查，一般采用以下两种方法。一种是分析法，仔细分析注浆过程，检查钻孔的注浆压力、注浆量是否满足设计要求；同时关注注浆过程中是否存在漏浆、跑浆，通过计算浆液注入量来估算注浆扩散半径，检查是否与设计相符。另一种是检查孔法，利用地质钻机根据设计孔位与角度，对孔提取的岩芯进行检查，同时测定检查孔的吸水量，若是单孔，吸水量应小于 1 L/（minm）。3.2 洞内施工3.2.1 洞口管棚（1）黄柏岭隧道出口，DK730+196.8 +226.8 段30 m 采用 89 洞身管棚。（2）结合桥梁施工，若洞外具备管棚施工条件，可从洞外进行长管棚施工，以加快隧道施工进度。（3）管棚设计参数。钢管规格：108 mm（壁厚 6 mm）、每节长 4 6 m，以丝扣连接而成，同一断面内接头数量不得超过总钢管数的 50%。倾角：1 3。3.2.2 洞内控制爆破开挖（1）确定隧道控制爆破开挖长度。洛河大桥下部拱上建筑（拱上墩、形梁）施工、简支 T 梁的架设必须利用现有的 2150 t 缆索吊；缆索吊塔架基础里程黄柏岭隧道侧为 DK730+100，后锚里程为DK730+035.5，距内轨顶面约 55.8 m。隧道开挖需对缆索吊塔架基础、后锚、缆风绳地锚进行保护，确保大型特种缆索吊设备的安全3。（2）控制爆破长度。第一，根据爆破安全规程（GB 67222014）第 13.2 条“爆破振动安全允许距离”计算确定。爆破振动安全允许标准如表 1 所示。表 1 爆破振动安全允许标准（摘取）注：f 为爆破频率。与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的参数 K 和衰减指数，应通过现场试验确定；在无试验数据的条件下，可参考下表选取，如表 2 所示。表 2 爆区不同岩性的 K、值保护对象类别安全允许质点振动速度 V/（cms-1）f 10 Hz10 Hz f 50 Hzf 50 Hz土窑洞、土坯房、毛石房屋0.15 0.450.45 0.900.901.50一般民用建筑1.5 2.02.0 2.52.5 3.0工业和商业建筑2.5 3.53.5 4.04.5 5.0一般古建筑与古迹0.1 0.20.2 0.30.3 0.5岩性K坚硬岩石50 1501.3 1.5中硬岩石150 2501.5 1.8软岩石250 3501.8 2.0第二，延时爆破为最大单段药量。根据钻爆设计，隧道级围岩采用全断面法开挖，开挖进尺 3.2 m，最大单段药量为周边眼按级围岩隧道断面开挖爆破设计，周边眼共 45 个，炸药量 Q1为 34 kg。出口段洞身为（）级围岩，采用台阶法开挖，开挖进尺 2.2 m，最大单段药量为周边眼按（）级围岩隧道断面开挖爆破设计，周边眼共 37 个，炸药量 Q2为 22.2 kg。第三，爆破振动安全允许距离计算。洞室爆破频率：f 20 Hz。保护对象类型：取工业和商用建筑，V=2.5 3.5，取 V=2.5。岩性安山岩：取中硬岩石，K=150 250，=1.5 1.8，取 K=250、=1.5。将Q1=34 kg、Q2=22.2 kg 代入公式：113()KRQV=（1）计算出级围岩爆破振动安全允许距离 R1=69.8 m，发展与创新2302023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究（）级围岩爆破振动安全允许距离 R2=60.6 m。第四，黄柏岭隧道出口爆破影响范围。以缆索吊主地锚、塔架底部为圆心，计算的全断面开挖爆破振动安全允许距离 R1=69.8 m 为半径画圆，爆破振动影响圆与隧道相交于 DK730+006.8，即控制爆破的起点里程。以前缆风地锚基础为圆心，计算的台阶法开挖爆破振动安全允许距离 R2=60.6 m 为半径画圆，爆破振动影响圆与隧道交点为 DK730+120.2。DK730+006.8 至出口 DK730+226.8 段采用微振控制光面爆破。第五，控制爆破长度。根据以上计算，黄柏岭隧道出口采用微振控制光面爆破里程为 DK730+006.8+226.8 段长 220 m。（3）微震控制光面爆破开挖。为了减少单次爆破产生的振动，出口段采用三台阶法开挖，开挖进尺1 m，按三台阶围岩隧道断面开挖爆破设计，周边眼单段最大用药量 Q=10.5 kg，计算出爆破振动安全允许距离 R=47.2 m，较采用全断面开挖影响范围减小了 69.8-47.2=22.6 m，更好地达到了减震的目的。爆破参数。按三台阶法开挖，循环进尺 1 m。（4）小导洞扩挖出洞。小导洞开挖。隧道设计明暗分界面里程，黄柏岭隧道出口里程为 DK730+217.8。当掌子面开挖至隧道明暗分界里程 5 m 时，采用小导洞（4 m5 m）扩挖出洞。小导洞段采用“短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”施工原则。弱爆破后机械进行全断面开挖，挖掘机装渣，自卸车出渣。在转入小导洞施工处，采用地质钻机在小导洞中、上部钻设 2 3个探孔，直接钻出洞。探孔起到探明前方与明洞的距离和爆破减震的作用。小导洞初支。开挖前超前支护：采用 42 小导管，环向间距为 60 cm。开挖后初喷：拱顶和边墙岩面喷射 4 cm 厚的 C25 混凝土4。初支拱架：采用 H130 格栅钢架，间距 1.0 m/榀。拱顶和边墙挂设6 钢筋网片，网格间距为 25 cm25 cm。锁脚锚杆：采用 22 钢筋，长度 L=3.5 m，斜向下 45打设。复喷 16 cm 厚的 C25 混凝土。3.2.3 监控量测监控量测主要包括地表结构物监测和洞内观测、拱顶下沉和净空变化量测，并及时分析反馈量测数据，指导洞内施工。（1）地表结构物监测。地表结构物的监测主要指洛河大桥 2150 t 缆索吊主塔座后锚、塔座基础、缆风绳地锚的监测。在塔架主后锚、塔座基础及缆风地锚处设定标志点，用全站仪及水平仪进行监测，监测项目包括位移和下沉，重点是下沉监测；监测频率为每天 1 次，遇紧急情况加密监测。（2）洞内观测。洞内观测分为开挖工作面观测和已施工区域观测两部分。开挖工作面观察在每次开挖后进行一次，当地质情况基本无变化时，可每天进行一次。在隧道出洞前 30 m 范围内，每天观测 2 次，特别是放炮后必须马上观测，如果拱顶下沉值及净空变化值过大，必须停止施工，找出原因并制定措施后，再进行开挖作业。对初期支护及二次衬砌完成地段的观测，每天至少应进行 1 次，主要观测喷