时观测洞口围岩变化情况,根据观测结果采取合理的施工方法进行施工,确保安全贯通。
超前小导管基本施工方法如下:
(1)测量放线,按设计布设小导管位置。
(2)钻机就位、钻孔。然后利用水平钻机的冲击和推力将小导管沿引导孔顶入至孔底。
(3)超前注浆小导管打孔角度为5°~7°,环向间距为30cm,导管采用长3.5m的φ4234mm花管,钢管上按间距15cm梅花形钻6mm的小孔,顶端做成锥型,以便顶进。打设完毕后,注水泥浆,其浆液的水灰比为0.5:1~1:1,必要时采用水泥-水玻璃浆液。注浆压力控制在0.6~1Mpa之间;注浆结束用水泥砂浆充填、封口。
按设计施做初期支护,围岩稳定后开始下道工序施工。 5.1.2通过断裂破碎带施工
对于通过断层破碎带的隧道,当隧道开挖掌子面到达断层破碎带预计位置前方50米时,应用MGY-90地质钻机和TSP202地质超前预报仪进行超前钻孔和地质预报,以探明前方的地质变化情况,并根据探明的地质情况,制定相应的施工方案。根据设计本隧道通过断层地段均为Ⅲ类围岩,采用台阶法施工通过。在施工过程中,若探测到地质情况更差时,采用预加固措施选用适合的方法施工。 5.2防治岩爆措施
根据设计在洞内部分地段可能发生轻微或中等岩爆,在施工中采取以下措施防治,将其损害程度减小到最小。
(1)喷洒高压水
爆破后立即向工作面及其以后约15m范围内隧道周边进行喷洒高压水,以适当改变岩石物理力学性质,降低岩石脆性,达到减弱岩爆烈度的目的。另外围岩表面冲洗干净后也便于对围岩进行检查。
(2)加强临时支护
对中等程度的岩爆一般采用系统锚杆加固围岩。这也是防治爆较常用的方法之一。锚杆长度一般为2.0-2.5m,间距0.8-1.2m,呈梅花形布置。锚杆应垂直于岩面。利用系统锚杆的组合作用,可改善围岩的应力状态,避免产生较大的局部应力集中,从而达到降低诱发表面岩爆的可能性。必要时可采用锚杆、喷混凝土、局部网喷的方法治理。
(3)改善施工方法
①预先在工作面有可能发生岩爆的部位有规则地打一些空眼,不设锚杆,以便适当释放应力,阻止围岩极限应力的发生。
②将深孔爆破改为浅孔爆破,缩短循环进尺,减少一次用药量。拱部采用小药卷光面爆破措施,减少对围岩的爆破破坏,控制爆破裂隙的生成。从以往实际效果来看,此方法有效可行。
③在掌子面及附近洞壁上打一些深孔(也可利用炮眼孔和锚杆孔),向岩体深部注高压水,使水渗透到岩石内部的裂隙,致使岩石强度和弹性模量降低,提高其塑性变形能力,减缓岩爆; (4)增设临时防护设施
(5)加强现场岩爆监测、警戒及巡回找顶,必要时及时躲避。组织专门人员全天候巡视警戒及监测。岩爆一般在爆破后1h左右比较激烈,
以后则趋于缓和。多数发生在1-2倍洞室直径的范围和掌子面处。从地质方面来看,岩爆发生地段有极其相似的地层条件和岩性条件,使得短距离的预报成为可能。听到围岩内部有闷雷似的响声时,应尽快撤离人员及设备。特别是严重岩爆地段,每次爆破循环之后,作业人员及设备均应及时躲避一段时间,待岩爆平静为止。此方法势必延缓工程进度,是一种消极的方法。
(6)综合防治
因目前对岩爆尚无准确的预测方法和特效防治措施,某种单一的方法也可能难以奏效。因此,针对实际情况选用各种方法,采取综合防治是十分必要的。如强对作业人员安全纪律教育 以及岩爆常识、防护知识学习;严格执行有关技术和安全操作规程;危险地段增设照明并设置醒目警示标志;施工人员戴好钢盔,穿防弹背心;架设设备防护棚、网;加强监测,反复找顶;采纳现场施工人员的防治经验等。 5.3隧道掘进施工 5.3.1掘进设备配套方案
斜井位置到进口间总长404米,围岩有II、III、Ⅳ三种类别,所以采用台阶法施工方案,进度要求不太高,其施工机械配套方案为:
NH178凿岩台车钻孔—国产ZL50侧卸式装载机装碴——自卸汽车运输。
斜井至K67+794长2596米,是施工的重点。以Ⅳ、Ⅴ类围岩为主,采用全断面法施工。在III类围岩段采用台阶法施工。在施工中加强围岩量测,以便及时采取施工措施确保施工安全。
在围岩条件较好的情况下,隧道掘进速度的快慢主要是钻爆和出碴两个环节,根据秦岭铁路隧道施工经验,使用大型先进的钻孔及装碴设备能明显提高施工速度。而且秦岭公路隧道设计断面比铁路隧道大,铁路35m左右,公路平均90m,施工空间更大,大型设备能够在洞内行走更加自如,更利于大型设备发挥功效,所以选用较先进的设备配套方案。配套方式如下:
TH286-35四臂液压凿岩台车钻孔——ITC312H4挖掘装载机装碴——瑞典VOLVO公司生产的双向行驶自卸车运输。 5.3.2钻爆设计
配备了先进的机械设备以后,爆破效果的好坏成了掘进速度的最重要制约因素。因为采用全断面法施工,一次钻眼数量较大,钻眼长度较大,因而一次装药量大,一旦爆破不成功将造成极大的浪费和误工现象。所以钻爆设计是此隧道施工技术成功的重要一环。
秦岭铁路隧道施工过程中已经总结了较多爆破经验,结合工程实际并结合多年施工经验,在钻爆施工中我们主要采取以下措施。
(1)掏槽选用四大空孔圆形掏槽形式。空孔直径选用150mm,掏槽半径200mm。
(2)选用Ks型水胶炸药,爆速大于4000m/s。
(3)广泛采用炮泥堵塞技术。炮泥堵塞长度为炮孔深的10%,取10cm。现场采用PNJ-1型炮泥机制作炮泥,以提高炮泥制作及堵塞速度。
(4)采用专用激发枪引爆,塑料毫秒雷管起爆系统。周边眼间距50cm,最小抵抗线取70cm(光爆层厚度),辅助眼间距取75~80cm。
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以IV类围岩为例钻爆设计见附图:
(5)爆破设计是以往技术经验的总结,不同的爆破条件自然有所变化。所以在实施过程中必须准确记录爆破有关参数,及时进行反馈,以便及时修正爆破参数,取得优良的爆破效果。
(6)作好爆破设计后,要求相关施工人员严格按设计施工,严格执行爆破操作规程。 5.3.3月掘进速度估算
⑴钻孔装药
炮眼钻孔深5m,四臂台车每臂钻孔速度3m/min,每个炮眼定位、清孔约1min。
则钻孔时间为:t1=(18735)÷(433)+(187/431)=75+90=125(min)
台车就位及撤出时间t2=20(min),
则总钻孔时间取t=145(min)=2.42小时,按2.5小时计。装药及爆破时间1小时。
则总时间t=2.5+1=3.5(小时) ⑵出碴
IV类围岩开挖面积88平方米,进尺按4.5米,松方系数1.4。 一炮掘进总出量8834.531.4=554(m)
VOLVO自卸车容量为16m,共需35车,每车就位时间取3分钟,则需3335=105(min)。(车辆不间断)
装碴时间为 554/250=2.2(小时)
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