CN104533427B - 一种雨季山区花岗岩隧道围岩开挖施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雨季山区花岗岩隧道围岩的开挖施工方法，其中包括以下步骤：其一，开挖前对全风化花岗岩进行真空超前排水固结处理，直至地下水的水位降至全风化花岗岩的界面以下；其二，采用双层注浆小导管进行超前支护，根据全风化花岗岩的分布，调整前支护环向范围，实施环向全部预支护；根据中风化花岗岩的界面调整钢拱架分节，使用锁脚锚杆将钢拱架倾斜锚固于中风化花岗岩内；其三，对整个断面实行先全风化花岗岩后中风化花岗岩的步骤逐步开挖，全风化花岗岩的开挖点与中风化花岗岩的开挖点的距离错开。本发明能有效克服隧道传统工法的不足，在提高施工效率，缩短工期的前提下，较好地控制了掌子面先行位移和挤出位移。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道开挖施工方法，特别是涉及一种雨季山区花岗岩隧道围岩开挖施工方法。
背景技术
在山区开挖隧道，隧道出口端进洞80～150m处，隧道洞身拱腰以上围岩为全风化花岗岩，隧道洞身拱腰以下围岩为中风化花岗岩。其中，全风化花岗岩具有显著的遇水软化崩解性，地下水对掌子面的全风化花岗岩稳定性影响较大，而中风化花岗岩的结构面结合较紧密，作为隧道围岩，稳定性较好。
当遇到雨季，地下水的水位抬升，全风化花岗岩强度骤降，而中风化花岗岩强度稳定，形成上软下硬的地质结构，而且受拱腰以下中风化花岗岩的爆破开挖振动影响，采用常规施工方法（支护方式：小导管注浆超前支护+钢拱架+中空注浆锚杆+钢筋网+喷射混凝土；开挖方式：双侧壁导坑开挖），由于其同时夹有大量高岭土及其他粘性矿物，无法有效控制掌子面先行位移和挤出位移，容易导致了拱顶塌方。
过去隧道开挖施工所遇到的围岩通常为均质风化岩（花岗岩），开挖施工一般采用软弱围岩常规控制方法，如地表注浆，小导管注浆超前支护，大管棚超前支护，水平旋喷注浆等。而实践证明，虽然全强风化花岗岩含砂砾高达40～50%，但由于其同时夹有大量高岭土及其他粘性矿物，所以对于全风化花岗岩隧道，注浆加固的方式对掌子面变形位移控制基本是无效的。而大管棚超前支护和水平旋喷注浆则对施工设备要求较高，工期较长，造价成本大。
考虑到本隧道的工程地质条件以及工程经济情况，采用常规施工方法已无法满足工程现场实际要求。因此，如何解决上述的问题，为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在施工效率高、工期短的前提下，有效控制隧道掌子面先行位移和挤出位移的雨季山区花岗岩隧道围岩开挖施工方法。
为实现上述的目的，本发明的技术方案为：一种山区高速公路隧道花岗岩的开挖施工方法，其中包括以下步骤：步骤一，开挖前对全风化花岗岩进行真空超前排水固结处理，直至地下水的水位降至全风化花岗岩的界面的0.5m以下，以排掉全风化花岗岩内的地下水，提高围岩强度，增加其自稳性。
其中排水管采用φ42壁厚4mm无缝钢管，在管端部钻有多个直径为12mm的滤孔，滤孔呈梅花型分布在管壁上。管壁外设有内外两层滤网，内层为细滤网，外层为粗滤网，在管壁与滤网之间用铁丝绕成螺旋形隔开，以避免滤孔堵塞。
步骤二，采用双层注浆小导管进行超前支护，小导管按原设计加工和施作，注浆目的只要是利用浆液固结填充小导管及导管与围岩间空隙。
根据全风化花岗岩的分布调整前支护环向范围，实施环向全风化花岗岩全部预支护；根据中风化花岗岩的界面调整钢拱架分节，确保钢拱架拱脚落于硬岩之上，锁脚锚杆尺寸规格原设计实施，使用锁脚锚杆将钢拱架倾斜锚固于中风化花岗岩内。
步骤三，对整个断面实行先全风化花岗岩后中风化花岗岩的步骤逐步开挖，对全风化花岗岩实行先侧边后中间的掏土开挖，包括三部分：第一部分：对全风化花岗岩侧边开挖的部分，在第一部分开挖后设置单排超前注浆小导管的临时支护；第二部分：沿隧道轮廓线开挖的钢拱架槽部分，钢拱架槽的高度为1.8m，平台宽1m；第三部分：钢拱架槽预留的核心土部分；对中风化花岗岩实行先中间后刷边的弱爆破开挖，包括三部分：第一部分：中部爆破掘进的掏槽部分；第二部分：对掏槽一侧的短台阶刷边爆破部分；第三部分：对掏槽另一侧的段台阶刷边爆破部分。
全风化花岗岩的开挖点与中风化花岗岩的开挖点的距离错开大于10m的距离，减少了弱爆破中风化花岗岩围岩对全风化花岗岩围岩支护的振动影响。
本发明采用上述的开挖施工方法能够有效控制隧道掌子面先行位移和挤出位移，避免了拱顶塌方的危险发生，保证了施工安全和质量；而且由于充分利用中风化花岗岩高强度的工程特性，减少了原设计双侧壁导坑法中临时钢架结构，减低了工程成本，缩短了工期。
附图说明
图1为本发明花岗岩隧道围岩的掌子面断面地质构造图；
图2为本发明花岗岩隧道围岩的排水断面示意图；
图3为本发明花岗岩隧道围岩的排水纵面示意图；
图4为本发明花岗岩隧道围岩的开挖工序断面示意图；
图5为本发明花岗岩隧道围岩的开挖工序纵面示意图；
图6为本发明花岗岩隧道围岩的超前小导管正面示意图。
图中：11为原地下水位线 ，12为降水后地下水位线 ，21为钢拱架 ，22为临时钢拱架 ，23为锁脚锚杆 ，31为双层注浆小导管 ，A为全风化花岗岩与中风化花岗岩分界线 ，B为花岗岩 。
具体实施方式
如图1至图3所示，首先通过施打超前排水管对第1步开挖部分（侧导坑）周边围岩进行真空超前排水固结处理，直至地下水的水位降至全风化花岗岩的界面的0.5m以下。
如图4至图5所示，紧接开挖第1部分（侧导坑），每循环进尺控制在0.5m内，开挖完毕立即进行初期支护封闭围岩，然后施打双层注浆小导管31，便及时注浆进行超前支护。
当第1部分（侧导坑）掘进3~5m，便开始第2部分的开挖，每循环进尺控制在0.5m内，开挖完毕立即架设临时钢拱架32进行初期支护封闭围岩，然后施打双层注浆小导管31，便及时注浆进行超前支护，当第2部分（上导坑）掘进2m，便开始第3部分（核心土）的开挖。
如图6所示，在第1、2部分开挖支护中，应根据全风化花岗岩的分布调整前支护环向范围，实施环向全风化花岗岩全部预支护；根据中风化花岗岩的界面调整钢拱架22的分节，确保钢拱架22的拱脚落于中风化花岗岩之上，锁脚锚杆23的尺寸规格按原设计实施，使用锁脚锚杆23将钢拱架21倾斜锚固于中风化花岗岩内。
如4至图6所示，当第3部分（核心土）掘进10m，便分别开始第4、5、6部分的开挖。对中风化花岗岩实行先中间后刷边的弱爆破开挖，具体包括三部分：第4部分：中部爆破掘进的掏槽部分；第5部分：对掏槽一侧的短台阶刷边爆破部分；第6部分：对掏槽另一侧的段台阶刷边爆破部分，每循环每部分进尺控制在2m内，开挖完毕第5、6部分，立即进行初期支护封闭围岩。
如图3所示，在第4、5、6部分的开挖中过程，采用施打竖向排水管进行降水，减少地下水对第4、5、6部分施工的影响。
2014年6月份之前采用传统方法施工，由于降雨量突然增大，监控量测数据显示拱顶沉降变形出现骤变，拱顶沉降变形速率迅速增至约10mm/d；6月初开始采用改进后工法施工，拱顶沉降变形得到较好的控制，拱顶沉降变形速率降至0.1mm/d以内。
实践证明，改进后工法可以较好地控制了围岩的变形。同时，由于充分利用中风化花岗岩高强度的工程特性，减少了原设计双侧壁导坑法中临时钢架结构，减低了工程成本，缩短了工期。
Claims (7)
1.一种雨季山区花岗岩隧道围岩开挖施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，开挖前对全风化花岗岩进行真空超前排水固结处理，直至地下水的水位降至全风化花岗岩的界面以下；
步骤二，采用双层注浆小导管进行超前支护，根据全风化花岗岩的分布，调整超前支护环向范围，实施环向全部预支护；根据中风化花岗岩的界面调整钢拱架分节，使用锁脚锚杆将钢拱架倾斜锚固于中风化花岗岩内；
步骤三，对整个断面实行先全风化花岗岩后中风化花岗岩的步骤逐步开挖，全风化花岗岩的开挖点与中风化花岗岩的开挖点的距离错开；
对全风化花岗岩实行先侧边后中间的掏土开挖，对中风化花岗岩实行先中间后刷边的弱爆破开挖。
2.根据权利要求1所述的雨季山区花岗岩隧道围岩开挖施工方法，其特征在于：步骤一所述的地下水的水位降至全风化花岗岩界面的0.5m以下。
3.根据权利要求1所述的雨季山区花岗岩隧道围岩开挖施工方法，其特征在于：步骤三所述的全风化花岗岩的开挖点与中风化花岗岩的开挖点错开大于10m的距离。
4.根据权利要求1所述的雨季山区花岗岩隧道围岩开挖施工方法，其特征在于：对全风化花岗岩实行先侧边后中间的掏土开挖包括三部分：第一部分：对全风化花岗岩侧边开挖的部分；第二部分：沿隧道轮廓线开挖的钢拱架槽部分；第三部分：钢拱架槽预留的核心土部分。
5.根据权利要求4所述的雨季山区花岗岩隧道围岩开挖施工方法，其特征在于：第二部分钢拱架槽的高度为1.8m，平台宽1m。
6.根据权利要求4所述的雨季山区花岗岩隧道围岩开挖施工方法，其特征在于：在第一部分开挖后设置临时支护，所述的临时支护为单排超前注浆小导管。
7.根据权利要求1所述的雨季山区花岗岩隧道围岩开挖施工方法，其特征在于：对中风化花岗岩实行先中间后刷边弱爆破开挖包括三部分：第一部分：中部爆破掘进的掏槽部分；第二部分：对掏槽一侧的短台阶刷边爆破部分；第三部分：对掏槽另一侧的短台阶刷边爆破部分。
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