浅谈炭质板岩隧道施工

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　　摘 要： 隧道开挖掘进程中会遇到炭质板岩。 炭质板岩受力特征为抗剪强度低，对震动非常敏感， 易失稳、 易变形坍塌。 在施工时往往会遇到很多难题， 本文就在隧道开挖掘进程中炭质板岩隧道施工方法及施工中应注意的事项做出了阐述。
　　关键词： 炭质板岩隧道施工方法、 注意事项
　　炭质板岩外表特征一般为粉末状， 岩体扭曲， 柔皱明显， 节理发育， 岩体节理面光滑亮泽， 往往夹杂有石英岩脉侵入体。在隧道设计中炭质板岩围岩类别一般为Ⅳ级以上，掘进和支护多采用新奥法施工。在施工时往往会遇到以下难题： 开挖作业易坍塌， 变形快且变形量大， 开挖后围岩迅速变形， 水平收敛一般在数十厘米， 后期可能增大到以米计，一般情况下变形分布不均匀不对称，变形持续时间较长， 给隧道施工造成困难， 施工安全风险大大增加， 施工成本加大。根据某工程隧道 （19.02KM）、 纸坊隧道 （5.2KM） 炭质板岩极高风险隧道施工经验和教训， 做了以下几点分析：
　　炭质板岩隧道施工方法
　　1、 三台阶七步开挖
　　上台阶长度控制在 4.5 米，根据高度必须满足矢跨比 h/L＞0.3的要求， 因此上台阶高度控制在 3.6 米； 中台阶长度控制在 6 米， 高度为 2.8 米； 下台阶长度为 5 米， 高度为 3.1 米； 仰拱与下台阶的长度控制在 10-14 米。
　　①、 首先在上台阶按照设计要求设置 Φ42 的超前支护， 小导管长度 3.5 米，环向间距 0.3 米，小导管的纵向搭接长度必须大于 1.0米， 并按照要求在导管上设置注浆孔并及时注水泥浆， 尾部与钢架焊接牢固。
　　②、在上、 中、 下三个台阶同时进行钻眼施工， 根据目前的Ⅴ级加强围岩 （炭质板岩） 确定每次爆破掘进进尺在 0.8 米左右， 开挖的轮廓线按照设计要求考虑 30cm 的预留变形量。开挖后立即进行喷、锚、 网系统支护， 设立型钢钢架并复喷至设计厚度， 形成较稳定的承载拱墙。
　　③、 待所有钻孔全部施工完毕后， 立即进行装药爆破， 施工顺序如下：上台阶、中台阶和下台阶同时爆破后， 首先挖掘机开到下台阶，将中台阶第 2、 3 部分的碴爬到下台阶；然后将挖掘机开到中台阶第2 部分的位置， 将上台阶碴扒下来； 最后挖掘机下到下台阶， 开始装碴， 运出洞外。 待碴基本运完后， 立即同时对三个台阶进行初期支护。
　　2、 初期支护
　　每次爆破开挖完成后，要及时进行初期支护的施作。 虽然根据新奥法的施工原理， 围岩允许一定的变形， 必须在可约束的情况下， 若不及时采取措施或措施不当，很可能由于初期支护整体受力情况减弱， 发生变形或坍塌， 因此初期支护必须尽早封闭成环， 形成良好的受力结构。
　　①、 初喷砼封闭岩面爆破完成后， 立即清理危石， 然后进行初喷砼。喷射砼必须按照试验配合比进行施工， 喷射砼时喷射机的压力一般不超过 0.2MP。喷射作业应分片、分段依次进行， 喷射顺序应自下而上从拱脚或墙脚向上堆喷。
　　②、 系统锚杆及挂网施工
　　全断面设置长 3.5 米，间距 1.0*1.0 米梅花型布置的 Φ25 中空注浆锚杆， 每延米布置 23 根， 施工中可根据围岩的具体情况调整铆杆打设的部位。 全断面设置 Φ6.5~8mm， 间距 20cm 的钢筋网片。 锚杆施工时，用风枪将锚杆钻进围岩， 然后注浆， 并用垫板将锚杆锁在初喷砼面上。 挂网施工时， 应将钢筋网片与锚杆焊接， 然后喷射砼， 钢筋保护层厚度不小于 4cm。
　　③、 钢架施工
　　钢架一般采取Ⅰ16 以上或 H175 型钢。 为便于施工， 将设计钢架的节段数作适当的调整， 即以隧道中线为准， 每侧设置 3 榀钢架， 即上、 中、 下三个台阶各一片 （仰拱另外计列）。钢架施工前， 先设置定位系筋， 然后架设型钢钢架， 每片钢架之间除采用连接螺栓连接牢固， 还应采用钢筋帮焊，确保钢架接头位置的强度和刚度； 每榀钢架之间采用 Φ22 螺纹钢筋纵向连接。为确保钢架落底时的牢固，每片钢架的基脚均需设置不少于 4 根锁脚锚杆或锁脚锚管，并注浆加固， 锚杆 （锚管）的打设角度控制在 0―450 之间， 锚杆 （锚管） 与钢架必须采用钢筋帮焊牢固。
　　④、 二次喷射砼
　　分层喷射砼至设计厚度,每层厚度为 8cm 左右,并保证钢拱架保护层厚度不小于 4cm 和表面的平顺,为下一步的二衬施工创造条件。
　　3、 围岩量测
　　严格按照设计要求布点和量测频率要求，进行拱顶下沉和周边收敛观测。 为取得开挖后围岩早期状态变化数据， 各测点应尽量靠近开挖面布置（不大于 2.0 米） ，在开挖后 24 小时内或下一循环施工前， 读取初次读数。周边收敛和拱顶下沉尽量设置在同一个断面， 便于对数据的分析、 运用。
　　4、 仰拱和二次衬砌施工
　　仰拱应紧跟,距离掌子面的距离控制在 30 米左右,每次浇注仰拱的长度为 4 米左右。 根据炭质板岩的岩性,围岩在开挖后 20天左右很容易产生变化,应在完成后浇注该段二衬砼,以确保围岩的稳定。
　　一、 施工注意事项
　　①施工环境： 炭质板岩掌子面一般伴有渗水、不良气体、 高温。 这就要求要有足够的通风和照明， 抽排水设备必须保证排量和不间断，保证通讯畅通。
　　②制定详尽的施工组织方案和安全措施， 应急预案必须完善， 抢险人员设备材料齐备， 必要时进行隧道坍塌抢险演练。
　　③隧道开挖应采取多台阶短台阶开挖，爆破作业应严格控制装药量和炮眼布局， 困难地段可采取人工风镐开挖， 将最大程度上避免开挖作业对围岩的扰动，以免发生围岩失稳、 变形坍塌。
　　④初期支护是关键。初期支护的施工质量直接影响到后续工作的展开， 因此必须按照设计参数施工， 根据经验可采取强支护限制围岩变形的措施。 上台阶施工超前小导管或管棚一般在拱部设置， 间距30 厘米压双液浆， 外插角 30 度， 长度一般在 4.5 米以上， 施工中严格控制浆液水灰比和注浆压力。钢架采用 I16 及以上型钢强支护， 间距50-80 厘米， 钢筋网片网格间距 20 厘米， 锚杆长度 3.5 米以上梅花形布设，工序的施工作业时间和工序衔接必须紧密。 如若上述施工方案仍无法限制大变形、初期支护大面积侵入二衬断面时可定性为深层状炭质板岩地段， 在此时强支护措施已经达不到预期效果，可根据量测数据在收敛稳定时对侵限钢架分段不对称拆换，钢架拆换时严格控制药量。钢架连接部位在条件具备时可上下错开， 考虑施工快捷，错开高度在 80-100 厘米为宜， 锁脚锚杆或锚管必须在钢架连接处认真施作，必要时增加密度和长度或者增加自进式长锚杆以增加锚固力， 锚杆或锚管和钢架的连接必须牢靠、 稳固， 不得假焊漏焊。 二台阶开挖施工应不对称开挖， 同时及时支护封闭， 钢架连接部位在条件具备时可上下错开， 锁脚锚杆或锚管及时施作， 同样在下台阶开挖支护也很关键， 施工措施和二台阶相同。
　　⑤必须做好监控量测工作， 把监控量测纳入工序管理， 超前地质探孔与监控量测是决定下道工序施工最佳时间的理论根据，任何时间都不能简化程序。
　　⑥开挖中遇水必须高度重视，炭质板岩遇水浸泡就完全丧失自稳能力， 极易坍塌。必须采取疏导的办法加以排除， 水量较大时采取压管或泄水槽措施排除。
　　⑦总之， 炭质板岩隧道施工各工序讲究一个 “快” 字，工序衔接必须紧凑， 及时让仰拱和衬砌承担应力。在施工中必须控制各台阶施工步长， 严格控制仰拱与掌子面距离， 严格控制二衬与掌子面、 仰拱间距离。初期支护刚性加固和其他加强措施严格意义上来说只是为仰拱和二衬施工赢得尽早施工时间， 具有自己的片面和时效性， 如果不能做到 “快” ，不能做到各工序紧密衔接，不能严格控制步长， 将势必导致大面积变形和坍塌， 给施工造成严重困难。
　　结束语：
　　炭质板岩隧道目前仍然是隧道施工难题，隧道施工到底是采取“先放后抗” 还是 “先抗后放” ； 是 “新奥法” 施工还是 “矿山法” 施工争论比较多。以上是作者在隧道施工中的一点体会， 仅供参考。
　　

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