鐵路工程施工資料-膨脹性圍巖隧道施工

1、模塊編號(hào)：S4005膨脹性圍巖隧道施工1.概述 在膨脹性地層中開(kāi)挖隧道、巷道或地下洞室，常?？梢砸?jiàn)到圍巖因開(kāi)掘而產(chǎn)生變形，或者因浸水而膨脹，或因風(fēng)化而開(kāi)裂等現(xiàn)象，使設(shè)置在膨脹性圍巖中的隧道或地下洞室的洞壁發(fā)生位移，導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)，襯砌破壞。膨脹性圍巖的基本特征，歸納起來(lái)表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。1.1 圍巖的應(yīng)力比高。即P0/Ra，P0地應(yīng)力，Ra圍巖的抗壓強(qiáng)度。由于膨脹性圍巖是有原始地層的超固結(jié)特性，使圍巖中儲(chǔ)存有較高的初始應(yīng)力，當(dāng)隧道或地下洞室開(kāi)掘后，引起圍巖應(yīng)力釋放，強(qiáng)度降低，產(chǎn)生卸載膨脹，因此圍巖常常具有明顯的塑性流變特征，開(kāi)掘后將產(chǎn)生較大的塑性變形。1.3脹縮效應(yīng)的力學(xué)特性。膨脹圍巖因吸水而

2、膨脹，失水而收縮，巖體干濕循環(huán)產(chǎn)生脹縮效應(yīng)。一是使圍巖體結(jié)構(gòu)破壞，由塊間聯(lián)結(jié)變?yōu)榱严督Y(jié)合，甚至成為散結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度完全喪失，導(dǎo)致圍巖壓力增大；二是造成圍巖應(yīng)力變化，無(wú)論膨脹壓力或收縮應(yīng)力，都將破壞圍巖的穩(wěn)定性，特別是膨脹產(chǎn)生的膨脹壓力將對(duì)增大圍巖壓力起疊加作用。2施工方法 膨脹性圍巖隧道施工，首先查明膨脹產(chǎn)生的原因，測(cè)定圍巖貯存的應(yīng)力大來(lái)確定相應(yīng)的施工方法及支護(hù)參數(shù)。 膨脹性圍巖的施工原則為“加固圍巖，改善洞形，先柔后剛，先放后抗，變形留夠，底部加強(qiáng)”24字方針。2.1加固圍巖。加固圍巖最有效的措施是支護(hù)的錨桿，錨桿長(zhǎng)度應(yīng)大于塑性半徑。錨桿長(zhǎng)度越長(zhǎng)，支護(hù)效果愈好，但錨桿太長(zhǎng)時(shí)，工程造價(jià)加大，施工難

3、度高，且局部錨桿強(qiáng)度難以充分發(fā)揮；而錨桿太短則加固圍巖效果不好。當(dāng)錨桿長(zhǎng)度大于塑性區(qū)厚度時(shí)，可抑制塑性區(qū)圍巖的承載力，并把塑性區(qū)圍巖同彈性區(qū)穩(wěn)定圍巖連接起來(lái)。此時(shí)錨桿兩端相對(duì)位移較大，使錨桿充分受拉，從而提高錨桿對(duì)圍巖徑向支護(hù)的作用；反之當(dāng)錨桿長(zhǎng)度小于塑性區(qū)時(shí)，即全位于塑性區(qū)內(nèi)，錨桿將隨著圍巖整體移動(dòng)，圍巖仍有剪切滑移破壞的可能，錨桿兩端相對(duì)位移較小，削減錨桿對(duì)圍巖的支護(hù)作用。錨桿長(zhǎng)度應(yīng)大于塑性區(qū)厚度。（L1/L2=K=2/3，L1圍巖塑性區(qū)厚度，L2錨桿長(zhǎng)度），圍巖塑性區(qū)通過(guò)巖石力學(xué)的卡斯特納公式，即多點(diǎn)位移計(jì)和聲波測(cè)式法對(duì)圍巖松動(dòng)范圍來(lái)確定塑性區(qū)。2.1.1選用自進(jìn)式錨桿對(duì)膨脹性圍巖施工較

4、為理想。常用進(jìn)口邁式錨桿和國(guó)產(chǎn)GMC錨桿，其規(guī)格型號(hào)見(jiàn)下表。品 種邁 式GMC型號(hào)R25NR32NR32SR38NR25R27R32內(nèi)/外徑(mm)14/2520/3215/3214/3813/2515/2718/32重量(kg/m)2.53.63.96.42.83.14.3規(guī)格(m) 2 、 3 、 4 、 6根據(jù)工程要求2.1.2采用預(yù)應(yīng)力錨桿，為了使長(zhǎng)錨桿施工后沒(méi)有足夠的時(shí)間讓圍巖變形收斂，施作外襯，充分發(fā)揮長(zhǎng)錨桿的作用，讓其充分受力。用一塊1818cm，厚8mm的鋼板代替拱形墊板，在錨桿末端預(yù)留1m長(zhǎng)的自由端，由自由端施加預(yù)應(yīng)力張拉。2.2改善洞形。通過(guò)增大邊墻和仰拱曲率，使開(kāi)挖斷面輪

5、廓形狀接近成園形，并表面圓順，開(kāi)挖后支護(hù)形成環(huán)狀封閉結(jié)構(gòu)。2.3先柔后剛。先放后抗，變形留足。采用長(zhǎng)錨桿為主，輔以留縱縫的噴砼以及可縮式鋼架的柔性初期支護(hù)，并預(yù)留2545cm的預(yù)留變形量，待圍巖收斂到一定值后，施作厚度50cm以上的鋼纖維砼外襯，對(duì)圍巖進(jìn)行剛性支護(hù)。2.4底部加強(qiáng)。底部仰拱加大曲率，并施作足夠強(qiáng)度，參數(shù)與拱墻一致，與拱墻襯砌的時(shí)差要短，要在一個(gè)月內(nèi)施作。3施工工藝3.1長(zhǎng)錨桿施工工藝 拱墻部分選用TU75A型水平鉆機(jī)，邊墻下部和底部選用YG40型鑿巖機(jī)。采用自進(jìn)式錨桿。其工藝流程見(jiàn)下頁(yè)：3.2膨脹性圍巖施工流程圖見(jiàn)下頁(yè)：4.勞動(dòng)力組織及進(jìn)度指揮膨脹性圍巖隧道施工，與一般隧道作業(yè)

6、比較，支護(hù)量增加，每個(gè)工班增加長(zhǎng)錨桿作業(yè)人員約20人，其余與常規(guī)隧道一樣。5.機(jī)械設(shè)備配置自 進(jìn) 式 長(zhǎng) 錨 桿 施 工 流 程備 料孔位放樣拱部邊墻上部選用TXU75A型水平鉆機(jī)接鉆桿鉆孔邊墻下部、底部選用YG40型鉆機(jī)配FJZ25A型巖柱架配合鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度退 出 鉆 桿成孔坍孔錨桿上鉆頭用鉆機(jī)導(dǎo)入人工將不帶鉆頭的錨桿送入錨桿插入達(dá)到設(shè)計(jì)深度注 漿機(jī)械與常規(guī)隧道一樣配備，增加長(zhǎng)錨桿專用設(shè)備如下：設(shè)備名稱型 號(hào)孔 徑功 率（kW）鉆 機(jī)7655 TXV75A50894YG404055注漿泵M400475膨脹性圍巖隧道施工流程噴砼、格柵鋼架橫支撐長(zhǎng)錨桿施工鋼筋網(wǎng)、二次噴砼下部開(kāi)挖邊墻、底部長(zhǎng)

7、錨桿網(wǎng)噴砼仰 拱邊墻、拱圈二次襯砌開(kāi) 挖6.質(zhì)量要點(diǎn)6.1在鉆桿的尾部接上水泵的送水管，利用鉆桿的中空部分將水送到鉆桿前面，從鉆頭的噴水孔噴出，將鉆孔中的碴子沖出，從鉆桿與孔壁之間返回孔口，排出。在鉆孔過(guò)程中，鉆孔的速率跟排碴有著很密切的聯(lián)系，如鉆仰角孔時(shí)，鉆孔的碴子能順利排出，鉆孔的速率就高，鉆俯角孔時(shí)，碴子排出困難，鉆孔速率低。6.2由于膨脹圍巖軟弱、破碎，鉆孔與送錨桿的間隔時(shí)間不宜太長(zhǎng)，防止坍孔。宜鉆桿退出后，立即插入錨桿。若遇坍孔，錨桿采用鉆機(jī)送入，錨桿前面安裝鉆頭，重新鉆開(kāi)坍孔部分，不再取出鉆頭。6.3錨桿注漿，待錨桿與輸出管連接好后先往注漿孔送水沖孔，待水由里向外返回孔口后即開(kāi)始注

8、漿，漿液由錨桿中心進(jìn)入孔底，從孔底返回孔口，待漿液流出后，封堵孔口，待注漿泵的壓力達(dá)到2MPa后，注漿才結(jié)束。6.4開(kāi)挖后，應(yīng)在較短的時(shí)間內(nèi)，加固圍巖。配備較多的鉆機(jī)和勞動(dòng)力，在較短的時(shí)間做完長(zhǎng)錨桿。6.5分部開(kāi)挖，在上半斷面開(kāi)挖后，為使上半斷面初期支護(hù)形成封閉結(jié)構(gòu)。加設(shè)108鋼管橫撐以取代臨時(shí)仰拱，以克服下斷面開(kāi)挖后臨時(shí)仰拱失去底部圍巖的支撐，受力狀態(tài)惡化，對(duì)拱腳形成有效支撐。6.6二次襯砌與開(kāi)挖面距離盡量縮短，襯砌應(yīng)盡快形成環(huán)形封閉結(jié)構(gòu)。7.安全措施7.1在膨脹性巖層中施工，要特別注意排水工作，避免水漫流；拱腳及墻腳應(yīng)采取措施，不使積水，凡水流通過(guò)的土、石暴露地段應(yīng)設(shè)置管道、木槽或漿砌片石水溝。7.2砼全部灌抵巖壁，對(duì)拱頂部位應(yīng)特別注意搗固密實(shí)