烏鞘嶺隧道千枚巖地段快速施工技術(shù)

1、烏鞘嶺隧道千枚巖地段快速施工技術(shù)    摘要：本文主要闡述了烏鞘嶺隧道千枚巖區(qū)地段快速掘進(jìn)技術(shù)，從地質(zhì)構(gòu)造、圍巖特性及地下水等方面論述了施工方法根據(jù)圍巖情況而動(dòng)態(tài)調(diào)整。 關(guān)鍵詞：隧道開(kāi)挖千枚巖地質(zhì)施工技術(shù)  1. 工程概況1）地理位置及設(shè)計(jì)概況        烏鞘嶺隧道位于既有蘭新線蘭武段打柴溝車站和龍溝車站之間,設(shè)計(jì)為兩座單線隧道，隧道長(zhǎng)20050m，隧道出口段線路位于半徑為1200m的曲線上，右、左緩和曲線伸入隧道分別為68.84m及127.29m，隧道其余地段均位于直線上，線間距

2、40m，兩隧道線路縱坡相同，主要為11的單面下坡,右線隧道較左線隧道高0.560.73m，洞身最大埋深1100m左右。隧道左、右線均采用鉆爆法施工，右線隧道先期開(kāi)通。隧道輔助坑道共計(jì)15座，其中斜井13座，豎井1座，橫洞1座。烏鞘嶺隧道地層巖性復(fù)雜,沉積巖、火成巖、變質(zhì)巖三大巖類均有,且以沉積巖為主，其分布主要受區(qū)域斷裂構(gòu)造控制。區(qū)內(nèi)出露地層主要有第四系、第三系、白堊系及三疊系沉積巖、志留系、奧陶系變質(zhì)巖，并伴有加里東晚期閃長(zhǎng)巖侵入體。隧道橫穿祁連褶皺系的北祁連伏地褶皺帶和走廊過(guò)渡帶兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元, 褶皺及斷裂構(gòu)造發(fā)育。主要不良地質(zhì)為有害氣體，濕陷性黃土和膨脹巖。隧道預(yù)計(jì)最大涌水量為9621

3、.813/，施工中可能發(fā)生圍巖失穩(wěn)，突然涌水涌泥、巖爆、熱害、含煤層有害氣體等地質(zhì)災(zāi)害情況。烏鞘嶺隧道九號(hào)斜井工程井口位于天?？h垛什鄉(xiāng)龍溝村石頭溝組，距312國(guó)道約12公里，洞口海拔高度2802米，常年氣候寒冷、干燥，冬季及夏季多雨雪，最高峰終年積雪，雨雪天氣約占40%，春季多風(fēng)沙，最大陣風(fēng)達(dá)到12級(jí)，歷史記錄最低氣溫為零下30度。9號(hào)斜井井口標(biāo)高2804.20米，井底標(biāo)高2525.23米，高差278.97米，綜合坡度11.9%，扣除會(huì)車道的影響，坡度達(dá)到13.5%，為盡量減少F7斷層的影響，并便于在正洞開(kāi)設(shè)兩個(gè)工作面，經(jīng)設(shè)計(jì)院勘查，斜井在1000米處轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向后斜井長(zhǎng)達(dá)2429米，是烏鞘嶺隧

4、道無(wú)軌運(yùn)輸輔助導(dǎo)坑中坡度最大的斜井。九號(hào)斜井所承擔(dān)的區(qū)段是控制工期的重點(diǎn)。2. 千枚巖圍巖的施工特點(diǎn)1）地質(zhì)情況志留系板巖、千枚巖，以千枚巖為主，局部夾有石英脈，板巖薄層狀，層理不明顯，節(jié)理、裂隙發(fā)育，呈薄層狀角礫結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，圍巖破碎，局部結(jié)構(gòu)面充填泥質(zhì)物，面光滑、穩(wěn)定性較差；千枚巖擠壓揉皺，松軟破碎，其中石英脈多呈酥碎砂狀，以散體結(jié)構(gòu)為主。開(kāi)挖后呈碎石、角礫狀，掌子面無(wú)明顯滲水，但開(kāi)挖后有少量滲漏水、滴狀及面狀洇濕，量小，拱部有掉塊、坍塌現(xiàn)象。圍巖整體穩(wěn)定性較差。為V級(jí)圍巖。本隧道內(nèi)出露的千枚巖為黑色至深灰色，千枚狀構(gòu)造，顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)，含水量大時(shí)呈團(tuán)塊狀，含水量少時(shí)為鱗片狀，片理極

5、其發(fā)育，層厚0.012mm，巖體破碎，片理面手感光滑，有絲絹光澤。千枚巖屬副變質(zhì)巖，主要由沉積巖中的頁(yè)巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成，主要礦物成分是絹云母、石英、綠泥石等，基本已全部重結(jié)晶，軟弱礦物成分較多，因而千枚巖硬度小，單軸抗壓強(qiáng)度小于1MPa，膨脹率13%，易風(fēng)化。擠壓緊密的炭質(zhì)千枚巖層具有弱透水性，是相對(duì)隔水層。2）地下水的影響地下水在隧道施工中，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性起著很大的作用，特別是在軟弱的千枚巖區(qū)，更是起著控制作用。當(dāng)洞身開(kāi)挖以千枚巖為主時(shí)，開(kāi)始時(shí)無(wú)地下水，但不久即出現(xiàn)滴水，甚至股水。究其原因，可能是因?yàn)槎瓷淼那稁r層上部實(shí)為板巖層（由于受開(kāi)挖斷面制約，開(kāi)挖時(shí)未揭露出板巖層）。當(dāng)含有層狀板巖

6、時(shí)，在構(gòu)造應(yīng)力作用下，巖性較硬的板巖中會(huì)產(chǎn)生不同方位的貫通裂隙，這樣就為地下水的流動(dòng)提供了通道。一般來(lái)說(shuō)，圍巖洞身為千枚巖時(shí)，當(dāng)千枚巖厚度達(dá)到一定程度，洞身就不會(huì)出現(xiàn)地下水。在開(kāi)挖時(shí)圍巖產(chǎn)生應(yīng)力重分布，發(fā)生變形，形成一定的松動(dòng)區(qū)與塑性區(qū)。當(dāng)塑性區(qū)的范圍還未接近板巖區(qū)時(shí)，而這個(gè)范圍不至于使板巖中的地下水由于滲透壓力而進(jìn)入塑性區(qū)時(shí)，這時(shí)洞身也不會(huì)出現(xiàn)地下水；當(dāng)初期支護(hù)不及時(shí)或初期支護(hù)強(qiáng)度不足以抵抗千枚巖的變形時(shí)，塑性區(qū)的范圍可能更大，當(dāng)超過(guò)這一范圍時(shí)，地下水進(jìn)入塑性區(qū)，而千枚巖遇水即軟化、泥化，使塑性區(qū)條件惡化，從而使塑性區(qū)加大，這又使地下水進(jìn)一步發(fā)育。塑性區(qū)的加大與地下水的發(fā)育互相促進(jìn)，互相作用

7、，使圍巖穩(wěn)定性不斷變差，變形不斷發(fā)展，產(chǎn)生各種病害。這一點(diǎn)體現(xiàn)在千枚巖層中地下水的延遲性（即塑性區(qū)在地下水作用下逐漸加大的過(guò)程）。烏鞘嶺隧道千枚巖區(qū)施工難度較大，主要受變質(zhì)巖的特征、地質(zhì)構(gòu)造、千枚巖的特性和地下水所決定。3）隧道開(kāi)挖千枚巖與板巖互層區(qū)，軟硬巖相間，爆破藥量難以控制，一般來(lái)說(shuō)，造成軟巖部分超挖、硬巖部分欠挖，導(dǎo)致開(kāi)挖成型差。這使圍巖不同部位的應(yīng)力釋放產(chǎn)生差異，不利于應(yīng)力重分布，因而產(chǎn)生不同程度的掉塊或局部坍塌。而在全千枚巖區(qū)，巖體相當(dāng)破碎，呈團(tuán)塊狀、片狀、鱗片狀。開(kāi)挖時(shí)易于鉆進(jìn)，但易塌孔。千枚遇水后軟化似彈簧土，泥化呈淤泥狀。初期支護(hù)施作以后，圍巖變形大，且長(zhǎng)期不收斂，局部地段4

8、5個(gè)月不趨于穩(wěn)定；開(kāi)挖時(shí)無(wú)地下水，后期地下水增大。這些病害都危及到隧道施工安全與結(jié)構(gòu)質(zhì)量。3、進(jìn)行行之有效的各種技術(shù)參數(shù)的試驗(yàn)一）、錨桿施工1、打眼通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)記錄用50mm的鉆頭打1根3m長(zhǎng)的眼孔需要12分鐘，同樣的鉆頭4m的眼孔用時(shí)16分鐘，而6m的眼孔則需用時(shí)3040分鐘，42的鋼管3m和4m深的眼孔進(jìn)管時(shí)間需用12分鐘，而6m的鋼管進(jìn)管時(shí)間則需用23分鐘，同時(shí)6m深的眼孔會(huì)有部分鋼管不能完全進(jìn)到圍巖里，外露部分長(zhǎng)約4060cm，比例為10%。2、注漿注漿用的材料為甘肅永登水泥廠生產(chǎn)的祁連山牌普通硅酸鹽水泥P?032.5R水泥凈漿，水灰比W/C為0.63、張拉3m長(zhǎng)的42錨管注漿前的錨桿

9、拉拔力為10.2KN，為1.04t，注好漿后的拉拔力為1.04t，注漿后1天的錨管拉拔力為51KN為5.2t4m長(zhǎng)的42錨管注漿前的錨桿拉拔力為12.2KN，為1.24t，注好漿的錨桿拉拔力為12.8KN為1.31t，注漿后1天的錨管拉拔力為51KN為5.2t6m長(zhǎng)的42錨管注漿前的錨桿拉拔力為28.6KN，為2.92t，注好漿的錨桿拉拔力為29.1KN為2.97t，注漿后1天的錨管拉拔力為61.2KN為6.24t3m長(zhǎng)的錨桿28天的拉拔力為68t。4、2004年7月2日，在武威方向YDK175+375+380段邊墻部位對(duì)32的錨管進(jìn)行試驗(yàn)，其中4m深的眼孔3根，6m深的眼孔3根，注漿漿液配比

10、不變，36h后張拉，4m長(zhǎng)的錨管張拉力為81.6KN、81.6KN、96.9KN，平均拉拔力為86.7KN，為8.85t，6m長(zhǎng)的錨管張拉力為96.9KN、96.9KN、102.2KN，平均拉拔力為98.6KN，為10.1t。通過(guò)以上試驗(yàn)結(jié)果并對(duì)比，得出：在施工中采用32的錨管可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。二）、水泥漿液的試配與配比選擇1、2004年7月5日，對(duì)浙江金華華夏注漿材料有限公司生產(chǎn)的MC型注漿材料（以下簡(jiǎn)稱超細(xì)水泥）摻水玻璃雙液漿進(jìn)行試驗(yàn)試拌試驗(yàn)條件：水玻璃S=30Be，W/C=0.8，膠凝時(shí)間為24s，室溫17水溫11，雙液漿W/C=0.8 C：S=1：1試驗(yàn)結(jié)果：時(shí)間4h6h8h1d2d3

11、d強(qiáng)度值（MPa)1.84.86.38.57.012.5超細(xì)水泥摻水玻璃：時(shí)間1d2d3d強(qiáng)度值（MPa)摻量0% 1.61.6摻量2% 4.13.1摻量3%3.14.14.72、2004年7月9日，對(duì)普通水泥摻早強(qiáng)劑與超細(xì)水泥摻早強(qiáng)劑進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)試拌試驗(yàn)條件：室溫17，水溫14，試驗(yàn)結(jié)果：普通水泥超細(xì)水泥摻量3d強(qiáng)度值（MPa)摻量3d強(qiáng)度值MPa水灰比0.8水灰比0.6水灰比0.8水灰比0.60%5.58.70%10.311.02% 15.12%13.213.14% 15.84%10.117.06% 14.16%7.017.58%

12、60;19.58%7.0 10% 19.510%13.215.63、2004年7月13日晚，對(duì)普通水泥不摻早強(qiáng)劑與超細(xì)水泥不摻早強(qiáng)劑進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)試驗(yàn)條件：室溫15，水溫13，試驗(yàn)結(jié)果：普通水泥超細(xì)水泥時(shí)間（h)強(qiáng)度值（MPa)時(shí)間（h)強(qiáng)度值（MPa)水灰比0.8水灰比0.6水灰比0.8水灰比0.6120.070.16120.070.13240.681.53240.811.6362.013.37361.583.29483.22.84482.44.44、2004年7月14日晚，對(duì)HSC漿液與硫鋁酸鹽水泥加外加劑注漿強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)條件：室溫15，水溫13，試驗(yàn)結(jié)果：HSC硫鋁

13、酸鹽水泥（摻3%外加劑）時(shí)間（h)強(qiáng)度值（MPa)時(shí)間（h)強(qiáng)度值（MPa)水灰比0.8水灰比0.6水灰比0.8水灰比0.62無(wú)無(wú)2無(wú)0.1341.0250.2842.14.581.54.683.516.041d4.28.51d8.5711.553d5.209.453d8.2112.55、2004年7月15日，HSC摻1%封口外加劑強(qiáng)度試驗(yàn)條件：室溫17，水溫14，試驗(yàn)結(jié)果：時(shí)間強(qiáng)度值（MPa)水灰比0.8水灰比0.62h1.003.754h2.937.058h4.558.171d4.619.826、2004年7月16日，各種水泥強(qiáng)度對(duì)比(試件放在養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)）試驗(yàn)結(jié)果： 普通水泥硫鋁

14、酸鹽水泥硫鋁酸鹽水泥摻3%外加劑硫鋁酸鹽水泥HSC時(shí)間強(qiáng)度值（MPa)水灰比0.6水灰比0.8水灰比0.8水灰比0.7水灰比0.88h無(wú)3.424.675.874.1824h2.164.836.34.7.827.5448h3.284.686.569.176.8272h8.15.516.629.609.12三）、錨索施工2004年6月29日在B通道開(kāi)始進(jìn)行錨索試驗(yàn)，由于風(fēng)鉆的原因直到2004年7月4日才開(kāi)始錨索注漿工作，7月6日下午錨索注漿后33h進(jìn)行錨索張拉試驗(yàn)，錨索長(zhǎng)度為10m，錨固段長(zhǎng)度為2米，張拉結(jié)果為16.5t，千斤頂伸長(zhǎng)值為34mm 。2004年7月8日上午進(jìn)行第2根錨索張拉試驗(yàn)此時(shí)

15、為注漿后3天，錨索長(zhǎng)度為10m，錨固段長(zhǎng)度為2米，張拉結(jié)果為6.4t，千斤頂伸長(zhǎng)值為24mm試驗(yàn)失敗。與此同時(shí)，在正洞YDK175+380+395段進(jìn)行錨索鉆孔施工，于7月8日打好6m長(zhǎng)的眼孔6根，進(jìn)行錨索下錨并注漿工作，其中錨固段長(zhǎng)度為2m，7月11日錨索注漿3天后進(jìn)行張拉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為錨索張拉力為15t，千斤頂伸長(zhǎng)值為1824mm，試驗(yàn)成功，7月9日，在正洞YDK175+380+400.5段又進(jìn)行錨索打眼施工,眼深為9m、10m長(zhǎng)度不等，7月12日進(jìn)行下錨注漿工作，其中錨固段分別為2m、3m、4m和5m，2004年7月15日進(jìn)行張拉，張拉結(jié)果為15t，千斤頂伸長(zhǎng)值為1720mm，通過(guò)量測(cè)

16、資料表明，在錨索張拉后，正洞變形明顯下降，于是把錨索當(dāng)作一種工序進(jìn)行推廣，截止到目前在武威方面已經(jīng)試做錨索45根，張拉30根，張拉力為3t，千斤頂伸長(zhǎng)值為914mm，蘭州方向在橫通道拱頂及對(duì)面邊墻施做錨索16根已張拉。百事通 4、采取動(dòng)態(tài)的施工技術(shù)主要施工方法1、超前支護(hù)超前支護(hù)采用42小導(dǎo)管，拱部設(shè)置，間距25cm，數(shù)量40根。超前注漿排管長(zhǎng)度4.0m，排距控制在2.0m以內(nèi)（每循環(huán)進(jìn)行一次），注水泥水玻璃雙液漿。2、開(kāi)挖開(kāi)挖采用微震光面爆破，輔以人工風(fēng)鎬開(kāi)挖。3、扒碴、裝碴運(yùn)輸上斷面松碴采用挖掘機(jī)扒碴，裝碴采用312挖裝機(jī)，自卸汽車運(yùn)輸。4、初期支護(hù)4.1立拱掛網(wǎng)鋼支撐采用I20或H175

17、型鋼；縱向連接鋼筋設(shè)雙層，為22螺紋鋼筋，每層鋼筋的間距為1.0m；鋼筋網(wǎng)設(shè)雙層，采用8圓鋼焊制而成，網(wǎng)片網(wǎng)格間距2020cm。鋼支撐架立后，立即打設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿為42管式注漿錨桿，長(zhǎng)度4.0m。每榀設(shè)置，上斷面8根，設(shè)置在拱腳和兩節(jié)拱架連接板0.5m范圍內(nèi)，下斷面4根，設(shè)置在拱腳上1.01.3m范圍內(nèi)。4.2噴射混凝土噴射混凝土采用鋼纖維混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)C20。9號(hào)斜井位于富水區(qū)，臨時(shí)支護(hù)噴砼中可添加微纖維，封閉毛洞壁、增加抗?jié)B性，改善施工作業(yè)環(huán)境，加快進(jìn)度。4.3系統(tǒng)錨桿系統(tǒng)錨桿采用32管式注漿錨桿，間距8080cm，梅花形布置，拱部長(zhǎng)度4.0m，數(shù)量16根，邊墻長(zhǎng)度6.0m，數(shù)量

18、10根。管式注漿錨桿采用硫鋁酸鹽水泥漿液注漿，注漿結(jié)束36h以后安裝墊板和螺母。4.4錨鎖錨鎖采用單股鋼絞線，截面積15.2cm2，一般地段采用6m長(zhǎng)的錨索，特殊地段采用10m長(zhǎng)的錨索，錨固長(zhǎng)度3m，剩余為自由段長(zhǎng)度。注硫鋁酸鹽水泥注漿，注漿36小時(shí)以后開(kāi)始張拉，初始預(yù)應(yīng)力3t。4.5回填注漿對(duì)噴射混凝土背后可能存在空洞的地方進(jìn)行注漿，注漿材料為普通水泥漿或水泥砂漿。位置為拱頂和上斷面拱腳。5、仰拱施工仰拱采用挖掘機(jī)開(kāi)挖人工配合清碴，必要時(shí)進(jìn)行弱爆破。開(kāi)挖前加臨時(shí)橫撐，開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行封閉，每次的開(kāi)挖長(zhǎng)度23m。5. 結(jié)論烏鞘嶺隧道在千枚巖地段施工，必須值得引起足夠重視的是地下水的影響，在硬巖中裂隙發(fā)育，地下水的影響相對(duì)較小，而在軟弱的千枚巖段，地下水的作用加速了圍巖的變形，使圍巖穩(wěn)定條件惡化，易形成大塌方。所以在開(kāi)挖時(shí)如有地下水，就應(yīng)該及時(shí)施作初期支護(hù)，而且變化超過(guò)正常水平時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)，抑制圍巖的進(jìn)一步變形，