薄板状水平岩层隧道施工中应采取的相应措施:AG体育

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更新时间:2021-09-16

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薄板状水平岩层隧道施工中应采取的相应措施:AG体育

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通过对瓦店子公路隧道厚板状水平岩层稳定性分析,及针对厚板状水平岩层隧道施工过程中经常出现拱顶大面积平顶、落石、屎覆以等现象,探究了厚板状水平岩层对隧道开凿和支护的影响,明确提出了厚板状水平岩层隧道施工中不应采行的相应措施。

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本文摘要:通过对瓦店子公路隧道厚板状水平岩层稳定性分析,及针对厚板状水平岩层隧道施工过程中经常出现拱顶大面积平顶、落石、屎覆以等现象,探究了厚板状水平岩层对隧道开凿和支护的影响,明确提出了厚板状水平岩层隧道施工中不应采行的相应措施。

通过对瓦店子公路隧道厚板状水平岩层稳定性分析,及针对厚板状水平岩层隧道施工过程中经常出现拱顶大面积平顶、落石、屎覆以等现象,探究了厚板状水平岩层对隧道开凿和支护的影响,明确提出了厚板状水平岩层隧道施工中不应采行的相应措施。  1、章节  在公路隧道施工作业中,厚板状水平岩层是常常遇上的一种地质构造,在隧道开凿过程中,经常出现拱顶大面积平顶、落石、屎覆以等现象,不但直接影响隧道的炸开效果,还不会影响裸洞的围岩稳定性,减少初期支护喷气混凝土的使用量,造成施工成本不高效率。虽然光面炸开、预裂炸开等掌控炸开技术日益成熟期,且已沦为山岭隧道开凿炸开的常规方法,但不受铁环轰人员技术水平参差不齐,以及施工管理水平强弱等其他因素影响,在厚板状水平岩层公路隧道开凿施工时易导致拱顶落石、片帮、坍塌等现象,给施工安全性带给很大的隐患和艰难。

另外在厚板状水平岩层中,岩体一般来说都更为碎裂,节理发育,摩擦力性差,原始程度不低,围岩稳定性较好。由此,对厚板状水平岩层隧道围岩展开稳定性分析,预先考虑到及采行避免围岩失稳倒塌的措施,对厚板状水平岩层隧道的安全性施工以及成本掌控等具有较小的积极意义。  2、工程概况  瓦店子隧道在重庆万州区境内,隧道左线相距甚远桩号:ZK10+990~ZK14+246,长3256m;右线相距甚远桩号:K11+000~K14+280,长3280m,单线合计长度6536m。

瓦店子隧道进口前线路横跨长江,隧址区属丘陵地貌,隧道地表高程在260~575m之间。洞身段科丘陵地貌区,高程575~347m,比较高差228m。

出口段坐落于槽谷山脊斜坡,高程265~320m,比较高差55m,斜坡坡度8~56。沿线地形平缓较小,科中低山地貌。

  隧道坐落于万州区背斜近轴部,为单斜结构。岩层产状3404~8,产状平稳结构非常简单。穿过地层主要为侏罗系上统上遂宁组砂岩、泥岩,围岩岩性主要为泥岩、砂岩居多。

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地层为水平岩层或近水平岩层,呈圆形层状结构,层间结合力较好,地下水以基岩裂隙水居多,空间产于失衡,整体水量较小。  3、厚板状水平岩层稳定性分析  瓦店子隧道主要是以薄层~中厚层水平岩层或近水平岩层居多,岩层倾角较缓(4~8)。

  1.具备韧相间,韧层性质差异大的特点,泥岩岩质比较较软,砂岩以钙质居多,岩质比较质地,岩性韧相间,岩体风化失衡,层间融合比较较好,开凿后围岩形变调整时间较长,节理、裂隙较发育,尤其砂岩层薄较薄及泥岩遇水时,岩层更容易软化失稳。  2.泥岩和泥质砂岩皆归属于弹塑性软质岩,岩体中所含大量的粘土矿物,隧道洞室开凿后,转变了岩体的形变条件,在形变获释过程中产生卸荷收缩,使围岩变形毁坏,主要展现出为软质围岩的收缩,此外,洞壁形变减少区的构成促成少量水分从低形变区向洞壁移往,洞壁岩体中的粘土等亲水矿物柔软也是围岩收缩的主要原因,导致洞室顶部软质围岩的软化以及夹层的泥化,在重力起到下易再次发生失稳。

  3.岩层厚度较薄,层理间有懦弱夹层,在开凿炸开时易导致拱部围岩的牵动,层理间拓展发育,继而引发岩层断裂和开裂,不合理的爆破作业更加激化了这一情况再次发生的可能性,周围的这些岩块或岩块系统不会有向开凿临空面再次发生运动的趋势,若没获得及时有效地支护,不致造成岩体失稳。  对于层状产于围岩隧道而言,厚板状水平岩层最有利于隧道开凿围岩的平稳,而且隧道断面净空低、跨度大,厚板状水平岩层对隧道(尤其是拱顶)的稳定性影响更为引人注目,往往对隧道的开凿质量和支护安全性导致相当大的危害。  3.1炸开开凿对薄层状水平岩层稳定性影响分析  隧道开凿前,围岩一般正处于三轴受力均衡的形变状态,由于隧道挖出浅的影响,地层不存在较高的形变,结构面一般密切开口,隧道在实行炸开开凿过程中,只不过就是隧道围岩形变新的产于的过程,拱部围岩由原本的三轴形变状态改变为二维状态。在炸开振动下,拱顶层状岩层很更容易沿着每层岩石的分界面再次发生分离出来,首先是被炸开毁坏的层状围岩开始支撑顶部岩体的重力起到,当炸开开凿跨度超过上层覆盖面积岩层的无限大宽度后,层状岩层在上部荷载和两侧水平形变及炸开振动荷载的起到下,由于层状岩体结构已被毁坏,整体受力效果较好,则不会再次发生脱落、离层、开裂,并且反复脱落、开裂,以后拱顶构成受力平稳的三角受力结构或层薄较小、受力较好的岩层,构成压力拱顶。

炸开开凿后,形变在空间范围内新的产于,隧道周围的岩体有向隧道临空面运动的趋势,基于水平岩层这种类似的水平层理结构,拱顶岩层在受到自身重力及其上方所述的形变联合起到的条件下,岩体将不会被吸管,从而向隧道临空面产生偏移,经常出现鼓胀、裂痕、倒下而开裂,隧道底部层状围岩在外部形变的起到下,也有可能向上方运动,经常出现隧底鼓胀的情况,进而造成两边墙底脚围岩丧失水平约束,导致隧道整体围岩的失稳毁坏。在厚板状水平岩层隧道施工过程中,隧道炸开开凿后,开凿轮廓圆效果较好,但在1~2h后,拱顶岩石渐渐破损、丢弃慢,整体隧道轮廓凸凹不平,甚至最后构成矩形拱顶,只不过就是一个厚板状水平岩层形变渐渐获释的过程。由于岩层归属于厚板状,厚板状横截面相对于中性轴z方向的惯性矩较小,受力覆盖层岩层再次发生倾斜导致其层面上产生的剪应力较小,因此,某种程度的岩性层状围岩,厚板状岩石更容易再次发生剪切脱落毁坏。  3.2水对厚板状水平岩层稳定性影响分析  隧道炸开开凿后,岩层中含有水分的均衡体系被超越,水受力均衡体系也随围岩形变新的产于而新的调整,在岩层受力向隧道临空应力集中方向,岩层中含有水分也向隧道临空方向移动,炸开激化了围岩裂隙发育,便利了围岩裂隙水向隧道内部流动,同时润滑剂岩层间结构面,使围岩的强度和结构面结合力减少,对于软质或韧相间的泥砂互层岩体,在裂隙水的洗净、侵蚀作用下产生软化,泥岩软化后自动开裂,砂岩则不会在泥岩开裂后悬空,在各种应力集中起到下开始脱落而开裂、塌陷。

  3.3其它地质构造对厚板状水平岩层稳定性影响分析  在隧道施工中,由结构面(如断层、节理、层理、片理等裂隙)和开凿临空面把隧道通过区的岩石切割成有所不同形状岩体。在节理裂隙的影响下,顶部围岩更容易再次发生脱落,构成矩形的情况时有发生,毁坏了围岩大自然拱顶的受力状态,进而使围岩开凿后的变形速度减缓,自稳能力弱化,在必要的岩体结构和力学条件下,岩体内部的这些岩块或岩块系统不会再次发生运动,造成岩体整体失稳,构成塌方。在层状沉积岩中,由于类似的成岩机理,层理作为一个最重要的结构面,层理面由于不存在片状矿物和泥质岩,层间结合力大大降低,对围岩的稳定性有相当大的影响。

对层状岩石而言,岩层层间结合力劣,由于节理和开凿临空面的切割成,不易构成不稳定的体系。  4、厚板状水平岩层隧道施工采行的措施  隧道开凿构成新的空洞后,毁坏了岩体原先的比较平衡状态,使隧道周围部分岩体形变新的产于,引发围岩的变形、毁坏和塌陷,为了及时有效地掌控围岩变形,避免塌陷,必需使用工程措施展开支护。

首先不应遵循较短开凿,强劲支护,勤量测,凸衬砌的薄板状水平岩层施工原则,根据新奥法的设计原理,隧道使用喷出、锚、网及钢拱架对围岩展开支护,即尽量维持围岩的完整状态,最大限度地充分发挥围岩的自承能力,把隧道围岩和各种支护结构作为一个联合起到的支撑体系,掌控围岩变形的发展,防止岩体塌方,避免过大的肿胀压力经常出现。锚杆在初期支护中有悬吊系统、融合梁、加固作用。喷气混凝土具备填充裂隙修整围岩、堵塞围岩表面避免风化、与围岩构成联合支撑结构。针对瓦店子隧道拱部所遇上的有所不同岩性的水平层,支护要灵活性采行锚、喷出、网及钢架组合成有所不同的支护形式。

  4.1喷锚支护对厚板状水平岩层的修整措施  厚板状水平岩层围岩,其岩体一般以层状结构居多。锚杆避免大的围岩块肿胀、开裂,喷气混凝土堵塞开凿面,避免围岩变形过大,以及避免因为形变获释而构成的围岩的移动、倾斜、拉裂和倒下等现象构成的小块围岩的开裂。在瓦店子隧道厚板状水平岩层的特定地质条件下,给锚杆的施工带给一定的艰难。

锚杆垂直岩面效果最佳,但在隧道实际施工中由于使用台架施工,隧道拱部范围内的锚杆多是顺层锚入或和岩层面大于角度锚入,这样以来,失去了新奥法锚固围岩的实际意义,因此,在支护时,拱部要强化锚杆的起到,使用改良施工台架,使用自进式锚杆机施不作,保证锚杆角度,以提升锚固力。  4.2格栅拱架对厚板状水平岩层的修整措施  拱部为厚板状水平岩层时,拱顶围岩不受形变更为集中于,且拱顶顶部岩层层薄较厚,结构受力效果劣,结构整体性很弱,及时施作格栅拱架支护对围岩修整能起着有效地起到。上台阶格栅拱架使用三段相连,并且拱顶部位无法有连接器,连接器使用螺栓相连,每处相连接头处施作两根锁住脚锚杆,锚杆制作成L形状,反扣连接器格栅拱架,并且两根锚杆反扣接入焊,焊长度不少于规范拒绝,确保格栅拱架和锁住脚锚杆构成整体,超过整体受力效果。

  4.3部分工序展开施工调整  隧道施工过程中,为了增加施工工序,节约施工循环,大多不会故意省却初喷出工序,没能及时初喷出混凝土(3~4cm)堵塞开凿围岩面,丧失了及时给围岩获取支撑力以很好充分发挥围岩自承力的时机,使围岩产生了肿胀变形。现场施工中,一般在炸开开凿后展开出渣作业,在出渣后展开排险、立架再行施作锚杆,然后再行展开喷气混凝土作业。这种错误的施工工序,耽搁了初期支护发挥作用的时间,对于厚板状水平薄层及中厚层砂岩及泥岩互层,由于结构面的切割成,不会构成一些大的推倒楔体、较短柱状危岩体,而薄层岩石不会经常出现逐级的挤压,这些危岩体一般都是一个不稳定的危岩体系,其中某些部位就是危石,支护寄居这些危石,就会使这些岩体掉落,所以在隧道施工中,开凿后及时初喷出混凝土给开凿后曝露的围岩以支护力是保证围岩平稳的关键,炸开后把洞渣及时击破,利用渣堆高度在渣堆上对掌子面展开初喷出混凝土施工,初喷出厚度3~4cm。喷出混凝土后,开凿轮廓对层状岩石切割成比较严重的拱顶腰部位,施工锚杆展开局部支护,锚杆间距1~1.2m。

然后出渣,展开钢架架设以及喷锚初期支护到设计厚度,这样可以及时给围岩获取支护力,严苛遵循了新奥法的支护理论。  4.4防止拱顶过分去找覆以  对于厚板状水平岩层和土质的碎裂岩层,开凿后小块围岩体互相断裂构成八边形结构,由于机械排险过程中去找覆以工作不会毁坏这种均衡,结果就越拱顶排险危石越少,如果不时地去找覆以将有去找不完的危石。所以,开凿后不应禁令过分去找覆以,及时喷出混凝土堵塞围岩,封锁关键块体,这才是支护的关键。

喷气混凝土可以对岩石裂隙展开堵住、填满、粘合和修整,提升岩体结构面的结合力,对提升水平岩层的自承力有相当大的起到。开凿后,防止过度去找覆以,及时喷出混凝土堵塞是围护围岩平稳的关键。  4.5优化铁环轰设计,增加炸开次生裂隙和振动对围岩的影响  对于厚板状水平岩层的围岩居多的段落,由于层薄一般较薄,层间融合劣,开凿炸开时更容易产生炸开次生裂隙,构成对水平岩层的切割成,减少了水平岩层的稳定性。因此,不应严苛展开光面炸开,掌控装药量,增加炸开对围岩的扰动。

  1.优化周边眼间距及药量,增大拱部周边眼的间距,拱部周边眼的间距所取30~40cm,周边眼布孔尽可能避免岩层层面裂隙。为了保证周边眼的切割成效果圆顺,可在有裂隙的部位特导向孔。严格控制周边眼的装药量,隧道周边眼的炸开机理是炸药炸开成缝理论。

周边眼炸药发生爆炸后在邻接孔之间构成岩体裂隙,最理想的是在邻接孔之间只构成炸开全线贯通裂隙而不毁坏周围岩体。  2.周边眼可使用间隔孔装药的方式装药,中间空孔作为导向孔,增加周边眼炸开对隧道周边围岩的毁坏。  3.对于薄层或围岩较为碎裂的地段,可使用周边眼装单股或双股导爆索的装药方式,以减少周边眼的装药量。  5、结论及建议  1.由于厚板状水平岩层的碎裂性、层理性强劲,在拱部开凿时易再次发生落石、片帮、坍塌现象,要特别注意施工安全性,清理岩壁危石后,及时展开初期支护支顶,并留意观测记录。

  2.厚板状水平岩层隧道的开凿轮廓不易控制,圆顺性较好、超欠凿现象广泛,在展开支护和衬砌时,不应将背后空洞开挖密实,觉得艰难时必需设置防落缓冲器层。背后展开填充压浆,堵塞空隙,提升整体溶程度。

  3.仰拱、二次衬砌要及时施作,二纹与掌子面要尽可能附近,无法因未远超过信用评价安全性距离步距就是安全性的,只有展开了衬砌安全性才不会更高。  4.强化施工中的围岩发散、下陷观测,尤其是拱顶沉降,要以拱顶沉降居多,以发散辅,及时对系统信息,同时强化洞内仔细观察,确保施工安全性。  5.对隧道施工中经常出现的变形、丢弃块、拱部塌方事件,制订适当的应急预案,在洞内备好适当的应急物资。

  6、结束语  瓦店子隧道为本条高速公路上最久隧道,为全线控制性工程,瓦店子隧道厚板状水平岩层的类似层理结构,使层间结合力大大降低,且隧道工期拒绝凸,隧道施工不存在较小的风险。在隧道施工中,通过对施工方法大大优化,采行了针对性的措施,为确保围岩的平稳和防治塌方,获得了很好的效益,保证了施工安全性和施工质量。

目前瓦店子隧道施工进度获得了有效地确保,同时,获得了上级单位的接纳,随着广大技术人员对厚板状水平岩层施工技术的深入研究,终将在今后同类型围岩隧道施工过程中充分发挥出有最重要的起到。  参考文献  [1]《JTGD70-2004公路隧道设计规范》北京:人民交通出版社.2004中华人民共和国行业标准  [2]《JTGF60-2009公路隧道施工技术规范》北京:人民交通出版社.2009中华人民共和国行业标准  [3]《落后支护在深埋及懦弱围岩隧道施工中的应用于》北京:铁道建筑出版社.2009  [4]《水平岩层隧道围岩变形机理研究与有限元分析》北京:铁道建筑出版社.2013  [5]《隧道Ⅲ级围岩水平岩层稳定性及施工方法研究》北京:铁道建筑出版社.2010  [6]《工程地质分析原理》北京:地质出版社.1981  [7]《工程炸开实践中》合肥:中国科学技术大学出版社.2002.。


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