1、大断面坑道不良地质段开挖方法摘要：本文就工程实例，重点介绍了采用光面爆破施工技术在大断面坑道不良地质段的开挖方法，在不良地质段采用上、下台阶“双侧导洞分部开挖法”确保了大断面坑道掘进的安全和质量。 关键词：光面爆破、不良地质、双侧导洞分部开挖、安全、效益 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 一、工程概况 该工程为一地下洞库工程，坑道毛跨 4.617.96m，总洞长 836 米，建筑面积约 11000m2，属大型 BC 级洞室。 二、工程水文、地质条件 该坑道上部山体植被发育，山坡“石蛋”(花岗岩球状风化体)漫山遍布，部分沿沟谷堆替，形成“石陇” 、沟壑、石洞、沟谷等特征地貌，部分
2、沟谷、洞穴深达 1520m。地层岩性主要为第四系全新统晚更新统残坡积层与海陆交互相沉积层和燕山晚期花岗岩，局部地段分布有喜山期辉绿岩(呈岩脉产出)。 场地水文地质条件：基岩裂隙水具无压微承压性质，主要靠大气降水供给，水量不大，一般以泉流的形式排泄；上层滞水主要分布于山体表层残坡积的砂砾质粘性土及山脚冲洪积的砂砾层中，水位般为0.53.5 米；地表水主要分布于山脚与平原交接处，部分在山体中下部。地下水以泉的形式出露于地表，多股泉流沿小山沟汇合形成小溪流，小溪流到达山脚洼地，形成湿地及水塘。 不良地质条件：本坑道轴线经过地段节理、裂隙发育，形成多条节理密集带；经勘察揭示有 3 条小型断层、3 条构
3、造破碎带及 2 条软弱岩脉穿过。山体多处出露有泉水，坑道开挖时，地下水有可能沿节理裂隙下渗到坑道中；辉绿岩脉风化强烈，风化深度大，洞室开挖时岩脉风化土有瞬时塌落的危险。 三、工程地质特征 经开挖揭露，本坑道地质条件复杂多样，具有以下明显特征： 、节理、裂隙普遍发育，产状杂乱，球状风化显剧，风化程度不均，受裂隙影响，围岩多被切割呈网状破碎体，强风化岩层中有中微风化球状岩体夹杂，中微风化岩层中有强风化夹层出现； 、开挖揭露构造破碎带和节理密集带较为常见，影响区域围岩风化严重、破碎且强度低，自稳性较差，掘进过程中时有掉块、塌落现象；、围岩裂隙水较丰富，节理裂隙多且相互贯通，与地表水联系密切，坑道围岩
4、渗水量受降雨影响； 、断层和软弱岩脉较多，经开挖揭露大、小断层和辉绿岩软弱岩脉 15 条，其中有 4 条较宽，最宽可达 4.5m（多数与洞轴线垂直） ，断层或岩脉围岩风化严重，裂隙水丰富，多呈线状流出。 四、大跨度断面设计 该坑道设计以“新奥法”理论为基础，采用喷锚联合支护体系，结构采用贴壁和离壁两种形式。 本坑道主洞长 520m，毛洞开挖净高 10.78m（侧墙高 6.34m） 、净跨17.52m，断面面积 165.8m2，采用喷锚支护、离壁式结构设计。 喷锚支护设计:系统锚杆采用 221.01.0m、L4.0m 梅花型布置；初挂 60.20.2m 钢筋网、喷 C25 砼 16cm；后挂 1
5、00.20.2m 钢筋网、复喷 C25 砼 7cm；预留变形量 5cm。详见主洞断面设计图 1： 五、大断面坑道不良地质段开挖方法 对于大断面坑道不良地质段的开挖，由于围岩节理裂隙发育，风化且强度低，整体自稳性差，若开挖方法选择不当，极易引起坑道塌方等安全事故。 为保证大断面坑道不良地质段开挖的安全及质量，遵循大断面开挖“变高洞为低洞，变大跨度为小跨度”的原则，考虑到工期紧迫，为加快开挖进度，大断面坑道采用了上、下台阶“双侧导洞分部开挖方法” 。 5.1 开挖步骤及方法 为顺利穿越不良地质段，大断面坑道采用先拱部后底部，先外缘后核心，由上而下，上下结合，中留岩柱，跳格开挖，跳格支护施工方法，即
6、上、下台阶“双侧导洞分部开挖方法” 。 见开挖断面图 2： 该法总体上把大跨度断面分上、下二个台阶实施开挖，上台阶采用“先两侧后中间”的双侧导洞分部开挖方法。上台阶高 6.0m、下台阶高4.78m；导洞底宽 6.5m、中间岩体底宽 4.52m。 施工流程：开挖上台阶左侧导洞开挖上台阶右侧导洞开挖中间岩体开挖下台阶开挖下台阶，开挖下台阶时按 15%坡度修筑出碴施工道路。 5.1.1 主要施工步骤及方法 、由于该不良地质段围岩节理裂隙发育、破碎且强度低，为防止出现塌方，确保安全掘进，开挖前首先沿掌子面开挖轮廓线施打221.0m、L=4m 超前锚杆进行超前支护（外仰角 36，锚杆沿轴向搭接长度不小于
7、 1.2m） ； 、开挖导洞，开挖后视围岩破碎情况及时素喷 3050 厚 C25 砼对开挖裸露面进行封闭； 、完成开挖后及时对设计开挖轮廓面进行系统喷锚支护，若变形过大则采用 I22B 工字钢拱架进行强支护，并安装锁脚锚杆固定拱架； 、完成支护后应继续保持围岩的收敛和变形监测，根据围岩收敛变形情况及时采取二次支护处理； 、完成导洞开挖不小于 15m 后，以同样方法开始开挖导洞，两侧导洞按照前后 15m 间距跟进开挖； 、完成导洞开挖不小于 15m 后，对中留岩柱实施开挖，并及时完成拱部喷锚支护或钢拱架支护； 、完成中间岩体开挖不小于 10m 后，对下台阶进行落底开挖，同时利用作为上台阶出碴道路
8、（5%坡度） ； 、遵照上述方法向前推进开挖，完成开挖后及时进行侧墙喷锚支护或钢格栅支护。 见开挖平面示意图 3： 5.1.2 施工注意事项 、完成开挖后，应及时对暴露岩面喷砼封闭，有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度。 、由于受爆破及围岩应力释放影响，松软、破碎岩体极易出现变形、塌落，应及时进行系统喷锚支护，充分利用开挖面的时空效应，最大程度限制支护前的变形发展，阻止围岩进入松动的状态，提高围岩的稳定性和自身的支撑能力； 、加强对已支护围岩的动态量测，及时掌握围岩的变形，确保变形量在设计允许范围内，并根据量测数据科学指导施工，确保施工的安全
9、。 5.2 光面爆破技术应用 为保证开挖质量，本坑道采用光面爆破技术开挖。采用光面爆破施工，可最大程度降低对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，并有效控制超、欠挖，特别是在不良地质条件下效果更为显著，从而确保坑道掘进的安全和质量。 结合工程实际情况，光面爆破技术参数的选择显的优为重要，本工程选用了低爆速、低猛度、低密度、高爆力的 AYT-1 岩石硝铵炸药，周边眼采用空气间隔装药，其它炮眼则采用连续柱状装药，采用火雷管引爆、非电毫秒导爆雷管连网分段起爆。 5.2.1 炮眼布置及要求 掏槽眼：先布置掏槽眼（采用楔形掏槽） ，为保证光爆效果，于掏槽眼中心布置 1 个直径 75mm 不装药的空心孔，深度同
10、掏槽眼，另外要求掏槽眼比其它眼加深 20cm； 辅助眼：辅助眼根据上稀下密，中部均匀分布的原则布置； 周边眼：为严格控制超、欠挖，周边眼应根据围岩情况进行合理布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线上，眼底超出轮廓线小于 10cm；在软岩中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于 8cm，眼底落在轮廓线上；周边眼沿轮廓线的孔距误差5cm、外偏斜率5cm/米、孔眼深度误差10cm。 5.2.2 起爆顺序及要求 起爆顺序为：掏槽眼辅助眼周边眼底板眼，辅助眼则应由里向外逐层起爆。采用毫秒起爆方式，为避免造成震动波峰迭加，非电豪秒雷管跳段使用。为保证光爆质量，周边眼采用导爆索并联法同时起爆。导洞炮眼
11、布置示意图 4： 5.2.3 爆破参数选取 由于围岩差，为尽量减少爆破对周边围岩的扰动，开挖严格遵循“短进尺、弱爆破、早封闭、多循环、勤量测”原则，按照钻孔 1.8m，单炮进尺 1.5m 实施开挖，并结合围岩特征及时调整爆破参数，经试炮后确定周边眼间距和最小抵抗线（光爆层厚度） ，不良地质段光面爆破参数如下表 1： 表 1 光面爆破参数 5.2.4 施工要点及注意事项 、光面爆破采用不耦合装药结构，但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆； 、严格掌握与周边眼相邻的辅助眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面； 、当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，节理发育部位，炮眼应尽量避开
12、节理，以防卡钻和影响爆破效果。 六、开挖效果评价 针对本工程大断面不良地质段，采用光面爆破技术，上、下台阶“双侧导洞分部开挖方法”施工收到了良好的效果。采用该法施工，利用侧导洞不仅能及时准确的探明前方地质情况，为后续掘进提供必要技术参数，还大大加快了施工进度。另外，采用上、下台阶“双侧导洞分部开挖方法” ，有效的控制了坑道的沉降变形，保证了坑道掘进安全，并严格控制了超、欠挖，极大节约了工程成本。 、采用光面弱爆破，上、下台阶“双侧导洞分部开挖法” ，侧导洞开挖为二次开挖提供了较大的临空面，加强了光爆效果，并大大降低了对围岩的扰动，围岩松弛带的范围只有普通爆破法的 1/91/3，爆破后围岩壁面平
13、整，减轻了应力集中，避免了掉块、塌方现象，确保了掘进安全； 、采用“双侧导洞分部开挖法”施工，中心岩柱的预留有效阻止了拱部围岩的变形，为分部进行系统支护赢取了时间，确保了不良地质段掘进安全； 、采用上、下台阶“双侧导洞分部开挖法” ，通过人、机、料的合理配置，加快开挖循环,大大提高了施工进度，在不良地质段创造了单月掘进 250m、系统支护 200m 的施工较高记录，保证了工期目标的实现； 、不良地质段采用该法施工，拱部采取必要的超前支护且预留人工修整层，有效控制了不良地质段围岩的超挖。通过该法施工，平均超挖量控制在 8cm、最大超挖控制在 15cm，与现行规范标准平均超挖值为15cm、最大超挖值 30cm 相比，坑道每延米减少超挖量约 2.3m3，相应减少喷射混凝土回填量 2.3m3，取得了良好的经济效益； 、与“全断面开挖法”相比，该法不但节约了火工品投入（经统计每延米节约火工材料 12%） ，机械利用率还得到了大大提高（利用率达到了 100%） 。同时，采用该法施工大大降低了不良地质段围岩开挖的掉块、塌方现象，相应节约了因引起围岩破碎、掉块、塌方所增加的钢拱架、随机锚杆、钢筋网等支护工程量的投入。 参考文献 1 JTJ 04294.公路隧道施工技术规范S 2 黄成光，于敦荣.公路隧道施工.人民交通出版社J.2002 3 TBl02042002 铁路隧道施工规范S
