1、高速公路隧道减震爆破 总报 告云南省公路工程 监 理咨 询 公司 - 1 -复杂地质条件下大跨度双联拱隧道施工技术研究和施工监控总报告1.工程概况贵州省清镇至镇宁高速公路东苗冲双联拱隧道为上下行合建的六车道高速公路联拱隧道。起止里程 K9+290K9+710，全长 420m。隧道进出口均为削竹式洞门，并 设置了 8m 长明洞衬 砌。隧道净宽 28m，净高 5.0m,由中隔墙分隔为左右两洞,内轮廓采用双心圆型式,外边墙为曲墙,中隔墙为直墙。 净空面积左洞 83.62m2,右洞 88.51m2。隧道最大埋深约为 77m，最浅埋深约为 5m，进口较长地段偏斜 严重。本隧道处于剥蚀、溶蚀丘陵地貌类型，
2、隧道垂直穿越一脊向南北的丘体，地质情况复杂多变，施工 过程中判明的围岩类别同设计文件中地质描述相比，出入较大.围岩分类见下表：围岩类别 设计长度（ m） 实 勘 长度（ m） 地质描述 45 255 溶洞极为发育区；强风化泥岩 120 90 全强风化粉砂质泥岩、砂质页岩， 45 75 中-弱 风化灰岩 35 175高速公路隧道减震爆破 总报 告云南省公路工程 监 理咨 询 公司 - 2 -主洞衬 砌类型全强风化页岩溶槽发育段含砾亚粘土白云质灰岩残坡积层东苗冲隧道地质纵断面图1380137013601350地质分界线130130130 1320 地面高程 桩号 坡度(%)坡长(m)左洞 左洞 右
3、洞右洞围岩 类别138.4138.41370137813841298+30+370+485+50+536+635+670+7101.50120K9+50 H-1302.0R-150T-307.50 E-3.152-2.6014IIII工程地质S2bS2bS3S2aS3S2bS2bS2aS2aS1（8m）132.413.17出口里程碑 K9+710+5201380隧道进口 K9+20 130.6+390设计高程 1298.129.129.347129.2129.4819.0251298.1297.81297.5296.53 洞门2I+40 IIS2aS3S2bS2aIS2aS1（8m） 洞门12
4、m洞身围岩为强风化灰岩，节理裂隙极发育，岩体破碎，结构松散，部分呈粘土夹碎石状，亦存在部分溶槽，开挖时易产生拱顶坍塌及侧壁失稳。局部地段溶洞发育洞身围岩为强风化灰岩，受构造影响严重，节理裂隙发育。部分呈土夹石状，局部存在溶洞，富含流塑状充填物。溶洞既发育区，内含流塑 状软土，极易坍塌洞身位于全强风化砂页岩中，属硬质岩石，岩石节理发育，呈大块砌体结构，洞身较稳定，局部含泥槽。图1.高速公路隧道减震爆破 总报 告云南省公路工程 监 理咨 询 公司 - 3 -2530676013306105760 测设中线衬砌中心线264 104 16173 10 261308WTD25系 统 锚 杆双 层 8钢
5、筋 网 片 ,网 格 20cmI2b工 字 钢 拱 架 ， 间 距 5 8钢 筋 网 片 ,网 格 间 距 20c30cm厚 C20喷 射 砼无 纺 土 工 布EVA防 水 板60c厚 C25钢 筋 砼初 期 支 护复 合 防 水 层二 次 衬 砌 Sa、注 ： 尺 寸 单 位 ： cm。注 ： 尺 寸 单 位 ： cm。3068衬砌中心线 测设中线49.41. 3592 825 51 827.5 341.3.175.9图 1.:图 1.3:S2b、二 次 衬 砌复 合 防 水 层初 期 支 护 60cm厚 C25钢 筋 砼EVA防 水 板无 纺 土 工 布30c厚 C20喷 射 砼 8钢 筋
6、 网 片 ,网 格 间 距 20cmI2b工 字 钢 拱 架 ， 间 距 5双 层 8钢 筋 网 片 ,网 格 20cWTD25系 统 锚 杆高速公路隧道减震爆破 总报 告云南省公路工程 监 理咨 询 公司 - 4 -具体地质情况及衬砌结构类型详见东苗冲隧道纵断面图 1.1，横断面图 1.2,1.3。隧道无地表水系，地下水较贫乏，地下水主要为孔隙潜水及基岩裂隙水，均接受大气降水补给。隧道施工中只出现滴水或小股脉状涌水，但在K9+580K9+640 段 60m 范围内属岩溶强烈 发育区，在雨季时涌水量相对较大，工程地质情况较差。2.主要技术难点和课题研究内容根据东苗冲双联拱隧道地质条件差、开挖跨
7、度大、洞身采用三导洞法分部施工，施工工序转换频繁,多次扰动结构和围岩,受力状况复杂等技术难点确定了科研课题主要研究内容为：1）联拱隧道三导洞施工技术2）隧道施工监控及隧道结构稳定性判断3）隧道控制爆破技术3.主要项目的研究和实施3.1.软弱围岩联拱隧道技术方案研究东苗冲类软弱围岩联拱隧道采用中导洞双侧壁三导坑先墙后拱，侧导坑全部贯通的施工方法。在施工中严格按照弱爆破、短进尺、少扰动、早锚喷、勤量 测、 紧封闭的技术措施组织实施，三导洞分部施工如图 3.1.1 所示,具体施工顺序见 3.1.2 工序流程图. 高速公路隧道减震爆破 总报 告云南省公路工程 监 理咨 询 公司 - 5 - -1 -2
8、 -1 -2 -1 -2 -1 -2 图 3.1双 联 拱 隧 道 施 工 工 序 图图 3.1.1 双联拱隧道施工工序图图 3.1.2:双联拱隧道中导洞_双侧导坑三导洞法工序流程图洞口地段加固中导洞开挖并贯通中隔墙施工并完成顶部回填左侧导坑开挖并贯通 右侧导坑开挖并贯通左侧导坑侧墙衬砌 右侧导坑侧墙衬砌左线主洞拱部开挖及二衬 右线主洞拱部开挖及二衬左线主洞下部土体开挖 右线主洞下部土体开挖高速公路隧道减震爆破 总报 告云南省公路工程 监 理咨 询 公司 - 6 -3.1.1 施工步距由于联拱隧道的特殊性，分部开挖易使围岩受到多次扰动，围岩压力再分布复杂，因此各工序的合理间隔距离非常重要，距离
9、太远不能及时形成有效的支护体系，使围岩松弛变形过大而失稳；距离太近易造成各工序相互干扰， 窝工大，近似单工序作业，不能形成有效的生产能力，而且易导致二次衬砌的开裂。东苗冲联拱隧道合理的施工步距控制在：三导坑均采用上、下台阶法施工，其中：类围岩采用超短台阶法施工，台阶长 度（35）m，上台阶采用预留核心土 环型开挖法，循环进尺（0.5-0.8）m；、 类围岩采用短台阶法，台阶长度（510）m,循环进尺（0.8-1.5）m。中 导坑先行开挖支护贯通,两侧导坑等到中隔墙顶部回填完成并达到设计强度后相继进行，左、右导坑错开约一倍洞径距离(30-40)m 。 在侧导坑边墙部二次衬砌强度达到设计强度后进行
10、相应地段主洞开挖。正线 隧道主洞开挖采用上、下台阶法施工, 、类围岩地段拱部开挖采用环型开挖法.正线隧道拱部开挖支护一次成型，初支完成后，架立圆木中立柱进行临时支撑，二次衬砌前拆除。一侧正洞先行开挖支护，另一侧正洞滞后约（30-40）m；一侧主洞开挖地段，另一侧主洞已施工衬砌混凝左线主洞仰拱施工,形成封闭支护结构 右线主洞仰拱施工,形成封闭支护结构左洞仰拱填充及路面施工 右洞仰拱填充及路面施工左洞边墙防火涂料及电气安装 右洞边墙防火涂料及电气安装工程竣工高速公路隧道减震爆破 总报 告云南省公路工程 监 理咨 询 公司 - 7 -土强度在 80以上。二次衬砌紧跟，一般和掌子面距离不超过 30m，
11、仰供铺底混凝土适当超前，一般和衬砌面保持 20m 以上的距离。 C25喷 射 砼II- 断 面 0喷 射 砼18型 工 字 钢 2020 5555101 注 ： 尺 寸 单 位 ： cm。衬砌中心线测设中线 拱部中心线仰拱中心线 102.46102.46仰拱中心线拱部中心线 423.5m热 轧 无 缝 钢 管 ，L=,外 插 角 10 ， 环 向间 距 c纵 向 间 距图 主 洞 拱 部 施 工 超 前 小 导 管 布 置 图超 前 导 管 L=410超 前 导 管 L=3.5mC20喷 射 砼注 ： 尺 寸 单 位 ： c。10 550505052 2018型 工 字 钢 I-断 面II图
12、3.15侧 导 坑 超 前 小 导 管 布 置 图C20喷 射 砼 423.5m热 轧 无 缝 钢 管 ，L=,外 插 角 10 ， 环向 间 距 c纵 向 间 距 2c10 5超 前 导 管 L=3.m1050505052 2018型 工 字 钢 C20喷 射 砼C20喷 射 砼 423.5m热 轧 无 缝 钢 管 ，L=,外 插 角 10 ， 环向 间 距 c纵 向 间 距 2c图 3.14 中 导 坑 超 前 小 导 管 布 置 图III- 断 面衬砌中心线测设中线 注 ： 尺 寸 单 位 ： cm。1203.1.2、超前支护体系由于东苗冲联拱隧道施工跨度大、工程地质条件差，施工中必须设
13、置高速公路隧道减震爆破 总报 告云南省公路工程 监 理咨 询 公司 - 8 -超前支护。本隧道在进出口、类围岩浅埋段设置了长度 28m 的1086mm 无缝钢管超前大管棚，管棚钻机 钻孔，双液注浆机注水泥水玻璃浆液；洞内、类围岩地段设置了 42 钢管超前小导管，采用风钻钻孔，注浆机注水泥砂浆。洞内溶洞极发育地段设置了 8m 长 32 超前自进式锚杆。超前支护的设置不仅对围岩进行注浆加固地层，改善围岩的自承载能力，而且增加了支护结构的刚度，增大了支护结构的整体性，提高了承载能力，对隧道施工的安全性起到了较好的效果。3.1.3、初期支护东苗冲联拱隧道初期支护采用常规的钢支撑与锚杆、钢筋网、喷射混凝
14、土联合支护形式。永久支护类围岩地段下部设喷射混凝土刚性仰拱， 、类围岩地段下部设钢筋混凝土仰拱。3.1.4、二次衬砌按照新奥法原理，初期支护完成后，一般应待围岩变形收敛后，方可进行二次衬砌。在东苗冲联拱隧道施工中，对此采取了灵活的措施。考虑到围岩变形的发展意味着围岩松弛的加剧，地压力在增加，隧道的危险性也在增加，隧道开挖掘进施工中及时跟进二次衬砌，使初支和二衬形成共同作用的支护体系，实现闭合结构承受荷载，抑制围岩变形的继续发展。衬砌纵向距离每 10m 一轮，采用 3015 组合钢模， I18 工字钢作模板背带， 门式 钢管脚手架作支撑。混凝土均采用集中拌合，6m 3 混凝土运输车水平运输， H
15、BT60 型混凝土输送泵垂直运输入模。3.2 减震控制爆破技术研究 高速公路隧道减震爆破 总报 告云南省公路工程 监 理咨 询 公司 - 9 -为使既有工作面爆破不对邻近围岩、已施作的初支或二衬产生破坏，东苗冲隧道施工中对出口左洞进行了爆破震动测试，以研究爆破震动衰减规律，测量和比较不同爆破方法的实际减振效果，得到适合本工程的最佳爆破方案，确保邻近结构特别是中隔墙或围岩受到的影响最小。爆破震动测试采用测震系统来完成，测点布置四个位置，具体位置见下图 3.2.1。 、 、 、1、24123、图 3.2.1 爆破振动测点布置图取 抗 震 能 力 最 差 的 初 支 或 二 衬 钢 筋 混 凝 土
16、结 构 为 测 试 对 象 ，作 如 下 设 定 ：序号 振动速度(cm/s) 安全状态 施工措施1 04.0 正常 继续施工2 4.05.0 报警 优化爆破方案、控制爆破规模3 5.0 超限 修改爆破方案、减小爆破规模利用最小二乘法进行回归分析，得出质点振动速度与最大一段装药量高速公路隧道减震爆破 总报 告云南省公路工程 监 理咨 询 公司 - 10 -Q 和测点至爆破工作面的距离 R 之间的关系曲线：Q= R3 (V/K)3/= R3(5/88.235)3/1.606= 4.691103R3根据 Q=f(R) 关系式，得出东苗冲隧道爆破开挖时不同距离条件下的最大一段装药量（如下表），并以此
17、控制爆破规模。R(m) 10 15 20 25 30 40 50Q(kg) 4.7 15.8 37.5 73.3 126.7 300.2 586.4根据爆破震动测试及相关分析，东苗冲隧道减震控制爆破设计方案在施工过程中遵循以下几项原则：a）、分步开挖，缩小爆破开挖断面面积b)优化 钻爆参数，降低炸药单耗。c)、采用中等爆速的炸药。d)、起爆采用非电毫秒雷管，大间隔微差起爆，使相 邻段别的起爆间隔大于 100ms，以减少每段起爆的炸药量及各段爆轰波的叠加，让爆破地震主震相间无叠加效应，达到减小对围岩扰动的目的。e)、周边 眼采用不耦合装药结构的光面爆破。f）、开挖中严格遵循“弱爆破、短进尺”的施工原 则，、 类围岩进尺
