小半徑曲線非對稱連拱隧道開挖關(guān)鍵技術(shù)研究
小半徑曲線非對稱連拱隧道開挖關(guān)鍵技術(shù)研究
摘要：重慶市馬家?guī)r隧道立交工程是目前國內(nèi)最小半徑的曲線連拱隧道，施工過程中通過采取先進可靠的開挖方法、優(yōu)化光面爆破參數(shù)和先進的測量、監(jiān)測手段，實現(xiàn)了對小半徑隧道超欠挖的有效控制，滿足了工期、質(zhì)量和安全要求，取得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞：小半徑連拱隧道，中導洞，光面爆破，TPS測量，監(jiān)測
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一、工程概況及地質(zhì)條件
1.1，工程概況
重慶沙坪壩區(qū)馬家?guī)r立交由小半徑曲線非對稱連拱隧道和二個下穿道組成。其中，隧道分A、B匝道雙洞隧道。A匝道隧道全長150.242m，隧道進口凈寬10.5m，位于直線段上。隧道出口處于半徑R=23.5m的園曲線上，隧道凈寬
9.61m，凈高7.21m。整個隧道的平曲線從設(shè)計起點開始依次為R=∞，L=25m，R=57.5m，R=∞，L=23.5m。 B匝道隧道出口在直線段上，隧道進口在半徑R=25m的園曲線上。隧道全長114.011m，整個隧道的平曲線從原設(shè)計起點開始依次為R=∞,R=25m，B匝道隧道凈寬11.42m，凈高7.77m。見A、B匝道隧道平面圖及斷面圖。
1.2，工程地質(zhì)條件
場區(qū)屬剝蝕丘陵地貌，地形高差大，最高處高程為378.60m，最低處為327.98m，相對高差50.62m。
場地整體上東高西低。A、B匝道穿越了現(xiàn)有的路線及鄰近一小山丘�，F(xiàn)有線路部分地形較平坦，地形坡角一般小于10°。丘陵部分地形較陡，自然斜坡部分坡角一般約35°—40°，局部人工開挖的邊坡部分達70°。
場地位于沙坪壩背斜東翼。據(jù)基巖露頭調(diào)查得知，地層呈單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀108°＜10°。場區(qū)發(fā)育有兩組裂隙，場區(qū)內(nèi)無斷層及構(gòu)造破碎帶，裂隙不發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造簡單。
根據(jù)地表調(diào)查及鉆孔揭露，路線區(qū)鉆探深度范圍內(nèi)地層為第四系全新統(tǒng)土層（Q4）及侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2S）的基巖。
擬建場地位于淺丘斜坡地帶，無崩塌、泥石流、滑坡、巖溶洞穴、煤與瓦斯、有毒有害氣體 、地溫異常等不良地址現(xiàn)象。
二、隧道開挖斷面及方法
2.1，中導洞工藝代替原三導洞工藝
本工程原設(shè)計是“三導洞”施工工藝，但該工藝存在諸多不足，主要是工序繁多，需要撤除的臨時支護多，工作面狹小，不能使用大型機械，工效低，費用高，施工周期長。由于本工程位于主城區(qū)交通中心，工期緊張，采用三導洞施工工期不能保證。
通過對工程的圍巖情況研究，并根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，向建設(shè)方，監(jiān)理方提出將施工工藝改為中導洞工藝施工。即中導洞先行無側(cè)壁導洞的工藝，二次襯砌是采用大型液壓式鋼模板臺車全斷面一次性澆筑。
相對三導洞施工法，采用中導洞施工法具有以下優(yōu)點；工序較少且簡單，施工干擾少，省去了側(cè)導洞開挖和部分臨時初期支護及拆除工序，施工空間大，便于使用大型機械設(shè)備，施工質(zhì)量易于保證。在確保施工安全的同時，可加快進度、縮短工期、提高效益、降低造價。
2.2，本工程中導洞施工工藝要點
根據(jù)馬家?guī)r立交隧道工程中導洞開挖貫通的實際地質(zhì)情況，對隧道主洞開挖方法再次進行研究，通過B洞出口試驗段，證明采用中導洞上下臺階法開挖主洞是安全可行的，而且可以加快進度，針對隧道主洞開挖試驗段提出以下工藝要點：
2.2.1根據(jù)施工進度計劃安排選擇在B隧道出口段15m范圍內(nèi)作為試驗段；臺階開挖的高度設(shè)在起拱線的位置，上臺階長度要大于10m；
2.2.2嚴格控制爆破進尺和超欠挖，每循環(huán)進尺的最大長度控制在
1.5-2.0m；爆破采用光面爆破法，雷管的分段為15段。
2.2.3初期支護加強：原類圍巖的型鋼支護的間距60cm變成50cm，其他超前小導管、錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土的支護參數(shù)不變，Ⅳ級圍巖的型鋼支護的間距80cm、變成60cm，超前小導管、錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土的支護參數(shù)同V級圍巖；
2.2.4加強施工監(jiān)控量測工作，加大試驗段監(jiān)控量測的頻率，及時量測信息指導施工，通過反饋信息來不斷完善設(shè)計，達到施工安全、快速、經(jīng)濟的目的。
必測項目有拱頂下沉、洞內(nèi)水平收斂位移、支護內(nèi)應力量測、錨桿拉拔力及地震波檢測。
2.2.5在軟弱圍巖條件下，堅持“管超前，嚴注漿；短開挖，弱爆破；強支護，早封閉；勤測量，二襯緊跟；信息及時反饋，及時修正”的原則；
2.2.6開挖后，立即進行初期支護，縮短圍巖暴露時間，確保噴射混凝土的強度和厚度，并緊貼巖面；
2.2.7仰拱超前，二次襯砌距開挖面不超過30cm；
2.2.8如發(fā)現(xiàn)局部邊墻圍巖變差，應用拱腳鎖腳錨桿加強初期支護，控制拱頂下沉；
2.2.9左右洞掌子面開挖，應錯開50m以上，確定左右洞開挖間距的原則是，先行洞二次襯砌達到一定強度后，再進行后行洞開挖，以減少后行洞開挖對先行洞的不利影響。
三、普通鉆爆設(shè)計
3.1，掘進循環(huán)進尺
本工程圍巖采用短進尺，多循環(huán)掘進。由于本隧道工程為曲線小半徑，為控制超挖值，對A洞、B洞的掘進進尺分別進行計算（計算步驟略）。
經(jīng)計算側(cè)墻鉆角定為外側(cè)傾角0°即沿曲線切線方向鉆孔，拱部外側(cè)傾角為2°，對B洞臺階法施工掘進尺外側(cè)2.0m，內(nèi)側(cè)1.21m。
3.2，炮孔深度,直徑
鉆孔采用YT-28風鉆，炮眼孔徑為φ42mm，為克服巖石的夾制作用，除陶槽眼深度取掘進進尺加200mm以外，其余各炮眼深度取值按以上掘進進尺計算值確定。在實際操作中應視掌子面的凹凸情況，調(diào)整各炮眼鉆孔長度，使所有炮眼（除陶槽眼外）眼底處于外側(cè)切線的法線面上。
四，光面爆破參數(shù)設(shè)計
光面爆破是通過調(diào)整周邊眼的各爆破系數(shù)，使爆炸先沿各孔中心連線形
成貫通的破裂縫，然后內(nèi)圍巖體裂解，并向臨空面方向拋擲。光面爆破的目的是使爆破后的巖石表面按設(shè)計輪廓線成型，表面能較平順，超挖量最小，對坑道圍巖的撓動較小。
確定合理的光爆參數(shù)是獲得良好光面爆破效果的重要保證。光面爆破的主要參數(shù)有：周邊眼間距（E）、周邊眼密集系數(shù)（m）、最小抵抗線（W）、不偶合系數(shù)（D）和裝藥集中度（q）。
4.1，連續(xù)裝藥的不耦合系數(shù)
不耦合結(jié)構(gòu)能夠比較均勻地降低炮孔壁所承受的峰值壓力，有助于保護孔壁少受徑向爆破裂隙的破壞。對陶槽眼及輔助眼應采用較小的值，以提高炸藥的爆破效率，對周邊眼則可采用較大的值，以減小對圍巖的破壞。
炸藥在炮孔中爆炸后形成的爆炸沖擊波的平均壓力為：
其中：n：爆生氣體與炮孔壁碰撞時的壓力增大系數(shù)，n=8-10。
P：炮孔內(nèi)炸藥形成的平均值。
：炸藥的爆速。
：裝藥炮孔直徑。
：炸藥藥卷平均密度（0.9-0.95g/cm3）。
光面爆破技術(shù)的關(guān)鍵是炸藥爆破時對炮孔壁面產(chǎn)生的沖擊壓力不大于巖石的抗壓強度。P≤kbsc。
Kb：體積應力狀態(tài)下巖石的抗壓強度增大系數(shù)，kb=10。
Sc：巖體的單軸抗壓強度，在掘進過程中通過的巖石f=8～10。
4.2，間隔裝藥的單位裝藥長度
間隔裝藥單位裝藥卷直徑32mm炮孔直徑40mm，不能滿足連續(xù)裝藥的不耦合系數(shù)，所以采用空氣間隔裝藥，當炸藥爆炸后，作用在炮孔壁上的沖擊力為：
式中：、分別為裝藥長度和空氣間隔長度，炸藥能量10%用于壓碎圍巖。
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