漫谈矿山法隧道技术第十讲——软弱围岩隧道中开挖断面早期闭合的施工技术

阐述开挖断面早期闭合的概念,指出: 1）开挖断面早期闭合是针对不良围岩的对策; 2）围岩越差,要求闭合的时间、距离越短; 3）开挖断面分部越多,闭合距离越长,对控制变形不利; 4）开挖断面的早期闭合是指初期支护的闭合,而不是指二次衬砌的闭合。介绍了日本隧道早期闭合仰拱设置方法分类。认为我们已经知道如何实现早期闭合,但还没有做到,这需要机械化水平的提高、缩短单项作业时间才能做到。日本采用的开挖断面早期闭合工法已经标准化,介绍其标准模式及开挖断面早期闭合模式的内涵。通过对日本采用早期闭合工法隧道的实例统计分析,将隧道围岩早期闭合模式划分为5种,归纳了采用早期闭合工法的理由,统计了哪些围岩条件需采用早期闭合工法,并介绍了开挖断面早期闭合隧道的构造参数,以及开挖断面早期闭合隧道的施工方法。以日本七尾公路隧道为例,详细阐述全断面早期闭合施工的管理方法,包括全断面早期闭合的管理项目,最终位移值的管理基准值和初期位移速度的管理基准值及如何确定,全断面早期闭合模式的基准及如何根据施工实际进行修正。从国内外软弱围岩隧道的施工实例,特别是开挖断面早期闭合的实例中,总结软弱围岩隧道大断面施工技术的基本经验。最后指出把掌子面前方围岩的补强与掌子面后方开挖断面早期闭合结合在一起,在有水的条件下,再把掌子面前方围岩的超前钻孔预测组合在一起,是解决不良围岩隧道施工的基本方法。     

基于数值模拟的浅埋软弱围岩大断面隧道施工工法对比研究

为了探求浅埋软弱围岩大断面隧道的合适施工工法,以某浅埋软弱围岩大断面隧道为依托,采用数值模拟方法,建立浅埋软弱围岩大断面隧道施工的力学仿真模型,通过对隧道一新的施工工法(动态分部施工工法)与常用的三台阶法、CRD法、CD法及双侧壁导坑法等施工工法进行对比研究,分析动态分部工法的优缺点,并论证该新工法在依托工程施工的可行性。     

三车道大断面公路隧道软弱围岩施工技术

重庆外环玉峰山隧道施工时遭遇了煤窑采空区、大溶洞、松散围岩堆积区、富水段,施工中采取了三台阶预留核心土、CRD工法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法实现了安全通过。结合玉峰山隧道的工程实际,介绍了隧道通过大溶洞充填区和松散围岩堆积区所采用的开挖方法和辅助施工方法,总结了一些三车道大断面公路隧道软弱围岩的施工技术,以期能对类似工程有一定的借鉴作用。     

软弱围岩大断面隧道三台阶施工力学机理分析

三台阶七步开挖法是目前软弱围岩大断面隧道施工常采用的一种工法,具有有操作简便、工序转换灵活、施工快捷等特点,在隧道工程界得到大力推广应用。但与CD法、CRD法和双侧壁导坑法相比,掘进过程中仍具有很大的施工风险,对施工管理提出了很高的要求,措施不当往往易引起隧道大变形超限、甚至导致围岩失稳。本文结合该工法在软弱围岩隧道工程实践中的推广应用,对三台阶七步开挖法施工力学特征进行分析,并对施工风险高的关键工序和相应的施工控制措施进行了总结,对类似工程及该工法的推广应用具有一定参考价值。     

土质地层公路隧道大断面快速施工技术研究

随着交通工程建设的快速发展，公路长大隧道越来越多，常规施工方法效率较低，无法满足工期要求，这对公路隧道快速施工技术提出了新的挑战。以东天山特长公路隧道为背景，提出土质地层隧道大断面开挖工法，通过力学分析及现场对比试验，分析论证了该工法的可行性。结果表明：土质隧道大断面开挖时，采用超长小导管能够减少上部围岩压力对掌子面滑动土体的荷载作用，预留核心土则能够为掌子面滑动土体提供支撑反力，通过这2种控制措施能够实现土质围岩隧道掌子面稳定；相比台阶法，大断面开挖时围岩应力释放速率较快，变形快速发展，拱架和喷混凝土受力快速增长，支护封闭成环后可得到有效控制，但需进一步提高初期支护早期承载性能，即提高喷混凝土早期强度；采用大断面工法能够提升机械作业空间，简化工序，实现多组设备同时作业，相比两台阶施工，隧道施工效率提升约22%。综合评价，土质地层隧道采用大断面快速施工工法能够实现掌子面稳定，支护结构安全，且相比台阶法施工效率可得到显著提高。     

铁路隧道软弱围岩大断面机械化施工经济性研究与分析

为分析铁路隧道软弱围岩大断面机械化施工经济性的影响因素，以及各因素的影响程度，依据郑万高铁软弱围岩大断面机械化施工和普通机械化施工（台阶法）2套设计图的工程量，结合现行铁路造价标准与部分软弱围岩大断面机械化配套工艺单价分析，编制3套概算方案从工程量优化和工艺工法变化2个方面进行对比研究。研究结果表明： 1）影响大断面机械化施工经济性的主要因素是超前加固； 2）Ⅳa、Ⅳb、Ⅴa级围岩大断面机械化施工较普通机械化施工延米概算指标分别增长了-9.41%、10.81%和6.24%； 3）Ⅳ、Ⅴ级围岩大断面机械化施工较普通机械化施工月进尺分别提高了9.33%和22.22%，体现出一定的综合经济性。     

郑万高铁隧道大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性研究

为研究郑万高铁大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性,依托郑万高铁隧道现场实测数据,确定台阶法和大型机械化配套全断面法2种工法施工的围岩压力分布特征,并采用数值模拟的方法建立围岩-支护结构有限元模型,分析2种工法对围岩压力和结构内力的影响规律。研究结果表明： 1)台阶法多次施工扰动易导致支护结构和围岩之间产生空隙而发生脱空,大型机械化配套全断面法施工对围岩扰动次数少,初期支护快速封闭成环,可保证初期支护及围岩之间良好的密贴性; 2)在软弱围岩中,采用大型机械化配套全断面法施工比台阶法更有利于改善结构受力,减缓结构内部偏心受压的程度,能有效发挥拱形隧道结构承载力; 3)大型机械化配套全断面法在软弱围岩快速施工、控制支护结构变形、保证支护结构受力安全等方面具有综合优势。     

古夫隧道软弱围岩普通型机械化配套试验性施工技术

为提高隧道软弱围岩施工安全性和加快施工进度,依托古夫隧道出口段工程,首先通过超前地质预报、监控量测、应力应变测试等判断围岩及掌子面稳定性; 然后通过超前支护、低预应力涨壳式锚杆加固围岩,提高围岩自稳能力; 最后采用普通型机械化配套大断面法施工,对围岩的拱顶沉降、周边收敛、应力应变等进行监测,通过数据分析结果指导现场施工。研究结果表明： 1)隧道软弱围岩普通型机械化配套试验性施工技术可以有效地加快施工进度,保证施工安全; 2)信息化管理可以通过数据分析结果指导现场施工,大大提升隧道施工的管理水平。     

基于岩土控制变形工法的宁波野猪山公路隧道施工技术探讨

岩土控制变形工法具有经济和施工进度的可控性,在欧洲隧道建设中被广泛采用。本文依托宁波野猪山隧道工程,介绍了公路隧道采用岩土控制变形工法施工的探索尝试,从设计施工技术、施工效果现场监测、经济性等三方面分析,分析结果显示在类似该软弱围岩地质条件下,采用岩土控制变形工法施工具有较好的适用性、安全性和经济性。随着国内施工人工费高涨和施工安全的日益重视,以机械化施工和大断面开挖为特色的新意法施工方法,在施工造价和施工进度的控制方面具有极大的优势和竞争力。     

涨壳式预应力中空锚杆在机械化开挖大断面隧道中的施工应用研究

为了解决软弱围岩隧道机械化开挖后快速支护的难题，采用三臂凿岩台车、风动扳手等配套机具施作涨壳式预应力中空锚杆对围岩进行快速支护。通过在郑万高铁高家坪隧道软弱围岩段大断面机械化施工条件下涨壳式预应力中空锚杆的应用研究，总结出涨壳式预应力中空锚杆工作原理、工艺流程，通过注浆试验对比分析，提出适合的隧道锚杆注浆比例，并结合锚杆轴力监测和地层位移监测结果，表明该锚杆具有快速约束围岩、形成应力拱、减少围岩松动圈、保证围岩稳定的优势，能够有效保障隧道机械化施工的安全，并提高隧道机械化施工效率。     

断层破碎围岩台阶法施工数值模拟研究

隧道穿越断层破碎带等软弱围岩时,往往会采用CD、CRD等复杂工法,减小隧道的一次性开挖断面,因此保证隧道的安全施工。为了提高隧道开挖的机械化程度,降低隧道施工工法的复杂程度,论文通过数值模拟计算,研究在断层破碎带围岩条件下台阶法施工的适用性。计算结果表明:在采用两台阶法穿越断层破碎带时,隧道拱顶沉降和周边收敛均可得到有效控制,同时,超前支护和锁脚锚管对隧道围岩的变形有一定的控制作用,施工过程中应予以重视。文章通过数值模拟,可为此类型的隧道施工提供一种可行方案。     

软弱围岩隧道安全快速施工技术研究

软弱围岩的力学特征及其变形规律是实现软弱围岩隧道安全快速施工的理论基础。强度低、变形大、变形时间长、变形速度快是软弱围岩的基本特征,因此在软弱围岩隧道施工过程中,必须根据围岩应力调整的特征及其变形规律,合理选择开挖分部和开挖进尺,切实做好超前支护,加强施工管理,按照"预支护、快挖、快支、快封闭"的施工原则,实现软弱围岩隧道安全快速施工。     

三臂凿岩台车在郑万高铁隧道软弱围岩施工中的应用

为确保郑万高铁隧道施工的安全、质量,加快隧道施工进度,在软弱围岩中采用三臂凿岩台车进行大断面施工。通过对三臂凿岩台车进行适当改造（改造推进梁位置、改用加粗钻杆、改装降低夹持器高度、更换耐磨大钻头等）可实现利用三臂凿岩台车进行加深炮孔、超前地质钻孔、超前管棚施工;将提前设定好的钻臂负责施工范围、钻孔顺序、钻孔深度及角度等钻爆参数导入三臂凿岩台车操作控制系统可方便钻爆施工;加装3D激光扫描仪,可实现隧道开挖断面扫描。通过对比三臂凿岩台车与传统钻爆法施工在钻孔精度、钻爆效果、施工管理和施工进度等多个方面的优缺点,采用三臂凿岩台车大断面施工相对于传统分部开挖施工,减少了施工作业工序及施工干扰,更便于施工组织和管理,更有利于隧道施工安全质量的控制、加快施工进度;大断面施工减少了分部施工时多次对围岩的扰动,更有利于围岩稳定。通过一系列的试验,总结出一整套三臂凿岩台车在软弱围岩地质条件下施工的理论数据及现场施工经验,为今后推广三臂凿岩台车在隧道软弱围岩中大断面施工提供借鉴。     

大王顶大跨软弱围岩隧道快速施工技术研究

江肇高速公路大王顶隧道进口段围岩较差,设计采用双侧壁导坑法开挖,但该工法存在工序转换频繁,工作面小等缺点,致使隧道施工工期紧张。根据该隧道实际情况,通过软弱围岩快速施工案例调研和计算数值分析,提出快速施工方案,成功解决了大王顶隧道施工工期进展难题,保证其按期完工。     

XM1200三臂拱架台车在大断面软弱围岩隧道施工中的应用

为提高大断面软弱围岩隧道微台阶、全断面法开挖初期支护拱架施工机械化水平,引进三臂拱架安装台车进行拱架安装。通过对三臂拱架安装台车参数和性能、施工工艺、与传统台车对比应用效果等多方面进行分析,主要结论如下： 1）三臂拱架安装台车抓举和连接拱架可在有效保证施工人员安全的前提下,缩短拱架安装时间; 2）钢拱架安装工艺流程更规范,有效提高拱架安装精度和质量; 3）三臂拱架安装台车和传统台架、改装机械设备应用效果相比,更适应大断面软弱围岩隧道微台阶、全断面法开挖初期支护拱架施工; 4）三臂拱架安装台车除可完成拱架安装施工外,还可辅助进行部分隧道高空作业施工。     

大断面客专隧道软弱围岩快速施工探讨

软弱围岩隧道快速施工是亟待解决的一个问题,在我国,由于工装设备落后,只能通过改变施工方法加以解决。实践证明,微台阶施工方法是软弱围岩隧道施工的较好方法。武广客运专线吊沟岭隧道位于湖南省衡阳和郴州市境内,具有设计标准高(350km/h)、开挖断面大(150 m2)、地质条件复杂(软弱围岩段长、断层多、岩溶发育充分)的特点,以XXTJⅣ标第二长隧吊沟岭隧道为例,探讨大断面软弱围岩隧道快速施工的方法及配套技术,给其他类似工程提供参考。     

论软弱围岩隧道施工的对策措施

软弱围岩强度低、自稳能力差,隧道开挖后由于地应力重新分布,使隧道周边产生较大的松动圈,若施工方法和工程支护措施不当,易发生初期支护变形侵限,甚至坍方等安全事故。根据隧道实际地质条件,在对掌子面采取有效预加固措施的情况下,实现大断面甚至全断面非爆破开挖,使用先进专业设备,能够有效克服目前隧道软弱围岩施工中存在的问题,提升隧道施工技术水平。     

翔安海底公路隧道陆域段安全快速施工技术

结合厦门翔安海底公路隧道陆域段大断面全-强风化花岗闪长岩隧道开挖施工工法、施工组织和机械化施工配套技术等施工手段的实施情况，介绍了大断面隧道CRD工法施工对该地层的适应性和实现安全快速施工的技术措施和机械配套技术。     

软弱围岩隧道机械化全断面爆破开挖初期支护受力特性研究

软弱围岩隧道开挖后自稳能力差,易发生大的变形、钢架扭曲等现象。为降低安全风险,依托郑万高铁高家坪隧道进口机械化全断面爆破施工,对支护体系下的围岩压力、钢架应力、初喷混凝土应力、锚杆轴力、围岩内部位移、掌子面挤出变形等进行系统试验研究。试验结果表明： 围岩压力、钢架应力、初喷混凝土应力受岩性条件、施工扰动等因素影响显著,随时间推移均呈现“急剧增大、缓慢增大、波动变化、稳定收敛”的变化规律; 通过锚杆轴力峰值位置可以初步判定围岩塑性区范围约为距洞壁3.0 m。基于现场试验监测,通过数值模拟分析了初期支护结构压应力、轴力和弯矩的分布情况,与现场量测数据相符,较好地反映了初期支护受力特征。本次试验的相关方法、手段和结论对隧道机械化大断面施工软弱围岩变形与支护体系受力研究具有借鉴作用,同时也为建立科学合理的支护结构体系提供了参考。     

软弱围岩大跨度公路隧道施工方案研究

某公路隧道最大断面宽度为20.25 m,属于大跨度公路隧道。隧道洞身段围岩主要为IV级、V级砾岩、砂岩,具有岩质极软、岩体极破碎、自稳定能力差的特点。在施工扰动下,易发生软弱围岩自承能力丧失,引起塌方事故的发生。为确保该隧道的施工安全,根据该隧道的地质情况,选用中隔壁法和交叉中隔壁法为备选施工方案,对软弱围岩地区大跨度公路隧道的合理施工工法开展研究。研究表明采用中隔壁法施工时所产生的拱顶沉降、支护结构应力及地表沉降均为最小。中隔壁法可有效地控制大跨度公路隧道开挖工程中软弱围岩的稳定性。该研究成果可为类似工程提供有益参考。