專利名稱：煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法，屬于隧道施工工法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中國(guó)專利公報(bào)于2010年2月3日公開了專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910305045.9、專利名稱為《海底隧道斷層破碎帶銑挖支護(hù)施工方法》的發(fā)明專利。該專利技術(shù)使用銑挖機(jī)對(duì)隧道的上半部分沿隧道輪廓進(jìn)行刻槽，安裝鋼格柵后對(duì)上半部分中間巖體進(jìn)行銑挖(全部用銑挖機(jī)作業(yè)完成)，然后進(jìn)行下半部分的銑挖或先進(jìn)行爆破開挖，預(yù)留50 IOOcm的銑挖層，待爆破后，使用銑挖機(jī)進(jìn)行輪廓銑挖。該專利技術(shù)適用于海底破碎地層，其適用的斷面小，對(duì)上半部分中間巖體使用銑挖作業(yè)，工作效率較低，銑挖過程中無(wú)法進(jìn)行其它工序；再者對(duì)下半部分中間巖體若使用銑挖作業(yè)，同樣存在工作效率低的問題，若使用爆破作業(yè)，并預(yù)留銑挖層，那么在復(fù)雜的地層隧道中，爆破時(shí)其沖擊力會(huì)通過預(yù)留銑挖層傳遞到周邊巖體中，可能引起周邊巖體塌方等問題。隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，特別是西部大開發(fā)戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，山區(qū)高速公路快速發(fā)展，為縮短公路里程、適應(yīng)山區(qū)地形、節(jié)省投資，減少耕地占用，隧道成為很重要的一種公路結(jié)構(gòu)形式。目前隧道開挖施工主要根據(jù)新奧法原理，開挖方法分為機(jī)械切削法和鉆爆法兩種，但限于掘進(jìn)機(jī)、劈石機(jī)、TBM等大型機(jī)械設(shè)備價(jià)格昂貴、維修困難、工效低等因素，實(shí)際工程中以鉆爆法為主，在未來(lái)隧道建設(shè)中仍將占據(jù)著重要地位。新奧法強(qiáng)調(diào)通過光面或預(yù)裂爆破方法降低爆破振動(dòng)，減少對(duì)隧道圍巖和支護(hù)體系的振動(dòng)影響，最大限度地保護(hù)圍巖，控制爆破對(duì)圍巖體的損傷程度，減少超欠挖，充分利用圍巖的自承載能力。光面爆破技術(shù)在隧道鉆爆法施工中被確認(rèn)為控制周邊超欠挖的標(biāo)準(zhǔn)方法之一，它對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、有著開挖質(zhì)量控制好、節(jié)約支護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)，能有效提高開挖作業(yè)的工作效率。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研以及我公司大量的隧道工程實(shí)踐，光面爆破技術(shù)在I III級(jí)硬質(zhì)圍巖掘進(jìn)中獲得較好的應(yīng)用效果，但在節(jié)理發(fā)育的IV、V、VI級(jí)中等硬度或較軟圍巖體中應(yīng)用時(shí)往往效果不佳，爆破擾動(dòng)大，超欠挖嚴(yán)重，拱頂部位常出現(xiàn)不同程度的掉塊或塌方問題。在偏軟的IV、V、VI級(jí)圍巖中應(yīng)用時(shí)，除了上述問題，還面臨圍巖大變形和初支傾斜等難題。調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，出現(xiàn)上述問題的主要原因一方面是隧道施工控制問題，如隧道開挖臺(tái)階長(zhǎng)度過長(zhǎng)、初期支護(hù)未及時(shí)封閉成環(huán)和二次襯砌未及時(shí)跟進(jìn)導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)等，另一方面是源于鉆爆法自身的缺陷，如對(duì)圍巖擾動(dòng)深、爆破振動(dòng)大、變形不易控制等，僅通過光爆優(yōu)化無(wú)法從根本上解決鉆爆工法的不足。貴州是我國(guó)南方產(chǎn)煤大省，煤系地層分布廣泛，隨著西部高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，大量公路隧道將不可避免地穿越煤系地層，煤系地層是隧道建設(shè)中的不良地質(zhì)現(xiàn)象，直接關(guān)系到隧道施工及營(yíng)運(yùn)的安全，圍巖級(jí)別多為IV VI級(jí)軟弱破碎巖體，實(shí)際工程中除了面臨防突、防瓦斯等安全問題，還面臨大變形、塌方及冒頂?shù)入y題，施工風(fēng)險(xiǎn)高，難度大。
發(fā)明 內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于:提供一種煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法，解決煤系地層隧道在施工時(shí)對(duì)于節(jié)理發(fā)育的IV、V、VI級(jí)中等硬度或較軟圍巖體鉆爆施工時(shí)引起的爆破擾動(dòng)大、超挖嚴(yán)重、局部塌方不斷的技術(shù)難題以及煤層瓦斯隧道具有高風(fēng)險(xiǎn)等施工問題。本發(fā)明的技術(shù)方案:一種煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法，根據(jù)上下臺(tái)階法將煤系地層隧道橫斷面劃分為上臺(tái)階弧導(dǎo)部分、上臺(tái)階核心土部分、下臺(tái)階右側(cè)邊墻部分、下臺(tái)階核心土部分以及下臺(tái)階左側(cè)邊墻部分，對(duì)于各部的施工按如下步驟進(jìn)行:A、對(duì)上臺(tái)階弧導(dǎo)部分實(shí)施銑挖切槽；B、上臺(tái)階弧導(dǎo)部分切槽完成后，進(jìn)行初期支護(hù)，形成穩(wěn)定的承載拱；C、對(duì)下臺(tái)階左側(cè)邊墻部分、下臺(tái)階右側(cè)邊墻部分進(jìn)行下臺(tái)階兩側(cè)邊墻部分銑挖切槽，并施作初期支護(hù)；D、對(duì)上臺(tái)階核心土部分、下臺(tái)階核心土部分進(jìn)行核心土鉆孔、裝藥、起爆作業(yè),通風(fēng)后出渣；E、重復(fù)步驟A D，直至整個(gè)隧道開挖結(jié)束。上述的煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法，所述步驟C中對(duì)下臺(tái)階左側(cè)邊墻部分、下臺(tái)階右側(cè)邊墻部分連續(xù)銑挖作業(yè)時(shí)，保持左、右邊墻部分縱向錯(cuò)開2 3榀，待一側(cè)施作完成初期支護(hù)后，再進(jìn)行另一側(cè)邊墻銑挖切槽并施作初期支護(hù)。上述的煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法，所述步驟B中對(duì)上臺(tái)階弧導(dǎo)部分施作初期支護(hù)的時(shí)候，同時(shí)進(jìn)行步驟C。本發(fā)明的有益效果: 與現(xiàn)有的隧道施工工法相比，本發(fā)明所述的煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法，由機(jī)械切削法和正臺(tái)階鉆爆法衍變而來(lái)，嚴(yán)格遵循“短開挖、快支護(hù)、勤量測(cè)、緊封閉、早成環(huán)、穩(wěn)中求快”的新奧法施工原則，根據(jù)不同圍巖級(jí)別，選擇上下臺(tái)階法或三臺(tái)階法將隧道斷面劃分為三部分或四部分，超前支護(hù)施作完成后，采用銑挖機(jī)沿著上臺(tái)階隧道輪廓線自下而上進(jìn)行分部預(yù)切槽，切槽完畢后施作初噴混凝土、架立鋼支撐、錨網(wǎng)施作、復(fù)噴混凝土作業(yè)。完成上臺(tái)階初支作業(yè)后，按上述工序進(jìn)行下臺(tái)階周邊機(jī)械切槽作業(yè)，并施作邊墻兩側(cè)初期支護(hù)。完成初支施作后，分別進(jìn)行上下臺(tái)階核心土鉆孔、裝藥、起爆作業(yè)，通風(fēng)后出渣，按上述工序進(jìn)行下一循環(huán)。該工法在隧道施工中具有以下優(yōu)點(diǎn):1、該工法適用于節(jié)理發(fā)育的IV、V、VI級(jí)中硬強(qiáng)度圍巖體大斷面公路隧道、鐵路隧道及臨近建筑物而對(duì)減震要求較高的市政等地下隧道工程。2、該工法充分發(fā)揮了機(jī)械銑挖法和鉆爆法的優(yōu)勢(shì)，采用機(jī)械銑挖實(shí)現(xiàn)了隧道輪廓的精確成型，圍巖擾動(dòng)小，超欠挖控制效果好，作業(yè)環(huán)境及施工安全性高，減小了超欠挖，保護(hù)了圍巖，提高了圍巖自身承載能力，避免大變形及局部塌方。3、對(duì)于IV、V、VI級(jí)圍巖核心土采用鉆爆法掘進(jìn)，充分發(fā)揮鉆爆對(duì)于地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、開挖作業(yè)的工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。4、在對(duì)上臺(tái)階弧導(dǎo)部分施作初期支護(hù)的時(shí)候，可同時(shí)進(jìn)行下臺(tái)階邊墻部分銑挖以及初期支護(hù)，工作效率提高，加快了工程進(jìn)度，縮短了整個(gè)施工時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本。5、對(duì)上臺(tái)階弧導(dǎo)部分以及下臺(tái)階邊墻部分完成銑挖工作后，再對(duì)上、下臺(tái)階核心土部分進(jìn)行爆破作業(yè)，避免了爆破沖擊力對(duì)周邊巖體的影響，核心土使用爆破作業(yè)，加快了施工進(jìn)度，提高了工作效率。
6、使用銑挖機(jī)對(duì)隧道進(jìn)行銑挖工作，提高了隧道施工的機(jī)械化程度，銑挖設(shè)備操作簡(jiǎn)單，可控性高，提高了施工的安全性。7、對(duì)IV、V、VI級(jí)圍巖周邊采用銑挖機(jī)進(jìn)行銑挖工作，取消了圍巖周邊眼的鉆孔作業(yè)，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大為降低，同時(shí)也提高了施工安全性。


附圖1為本發(fā)明施工隧道橫斷面示意圖；附圖2為本發(fā)明施工隧道縱向剖視圖；附圖標(biāo)記:1-上臺(tái)階弧導(dǎo)部分，2-上臺(tái)階核心土部分，3-下臺(tái)階右側(cè)邊墻部分，4-下臺(tái)階左側(cè)邊墻部分，5-下臺(tái)階核心土部分，6-仰拱部分。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例:一種煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法，根據(jù)上下臺(tái)階法將煤系地層隧道的橫斷面劃分為如附圖1和附圖2所示幾個(gè)部分，上臺(tái)階弧導(dǎo)部分1、上臺(tái)階核心土部分2、下臺(tái)階右側(cè)邊墻部分3、下臺(tái)階核心土部分5以及下臺(tái)階左側(cè)邊墻部分4，對(duì)于各部的施工按如下步驟進(jìn)行:A、采用ER100型艾卡特銑挖機(jī)對(duì)上臺(tái)階弧導(dǎo)部分I自上臺(tái)階兩側(cè)拱腳部位開始，沿著隧道設(shè)計(jì)輪廓線向拱頂逐步實(shí)施預(yù)切槽，確保切槽輪廓圓順，切槽寬度距兩邊開挖輪廓各1.5米，拱部1.8米，根據(jù)施工作業(yè)需要，局部可適當(dāng)修整加寬。根據(jù)不同圍巖級(jí)別每一次開挖循環(huán)進(jìn)尺0.5m 1.0m (I 2榀拱架)。開挖斷面中間留核心土，核心土長(zhǎng)2 3米之間，考慮銑挖機(jī)作業(yè)，上臺(tái)階開挖高度宜為3 4米左右；B、上臺(tái)階弧導(dǎo)部分I切槽完成后，及時(shí)進(jìn)行初噴混凝土、架立鋼支撐、錨網(wǎng)施作系統(tǒng)支護(hù)，架設(shè)工字鋼架，具·體支護(hù)參數(shù)見表1，并保證鋼拱架與圍巖密貼，并復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度，形成穩(wěn)定的承載拱，當(dāng)拱腳承載力不足時(shí)，要特別加強(qiáng)每一分部鎖腳錨桿或錨管的施作，鎖腳錨桿宜采用水平或小于10°的小角度向下打設(shè)，按2根I組打設(shè)焊接在工字鋼上，必要時(shí)采取擴(kuò)大拱腳局部，增加噴射混凝土厚度，工字鋼下縱向墊25槽鋼，以加大初期支護(hù)整體剛度；C、對(duì)下臺(tái)階左側(cè)邊墻部分4、下臺(tái)階右側(cè)邊墻部分3進(jìn)行下臺(tái)階兩側(cè)邊墻銑挖切槽，并施作初期支護(hù)，銑挖切槽沿兩側(cè)交錯(cuò)進(jìn)行、及時(shí)接腿(型剛拱架下臺(tái)階部分接長(zhǎng))、及時(shí)封閉，懸空長(zhǎng)度不超過2榀拱架，施工中，使同一斷面處暴露開挖面僅限于一側(cè)；D、完成上、下臺(tái)階周邊銑挖刻槽，并進(jìn)行初期支護(hù)作業(yè)完成后，對(duì)上臺(tái)階核心土部分2、下臺(tái)階核心土部分5進(jìn)行核心土鉆孔、裝藥、起爆作業(yè)，通風(fēng)后出渣，兩部分核心巖體同時(shí)爆破，也可以分開進(jìn)行，以施工組織確定；E、重復(fù)步驟A D，直至整個(gè)隧道開挖結(jié)束。而在上述步驟C中對(duì)下臺(tái)階左側(cè)邊墻部分4、下臺(tái)階右側(cè)邊墻部分3連續(xù)銑挖作業(yè)時(shí)，應(yīng)保持左、右邊墻縱向錯(cuò)開2 3榀，待一側(cè)施做完成初噴混凝土、架立鋼支撐、錨網(wǎng)施做、復(fù)噴混凝土作業(yè)后，再進(jìn)行另一側(cè)邊墻銑挖切槽并施作初期支護(hù)。若兩邊型鋼支撐同時(shí)處于懸空狀態(tài)，易造成隧道拱頂塌陷，錯(cuò)開后一邊懸空，有一邊還處于支撐狀態(tài)。同時(shí)為了加快施工進(jìn)度，在實(shí)施步驟B對(duì)上臺(tái)階弧導(dǎo)部分I施做初期支護(hù)的時(shí)候，同時(shí)進(jìn)行步驟C。而在對(duì)隧道正式掘進(jìn)前，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求完成超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和掌子面揭露巖體情況綜合確定圍巖級(jí)別，根據(jù)圍巖級(jí)別優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工方案。根據(jù)具體圍巖級(jí)別，可有選擇性的采用超前錨桿、超前導(dǎo)管注漿、超前管棚等措施固結(jié)破碎巖體。首先噴射砼封閉開挖輪廓面和掌子面，后鉆孔并安設(shè)超前錨桿、超前小導(dǎo)管。鉆孔直徑大于鋼管直徑20mm以上，超前小導(dǎo)管按環(huán)向間距VI級(jí)圍巖35cm每排45根、V級(jí)圍巖40cm每排37根，IV級(jí)圍巖35cm每排27根，輔射角為10° 15°，導(dǎo)管用直徑42mm，壁厚4mm的鋼管制作，每根長(zhǎng)4m，縱向排距為2m，鋼管前端加工成錐形，尾部焊接加勁箍，鋼管周壁鉆縱向間距為15cm，孔徑為(temm的壓漿孔。超前錨桿或小導(dǎo)管全部焊接于型鋼支撐上。具體參數(shù)見表I。而在對(duì)核心土出渣完成后應(yīng)馬上開挖仰拱部分6，施做仰拱砼，使其盡早封閉成環(huán)，使結(jié)構(gòu)受力更加合理。為盡快封閉成環(huán)3 5m開挖一次，仰拱鋪底采用人工配合短臂挖掘機(jī)撿底，撿底處配有過軌梁、浮放道岔等設(shè)備，減少了施工干擾。開挖完后安裝初期支護(hù)的鋼支撐和仰拱鋼筋同時(shí)綁扎，澆注砼，待砼終凝固一天后回填，再往前推進(jìn)施工。整個(gè)隧道施工全過程中應(yīng)做好量測(cè)工作，量測(cè)項(xiàng)目主要有拱頂下沉和水平收斂，以及開挖面的地質(zhì)與支護(hù)狀況。觀察為主，及時(shí)量測(cè)，及時(shí)分析反饋，施工支護(hù)的調(diào)整及施作二次支護(hù)時(shí)間必須依據(jù)量測(cè)資料的回歸分析判定，防止超限或塌方。根據(jù)圍巖量測(cè)結(jié)果及時(shí)在初期支護(hù)的基礎(chǔ)上跟進(jìn)施作二次襯砌，采用可調(diào)式襯砌模板臺(tái)車，砼在洞外自動(dòng)計(jì)量拌合站生產(chǎn)，利用砼運(yùn)輸車運(yùn)至洞內(nèi)，通過導(dǎo)管壓灌到已定位的襯砌臺(tái)車模型中進(jìn)行全斷面襯砌。二次襯砌的施作時(shí)間，應(yīng)滿足下列條件:1、各測(cè)試項(xiàng)目所顯示的位移率明顯減緩并已基本穩(wěn)定。2、各項(xiàng)收斂速度小于0.2mm/d,或拱頂位移速度小于0.15mm/d。3、已產(chǎn)生的各項(xiàng)位移，已達(dá)預(yù)計(jì)位移總量的80 90%。4、初期支護(hù)表面沒有再發(fā)展的明顯裂縫。變形管理等級(jí)見表2。

表I隧道支護(hù)參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法，其特征在于根據(jù)上下臺(tái)階法將煤系地層隧道橫斷面劃分為上臺(tái)階弧導(dǎo)部分(I)、上臺(tái)階核心土部分(2)、下臺(tái)階右側(cè)邊墻部分(3)、下臺(tái)階核心土部分(5)以及下臺(tái)階左側(cè)邊墻部分(4)，對(duì)于各部的施工按如下步驟進(jìn)行: A、對(duì)上臺(tái)階弧導(dǎo)部分(I)實(shí)施銑挖切槽； B、上臺(tái)階弧導(dǎo)部分(I)切槽完成后，進(jìn)行初期支護(hù)，形成穩(wěn)定的承載拱； C、對(duì)下臺(tái)階左側(cè)邊墻部分(4)、下臺(tái)階右側(cè)邊墻部分(3)進(jìn)行下臺(tái)階兩側(cè)邊墻銑挖切槽，并施作初期支護(hù)； D、對(duì)上臺(tái)階核心土部分(2)、下臺(tái)階核心土部分(5)進(jìn)行核心土鉆孔、裝藥、起爆作業(yè)，通風(fēng)后出渣； E、重復(fù)步驟A D，直至整個(gè)隧道開挖結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法，其特征在于:所述步驟C中對(duì)下臺(tái)階左側(cè)邊墻部分(4)、下臺(tái)階右側(cè)邊墻部分(3)連續(xù)銑挖作業(yè)時(shí)，保持左、右邊墻部分縱向錯(cuò)開2 3榀，待一側(cè)施作完成初期支護(hù)后，再進(jìn)行另一側(cè)邊墻銑挖切槽并施作初期支護(hù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法，其特征在于:所述步驟B中對(duì)上臺(tái)階弧導(dǎo)部分 (I)施作初期支護(hù)的時(shí)候，同時(shí)進(jìn)行步驟C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤系地層隧道銑挖與爆破聯(lián)合施工工法，包括對(duì)上臺(tái)階弧導(dǎo)部分(1)實(shí)施銑挖切槽，上臺(tái)階弧導(dǎo)部分(1)切槽完成后，進(jìn)行初期支護(hù)，形成穩(wěn)定的承載拱，然后對(duì)下臺(tái)階左側(cè)邊墻部分(4)、下臺(tái)階右側(cè)邊墻部分(3)進(jìn)行下臺(tái)階兩側(cè)邊墻銑挖切槽，并施作初期支護(hù)，最后對(duì)上臺(tái)階核心土部分(2)、下臺(tái)階核心土部分(5)進(jìn)行核心土鉆孔、裝藥、起爆作業(yè)，通風(fēng)后出渣，重復(fù)上述步驟，直至整個(gè)隧道開挖結(jié)束。該工法充分發(fā)揮了機(jī)械銑挖法和鉆爆法的優(yōu)勢(shì)，采用機(jī)械銑挖實(shí)現(xiàn)了隧道輪廓的精確成型，圍巖擾動(dòng)小，超欠挖控制效果好，作業(yè)環(huán)境及施工安全性高，減小了超欠挖，保護(hù)了圍巖，提高了圍巖自身承載能力，避免大變形及局部塌方。
文檔編號(hào)E21D9/04GK103244133SQ201310182908
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
發(fā)明者母進(jìn)偉, 陳明輝, 王伯航, 計(jì)中彥, 胡濤, 湯懷, 任達(dá)成, 張學(xué)民, 袁立, 戴德江, 孔矗 申請(qǐng)人:貴州省公路工程集團(tuán)有限公司