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1、文章编号: 1009?6825( 2010) 21 ?0308 ?02 复杂地质条件下液压凿岩台车快速掘进技术 收稿日期: 2010?03 ?28 作者简介: 梁战金( 1980 ? ) , 男, 助理工程师, 中铁隧道集团一处有限公司, 重庆? 408200 梁 战 金 摘? 要: 以长洪岭隧道为例, 介绍了复杂地质条件下液压凿岩快速掘进技术, 具体阐述了隧道开挖, 测量放线, 钻孔爆破 等施工工艺, 并对一些体会和经验进行了总结, 以供同类工程学习。 关键词: 复杂地质, 液压凿岩台车, 施工工艺 中图分类号: U455. 4文献标识码: A 1? 工程概况 长洪岭隧道起止里程为 DK17
2、0+ 300 DK183+ 594, 位于重 庆市丰都县龙河镇柏木园村, 交通条件较好。区内植被发育, 进口 段地形陡峻。斜坡地带多为农田, 民房较多, 隧道全长 13 294 m, 设计为双线单洞隧道, 围岩以?级为主, 洞口浅埋段为 级、 !级 围岩。长洪岭隧道是渝利铁路第二长隧道, 同时也是全线控制性 工程之一。 2? 岩层特性 长洪岭隧道穿越地层主要为泥岩夹砂岩、 砂岩, 构造较简单, 地层单斜, 隧道临近石柱向斜核部, 岩层倾角较小, 走向变化较 大, 节理发育, 岩体破碎, 岩质较软。隧道开挖断面是典型的缓倾 层状, 多层薄厚不均的滑层叠加, 隧道开挖后遇裂隙水渗出, 泥岩 遇水软
3、化, 夹层间结合较差, 拱部开挖后易发生大面积剥落、 掉 块, 以致坍塌。 3? 钻孔设备选择及性能分析 长洪岭隧道进口采用两台液压凿岩台车进行全断面开挖。 液压凿岩台车作为一种新型的隧道凿岩机械, 与人工掘进相 比, 具有三大优点: 1) 单循环进度快。凿岩台车在本隧地质条件 允许的范围内钻孔进尺最大可达 5. 3 m, 对提高开挖进度提供了 先进的性能支撑。相比人工钻孔循环进尺 3. 0 3. 5, 采用台车钻 孔每循环最大进尺可达 4. 5 m 5. 0 m, 大大提高了施工进度。2) 安全性能高。采用凿岩台车开挖, 设备操作人员在固定的操作平 台上操作机械, 距隧道掌子面约 13 m
4、的安全距离, 视线开阔, 易 于观察围岩的变化情况, 加之操作平台上设有安全顶棚, 从硬件 和机械的设计上增大了操作员工安全系数。3) 开挖成型好。凿 岩台车电 液控制系统采用 PLC 可编辑逻辑控制, 电信号通过电 液比例阀控制终端执行机构, 由此可以使各个钻进参数达到最 佳, 从而达到快速高效精确的控制。 4? 施工工艺 4. 1? 隧道开挖工艺流程 超前探孔# 测量放线# 台车钻孔# 装药爆破。 4. 1. 1 ?超前探孔 超前地质钻探作为超前地质预报手段中最直接、 最直观、 最 有效的一种预报方法, 在长大隧道施工中起着重要的作用。本隧 采用在拱顶部位、 拱腰两侧各取一点作为超前探孔施
5、作点, 探孔 深度均为 5. 0 m。超前探孔的施作, 可以超前准确预报出掌子面 前方围岩情况及各种地质灾害, 为施工安全提供了有力的保障。 4. 1. 2 ?测量放线 ? ? 用现场实测数据进行了失稳时间预测, 结果如表 2 所示。 表 2? 东山隧道围岩失稳时间预测表 时间/d实测位移/ cm实测值割线角/ ()计算值割线角/ () 1.0112. 0 2.0155. 021.2 3.0175. 027.9 4.0278. 041.250.0 4.5332. 052.157.2 5.0438. 064.372.9 6.0639. 089.085.1 ? ?根据表 2 中数据 求出 预测方
6、程( 2) 中 ?= 11. 26, a = - 0. 174, 代入式( 2) 中, 得到 k= 1. 18, 预测失稳时间为第 7 天, 实 际失稳时间为第 6 天。 3? 结语 灰色系统理论避开了隧道围岩的复杂地质因素、 结构特征和 围岩力学特性等较难准确量化的因素, 根据现场监测数据, 用灰 色系统理论对隧道围岩进行稳定位移和失稳时间预测, 得出的结 论比较符合实际, 对指导隧道施工, 降低工程成本, 减少隧道失稳 塌方的危险具有重要意义。 参考文献: 1 ? 吴建兵. 软岩巷道快速掘进中变形预测及支护方案优化研 究D . 武汉: 武汉理工大学, 2003. 2 ? 邓聚龙. 灰色系统
7、基本方法 M . 武汉: 华中理工大学出版 社, 1987. 3 ? 夏松涛. 水电站隧道围岩变形监测及其应用 J . 山西建筑, 2009, 35( 11) : 300?301. Stability prediction of surrounding rock of tunnel based on grayness theory JIA Guo ?quan Abstract: This paper take tunnel surrounding rock as a grayness system into account, apply grayness system theory to pr
8、ognosticate the stable displacement and when to lose stabilization, and also clculate the filed monitoring data of Dongshan tunnel, it showsthat the result accord with fact, so it has important meaning to instruct construction. Key words: tunnel engineering, grayness theory, stable displacement %308
9、% 第 36 卷 第 21 期 2 0 1 0 年 7 月? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 山西建筑 SHANXI? ARCHIT ECTURE ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Vol. 36 No. 21 Jul. ? 2010 ? ? ? ? 凿岩台车配备有一个多功能升降吊篮, 钻孔前测量人员站在 吊篮内进行周边眼的放样, 既提高了测量速度, 测量人员人身安 全也得到了保证, 测量仪器采用莱卡 TCR802 全站仪, 并配有断 面测量程序, 可以实现隧道掘进断面的快速放样。在? 级围岩开 挖中, 测量时间一般在 8 min 10 min 之内。 4.
10、1. 3?台车钻孔 1)钻孔深度选择。台车钻孔根据隧道内的围岩情况来确定 钻孔深度, 本隧穿越岩层为泥岩与砂岩互层, 缓倾岩层发育较明 显。经过反复试验和比较, 确定钻孔深度一般为 3. 0 m 3. 5 m, 掏槽眼为 3. 5 m 3. 8 m。考虑掌子面凹凸不平处与要求的眼深 差距, 钻眼深度要根据掌子面的平整度适当调整, 尽量使眼底在 同一个垂直面上。2) 掏槽方式选择。由于本隧道设计跨度大、 净 空高, 采用全断面一次爆破开挖, 没有大的掏槽自由面是很难实 现的, 施工人员经过多次掏槽试验, 最后确定采用复式楔形斜眼 掏槽。第一级掏槽角控制在 45 55, 不宜过大或过小。通常情 况
11、下, 掏槽眼上下排间距取 50 cm 90 cm, 硬岩取小值, 中硬岩取 中值, 软岩取大值。同一隧道横断面上, 一对掏槽眼眼底距离通 常取 20 cm 30 cm。3) 钻眼精度控制。a. 钻眼要尽量避开在一 些较大的裂隙、 夹层处开眼, 需根据现场围岩情况适当调整爆破 设计要求的钻眼位置, 并依据岩层的发育特点, 选择合适的钻进 位置。b. 掏槽眼角度控制: 在室内依爆破设计算好钻每个炮眼时 台车推进梁尾部与隧道中线的距离, 在现场由测量人员在隧道底 板测出隧道中线的位置, 由红油漆标示出来, 然后在标出的隧道 中线左右两侧用皮尺量出算好的钻每个炮眼时台车推进梁尾部 离隧道中线的距离,
12、用炮棍在该处沿平行隧道轴线方向标示出 来, 以作为控制掏槽眼钻眼角度的参照。c. 周边眼控制: 钻孔前, 根据掌子面围岩情况及开孔处的凹凸不平程度, 确定每一个炮孔 的钻孔深度, 同时控制好推进梁尾部与周边岩壁的距离, 调整好 外插角, 外插角控制在 3 左右。在符合爆破设计要求、 保证炮孔 间距基本均匀的前提下, 选择易掌握钻进方向的位置开孔。4) 光 面爆破控制措施。a. 在拱顶, 将炮眼位置向设计轮廓线内偏移, 适当增大炮眼间距, 少装药, 减小最小抵抗线; b. 在拱腰位置, 减 小周边眼间距, 同时减少药量; c. 在边墙位置, 应该保证周边眼间 距大于层间厚度, 在层厚不大的情况下
13、, 应减小炮眼间距, 同时增 大最小抵抗线; d. 减少二圈眼药量, 二圈眼距离轮廓线很近, 过大 的装药量可能使光爆层发生超爆甚至围岩松动, 因此, 减小二圈 眼药量是十分必要的。5) 效果检验。最初, 由于地质条件差和司 钻工人操作不熟练, 断面平均超挖在 30 cm 40 cm, 超挖很大, 光 爆效果较差。经过对司钻人员经过司钻技术培训和现场考核, 激 发了司钻人员钻研司钻技术的积极性, 司钻水平提高很快, 控制 隧道超欠挖意识加强, 施工操作规范, 司钻人员之间配合默契, 隧 道开挖断面成型越来越平顺、 圆滑, 炮眼间距越来越均匀, 从外观 上达到了规范要求, 爆破后残眼率在 85%
14、 以上, 平均超欠挖值控 制在 5 cm 以内。 4. 2? 装药爆破 ? ? 根据本隧围岩情况及装渣的合理块度要求, ?级围岩炮眼及 掏槽眼布置图见图 1。 5? 人员配置 液压台车开挖作业人员表见表 1。 表 1? 液压台车开挖作业人员表人 工种司钻工爆破工保养及维修工 人员1244 6? 机械强制保养技术 要对凿岩台车进行& 班保养& 周保养& 月保养& 强制保养 ( 即按照厂家提供的维修保养规程的要求, 按规定时间进行强制 性集中维修保养), 以保证台车充分发挥其机械性能, 减少故障 率, 才能保证施工进度。保养内容主要是: 清洁、 紧固、 调整、 润 滑、 防腐亦称& 十字作业法。
15、7? 实施效果 长洪岭隧道进口自 2009 年 1 月份开工以来, 目前已完成隧 道洞身开挖 1 900 多米, 最高月掘进速度达 240 m, 达到了以先进 机械促生产、 以生产促效益的良好效果。 8? 结语 凿岩台车以其掘进速度快、 施工安全系数高、 综合性强等诸 多优点, 在复杂地质条件下取代传统的人工开挖已成为一个必然 趋势。但是凿岩台车相比人工也存在成本高、 对管理人员水平要 求高、 功能间相互制约性较强, 当故障不能完全排除和配套服务 跟不上时, 台车不能正常使用等缺点, 要想使之更快地得到推广 和应用, 还需要我们不断探索和实践。 参考文献: 1 ? 铁路隧道工程施工质量验收标准
16、 S . 2 ? 王海亮. 铁路工程爆破M . 北京: 中国铁道出版社, 2003. 3 ? 王智明, 马保松. 钻孔与非开挖机械 M . 北京: 化学工业出 版社, 2006. 4 ? 蔡新宁, 杨卫平. 隧道工程光面爆破施工改进 J. 山西建 筑, 2008, 34(18) : 335 ?336. 5 ? 王明年, 张建华. 工程措施对控制隧道围岩变形的力学效果 研究J. 岩土工程学报, 1998( 15): 25?26. The fast tunneling technique of hydraulic pressure drilling jumbo under the complica
17、ted geological condition LIANG Zhan ?jin Abstract: With Changhongling tunnel as the example, the thesis introduces the fast tunneling technique of hydraulic pressure drilling jumbo under the complicated geological condition, expounds the following constructional technologies such as tunnel excavatio
18、n, surveying setting ? out, drilling blasting and so on, and summarizes some feeling and experience for the same kind of project to learn. Key words: complicated geology, hydraulic pressure drilling jumbo, constructional technology %309% ? ? 第 36 卷 第 21 期 2 0 1 0 年 7 月? ? ? ? ? ? ? ?梁战金: 复杂地质条件下液压凿岩台车快速掘进技术