上台阶弧形导坑预留核心土开挖法在千枚岩隧道中的应用

[摘要]：以京福客运专线闽赣段Ⅰ标千枚岩隧道为实例，对上台阶弧形导坑预留核心土法施工工艺流程、操作步骤及要点进行详细描述，同时也对施工中控制爆破、初期支护及监控量测等关键技术作简要的叙述，为类似千枚岩隧道施工提供参照。

[关键词]：上台阶弧形导坑预留核心土法；千枚岩隧；应用

[Abstract]: To Beijing-Fuzhou passenger dedicated line Fujian-Jiangxi section I of phyllite tunnel as example, the level of arc heading prepared core soil construction process, operating procedures and key points are described in detail, but also on the blasting, control in construction of initial support and monitoring measurement and other key technology are briefly described, providing the reference to the similar phyllite tunnel.

Keyword]: the step of arc heading prepared core soil phyllite tunnel; application;

中图分类号：U455.1

1．工程概况

我公司施工的京福客专闽赣段Ⅰ标（DK365+667～DK376+759）位于江西省婺源县境内，段内共有隧道七座，隧道总长3044m，最长799m，最短144m。隧道围岩均以千枚岩为主，节理多为竖向节理。隧道洞口表层多为粉质粘土，硬塑，厚约1.5～4.2m。下伏千枚状粉砂岩，全～弱风化，全风化层厚约2.0～5.0m，强风化层厚约2.0～11m，下为弱风化，局部石英脉充填，岩层产状为90°∠55°，岩质较软，岩体破碎，节理发育，地下水主要为孔隙水，较发育。洞身地段围岩为千枚状粉砂岩，弱风化，局部石英充填或含绢云母，岩层产状为90°∠55°，岩质较软，岩体较完整，节理较发育，地下水主要为基岩裂隙水。

本地区雨水季节较长，植被丰富，岩层的裂隙发育，隧道开挖过程中裂隙水较多，对初期支护的支护时间要求较高。

2．施工方案的选择

2.1千枚岩的特性

千枚岩是一种显微变晶片理发育面上呈绢丝光泽的低级变质岩。强风化千枚岩，矿物成分以泥质为主，多呈薄层状构造，局部页理发育，节理裂隙极为发育，多切割呈碎块状或薄片状，整体性差，强度低，工程地质性状较差。受矿物成分及风化程度的影响，新开挖出露的强风化千枚岩，遇水易软化崩解，加速其风化。弱风化层为青灰色、灰绿色，鳞片变晶结构，岩体较完整，节理裂隙发育。千枚岩对水的敏感性强，遇水软化。

2.2千枚岩地层隧道施工现状

目前千枚岩隧道多采用传统的钻爆法施工，爆破后造成隧道超挖严重，扩大了施工断面，对隧道的施工留下了不同程度的安全隐患，增加了初期支护的工程量投入和施工工序时间的延长。

2.3施工方案选择

设计要求，隧道洞口浅埋段采用六步CD法、四步CD法施工，洞身多采用三台阶临时仰拱法施工。但根据公司以往施工经验，六步CD和四步CD法施工，每月循环进尺为35m，而我公司京福客专闽赣段Ⅰ标（DK365+667～DK376+759）工程位于架梁主线上，如果采用六步CD法、四步CD法施工无法满足架梁工期要求。对此，我公司根据类似地质岩性的隧道施工方法比较，在既有弧形导坑预留核心土开挖法的基础下新改进采用上台阶弧形预留核心土开挖法进行本标段隧道施工。

3．上台阶弧形预留核心土法施工工艺及操作要点

3.1施工工艺（见施工工艺流程图1）

3.2施工步骤及操作要点

3.2.1施工步骤（图2）

3.2.2施工操作要点

第1步上部弧形导坑开挖：

在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度为3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。（注：因为是千枚岩，在断面修整时，将核心土顺便挖成2台阶型，方便下道工序施工。）隧道上部开挖高度控制在3.8m左右，核心土的预留高度为2～2.2m。

（1）开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1榀拱架，开挖后立即初喷3～5cm混凝土。

（2）上台阶开挖矢跨比应大于0.3，开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，

（3）在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第2、3步上台阶核心土及左、右侧阶开挖：

（1）开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，

（2）开挖高度一般为3.8m，左、右侧台阶错开2～3m，

（3）开挖后立即初喷3～5cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，

（4）在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第4、5步左、右侧下台阶开挖：

（1）开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为3.2m，

（2）左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，

（3）在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第6步隧底开挖：

（1）每循环开挖长度宜为2～3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，

（2）完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，

（3）仰拱分段长度宜为4～6m。

4．施工中注意事项及关键技术控制

千枚岩隧道是典型的软弱围岩隧道，围岩强度较低，节理裂隙发育破碎，自稳能力差。爆破开挖震动对其产生岩石松动圈影响大，从而造成隧道超挖严重，施工成本迅猛增长，施工安全难以控制。在施工中，我公司对千枚岩隧道主要从以下几个方面进行控制。

4.1控制爆破开挖

通过对千枚岩地层的岩石结构和具体的其他地质条件的分析，并结合以往的千枚岩爆破经验，在千枚岩地质条件下的隧道爆破施工中，爆炸的应力波对岩石的破坏作用主要集中在保障的周围较近地区，并且对掩饰的损失也主要是体现在对岩石的力学性能恶化完整性损伤方面。从爆炸的振动幅度来看，对千枚岩进行爆破时，往往最大的振动速度都是出现在爆破拱顶垂直方向和起拱处的水平方向上。

在施工中我们通过对千枚岩隧道的掘进开挖爆破效果及其影响因素的分析，利用现有定向断裂爆破技术，通过合理的设计爆破隧道周边部位的钻眼，同时选取合适的炸药品种、装药结构及装药系统，在适宜的掏槽形式下，基本上达到预期的爆破目的。

4.2控制扒碴

千枚岩隧道爆破后很难达到硬岩的光爆效果，开挖轮廓线一般为锯齿形，采用普通的挖机进行扒渣，斗齿清理断面经常会扰动临空面的破碎岩石，从而造成局部超挖。经过技术人员的细心琢磨，在挖机斗齿增加一钢套。钢套采用2块16mm钢板对焊成三角形，大小刚好能容下斗齿。在扒渣时将以前的斗齿与围岩接触更改为钢板与围岩接触，致使修整完的断面平顺，特别是在仰拱施工过程中，不但能有效的控制仰拱超挖，还能解决以往采用挖机无法清理干净隧底虚渣的烦恼。

4.3初期喷射混凝土支护

千枚岩遇水变形快，易变软。我公司施工的几座隧道裂隙水均很发育，隧道开挖后经常出现滴水现象，在施工中我们加强了初喷砼的质量控制，不但控制了千枚岩的掉块现象，而且为隧道下循环周边眼钻爆赢得了空间。

4.4加强锁脚锚管的质量控制

锁脚锚管连接钢拱架，在初期支护过程中受拉应力作用，它能有效阻制钢架下沉、外移。因此在施工中有效控制锁脚锚管的施工质量，特别是上台阶锁脚锚管，可有效地减少围岩变形。

4.5加强隧道监控量测和超前地质预报工作

千枚岩隧道属典型的软弱围岩隧道。加强地质超前预报能为后期隧道安全施工提供有效依据。监控量测是软弱围岩隧道安全施工的“眼睛”，是判断结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工“最重要”的信息化手段。在施工中，我公司设立专业监控量测小组，一直坚持监控量测工作，对隧道结构的稳定性和后期二次衬砌提供了有效数据。

5．结束语

京福客运专线闽赣Ⅰ标三工区千枚岩隧道施工中采用控制爆破及上台阶弧形导坑预留核心土开挖法施工，取得了较好的效果，有效地解决了隧道超挖严重的现象，降低施工成本。同时施工中将普通挖机进行改装，进行扒碴技术，从而解决了千枚岩隧道局部超挖的问题，使修整完的断面平顺，特别是在仰拱施工过程中，不但能有效的控制仰拱超挖，还能解决以往采用挖机无法清理干净隧底虚渣的烦恼。上台阶弧形导坑预留核心土开挖方法为我公司在既有弧形导坑预留核心土开挖法新改进的施工方法，此施工方法有效地解决了千枚岩隧道超挖问题，为以后类似围岩隧道施工提供施工经验及参照。

[参考文献]

1、《铁路隧道工程施工技术指南》TZ地204-2008

2、《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）

3、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）